МНОГОЭТАЖНОЕ ЗДАНИЕ Российский патент 1994 года по МПК E04H9/02 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении многоэтажных жилых, гражданских и административных зданий в сборно-монолитном и монолитном железобетоне как в обычных, так и в сейсмических районах.

Известно многоэтажное панельное здание с продольными наружными и внутренними стенами, связанными с поперечными несущими стенами при помощи стальных скоб и полупетлевых выпусков из панелей с последующим обетонированием узлов сопряжений.

Недостатками данного решения многоэтажного здания является сложность изготовления стеновых панелей с арматурными выпусками, чувствительность к неравномерным осадкам фундаментов, температурным и сейсмическим воздействиям из-за жесткости узлов с омоноличенными бетоном стальными связями.

Известно конструктивное решение многоэтажных зданий системы "ФИНКАС". Связь стеновых панелей осуществляется путем предварительного напряжения арматуры, пропущенной в каналах.

По данному решению несколько упрощается изготовление панелей из-за отсутствия арматурных выпусков, но существенно усложняются работы на монтаже, связанные с осуществлением предварительного напряжения. Кроме того, узлы сопряжения стен в данном случае также имеют большую жесткость.

Известно также многоэтажное здание, состоящее из продольных наружных и внутренних стен и поперечных связевых стен, примыкающих друг к другу с зазором.

В зазорах располагают упругие включающиеся связи в виде трубчатого элемента из упругой стали, прикрепленного к одному из сопрягаемых элементов и взаимодействующего с другим элементом через шарнирно закрепленный на нем шток с пазами.

Основными недостатками рассматриваемого здания являются следующие:
сложная конструкция включающейся связи, состоящей из шести деталей;
размещение включающихся связей только на нижнем этаже здания, в то время как на всех этажах здания в местах сопряжения стен имеют место деформации, связанные с температурными усилиями, неравномерными осадками и сейсмическими воздействиями;
связь между стенами включается в работу после отклонения здания на расчетную величину в результате смещения прорези в штоке со стенкой трубчатого элемента, что не обеспечивает плавную работу включающейся связи на знакопеременные ветровые, температурные и сейсмические воздействия;
после первого же включения в работу связь не освобождается и не может войти в зацепление другим своим пазом без помощи извне.

Наиболее близким по технической сущности и конструктивному решению является многоэтажное сейсмическое здание (прототип), состоящее из монолитных железобетонных наружных и внутренних продольных и поперечных стен, выполненных с вертикальными швами. Поперечные стены жестко прикреплены к нижним плитам перекрытия, а плиты перекрытия оперты на поперечные стены. В вырезах стен помещены энергопоглотители в виде элементов замкнутого профиля. Включение в работу энергопоглотителей осуществляется с помощью стальной пластины, прикрепленной к плитам перекрытия.

Однако в указанном здании поперечные несущие стены прикреплены жестко только в нижней плите перекрытия и установлены с горизонтальным зазором относительно верхней плиты перекрытия, что исключает возможность совместной работы участков стены по высоте здания как единого целого и вызывает дополнительные изгибающие моменты в нижних плитах перекрытия при горизонтальных воздействиях. Деление внутренних продольных и поперечных стен вертикальными швами на три части в каждом пролете существенно усложняет процесс армирования и бетонирования этих стен, опалубочные формы для их изготовления, а также требует дополнительных трудозатрат на последующую заделку указанных швов низкомодульным материалом. Отсутствие вертикальных швов и энергоплоготителей в продольных наружных стенах делает их во много раз жестче внутренних стен, в результате чего горизонтальные силовые воздействия вдоль здания будут в первую очередь восприниматься ими, а внутренние стены не будут включаться в работу.

Цель изобретения - упрощение конструкции, повышение эксплуатационных качеств и снижение расхода материалов.

