каркас многоэтажного здания

Формула изобретения

1. Каркас многоэтажного здания, включающий колонны, плиты перекрытий, установленные с зазорами между их гранями, арматуру, размещенную в зазорах между торцами пустотных плит смежных пролетов, заанкеренную на периметре здания и замоноличенную бетоном с образованием сборно-монолитных ригелей в двух взаимно перпендикулярных направлениях, одни из которых - несущие крайние, расположенные в торцах плит, и несущие средние, расположенные между торцами плит, имеют ширину, превышающую ширину смежной грани колонны, другие - связевые крайние и связевые средние, соединенные с бетонными шпонками, расположенными на продольных гранях плит перекрытий, плиты перекрытий снабжены пробками, установленными в торцах пустот плит, формирующими торцевые полости, при замоноличивании бетоном образующие шпонки ригелей, отличающийся тем, что несущие ригели выполнены с утолщением опорных частей ригелей, обхватывающих колонны, которые в зоне охвата снабжены бетонными шпонками по всем граням колонны, ненапрягаемая арматура несущих ригелей, пропущенная между телом колонны и плитами перекрытий в пределах высоты плит перекрытий, заанкерена в утолщениях опорных частей ригелей петлевым охватом крайней колонны, связевые крайние и средние ригели расположены в пределах ширины утолщений опорных частей несущих ригелей, в которых размещена сквозная ненапрягаемая арматура, расположенная с одной из сторон тела колонны и заанкеренная на периметре здания, причем все или некоторые несущие ригели имеют в средней части между колоннами сквозные коммуникационные проемы.

2. Каркас по п.1, отличающийся тем, что связевые средние ригели, расположенные в пределах ширины утолщений опорных частей несущих ригелей и перпендикулярно им, выполнены с двух сторон по граням колонны с образованием дополнительного сквозного проема между связевыми средними ригелями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении многоэтажных зданий жилого и общественного назначения в качестве железобетонного каркаса.

Известен каркас многоэтажного здания (см. патент РФ №2020210, Е 04 В 1/18 от 16.01.92), содержащий 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 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.

К недостаткам данной конструкции следует отнести то, что значительно усложняется технология сборки каркаса, а именно производство работ, связанных с размещением и натяжением напрягаемой арматуры, контроля качества бетонирования сквозных проемов колонн. При этом такой каркас требует на заводах-изготовителях железобетонных изделий повышенной трудоемкости и особого контроля качества при изготовлении колонн со сквозными проемами, а также при транспортировке таких колонн необходимо исключить их повреждение в зоне сквозных проемов. Возможно также повреждение колонн при сборке каркаса.

Известен также каркас многоэтажного здания по А.С. № 1776734, Е 04 В 1/18, от 19.12.89, выбранный в качестве прототипа, включающий колонны, плиты перекрытий, установленные с зазорами между их гранями, арматуру, размещенную в зазорах между торцами пустотных плит смежных пролетов, заанкеренную на периметре здания и замоноличенную бетоном с образованием сборно-монолитных ригелей в двух взаимно перпендикулярных направлениях, одни из которых - несущие крайние, расположенные в торцах плит, и несущие средние, расположенные между торцами плит, имеют ширину, превышающую ширину смежной грани колонны, другие - связевые крайние и связевые средние, соединенные с бетонными шпонками, расположенными на продольных гранях плит перекрытий, плиты перекрытий снабжены пробками, установленными в торцах пустот плит, формирующими торцевые полости, при замоноличивании бетоном образующие шпонки ригелей.

К недостаткам данной конструкции следует отнести то, что значительно усложняется технология сборки каркаса, а именно производство работ, связанных с размещением и натяжением напрягаемой арматуры, контроля качества бетонирования сквозных проемов колонн. При этом такой каркас требует на заводах-изготовителях железобетонных изделий повышенной трудоемкости и особого контроля качества при изготовлении колонн со сквозными проемами, а также при транспортировке таких колонн необходимо исключить их повреждение в зоне сквозных проемов. Возможно также повреждение колонн при сборке каркаса. Такая конструкция каркаса имеет ограничение по этажности, связанное с технологическими недостатками, обусловленными ограничением класса монолитного бетона ригелей - заполнения сквозных проемов колонн - по прочности.

