КАРКАС ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ ИЛИ СООРУЖЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК E04H5/00 E04B1/18 

Изобретение относится к области строительства, а именно к железобетонным каркасам производственных зданий и сооружений.

Известен каркас производственного здания или сооружения, включающий колонны, ригели, расположенные поэтажно и свободно опертые на колонны, и связи выполненные в виде дополнительных ригелей, жестко соединенных с колоннами и размещенных в связевых устоях на каждом этаже здания под ригелем с зазором относительно последнего [1].

Недостатки данного технического решения заключаются в том, что расположение ветровых связей под основными ригелями уменьшает высоту этажа и полезный объем здания, а тем самым, технологическую высоту. Передача момента от ветровой (горизонтальной) нагрузки происходит только на колонну, то есть ригель в работу не включается, что обусловливает значительно материалоемкость колонны. Связи не уменьшают рабочий пролет ригеля, что для восприятия значительной полезной (вертикальной) нагрузки требует большого расхода материала на ригель. Выполнение связи в виде дополнительного ригеля, расположенного под основным ригелем, требует для восприятия ветровым ригелем необходимого момента изготавливать его из профильного металла высотой 40 см или железобетонным. Отсюда возникает дополнительная нагрузка на колонны и неоправданно большой расход металла.

Наиболее близким техническим решением является каркас производственного здания или сооружения, включающий колонны высотой на этаж с консолями, на которых установлены ригели, плиты перекрытий и размещенные в связевых устоях на каждом этаже и выполненные в виде металлических подкосов, каждый из которых прикреплен нижним концом к колонне [2].

Недостатки данного технического решения следующие.

Известное расположение связей уменьшает полезный объем здания и каждого этажа по высоте и ширине, а также технологическую высоту и ширину оборудования и транспортных средств. Большая металлоемкость каркаса, обусловленная габаритами и конструктивным выполнением связей. Трудоемкость изготовления каркаса, связанная с большим объемом сварочных работ, в том числе на высоте. Трудоемкость изготовления самих связей. Низкие эстетические качества каркаса со связями, выполненными на всю высоту помещения.

Целью изобретения является увеличение полезного объема здания, снижение материалоемкости каркаса при сохранении технических характеристик, повышение эстетических качеств, а также создание жесткости связевого каркаса в направлении ригелей и замена части жесткости рамного каркаса.

Поставленная задача достигается тем, что в каждом связевом устое подкосы размещены по двум противоположным боковым граням каждой колонны и прикреплены верхним концом к межколонной плите перекрытия, причем величина подкосов определена из соотношений
0,1 ≅ ≅ 0,3
и
≅ ≅ где а - величина горизонтальной проекции подкоса, в - величина вертикальной проекции подкоса, l - пролет межколонной плиты, h - высота колонны.

Кроме того, каркас может быть снабжен дополнительными связями, которые расположены в плоскости ригелей с двух сторон каждой колонны в связевых устоях и прикреплены нижним концом к колонне, а верхним - к ригелю, при этом основные и дополнительные связи размещены по длине и ширине каркаса в местах минимальной разности нагрузок в смежных пролетах.

На фиг. 1 изображен каркас зданий или сооружений, поперечный разрез; на фиг. 2 - то же, продольный разрез; на фиг. 3 - узел I на фиг. 2 (справа - примыкание связи к колонне и плите перекрытия без косынок, слева - примыкание связи к колонне и плите перекрытия через косынки); на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3; на фиг. 5 - узел II на фиг. 1; на фиг. 6 - сечение Б-Б на фиг. 5.

