каркас многоэтажного здания

Формула изобретения

1. КАРКАС МНОГОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ, включающий колонны со сквозными проемами, расположенными с совмещением их нижней и верхней граней с нижней и верхней плоскостями плит перекрытий, которые имеют на продольных гранях шпонки, ригели одного направления с ненапрягаемой и со сквозной прямолинейной напрягаемой арматурой, расположенной в верхней зоне, монолитные сплошного сечения ригели перпендикулярного направления с пропущенной в проемах колонн сквозной напрягаемой арматурой, которая замоноличена бетоном и закреплена по периметру здания, и бортовые элементы, отличающийся тем, что колонны снабжены поперечными гребнями, расположенными по осям монолитных ригелей на нижней грани сквозных проемов и имеющими высоту, равную 0,7 толщины плит перекрытий, которые выполнены многопустотными и соединены между собой посредством жестких вставок, размещенных поперек в монолитных ригелях и закрепленных концами в швах между продольными гранями плит перекрытий и/или в пустотах последних, а сквозная напрягаемая арматура монолитных ригелей расположена согласно эпюре моментов с перегибом ее в местах установки жестких вставок, причем ригели, расположенные перпендикулярно монолитным, образованы из сборных пустотелых элементов, которые имеют длину меньше длины многопустотных плит и расположены с образованием в монолитных ригелях у колонн уширений, в которых размещена ненапрягаемая арматура в виде плоских каркасов, а сквозная прямолинейная арматура установлена в уширениях у колонн и в швах между сборными пустотелыми элементами и плитами перекрытий.

2. Каркас по п. 1, отличающийся тем, что жесткие вставки выполнены в виде плоских арматурных каркасов.

3. Каркас по п. 1, отличающийся тем, что жесткие вставки выполнены в виде цилиндрического элемента сплошного или полого сечения.

4. Каркас по пп.1 - 3, отличающийся тем, что высота сквозных проемов колонн превышает толщину плит перекрытий.

5. Каркас по пп.1 - 3, отличающийся тем, что сквозные проемы в колоннах выполнены с оголением всей рабочей арматуры колонн по крайней мере на высоту плит перекрытий.

6. Каркас по пп.1 - 5, отличающийся тем, что бортовые элементы и сборные пустотелые элементы ригелей выполнены одинаковыми в виде многопустотных плит.

7. Каркас по пп.1 - 3, отличающийся тем, что сквозная прямолинейная напрягаемая арматура в зонах положительного момента между колоннами свободно пропущена в каналах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, в частности к железобетонным каркасам многоэтажных жилых и общественных зданий.

Известен сборный преднапряженный каркас, включающий колонны со сквозными поперечными каналами в двух направлениях, сквозную напрягаемую арматуру, плиты перекрытия и бортовые элементы, объединенные по ригелям монолитным бетоном [1].

Известный каркас обеспечивает существенное снижение материалоемкости здания.

Недостатки каркаса заключаются в повышенных трудозатратах на инъецирование каналов в колоннах высокоадгезионным раствором, на размещение и натяжение сквозной арматуры по обеим осям здания в плане, требует повышенного расхода высокопрочной стали на армирование ригелей, имеет невысокую эксплуатационную надежность, поскольку при возможной фильтрации влаги с поверхности перекрытия по поверхности колонны или при образовании конденсата в неплотно заинъецированных каналах высокопрочная сквозная арматура ригелей не защищена от интенсивного коррозионного воздействия в зонах концентрированного силового поля.

Наиболее близким техническим решением является каркас многоэтажного здания, включающий колонны со сквозными проемами, расположенными с совмещением их нижней и верхней граней с нижней и верхней плоскостями плит перекрытий, которые имеют на продольных гранях шпонки, ригели одного направления с ненапрягаемой и со сквозной прямолинейной напрягаемой арматурой, расположенной в верхней зоне, и монолитные сплошного сечения ригели перпендикулярного направления с пропущенной в проемах колонн сквозной напрягаемой арматурой, которая замоноличена бетоном и закреплена по периметру здания, и бортовые элементы [2].

Недостатки указанного решения заключаются в повышении материалоемкости конструкций каркаса, усложнении производства работ и снижении темпов монтажа.

Цель изобретения - снижение материалоемкости и трудоемкости монтажа.

