КАРКАС ЗДАНИЯ И СПОСОБ ЕГО ВОЗВЕДЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК E04B1/18 E04H9/02 

Изобретение относится к строительству, в частности к сборно-монолитным каркасам с плоскими дисками перекрытий, и может быть использовано при возведении одноэтажных или многоэтажных жилых и общественных зданий в различных районах, в том числе и сейсмических.

Известен железобетонный каркас здания, включающий колонны со сквозными проемами на уровне перекрытия, многопустотные плиты и монолитные железобетонные ригели с продольной сквозной напрягаемой арматурой, объединяющие сборные колонны и плиты в единый пространственный каркас, а сквозная напрягаемая арматура ригелей пропущена через проемы колонн и размещена с перегибами согласно эпюре моментов с применением поперечных жестких вставок в межплитных швах /1/.

Известный каркас требует небольших удельных материальных затрат на его возведение и имеет высокую несущую способность.

Однако известный каркас трудоемок при его монтаже и изготовлении сборных колонн, так как требует выполнять проемы сложной конфигурации, требует осуществления предварительного напряжения сквозной арматуры в построечных условиях.

Известен каркас многоэтажного здания и способ его возведения /2/. Каркас включает колонны со сквозными проемами в уровнях дисков перекрытия для пропуска сквозной арматуры, многопустотные плиты, объединяемые в единый диск перекрытия посредством монолитного бетона, укладываемого в межплитные швы, а также в поперечные и продольные ригели с продольной и поперечной арматурой.

Известный каркас имеет высокую технологическую и эксплуатационную надежность, применение его эффективно без применения преднапряжения ригелей в построечных условиях.

Однако этот каркас для его эффективной реализации требует применения многопустотных плит, поскольку объединение сборных плит с монолитными несущими ригелями предусмотрено посредством бетонных шпонок, размещаемых в открытых по торцам плит полостях.

Наиболее близким к предлагаемому является каркас здания /3/, содержащий сборные колонны, сборные плиты перекрытия с выпусками их рабочей арматуры, размещенные в центре ячеек каркаса симметрично или со смещением относительно них в любую сторону, монолитные железобетонные участки перекрытий, расположенные по осям колонн и предварительно напряженные арматурные стержни, расположенные в уровне перекрытий в двух направлениях на всю ширину или длину здания.

Известный каркас имеет высокую эксплуатационную надежность даже в сейсмоопасных условиях и позволяет его реализовать с применением сплошных сборных железобетонных плит.

Однако он имеет несовершенные узлы объединения сборных и монолитных участков дисков перекрытий и по этой причине трудоемок при возведении. Конструкция каркаса не позволяет эффективно распределить арматуру и он характеризуется повышенным металлопотреблением.

Предлагаемое техническое решение решает задачу сокращения удельной материалоемкости и сокращения трудозатрат при возведении каркаса.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в каркасе здания, включающем сборные колонны с вырезами в уровнях перекрытия и обнажением их продольной рабочей арматуры в этих местах, сборные плиты перекрытий, снабженные по сторонам выпусками арматуры, расположенные в центрах ячеек каркаса и объединенные между собой по выпускам посредством стержней, и монолитные участки плиты диска перекрытия со сквозной арматурой на длину и ширину здания, пропущенной за рабочей арматурой колонн в их вырезах, сборные плиты снабжены по концам плоскими сварными арматурными каркасами, размещенными вертикально в створе стержней рабочей арматуры длинной стороны плит над этими стержнями и объединенными с ними посредством поперечной вертикальной арматуры плоских сварных каркасов. Эти сварные каркасы выполнены с петлевыми выпусками их нижних и верхних стержней по торцам плит на участках шириной в плане до 0,20 . . . 0,30 ширины каждой плиты от обеих ее углов, а на средних участках торцов плит, свободных от арматурных выпусков, выполнены пазы. Боковые грани сборных плит также снабжены продольными пазами, а грани сборных плит по всем сторонам выполнены наклонными относительно плоскости плит с уклоном от 5:1 до 4:1. Причем по торцам плит грани наклонены от плиты, а по бокам плиты они наклонены к плите. Монолитные участки диска перекрытия выполнены в виде монолитных несущих ригелей в створе колонн. В несущих ригелях внахлест размещены петлевые выпуски рабочей арматуры оппозитно расположенных плит, а через петлевые выпуски пропущена верхняя часть продольной рабочей арматуры несущих ригелей, а остальная часть рабочей арматуры ригелей размещена ниже под петлевыми выпусками арматуры плит. Причем верхняя и нижняя части рабочей арматуры несущих ригелей объединены в поперечном сечении поперечной арматурой, а вдоль плит размещена сквозная связевая арматура, заанкеренная по концам в несущих ригелях и располагаемая в связевых монолитных ригелях и/или в боковых межплитных швах.

Все сборные плиты выполнены однотипными и одинаковыми по габаритам, а верхние вертикальные плоские сварные каркасы размещены в плитах от торцов как минимум на длину зоны анкеровки петлевых выпусков.

Петлевые выпуски арматуры могут быть выполнены сварными с объединением нижнего прямолинейного стержня и верхнего стержня, выполненного с загибом книзу его свободного конца, причем последний также может быть выполнен и с охватом свободным концом по меньшей мере одного крайнего стержня нижней рабочей арматуры несущего ригеля.

Известен и является наиболее близким к предлагаемому способ возведения сборно-монолитного каркаса, включающий монтаж колонн, навеску на колонны монтажных столиков и размещение на них монтажных мостиков, укладку на мостики в проектное положение плит перекрытий с зазорами в створах колонн, укладку в зазоры арматуры монолитных ригелей и их бетонирование /2/.

