сборно-монолитный железобетонный каркас многоэтажного здания "казань-1000"

Формула изобретения

1. Сборно-монолитный железобетонный каркас многоэтажного здания, включающий сборные железобетонные колонны с отверстиями, сборные предварительно-напряженные ригели и плиты перекрытия с зазором между их торцами, отличающийся тем, что плиты перекрытия выполнены многопустотными, опирающиеся на ригели торцевые поверхности плит выполнены наклонными к плоскости плиты с углом наклона 25-30^o, а ригели на торцевых гранях имеют горизонтальные углубления треугольного сечения, при этом зазоры между торцами плит и отверстия в колоннах замоноличены заодно с выпущенными в них арматурными выпусками из сборных элементов каркаса.

2. Каркас по п. 1, отличающийся тем, что ригели и колонны имеют прямоугольную форму поперечного сечения без консолей.

3. Каркас по п. 1 или 2, отличающийся тем, что торцы ригелей перекрытия могут быть расположены под любым углом в горизонтальной плоскости к продольной оси ригеля, что позволяет проектировать здания любой конфигурации в плане.

4. Каркас по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что ригели и плиты перекрытия могут иметь в одном здании разную ориентацию - продольную и поперечную.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при строительстве жилых и общественных зданий.

Известен связевый каркас межвидового применения серии 1.020-1/87, выполненный с шарнирными соединениями в узлах с установкой внутренних стеновых панелей-диафрагм для обеспечения пространственной жесткости (см. рабочие чертежи к серии 1.020-1/87 "Конструкции каркаса межвидового применения для многоэтажных общественных зданий", выпуск 0-3). Каркас широко используется, т. к. характеризуется высоким уровнем индустриальности и скорости монтажа. Однако данный каркас ограничивает возможности свободной планировки помещений и компановки здания в целом. Кроме того, каркас не обладает достаточной жесткостью, т.к. соединение в узлах принято шарнирным.

Известен каркас "КУБ" с безбалочными бескапительными перекрытиями (Дорфман А. Э., Левонтин Л.Н. Проектирование безбалочных бескапительных перекрытий. М.: Стройиздат, 1975 г.; Казанский ГипроНИИавиапром), выполненный из сплошных железобетонных квадратных плит с последующим замоноличиванием стыков между ними. Данная каркасная система предполагает фиксированную сетку колонн, ее изменение приводит к появлению новых типоразмеров и оснастки, т. е. к удорожанию объекта. Кроме того, небольшая высота несущих элементов перекрытия в зоне сопряжения с колонной приводит к снижению жесткости здания и значительному расходу материалов (приведенная толщина перекрытия - 16,0 см, расход стали - 17,8 кг/м²).

Известен сборно-монолитный каркас многоэтажного здания "РАДИУС", включающий сборные железобетонные колонны с отверстиями и плиты перекрытия с замоноличенными стыками (авторское свидетельство 2087633, кл. Е 04 В 1/18). Монолитный ригель выполнен без предварительного напряжения, что ограничивает размеры пролетов, а следовательно, и планировочные возможности. Фиксированное количество отверстий в колоннах и наличие в зависимости от действующих нагрузок трех видов сечений монолитного ригеля приводит к увеличению опалубочных типоразмеров колонн и ограничивает возможность изменения количества стержней рабочей арматуры. Кроме того, небольшая высота несущего ригеля приводит не только к снижению приведенной толщины перекрытия до 13,2 см, но и к перерасходу стали (11,4 кг/м²).

Наиболее близким по назначению и достигаемому эффекту является сборный предварительно-напряженный железобетонный каркас (авторское свидетельство, SU 1386711 А1, 07.04.1988, кл. Е 04 В 1/16), включающий колонны со сквозными каналами в двух направлениях для пропуска предварительно-напряженной арматуры сборно-монолитных ригелей, плиты перекрытий и бортовые элементы, установленные по периметру перекрытий каркаса.

Недостатками предварительно-напряженного железобетонного каркаса (авторское свидетельство, SU 1386711 А1, 07.04.1988, кл. Е 04 В 1/16) являются следующие моменты. Во-первых, натяжение арматуры, упорами которой являются колонны, производится после набора прочности бетоном замоноличивания стыков между бортовыми элементами и колоннами, для чего требуется определенное время, и только после этого замоноличивают зазоры между плитами перекрытий и бортовыми элементами. Таким образом, бетонирование узлов каркаса производится в два этапа с выдержкой по времени, необходимой для набора прочности бетона, что, наряду с созданием предварительного напряжения на строительной площадке, увеличивает трудоемкость монтажных работ. Во-вторых, рассматриваемый каркас из-за использования ребристых плит перекрытий, форма которых строго прямоугольна, а длина кратна размеру 6,0 м, не дает возможности проектировать здания любой конфигурации в плане с использованием свободной планировки помещений.

Изобретение направлено на создание новой гибкой несущей конструктивной каркасной системы, обеспечивающей возможность свободной планировки с одновременным снижением материалоемкости и трудозатрат при монтаже и изготовлении и повышением сборности конструкций и жесткости здания.

