конструкция здания и способ его возведения

Формула изобретения

1. Конструкция здания, включающая фундамент и жестко связанный с ним монолитный железобетонный рамный пространственный каркас, образованный вертикальными колоннами, горизонтальными несущими балками и связевыми ригелями, расположенными в плоскостях наружных и внутренних стен, а также междуэтажными перекрытиями из плит, причем несущие балки и связевые ригели ориентированы с учетом конкретного планировочного решения, отличающаяся тем, что фундамент выполнен монолитным ленточным в виде системы перекрестных монолитных балок, колонны жестко соединены с узлами сопряжения несущих балок и связевых ригелей перекрытий и балок фундамента, в фасадном слое наружных стен выполнен параллельный несущему и соединенный с ним гибкими связями замкнутый по контуру фасадный каркас, стойки которого опираются на общий фундамент, при этом элементы фасадного и несущего каркасов разнесены в соответствующих плоскостях на толщину утеплительной прокладки, выполненной из мелкоштучных легкобетонных элементов, а наружные стены выполнены из модульных легкобетонных теплоэффективных элементов.

2. Способ возведения здания, включающий изготовление фундамента, поэтажное возведение на фундаменте жестко связанного с ним несущего монолитного железобетонного рамного пространственного каркаса из связанных между собой вертикальных колонн, горизонтальных несущих балок и связевых ригелей с использованием опалубки, возведение высотой на этаж стен из легких теплоэффективных материалов и монтаж междуэтажных перекрытий из плит, отличающийся тем, что фундамент выполняют монолитным ленточным в виде систем перекрестных железобетонных монолитных балок, оставляя выпуски арматуры под вертикальные элементы каркаса во внутренних и наружных стенах, затем возводят стены на высоту этажа, оставляя в определенных местах наружных и внутренних стен ниши, которые используют как опалубку при возведении каркаса, замоноличивают оставленные выпуски арматуры через оставленные ниши, получают вертикальные и горизонтальные элементы каркаса, причем опорные части горизонтальных несущих балок выполняют одновременно с вертикальными элементами, одновременно с несущим возводят параллельный ему замкнутый по контуру фасадный каркас в наружных стенах, связывая его с несущим в местах сопряжения гибкими связями и разнося с ним в соответствующих плоскостях на толщину утеплительной прокладки, которую выполняют из мелкоштучных легкобетонных элементов, затем монтируют сборные плиты перекрытий и выполняют горизонтальные связевые ригели.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к строительным конструкциям общего назначения, в частности к трехмерным конструкциям, состоящим из длинномерных несущих элементов, например, колонн, балок, каркасов из железобетона, и могут использоваться при строительстве зданий малой и средней этажности в районах с особыми условиями, в т.ч. в сейсмических зонах, районах со сложными климатическими условиями, на просадочных и пучинистых грунтах, на подрабатываемых территориях.

Известна конструкция здания, описанная в а.с. СССР N 1193259 "Каркас многоэтажного здания" по кл. E 04 В 1/18, заявл. 21.04.84, оп. 23.11.85.

Известная конструкция включает каркас здания, который является сборным и железобетонным и содержит колонны со сквозными отверстиями в уровне перекрытий, плиты перекрытий, соединенные между собой выпусками арматуры, сквозной напрягаемой арматурой и монолитным бетоном.

Известная конструкция имеет небольшую удельную материалоемкость, однако она реализуется только с ребристыми плитами перекрытий, что ограничивает ее применение для жилых домов, а в общественных зданиях требует устройства подвесных потолков. Кроме того, фиксация плит в перекрытии осуществляется только на трении и зацеплении их кромками за ригели, что снижает надежность конструкции в целом.

Известна также конструкция здания, описанная в а.с. СССР N 1361266 "Каркас здания или сооружения" по кл. E 04 В 1/18, заявл. 03.06.86, оп. 23.12.87.

Известная конструкция имеет каркас, который включает колонны со сквозными отверстиями в уровне перекрытий, железобетонные монолитные ригели, размещенные взаимно перпендикулярно в створах колонн, и плоские диски перекрытий из сборных плит, расположенных между поперечными ригелями и объединенных с ними, а также между собой монолитными швами вдоль их продольных граней.

