Железобетонные конструкции каркаса многоэтажного промышленного здания (стр. 1 из 14). Железобетонный каркас многоэтажных зданий
Каркасы многоэтажных зданий
Категория: Материалы для строительства
Каркасы многоэтажных зданий
В современном строительстве многоэтажных гражданских и промышленных зданий широко применяют каркасную конструктивную схему с полным несущим каркасом и самонесущими или навесными стенами и с неполным каркасом и несущими стенами (в малоэтажных каменных зданиях).
Полный несущий каркас многоэтажных зданий воспринимает чначительные усилия от массы конструкций зданий, находящихся н них людей, оборудования, внешних воздействий (ветровые нагрузки), а порой и динамические нагрузки, вызываемые технологическими процессами. Поэтому несущие каркасы многоэтажных зданий выполняют в виде рамных схем из высокопрочных материалов — железобетона и стали.
Стальной каркас применяют при большой высоте многоэтажных зданий и со значительными нагрузками на перекрытия.
В большинстве случаев каркасы многоэтажных зданий выполняют из сборных унифицированных железобетонных элементов заводского изготовления. Разработано несколько схем железобетонных каркасов и способов сочленения его элементов-стоек и ригелей.
Рис. 1. Типовые сборные железобетонные каркасы а — двухпролетный (6 + 6)4М, 6 — трехпролетный (6+3+6)4М; в — деталь опирания ригеля на железобетонную консоль; г — то же, на стальную консоль; 1 — ригель; 2 — одноярусная крлонна; 3 — двухъярусная колонна; 4 — монтажная деталь; 5 — соединительные стержни: б — стальная консоль; 7 — железобетонная консоль
По высоте стойки (колонны) изготовляют на один этаж или неразрезные на два этажа. Стыки колонн могут быть непосредственно в уровне перекрытия или выше его отметки на 0,6—1 м. Ригели сопрягают со стойками путем опирания их на консоли, которые могут б‘чть железобетонными и стальными.
Типовыми решениями каркасов многоэтажных зданий предусмотрены оба вида возможной разрезки колонн и опирание однопро- летных ригелей на выступающие консоли. Как показано на рис. 33, каркас состоит из многоярусных рам с жесткими узлами. В поперечном направлении рамные узлы образуют стыки ригелей с колоннами, осуществляемые посредством сварки выпусков арматуры, закладных деталей колонны и ригеля и замоноличивания всего узла. В продольном направлении устойчивость здания обеспечивается стальными связями, установленными в середине температурного отсека по каждому продольному ряду колонн.
В зависимости от характера работы каркасов различают следующие конструктивные схемы: связевую, в которой вся ветровая нагрузка воспринимается связями, а рамы испытывают только вертикальные нагрузки; рамную, в которой рамы воспринимают как вертикальные, так и ветровые нагрузки, и рамно-связевую, в которой горизонтальные нагрузки передаются через междуэтажные перекрытия на другие устойчивые вертикальные элементы (стены лестничных клеток). В современных каркасных крупнопанельных зданиях в основном применяют связевую схему.
По ригелям каркасных зданий укладывают сборные железобетонные плиты перекрытий и покрытий.
Многоэтажные каркасные здания можно возводить и без ригелей — так называемая безригельно-стоечная схема каркаса. При этой схеме на капители колонн, выполненные в виде усеченной пирамиды квадратного сечения в основании, монтируют надколонные панели, а затем на них укладывают панели перекрытий размером на ячейку каркаса.
При безбалочной схеме каркас может быть полным и неполным При неполном каркасе панели перекрытий одной стороной опираются на стены, а двумя противоположными углами —- на колонны.
Материалы для строительства - Каркасы многоэтажных зданийgardenweb.ru
Каркасы многоэтажных промышленных зданий — МегаЛекции
Каркас многоэтажных промышленных зданий состоит из колонн и балочных или безбалочных междуэтажных перекрытий и покрытия. В зданиях с балочными перекрытиями ригели и колонны связаны между собой в узлах сваркой закладных деталей, т. е. шарнирно, в этом случае каркас в целом воспринимает только вертикальные нагрузки.
Такая конструктивная схема здания называется связевой. Ветровые и другие горизонтальные нагрузки воспринимают перекрытия, которые передают их на торцовые стены и стены лестничных клеток. Иногда устраивают специальные стены или диафрагмы для обеспечения жесткости и устойчивости каркасного здания связевой системы.
Балочная схема многоэтажных зданий является наиболее распространенной. При этой схеме в поперечном направлении располагаются ригели, опирающиеся на консоли колонн, а по ригелям укладываются сборные железобетонные ребристые или пустотелые настилы. Настилы, укладываемые вдоль разбивочных осей ряда колонн, имеют вырезы для пропуска колонн (рис. 15). Ригели имеют тавровое поперечное сечение.
Рис. 15. Многоэтажное здание с балочными перекрытиями
Колонны делают высотой на этаж, при этом стыки колонн располагаются не в уровне междуэтажного перекрытия, а на 60 см выше него. Для унификации размеров всех сборных элементов сечения колонн, ригелей и настилов перекрытий всех этажей принимают одинаковыми. Узлы и стыки сборных элементов выполняются сваркой закладных стальных частей с последующим замоноличиванием (рис. 16).
Рис. 16. Сопряжение элементов каркаса:
а — ригелей и настилов; б, в — ригелей с колоннами; 1 — колонна; 2 — ригель; 3 — настил.
