Многоэтажные каркасные здания

Лекция №6

МНОГОЭТАЖНЫЕ КАРКАСНЫЕ ЗДАНИЯ

Каркасные технологии в многоэтажном

И малоэтажном строительстве

Опыт строительства и технико-экономические исследования последних лет определили тенденцию к увеличению высоты жилых и общественных зданий. Она нашла развитие в строительстве сначала наиболее крупных, а затем и многих других городов бывшего Советского Союза. Высокий уровень индустриализации отечественного строительства решающим образом повлиял на выбор основного материала, используемого в несущих элементах многоэтажных зданий. Сборные железобетонные конструкции, изготовляемые на механизированных заводах, в значительной мере вытеснили и продолжают вытеснять конструкции из других строительных материалов. Достаточно высокие прочность и.жесткость, огнестойкость, экономичность, позволили железобетону успешно конкурировать не только с каменными материалами, но и со стальными конструкциями.

Для сборного железобетона как основного строительного материала характерны две схемы несущих конструкций многоэтажных зданий, используемые в массовом строительстве — крупнопанельная (бескаркасная) и каркасная. Крупнопанельная схема несущих конструкций отлично зарекомендовала себя в зданиях с ячеистой планировочной структурой, однотипно повторяющейся по вертикали. Такая структура наиболее соответствует жилым зданиям и этим обусловлено широкое использование крупнопанельных конструкций в жилищном строительстве;

В лечебных учреждениях, зданиях для проектных и научно-исследовательских институтов, в лабораторных корпусах и других сооружениях общественного и производственного назначения, как правило, появляется необходимость изменить планировочную структуру по вертикали. В практике строительства для таких зданий утвердилась каркасная схема несущих конструкций.

Высокие темпы развития науки и техники неуклонно сокращают сроки морального старения зданий. Изменения технологии и оборудования требуют пересмотра планировки и технологических связей между помещениями.

Возникает ситуация, при которой полноценное, с точки зрения конструкций, здание оказывается неудобным для эксплуатации. Изменение планировки при каркасных несущих конструкциях, необходимое для продления срока службы здания, решается значительно легче, чем в крупнопанельных зданиях.

Технико-экономическими исследованиями установлено, что по ряду показателей при прочих равных условиях каркасные здания уступают крупнопанельным. Их стоимость на 5—10% выше, построечная трудоемкость на 10—15% больше, чем бескаркасных зданий. Кроме того, расход стали увеличивается на 30—50% Несмотря на это, по изложенным выше причинам планировочного и технологического характера, каркасные здания широко применяются во всех странах мира.

Каркасное строительство – это возможность быстро построить полноценный жилой дом всего за несколько месяцев, затратив при этом в несколько раз меньше денег, чем требуется на постройку кирпичного дома. Именно поэтому строительство панельно-каркасных домов развивается во всем мире бурными темпами.

Главное отличие технологии каркасного домостроения от других, где несущими являются стены, в том, что основой возводимого здания служит жесткая рамная конструкция (каркас), между элементами которой укладывается тот или иной «стеновой» материал. Каркас состоит из колонн и дисков (или панелей) перекрытий, набранных из пустотных плит. Существует несколько систем каркасно-монолитного домостроения («Куб-2,5», МВБ-01, «Аркос», «Рекон» и т. д.). Одно из основных различий между ними заключается в конструкции опирания пустотных плит перекрытия и размерах каркасной сетки. В системе «Аркос», например, допускаемая сетка колонн – 7,2 м х 7,2 м, в системе «Рекон» – до 9 м. Монолитно-каркасные «высотки» могут достигать 25 этажей и выдерживать сейсмическую активность до 8–10 баллов.

Изделия каркаса имеют простую геометрическую форму и ограниченное количество типоразмеров, что существенно облегчает их производство и освоение. По этой технологии можно строить не только жилые дома, но и торгово-развлекательные комплексы, промышленные многоэтажные здания, многоярусные паркинги. При этом свободно расположенная сетка колонн от 1,5 до 12 м позволяет создавать различные планировочные варианты квартир и нежилых помещений. Наружные и внутренние стены могут выполняться как из штучного материала, так и из крупноразмерных панелей.

В деревянном домостроении несущий каркас выполняется из сплошного или клееного бруса, от качества которого зависит срок эксплуатации дома. Каркас обшивается каким-либо материалом, а утеплителем прокладываются стены дома, межкомнатные перегородки и перекрытия. Обычно это минеральная вата из кварцевого или базальтового волокна. Аналогичные схемы строительства применяются и при использовании в качестве несущего каркаса легких металлических конструкций (ЛМК).