Каркас производственного здания или сооружения включает колонны 1 высотой на этаж с консолями 2, установленные на ригели 3, объединяющие ригели 3 и колонны 1 металлические связи 4 и межколонные плиты 5 перекрытия или покрытия. Связи 4 выполнены в виде подкосов, расположенных поэтажно в верхней части каждого этажа. Каждый подкос верхним концом присоединен к металлическим поперечным элементам 6 межколонных плит 5 перекрытия, а нижним концом присоединен к закладной детали 7 колонны с двух ее противоположных сторон. Подкос может быть выполнен, например, из двух уголков или швеллеров и иметь в поперечном сечении открытый или закрытый (коробчатый) профиль. Соединение подкоса 4 с закладными деталям 7 колонны 1 и поперечным элементом перекрытия осуществлено непосредственно или через косынки 8. Такое решение обеспечивает жесткость каркаса в продольном и поперечном направлениях. В перпендикулярном основным связям 4 направлении в плоскости ригелей 3 установлены дополнительные связи 9, которые изготовлены из тех же элементов, что и основные связи 4 и имеют профиль основных связей 4. Нижним концом дополнительные связи 9 прикреплены к таким же закладным деталям 7 колонн 1 и с двух сторон последних, что и основные связи 4, а верхним концом - закладным деталям 10 ригелей 3.

Ригель 3 к колонне 1 может быть прикреплен посредством соединительной пластины 11, установленной горизонтально по верху гребня ригеля 3, или соединительных пластин 12, установленных вертикально по боковым сторонам гребня ригеля 3, или могут быть объединены оба варианта. Соединительные пластины 12 воспринимают, в основном, момент от ветровой нагрузки. При первом варианте плечо внутренней пары равно расстоянию от верха ригеля 3 до низа подкоса 4 по его продольной оси, при втором варианте - плечо внутренней пары равно расстоянию от горизонтальной оси соединительной пластины 12 до низа подкоса 4 по его продольной оси, при третьем варианте - плечо внутренней пары равно расстоянию от равнодействующей усилий в пластинах 11 и 12 до низа подкоса 4 по его продольной оси. Третий вариант применяется при больших ветровых нагрузках. Такое увеличение плеча по сравнению с известными техническими решениями снижает действующее усилие в величине момента от ветровой нагрузки. При этом уменьшение расчетного пролета ригеля 3 за счет подкосов 4 и снижение пролетного момента практически исключает поворот торцов ригеля 3 от действия полезной (вертикальной) нагрузки и снижает армирование в пролете.

Установка связей 4,9 в двух взаимно перпендикулярных направлениях применяется, преимущественно, в связевом каркасе. В рамном каркасе связи 4 достаточно устанавливать только в направлении, перпендикулярном направлению жестких рам. Тем не менее, сами жесткие рамы могут быть образованы с помощью связевых подкосов 4. В этом случае часть усилия в рамном узле может быть воспринята верхней арматурой ригеля 3 на опоре, а часть - связевым подкосом. Таким образом, связевые подкосы 4,9 могут найти применение, практически, во всех видах каркаса.

Длина подкоса 4,9 и его закрепление по длине ригеля 3 или плиты перекрытия 5 и колонны 1 завязаны следующими параметрами. Отношение горизонтальной проекции подкоса 4,9 (а) к величине пролета ригеля 3 или межколонной плиты 5 перекрытия (l) находится в пределах
0,1 ≅ ≅ 0,3
Ограничение левой границы интервала, то есть приближение места закрепления подкоса 9 на ригеле 3 или плите перекрытия 5 к опоре последнего на колонну 1 обусловлено резким возрастанием осевого усилия в подкосе 4,9 от в действия полезной и горизонтальной нагрузок. Правая граница интервала обусловлена величиной угла поворота ригелей 3 на опоре при действии полезной нагрузки, равного нулю.

Отношение вертикальной проекции подкоса 4,9 (в) к высоте колонны на этаже (h) находится в пределах
≅ ≅
При выходе отношения за левую границу интервала резко возрастает усилие в подкосе 4,9 от действия полезной (вертикальной) нагрузки, а при выходе указанного отношения за правую границу - резко возрастает усилие ветровой (горизонтальной) нагрузки. Таким образом, оптимальность этого интервала обусловлена ограничением значительного роста осевого усилия в подкосе. При этом следует учесть, что интервалы отношения должны отвечать условию соблюдения прочности и устойчивость подкоса 4,9.