Стальные планки, заложенные в нижнем поясе ригелей, привариваются к планкам, заложенным в консоли колонн. Планки в консолях шире планок ригелей, благодаря чему сварные швы накладываются в нижнем положении, самом удобном для производства сварочных работ. Поверху ригели соединяются стыковыми накладками, которые обнимают колонну с двух сторон и привариваются к закладным планкам верхнего пояса ригелей. Вертикальные зазоры между торцами ригелей и колонной заполняют бетонной смесью на мелком гравии или цементным раствором. Элементы настила соединяются с ригелями сваркой закладных деталей.
Вместо ригелей могут быть применены парные прогоны, которые опираются на консоли вдоль разбивочных осей колонн. На прогоны укладываются многопустотные настилы. Швы между элементами настила замоноличиваются. Перекрытие получается с гладким потолком, что является большим преимуществом перед перекрытием с ребристым настилом.
Безбалочная схема многоэтажных промышленных зданий в сравнении с балочной обеспечивает большую полезную высоту помещений так как само перекрытие имеет меньшую высоту (рис. 17). Сетка колонн 6 X 6 м.
Основные несущие элементы безбалочного перекрытия — это колонны с капителями, на которые опираются многопустотные надколонные панели толщиной 30 см. На надколонные панели в свою очередь опираются пролетные панели перекрытия толщиной 16 см. Капители имеют форму усеченной пирамиды с квадратным основанием и с отверстием посередине, через которое проходит колонна. Капитель выполняет роль обоймы стаканного типа, которая охватывает верхушку колонны, опирается на консоли колонны и скрепляется с ними путем приварки закладных деталей.
Рис. 17. Многоэтажное промышленное здание
со сборными безбалочными перекрытиями.
Поэтажный стык колонн осуществляется в пределах капители. Сборные безбалочные перекрытия сложны в монтаже и неэкономичны по расходу бетона и стали, поэтому применяются редко. Более экономичными являются сборно-монолитные безбалочные перекрытия, которые устроены следующим образом: плоская железобетонная плита с отверстием посередине для пропуска колонны служит капителью; на капители опираются межколонные предварительно напряженные многопустотные панели, на которые в свою очередь опираются пролетные панели (рис.18).
Рис. 18. Сборно-монолитное безбалочное перекрытие:
а — план; б — разрез.
По межколонным панелям укладывается арматурная сетка, которая сваривается с выпусками арматуры пролетных панелей и заполняется бетоном. Такая сборно-монолитная конструкция безбалочного перекрытия благодаря тому, что элементы не разрезаны, отличается большой жесткостью. Достоинство сборно-монолитного перекрытия — значительно меньший расход бетона и стали по сравнению со сборным; недостаток — применение монолитного бетона.
megalektsii.ru
Сборный железобетонный каркас многоэтажного промышленного здания. Характеристика, основные элементы и конструктивные особенности.
В современных многоэтажных промышленных зданиях каркас, как правило, выполняют из сборного железобетона.
Конструктивная схема многоэтажного здания может быть балочной и безбалочной, с полным каркасом и неполным.
Балочная схема. При балочной схеме на колонны в поперечном направлении укладывают ригели (прогоны), участки между которыми перекрывают крупноразмерными панелями.
Колонны в плане размещают по сетке 6X6 м и 6X9 м. Применение той или иной сетки зависит от величины нормативных полезных нагрузок на междуэтажные перекрытия.
Концы настилов с прогонами и между собой соединяют сваркой закладных деталей. Настилы покрытий имеют толщину плиты 30 мм и высоту продольных ребер 320 мм.
Колонны в этой схеме одноэтажные, консольного типа. На консоли опирают концы ригелей, имеющих в поперечном сечении форму тавра. Ригели крепят к колоннам сваркой закладных деталей, а между собой поверху соединяют сваркой стальных уголков, охватывающих колонну снаружи.
Настилы междуэтажных перекрытий имеют коробчатую форму с двумя продольными ребрами, высотой 350 мм с четырьмя поперечными диафрагмами. Толщина плиты 60 мм; ширина настилов 1200 и 1000 мм. Последние применяют для укладки у продольных стен здания. В торцах настилов, укладываемых вдоль разбивочных осей, предусмотрены вырезы для колонн.
Для вертикальных коммуникаций, проходящих через перекрытия, предусматривают плиты с отверстиями или же устраивают специальные шахты. Стыки колонн делаются вне узлов сопряжения их с ригелями. Торцы стыкуемых колонн имеют закладные детали из уголков, к вертикальным полкам которых снаружи приварены концы рабочей арматуры колонны, расположенные попарно. Между каждой парой верхних концов стержней расположены приваренные к ним стыковые круглые стержни. Верхние торцы колонн снабжены центрирующей планкой.
При установке верхней колонны на нижнюю, стыковые стержни нижней колонны попадают между рабочими стержнями верхней.
Безбалочная схема. При применении безбалочной схемы многоэтажных промышленных зданий увеличивается полезная высота этажей и укрупняются монтажные элементы.
При безбалочной схеме колонны размещают по сетке 6X6 м, причем оси всех колонн совмещают в обоих направлениях с разбивочными осями здания.
Каркас и перекрытие состоят из четырех типовых элементов:
1) колонны;
2) капители колонны, имеющей вид опрокинутой усеченной пирамиды с отверстием посредине для пропуска колонны;
4) пролетной многопустотной панели толщиной 160 мм.
Вес отдельных элементов не превышает 5 т.
После установки и выверки колонны на оголовок ее надевают капитель с приваркой к консолям колонны при помощи стальных закладных деталей. На капители колонн укладывают надколонные плиты, в свою очередь привариваемые к капителям. После этого устанавливают колонну следующего этажа, расклинивают в стакане капители ее нижний конец и производят заливку бетоном верхнего конца колонны перекрываемого этажа (1-я очередь заливки стыков). Перед 2-й очередью заливки бетоном стыка в надколонную зону укладывают арматуру с приваркой ее к закладным деталям надколонных плит, с тем, чтобы после бетонирования эти плиты стали работать, как единая конструкция. Участки перекрытия, ограниченные надколонными плитами, заполняют пролетными панелями, опирающимися по контуру на четверти, имеющиеся для этой цели в надколонных плитах.
