СТЫКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ НАРУЖНОЙ СТЕНЫ С КАРКАСОМ ЗДАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК E04B1/38 

Изобретение относится к строительству каркасных зданий и может быть использовано в стыковых соединениях наружных стен с каркасом здания.

Известно стыковое соединение стены с элементами каркаса здания, включающее выступающие из торцов дисков перекрытий стержни (анкера) с широкими шляпками, расположенные с интервалами вдоль граней дисков, с которыми связаны горизонтальные пояса П-образного сечения, на которых, в свою очередь, закреплено полотно стены [1].

Известное стыковое соединение позволяет устраивать навесные стены на несущем каркасе здания, оно требует минимальных трудозатрат при монтаже, обеспечивает высокий темп работ.

Однако известное стыковое соединение требует повышенных затрат металла на его устройство, оно имеет ограниченное применение, например для панельных стен, и не применимо для стен из кладки.

Известно стыковое соединение стеновой панели с элементами каркаса здания, включающее фасонные закладные детали, замоноличенные в стеновой панели и элементе каркаса здания, монтажную связь и фиксатор с гайками и шайбами и крепежными деталями-болтами [2].

Известное стыковое соединение обеспечивает высокий темп возведения стен здания и является универсальным, так как позволяет сочетать панельные стены с кладкой их из штучных материалов и изделий с опиранием кладки на подвешиваемые полосовые панели и кромки листа перекрытия.

Однако известное стыковое соединение ненадежно, т.к. монтажная связь в виде уголка не замкнута в треугольник и при случайных перегрузках (например, сейсмических воздействиях, случайных перегрузках подвешиваемых панелей вышерасположенных конструкций и т.п.) соединение по узлам может получить значительные остаточные деформации, исключающие возможность его дальнейшей эксплуатации.

Наиболее близким к предлагаемому является стыковое соединение наружной стены с каркасом здания на уровне диска перекрытия, включающее соединяемые элементы каркаса и стены, монтажные связи и крепежные детали [3].

Известное стыковое соединение также обеспечивает высокий темп возведения здания и позволяет упростить конструкцию наружной стены и благодаря этому снизить трудозатраты на ее устройство.

Тем не менее, известное стыковое соединение недостаточно надежно, т.к. оно выполнено на сварке и при случайных перегрузках может хрупко разрушиться, требует значительных затрат на устройство антикоррозионной защиты закладных и сварных деталей. В узлах размещения стальных монтажных связей образуются "мостики" холода достаточно большого сечения, что приводит к промерзанию стен и потерям тепла помещениями здания.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения эксплуатационной надежности и долговечности, а также повышения энергоэффективности ограждающих стеновых конструкций.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в стыковом соединении наружной стены с каркасом здания, выполненном на уровне диска перекрытия и включающем соединяемые элементы каркаса и стены, монтажные связи и крепежные детали, диск перекрытия по его периметру снабжен несущим контурным поясом, жестко связанным с диском перекрытия и размещенным с зазором относительно его кромки. Причем в зазоре по всей его длине, кроме дискретных монтажных связей и крепежных деталей, размещен термовкладыш, в створе колонн, расположенных на контуре диска перекрытия, по его краю выполнена распределительная балка, а наружная стена по внутренней грани оперта через распределительную балку на край диска перекрытия, а по наружной грани на несущий контурный пояс и соединена с ними посредством слоя раствора и/или упругой прокладки.

В предлагаемом стыковом соединении несущий контурный пояс может быть выполнен в виде железобетонного бруса, а монтажные связи между диском перекрытия и контурным поясом могут быть выполнены в виде поперечных железобетонных перемычек заодно с несущим контурным поясом и диском перекрытия.

В предлагаемом стыковом соединении монтажные связи могут быть выполнены в виде попарно установленных металлических кронштейнов и гибких накладок. Причем кронштейны в этом случае закреплены на кромке диска перекрытия и/или на наружной грани колонн каркаса, на эти кронштейны оперт несущий контурный пояс, связанный поверху гибкими накладками с диском перекрытия.

Монтажные связи могут быть выполнены в виде металлических трубчатых элементов, жестко соединенных с диском перекрытия и несущим контурным поясом и заведенных в них концевыми участками.