В зависимости от высоты здания, высоты этажа, длины пролетов, величины полезной нагрузки, зоны действия ветрового напора (района с соответствующим давлением ветра), зоны сейсмичности и других факторов сечение и проекции подкоса 4,9 на величину 1, ригели 3 и плиту перекрытия 5 должны определяться расчетом каркаса. В зависимости от перечисленных факторов, а также в соответствии с расчетом должно назначаться количество и места расположения ветвей колонны 1 с подкосами 4,9. При высокой несущей способности подкосов 4,9 они могут располагаться по одной, двум колоннам, при низкой - занимать все внутренние колонны 1 каркаса. Последнее должно также лимитироваться требованиями эстетики сооружения.

Работает каркас следующим образом.

При действии вертикальной нагрузки подкосы 4,9 сжаты. Разность полезных нагрузок соседних пролетов будет восприниматься массой ригеля 3, бетоном омоноличивания узлов соединения ригелей 3 с колоннами 1, закладным деталями 11, 12, установленными в местах сопряжения ригелей 3 с колоннами 1 по верху гребня ригеля 3, в местах опирания ригелей 3 на консоли 2 колонн 1, по длине ригелей 3 и колонн 1, посредством подкосов 4,9 и колонной 1. При полезных нагрузках, мало отличающихся по величине в смежных пролетах, колонна 1, практически, не будет испытывать поперечного изгиба. Поэтому связи 4 наиболее целесообразно устанавливать в каркасе в таких местах. По той же причине подкосы 4,9 не следует располагать у крайних колонн 1 крайних пролетов, поскольку колонны 1 будут воспринимать значительные поперечные усилия, передаваемые раскосами 4,9 от полезной нагрузки, так как отсутствует опорная реакция связи 4 смежного пролета.

Таким образом, подкосы 4,9, разгружая пролет за счет уменьшения свободной длины ригелей 3, будут уменьшать их пролет и обеспечивать восприятие опорного момента ригелей 3 практически только от ветровой нагрузки.

Использование: строительство железобетонных каркасов производственных зданий или сооружений. Сущность изобретения: связи выполнены в виде подкосов, расположенных поэтажно в верхней части каждого этажа. Каждый подкос верхним концом присоединен к металлическим поперечным элементам межколонных плит перекрытия, а нижним концом - к закладной детали колонны. В перпендикулярном основным связям направлении устанавливают дополнительные связи, которые выполнены из тех же элементов, что и основные связи, и имеют профиль основных связей. Нижним концом дополнительные связи прикреплены к закладным деталям колонн, а верхним - к закладным деталям ригеля. Установка связей в двух взаимно перпендикулярных направлениях применяется, преимущественно, в связевом каркасе. В рамном каркасе связи достаточно устанавливать только в направлении, перпендикулярном направлению жестких рам. Отношение горизонтальной проекции подкоса (a) к величине пролета межколонной плиты (e) находится в пределах , а отношение вертикальной проекции подкоса (b) к высоте колонны на этаж (h) - в пределах Подкосы установлены на каждой колонне в связевых устоях. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. КАРКАС ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ ИЛИ СООРУЖЕНИЯ, включающий колонны высотой на этаж с консолями, на которых установлены ригели, плиты перекрытий и связи, размещенные в связевых устоях на каждом этаже вдоль межколонных плит перекрытий и выполненные в виде металлических подкосов, каждый из которых прикреплен нижним концом к колонне, отличающийся тем, что в каждом связевом устое подкосы размещены по двум боковым противоположным граням каждой колонны и прикреплены верхним концом к межколонной плите перекрытия, причем величина подкосов определена из соотношений


где a - величина горизонтальной проекции подкоса;
b - величина вертикальной проекции подкоса;
l - пролет межколонной плиты перекрытия;
h - высота колонны. 2. Каркас по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными связями, которые расположены в плоскости ригелей с двух противоположных сторон каждой колонны в связевых устоях и прикреплены нижним концом к колонне, а верхним - к ригелю, причем отношение величины горизонтальной проекции каждого дополнительного подкоса к величине пролета ригеля находится в пределах 0,1 - 0,3. 3. Каркас по пп.1 и 2, отличающийся тем, что основные и дополнительные связи размещены по длине и ширине каркаса в местах минимальной разности нагрузок в смежных пролетах.