Однако этот способ не позволяет в такой последовательности возвести предлагаемый сборно-монолитный каркас, в котором плиты перекрытий выполнены с петлевыми выпусками арматуры по торцам, заведенными в несущие монолитные ригели, т. к. после монтажа плит невозможна укладка нижней рабочей арматуры ригелей.

Способ возведения предлагаемого каркаса здания включает монтаж сборных колонн, установку и закрепление подмостей дисков перекрытий, укладку на подмостки нижней рабочей арматуры несущих ригелей, установку сборных плит и плоских элементов диафрагм жесткости в проектное положение, размещение верхней арматуры ригелей и связевой арматуры, укладку монолитного бетона диска перекрытия. При этом подмости, поддерживающие сборные плиты, размещают дискретно под концы плит только у колонн, а установку сборных плит в проектное положение производят в две очереди, сначала с интервалом через плиту укладывают сборные плиты в створе колонн с опиранием их по торцам на дискретно установленные подмости, а затем между ними укладывают остальные сборные плиты с опиранием последних по углам на консольные свесы подмостей, выступающие из-под ранее установленных плит, либо с навеской по сторонам на ранее установленные плиты в одном с ними уровне и после этого в требуемых местах размещают и закрепляют опалубку ригелей и, если необходимо, продольных швов.

Выполнение сборных плоских плит с вертикальными плоскими сварными арматурными каркасами, установленными по их концам в створе стержней рабочей арматуры длинной стороны плит, позволяет организовать петлевые арматурные выпуски по торцам плит на продолжении этих вертикально расположенных арматурных каркасов. В свою очередь это позволило не использовать в отличие от известных решений и прототипа для устройства петлевых выпусков рабочую арматуру сборных плит. В этом случае петлевые выпуски выполняют несколько выше, чем в прототипе, и в перекрытии исключается пересечение в одном уровне рабочей арматуры плоских плит и нижней рабочей арматуры несущих ригелей. Таким образом, обеспечена и достаточно жесткая заделка плоских плит по торцам в несущий ригель, и эффективно используется рабочая продольная арматура несущего ригеля, что позволяет по сравнению с аналогами и прототипом для восприятия одинаковых нагрузок существенно сократить ее расход.

Для исключения опасности разрушения сборных плоских плит по наклонным сечениям при действии поперечных сил плоские сварные арматурные каркасы, установленные у торцов плит, как минимум на длину зоны анкеровки нижних и верхних стержней арматуры выпусков в плитах, связаны с рабочей арматурой плит посредством вертикальной поперечной арматуры сварных каркасов. Стержни вертикальной арматуры каркасов могут соединяться с рабочей арматурой плит либо на сварке, либо посредством загиба с охватом стержней рабочей арматуры плит снизу. Это исключает опасность хрупкого разрушения сборных плит по наклонным сечениям и обеспечивает равнопрочность диска перекрытия во всех его расчетных сечениях.

Выполнение выпусков арматуры по торцам плит только у углов плит на участках шириной в плане 0,20 ... 0,30 от ширины плиты позволяет одновременно решить три задачи. Во-первых, на оставшейся свободной от выпусков части торцов плит это позволяет технологически несложно выполнить паз для бетонной шпонки и обеспечить высокое сопротивление диска перекрытия срезу по контакту торца сборной плиты с боковой поверхностью монолитного несущего ригеля. В этом случае по торцу сборной плиты обеспечивается оптимальное сочетание работы стыка под нагрузкой на срез в шпонке с обжатием его реактивным распорным усилием, возникающим при изгибе сборной плиты, защемленной по углам посредством петлевых выпусков в несущих ригелях. Во-вторых, размещение выпусков по углам торцов сборных плит позволяет равномерно обжать стык плиты с ригелем реактивным распорным усилием и тем самым создать в нем однородное напряженное состояние. В-третьих, размещение петлевых выпусков по углам в торцах сборных плит на 0,20 ... 0,30 их ширины позволяет осуществлять компоновку предлагаемого каркаса практически без ограничений, изменяя взаимное положение сборных элементов - плит между собой и колоннами.

При уменьшении ширины участков с выпусками по торцам сборных плит до размеров менее 0,20 их полной ширины по углам плиты существенно возрастает насыщение арматурой плоских сварных сеток и выпусков, что вызывает резкую концентрацию напряжений в плитах по их углам, а также в монолитных ригелях в местах анкеровки в них петлевых выпусков арматуры.

При увеличении ширины участков с выпусками арматуры по торцам сборных плит свыше 0,30 от их полной ширины существенно сужаются возможности по компоновке каркаса. Исключается возможность, например, по размещению колонн в створе оси сборных плит, взаимного смещения сборных плит, примыкающих торцами к одному и тому же несущему ригелю и расположенных по разные его стороны. Принятые габаритные размеры плит и размеры участков с выпусками арматуры в пределах 0,20 ... 0,30 ширины плит позволяют получать разнообразные компоновочные схемы каркасов, изменять размеры сетки колонн.

Продольные пазы на боковых гранях сборных плит позволяют после установки последних в проектное положение и укладки монолитного бетона образовать межплитные бетонные шпонки. Благодаря этим шпонкам под нагрузкой обеспечивается перераспределение усилий с одной плиты на другую, что позволяет сократить в них расход рабочей арматуры.

Выполнение граней сборных плит наклонными по торцам с наклоном от плиты при наличии выпусков арматуры дополнительно повышает сопротивление сборных плит срезу по контакту торцов с несущим ригелем. Выполнение боковых граней каждой плиты наклонными с наклоном их к плите улучшает технологичность изготовления плит и распалубки, а также улучшает условия заполнения пазов на боковых гранях плит монолитным бетоном при возведении каркаса и обеспечивает получение качественных межплитных швов с бетонными шпонками.