Строительные конструкции
31.Сущность железобетона. Условия совместной работы и факторы, обеспечивающие прочность сцепления арматуры и бетона. Длина анкеровки арматурных стержней в бетоне. Защитный слой бетона, его назначение
Ж\б комплексный материал, сост. из бетона и заключенной в нем стальной арматуры, к-рые под нагрузкой работают совместно.
Сцепление ар-ры с бетоном обеспечивается склеиванием с цементным камнем силами трения, возникающими на поверхности ар-ры, тк бетон дает осадку и обжимает стержни. Совместная работа обеспечивается за счет плотного сцепления арматуры с бетоном.
Бетон облодает высоким сопротивлением при сжатии и низким при растяжении. Стальной арматуре присуще одинаково высокое сопротивление как при растяжении, так и при сжатии. В изгибаемых эл-тах высокое сопротив-е бетона используется в сжатой зоне, где бетон слабо сопротивляется растяжению и в нем образуются трещины.
Осн.фактором, обеспеч.совместную работу арм-ры и бетона в к-ции и позволяющим работать жб как единому монолитному телу явл-ся надежное сцепление арм-ры с бетоном.
Совместная работа бет.и арм-ры в жб к-ции возможна при вып-нии следующих условий:
– бетон и арматура имеют достаточно близкие значения к-та температурного расширения;
– силы сцепления, возник.по границе контакта м/у бетоном и арм-рой обеспечивают вып-ние условия равенства деформаций арм-ры и бет. ec = es при действии усилий от нагрузок.
Совместная работа арматуры и бетона обусловлена, кроме того, правильным определением необходимого количества арматуры, размещаемой в конструкции. Это означает, что должны соблюдается требования по размещению арматурных стержней в сечении элемента и выдержан минимальный коэф-т арм-ния сечения, определяемый отношением площади арматуры (As) к площади бетона (Ас)
Расчетную длину анкеровки ненапрягаемых стержней lbd рассчит. по формуле:
Где AS,red- площадь продольной арматуры, требуемой по расчету
AS,prov- принятая по сортаменту площадь продольной арматуры
- коэф., определяемые по табл. СНБ 5.03.01.02.
Lb,min - минимальная длина анкеровки, принимаемая по СНБ.
lb - базовая длина анкеровки арматурного стержня.
Для круглого стержня диаметром получаем:
и тогда:
Полученная зависимость показывает, что длина анкеровки lb увеличивается с ростом расчетного сопротивления арматуры и диаметра арматурного стержня. Поэтому для уменьшения длины анкеровки целесообразно использовать стержни меньшего диаметра.
lbd не менее: В растянутом бетоне 20ø; В сжатом бетоне 10 ø.
Мин. расстояние м/у поверхностью стержней продольной арматуры и ближайшей поверхностью бетона элемента (защитный слой бетона) устанавливается с учетом класса по условиям эксплуатации, вида и диаметра арматуры. Защ.слой бетона необходим для обеспечения совместной работы арматуры с бетоном на всех стадиях изготовления, монтажа и эксплуатации конструкций, также защищает арматуру от внешних воздействий, высокой температуры, агрессивной среды и т.п.
Минимальный защитный слой 15 мм. Величина защитного слоя не должна быть меньше диаметра арматуры для которого принимается защитный слой.
32.Назначение и виды арматуры. Механические свойства арматурных сталей и способы их определения. Классификация арматуры. Выбор арматуры в зависимости от вида и назначения конструкции.
Арм-ра- гибкие стержни, размещаемые в массе бетона таким образом, чтобы они эффективно воспринимали растягивающие усилия, вызванные внешними нагрузками и воздействиями. В нек. случаях арм. м.б. установлена для усиления сжатой зоны бетона в изгибаемых и внецентренно нагруженных элементах, либо в условно центрально сжатых элементах.
Виды арматуры: 1) Расчётная (рабочая), устан. по расчёту; 2) Констуктивная; 3) Монтажная (устан. по технологическим соображением).
Арматура делятся на:
1.по техноологии изгот-ия: а) стержневая; б) проволочная; в) канатная.
2.от способа последуещего упрчнения: а) горячекатаная: S240, S400; б) термо-механически упрочнённая: S400, S500; в) холоднотянутая (упрочнённая в холодном состоянии вытяжкой или волочением).
3.от характера поверхности: а)гладкая б)переодического профиля.
4.по условиям применения в ж\б: а)ненапрягаемая б)напрягаемая.
В зависимости от механических свойств арматурные стали традиционно принято разделять на две группы: так называемые «мягкие» стали, имеющие физический предел текучести, и «твердые» стали, не имеющие физического предела текучести.
Механические св-ва:
1) горячекатанная арматура имеют на диаграмме площадку текучести и обладает значит. удлинениями при разрыве до 25%. (Мягкая арматура).
2) твердая – арматура холоднодеформированная (вытяжка, волочение и др.) и термически упрочненные. Диаграмма для таких сталей не имеет площадки текучести; относит-ые удлинения при разрыве малы (3-5%).
Для армирования ж\б кон-ций прим.арматурные изделия в виде сварных сеток и каркасов.
Сварные рулонные и плоские сетки, изгот-т из холоднотянутой проволки диаметром 3-5мм и из гарячекат-ой стали класса S400 диаметром 6-10мм.