Это достигается тем, что поперечные несущие стены жестко прикреплены также к верхним плитам перекрытия с помощью выпусков арматуры, пропущенных через вырезы в плитах перекрытия. В результате поперечные стены работают на горизонтальные воздействия как единое целое на всю высоту здания. Вертикальные швы расположены в наружных и внутренних продольных стенах в местах их примыкания к поперечным стенам. При этом во внутренних стенах в местах расположения вертикальных швов выполнены вырезы под энергопоглотители. Энергопоглотители выполнены в виде цилиндра, взаимодействующего с сопрягаемыми стенами по образующим, а внутри каждого из них смонтирована по диаметральной плоскости, перпендикулярной плоскости, проходящей через указанные образующие, стальная пластина.

Благодаря стальной пластине, вмонтированной во внутреннюю полость цилиндра и приваренной по крайней мере к одной из его стенок, деформации цилиндра от внешнего воздействия по линии образующей уменьшаются более чем в три раза. Используя указанный эффект, толщину стенок цилиндра можно принять минимальной и тем самым обеспечить его деформативность в направлениях, параллельных плоскости пластины, что позволяет резко сократить усилия в стенах от вынужденных деформаций - температурных и усадочных, а также неравномерной осадки фундаментов и сейсмических воздействий.

Для обеспечения возможности регулирования энергоемкости энергопоглотителей и при необходимости ограничить деформации цилиндра только от действия растягивающих усилий (например, от воздействия ветра на подветренную стену здания) стальную пластину крепят жестко (например, сваркой) только к одной стенке цилиндра в его внутренней полости. В этом случае, при действии растягивающих усилий стальная пластина включается в работу сразу (при отсутствии зазора между стенкой цилиндра и пластиной) или при необходимости с запозданием (при наличии расчетного зазора). При действии сжимающих усилий (например, воздействии ветра на наветренную стену, температурных или других деформаций) пластина, закрепленная только к одной стенке цилиндра, не включается в работу. В последнем случае при необходимости может быть смонтирован стопор за пределами цилиндра. Энергопоглотители можно располагать в зазоре в двух положениях.

При расположении энергопоглотителя в положении, когда образующие цилиндра расположены горизонтально, обеспечивается деформативность узлов сопряжения стен в вертикальной плоскости без образования в них трещин при неравномерной осадке фундаментов и в горизонтальной плоскости перпендикулярно образующим цилиндра при действии ветрового давления, температурных деформаций поперечных стен и др. В этом случае не обеспечивается деформативность узла только вдоль образующей цилиндра. При расположении энергопоглотителя в положении, когда образующие цилиндра вертикальны, обеспечивается деформативность узла сопряжения стен только в горизонтальной плоскости. При этом не обеспечивается податливость узла по вертикали вдоль образующей цилиндра (на неравномерные осадки фундамента).

Для обеспечения податливости узла в том и другом положении энергопоглотители вдоль образующих цилиндра его закрепляют на одной из сопрягаемых стен жестко, а к другой стене цилиндр примыкает свободно. В месте свободного примыкания на стенку цилиндра изнутри плотно надевают скобу с расчетными зазорами к торцам цилиндра и жестко закрепляют на стене.

Для достижения жесткого прикрепления поперечных стен с плитами перекрытий и уменьшения их толщины плиты выполнены длиной, равной расстоянию между наружными гранями поперечных стен перекрываемого пролета, и имеют вырезы на опорных торцах. При этом вырезы размещены попеременно с выступами, причем вырезы и выступы, расположенные на одном опорном торце, смещены относительно вырезов и выступов на другом опорном торце, причем плиты перекрытий оперты на поперечные стены с заведением выступов в вырезы смежных плит перекрытий, при этом часть вырезов последних имеют большую, а смежные с ними выступы меньшую длину, чем остальные вырезы и выступы, для образования вертикальных отверстий, в которых пропущены арматурные выпуски поперечных стен.

Наружные стены, обеспечивающие теплоизоляцию здания, выполняются сплошными из легкого бетона или трехслойными со средним утепляющим слоем из эффективного утеплителя. Трехслойные стены более экономичны, чем сплошные. Энергопоглотители в наружных трехслойных стенах размещают в вырезах внутреннего слоя утеплителя с трех сторон по отношению к примыкающей поперечной стене. В случае, когда в здании наружная стена выполнена с внутренним слоем утеплителя, энергопоглотители могут располагаться внутри слоя утеплителя и без выполнения выреза в примыкающей к ней стене.

