конструктивная система многоэтажного здания и способ его возведения (варианты)

Формула изобретения

1. Конструктивная система многоэтажного здания, включающая сборно-монолитный железобетонный каркас, образованный сборными многоэтажными колоннами прямоугольного сечения, сборными прямоугольными надколонными плитами со сквозными прямоугольными отверстиями по их середине для пропуска колонн и стыкового объединения с ними, сборными квадратными плитами-вкладышами, опертыми краями на консолях надколонных плит и объединенными между собой по межплитным швам в единый плоский диск перекрытия, а также перегородки и самонесущие наружные стены, отличающаяся тем, что колонны по высоте в уровнях дисков перекрытий выполнены с разрывами бетона и обнажением их рабочей арматуры как минимум на толщину перекрытия, внутренние грани сквозных отверстий надколонных плит выполнены наклонными к колоннам, в каждом разрыве бетона колонны в ее составе из монолитного бетона выполнен пирамидальный клин, направленный узкой частью кверху и плотно примыкающий боковыми гранями к наклонным граням сквозных отверстий надколонных плит, надколонные плиты снабжены верхней рабочей арматурой, сосредоточенной в виде групп (пучков) непосредственно вдоль граней сквозных отверстий, причем каждая пара групп стержней расположена по обе стороны отверстия и ориентирована во взаимно перпендикулярных направлениях так, что по контуру каждого сквозного отверстия они образовали замкнутое окаймление в виде скрытой в плите железобетонной обечайки, группы стержней, окаймляющие таким образом сквозное отверстие надколонных плит, выпущены за их края и объединены с выпусками арматурных стержней плит-вкладышей так, что в створах колонн на всю ширину и длину здания они образовали непрерывную сквозную рабочую арматуру скрытых в плоскости плит ригелей, размещенную в соответствии с распределением по их пролетам усилий, колонны крайнего ряда жестко сопряжены непосредственно с плитами-вкладышами посредством монолитного железобетонного ригеля, пропущенного через разрывы бетона в крайних колоннах на всю длину здания и объединенного с наружной стороны консольно с плитами для устройства балконов и эркеров, при этом наружные стены выполнены поэтажно опертыми, и колонны наружного ряда размещены в толще наружных стен.

2. Конструктивная система здания по п. 1, отличающаяся тем, что каждый пирамидальный клин в составе колонны в стыке ее с надколонной плитой выполнен из монолитного бетона с прочностью не ниже прочности бетона колонн и снабжен горизонтальными поперечными решетками, образованными арматурными коротышами с длиной каждого коротыша, превышающей ширину сечения колонны по соответствующему направлению.

3. Конструктивная система здания по любому из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что колонны каркаса выполнены квадратного сечения, а требуемая площадь сечения каждой группы стержней верхней рабочей арматуры надколонных плит у каждой грани отверстия должна быть больше величины, определенной по формуле

A_s = Vtg/8R_s,

где V - усилие продавливания надколонной плиты колонной при действии на перекрытие расчетной вертикальной нагрузки,

- угол наклона внутренней грани сквозного отверстия,

R_s - расчетное сопротивление на растяжение арматурных стержней,

= 0,45 - эмпирический коэффициент, установленный испытаниями авторов и учитывающий бетон стыка.

4. Конструктивная система здания по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что в надколонных плитах вдоль внутренних наклонных граней сквозных отверстий размещено вертикальное армирование в виде плоских сварных каркасов, а сборные надколонные плиты и плиты-вкладыши у нижней и верхней поверхностей снабжены армированием в виде арматурных сеток согласно расчету.

5. Конструктивная система здания по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что плиты-вкладыши, непосредственно примыкающие к монолитным ригелям, выполнены прямоугольной формы в плане, продольные монолитные ригели в створах крайних рядов колонн выполнены с высотой, превышающей толщину примыкающих плит, а выступающие книзу части монолитных ригелей размещены в наружных стенах.

6. Конструктивная система здания по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что межплитные швы выполнены из монолитного железобетона с возможностью образования клиновидных в плане плоских стыков сборных плит.

7. Конструктивная система по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что наружные поэтажно опертые стены выполнены в виде кладки из штучных камней и размещены на слое раствора непосредственно на каждом перекрытии с напуском кладки относительно кромки перекрытия на величину, достаточную для размещения в составе стены по контуру диска перекрытия в напуске дополнительного слоя эффективного утеплителя и облицовочного слоя кладки из того же кладочного материала, что и кладка стены, но с величиной напуска не более чем на 0,40 в, где в - толщина стены, а вышерасположенный диск перекрытия также размещен непосредственно на наружной стене, причем между верхом кладки стены и низом перекрытия размещен слой упругого материала, например пенополистирола.

8. Способ возведения многоэтажного здания конструктивной системы по любому из пп. 1-7, включающий монтаж колонн по разбивочным осям, установку на каждом этаже на нижерасположенное перекрытие или пол подвала монтажно-технологической оснастки, монтаж плит перекрытия очередного этажа, омоноличивание их с колоннами и между собой, выдержку монолитного бетона до набора им проектной прочности, разборку и перестановку оснастки на готовое перекрытие и последующее устройство поэтажно опертых или навесных наружных стен, а также перегородок, отличающийся тем, что сначала размещают монтажно-технологическую оснастку в виде башенных опорных устройств из объединенных между собой телескопических стоек с охватом средних колонн каркаса под надколонные квадратные плиты, а также под концы прямоугольных плит-вкладышей, примыкающих к крайним рядам колонн, затем в две очереди в проектное положение укладывают сборные плиты, причем сначала на башенные опорные устройства укладывают надколонные плиты и прямоугольные плиты-вкладыши, а затем на уложенные в проектное положение плиты по их краям навешивают все квадратные плиты-вкладыши, устраивают опалубку межплитных швов и продольных ригелей, а укладку монолитного бетона межплитных швов, стыков колонн с плитами и продольных ригелей производят одновременно по всему перекрытию.