Сварные каркасы изготовл. плоскими из продо-ных и попереч. стержней.
При приминении сварных сеток и каркасов в местах пересечений электросваркой достигается надежная анкеровка ар-ры в бетоне. При армир-ии же отдельными стержнями или вязанными сетками или каркасами анкеровка оказывается достаточно надежной, если применена ар-ра переодического профиля. Большое значение имеет также правельное выполнение перегибов, стержней, стыков, отдельных стержней, сеток, каркасов и др.
Перегибают стержни во избежание значительной концентрации напряжений в бетоне по дуге окружности радиусом не менее 10d, а в легком бетоне при d>12мм в местах прегиба устраив-ют коротыши стержней.
Стержневую арматуру соед-т электросваркой. Площадь сечения стержней, соед-мых в одном месте, должна состовлять: при гладких стержнях-не более 25%, а при стержнях переодич. профиля-не более 50% общей площади сечения растянутой арматуры.
Для большепролётных конструкций применяют высокопрочную канатную арматуру. Арматурный канат – наиболее эффективная напрягаемая арматура; он состоит из группы проволок, свитых так, чтобы было исключено их раскручевание.
В целях экономии металла также существует неметаллическая арматура –
стеклопластиковая. Её получают из тонких стекловолокон, объеденяемых в арматурный стержень с помощью связующих пластиков из синтетических смол. (Хорошое сцепление с бетоном, высокая прочность на разрыв, но имеет низкий модуль упругости).
Класс арматуры S500. Нормотивное сопротивление fyk=400 Н/мм2.
Расчетное сопротивление fyd = fyk/γS. Расчетное сопротивление поперечной арматуры fywd= fydк1к2.
33.Сущность предварительно напряженных железобетонных конструкций. Способы создания предварительного напряжения. Методы натяжения арматуры. Анкерные устройства.
Предв напряж-ыми наз-ют такие ж/б к-ции, в кот-ых в процессе изгот-я искуственно создают значит сжим-е напряжения в бетоне натяжением высокопрочной арм-ры.
Предварит. напряжение в 2-3р. повышает трещиност-ть и жесткость к-ции по сравнению с обыч. жб при этом прочность предварительно-напряж. к-ций практич. не зависит от велич. предварит. напряж. арм-ры; меньший расход стали за счет возможности эффектив использ высокопроч ар-ры.
б при этотм прочность предварительно-напряж.
В предварительно напряжённой балке под нагрузкой бетон испытывает растягивающие напряжения только после погашения начальных сжимающих напряжений. При этом сила Fcrc (Fcrc – сила, которая вызывает образование трещин или ограниченное по ширине их раскрытие), превышает нагрузку, которая действует при эксплуатации Fser. Fu – предельное разрушение. Т.о., жб предварительно напряжённые элементы работаю под нагрузкой без трещин или с ограничением их по ширине их раскрытия Fser< Fcrc <Fu, а конструкции без предварительного напряжения – при наличии трещин Fcrc < Fser <Fu и при больших значениях прогибов.
Методы создания предварительного напряжения:
- путем натяжения арм-ры на упоры;
-путем натяжения арматуры на затвердевший бетон;
- применение напрягающего бетона, который увеличивается в размере при твердении.
Натяжение ар-ры может осущ механич, электротермическим и электротермомеханическим способами, физико-химический способ.
Анкеровка (закрепление концов) напрягаемой ар-ры спец-ми анкерами необходима всегда при натяжении ар-ры на бетон. Анкеровка ар-ры, натягиваемой на упоры, нужна только при недостатточном сцеплении ар-ры с бетоном, а именно при ар-ре из холоднотянутой гладкой проволки.
Анкеры обеспечивают хорошую передачу усилий с напрягаемой ар-ры на бетон. Бетон в местах расположения анкеров необходимо усиливать дополнительной косвенной ар-рой (сетками, спиралями).
cyberpedia.su
Сборный железобетонный каркас многоэтажного здания повышенной огнестойкости
Изобретение направлено на сокращение сроков строительства, снижение материалоемкости и трудоемкости при изготовлении и монтаже и повышение огнестойкости здания. Указанный технический результат достигается тем, что сборный железобетонный каркас многоэтажного здания включает колонны и шарнирно соединенные с ними в уровне перекрытия с образованием замкнутых ячеек ригели таврового сечения и настил перекрытия из пустотных предварительно напряженных плит. Колонны в нижних этажах выполнены с продольной арматурой, размещенной не менее чем в два ряда, высотой на несколько этажей, и с гнездами в уровне перекрытия, в которых смонтированы металлические расклинивающие консоли для опоры и стягивания с несущими ригелями и соединены между собой со смещением от верха плит на 1/2-1/4 высоты этажа посредством плоского стыка. В нижнем торце колонны размещены стыковочные металлические пластины с отверстиями под выпуски арматуры, а по углам выполнены пазы, окаймленные вертикальными металлическими пластинами. В верхнем торце колонны расположены выпуски арматуры, размещенные в отверстиях нижнего торца верхней колонны, при этом выпуски арматуры снабжены регулировочными гайками для возможности изменения толщины шва, с каждой колонной соединены в ортогональных направлениях как минимум один широкий преднапряженный несущий ригель, образующий замкнутую ячейку, с выполненными с одной или двумя полками для опирания настилов перекрытия, несущими стенами высотой на один этаж, смонтированными с опорой друг на друга через контактный стык и жестко соединенные между собой и с колоннами, при этом несущие ригели выполнены с нижними полками и наклонными стенками, подрезанными под одним углом у колонн, образующими жесткие контактные соединения в плоскости перекрытия, причем несущие ригели имеют вертикальные пазы, а стены - пазы и/или сквозные проемы в пределах толщины плиты перекрытия для образования шпонок при омоноличивании бетоном узлов соединения несущих ригелей и стен с плитами перекрытия. 9 ил.