Причем наклон граней в пределах от 5:1 до 4:1 относительно плоскости плиты является оптимальным. При увеличении наклона круче 5:1 существенно снижается эффективность работы под нагрузкой межплитного шва по перераспределению усилий на соседние плиты и поэтому возникает потребность дополнительно в армировании бетонных шпонок, размещаемых в боковых пазах плит. По торцам плит при гранях круче 5:1 составляющая сопротивления сразу стремится к нулю. При сборных сплошных плитах в результате этого требуются увеличение количества арматурных выпусков по торцам и передача большего усилия среза для шпонки, обрабатываемые на торцах плиты. Кроме того, по низу перекрытия при гранях круче 5: 1 увеличивается зазор между плитами и для укладки в межплитный шов монолитного бетона требуются дополнительные затраты на устройство опалубки межплитных швов.

При наклоне граней менее 4:1 (при более пологих гранях) между боковыми гранями и нижней плоскостью сборной плиты по низу ее, а также между торцовыми гранями и верхней плоскостью плиты по верху ее образуются острые ребра, легко повреждаемые при распалубке, транспортировке и монтаже. Кроме того, снижается эффективность работы бетонных шпонок, поскольку при увеличении наклона уменьшается эффективная глубина пазов, в которых они размещены, а части плиты по граням со стороны острых ребер начинают работать при передаче нагрузки на плиты не на срез, более эффективный в данном случае, а на изгиб, как консоли, что приводит к снижению несущей способности перекрытия.

Выполнение монолитных участков плиты диска перекрытия между торцами сборных плит в створе колонн в виде несущих ригелей позволяет создать регулярную эффективную несущую структуру каркаса, в которой все сборные плиты сопряжены с несущими ригелями, а несущие ригели со сборными колоннами. Размещение петлевых выпусков арматуры из торцов оппозитно расположенных плит в ригелях внахлест и пропуск через эти выпуски верхней рабочей арматуры ригелей позволяют обеспечить жесткое сопряжение сборных плит с несущими ригелями, а также исключить пересечение арматуры выпусков с рабочей арматурой несущих ригелей, что обеспечивает эффективное использование рабочей арматуры в несущих ригелях. Высокая несущая способность несущих ригелей обеспечивается и тем, что их нижняя рабочая арматура размещена под петлевыми выпусками из торцов сборных плит, по этой причине имеет максимально возможную для их сечения рабочую высоту и объединена вертикальной поперечной арматурой с верхней.

Размещение вдоль плит сквозной связевой арматуры, располагаемой в связевых монолитных ригелях и/или в боковых межплитных швах, способствует восприятию распора, возникающего при изгибе вертикальной нагрузкой сборных плит по их торцам в составе диска перекрытия и способствующего в значительной мере погашению величины изгибающего момента, действующего от нагрузки в поперечных сечениях по середине длины плит.

Выполнение сборных плит однотипными и одинаковыми по габаритам позволяет в предлагаемом каркасе свести до минимума затраты на их изготовление, так как не требуется широкая номенклатура парка форм. В то же время предлагаемый каркас позволяет реализовать любые архитектурные решения зданий и сооружений. Размещение вертикальных плоских сварных каркасов от торцов как минимум на длину зоны анкеровки арматуры петлевых выпусков позволяет обеспечить высокую надежность несущего каркаса, обеспечить работу на отрицательный момент сборных плоских плит в сечениях по их торцам. Все это позволяет сократить расход арматуры на армирование диска перекрытия.

Выполнение петлевых выпусков арматуры из торцов сборных плит сварными с загибом верхнего стержня и приваркой его к нижнему прямолинейному, причем так, чтобы свободный конец загнутого книзу верхнего стрежня охватывал по меньшей мере один крайний стержень нижней рабочей арматуры ригеля, позволяет эффективно использовать арматуру выпусков для восприятия несущим ригелем поперечного изгиба. В этом случае возможно сокращение потребности поперечной арматуры в несущих ригелях в местах установки выпусков из сборных плит при одновременном повышении надежности конструкции каркаса.

Способ возведения предлагаемого каркаса позволяет практически в два раза снизить материалоемкость подмостей, если установку сборных плит в проектное положение произвести в две очереди, сначала с интервалом через плиту в створе колонн на дискретно установленные подмости установить половину сборных плит, а затем между ними в образовавшиеся зазоры установить все остальные плиты. Причем последние плиты опирают по углам на консольные свесы подмостей, выступающих из-под ранее установленных плит, либо с навеской на последние по их смежным сторонам. После этого в требуемых местах размещают подвесную опалубку ригелей и, если необходимо, межплитных швов.