9. Способ возведения здания на основе сборно-монолитного каркаса, в том числе и здания конструктивной системы по любому из пп. 1-7, включающий монтаж по разбивочным осям колонн, монтаж на каждом этаже на пол подвала или нижерасположенное перекрытие монтажно-технологической оснастки, раскладку на нее сборных плит перекрытия, омоноличивание сборных плит между собой и с колоннами, выдержку монолитного бетона до набора им проектной прочности, демонтаж и перестановку на готовое перекрытие монтажно-технологической оснастки и устройство поэтажно опертых наружных стен и перегородок, отличающийся тем, что на каждом этаже установку монтажно-технологической оснастки в виде опорных башенных устройств, образованных группой объединенных между собой телескопических стоек, выполняют одновременно с устройством наружной поэтажно опертой стены, а устройство перекрытия, включающее монтаж сборных плит, укладку и выдержку монолитного бетона выполняют с опиранием сборных и монолитных конструктивных элементов перекрытия на башенные опорные устройства и наружную стену.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гражданскому строительству, в частности к многоэтажным жилым, общественным и производственным зданиям, выполняемым с применением сборно-монолитного каркаса и самонесущих наружных стен, возводимым в различных регионах, включая и сейсмические.

Известен безригельный бескапительный каркас здания или сооружения, включающий колонны прямоугольного сечения, сборные квадратные надколонные плиты и плиты-вкладыши, жестко объединенные между собой по межплитным швам и с колоннами. Особенностью каркаса является то, что сборные колонны выполнены переменного сечения по высоте с размещением участков с меньшим поперечным сечением в уровнях перекрытий, сборные надколонные плиты выполнены с прямоугольным сквозным отверстием для пропуска колонн, снабженным стальным окаймлением и повернутым на 45^o относительно главных осей симметрии надколонных плит и поперечного сечения колонн. Вследствие этих особенностей надколонная плита насаживается на колонну с последующим поворотом ее на 45^o, и в эксплуатационной стадии плита оказывается опертой на угловые выступы сечения колонн [1] . Известный каркас позволяет производить сборку практически без монтажных устройств и получать многоэтажные здания с самонесущими наружными стенами.

Однако известный каркас требует большого расхода металла и объема сварных работ на объединение стыков колонн с надколонными плитами, монтаж его трудоемок и опасен для занятых на монтаже.

Известен узел соединения колонны и плиты бескапительного перекрытия [2] каркаса, в котором конструкции плиты и колонны и стыка в целом аналогичны описанным выше. Как и в предыдущем случае, отверстие в плите повернуто на 45^o относительно ее главных осей и снабжено стальной обечайкой, но выполненной не плоской, а в виде треугольной призмы. Как и в предыдущем случае, плита опирается на угловые участки колонны в местах разрыва бетона, но пространство стыка заполняется монолитным бетоном.

Известный узел и, соответственно, каркас с его применением требуют большого объема сварных работ и поэтому энергоемкий, недостаточно надежный при эксплуатации и опасный при монтаже.

Известны способы выполнения конструктивной системы полносборного здания, включающие нанизывание на каждую колонну поэтажной разрезки плоской железобетонной надколонной плиты с отверстием, выполненной крупноразмерной и произвольной конфигурации. Прямоугольное в плане сквозное отверстие плиты также содержит контурную сварную закладную деталь (обечайку), а плита фиксируется в проектном положении на колонне посредством приваренных к ней закладных деталей в виде металлических клиньев без использования "иных элементов и бетона замоноличивания" [3]. Наружные стены в известном техническом решении предусмотрены в виде несущих однослойных стеновых панелей с последующим наружным утеплением. Предполагается, что техническим результатом этого изобретения является конструктивная система и способ строительства зданий.

Предлагаемые способы обеспечивают высокий темп возведения несущих и ограждающих конструкций многоэтажных зданий.

Однако предлагаемые технические решения отличаются недостаточной эксплуатационной надежностью и долговечностью, поскольку весь диск перекрытия крепится к колонне только на сварке клиновых устройств, работающих на срез и отрыв, а сварные стальные стыки, не замоноличенные бетоном, под воздействием влаги окружающего воздуха при эксплуатации будут подвержены серьезным и интенсивным коррозионным повреждениям. Кроме того, каркас, возведенный такими способами, отличается неоправданно высокой металлоемкостью вследствие принятых конструкций стыков крепления плит к колоннам и необходимости поэтажной стыковки колонн по высоте, а также армирования крепления бетонных стеновых панелей.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является конструктивная система многоэтажного здания, включающая сборно-монолитный железобетонный каркас, образованный сборными многоэтажными колоннами прямоугольного сечения, сборными квадратными в плане надколонными плитами со сквозными прямоугольными отверстиями для пропуска колонн и стыковки с ними на сварке, а также квадратными в плане плитами-вкладышами, объединенными по кромкам монолитными межплитными швами с надколонными плитами. По наружной кромке перекрытий каркаса выполнены самонесущие наружные стены.

Известная конструктивная система достаточно удобна в производстве работ.

Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании известной конструктивной системы, является повышенная потребность металла и большой объем сварки и энергозатрат на стыковое объединение колонн с надколонными плитами. Имеющаяся в конструкции одномерная жесткая (только 66 м) сетка колонн накладывает определенные ограничения на объемно-планировочные решения зданий, снижает универсальность конструктивного решения. Кроме того, распределенная по поверхности перекрытия монтажная оснастка усложняет условия выполнения строительно-монтажных работ при возведении зданий. Возведение наружных стен после возведения несущего каркаса снижает темп строительства здания. [4].

Известен способ возведения многоэтажного здания, включающий установку колонн по разбивочным осям, монтаж на перекрытии монтажно-технологической оснастки, монтаж плит перекрытия, омоноличивание их с колоннами на сварке и монолитным бетоном между собой. После выдержки бетона и достижения им требуемой прочности монтажную оснастку под перекрытием демонтируют и перестанавливают на него для возведения следующего перекрытия, а под смонтированным перекрытием по его кромке устраивают самонесущую наружную стену и перегородки. [4].

Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, является повышенная потребность металла, большой объем сварки и энергозатрат, ограниченность объемно-планировочного решения зданий и снижение темпа строительства зданий. Это обусловлено наличием сварных стыков колонн с плитами и одномерной жесткой (66 м) сетки колонн, невозможностью, в рамках известных решений, рационально разместить монтажно-технологическую оснастку.

Изобретение решает задачу, заключающуюся в повышении эффективности конструктивной системы многоэтажного здания за счет сокращения металло- и энергопотребления на ее возведение, повышении эксплуатационной надежности за счет исключения сварных стыков колонн с плитами.

Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленной группы изобретений, является обеспечение универсальности конструктивной системы для любых объемно-планировочных решений при одновременном обеспечении высокого темпа возведения многоэтажных зданий различного назначения.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известной конструктивной системе многоэтажного здания, включающей сборно-монолитный железобетонный каркас, образованный сборными многоэтажными колоннами прямоугольного сечения, сборными прямоугольными надколонными плитами со сквозными прямоугольными отверстиями по их середине для пропуска колонн и стыкового объединения с ними, сборными квадратными в плане плитами-вкладышами, опертыми краями на консолях надколонных плит и объединенными между собой по межплитным швам в единый плоский диск перекрытия, а также перегородки и самонесущие наружные стены согласно изобретению колонны по высоте в уровнях дисков перекрытий выполнены с разрывами бетона. Причем рабочая арматура колонн обнажена как минимум на толщину перекрытия, а внутренние грани сквозных отверстий надколонных плит выполнены наклонными к колоннам, в каждом разрыве бетона колонны в ее составе из монолитного бетона выполнен пирамидальный клин, направленный узкой частью кверху и плотно примыкающий боковыми гранями к наклонным граням сквозных отверстий надколонных плит. Надколонные плиты снабжены верхней рабочей арматурой, сосредоточенной в плите непосредственно вдоль граней сквозных отверстий в виде групп (пучков) стержней, ориентированных каждой парой групп стержней вдоль главных осей зданий так, что по контуру каждого сквозного отверстия надколонных плит они образовывают замкнутое окаймление в виде скрытой в этой плите железобетонной обечайки.

При этом группы (пучки) стержней, окаймляющие сквозные отверстия надколонных плит, попарно выпущены за их кромки и объединены с выпусками арматурных стержней плит-вкладышей так, что в створах колонн на всю ширину и длину здания они образовывают непрерывную сквозную рабочую арматуру скрытых в плоскости плит ригелей, размещенную в соответствии с распределением по их пролетам усилий.

Колонны двух крайних рядов здания жестко сопряжены непосредственно с плитами-вкладышами посредством монолитных железобетонных ригелей, пропущенных через разрывы бетона в крайних колоннах на всю длину здания и объединенных с наружной стороны консольно с плитами для устройства балконов и эркеров, при этом наружные стены выполнены поэтажно опертыми на диски перекрытий, и колонны наружных рядов размещены в толще наружных стен.

Кроме того, пирамидальный клин в составе колонны в стыке ее с надколонной плитой выполнен из монолитного бетона с прочностью не ниже прочности бетона колонн и снабжен горизонтальными поперечными решетками, образованными арматурными коротышами с длиной каждого коротыша, превышающей ширину сечения колонны по соответствующему направлению.

Колонны каркаса могут быть выполнены квадратного сечения, а требуемая площадь сечения каждой группы (пучка) стержней верхней рабочей арматуры надколонной плиты у каждой грани отверстия должна быть больше величины, определенной по формуле



где V - усилие продавливания надколонной плиты колонной при действии на перекрытие расчетной вертикальной нагрузки;

- угол наклона внутренних граней сквозного отверстия;

R_S - расчетное сопротивление на растяжение группы (пучка) арматурных стержней;

= 0,45 - эмпирический коэффициент, установленный испытаниями авторов и учитывающий бетон стыка.

Кроме того, в надколонных плитах вдоль внутренних наклонных граней сквозных отверстий может быть размещено вертикальное армирование в виде плоских сварных каркасов, а сборные надколонные плиты и плиты-вкладыши у нижней и верхней поверхности снабжены армированием в виде арматурных сеток согласно расчету.

Кроме того, плиты-вкладыши, непосредственно примыкающие к монолитным ригелям, могут быть выполнены прямоугольной формы в плане, продольные монолитные ригели в створах крайних рядов колонн могут быть выполнены с высотой, превышающей толщину примыкающих плит, а выступающие книзу части монтажных ригелей могут быть размещены в наружных стенах.

Кроме того, межплитные швы могут быть выполнены из монолитного железобетона с возможностью образования клиновидных в плане плоских стыков сборных плит.

Кроме того, наружные поэтажно опертые стены могут быть выполнены в виде кладки из штучных камней, размещенной на слое раствора непосредственно на каждом перекрытии с напуском кладки относительно кромки перекрытия на величину, достаточную для размещения в составе стены по контуру диска перекрытия в напуске дополнительного слоя эффективного утеплителя и облицовочного слоя кладки из того же кладочного материала, что и кладка стены, но с величиной напуска не более, чем на 0,40в, где в - толщина стены, а край вышерасположенного диска перекрытия нижней поверхностью размещен непосредственно на стене, причем между верхом кладки стены и низом этого перекрытия размещен слой упругого материала, например пенополистирола.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе возведения многоэтажного здания предлагаемой конструктивной системы, включающем монтаж колонн по разбивочным осям, установку на каждом этаже на нижерасположенное перекрытие монтажно-технологической оснастки, монтаж плит перекрытия очередного этажа, омоноличивание их с колоннами и между собой, выдержку монолитного бетона до набора им требуемой прочности, разборку и перестановку оснастки на готовое перекрытие и последующее устройство поэтажно опертых или навесных стен и поэтажно опертых перегородок, монтажно-технологическую оснастку, выполненную в виде башенных опорных устройств из объединенных между собой телескопических стоек, размещают после монтажа колонн посередине надколонных плит с охватом средних колонн каркаса под надколонные квадратные плиты и под концами плит-вкладышей, примыкающих к крайним рядам колонн. Затем на башенные опорные устройства сначала укладывают в проектное положение надколонные плиты, насаживая их на колонны, и прямоугольные плиты-вкладыши, примыкающие к монолитным ригелям, а после фиксации надколенных плит на колоннах укладывают все оставшиеся квадратные плиты-вкладыши с закреплением их на краях ранее смонтированных плит. После устройства опалубки и размещения арматуры в межплитных швах, стыках колонн с плитами и в ригелях, укладку монолитного бетона стыков, швов и ригелей производят одновременно.