Изобретение относится к строительству, а именно к конструкциям железобетонных каркасов с повышенными требованиями пожаробезопасности.
Известен типовой сборный рамный каркас ИИ-20 для промышленных зданий, включающий колонны с трапециевидными консолями для опоры ⊥-образных ригелей, на полках которых уложены ребристые плиты. /1/
Недостатком этого решения являются наличие выступающих вниз консолей колонн, полок ригелей и ребер плит, что неудобно для гражданских зданий, а также большие трудозатраты и расход стали в ригелях, плитах и в рамном стыке ригелей с колоннами.
Известен типовой связевый каркас серии 1.020.1/83, включающий колонны с потайными консолями, на которые опираются подрезками ⊥-образные ригели. Ригели и пустотные плиты выполнены предварительно напряженными, а стык ригелей с колоннами - шарнирным. /2/
Недостатками являются наличие ригелей только в одном направлении и недостаточная прочность, жесткость и огнестойкость связевых плит перекрытий, ограниченность планировочных возможностей каркаса из-за выступающих вниз полок ригелей.
Известен рамный в двух направлениях каркас ИИС-04 для зданий высотой до четырех этажей, включающий наряду с ригелями, устанавливаемыми в одном направлении, и связевые балки, устанавливаемые в другом направлении. При этом ригели и балки образуют замкнутые ячейки диска перекрытия, заполненные сборными настилами из пустотных плит. /3/
Однако отказ от стен-диафрагм снижает пространственную жесткость каркаса и этажность здания, а отсутствие в связевых балках нижних полок и шпоночных сопряжении исключает их совместную работу с настилом и уменьшает прочность и жесткость плит и ригелей.
Известен сборно-монолитный каркас, составленный из вибропрессованных преднапряженных бесконсольных колонн, длина которых соответствует высоте этажа со сквозными проемами на уровне перекрытий, монолитных продольных и сборно-монолитных поперечных ригелей, последние образованы из нижней преднапряженной вибропрессованной железобетонной балки-опалубки с симметричными относительно ее продольной оси выступами и армированной монолитной верхней части. На выступы опираются торцами вибропрессованные многопустотные железобетонные плиты. Ширина верхней монолитной и нижней сборной частей поперечных ригелей шире примыкающей грани колонн. /4/
Наиболее близким является сборно-монолитный железобетонный каркас многоэтажного здания, включающий бесконсольные многоэтажные колонны постоянного квадратного сечения со сквозными отверстиями в уровне перекрытий, шарнирно соединенные с ними в уровне перекрытия с образованием замкнутых ячеек сборно-монолитные несущие и связевые ригели с нижним сборным элементом таврового сечения и настил перекрытия из пустотных предварительно напряженных плит, уложенных в ячейке с зазором между собой, и бетон омоноличивания узлов соединения, отверстий и швов. /5/
К недостаткам известных каркасов многоэтажных зданий следует отнести большое количество трудоемких стыков колонн в многоэтажных зданиях, сложность омоноличивания сквозных проемов в колоннах и необходимость усиления этих мест при транспортировании и монтаже многоэтажных колонн, большой расход монолитного бетона в ригелях, недостаточная высота и жесткость главных и связевых ригелей, недостаточная огнестойкость конструкции, металлоемкий и трудоемкий рамный стык ригелей с колоннами, повышенная материалоемкость.
Технической задачей является сокращение сроков строительства, снижение трудоемкости при изготовлении и монтаже и материалоемкости путем изготовления линейных элементов каркаса (плит, ригелей и колонн) на длинных стендах безопалубочного формования и создания из них сборного железобетонного каркаса с максимально уменьшенной высотой перекрытия за счет выступающих вниз полок ригелей и расширения объемно-планировочных возможностей при одновременном исключении сварки стыков, сокращении веса арматуры и металлоемкой технологической и монтажной оснастки, отказа от парка стальных форм на заводе, при обеспечении прочности и устойчивости многоэтажных зданий при вертикальных, ветровых и огневых воздействиях.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в сборном железобетонном каркасе многоэтажного здания повышенной огнестойкости, включающем колонны постоянного квадратного сечения, шарнирно соединенные с ними в уровне перекрытия с образованием замкнутых ячеек ригели таврового сечения и настил перекрытия из пустотных предварительно напряженных плит, уложенных в ячейке с зазором между собой, и бетон омоноличивания узлов соединения и швов, согласно изобретению колонны в нижних этажах выполнены с продольной арматурой, размещенной не менее чем в два ряда, высотой на несколько этажей с гнездами в уровне перекрытия, в которых смонтированы металлические расклинивающие консоли для опоры и стягивания с несущими ригелями и соединены между собой со смещением от верха плит на 1/2-1/4 высоты этажа посредством плоского стыка, при этом в нижнем торце колонны размещены стыковочные металлические пластины с отверстиями под выпуски арматуры, а по углам выполнены пазы, окаймленные вертикальными металлическими пластинами, в верхнем торце колонны расположены выпуски арматуры, размещенные в отверстиях нижнего торца верхней колонны, при этом выпуски арматуры снабжены регулировочными гайками для возможности изменения толщины шва, с каждой колонной соединены в ортогональных направлениях как минимум один широкий преднапряженный несущий ригель, образующий замкнутую ячейку, с выполненными с одной или двумя полками для опирания настилов перекрытия, несущими стенами высотой на один этаж, смонтированными с опорой друг на друга через контактный стык и жестко соединенные между собой и с колоннами, при этом несущие ригели выполнены с нижними полками и наклонными стенками, подрезанными под одним углом у колонн, образующими жесткие контактные соединения в плоскости перекрытия, причем несущие ригели имеют вертикальные пазы, а стены - пазы и/или сквозные проемы в пределах толщины плиты перекрытия для образования шпонок при омоноличивании бетоном узлов соединения несущих ригелей и стен с плитами перекрытия.