Сборный железобетонный каркас

Серии 1.020-1/87 для гражданских зданий

Элементы каркасов (колонны, ригели, плиты перекрытия)

Рис. 3. Типы панелей перекрытий (разрезы)

Рис. 4. Перекрытие из ребристых панелей ребрами вниз

Рис. 5. Перекрытие по сборным железобетонным балкам

Рис. 6. Деревянные перекрытия

Деревянные балки; 2 — щиты дощатые, плиты гипсовые, фибролитовые, камышитовые; 3 — шлак, песок; 4 — штукатурка

Концы деревянных балок, укладываемых на наружные кирпичные стены, должны быть антисептированы и защищены кроме торцов от увлажнение гидроизоляцией на длину 20 см. Деревянные балки, укладываемые у дымоходов, защищаются против возгорания разделкой из кирпича.

Диафрагма жесткости

1. Диафрагмы жесткости предназначены для применения в многоэтажных жилых и общественных зданиях промышленных предприятий с высотами этажей 2,8м; 3,3м; 4,2м и техподпольем высотой 2 м.

2. Производство диафрагм осуществляется в соответствии с требованиями СТБ 1331-2002 «Диафрагмы жесткости железобетонные. Технические условия».

3. Диафрагмы жесткости изготавливаются из тяжелого бетона классов, морозостойкости и водонепроницаемости, указанных в проектной документации, но не ниже F 100 и W 2.

4. Маркировка диафрагм принята по ГОСТ 23009-78 «Обозначение типа конструкций»:

Д – диафрагма жесткости сплошная;

ДП – диафрагма жесткости с проемом;

1Д – диафрагма жесткости сплошная с одной полкой;

2Д – диафрагма жесткости сплошная с двумя полками:

1ДП (2ДП) – диафрагмы жесткости с одной (с двумя) полками с проемами,

расположенными по середине;

1ДПК (2ДПК) – диафрагмы жесткости с одной (с двумя) полками с

проемами, расположенными по краю.

Обозначение габаритов конструкций: первое число – округленная длина диафрагм в дециметрах; второе число – номинальное высота диафрагмы в дециметрах.

5. На верхней грани диафрагм жесткости предусмотрены петлевые выпуски для соединения диафрагм между собой и плитами перекрытия.

6. В диафрагмах жесткости предусмотрены вертикальные штрабы для пропуска электропроводки.

Сборный железобетонный каркас

Рис. 8. Основные конструктивные элементы зданий серии 1.420-4

а - колонны; б - капители; в - полукапители; г - пролетные плиты; д - надколенные плиты

Колонна в серии 1.420-4 квадратного сечения, размерами 400×400; 500×500 мм. В отдельных случаях для первого или подвального этажей могут применяться колонны сечением 600×600 мм, в серии 1.420-14 единое сечение - 450×450 мм. Колонны серии 1.420-4 имеют в месте опирания капителей четырехсторонние консоли и пазы по граням стволов, колонны серии 1.420-14 имеют металлические консоли, привариваемые во время монтажа.

Капители приняты двух типоразмеров: основная - 2700×2700×600 мм и полукапитель - 1950×2700×600 мм. Капитель имеет в центре квадратное отверстие, по граням которого устроены пазы.

Надколенные плиты имеют размеры в плане 3100×3540 и 2150×3540 мм. Толщина надколенных плит 180 мм. На торцах плит имеются выпуски рабочей арматуры. Размеры пролетных плит - 3080×3080×150 мм. По периметру плит имеются по два выпуска арматуры с каждой стороны. Здания с безбалочными конструкциями имеют самонесущие кирпичные стены, самонесущие стеновые вертикальные панели и навесные горизонтальные стеновые панели.

Стыки колонн расположены на высоте 1 м от верха перекрытия и запроектированы с применением стальных накладок, привариваемых к стальным оголовкам. В серии 1.420-14 применяется ванная сварка выпусков арматуры колонн. На четырехстороннюю консоль колонны опирается капитель, которая после выверки закрепляется сваркой закладных и приваркой накладных стальных деталей. Пазы капители и колонны после замоноличивания образуют бетонные шпонки. Консоли колонн и шпонки используются для передачи нагрузки с перекрытия на колонну. На полки капители опираются надколонные плиты. Их закладные детали и выпуски арматуры соединяют электросваркой с закладными деталями капителей и после этого замоноличивают стык.