Сопоставительный анализ и сопоставление с прототипом позволяют сделать вывод, что заявляемое техническое решение отличается от известного новыми признаками: (1) сборные плиты снабжены по концам плоскими сварными арматурными каркасами, размещенными вертикально в створе стержней рабочей арматуры длинной стороны плит и связанными с ними посредством поперечной вертикальной арматуры плоских сварных каркасов; (2) плоские сварные каркасы выполнены с петлевыми выпусками их нижних и верхних стержней по торцам плит на участках шириной в плане до 0,20 ... 0,30 ширины каждой плиты от обоих ее углов; (3) на средних участках торцов, свободных от арматурных выпусков, а также по боковым граням плит выполнены продольные пазы; (4) грани сборных плит по всем сторонам выполнены наклонными относительно плоскости плит с уклоном от 5:1 до 4:1, причем (5) по торцам плит грани наклонены от плиты, а по бокам они наклонены к середине плиты; (6) монолитные участки диска перекрытия между торцами сборных плит выполнены в виде несущих ригелей, в которых внахлест размещены петлевые выпуски арматуры из торцов оппозитно расположенных плит; (7) через петлевые выпуски пропущена верхняя рабочая арматура несущих ригелей, а нижняя рабочая арматура ригелей размещена под петлевыми выпусками, причем верхняя и нижняя части рабочей арматуры объединены вертикальной поперечной арматурой, а (8) вдоль сборных плит размещена сквозная связевая арматура, располагаемая в связевых монолитных ригелях и/или вне створов колонн в боковых межплитных швах. (9) Все сборные плиты выполнены однотипными и одинаковыми по габаритам, а (10) вертикальные плоские сварные каркасы размещены в плитах от торцов как минимум на длину зоны анкеровки арматуры петлевых выпусков. (11) Петлевые выпуски арматуры из торцов сборных плит выполнены сварными с объединением нижнего прямолинейного стержня и верхнего стержня, выполненного с загибом книзу его свободного конца, причем последний выполнен с возможностью охвата свободным концом по меньшей мере одного крайнего стержня нижнего ряда рабочей арматуры несущего ригеля. (12) Способ возведения каркаса с установкой сборных плит в проектное положение в две очереди после укладки нижней рабочей арматуры несущих ригелей: сначала с интервалом через плиту укладывают сборные плиты в створах колонн с опиранием их концами на дискретно установленные подмостки, а затем между ними укладывают остальные сборные плиты с опиранием последних по углам на консольные свесы подмостей, выступающие из-под ранее установленных плит, либо с навеской по сторонам на ранее установленные плиты, после чего в требуемых местах размещают и закрепляют недостающую опалубку.

Все перечисленные признаки позволяют получить каркас здания, обеспечивающий наиболее эффективное использование под нагрузкой прочностных и деформативных качеств арматуры и бетона и по этой причине экономичный с минимальным материалопотреблением на его возведение. Способ возведения позволяет сократить до минимума затраты на возведение каркаса, реализовать инвентарные подмости, оптимальные по материалоемкости и трудозатратам на их устройство. Применение каркаса с предложенными сборными изделиями позволит полностью использовать производственную базу домостроительных комбинатов и осуществить вывод их на современный уровень жилищного строительства.

Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны. Достигаемые технические результаты по предложенному решению превосходят известные, все перечисленные выше признаки предлагаемого технического решения в приведенной сумме неизвестны и обеспечивают сверхсуммарный результат. Это дает возможность считать предлагаемое техническое решение соответствующим требованиям изобретательского уровня.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен в плане предлагаемый каркас с несущими и связевыми ригелями и расположением сборных плит поперек здания; на фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, при сборных плитах вдоль здания; на фиг. 3 - то же, что на фиг. 1 и 2, при применении связевых монолитных ригелей и связевых плит; на фиг. 4 - то же, что на фиг. 1-3, при применении связевых плит; на фиг. 5 - конструкция сборной плиты, план; на фиг. 6 - сварной петлевой выпуск; на фиг. 7 - сборная плита, сечение А-А на фиг. 5; на фиг. 8 - сборная плита, сечение Б-Б на фиг. 5; на фиг. 9 - диск перекрытия, узел А на фиг. 1 и 2; на фиг. 10 - диск перекрытия, узел Б на фиг. 4; на фиг. 11 - узел сопряжения сборных плит с несущим ригелем, сечение В-В на фиг. 9; на фиг. 12 - узел сопряжения несущего ригеля с колонной, разрез Г-Г на фиг. 9; на фиг. 13 - узел сопряжения колонны и несущего ригеля с плоской плитой, разрез Д-Д на фиг. 10; на фиг. 14 - поперечный разрез межплитных швов; на фиг. 15 - то же, что на фиг. 14, армированный шов; на фиг. 16 - сборно-монолитный диск перекрытий с бортовыми ригелями повышенной толщины; на фиг. 17 - то же, что на фиг. 16, со скрытыми ригелями по всему диску перекрытия; на фиг. 18 - схема подмостей и порядок укладки сборных плит, разрез; на рис. 19 - то же, что на фиг. 18, план; на фиг. 20 - схема подмостей со смонтированными сборными плитами, разрез; на фиг. 21 - то же, что на фиг. 20, план.

Предлагаемый каркас (фиг. 1-21) включает колонны 1, плоские сборные плиты 2, объединенные между собой по торцам несущими ригелями 3 из монолитного железобетона. Вдоль плит 2 между ними размещены связевые ригели 4 либо межплитные швы 5. Плиты 2 в предлагаемом каркасе могут размещаться либо попарно в пределах ячейки сетки колонн 1, либо быть размещены со сдвижкой на половину ширины плиты 2 так, что в створе колонн 1 оказывается ось плит 2. Такая плита в створе колонн является связевой 6. На продолжении монолитных несущих 3 или связевых 4 ригелей за пределы крайних колонн 1 могут быть выпущены консоли 7 и на них устроены балконы 8 либо эркеры 9. Стены 10 здания с предложенным каркасом выполняют легкими, поэтажно опертыми на диски перекрытий или навесными. Плиты 2 могут быть снабжены сквозными отверстиями 11, в которых обеспечивают заделку вертикальных элементов диафрагм жесткости 12. Вертикальные диаграммы жесткости выполняют на всю высоту здания. Они состоят из плоских железобетонных плит высотой на этаж с петлевыми выпусками арматуры понизу и поверху, размещаемые вперехлест в несущих 3 или связевых 4 ригелях, или в сквозных проемах 11 связевых плит 6. Эти плиты 12 диафрагм жесткости крепят и к закладным деталям на колоннах 1 (на чертежах не обозначено).