Предлагаемый сборный каркас отличается тем, что колонны в нижних этажах выполнены с продольной арматурой, размещенной не менее чем в два ряда, высотой на несколько этажей с гнездами в уровне перекрытия, в которых смонтированы металлические расклинивающие консоли для опоры и стягивания с несущими ригелями и соединены между собой со смещением от верха плит на 1/2-1/4 высоты этажа посредством плоского стыка, при этом в нижнем торце колонны размещены стыковочные металлические пластины с отверстиями под выпуски арматуры, а по углам выполнены пазы, окаймленные вертикальными металлическими пластинами, в верхнем торце колонны расположены выпуски арматуры, размещенные в отверстиях нижнего торца верхней колонны, при этом выпуски арматуры снабжены регулировочными гайками для возможности изменения толщины шва, с каждой колонной соединены в ортогональных направлениях как минимум один широкий преднапряженный несущий ригель, образующий замкнутую ячейку, с выполненными с одной или двумя полками для опирания настилов перекрытия, несущими стенами высотой на один этаж, смонтированными с опорой друг на друга через контактный стык и жестко соединенные между собой и с колоннами, при этом несущие ригели выполнены с нижними полками и наклонными стенками, подрезанными под одним углом у колонн, образующими жесткие контактные соединения в плоскости перекрытия, причем несущие ригели имеют вертикальные пазы, а стены - пазы и/или сквозные проемы в пределах толщины плиты перекрытия для образования шпонок при омоноличивании бетоном узлов соединения несущих ригелей и стен с плитами перекрытия.
Снижение высоты ригеля при уменьшении высоты полок достигается за счет натяжения арматуры, совместной работы с плитами, условно-шарнирного стыка ригелей с колоннами и опирания настила по трем или четырем сторонам на ригели и стены.
Исключение сварки в стыках колонн и ригелей обеспечивается посредством плоского стыка колонн и условно-шарнирного стыка ригеля с колоннами.
Пространственная жесткость каркаса одновременно от действия вертикальных и ветровых нагрузок обеспечивается за счет вертикальных устоев, состоящих из несущих стен, жестко объединенных с колоннами, и горизонтальных дисков перекрытий.
Прочность и устойчивость колонн при одновременном воздействии вертикальных нагрузок и пожара обеспечивается за счет:
- крепления колонн в продольном и поперечном направлениях ригелями и стенами;
- обеспечения жесткости в горизонтальной плоскости ячеек перекрытий даже без настилов благодаря большой ширине ригелей и большой жесткости их омоноличенных контактных стыков вокруг колонн при подрезке полок и стенок в торцах под одним углом 45°;
- расстановки рабочей арматуры в колоннах и ригелях в два-три ряда и большой ширине ригелей.
На фиг.1 представлен план сборного железобетонного каркаса многоэтажного здания; фиг.2 - сборная колонна; фиг.3 - сечение 1-1 фиг.2; фиг.4 - вертикальное сечение по стыку колонн; фиг.5 - 1-1 фиг.1; фиг.6 - 2-2 фиг.1; фиг.7 - стык колонны и стен; фиг.8 - 3-3 фиг.1; фиг.9 - 4-4 фиг.1.
Сборный железобетонный каркас многоэтажного здания повышенной огнестойкости состоит из многоэтажных вертикальных несущих колонн 1 постоянного квадратного сечения по высоте здания, несущих стен 2 и несущих ригелей 3. Несущие ригели 3 и стены 2 соединяют колонны 1, образуя замкнутые горизонтальные ячейки, заполненные настилами перекрытия 4 из пустотных железобетонных плит 5, опертыми в торцевых 6 и продольных 7 сопряжениях по контуру на несущие ригели 3 и стены 2 (фиг.1).
Многоэтажные колонны квадратного сечения с гранями шириной «b» имеют на уровне перекрытий гнезда 8 для установки на монтаже металлических консолей 9 (фиг.2). На торцах колонны снабжены металлическими пластинами 10 для устройства плоских стыков 11, вынесенных выше перекрытия на высоту не более половины и не менее четверти высоты этажа (фиг.2, 3, 4). Колонна армирована вертикальной арматурой 12. Для повышения огнестойкости и обеспечения пространственной жесткости каркаса без участия плит перекрытия несущие ригели 3 установлены в двух направлениях с нижней напрягаемой арматурой 13, расположенной в три ряда (фиг.9), кроме арматуры 12, расположенной в углах, остальная продольная арматура колонн 14 сдвинута вглубь, во второй и третий ряды (фиг.3).
Для объединения колонн из углов верхних торцов выпущены четыре стержня 12 с резьбой, а в верхних торцах колонн в пластинах 10 по углам сделаны отверстия 15 и устроены пазы 16, окаймленные вертикальными и горизонтальными 17 пластинами, для пропуска стержней 12 и навинчивания на них затягивающих гаек 18 и выравнивающих толщину стыка 11 гаек 19, при этом вертикальные пластины 17 анкеруются в бетоне колонн выше горизонтальных пластин 17, где свариваются с продольными рабочими стержнями 14 колонн (рис.2, 3, 4).