Пролетные плиты опираются арматурными выпусками на надколонные плиты и соединяются с закладными деталями надколонных плит. Клиновидные пазы между плитами заполняют бетоном. Все сопряжения замоноличивают бетоном марки 300 на мелком щебне или гравии с применением вибрирования.

Продольный каркас во всех конструктивных решениях запроектирован по связевой схеме в двух вариантах конструктивного исполнения: с применением стальных связей или однопролетных рам с жесткими узлами. Продольная устойчивость каркаса в период монтажа и эксплуатации по первому варианту обеспечивается вертикальными связями по колоннам, устанавливаемым в середине каждого деформационного блока здания по каждому ряду или через несколько рядов колонн на всех этажах. Связи выполняют одноветвевыми из равнобоких уголков.

 

Рис. 9. Основные конструктивные элементы промышленных зданий серии ИИ 20/70, 1.420-6, 1-420-12

а - колонны; б - ригели; в - плиты перекрытий.

Колонны в каркасе прямоугольного сечения с размерами сторон 400×400 мм и 400×600 мм. Колонны первого этажа заделывают в стаканы фундаментов с заглублением на 600 мм - при опирании плит перекрытия по верху ригелей. Колонны для двух нижних этажей здания приняты двухэтажной разрезки, для последующих этажей высотой 3,6 и 4,8 м - двухэтажной разрезки, а для этажей высотой 6 м и более - поэтажной разрезки. Имеются трехэтажные колонны, устанавливаемые в стаканы фундаментов в зданиях с высотой этажа 3,6 м и двухэтажные в верхних этажах зданий с высотой этажа 6,0 м. Стыки колонн, расположенные на высоте 1,8 м от отметки верха консоли, запроектированы жесткими. Стыковые стержни приваривают к стальным оголовкам колонн с последующим замоноличиванием. Величина зазора между стыкуемыми колоннами 40 мм.

Для зданий с перекрытиями, опирающимися на полки ригелей (последние имеют высоту 800 мм и ширину 650 мм), и с перекрытиями, опирающимися по верху ригелей, приняты ригели прямоугольного сечения 800×300 мм. Сопряжение ригеля с колонной выполняют ванной сваркой выпусков арматуры из колонны и ригеля, сваркой закладных деталей ригеля и консоли колонны с последующим замоноличиванием стыка.

Соединение опорной арматуры ригеля с колонной в стыках, расположенных в уровне покрытия, выполняют с помощью стыковых стержней. Стержни укладывают по верху оголовков колонн, приваривают ванной сваркой к торцам арматуры ригелей и затем электродуговой сваркой к оголовку колонны.

Междуэтажные перекрытия запроектированы из плит двух типоразмеров: основной плиты шириной 1500 мм и доборной плиты шириной 750 мм. Доборные плиты размещают только по наружным рядам колонн. Основные межколонные плиты, располагаемые вдоль здания по осям колонн, приваривают к закладным деталям ригелей и соединяют между собой по верху продольных ребер стальными накладками. Доборные межколонные плиты устанавливают на стальные столики, привариваемые к закладным деталям колонн; приваривают к этим столикам и соединяют между собой накладными деталями по верху продольных ребер, расположенных с внутренней стороны здания. В торцах межколонных плит на уровне полки к плите приваривают опорный уголок; остальные плиты перекрытий приваривают к закладным деталям ригелей, за исключением одной плиты в каждом пролете. Швы между плитами, а также между торцами плит, ригелями и колоннами заполняют бетоном марки 200 на мелком гравии или на щебне. Покрытия в зданиях, сохраняющих в верхнем этаже сетку колонн нижележащих этажей, решены аналогично конструкции перекрытий.

Стены предусмотрены из панелей, включенных в каталог сборных железобетонных конструкций одноэтажных промышленных зданий.

В типовых сериях 1.420-12 и 1.420-6, разработанных как дополнение к серии ИИ 20/70, стык колонн выполнен с использованием ванной сварки выпусков продольной арматуры, что позволило отказаться от стальных оголовков колонн. Имеется еще ряд особенностей, касающихся расширения номенклатуры ригелей и плит перекрытий. Стены могут быть навесные и самонесущие. Стены навесные принимаются по серии 1.432-5. Конструкции серии ИИ-04, разработанные ЦНИИЭП торговых зданий и туристских комплексов, предназначены для строительства каркасно-панельных гражданских и административно-бытовых зданий (при промышленных предприятиях), высотой 4 - 12 этажей. Разработаны три варианта каркаса, отличающихся условиями статической работы: рамный, рамно-связевый и связевый (рис. 3).