Цель достигается тем, что колонны снабжены поперечными гребнями, расположенными по осям монолитных ригелей на нижней грани сквозных проемов и имеющими высоту, равную 0,7 толщины плит перекрытий, которые выполнены многопустотными и соединены между собой посредством жестких вставок, размещенных поперек в монолитных ригелях и закрепленных концами в швах между продольными гранями плит перекрытий и/или в пустотах последних, а сквозная напрягаемая арматура монолитных ригелей расположена согласно эпюре моментов с перегибом ее в местах установки жестких вставок, причем ригели, расположенные перпендикулярно монолитным, образованы из сборных пустотелых элементов, которые имеют длину меньше длины многопустотных плит и расположены с образованием в монолитных ригелях у колонн уширений, в которых размещены сквозная прямолинейная арматура и ненапрягаемая арматура в виде плоских каркасов, а сквозная прямолинейная арматура установлена в уширениях у колонн и в швах между сборными пустотелыми элементами и плитами перекрытий.

Кроме того, жесткие вставки могут быть выполнены в виде плоских арматурных каркасов или цилиндрического элемента сплошного или полого сечения, высота сквозных проемов колонн может превышать толщину плит перекрытий; сквозные проемы в колоннах могут быть выполнены с оголением всей рабочей арматуры колонн по крайней мере на высоту плит перекрытий; бортовые элементы и сборные пустотелые элементы ригелей могут быть выполнены одинаковыми в виде многопустотных плит; сквозная прямолинейная напрягаемая арматура в зонах положительного момента между колоннами свободно пропущена в каналах.

На фиг. 1 изображен каркас, фрагмент многоэтажного здания, вид в плане; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1 (на стадии монтажа до бетонирования монолитного ригеля), вариант с жесткими вставками в виде плоского элемента, заделанного концами посередине пролета в швах между плитами; на фиг. 4 - то же, вариант с жесткими вставками в четвертях пролета в виде цилиндрических элементов, заделанных концами в пустотах плит смежных пролетов; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 3. вариант выполнения вставок в виде жесткого плоского арматурного каркаса; на фиг. 6 - то же, вариант выполнения вставок в виде стальной перфорированной полосы; на фиг. 7 - разрез Г-Г на фиг. 4, вариант выполнения жестких вставок в виде телескопического цилиндрического элемента; на фиг. 8 - узел I на фиг. 4 на стадии до укладки монолитного бетона ригеля; на фиг. 9 - разрез Д-Д на фиг. 8.

Каркас включает колонны 1, сборные многопустотные плиты 2, объединенные по боковым сторонам швами 3 из монолитного бетона. Между торцами плит 2 из монолитного бетона выполнены ригели 4 сплошного сечения, вдоль которых на всю их длину пропущена сквозная напрягаемая арматура 5. Ригель 4 у колонн 1 в плане имеет уширения 6, охватывающие по контуру сечение каждой колонны 1. В перпендикулярном ригелю 4 направлении скрытый ригель 7 перекрытия 8 может быть выполнен из сборных пустотелых элементов 9, размещенных по осям колонн 1. В монолитном ригеле 4 поперек сквозной напрягаемой арматуры 5 размещены жесткие вставки 10, заделанные концами в швах 3 между плитами 2 и/или в пустотах 11 по торцам плит 2. Бортовые элементы 12 могут быть выполнены в виде многопустотных плит 13 и унифицированы с элементами 9, образующими скрытые ригели 7 по одной из сторон плит 2 перекрытия 8. Колонны 1 в уровне перекрытия 8 выполнены со сквозными проемами 14 для пропуска через них сквозной напрягаемой арматуры 5. При этом по низу каждого проема 14 поперек сквозной напрягаемой арматуры 5 выполнен гребень 15 заодно с телом колонны 1. Гребень 15 может быть выполнен с различным профилем, однако из условий производства работ предпочтительнее трапециевидный профиль. По верху гребня 15 размещены стальные прокладки 16, на которых размещена сквозная напрягаемая арматура 5.

В пределах проемов 14 рабочая арматура 17 колонн 1 на стадии монтажа может быть оголена. Для исключения повреждения колонн 1 в местах проемов 14 они должны быть снабжены либо обжимными бандажами (на чертежах не показаны), либо противосдвиговой наклонной арматурой (на чертежах не показаны). В стыке сопряжения колонны 1 с перекрытием 8 в поперечных пазах (не обозначены) располагают плоские арматурные каркасы 18, обеспечивающие дополнительное восприятие отрицательных моментов у колонн 1, а также повышение сопротивления продавливанию перекрытия 8 у колонн 1. В швах 3 вдоль элементов 9 скрытых ригелей 7 расположена верхняя прямолинейная сквозная предварительно напряженная арматура 19.