Была поставлена задача: создание каркаса многоэтажного здания повышенной надежности с упрощением технологии сборки и упрощением контроля качества бетонирования ригелей перекрытий и узлов их соединений с колоннами, возможность при сборке выполнения сквозных коммуникационных проемов в двух взаимно перпендикулярных направлениях, возможность проектирования зданий повышенной этажности.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности и этажности здания, снижение трудоемкости монтажа.

Цель достигается тем, что каркас многоэтажного здания, включающий колонны, плиты перекрытий, установленные с зазорами между их гранями, арматуру, размещенную в зазорах между торцами пустотных плит смежных пролетов, заанкеренную на периметре здания и замоноличенную бетоном с образованием сборно-монолитных ригелей в двух взаимно перпендикулярных направлениях, одни из которых - несущие крайние, расположенные в торцах плит, и несущие средние, расположенные между торцами плит, имеют ширину, превышающую ширину смежной грани колонны, другие - связевые крайние и связевые средние, соединенные с бетонными шпонками, расположенными на продольных гранях плит перекрытий, плиты перекрытий снабжены пробками, установленными в торцах пустот плит и формирующими торцевые полости, которые при замоноличивании бетоном образуют шпонки ригелей, отличается тем, что несущие ригели выполнены с утолщением опорных частей ригелей охватывающими колонны, которые в зоне охвата снабжены бетонными шпонками по всем граням колонны, ненапрягаемая арматура несущих ригелей, пропущенная между телом колонны и плитами перекрытий в пределах высоты плит перекрытий, заанкерена в опорных частях ригелей петлевым охватом крайней колонны, связевые крайние и средние ригели расположены в пределах ширины опорных частей несущих ригелей, в которых размещена сквозная ненапрягаемая арматура, расположенная с одной из сторон тела колонны и заанкеренная на периметре здания, причем все или некоторые несущие ригели имеют в средней части между колоннами сквозные коммуникационные проемы.

Кроме того, связевые средние ригели, расположенные в пределах ширины утолщений опорных частей несущих ригелей и перпендикулярно им, выполнены с двух сторон по граням колонны с образованием сквозного проема между связевыми средними ригелями.

Кроме того, ненапрягаемая прямолинейная арматура связевых ригелей, расположенных в пределах ширины утолщений опорных частей несущих ригелей и перпендикулярно им, заанкерена в утолщениях опорных частей несущих средних ригелей.

Кроме того, нижняя грань связевых крайних ригелей смещена вниз относительно нижней грани плит перекрытия до уровня нижней грани утолщений опорных частей несущих ригелей.

Сущность предлагаемого решения поясняется следующим.

Каркас под нагрузкой работает как единая сборно-монолитная пространственная конструкция. При передаче вертикальной нагрузки на сборно-монолитное перекрытие каждая плита имеет ограничения на перемещения как по швам омоноличивания, так и торцам, зафиксированным в несущих ригелях бетонными шпонками. Благодаря уширению ригели выполнены непрерывными по всей ширине здания. Перекрытие из пустотных плит в контурной обвязке монолитными ригелями обеспечивает пространственную работу перекрытия под нагрузкой и перераспределение усилий между элементами перекрытия от локального приложения нагрузок, в частности от веса наружного стенового ограждения. Перекрытие при эксплуатации представляет собой мембрану с распорными усилиями, передающимися на контур из монолитных ригелей. Данные особенности конструкции каркаса позволяют существенно снизить материалоемкость несущих конструкций.