Сборные плоскости плиты 2 снабжены вдоль длинной стороны рабочей арматуры 13 и вдоль короткой стороны арматуры 14. Вдоль рабочей арматуры 13 по ее концам у торцов плит 2 установлены вертикальные плоские сварные арматурные каркасы 15, нижние и верхние стержни которых выпущены в виде выпусков 16 за торцы плит 2. Плоские сварные каркасы 15 связаны с рабочей арматурой 13 плиты 2 посредством поперечных вертикальных стержней 17, огибающих арматуры 13 снизу. Каркасы 15 выполнены на длину, равную, как минимум, длине зоны анкеровки арматуры выпусков 16. На торцах плит 2 в средней их части, свободной от выпусков арматуры 16, у продольной оси плит выполнены пазы 18, а грани плит 2 по торцам выполнены с наклоном от плиты на величину h : a, равную от 4: 1 до 5:1, где h - толщина плиты, a - величина навеса верхнего ребра торца над нижним. Над пазом 18 по торцу плит 2 наклонно размещена сварная сетка 19, обеспечивающая высокую несущую способность ребра плиты 2 над пазом 18. Боковые грани плиты 2 также выполнены с наклоном h:a к плите в тех же пределах от 4: 1 до 5:1. В этом случае "a" (см. фиг. 14) также является величиной заложения наклона боковой грани плиты 2. Боковые грани плиты 2 по всей ее длине снабжены пазами 20, которые предназначены для устройства бетонных шпонок межплитных швов 5, обеспечивающих совместную работу под нагрузкой плит 2 или плит 2 со связевыми ригелями 4.

Между торцами плит 2 в створе колонн 1 устраивают ригель 3 из монолитного бетона, в который внахлест заведены петлевые арматурные выпуски 16 из торцов оппозитно расположенных плит 2. Через эти внахлест расположенные петлевые выпуски 16 пропущена верхняя рабочая арматура 21 несущего ригеля 3. Нижняя рабочая арматура 22 ригеля 3 размещена под петлевыми выпусками 16 и объединена с верхней арматурой 21 хомутами 23. В местах размещения выпусков 16 верхняя 21 и нижняя 22 рабочая арматура ригеля 3 может быть также объединена соответствующим загибом верхнего стержня сварных выпусков 16 вокруг по крайней мере одного стержня нижней арматуры 22 (фиг. 11). В связевых ригелях 4 размещена сквозная связевая арматура 24, пропущенная в створе колонн 11. В межплитных швах 5 также может быть размещена связевая сквозная арматура 25. Как правило, связевую арматуру 25 размещают вдоль боковых граней связевых сборных плит 6. Связевые ригели 4, выполняемые из монолитного бетона, кроме продольной сквозной арматуры 24, снабжают поперечной и конструктивной арматурой (не обозначена), обеспечивающей сопротивление этих ригелей действию поперечных сил при продавливании диска перекрытия колонной 1.

Колонны 1 выполнены с соответствующим армированием, определенным по обычному расчету, но продольная рабочая арматура 26 их выполнена обнаженной в уровне диска перекрытия с полным или частичным вырезом, в котором за ней размещают рабочую арматуру 21, 22 несущего ригеля 3. В поперечном направлении за этой арматурой 26 колонн может быть расположена и сквозная арматура 24 связевых ригелей 4 либо рабочая арматура консолей 7 для устройства балконов 8 или эркеров 9.

Наружные стены 10, как правило, оперты на крайние несущие 3 либо связевые 4 ригели, либо на крайние связевые плиты 6. Диафрагмы жесткости 12 для обеспечения устойчивости здания могут размещаться в створе колонн в любом месте, определяемом расчетом или архитектурной здания, в створе колонн и сопрягаться как со сборными плитами 2 через специально выполненные проемы 11, так и пересекать несущие 3 и связевые 4 ригели.

Несущие 3 и связевые 4 ригели для жилых и общественных зданий выполняют скрытыми в плоскости диска перекрытия высотой, равной толщине плит 2. Однако при расположении их на контуре здания для восприятия сосредоточенного усилия от массы стены 10 высота сечений ригеля 3, 4 может быть увеличена сверх толщины плит 2. При необходимости повысить несущую способность несущего ригеля 3 последний может быть выполнен таврового сечения с полкой, располагаемой над сборными плитами 2 в цементной стяжке пола. Для производственных зданий, характеризующихся более высоким уровнем нагрузок, низ несущего ригеля 3 может быть размещен ниже нижней плоскости плит 2.

Предлагаемый каркас здания под нагрузкой работает как единая многоэтажная пространственная несущая конструкция с плоскими дисками перекрытия.

