каркас многоэтажного здания

Формула изобретения

1. Каркас многоэтажного здания, включающий колонны, установленные по осям разбивочной сетки взаимно перпендикулярных осей, балки, жестко соединенные с колоннами и расположенные под углом к осям разбивочной сетки, и перекрытия, отличающийся тем, что балки расположены с образованием в плоскости перекрытий ромбовидных или треугольных ячеек, причем треугольные ячейки образованы балками ромбовидных ячеек и дополнительными балками, соединяющими колонны по линии меньшей диагонали ромбовидных ячеек, при этом угол наклона балок ромбовидных ячеек составляет 20 - 40^oС с горизонтальной осью разбивочной сетки.

2. Каркас по п.1, отличающийся тем, что дополнительные балки, соединяющие колонны по линии меньшей диагонали ромбовидных ячеек, расположены в теле перекрытий.

3. Каркас по п.1 или 2, отличающийся тем, что он выполнен с ядром жесткости в виде коробчатого элемента, вертикально установленного на всю высоту здания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении многоэтажных зданий с металлическими каркасами.

Известен металлический каркас многоэтажного многопролетного здания, включающий колонны, стойки и балки (авт. св. N 838020, кл. E 04 B 1/24, 1979).

Наиболее близким к изобретению техническим решением (прототипом) является каркас многоэтажного здания, включающий колонны, установленные по осям разбивочной сетки взаимно перпендикулярных осей, балки, жестко соединенные с колоннами и перекрытия, опертые на балки (Файбишенко В.К. Металлические конструкции. М., Стройиздат, 1984, с. 147 - 149, рис. 121б, с. 153, 154).

Существенным недостатком известных решений являются недостаточная надежность зданий, обусловленная значительными усилиями, в элементах каркаса от горизонтальных нагрузок, как статических, так и динамических, высокая материалоемкость, а также ограниченность архитектурно-планировочных возможностей.

Задачей изобретения является повышение надежности зданий при одновременном снижении материалоемкости и расширение архитектурно-планировочных решений путем устранения отмеченных недостатков.

Поставленная задача решается за счет того, что в каркасе многоэтажного здания, включающем колонны, установленные по осям разбивочной сетки взаимно перпендикулярных осей, балки, расположенные с образованием в плоскости перекрытий ромбовидных или треугольных ячеек, причем треугольные ячейки образованы балками ромбовидных ячеек и дополнительными балками, соединяющими колонны по линии меньшей диагонали ромбовидных ячеек, при этом угол наклона балок ромбовидных ячеек составляет 20 - 40^o с горизонтальной осью разбивочной сетки.

Дополнительные балки, соединяющие колонны по линии меньшей диагонали могут быть расположены в теле перекрытий.

Кроме того, каркас может быть выполнен с ядром жесткости в виде коробчатого элемента, вертикально установленного на всю высоту здания.

Каркас многоэтажного здания включает металлические колонны 1 круглого сечения, установленные в точках пересечения взаимно перпендикулярных осей 2 и 3 с балками 4, расположенными под углом с горизонтальными осями 2.

Колонны 1 жестко соединены между собой, например, с помощью болтовых соединений, а также с металлическими балками 4 (фиг. 4), образуя в горизонтальной плоскости перекрытий 5 жесткую стержневую систему (фиг. 1) с ромбовидными ячейками 6.

Перекрытия 5 выполняют из монолитных или сборных железобетонных плит ромбовидной формы (т.е. по форме ромбовидных ячеек 6), опертых на металлические балки 4, которые могут быть расположены в теле перекрытия 5.

Угол принимают в пределах 20 - 40^o в зависимости от архитектурно-планировочных решений здания.

Колонны 1, жестко соединенные с балками 4, образуют в вертикальной плоскости жесткие многопролетные рамы 7. (фиг. 2).

Каркас здания может быть снабжен дополнительными балками 8, которые соединяют колонны 1 по линии меньшей диагонали ромбовидных ячеек 6 (фиг. 3). В этом случае образуются две треугольные ячейки 9 с треугольными плитами 10, опертыми на балки 4 и 8 по трем сторонам.

В зданиях повышенной этажности каркас может быть выполнен с ядром жесткости в виде железобетонного коробчатого элемента 11, вертикально установленного на всю высоту здания и жестко соединенного с каркасом.

Каркас многоэтажного здания работает следующим образом.

Каркас здания воспринимает как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки. Горизонтальные нагрузки воспринимаются рамами 7, имеющими жесткие узлы соединения с балками 4 (выполненными, например, из спаренных швеллеров) и распложенными под углом к разбивочной сетке осей. Как показывают расчеты, увеличение длины рамы и количества пролетов снижают усилия в элементах каркаса. Вертикальные нагрузки воспринимаются железобетонными плитами 5 и передаются на балки 4.

Установка дополнительных балок 8 позволяет уменьшить расчетные усилия в плитах перекрытий и превратить балочную схему в неизменяемую горизонтальную систему, что увеличивает надежность всей конструктивной схемы здания. При этом ромбовидная плита превращается в две треугольные 10, работающие по трем сторонам.

Неизменяемая горизонтальная балочная система перераспределяет горизонтальную нагрузку между вертикальными элементами каркаса даже при выходе из работы железобетонной плиты, что позволяет использовать изобретение сейсмическом строительстве.

Поскольку к колоннам 1 может быть прикреплено шесть балок 4 и 8, их целесообразно выполнять круглого сечения.

В зданиях повышенной этажности может быть выполнено ядро жесткости в виде коробчатого элемента 11, воспринимающего большую часть горизонтальных нагрузок.

Монтаж каркаса осуществляется известным образом из отдельных готовых моделей, включающих стояки с балками.

Как видно на фиг. 1 и 3, изобретение без увеличения типоразмеров элементов каркаса расширяет архитектурно-планировочные возможности проектирования зданий.

Кроме того, оно обеспечивает повышение их надежности при одновременном снижении материалоемкости примерно на 8 - 15%.