Отсутствие сквозных проемов в колоннах, т.е. ослабленных сечений колонн, позволяет возводить каркасы максимальной этажности, допускаемой прочностью бетона колонн каркаса.

Конструкция несущих ригелей в предлагаемом техническом решении позволяет оставлять сквозные проемы в середине пролета, а также обеспечивает возможность размещения связевых ригелей с любой стороны опорной части несущих ригелей или с обоих сторон сразу, что в свою очередь позволяет размещать в перекрытии проемы для пропуска инженерных коммуникаций во взаимно перпендикулярных направлениях согласно выбранных поэтажных планировок. Данная конструкция каркаса позволяет упростить технологию изготовления колонн на заводах-изготовителях, упростить монтаж каркаса, исключить закладные элементы колонн, несущих и связевых ригелей, снизить требования к точности монтажа. Наличие утолщения опорных частей несущих крайних и средних ригелей исключает продавливание перекрытия у колонн, позволяет уменьшить сечение надопорной арматуры несущих ригелей, выполнить надежную анкеровку арматуры ригелей, повышает жесткость перекрытий каркаса. Применение сборно-монолитных ригелей позволяет обеспечить высокое качество потолков без дополнительных затрат. Предложенная конструкция перекрытия позволяет применять данный каркас для широкого спектра нагрузок на перекрытия.

На фиг.1 изображен каркас, фрагмент многоэтажного здания (аксонометрия); на фиг.2 - изображен каркас, фрагмент многоэтажного здания (план); на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.5 - разрез В-В на фиг.2; на фиг.6 - узел I на фиг.3; на фиг.7 - узел II на фиг.4; на фиг.8 - узел III на фиг.2.

Каркас многоэтажного здания (см. фиг.1) включает колонны безконсольные 1, сборные многопустотные плиты 2 с верхней и нижней полками, объединенные по боковым сторонам швами 3 из монолитного бетона. Между торцами плит 2 установлены пространственные опорные арматурные каркасы 4, пролетные арматурные каркасы 5, опорные арматурные каркасы 6 (см. фиг.2), замоноличенные бетоном 7 с образованием крайних сборно-монолитных ригелей 8 и средних 9. Ширина крайних 8 и средних ригелей 9 превышает ширину смежной грани 10 колонн 1. Ригели 8 и 9 охватывают по контуру сечение каждой колонны 1 и в зоне охвата имеют утолщение опорной части 11. Колонны в зоне охвата снабжены бетонными шпонками 12 по всем граням колонны. Количество и размеры шпонок 12 по граням колонн 1 определяются из условий расчета прочности соединения ригелей 8 и 9 с колоннами 1 на изгибающий момент и поперечную силу. В перпендикулярном ригелям 8 и 9 направлении в продольных швах между плитами 2 размещается ненапрягаемая сквозная арматура 13, пропущенная вне тела колонны 1 через утолщение опорной части 11 ригелей 8 и 9 и заанкеренная на периметре здания. Ненапрягаемая сквозная арматура 13 пропущена с любой стороны от колонны 1. Арматура 13 замоноличивается бетоном 7 с образованием крайних 14 и средних 15 связевых ригелей. Ненапрягаемая прямолинейная арматура связевых ригелей 13, расположенная в пределах ширины опорных частей несущих ригелей 8, 9 и перпендикулярно им, может быть заанкерена в опорной части несущих средних ригелей 9. Сквозные проемы 16 в средней части несущих ригелей 8, 9 выполнены согласно планировке здания.

Крайние опорные арматурные каркасы 4 заанкерены в опорных частях несущих ригелей 8, 9 петлевым охватом крайних колонн 1. В стыке сопряжения колонны 1 с ригелями 8 и 9 на средних опорах опорные арматурные каркасы 6 обеспечивают восприятие отрицательных моментов у колонн 1.