Стены 2 опираются по высоте друг на друга через контактный шов 20 (фиг.5, 6), а с колоннами 1 и друг с другом объединяются в вертикальных сопряжениях 21 с помощью металлических стыков 22 в количестве не менее двух и не более четырех штук в пределах высоты этажа (фиг.7), при этом стены 2 имеют полки 23 высотой h, не выступающие за грани колонн 1, с вылетом a≥h (фиг.6). Плоские ригели 3 высотой hp≤b, шириной по верху, равной bв≤2hp, и по низу - bн≤3hр, с нижними полками 24 высотой hп (фиг.8), как в стене, при этом у опор полки и стенки ригелей подрезаны под углом 45° и на торцах ширина ригелей равняется ширине грани колонн b (фиг.1), в крайней подпертой плите настила нет одной или нескольких крайних пустот.
Многопустотные плиты 5 опираются на полки 23 и 24 стен и ригелей торцами 25 или крайними ребрами 26 значительно более толстыми по расчету, чем средние 27, при этом высота плит больше высоты стенки 28 ригелей на величину δ≥δп толщины верхней полки 29 плит для удобства пропуска гнутых арматурных связей 30, анкеруемых в торцах пустот 31 плит (фиг.8), и связей-каркасов 32, анкеруемых в межплитных швах 33 (фиг.9).
Для обеспечения прочности и жесткости диска перекрытия в вертикальной и горизонтальной плоскостях стенок 28 ригелей 3 сделаны вертикальные пазы 34, а в торцы пустот 31 установлены пробки 35, чтобы после омоноличивания торцевых сопряжении 6 в них образовывались бетонные шпонки, при этом пазы в средней части стенок ригелей отсутствуют, чтобы не ослаблять сжатую зону стенки ригелей, а в стенах на уровне плит сделаны пазы 34 или сквозные проемы 36.
Источники информации:
1. Банков В.Н., Сигалов Э.Е. «Железобетонные конструкции», М., СИ, 1985.
2. Довгалюк В.И. «Соединение сборных железобетонных каркасных конструкций зданий», Обзор, М., ВНИИНТПИ, 1989 г.
3. Казина Г.А. «Современные железобетонные конструкции сейсмостойких зданий». Обзор, М., ВНИИС, 1981 г.
4. Патент РФ №2233952, МКИ Е04В 1/18, публ. 10.08.2004 г.
5. SU №1776734, МКИ Е04В 1/18, 23.12.93, БИ №43 (прототип).
Сборный железобетонный каркас многоэтажного здания повышенной огнестойкости, включающий колонны постоянного квадратного сечения, шарнирно соединенные с ними в уровне перекрытия с образованием замкнутых ячеек ригели таврового сечения и настил перекрытия из пустотных предварительно напряженных плит, уложенных в ячейке с зазором между собой, и бетон омоноличивания узлов соединения и швов, отличающийся тем, что колонны в нижних этажах выполнены с продольной арматурой, размещенной не менее чем в два ряда, высотой на несколько этажей с гнездами в уровне перекрытия, в которых смонтированы металлические расклинивающие консоли для опоры и стягивания с несущими ригелями и соединены между собой со смещением от верха плит на 1/2-1/4 высоты этажа посредством плоского стыка, при этом в нижнем торце колонны размещены стыковочные металлические пластины с отверстиями под выпуски арматуры, а по углам выполнены пазы, окаймленные вертикальными металлическими пластинами, в верхнем торце колонны расположены выпуски арматуры, размещенные в отверстиях нижнего торца верхней колонны, при этом выпуски арматуры снабжены регулировочными гайками для возможности изменения толщины шва, с каждой колонной соединен в ортогональных направлениях как минимум один широкий преднапряженный несущий ригель, образующий замкнутую ячейку с выполненными с одной или двумя полками для опирания настилов перекрытия несущими стенами высотой на один этаж, смонтированными с опорой друг на друга через контактный стык и жестко соединенными между собой и с колоннами, при этом несущие ригели выполнены с нижними полками и наклонными стенками, подрезанными под одним углом у колонн, образующими жесткие контактные соединения в плоскости перекрытия, причем несущие ригели имеют вертикальные пазы, а стены - пазы и/или сквозные проемы в пределах толщины плиты перекрытия для образования шпонок при омоноличивании бетоном узлов соединения несущих ригелей и стен с плитами перекрытия.
www.findpatent.ru
Конструктивные элементы каркаса многоэтажных промышленных и гражданских зданий
Конструктивные элементы каркаса многоэтажных промышленных и гражданских зданий
Многоэтажные промышленные здания, как правило, сооружают каркасными из сборного железобетона. Габаритные схемы типовых зданий с унифицированными конструкциями приведены на схеме ниже:
Унифицированные сборные железобетонные элементы многоэтажных промышленных зданий
а - колонны; б - ригели; в - плиты перекрытий.
По конструкции многоэтажные промышленные здания могут быть с полным сборным железобетонным каркасом, самонесущими или навесными стенами. Сборные конструкции перекрытий применяют двух типов - балочные и безбалочные. Основными элементами каркаса многоэтажного промышленного здания являются колонны, отличающиеся от элементов каркаса одноэтажных зданий, и ригели перекрытий, образующие железобетонные рамы. Ригели перекрытий разработаны прямоугольного и таврового сечений.
Конструкции междуэтажных балочных перекрытий могут быть двух типов:1) с опиранием плит на полки ригелей;2) с опиранием плит сверху на прямоугольные ригели.
В зданиях небольшой этажности часто применяют схему неполного каркаса, например кирпичные наружные стены (несущие) и внутренние кирпичные столбы. При больших нагрузках целесообразно вместо кирпичных столбов применять железобетонные колонны, которые вместе с железобетонными ригелями образуют каркас здания.