Указанный технический результат достигается и тем, что в способе возведения многоэтажного здания на основе сборно-монолитного железобетонного каркаса, включающем монтаж колонн, установку на каждом этаже на нижерасположенное перекрытие монтажно-технологической оснастки, раскладку на нее в проектное положение сборных плит перекрытия, омоноличивание сборных плит между собой и с колоннами, выдержку монолитного бетона до набора им проектной прочности, демонтаж и перестановку на готовое перекрытие монтажно-технологической оснастки, устройство поэтажно опертых наружных стен, а также перегородок, установку монтажно-технологической оснастки, выполненной в виде опорных башенных устройств, образованных группой объединенных между собой телескопических стоек, выполняют одновременно с устройством наружной поэтажно опертой стены. Устройство перекрытия, включающее монтаж сборных плит, укладку и выдержку монолитного бетона, выполняют с опиранием сборных и монолитных конструктивных элементов перекрытия на башенные опорные устройства и наружную стену.

Выполнение колонн с разрывом бетонного тела и обнажением их рабочей арматуры на уровнях перекрытий как минимум на толщину плиты перекрытия в сочетании с выполнением наклонными вовнутрь (к колонне) внутренними гранями сквозных отверстий надколонных плит позволяет после укладки монолитного бетона в образовавшийся объем стыка колонны с плитой сформировать в составе колонны монолитный бетонный пирамидальный клин, направленный узкой частью кверху и плотно примыкающий боковыми гранями без дополнительных контактных напряжений к наклонным граням сквозных отверстий плит. После набора монолитным бетоном пирамидального клина требуемой прочности не меньше, чем прочность бетона колонны, он способен, как показывают испытания, воспринимать без устройства стальной сварной обечайки (принятой в аналогах и прототипе [1. . .4]) полностью все усилие, создаваемое полной нагрузкой, приложенной к перекрытию при эксплуатации.

Размещение верхней рабочей арматуры надколонных плит в виде группы (пучков) стержней, расположенных вдоль граней сквозных отверстий, предназначенных для пропуска колонн, с образованием вокруг них железобетонной обечайки, скрытой в надколонной плите, обеспечивает требуемую высокую несущую способность стыка колонны с плитой, поскольку бетон монолитного пирамидального клина под нагрузкой при эксплуатации работает в условиях объемного напряженного состояния, и его прочность на сжатие возрастает в 2,0...2,5 раза по сравнению с одноосным сжатием. В результате, по сравнению с аналогами и прототипами при одинаковой несущей способности металлоемкость стыка сопряжения колонны с плитой в предлагаемом техническом решении сокращается в 1,7. . . 2,0 раза. При этом группы (пучки) стержней верхней арматуры надколонных плит также эффективно воспринимают в створах колонн и отрицательный момент по обеим главным осям каркаса, по величине которого и определяют требуемую площадь их сечения.

Выпуск группы (пучков) арматуры за кромки надопорных плит и объединение их с выпусками арматуры из примыкающих плит-вкладышей позволяет образовать сосредоточенную рабочую арматуру в створах колонн непрерывной и сквозной по всей длине и ширине перекрытия здания. Количество этой арматуры в каждом сечении между колоннами определяют по величине действующих усилий, и это позволяет наиболее эффективно использовать прочностные свойства этой арматуры, образующей скрытые в плоскости плит ригели, что позволяет четко реализовать статическую работу пространственного каркаса под нагрузкой. По сравнению с аналогами и прототипом [1...4] это позволяет более эффективно использовать прочностные характеристики арматуры и также существенно сократить расход стали на армирование дисков перекрытий.

Сопряжение колонн крайнего ряда непосредственно с плитами-вкладышами посредством монолитного железобетонного ригеля, пропущенного через разрывы бетона в крайних колоннах на всю длину здания, позволяет по сравнению с аналогами и прототипом [1...4] при добавлении только одного дополнительного типоразмера плит-вкладышей существенно расширить планировочные и архитектурные возможности, повысить общую прочность и устойчивость здания при всех видах воздействий на него, включая и сейсмические. Кроме того, наличие крайнего (бортового) монолитного ригеля позволяет крепить к нему снаружи в любом месте панели для размещения балконов, лоджий и эркеров.

Предложенный сборно-монолитный железобетонный каркас позволяет применить самонесущие поэтажно опертые наружные стены, не испытывающие общих силовых воздействий, приложенных к зданию, и поэтому обеспечивающие эффективную тепловую защиту, а размещение в толще этих стен крайних колонн позволяет, по сравнению с аналогами [3, 4], существенно расширить архитектурно-планировочные возможности и разнообразие зданий, снизить затраты на их возведение, сократить до минимума размеры тепловых "мостиков". В совокупности это позволяет обеспечить современную тепловую защиту и комфорт зданий при минимуме затрат на их отопление.

Снабжение пирамидального клина, выполненного из монолитного бетона в составе колонны в стыке ее с надопорной плитой, поперечными коротышами с длиной каждого, превышающей ширину сечения колонны по соответствующему направлению, позволяет дополнительно существенно нарастить несущую способность стыка, повысить прочность клина и полностью исключить опасность хрупкого разрушения стыка даже для любых реальных условий производства работ. Это существенно повышает и эксплуатационную и технологическую надежность стыка, каркаса и здания в целом.