Плиты перекрытий 2 выполнены с торцевыми полостями 17, расположены торцами параллельно арматурным каркасам 4, 5, 6 и снабжены пробками 18, которые расположены в торцах полостей 17 и заполнены бетоном 7 с образованием шпонок 19 ригелей 8 и 9. Длина шпонок 19 составляет не менее 100 мм, что определено условиями прочности шпоночного соединения на поперечную силу.

На границе заполнения бетоном 7 полостей 17 в верхней полке плит 2 выполнены отверстия 20 диаметром не менее 10 мм для выхода воздуха и контроля выхода бетона на поверхность плиты, что подтверждает качество заполнения полостей 17.

Связевые средние ригели 15 расположены в пределах ширины опорных частей 11 несущих средних ригелей 9 и перпендикулярно им по одной из граней колонны 1. Возможно выполнение связевых ригелей 15 с двух сторон по граням колонн 1 с образованием дополнительных сквозных коммуникационных проемов 21 между этими ригелями 15. Дополнительные сквозные проемы 21 между связевыми средними ригелями 15 выполнены согласно планировке здания.

В зависимости от веса наружного стенового ограждения (увеличение высоты этажа или объемного веса материала стен) нижняя плоскость связевых крайних ригелей 14 может быть смещена вниз относительно плоскости нижней полки плит перекрытия 2 до уровня нижней плоскости утолщения опорной части 11 несущих ригелей 8 и 9 для увеличения несущей способности и жесткости перекрытия.

Каркас возводят в следующей последовательности.

Монтируют колонны 1 и фиксируют их в проектном положении. На колоннах 1 крепят монтажные мостики с опалубкой нижней плоскости ригелей 8 и 9 и опорных частей 11 ригелей 8 и 9, по которым в проектном положении размещают плиты перекрытий 2. Устанавливают арматурные каркасы 4, 5, 6, арматуру 13 ригелей 8, 9, 14 и 15. Укладывают бетон 7 ригелей 8, 9, 14 и 15, одновременно бетонируют швы 3.

После набора бетоном 7 проектной прочности демонтируют монтажные мостики. Затем цикл монтажа повторяют на перекрытии следующего этажа.

Изобретение позволяет упростить технологию изготовления колонн 1 на заводах-изготовителях, позволяет упростить монтаж каркаса, исключить закладные элементы колонн 1 и несущих и связевых ригелей 8, 9, 14, 15 и снизить требования к точности монтажа. Наличие утолщений 11 опорных частей ригелей 8, 9 исключает продавливание перекрытия 22 у колонн 1, позволяет уменьшить сечение надопорной арматуры в каркасах 4, 6 и выполнить надежную анкеровку арматуры ригелей 8, 9, 14, 15. Применение сборно-монолитных ригелей позволяет обеспечить высокое качество потолков без дополнительных затрат.

Как показали статические испытания фрагмента каркаса, перекрытие из пустотных плит в контурной обвязке монолитными ригелями обеспечивает надежную пространственную работу перекрытия под нагрузкой и эффективное перераспределение усилий между элементами перекрытия от локального приложения нагрузок, в частности от веса наружного стенового ограждения. Перекрытие при эксплуатации представляет собой мембрану с распорными усилиями, передающимися на контур из монолитных ригелей. Данные особенности конструкции каркаса позволяют существенно снизить материалоемкость несущих конструкций.

Исключение сквозных проемов в колоннах позволяет возводить каркасы максимальной этажности, допускаемой прочностью бетона колонн каркаса.

Конструкция несущих ригелей, позволяющая выполнять сквозные проемы в середине пролета несущих ригелей, размещение связевых ригелей с одной из сторон граней колонны в пределах ширины опорной части несущих ригелей или с обоих сторон сразу позволяют гибко размещать в перекрытии проемы для пропуска инженерных коммуникаций во взаимно перпендикулярных направлениях.

Предложенная конструкция перекрытия позволяет применять данный каркас для широкого спектра нагрузок на перекрытия, в том числе для возведения многоэтажных зданий не только жилого и общественного назначения, но и промышленного.