На каждом этаже вертикальную нагрузку непосредственно воспринимают сборные плоские плиты 2 диска перекрытия и перераспределяют усилия на несущие ригели 3, которые далее перераспределяют их на колонны 1. Под действием нагрузки плиты 2 изгибаются. Поскольку плиты 2 по концам жестко сопряжены с ригелями 3 посредством петлевых выпусков 16, в сечениях по торцам плит 2 под нагрузкой возникают отрицательный момент, горизонтальный распор и вертикальное поперечное усилие. Отрицательный изгибающий момент воспринимает все сечение торца плиты 2, в котором выпуски 16 являются арматурой, а сжатая зона расположена ниже выпусков 16 напротив рабочей арматуры 13 плиты 2. Приподнятые кверху петлевые выпуски 16 в этом случае не снижают прочности сечений стыка, но благодаря этому позволяют рационально разместить нижнюю рабочую арматуру 22 несущего ригеля 3 с обеспечением наибольшего плеча пары внутренних сил в его поперечных сечениях и соответственно наибольшей несущей способности ригелей 3. Горизонтальный распор возникает от поворота торцовых сечений плит 2 при наличии упора их в боковые грани несущего ригеля 3, приложен к торцам по нижней грани плиты с эксцентриситетом относительно центра тяжести ее поперечных сечений. Это усилие также воспринимает все сечение торца плит 2. Вертикальное поперечное усилие, возникающее в сечениях по торцу плит 2, воспринимает шпонка, образуемая при бетонировании ригеля 3 в пазу 18, над которым размещены сварные сетки 19 в средней части плит 2 между выпусками 16, поперечная арматура 17 плоских вертикальных сварных сеток. Благодаря наклону торцов и заделке плит выпусками 16 в несущих ригелях 3 обеспечивается равнопрочность сечений плиты и стыков их с ригелями 3.

Упор плит 2 в боковые грани несущих ригелей 3 создается благодаря установке сквозной связевой арматуры 24 в связевых ригелях 4, размещаемых в створах колонн 1 поперек несущих ригелей 3, и/или сквозной связевой арматуры 25, размещаемой вдоль плит 2, в межплитных швах 5, а также благодаря включению в работу крайних стержней рабочей арматуры 13 плит 2, обеспечиваемому передачей на нее растягивающих усилий от петлевых выпусков 16, заделанных в несущих ригелях 3. Причем размещение выпусков 16 в ригелях 3 внахлест от оппозитно расположенных плит исключает создание поперечного растяжения несущего ригеля 3 и образование в нем поверху продольных трещин.

Как показывают испытания, связевые монолитные ригели 4 или связевые плиты 6, при вертикальном нагружении диска перекрытия испытывают незначительный по величине изгибающий момент в их поперечных сечениях и обеспечивают восприятие продольного распора, возникающего при изгибе плит 2.

По бокам связевых плит 6 в межплитных швах 5 размещают связевую сквозную арматуру 25, что дополнительно увеличивает способность диска перекрытия воспринимать распорные усилия. Армирование шва 5 плоскими каркасами 25 обеспечивает также повышенное сопротивление шва 5 при работе на сдвиг. Это особенно важно при размещении по оси связевой плиты 6 вертикальной диафрагмы жесткости 12.

В каждой ячейке сетки колонн 1 плиты 2 испытывают при действии вертикальной нагрузки не только изгиб вдоль пролета, но благодаря арматурным выпускам 16 по углам плит 2 последние вовлекаются несущими ригелями на изгиб вдоль короткой стороны. В этом случае из-за стесненных условий плиты 2, упираясь боками в смежные элементы каркаса, создают также поперечный распор. Плиты 2, являясь достаточно крупногабаритными по ширине, воспринимают на себя по этому направлению значительную часть изгибающего момента, действующего в вертикальной плоскости несущего ригеля 3, и разгружают тем самым сечения несущего ригеля 3. Это позволяет уменьшить в них количество продольной рабочей арматуры. Бетонные шпонки в пазах 20 в межплитных швах 5 обеспечивают перераспределение поперечных усилий между плитами 2 под нагрузкой, а открытые кверху межплитные швы 5 благодаря наклону боковых граней плит позволяют качественно уложить в них монолитный бетон и обеспечить тем самым передачу поперечного распора на колонны 1 и несущие ригели 3. Поэтому кроме изгибающих моментов и поперечных сил в сечениях ригелей 3 действует и дополнительное растягивающее усилие, равное по величине поперечному распорному усилию, и воспринимаемое нижней сквозной рабочей арматурой 22 несущих ригелей 3.

Наличие продольного и поперечного распора позволяет создать в плитах 2 диска перекрытия двухосное сжатие, благодаря этому повысить их трещиностойкость и жесткость. Благодаря пропуску сквозной арматуры ригелей 3 и 4 в вырезах или проемах за рабочей арматурой колонн 1, обеспечивается неразрезность ригелей 3 и образуется жесткий рамный узел в месте сопряжения их между собой и усилия с несущего ригеля 3 под нагрузкой перераспределяются на колонны 1 в каждой ячейке каркаса.

Горизонтальные усилия, прикладываемые к зданию, воспринимают вертикальные диафрагмы жесткости 12, выполняемые на всю высоту здания, а также рамы каркаса с жесткими узлами, образованные колоннами 1 с несущими 3 и связевыми 4 ригелями. При воздействии горизонтальных усилий вовлекаются в работу на местный и общий изгиб диски перекрытия. Благодаря шпонкам 5 в пазах 18 и 20 в работу вовлекаются все элементы диска перекрытия и весь каркас как единое целое. Это позволяет эффективно использовать прочностные и деформативные качества материала каркаса и обеспечить оптимальный его расход.

Таким образом, в целом в предлагаемом каркасе удается использовать материальную базу домостроительных комбинатов, производящих сборные плоские плиты, другие требуемые элементы зданий и при наличии приведенных выше признаков по сравнению с аналогами /1,2/ и прототипом /3/ упрощена конструкция каркаса, его элементов и узлов. Обеспечено эффективное вовлечение в работу под нагрузкой материала каркаса благодаря возможности перераспределения усилий под нагрузкой между его элементами, что позволило достичь сокращения удельной материалоемкости.