Недостатком этой конструкция является сложная технология возведения каркаса, обусловленная необходимостью применения сквозной напрягаемой арматуры ригелей на длину и/или ширину здания.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является конструкция здания, описанная в статье "Сборно-монолитный многоэтажный жилой дом" авторов Барановой Т.И. и др. в журнале "Жилищное строительство" 1999 г., N 2, стр. 16-17 и выбранная в качестве прототипа.

Известная конструкция представляет собой расположенный на фундаменте и жестко связанный с ним несущий монолитный железобетонный рамный пространственный каркас, колонны, несущие балки и связевые ригели которого расположены преимущественно в плоскостях наружных и межквартирных стен, причем их ориентация выбрана с учетом конкретного планировочного решения, и собраны в несъемной опалубке заводского изготовления, представляющей собой керамзитобетонные скорлупы лоткового профиля с внутренним утепляющим слоем из пенополистирола, при этом междуэтажные перекрытия являются сборными или монолитными либо сборно-монолитными плитами, а стеновые элементы выполнены с утеплителем в виде трехслойной конструкции.

Недостатком известной конструкции здания является ее недостаточная прочность и относительная недолговечность, обусловленная следующим. Все входящие в конструкцию элементы имеют различные сроки службы: железобетонные элементы - более 100 лет; ограждающие конструкции - 25-50 лет; элементы несъемной опалубки и стеновые элементы в части утеплителя - до 15 лет. При наружной температуре, например, минус 15 и относительной влажности воздуха 80% и температуре внутри помещения плюс 20 в массиве стены в слое с нулевой температурой на стыке разнородных поверхностей выступает "роса" и утеплитель начинает разрушаться, уменьшая совокупный срок службы конструкции. Кроме того, для такой конструкции характерны технологическая сложность и многодельность, т. к. требуется предварительно изготовить опалубку в заводских условиях, а затем производить монтаж; сборка трехслойных стен с утеплителем также усложняет технологический процесс строительства.

Известен способ строительства зданий, описанный в а.с. СССР N 483506 "Трехслойная опалубка для возведения стен" по кл. E 04 G 11/22, заявл. 03.05.73, оп. 05.09.75.

Известный способ заключается в поочередном бетонировании наружных слоев и внутреннего слоя, отделенного от наружных слоев разделительными стенами.

Недостаток известного способа заключается в продолжительности технологического цикла, т.е. в длительности изготовления конструкции за счет поочередного формования слоев и в значительной металлоемкости и сложности устройства для подъема щитов опалубки и разделительных перегородок. Известен способ возведения монолитных стенных конструкций, описанный в а.с. СССР N 1649076 "Устройство для возведения многослойных монолитных стен" по кл. E 04 G 19/06, заявл. 23.11.88, оп. 15.05.91.

Известный способ включает одновременное формирование несущих наружных слоев и срединного слоя, подъем разделительных перегородок, расположенных между слоями.

Недостаток известного способа - значительная трудоемкость подъема разделительных перегородок при большой протяженности стен.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ возведения здания, описанный в вышеупомянутой статье Барановой Т.И. и др. в журнале "Жилищное строительство" за 1999 г., N 2, стр. 16-17 и выбранный в качестве прототипа.

Известный способ заключается в том, что поэтажно возводят на фундаменте несущий монолитный железобетонный рамный пространственный каркас из связанных между собой вертикальных колонн, горизонтальных несущих балок и связевых ригелей с использованием несъемной опалубки заводского изготовления в виде керамзитобетонных скорлуп лоткового профиля с внутренним утеплителем из пенополистирола, при этом внутренние колонны возводят без использования несъемной опалубки, возводят высотой на этаж наружные стены из стеновых элементов с утеплителем из пенополистирола, собирая стены по типу шпунтовой стенки без заделки швов раствором при расположении элементов в два ряда по толщине стены, взаимно перекрывающих образующиеся стыки (стены при этом выполняют функции поддерживающих лесов, поэтажно фиксируя проектное положение элементов опалубки и воспринимая нагрузку от их массы и массы свежеуложенной бетонной смеси) и затем монтируют междуэтажные перекрытия из сборных или монолитных либо сборно-монолитных плит.