Сквозная напрягаемая арматура 5 (и 19) закреплена по периметру здания.

Жесткие поперечные вставки 10 могут быть выполнены в виде плоского сварного арматурного каркаса 20, способного без излишних деформаций воспринять вертикальную составляющую от усилия преднапряжения в месте перегиба сквозной напрягаемой арматуры 5 (фиг. 5). Они могут быть также выполнены в виде жесткой перфорированной полосы 21 с отверстиями 22 для анкеровки ее в бетоне ригеля 4 и шва 3 (фиг. 6). Вставки 10 могут быть выполнены в виде сплошного или полого цилиндрического элемента 23, размещенного до натяжения арматуры в пустотах 11 плит 2. В частности, цилиндрический элемент 23 может быть выполнен телескопически раздвижным (фиг. 7).

Каркас при эксплуатации под загрузкой работает как единая монолитная пространственная конструкция. При передаче вертикальной нагрузки на перекрытия 8 каждая плита 2, включаясь в ее восприятие, перераспределяет усилия на ригели 4 со сквозной напрягаемой арматурой 5, далее усилие передается на колонны 1. Благодаря проемам 14 в колоннах 1 ригели 4 выполнены сплошными непрерывными по всей ширине здания и отсутствуют места концентрации напряжений в бетоне. Благодаря защемлению плит 2 по торцам в ригеле 4 и объединению их монолитными швами 3 по бокам обеспечена полная монолитность работы каркаса. Как показали статические испытания каркаса, разрушение сборно-монолитных перекрытий, собранных из многопустотных плит и объединенных в диск перекрытия, происходит "по конверту", как и в перекрытиях, выполненных из сплошной монолитной плиты. При этом размещение поперек напрягаемой арматуры 5 вставок 10 и выполнение проемов 14 колонн 1 с гребнем 15 позволяют в наиболее полной мере использовать прочностные свойства высокопрочной напрягаемой арматуры 5 и сократить благодаря этому ее расход.

Благодаря уширению ригеля 4 у колонн 1 обеспечено надежное объединение 9 в сплошной ригель 7 по длине здания и в направлении, перпендикулярном оси ригеля 4. В швах 3 вдоль элементов 9 располагают верхнюю сквозную напрягаемую прямолинейную арматуру 18 (фиг. 8), обеспечивающую повышение трещиностойкости сечения перекрытий 8 у колонн 1.

Таким образом каркас имеет полное перераспределение усилий между его элементами благодаря полному включению в работу сборных элементов 9, надежному защемлению их и жестких вставок 10 в каркасе после набора монолитным бетоном ригелей 4 и швов 3 требуемой прочности, в результате чего существенно снижается материалоемкость несущих конструкций.

Каркас возводят в следующей последовательности.

Монтируют колонны 1, на них крепят монтажные мостики с опалубкой низа ригелей 4 (на чертежах не представлены), по которым в проектное положение раскладывают плиты 2, элементы 9 и бортовые элементы 12. Бетонируют швы 3 между элементами 9, 12 с одновременной установкой жестких вставок 10. Протягивают сквозную напрягаемую арматуру 5 ригелей 4 и после набора бетоном швов 3 требуемой прочности производят ее натяжение и фиксацию на контуре здания. Затем бетонируют ригели 4. После набора бетоном ригелей 4 требуемой прочности производят демонтаж монолитных мостиков и опалубки ригелей 4 и переставляют их на следующее перекрытие 8. В случае применения сквозной напрягаемой арматуры 5 с натяжением ее на бетон технология возведения каркаса может отличаться от рассмотренного. В этом случае напрягаемую арматуру 5, помещенную в специальных каналообразователях, размещают в проектное положение после установки плит 2 на монолитных мостиках и установки между торцами плит 2 жестких вставок 10 и производят подтяжку сквозной арматуры 5 небольшим усилием (до 5% от расчетного). Затем одновременно бетонируют монолитный ригель 4, все швы 3 между плитами 2, элементами 9 и 12 и после набора бетоном требуемой прочности производят полное натяжение напрягаемой арматуры 5. В этом случае либо производят инъецирование каналов, в которых расположена напрягаемая арматура 5, либо эту арматуру 5 при наличии антикоррозионной защиты выполняют без сцепления с бетоном. В любом случае после натяжения арматуры 5 можно производить перестановку монтажных мостиков на следующий этаж.