Предлагаемый каркас возводят в следующей последовательности. В проектное положение устанавливают колонны 1, на которых по низу и верху этажа жестко закрепляют хомуты с регулировочными винтами 27. Над верхним хомутом на регулировочных винтах 27 размещают приколонные звенья 28 прогонов подмостей и опирают по концам на телескопические подкосы 29. Подкосы 29 понизу шарнирно оперты на нижние хомуты. Звенья 28 прогонов подмостей снабжены поверху палубой 30 низа несущего ригеля 3 каркаса. Приколонные звенья 28 прогонов устанавливают в проектное положение посредством регулировочных винтов 27 и телескопических подкосов 29. Затем на палубу 30 приколонных звеньев 28 прогонов подмостей укладывают нижнюю рабочую арматуру 22 (на чертеже фиг. 18, 19 условно не показано) несущих ригелей 3 и монтируют связевые плиты 6 (фиг. 18, 19) в створе колонн 1 так, чтобы петлевые выпуски арматуры 16 по торцам от оппозитно расположенных плит 2, 6 разместились внахлест, а ширина зазора между торцами плит была равна ширине несущего ригеля 3. Длина приколонных звеньев 28 прогонов выполнена больше ширины сборной плиты 2, 6, так что после укладки последней по ее углам образовались опорные площадки 31. Затем между ранее уложенными плитами 2, 6 укладывают плиты 2 второй очереди, опирая их углами на эти площадки 31. После укладки плит 2 второй очереди между их торцами подвешивают опалубку 32 и, при необходимости, опалубку межплитных швов 5. Затем сквозь петлевые выпуски арматуры 16 в плитах 2, 6 протягивают сквозную верхнюю и приопорную 21 рабочую арматуру несущих ригелей 3 в проектное положение и размещают, если требуется, связевую арматуру в межплитных швах 5. После этого производят укладку монолитного бетона в несущие ригели и межплитные швы одновременно. После набора монолитным бетоном несущих ригелей 3 и межплитных швов 5 проектной прочности регулировочными винтами 27 и винтами телескопических подкосов 29 приколонные звенья 28 прогонов отпускают и готовый диск перекрытия тем самым включается в работу под нагрузку.

Предложенный способ предполагает использовать в диске перекрытия связевые плиты 2, 6 размещаемые в створе колонн 1 и укладываемые в первую очередь, а также дискретные подмости с приколонными звеньями 28, закрепляемые к колоннам 1. В этом случае обеспечиваются высокий темп монтажа диска перекрытий, минимальная материалоемкость подмостей при минимальных трудозатратах на возведение каркаса.

Однако компоновка здания в ряде случаев требует размещения сборных плит 2 попарно в каждой ячейке каркаса так, что в створе колонн 1 перпендикулярно несущим ригелям 3 возникает потребность разместить монолитные связевые ригели 4 (фиг. 20, 21). В таком случае используются те же приколонные звенья 28 прогонов подмостей несущих ригелей 3 по концам посредством шарниров 33, связанных с пролетными звеньями 34 подмостей. Пролетные звенья 34 подмостей могут быть выполнены либо подвесными, либо с дополнительным опиранием на вертикальные стойки 35. При подвесных пролетных звеньях 34 дополнительные вертикальные стойки 36 могут быть установлены под концами приколонных звеньев 28. Для связевого ригеля палуба 37 может быть подвешена по краям смежных сборных плит 2 либо размещена на инвентарных стойках.

В этом случае каркас здания возводят в последовательности, рассмотренной выше. После сборки звеньев 28, 34 подмостей на всю длину несущих ригелей 3 и укладки нижней рабочей арматуры 2 (на чертеже фиг. 20, 21 условно не показаны) несущих ригелей 3, на подмости концами опирают плиты 2, устраивают опалубку 37 для связевых ригелей 4. В проектное положение устанавливают верхнюю 21 арматуру несущих ригелей 3 с пропуском ее внутри петлевых выпусков 16 плит 2, 6 и арматуру связевых ригелей, после чего одновременно укладывают монолитный бетон этих ригелей и межплитных швов 5. После набора монолитным бетоном диска перекрытия проектной прочности, регулировочными винтами 27 и винтами подкосов 29 и 35 пропускают звенья 28 и 34 подмостей, включая тем самым в работу под нагрузкой готовый диск перекрытия.

В целом предлагаемый каркас здания и способ его возведения, благодаря рассмотренным выше признакам, позволяют существенно упростить конструкцию каркаса и технологию его возведения, 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 планированные решения, строить массовое жилье себестоимостью в 1,3 ... 1,4 раза ниже, чем КПД, при потребительских качествах соответствующих европейским.

По сравнению с аналогами /1, 2, 3/ не только сокращаются 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^oC) исключающие потребность в его обогреве.

Предложенные технические решения будут освоены на строительстве массового жилья.

Источники информации
1. Патент Российской Федерации N 2020210, E 04 B 1/18, 30.09.94.

2. Патент Российской Федерации N 1776734, E 04 И 1/18. 23.11.92.

3. Авторское свидетельство СССР N 1668597, E 04 H 9/02, 07.09.91.