Известная конструкция является облегченной и сравнительно дешевой, может применяться для возведения многоэтажных жилых зданий, однако она является недостаточно прочной и относительно недолговечной по названным выше причинам, а именно - использования слишком разнородных по срокам службы материалов при строительстве в сложных климатических условиях (см. выше конструкцию здания).

Кроме того, известное конструктивное решение является технологически сложным и многодельным, что обусловлено необходимостью изготовления несъемной опалубки для возведения колонн, балок и ригелей каркаса, утепленных стеновых элементов и сборки стен с перекрытием стеновыми элементами их стыков.

Целью заявляемых изобретений является повышение прочности и долговечности конструкции здания при упрощении технологии и уменьшении многодельности при его возведении.

Поставленная цель достигается тем, что:

- в конструкции здания, включающей фундамент и жестко связанный с ним несущий монолитный железобетонный рамный пространственный каркас, образованный вертикальными колонами, горизонтальными несущими балками и связевыми ригелями, расположенными в плоскостях наружных и внутренних стен, а также междуэтажными перекрытиями из плит, причем несущие балки и связевые ригели ориентированы с учетом конкретного планировочного решения, согласно изобретению фундамент выполнен монолитным ленточным в виде системы перекрестных монолитных балок, колонны жестко соединены с узлами сопряжения несущих балок и связевых ригелей перекрытий и балок фундамента, в фасадном слое наружных стен выполнен параллельный несущему и соединенный с ним гибкими связями замкнутый по контуру фасадный каркас, колонны которого опираются на общий фундамент, при этом элементы фасадного и несущего каркасов разнесены в соответствующих плоскостях на толщину утеплительной прокладки, в качестве которой использованы мелкоштучные легкобетонные элементы, а наружные стены выполнены из модульных легких и теплоэффективных элементов;

- в способе возведения здания, включающем поэтажное возведение на фундаменте жестко связанного с ним несущего монолитного железобетонного рамного пространственного каркаса из связанных между собой вертикальных колонн, горизонтальных несущих балок и связевых ригелей с использованием опалубки, возведение высотой на этаж наружных стен из легких теплоэффективных материалов и монтаж междуэтажных перекрытий из плит, согласно изобретению фундамент выполняют монолитным ленточным в виде системы перекрестных железобетонных монолитных балок, оставляя выпуски арматуры под вертикальные элементы каркаса во внутренних и наружных стенах, затем возводят стены на высоту этажа, оставляя в определенных местах наружных и внутренних стен ниши, которые используют как опалубку при возведении каркаса, замоноличивают оставленные выпуски арматуры через оставленные ниши и получают вертикальные и горизонтальные элементы каркаса, при этом опорные части горизонтальных несущих балок выполняют одновременно с вертикальными элементами каркаса, одновременно с несущим возводят параллельный ему замкнутый по контуру здания фасадный каркас в наружных стенах, связывая его с несущим в местах сопряжения гибкими связями и разнося с ним на толщину утеплительной прокладки, которую выполняют из мелкоштучных легкобетонных элементов, затем монтируют плиты перекрытий и выполняют горизонтальные связевые ригели.

Выполнение в конструкции здания фундамента монолитным ленточным в совокупности с выполнением монолитного железобетонного несущего каркаса из жестко связанных с фундаментом и между собой элементов, при том, что вначале поэтажно возводят стены и затем связанные между собой размещенные на одном фундаменте несущий и фасадный каркасы, используя в качестве опалубки для возведения каркасов ниши, оставляемые в специальных местах возводимых стен, а опорные части горизонтальных несущих балок выполняют одновременно с вертикальными колоннами, позволяет сделать конструкцию здания жесткой и прочной при упрощении технологии и уменьшении многодельности строительства; выполнение утеплительной прокладки и стен из теплоэффективных легкобетонных элементов дает возможность получить более однородную по составу конструкцию (железобетон-легкобетонные элементы), менее восприимчивую к перепаду температур вне и внутри здания, а потому более долговечную и прочную. Наличие фасадного каркаса также упрочняет отделочный слой, а его связь с несущим каркасом - всю конструкцию в целом.