На фиг.1 показан план здания; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - узел I (вариант соединения продольной внутренней стены с поперечной); на фиг.5 - разрез В-В на фиг.4; на фиг.6 - узел II (вариант соединения продольной внутренней стены с поперечно при закреплении внутренней стальной пластины одним концом к стенке полого цилиндра); на фиг. 7 - узел III (вариант соединения продольной наружной стены с поперечной с обеспечением их взаимного смещения); на фиг.8 - разрез Д-Д на фиг.7; на фиг.9 - план плиты перекрытия; на фиг.10 - фрагмент плана опирания плит перекрытия на поперечные несущие стены; на фиг.11 - разрез Е-Е на фиг.10; на фиг.12 - разрез Ж-Ж на фиг.10; на фиг.13 - узел IV (вариант соединения продольной наружной стены с поперечной при выполнении продольной стены из трехслойных панелей); на фиг.14 - разрез К-К на фиг.13; на фиг.15 - разрез И-И на фиг.13.

Многоэтажное здание включает продольные наружные 1 и внутренние 2 стены, поперечные несущие стены 3, примыкающие друг к другу с зазором 4. В зазоры 4 устанавливают в вырезах 5 энергопоглотители 6 в виде полого цилиндра 7 из стали, взаимодействующего через стальные закладные элементы 8 по линии образующих 9 с сопрягаемыми стенами 1, 2, 3, а внутри цилиндра 7 смонтирована по диаметральной плоскости, перпендикулярной плоскости, проходящей через образующую 9, стальная пластина 10. На поперечные стены 3 опираются плиты 11 перекрытия. В случае необходимости уменьшения деформации цилиндра 7 только от действия растягивающих усилий стальную пластину 10 прикрепляют жестко с помощью сварных швов 12 с внутренней стороны к стенке цилиндра 7, а другую сторону пластины 10 доводят до противоположной стенки цилиндра 7 вплотную или с зазором 13. Для обеспечения взаимного смещения стены 1 по отношению к стене 3 в направлении параллельном образующей 9 цилиндра 7 энергопоглотителя 6 на стенку цилиндра 7 изнутри плотно надевают скобу 14 с расчетным зазором 15 и закрепляют на стене 3 сварным швом 12. Если наружная стена 1 трехслойная и состоит из внутреннего железобетонного слоя 16, среднего теплоизоляционного слоя 17 и наружного слоя 18 энергопоглотителя 6 размещают в вырезах 19 внутреннего 16 и теплоизоляционного 17 слоев с трех сторон примыкающей поперечной стены 3. Плиты перекрытий 11, опирающиеся на поперечные стены 3, выполнены длиной l, равной расстоянию между наружными гранями стен 3 перекрываемого пролета. На концах плит перекрытий 11 выполнены вырезы 20, смещенные на один шаг по разным концам плит 11. Часть вырезов 21 выполнена шире на величину "b" для образования дополнительного проема 22 между плитами 11 для пропуска арматурных выпусков 23.

При действии горизонтальной нагрузки (ветровой, сейсмической и др.) на продольные стены 1 вступают в работу энергопоглотители 6, которые передают эту нагрузку на несущие поперечные стены 3. Упругая податливость стенок цилиндра 7 энергопоглотителя 6 обеспечивает проявление взаимных смещений сопрягаемых продольных 1 и поперечных 3 стен здания без нарушения целостности энергопоглотителя 6 и без образования трещин в сопрягаемых стенах 1 и 3. Температурные деформации внутренних продольных стен 2 гасятся податливостью энергопоглотителя 6, установленного в зазорах 4 между стенами 2 и 3, и за счет этого резко уменьшаются усилия от вынужденных температурных деформаций. Для протяженных в плане зданий температурные деформации продольных стен 1 возрастают и усилия от вынужденных деформаций в месте сопряжения их с поперечными стенами 3 гасятся за счет свободного смещения цилиндра 7 энергопоглотителя 6 по скобе 14, закрепленной на стене 3. Совместная работа поперечных стен 3 с плитами перекрытий 11 обеспечивается омоноличиванием арматурных выпусков 23 при бетонировании поперечной стены 3 вышележащего этажа.