Результат достигается тем, что в сборно-монолитном каркасе многоэтажного здания, состоящем из сборных железобетонных колонн с отверстиями в уровне перекрытий, сборных предварительно-напряженных ригелей с выпусками арматуры на верхней грани и по торцам, плит перекрытий с выпусками арматуры по торцам и с зазором между ними, плиты перекрытия выполнены многопустотными, опирающиеся на ригели торцевые поверхности плит выполнены наклонными к плоскости плиты с углом наклона 25-30^o, а ригели на торцевых гранях имеют горизонтальные углубления треугольного сечения, при этом зазоры между торцами плит, отверстия в колоннах замоноличены заодно с выпущенными в них арматурными выпусками из сборных элементов каркаса.

Результат достигается также тем, что ригели перекрытия и колонны имеют простую прямоугольную форму сечения без консолей и могут изготавливаться любой длины, а простота геометрических форм элементов каркаса позволяет освоить выпуск изделий с минимальными затратами.

Результат достигается также тем, что ригели перекрытия могут иметь торцы, расположенные под любым углом в горизонтальной плоскости к продольной оси ригеля, что дает возможность проектировать здания любой конфигурации в плане.

Результат достигается также тем, что ригели и плиты перекрытия могут иметь одновременно в одном здании разную ориентацию - продольную и поперечную, позволяющую увеличить пролеты и благодаря этому устраивать на нижних этажах торговые залы и подземные гаражи.

Сопоставительный анализ изобретения с прототипом показывает, что оно отличается использованием в качестве элементов перекрытия многопустотных плит, а не ребристых. Кроме того, отличие состоит в узлах сопряжения плит друг с другом и ригелей с колоннами. Использование многопустотных плит позволяет выполнить более жесткое соединение за счет затекания монолитного бетона в пустоты торцовой части плит с образованием шпонок. Сопряжение ригеля с колонной осуществляется за счет замоноличивания ригеля в верхней зоне с одновременным заполнением монолитного бетона в отверстия колонн и образованием шпоночного соединения из-за наличия углублений треугольного сечения в торце ригеля.

Этот анализ позволяет сделать вывод о наличии новизны в предлагаемом изобретении.

Изобретение поясняется на чертежах. На фиг.1 представлен фрагмент монтажного плана с расположением элементов каркаса: колонн 1, ригелей 2 и плит перекрытий 3. На фиг.2 и фиг.3 приводятся сечения по узлам сопряжения элементов каркаса на фиг.1. На фиг.4-9 показаны опалубочные формы и сечения элементов каркаса.

Колонны 1 имеют отверстия 4, разделяющие тело колонны 1 на отдельные секции с шагом на этаж. Ригели 2 имеют выпуски поперечной арматуры 5 на верхней грани петлевидного очертания и выпуски продольной рабочей арматуры 6 по торцам, а также шпонки 7 треугольного сечения. Многопустотные плиты перекрытия 3 в торцевой части имеют выпуск рабочей арматуры 8, наклон торцевой поверхности 9 под углом 25-30^o и шпонки 10, образованные за счет вдавливания бетонных вкладышей 11 в пустоты на глубину до 150 мм.

Сопряжение ригеля 2 с колонной 1 осуществляется за счет заполнения монолитным бетоном отверстия 4 в колонне 1 и образования шпоночного соединения 12. Размеры и количество шпонок 7 определяются расчетом. Кроме того, в этом узле соединяются выпуски арматуры 6 из нижней зоны торцов ригелей 2 и укладывается рабочая опорная арматура 13 в верхней зоне, т.е. имеем двойное армирование в узле. Такое армирование способно выдерживать знакопеременные нагрузки, характерные сейсмическим воздействиям.

Для размещения опорной рабочей арматуры 13 в монолитной части ригеля 2 торцевые поверхности плит выполнены наклонными к плоскости плиты с углом наклона 25-30^o. Это позволяет увеличить зазор по верху между торцами плит (фиг.3) и разместить арматурные стержни 13 в верхней зоне в один ряд.

Ригель 2 и плиты перекрытия 3 могут иметь одновременно в одном здании разную ориентацию - продольную и поперечную, позволяющую увеличить пролеты и благодаря этому устраивать на нижних этажах торговые залы и подземные гаражи.

Также ригели 2 имеют торцы, расположенные под любым углом в горизонтальной плоскости к продольной оси ригеля, что дает возможность проектировать здания любой конфигурации в плане.

Колонны 1 и ригели 2 имеют простую прямоугольную форму сечения без консолей и могут изготавливаться любой длины, а простота геометрических форм элементов каркаса позволяют освоить выпуск изделий с минимальными затратами.

Можно выполнить поэтажную разрезку стен с их опиранием на ригели и использованием для их заполнения любых материалов, отвечающих современным требованиям по теплозащите.

Предлагаемый сборно-монолитный железобетонный каркас под названием "Казань-1000" ("Казан-мен") позволил получить хорошие показатели по расходу бетона и стали, приведенная толщина перекрытия - 14,2 см, расход стали на 1 кв. м перекрытия - 8,8 кг/м², доля монолитного бетона в перекрытии - 7,2%.