При выполнении колонны квадратного сечения, что наиболее часто имеет место на практике, предложено размеры сечения групп арматурных стержней определять по величине действующего отрицательного момента у колонны по обоим главным направлениям, но площадь сечения каждой группы стержней, расположенной у одной из граней сквозных проемов надколонных плит, должна быть не менее величины, определенной по формуле



где V - усилие продавливания надколонной плиты колонной при действии на перекрытие расчетной вертикальной нагрузки;

- угол наклона внутренней грани сквозного отверстия;

R_S - расчетное сопротивление на растяжение арматурных стержней;

= 0,45 - эмпирический коэффициент, установленный авторами и учитывающий бетон стыка.

Предложенная зависимость позволяет определить оптимальное количество арматуры окаймления сквозного отверстия, не допустить перерасхода стали и обеспечить требуемую несущую способность стыка.

Применение сквозного армирования в виде групп стержней не исключает целесообразность армирования плиты (особенно при значительной толщине) вертикальными плоскими каркасами вдоль контура проема, предотвращая раскалывание плиты горизонтальными и наклонными трещинами, образуемыми под нагрузкой в ее толще. При этом все плиты поверху и понизу снабжены армированием в виде арматурных сеток, сечение арматуры которых определено расчетом. Это исключает опасность хрупкого разрушения плит под нагрузкой при хранении, транспортировке, монтаже и эксплуатации.

Выполнение плит-вкладышей, примыкающих к монолитному ригелю крайних рядов колонн, прямоугольной в плане формы позволяет, добавив лишь один вид сборных изделий, существенно расширить архитектурно-планировочные решения зданий предлагаемой системы. Выполнение монолитных крайних ригелей увеличенной высоты сечения существенно увеличивает их несущую способность и жесткость при изгибе. Это практически не снижает архитектурно-планировочные возможности, разместив выступающие книзу части ригелей в наружных стенах. В результате также улучшились условия работы наружных стен по контакту с несущими ригелями, исключена опасность механических повреждений наружных стен при изгибных деформациях ригеля.

Выполнение межплитных швов из монолитного железобетона с возможностью образования клиновидных в плане плоских стыков сборных плит дает возможность архитектору по сравнению с известными [3,4] получить здания различной конфигурации и практически неограниченных объемно-планировочных решений.

Выполнение наружных поэтажно опертых стен в виде кладки из штучных камней на слое раствора непосредственно на каждом перекрытии с напуском кладки относительно перекрытия на величину, достаточную для размещения в составе стены по контуру диска перекрытия дополнительного слоя эффективного утеплителя и облицовочного слоя кладки из того же кладочного материала позволяет создать однородный долговечный фасад здания, а также полностью исключить тепловые мостики в стене в уровне диска перекрытия. Выполнение напуска стены над краем диска перекрытия на величину не более 0,40в, где в - толщина стены, обеспечивает требуемую устойчивость наружной стены против опрокидывания и ее прочность. Размещение вышерасположенного диска перекрытия непосредственно на наружной стене с размещением между верхом кладки стены и низом перекрытия слоя упругого материала, например пенополистирола, обеспечивает герметичность стыка сопряжения наружной стены с перекрытием и исключает передачу деформаций перекрытия под нагрузкой на конструкцию наружной стены. В целом такая конструкция поэтажно опертых наружных стен и стыков ее сопряжения с диском перекрытия обеспечивает высокую эксплуатационную надежность и долговечность наружных стен, исключение появления дефектов в наружных стенах от силовых воздействий и температурных деформаций стен, высокую и стабильную во времени тепловую защиту здания предлагаемой конструктивной системы.

Способ сооружения здания предлагаемой конструктивной системы с опережающим возведением каркаса и с применением башенных опорных устройств, образованных объединенными в группы телескопическими стойками, обеспечивает их пространственную устойчивость без дополнительных средств, а также строительство многоэтажных зданий с различной высотой этажей при минимальных трудозатратах и затратах времени на переналадку и перестановку башенных опорных устройств. Принятая последовательность монтажа сборных плит и устройства монолитных элементов конструкций обеспечивает, в отличие от известных [1, 3, 4] , высокий темп строительства здания, удобство и безопасность выполнения работ, поскольку башенные опорные устройства размещены сосредоточенно только в означенных местах перекрытия, а значительная часть сборных плит и вся опалубка выполнены подвесными. В этом случае имеются большие возможности для безопасного перемещения и работы персонала, технологического оборудования на перекрытии, а также возможны заблаговременная крановая подача и складирование на перекрытии рядом с опорными устройствами материалов и изделий наружных стен и перегородок. При этом возведенные диски перекрытия, в отличие от известных [1, 3, 4], характеризуются более высоким уровнем технологической и эксплуатационной надежности.

Предложенный способ возведения каркасного многоэтажного здания, в том числе и предложенной конструктивной системы, включающий сборку опорных башенных устройств и возведение наружных стен одновременно, последующие монтаж сборных плит и укладку монолитного бетона в стыки колонн с плитами, в межплитные швы и монолитные железобетонные ригели с опиранием сборных и монолитных элементов перекрытий непосредственно на башенные опорные устройства и на возведенные наружные стены позволяет по сравнению с известными [3, 4] не только сократить потребность в монтажно-технологической оснастке, но и получить плотные сопряжения наружных стен с перекрытием. При этом исключаются тепловые потери и продувание через сопряжения при эксплуатации, а также исключается потребность дополнительной герметизации этих сопряжений, например, с применением пенополиуретанов и подобных материалов. Все это существенно сокращает стоимость строительства за счет уменьшения трудовых затрат на применение опорных устройств и позволяет незамедлительно после устройства перекрытия и демонтажа опорных устройств приступить к выполнению внутренних отделочных и монтажно-технологических работ.

В целом все описанные признаки, представленные в формуле изобретения, отражают универсальную конструктивную систему многоэтажного здания и способы его возведения, определяемые его конструктивными решениями. Все перечисленные признаки, как следует из представленного выше, определяют отличия предлагаемой конструктивной системы и способов ее возведения от известных, позволяют решить поставленную в предполагаемом изобретении задачу, а также получить существенный эффект

(1) в надежности и универсальности конструктивного решения, обеспечивающего расширение архитектурных и планировочных возможностей, сокращение материало- и металлоемкости несущих конструкций;

(2) в высоких темпах строительства и снижении трудовых и энергетических затрат при строительстве;

(3) в снижении затрат на эксплуатацию за счет повышения эксплуатационной надежности и долговечности.