Рамный вариант каркаса предназначен для строительства зданий высотой до 4 этажей (включительно), связевый и рамно-связевый варианты - для зданий высотой до 12 этажей. Модульная сетка колонн принята 6×6; 6×4,5 и 6×3 м, при высоте этажей - 3,3; 3,6 (связевый каркас) и 4,2 м. Унифицированные расчетные нагрузки на перекрытия приняты 450, 600, 800 и 1250 (в связевом варианте) кгс/м².

Фундаменты - башмаки стаканного типа, рассчитанные на установку их на основания, определяемые проектом зданий.

Рис. 10. Основные конструктивные элементы зданий серии ИИ-04.

а - колонны; б - ригели; в - диафрагмы жесткости; г - плиты перекрытий.

Колонны - сечением 300×300 мм (для зданий высотой до 4 этажей) и 400×400 мм высотой на один - два этажа и многоэтажные. Стык колонн в рамном и рамно-связевом вариантах каркаса в уровне верха перекрытия. Колонны соединяют сваркой по периметру стальных оголовков. В связевом варианте каркаса стык колонн безметалльный и располагается выше уровня перекрытия. Колонны соединяют сваркой выпусков рабочей арматуры.

Ригели высотой 450 мм таврового сечения с полкой понизу с одним или двумя свесами для опирания плит перекрытия. Ригели имеют длину 5600, 4060 и 2560 мм; предназначаются для установки в пролетах соответственно 6; 4,5 и 3 м. Ригели на опорных участках имеют подрезку, соответствующую размерам консоли колонны, обеспечивающую скрытое положение консоли.

Плиты перекрытия запроектированы толщиной 22 см, длиной 5760 и 2760 мм и подразделяются на три основных типа:

- рядовые многопустотные плиты (с вертикальными и круглыми пустотами);

- связевые плиты, устанавливаемые у колонн в направлении, перпендикулярном ригелям каркаса, запроектированные с пустотами, сплошными и ребристыми (санитарно-технические);

- пристеночные плиты, укладываемые в крайних рядах перекрытий. Плиты имеют сплошное сечение, в них предусмотрены закладные детали для крепления панелей наружных стен.

Диафрагмы жесткости - плоские железобетонные панели толщиной 14 см. В связевом варианте каркаса предусмотрены диафрагмы жесткости с одной или двумя полками для опирания плит перекрытия. В ЦНИИЭП торговых зданий и бытовых комплексов разработаны диафрагмы жесткости с растворными стыками (без выпусков арматуры).

Панели наружных стен запроектированы в двух вариантах: с навеской на перекрытия и на колонны. Масса элементов во всех вариантах каркаса не превышает 5 т, в зданиях с многоэтажными колоннами - 8 т. В ЦНИИЭП торгово-бытовых зданий и туристских комплексов и ЦНИИпромзданий разработаны типовые конструкции серии 1.020-1, полностью обеспечивающие межвидовую унификацию конструктивных и объемно-планировочных решений и предназначенные для промышленных и гражданских зданий. Конструкции в основном базируются на опалубочных формах серии ИИ-04 (связевый вариант каркаса); дополнительно разработаны конструкции для сеток колонн от 7,2 до 12 м и высот этажей от 4,8 до 7,2 м; улучшены отдельные узлы сопряжений.

Панели перегородок серии 1.431-14 запроектированы однослойными из легкого, ячеистого, тяжелого железобетона и гипсобетона, максимальные размеры рядовых железобетонных панелей 5980×2860 мм, толщина 80 мм, масса от 1,1 до 3,42 т. Максимальные размеры доборных железобетонных панелей 5830×1810 мм, толщина 80 мм, масса от 0,63 до 1,98 т. Размеры гипсобетонных панелей совпадают с размерами железобетонных, максимальная масса 1,66 т.

Перегородки выполняют сборными, самонесущими с горизонтальным расположением панелей, устанавливаемые на высоту помещений. Перегородки устанавливают до монтажа перекрывающих их конструкций.

Панели перегородок при сетке колонн 6×6 м крепят непосредственно к колоннам; при сетке колонн 9×6 и 12×6 м крепление предусматривается к стальным стойкам фахверка, шарнирно прикрепленным к перекрытиям. Панели перегородок серии 1.431-15 выполнены однослойными и из тех же материалов, что и в серии 1.431-14. Максимальные размеры рядовых плит 5640×3040 мм, толщина 80 мм, масса от 1,1 до 3,42 т. Перегородки выполнены самонесущими, горизонтальной и вертикальной разрезки.

 

 

Лекция №6

МНОГОЭТАЖНЫЕ КАРКАСНЫЕ ЗДАНИЯ