Изобретение относится к строительству, в частности к сборно-монолитным каркасам с плоскими дисками перекрытий, и может быть использовано при возведении одноэтажных или многоэтажных жилых и общественных зданий в различных районах, в том числе и сейсмических. Техническим результатом является сокращение удельной материалоемкости и трудозатрат при возведении каркаса. Каркас включает в себя сборные колонны с вырезами в уровнях перекрытий и обнажением их продольной рабочей арматуры в этих местах, сборные плиты перекрытия, снабженные по сторонам выпусками арматуры, расположенные в пределах ячеек каркаса и объединенные между собой по выпускам посредством стержней, и монолитные участки плиты диска перекрытия со сквозной арматурой на длину и ширину здания, пропущенной за рабочей арматурой колонн в их вырезах. Сборные плиты снабжены по концам плоскими сварными арматурными каркасами, размещенными вертикально в створе стержней рабочей арматуры длинной стороны плит над этими стержнями и связанными с ними посредством поперечной вертикальной арматуры плоских сварных каркасов. Плоские сварные каркасы выполнены с петлевыми выпусками их нижних и верхних стержней по торцам плит на участках шириной каждый в плане до 0,20-0,30 ширины плиты от обоих ее углов. На средних участках торцов плит и на боковых гранях сборных плит выполнены пазы. Грани сборных плит выполнены наклонными относительно плоскости плит: по торцам плит грани наклонены от плиты, а по бокам - к плите. Монолитные участки плиты диска перекрытия между торцами сборных плит выполнены в виде несущих ригелей, в которых внахлест размещены петлевые выпуски арматуры из торцов оппозитно расположенных плит. Через петлевые выпуски пропущена верхняя рабочая арматура несущих ригелей, а нижняя рабочая арматура ригелей размещена под петлевыми выпусками арматуры. Верхняя и нижняя части рабочей арматуры несущих ригелей объединены вертикальной поперечной арматурой, а вдоль сборных плит поперек несущих ригелей размещена сквозная связевая арматура. Способ возведения каркаса здания включает монтаж колонн, установку подмостей дисков перекрытия, установку сборных плит в проектное положение, размещение арматуры ригелей и связевой арматуры и укладку монолитного бетона диска перекрытия. Установку сборных плит в проектное положение производят в две очереди после укладки нижней рабочей арматуры несущих ригелей: сначала с интервалом через плиту укладывают сборные плиты в створах колонн с опиранием их концами на дискретно расположенные подмости, затем между ними укладывают остальные сборные плиты с опиранием последних по углам на консольные свесы подмостей, выступающие из-под ранее установленных плит, либо с навеской по сторонам на ранее установленные плиты и после этого в требуемых местах размещают и закрепляют недостающую опалубку ригелей и, если необходимо, продольных швов. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 21 ил.

1. Каркас здания, включающий сборные колонны с вырезами в уровнях перекрытий и обнажением их продольной рабочей арматуры в этих местах, сборные плиты перекрытий, снабженные по сторонам выпусками арматуры, расположенные в центрах ячеек каркаса и объединенные между собой по выпускам посредством стержней, и монолитные участки плиты диска перекрытия со сквозной арматурой на длину и ширину здания, пропущенной за рабочей арматурой колонн в их вырезах, отличающийся тем, что сборные плиты снабжены по концам плоскими сварными арматурными каркасами, размещенными вертикально в створе стержней рабочей арматуры длинной стороны плит над этими стержнями и связанными с ними посредством поперечной вертикальной арматуры плоских сварных каркасов, плоские сварные каркасы выполнены с петлевыми выпусками их нижних и верхних стержней по торцам плит на участках шириной в плане до 0,20 - 0,30 ширины каждой плиты от обоих ее углов, а на средних участках торцов плит, свободных от арматурных выпусков, выполнены пазы, боковые грани сборных плит также снабжены продольными пазами, а грани сборных плит по всем сторонам выполнены наклонными относительно плоскости плит, причем по торцам плит грани наклонены от плиты, а по бокам плиты они наклонены к плите, монолитные участки плиты диска перекрытия между торцами сборных плит выполнены в виде несущих ригелей, в которых внахлест размещены петлевые выпуски арматуры из торцов оппозитно расположенных плит, и через петлевые выпуски пропущена верхняя рабочая арматура несущих ригелей, а нижняя рабочая арматура ригелей размещена под петлевыми выпусками арматуры, причем верхняя и нижняя части рабочей арматуры несущих ригелей объединены вертикальной поперечной арматурой, а вдоль сборных плит поперек несущих ригелей размещена сквозная связевая арматура, располагаемая в связевых монолитных ригелях и/или вне створов колонн в межплитных швах. 2. Каркас здания по п.1, отличающийся тем, что все сборные плиты выполнены однотипными и одинаковыми по габаритам, а вертикальные плоские сварные каркасы выполнены в плитах длиной от торцов, как минимум, на длину зоны анкеровки арматуры петлевых выпусков. 3. Каркас здания по п.1 или 2, отличающийся тем, что петлевые выпуски арматуры из торцов сборных плит выполнены сварными с объединением нижнего прямолинейного стержня и верхнего стержня, выполненного с загибом книзу его свободного конца, причем последний выполнен с охватом свободным концом по меньшей мере одного крайнего стержня нижней рабочей арматуры несущего ригеля. 4. Каркас здания по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что грани сборных плит по всем сторонам выполнены с уклоном от 5 : 1 до 4 : 1. 5. Способ возведения каркаса здания, включающий монтаж колонн, установку подмостей дисков перекрытий, установку сборных плит в проектное положение, размещение арматуры ригелей и связевой арматуры и укладку монолитного бетона диска перекрытия, отличающийся тем, что установку сборных плит в проектное положение производят в две очереди после укладки нижней рабочей арматуры несущих ригелей: сначала с интервалом через плиту укладывают сборные плиты в створах колонн с опиранием их концами на дискретно установленные подмости, а затем между ними укладывают остальные сборные плиты с опиранием последних по углам на консольные свесы подмостей, выступающие из-под ранее установленных плит, либо с навеской по сторонам на ранее установленные плиты и после этого в требуемых местах размещают и закрепляют недостающую опалубку ригелей и, если необходимо, продольных швов.