Наличие гребней 15 в проемах колонн и жестких вставок, в местах установки которых производится перегиб сквозной напрягаемой арматуры 5, позволяет не только рационально разместить арматуру 5 согласно эпюре усилий, сократить ее расход и осуществить регулирование приложения поперечного усилия к перекрытию 8, обратного направлению действия постоянной нагрузки, но и уменьшить поперечные размеры монолитных ригелей 4.

Выполнение скрытых ригелей 4 между торцами плит 2 сплошного сечения способствует защемлению плит 2 в ригеле 4 по торцам, а образованная система скрытых в перекрытии 8 перекрестных балок, между которыми размещены многопустотные плиты 2, обеспечивает в целом высококачественную пространственную работу сборно-монолитного перекрытия 8 под нагрузкой и полное перераспределение усилий между элементами перекрытия 8 от локального воздействия значительных сосредоточенных нагрузок. Указанное приводит к снижению перекрытия 8. Уширение ригелей 4 у колонн 1 способствует размещению в этих местах сосредоточенной арматуры 18, предотвращающей продавливание перекрытия 8 у колонн 1, что дополнительно обеспечивает повышение надежности перекрытия 8 и каркаса в целом.

Выполнение скрытых ригелей 7 из сборных пустотелых элементов 9 позволяет не только сократить материалоемкость перекрытий 8, но и упростить технологию производства работ и повысить темп монтажа. В этом случае возможно осуществить монтаж ригелей 4, 7 на общих подмостях одновременно с монтажом всех плит 2 перекрытий 8. Кроме того, одновременно без устройства дополнительной опалубки и подмостей в поперечном направлении можно производить омоноличивание швов 3 между плитами 2 и элементами 9 ригелей 7. Наличие монолитных швов 3 позволяет рационально разместить в них в зонах отрицательных моментов локальную напрягаемую арматуру 18.

Выполнение на обеих боковых поверхностях колонн 1 по высоте на высоту плит 2 перекрытия 8 поперечных пазов 24, расположенных перпендикулярно сквозному проему 14, обеспечивает удобство размещения в пазах 24 локальной арматуры 18, способствующей повышению сопротивления продавливанию перекрытия 8 у места сопряжения пеpекрытия 8 с колонной 1. В результате обеспечено не только упрощение технологии, но и повышение надежности перекрытия 8 и каркаса здания в целом.

Выполнение сквозных проемов 14 в колоннах 1 с оголением всей рабочей арматуры колонн 17 как минимум на высоту плит 2 перекрытия 8 улучшает условия работы рабочей арматуры 17 перекрытия 8 под нагрузкой в стыке сопряжения колонны 1 с перекрытием 8; благодаря возможности рационального размещения ее в конструкции упрощается процесс укладки монолитного бетона в узлах омоноличивания перекрытия 8, что обеспечивает сокращение металлоемкости перекрытия 8 и повышение темпа монтажа каркаса.

Выполнение сборных пустотных элементов 9 скрытых ригелей 7 в виде многопустотных плит и унификация их с бортовыми элементами 12 перекрытий 8 уменьшает объем монолитного бетона, а также сокращает номенклатуру изделий, что способствует снижению материалоемкости и повышению темпа монтажа каркаса.

Размещение по монолитным швам 3 вдоль боковых граней сборных пустотных элементов 9 ригелей 7 у верхней поверхности перекpытия 8 прямолинейной сквозной напрягаемой арматуры 19, заанкеренной концами на контуре здания, повышает сопротивление продавливанию перекрытия 8, а также трещиностойкость сечений перекрытий 8 в зонах отрицательных моментов у колонн 1, что способствует как сокращению их материалоемкости, так и повышению эксплуатационной надежности и долговечности каркаса.

Прямолинейная сквозная напрягаемая арматура 19 в зонах положительного момента между колоннами 1 может быть выполнена без сцепления с бетоном. В этом случае она не сказывается отрицательно на работу сжатого бетона перекрытия 8, что способствует повышению его несущей способности и сокращению его материалоемкости.