Как указывалось выше, здания могут иметь полный или неполный каркас. Наряду с железобетонными каркасами в строительстве применяют стальные каркасы.
По конструктивной схеме стальной каркас в целом аналогичен железобетонному и представляет собой основную несущую конструкцию промышленного здания, поддерживающую покрытие, стены и подкрановые балки, а в некоторых случаях - технологическое оборудование и рабочие площадки. Основными элементами несущего стального каркаса, воспринимающими действующие на здание нагрузки, являются плоские поперечные рамы (см. схему ниже), образованные колоннами и стропильными фермами, ригелями.
Конструктивная схема стального каркаса производственного здания
На поперечные рамы опирают продольные элементы каркаса - подкрановые балки, ригели стенового каркаса фахверха, прогоны покрытия и в некоторых случаях фонари. Пространственная жесткость каркаса достигается устройством связей в продольном и поперечном направлениях.
Стальной каркас имеет определенные преимущества перед железобетонными. Его монтаж осуществляется значительно быстрее, а сокращение сроков строительства дает значительную экономию стоимости основных фондов строящегося предприятия. Однако металлический каркас дороже железобетонного, требует большого расхода металла и дороже в эксплуатации.
www.armaxbio.com
Железобетонные конструкции каркаса многоэтажного промышленного здания
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине
«Строительные конструкции»
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ КАРКАСА
МНОГОЭТАЖНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ
Содержание. 2
Введение. 3
1. Компоновка конструктивной схемы каркаса здания. 4
1.1. Объёмно-планировочные параметры здания . 4
1.2. Состав и работа каркаса здания . 4
1.3. Температурные швы .. 4
1.4. Колонны и наружные стены .. 5
1.5. Ригели . 5
1.6. Панели перекрытия . 5
1.7. План и поперечный разрез здания . 6
2. Определение нагрузок и статический расчёт элементов каркаса. 7
2.1. Общие положения . 7
2.2. Нагрузки на перекрытие и покрытие . 8
2.3. Статический расчёт панели перекрытия . 8
2.4. Статический расчёт поперечной рамы каркаса . 9
3. Расчёт и конструирование предварительно напряженной панели перекрытия. 13
3.1. Характеристики прочности бетона и арматуры .. 13
3.2. Предварительное напряжение арматуры .. 13
3.3. Граничная относительная высота сжатой зоны бетона . 15
3.4. Опалубочные размеры панели . 13
3.5. Эквивалентное поперечное сечение панели . 16
3.6. Подбор продольной рабочей арматуры панели . 17
3.7. Конструирование поперечной рабочей арматуры панели . 19
3.8. Расчет полки панели на местный изгиб . 19
3.9. Рабочие чертежи панели перекрытия . 21
4. Расчет и конструирование ригеля перекрытия. 22
4.1. Прочностные и деформативные характеристики бетона и арматуры .. 22
4.2. Подбор продольной рабочей арматуры ригеля . 22
4.3. Подбор поперечной рабочей арматуры ригеля . 25
4.4. Обрыв продольной арматуры в пролёте . 29
4.5. Конструктивное армирование ригеля, опорный узел . 30
5. Расчёт и конструирование колонны.. 31
5.1. Подбор продольной арматуры .. 31
5.2. Конструирование поперечной арматуры колонны .. 32
6. Расчёт и конструирование фундамента. 33
6.1. Общие соображения . 33
6.2. Определение площади подошвы фундамента . 33
6.3. Определение основных размеров фундамента . 34
6.4. Расчёт фундамента на продавливание . 36
6.5. Проверка прочности плиты по наклонному сечению .. 36
6.6. Подбор арматуры подошвы фундамента . 36
Список литературы.. 38
Графическая часть. 39
М ногоэтажные промышленные здания служат для размещения различных производств: цехов лёгкого машиностроения, приборостроения, химической, электро- и радиотехнической промышленности, а также складов, холодильников, гаражей, предприятий железнодорожного транспорта и прочих объектов. Для всех названных производств характерны сравнительно небольшие технологические нагрузки на конструкции здания.
Многоэтажные промышленные здания целесообразно строить, когда производственный процесс организован по вертикальной схеме и когда производство не относится к категории взрыво- и пожароопасных.
Чаще всего многоэтажные производственные здания выполняют из железобетона, так как в настоящее время он является одним из основных материалов капитального строительства.
Основу многоэтажного производственного здания образует железобетонный каркас, состоящий из колонн, ригелей, плит перекрытия и элементов жёсткости. В зданиях с неполным каркасом колонны располагаются только внутри, а наружные стены выполняют функции несущих и ограждающих конструкций.
В настоящее время железобетонное строительство осуществляется в основном в монолитном исполнении. Сборные железобетонные конструкции, возведение которых на строительной площадке осуществлено из заранее заготовленных элементов, получили распространение в основном в эксплуатируемом фонде. Вместе с тем, методы расчёта этих конструкций, в отличие от монолитных, достаточно полно разработаны и просты для понимания.
В данной работе выполняется проектирование основных несущих конструкций сборного железобетонного каркаса многоэтажного производственного здания. Целью проектирования является разработка технологичных конструктивных решений, обеспечивающих несложное, быстрое и экономичное изготовление, транспортирование и монтаж конструкций, которые будут надёжны и безопасны в эксплуатации.
Проектирование осуществляется в соответствии с действующими нормативно-правовыми актами Российской Федерации (Федеральными Техническими регламентами) и нормативными документами (СНиП, ГОСТ, СП – Сводами правил, СТО – Стандартами организаций), составляющими техническую и юридическую основу проектных работ и обеспечивающими необходимую надёжность и экономичность объектов недвижимости.
Объёмно-планировочные параметры здания
mirznanii.com