В целом предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны, поскольку достигаемые технические результаты по предложенному решению превосходят известные, а перечисленные выше признаки предлагаемого технического решения в приведенной сумме не известны и обеспечивают сверхсуммарный результат. Это дает возможность считать предлагаемое техническое решение соответствующим требованиям изобретательного уровня.

В настоящей заявке на выдачу патента соблюдено требование единства изобретения, поскольку способ (варианты) предназначен для возведения многоэтажных зданий на основе заявляемой конструктивной системы. Заявленные изобретения решают одну и ту же задачу - повышение эксплуатационной надежности конструктивной системы, сокращение металло- и энергопотребления на ее возведение за счет одного и того же технического результата - обеспечение универсальности заявленной системы и способов ее возведения для любых объемно-планировочных решений и высокого темпа возведения многоэтажных здания различного назначения.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлено здание предлагаемой конструктивной системы, несущий сборно-монолитный железобетонный каркас (вид в изометрии); на фиг.2 - то же, фрагмент перекрытия здания криволинейного очертания, вид в плане; на фиг.3 - то же, армирование стыка колонны с плитой до омоноличивания, вид в изометрии; на фиг.4 - то же, стык колонны с плитой диска перекрытия в стадии эксплуатации, разрез по А-А на фиг.1 и 2; на фиг.5 - то же, что на фиг.4, схема усилий, действующих в стыке; на фиг.6 - то же, что на фиг.5, вид в плане; на фиг. 7 представлен фрагмент диска перекрытия с размещением сквозной рабочей арматуры в плитах и в крайнем монолитном ригеле; на фиг.8 - то же, разрез Б-Б по оси крайних колонн на фиг.7; на фиг.9 - то же, разрез В-В на фиг.7 крайнего несущего ригеля, скрытого в плоскости примыкающих сборных плит; на фиг.10 - то же, разрез Г-Г на фиг.7 крайнего несущего ригеля с высотой сечения, превышающей толщину примыкающих плит, и с выступающей книзу частью ригеля, размещенной в наружной стене; на фиг.11 - предлагаемая конструктивная система, фрагмент диска перекрытия с примером размещения на нем поэтажно опертой наружной стены; на фиг.12 - схема расстановки башенных опорных устройств по плану перекрытия с размещением на них сборных плит; на фиг.13 - то же, что на фиг.14, разрез по Д-Д; на фиг.14 - то же, что на фиг.12, с выполнением опирания сборных плит и монолитных конструкций перекрытия на башенные опорные устройства и наружные стены; на фиг.15 - то же, что на фиг. 14, разрез по Е-Е.

Предлагаемая конструктивная система многоэтажного здания (фиг.1-15) включает сборно-монолитный железобетонный каркас (фиг.1 и 2), образованный колоннами 1, плоские сборные железобетонные плиты двух видов: надколонные 2 и плиты-вкладыши 3, объединенные между собой монолитными межплитными швами 4. В створах крайних рядов колонн в каждом диске перекрытия выполнены монолитные железобетонные ригели 5. К монолитным ригелям 5 непосредственно примыкают с внутренней стороны здания прямоугольные плиты-вкладыши 6, а с наружной стороны здания к ним прикреплены сборные консольные плиты 7 для устройства эркеров, балконов и лоджий. При выполнении зданий любой формы, отличной от прямоугольной (например, фиг.2), межплитные швы 4 могут быть выполнены в форме клиновидных стыков 8, выполняемых из монолитного железобетона. В таком случае, при необходимости, между основными рядами колонн 1 по осям, в которых имеет место значительное увеличение их шага (пролета), могут быть введены дополнительные колонны 9, а балконные панели, примыкающие к ригелям 5, выполняют в виде монолитных железобетонных 10 и сборных 7 плит

Бетон колонн 1 и 9 в уровнях перекрытия (фиг.3...6) разорван с образованием сквозного проема (не обозначен) как минимум на толщину плиты и обнажением в нем рабочей арматуры 11 колонн. Верхняя поверхность этого проема выполнена в средних колоннах двускатной, а в крайних - односкатной. Скатность необходима для полного удаления воздуха при последующей укладке монолитного бетона стыка и образования плотного контакта между укладываемым в стык монолитным бетоном и бетоном колонны. Каждая надколонная плита 2 в середине снабжена отверстием (на чертежах не обозначено), через которое эти плиты 2 насаживают на колонны 1 и 9. Внутренние грани 12 сквозного отверстия плиты 2 выполнены наклонными вовнутрь к колонне. Вокруг сквозного отверстая каждой плиты 2 вдоль его граней в виде групп (пучков) 13 стержней размещена верхняя рабочая арматура плиты 2. Кроме этих стержней 13 поверх плиты 2 размещена часть верхней рабочей арматуры в виде плоской сварной сетки 14. Вдоль наклонной грани 12 сквозного отверстия плиты 2 может быть установлена поперечная арматура 15, выполняемая в виде плоского сварного каркаса. Во избежание повреждения надколонных плит 2 при транспортировке и монтаже у нижней грани их конструктивно располагают арматуру в виде сварных сеток (на чертеже не обозначены).

Положение плит 2, насаженных на колонны 1 и 9, фиксируют в проектном положении по высоте посредством бандажа 16, предварительно установленного и закрепленного под низом проема на колонне. Этот бандаж также выполняет снизу и роль опалубки монолитного бетона стыка колонны с плитой. В пределах толщины плиты 2, размещенной в проектное положение, в объеме сквозного отверстия до укладки монолитного бетона в несколько слоев, накрест в виде решеток могут быть размещены арматурные коротыши 17 с длиной каждого из них, превышающей ширину сечения колонны. После укладки монолитного бетона в теле колонны в пределах сквозного отверстия плиты 2 образуется бетонный пирамидального вида клин 18, направленный узкой частью кверху и боковые грани которого плотно примыкают к боковым граням 12 сквозного отверстия плиты 2.