Изобретения иллюстрируются чертежами, где представлены:

фиг. 1 - общий вид каркаса здания;

фиг. 2 и фиг. 3 - схематичный вид конструкции здания соответственно сверху и в сечении;

фиг. 4 и фиг. 5 - вид фрагмента здания соответственно в изометрии и вид сбоку в разрезе.

Конструкция здания (см. фиг. 1 - фиг. 5) включает монолитный ленточный железобетонный фундамент 1 из балок 2, с которыми жестко соединены вертикальные колонны 3 несущего монолитного железобетонного рамного пространственного каркаса, образованного также горизонтальными несущими балками 4, связевыми ригелями 5 и сборными плитами 6 междуэтажных перекрытий, фасадный каркас, параллельный несущему каркасу и соединенный с ним гибкими связями (арматурными выпусками), стойки 7 которого опираются на общий фундамент 1. Фасадный и несущий каркасы разнесены в соответствующих плоскостях на толщину утеплительной прокладки 8, выполненной из мелкоштучных легкобетонных элементов, в частности из ячеистых блоков. В стенах, собираемых из модульных легкобетонных теплоэффективных элементов - блоков, оставлены в определенных местах ниши 9, которые служат опалубкой для элементов каркасов.

Строительство здания заявленной конструкции осуществляют, в частности, следующим образом.

Изготавливают монолитный ленточный фундамент 1 в виде системы перекрестных монолитных железобетонных балок 2. Под всем фундаментом 1 выполняют общее основание в виде щебеночной подготовки расчетной толщины после снятия растительного слоя грунта; кроме того, под балками 2 выполняют подстилающий выравнивающий слой из тощего бетона В7,5 толщиной 50 мм. При изготовлении фундамента оставляют выпуски арматуры для возведения несущего и фасадного каркасов во внутренних и наружных стенах.

Возводят на высоту этажа стены из модульных легкобетонных элементов, оставляя при этом в местах выпуска арматуры под каркасы ниши 9, в которые затем заливают бетон и получают разнесенные в соответствующих плоскостях на толщину утеплительной прокладки 8 вертикальные колонны 3 несущего и стойки 7 фасадного каркасов, составляя выпуски арматуры для наращивания каркасов; при этом одновременно с вертикальными колоннами 3 и стойками 7 выполняют опорные части горизонтальных несущих балок 4 и закладывают утеплительную прокладку 8 из мелкоштучных блоков. Получают несущий и фасадный каркасы на высоту этажа в виде монолитных железобетонных стоек и монолитных железобетонных поясов, соединенных жесткими узлами при их сопряжениях в любом из направлений, выполняемых в виде единого целого непосредственно в процессе возведения здания. Гибкими связями - выпусками арматуры - соединяют фасадный каркас с несущим; при этом стойки 7 фасадного каркаса опираются на тот же фундамент, что и несущий каркас. Выполняют утеплительную прокладку 8 из мелкоштучных легкобетонных элементов, например, ячеистых блоков. Монтируют из сборных или монолитных либо сборно-монолитных плит 6 междуэтажные перекрытия и выполняют горизонтальные ригелевые связи 9, сваривая закладные детали плит и обетонивая их для превращения сборного перекрытия в жесткий горизонтальный диск. Наращивают сваркой выпуски арматуры из вертикальных колонн 3 и стоек 7 для каркасов. Затем снова возводят на высоту следующего этажа до отметок низа монолитных железобетонных поясов наружные и внутренние стены из модульных блоков, оставляя в них временные ниши 9 для вертикальных колонн 3 и стоек 7, служащие им опалубкой при возведении каркаса. Заливают бетоном оставленные ниши 9, продолжая возведение каркасов из вертикальных колонн 3 несущего и стоек 7 фасадного каркасов, и одновременно выполняют опорные части горизонтальных несущих балок 4, затем снова монтируют междуэтажные перекрытия из сборных или монолитных плит 6 и выполняют горизонтальные связевые ригели 5 из монолитного железобетона. Далее наращивают каркас и снова возводят стены на высоту очередного этажа, монтируют междуэтажные перекрытия и т.д.

В сравнении с прототипом заявляемые конструкция здания и способ его возведения дают возможность получить более прочную и долговечную конструкцию здания и являются более простыми технологически и менее многодельными.