Благодаря уменьшению количества вертикальных швов в стенах, простой конструкции энергопоглотителя и его податливости в вертикальной и горизонтальной плоскостях, исключающей возможность образования трещин в стенах, существенно упрощается конструкция и повышаются эксплуатационные качества здания. Выполнение плит перекрытия с вырезами на концах с их опиранием на всю толщину поперечных стен позволяет принять толщину поперечных стен минимальной только из условия обеспечения необходимой ее прочности, а не из условия достаточного опирания плит перекрытия при известных решениях.

Благодаря обеспечению совместной работы поперечных стен, объединенных арматурными выпусками, и минимальной ее толщине существенно сокращается расход материалов на здание.

Использование: в строительстве многоэтажных жилых, гражданских и административных зданий в сборно-монолитном железобетоне, обеспечивающих повышение эксплуатационных качеств здания, упрощение конструкции и снижение материалоемкости. Сущность изобретения: поперечные стены многоэтажного здания жестко прикреплены к верхним и нижним плитам перекрытий с помощью выпусков арматуры, пропущенных через вырезы в плитах перекрытия. Вертикальные швы расположены в наружных и внутренних продольных стенах в местах их примыкания к поперечным стенам. В швах и в вырезах расположены энергопоглотители в виде полого цилиндра, взаимодействующего с сопрягаемыми стенами по их образующим. Внутри каждого энергопоглотителя смонтирована по диаметральной плоскости стальная пластина. 4 з.п.ф-лы, 15 ил.

1. МНОГОЭТАЖНОЕ ЗДАНИЕ, включающее наружные и внутренние продольные и поперечные монолитные железобетонные стены с вертикальными швами, плиты перекрытий, опертые на поперечные стены и жестко соединенные с опертыми на них вышестоящими поперечными стенами, и энергопоглотители в виде полых замкнутых стальных элементов, расположенных горизонтально в вырезах продольных стен, отличающееся тем, что, с целью повышения эксплуатационных качеств здания, упрощения конструкции и снижения материалоемкости, каждая поперечная стена жестко соединена с верхней плитой перекрытия и вышерасположенной поперечной стеной посредством арматурных выпусков из ее верхней грани, а плиты перекрытий выполнены со сквозными вырезами в пределах толщины поперечных стен для пропуска арматурных выпусков, причем каждый энергопоглотитель имеет форму цилиндра, снабжен прикрепленной внутри него стальной плоской пластиной и соединен со смежными продольной и поперечной стенами по двум примыкающим к ним образующими, расположенными в плоскости, перпендикулярной к плоскости пластины, с образованием зазоров между цилиндром и верхней и нижней гранями выреза продольной стены. 2. Здание по п.1, отличающееся тем, что плиты перекрытий выполнены сборными, а вырезы размещены на их опорных торцах попеременно с выступами, причем вырезы и выступы, расположенные на одном опорном торце, смещены относительно вырезов и выступов на другом опорном торце, причем плиты перекрытий оперты на поперечные стены с заведением выступов в вырезы смежных плит перекрытий, при этом часть вырезов последних имеет большую, а смежные с ними выступы - меньшую длину, чем остальные вырезы и выступы, для образования вертикальных отверстий, в которых пропущены арматурные выпуски поперечных стен. 3. Здание по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что стальная пластина прикреплена жестко одной стороной к цилиндру, а другой размещена с расчетным зазором относительно последнего. 4. Здание по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что каждый энергопоглотитель прикреплен к поперечной стене жестко, а к продольной стене - жестко или зафиксирован с возможностью свободного перемещения вдоль ее торца посредством скобы, установленной с зазором относительно цилиндра. 5. Здание по пп. 1 - 4, отличающееся тем, что наружные стены выполнены трехслойными со средним слоем утеплителя, а поперечные стены заведены во внутренний слой, причем последний и слой утеплителя выполнены с вырезами в местах их примыкания к поперечным стенам для установки энергопоглотителей с трех сторон последних.