По существу, сборная плита 2 опирается на колонну 1 посредством внутренних наклонных граней 12 ее сквозного отверстия по контакту с боковыми гранями бетонного клина 18. По всем этим контактным поверхностям по нормали к ним возникает контактное опорное давление. При воздействии сверху на плиту распределенной нагрузки g реактивный отпор может вызвать раскалывание бетона плиты вертикальными трещинами 19 с последующим выносом кверху пирамиды (конуса) разрушения по трещинам 20 (см. фиг.5, 6). В таком случае группы стержней 13, охватывающие сквозной проем плиты 2, образуют замкнутый арматурный контур (обечайку), способный воспринять распределенные по всем четырем граням опорные усилия Р, образованные контактным опорным давлением. Соотношение между горизонтальной Н_i и вертикальной V_i составляющими опорных (контактных) усилий Р на гранях каждого сквозного отверстия определяется зависимостью H_i = V_itg, где - угол наклона грани пирамидального бетонного клина (или, что то же, грани 12 сквозного отверстия плиты 2). После рассмотрения равновесия сил в стыковом узле колонны квадратного сечения с плитой и несложных преобразованиях формула для определения требуемой площади сечения арматуры _s в одной группе стержней для восприятия действующего в ней усилия N_s и предотвращения разрушения стыка от продавливания плиты колонной (см. фиг.5, 6) определится



Здесь V - величина усилия продавливания плиты 2 колонной 1 при эксплуатации, вызванного действием на плиту расчетной нагрузки, - угол наклона грани пирамидального бетонного клина (или, что то же, грани 12 сквозного отверстия плиты 2), R_s - расчетное сопротивление арматуры 13 на растяжение, = 0,45 - эмпирический коэффициент, установленный авторами при испытаниях и учитывающий влияние бетона стыка. Таким образом, количество арматуры A_s в каждой группе стержней 13 определяют по величине отрицательного изгибающего момента, действующего в нормальных сечениях плиты 2 у колонн от расчетных нагрузок, но величина определенного таким образом армирования A_S не должна быть меньшей, определенной по приведенной выше формуле.

Рабочая арматура 13 во взаимно перпендикулярных направлениях выпущена за боковые грани плит 2 и объединена в межплитных швах 4 петлевыми выпусками 21 с сосредоточенной в группы (пучки) 22 рабочей арматурой примыкающих плит-вкладышей 3 и 6. Плиты-вкладыши 3 и 6, кроме арматуры 22, в соответствии с величиной действующих в них усилий при монтаже и эксплуатации, снабжены требуемым по расчету армированием в виде арматурных сеток, располагаемых у верхней и нижней их поверхности (на чертежах не показаны). Выпуски стержней этих сеток также могут быть объединены петлевыми выпусками с арматурных сеток смежных плит (на чертежах не показаны).

Монолитные железобетонные ригели 5, пропущенные в створах крайних рядов колонн 1 (и 9) содержат продольную 23 и поперечную арматуру, определяемую расчетом по величине расчетных усилий в их сечениях. Примыкающие к монолитным ригелям 5 плиты 6 и 7 выполнены с наклоном к ригелю их торцов и объединены с ним посредством петлевых выпусков 24, располагаемых в этих ригелях. Ригели 5 могут быть выполнены с высотой сечения, равной толщине примыкающих плит 6 и 7 (фиг.9) или с высотой сечения, превышающей толщину этих плит. В последнем случае выступающие книзу части ригеля 5 размещают в толще наружных стен (см. фиг.10). При устройстве наружных плит 7 под эркеры диск перекрытия в местах примыкания этих плит к ригелю 5 выполняют сплошным. Когда плиты 7 предназначены для устройства балконных консолей, в месте примыкания их к ригелю 5 выполняют дискретно расположенные вдоль ригеля проемы 26, в которых располагают теплоизоляцию.

В здании предлагаемой конструктивной системы наружные стены 25 и перегородки (на чертежах не показаны) выполнены поэтажно опертыми. В этом случае их, как правило, выполняют из местных легких (поризованных) кладочных материалов, полностью удовлетворяющих требованиям экологической и пожарной безопасности, а для наружных стен - дополнительно и требованиям теплотехники и морозостойкости. С учетом сказанного для обеспечения дополнительных архитектурных возможностей все наружные ряды колонн 1 и 9 каркаса размещены в толще наружных стен 25 заподлицо с их внутренней поверхностью. В таком случае перегородки внутри здания на каждом этаже можно беспрепятственно устанавливать в любом месте примыкания к наружной стене 25, а снаружи здания на консолях 7 можно расположить ограждения балконов, лоджий. На консолях 7 можно расположить и наружную стену 25 с образованием эркеров, полуэркеров и т. п.

В многоэтажных зданиях предлагаемой конструктивной системы все приложенные к ним нагрузки и силовые воздействия воспринимает сборно-монолитный каркас, а наружные поэтажно опертые стены воспринимают усилия, приложенные к ним в пределах только одного этажа, и практически обеспечивают только тепловую защиту здания. Вертикальную нагрузку на каждом перекрытии воспринимают сборные плиты 2, 3 и 6 и перераспределяют посредством монолитных межплитных швов 4 и клиновидных стыков 8, стыков 21, рабочей арматуры 13, 22 плит 2 и 3, а также монолитных ригелей 5 на колонны 1. В створах колонн 1, где сосредоточена арматура 13, 22 плит 2 и 3 и арматура 23 монолитных ригелей 5, действует наибольший по величине изгибающий момент, и количество указанной арматуры в каждом сечении определяется его значениями. Принятая конструкция стыка сопряжения колонн 1 с плитой 2 и с монолитным ригелем 5 исключает опасность продавливания диска перекрытия колонной.

При малой высоте здания (до 5 этажей) каркас может быть выполнен по данной схеме с восприятием горизонтальных нагрузок рамами, образованными колоннами и дисками перекрытий, а при большой высоте требуется реализовать рамно-связевую схему каркаса с устройством диафрагм жесткости для восприятия горизонтальных нагрузок.

Благодаря выполнению наружной стены 25 поэтажно опертой, а также наличию на каждом этаже упругой прокладки между верхом стены и низом вышерасположенного диска перекрытия упругой прокладки, наружная стена практически исключена из работы на восприятие общих усилий, приложенных к зданию. Вместе с тем, благодаря этому температурные деформации наружной стены, вызванные изменением температуры наружного воздуха, также практически не передаются на диски каркаса, работающего при эксплуатации в условиях стационарного температурного поля.

Благодаря применению в каркасе дополнительно к монолитным межплитным швам 4 монолитных продольных сквозных ригелей 5, по сравнению с аналогами [1, 2, 3, 4], полностью исключена вероятность цепного выключения (разрушения) связей между сборными элементами при случайных перегрузках. Улучшились условия работы каркаса, его узлов и элементов под нагрузкой, что позволило полнее реализовать перераспределение усилий между элементами каркаса под нагрузкой и не только повысить надежность несущего каркаса, но и дополнительно сократить расход стали на армирование каркаса.

Здание предлагаемой конструктивной системы предложено возводить по одному из двух вариантов. По первому варианту сначала возводят несущий каркас, а затем на готовых дисках перекрытия возводят поэтажно опертые наружные стены и перегородки. По второму варианту строительства здания несущий каркас возводят одновременно с возведением наружных стен.

Возведение несущего каркаса по первому варианту производят в следующей последовательности. На пол подвала или на возведенное перекрытие после монтажа многоэтажных колонн 1, 9 размещают монтажно-технологическую оснастку в виде башенных опорных устройств 27, образованных объединенными между собой телескопическими стойками 28. Башенные опорные устройства 27 размещают под надколонные плиты 2 с охватом средних колонн 1, а также под концы плит-вкладышей 6. Опорные устройства 27 регулируют на высоту этажа, а на колоннах монтируют поддерживающие бандажи 16. Затем на колонны насаживают надколонные плиты 2 и опирают их на башенные устройства 27, на такие же устройства 27 укладывают концами плиты-вкладыши 6, а также плиты 7 балконов и эркеров. После этого на смонтированные плиты 2 и 6 по их кромкам, например, посредством временных зажимов 29 в проектное положение закрепляют квадратные плиты-вкладыши 3. Закрепив под плитами 2, 3, 6 и 7 подвесную опалубку 30 швов 4, а также подвесную и частично опираемую опалубку ригеля 5, размещают требуемую арматуру монтажных монолитных швов 4, ригеля 5, объединив выпуски арматуры из кромок плит 2, производят укладку монолитного бетона в стыки, швы и монолитный ригель одновременно по всему диску перекрытия. После выдержки и набора монолитным бетоном проектной прочности демонтируют все поддерживающие и опорные устройства и переставляют на готовый диск перекрытия. На освобожденном от монтажных устройств перекрытии возводят поэтажно опертые наружные стены 15 и перегородки (не показаны). Материалы этих конструктивных элементов заблаговременно подают краном и складируют на перекрытии рядом с опорными устройствами 27.

При строительстве здания по второму варианту на готовом диске перекрытия аналогично указанному выше размещают башенные опорные устройства 27, на колонны 1 крепят бандажи 16 и одновременно возводят поэтажно опертую наружную стену 25. Монтаж сборных плит перекрытия начинают после завершения установки опорных и поддерживающих устройств и возведения кладки наружных стен 25 на высоту этажа. Сначала на колонны 1 насаживают надколонные плиты 2 и фиксируют их в проектном положении, затем монтируют плиты 6 и 7, опираемые на башенные устройства 27 и наружную стену 25. Для этого поверх кладки стены на ее толщину размещена сплошная упругая прокладка, выполненная, например, из пенополистирола. В этом случае верх наружной стены 25 может быть использован и в качестве опалубки снизу монолитного ригеля 5. В остальном последовательность выполнения операций сохраняется.

В целом, предлагаемая конструктивная система здания и способы ее возведения благодаря рассмотренным выше признакам позволяют существенно усовершенствовать конструкцию многоэтажного здания и повысить по сравнению с прототипами [3, 4] его надежность, упростить технологию возведения и применить узкую номенклатуру из двух видов традиционных изделий - сборных крупногабаритных плоских плит и колонн, широко использовать без существенных затрат на модернизацию базу домостроительных комбинатов. Дома на основе предложенных каркасов по сравнению с КПД позволяют сократить в 1,9...2,0 раза удельный расход бетона и железобетона, создать гибкие планировочные решения, строить массовое жилье себестоимостью в 1,3...1,4 раза ниже, чем КПД при потребительских качествах, соответствующих европейским.

По сравнению с аналогами [3, 4] не только сокращается удельное ресурсопотребление и затраты труда на возведение предлагаемого каркаса, но резко увеличивается темп монтажа. Для монолитного бетона каркаса в БелНИИС разработаны и на практике широко освоены специальные составы бетона, обеспечивающие (при увеличении его стоимости не более чем на 10%) достижение 100% проектной прочности к концу вторых суток, а при отрицательных температурах (при среднесуточных до -10^oС) исключающие потребность в его обогреве.

Предложенные технические решения будут освоены на строительстве массового жилья.

Источники информации

1. А.с. СССР 1726680. МПК⁵ Е 04 В 1/18; Е 04 Н 9/02. Безригельный каркас здания или сооружения. Опубл. в БИ 14, 1992.

2. А.с. СССР 1649052. МПК⁵ Е 04 В 1/18. Узел соединения колонны и плиты перекрытия. Опубл. в БИ 18, 1991.

3. Патент РФ 2130106. МПК⁶ Е 04 В 1/18; 1/35. Способы выполнения конструктивной системы полносборного здания гражданского назначения. Опубл. в БИ 13, 1999.

4. Обзорная информация. Госстрой РФ. ВНИИНТПИ. Серия "Промышленные и сельскохозяйственные комплексы, здания и сооружения". Вып.2. Ресурсосберегающие и энергоактивные производственные здания и комплексы (проблемы проектирования и опыта строительства). Автор Лебедева Н.В.: М., ВНИИНТПИ 1998, с. 25-32, рис.6-11 (прототип).