Распределительная балка может быть выполнена составной по длине из элементов, установленных по кромке диска перекрытия на слое раствора, с длиной, равной расстоянию между внутренними гранями колонн.

Несущий контурный пояс может быть выполнен в виде бруса с высотой сечения, превышающей толщину кромки диска перекрытия, а его верхняя и нижняя грани размещены по высоте выше и ниже соответственно верхней и нижней поверхностей диска перекрытия.

Выполнение стыкового соединения наружной стены с каркасом здания на уровне диска перекрытия, благодаря размещению по его периметру несущего контурного пояса, жестко связанного с диском перекрытия и размещенным с зазором относительно его наружной кромки, позволяет существенно упростить конструкцию этого стыкового соединения и разместить в зазоре дискретные монтажные связи и крепежные детали и термовкладыш. Причем величина зазора между несущим контурным поясом и кромкой диска перекрытия определяется теплотехническим расчетом термовкладыша, выполненного из эффективного утеплителя. Монолитные связи и крепежные детали, объединяющие несущий контурный пояс с диском перекрытия, для сокращения тепловых потерь размещают дискретно по длине зазора, а их сечение принимают минимальным, но достаточным для восприятия усилий, передаваемых на диск перекрытия с несущего контурного пояса. Такое выполнение стыка наружной стены с каркасом здания по сравнению с аналогами [1, 2] и прототипом [3] позволяет существенно сократить тепловые потери в стыке, поскольку повышается его термическая однородность и благодаря жесткому объединению пояса с диском перекрытия повышается несущая способность и надежность стыка при случайных перегрузках.

Предлагаемая конструкция стыка позволяет в полной мере реализовать поэтажное опирание наружной стены на диски перекрытий, полностью освободив стену от необходимости выполнять несущие функции. Устройство распределительной балки с изгибной жесткостью, превышающей жесткость на изгиб кромки диска перекрытий, позволяет перераспределить нагрузку от стен с дисков перекрытий на колонны, поскольку именно к колоннам распределительная балка перераспределяет всю нагрузку, создаваемую массой наружной стены. Тем самым создаются условия для применения в стенах легких энергоэффективных и малопрочных материалов и конструкций, что приводит к снижению нагрузки от стен на диски перекрытий и каркас. Это позволяет сократить материалоемкость несущего каркаса и одновременно простыми средствами повысить термическое сопротивление наружных стен по всему их полю.

Выполнение стыкового соединения с монтажными связями в виде железобетонных перемычек, металлических кронштейнов и гибких накладок либо в виде металлических трубчатых элементов с заделанными в соединяемых элементах концами позволяет наиболее полно включить их в восприятие нагрузки, создаваемой стеной, и существенно сократить размеры сечений тепловых мостиков и дополнительно уменьшить за счет этого тепловые потери в стыке. С применением таких монтажных связей и несущих контурных поясов можно упростить и устройство утепления наружных стен эксплуатируемых зданий с широким применением местных и традиционных строительных материалов.

Выполнение распределительной балки составной по длине из сборных элементов, устанавливаемых на кромке перекрытия на слое раствора, с длиной каждого элемента, равной расстоянию между внутренними гранями крайних колонн каркаса, позволяет не только перераспределить усилия от нагрузки стен к колоннам, но и существенно упростить технологию устройства стены, выполняемой из штучных кладочных материалов и изделий.

Выполнение несущего контурного пояса в виде бруса с высотой сечения, превышающей толщину кромки диска перекрытия, с размещением его верхней и нижней граней по высоте выше и ниже соответственно верхней и нижней поверхностей диска перекрытия позволяет в наиболее полной мере обеспечить герметичность стыка, исключить плоские сквозные щели в сопряжениях стены с диском перекрытия каркаса и тем самым предотвратить воздухопроницаемость стены здания в стыках.

Таким образом, по сравнению с аналогами [1, 2] и прототипом [3] предлагаемое техническое решение обеспечивает сокращение тепловых потерь по стыкам и повышение эксплуатационной надежности и долговечности, поскольку в стене и стыке создано примерно одинаковое высокое термическое сопротивление, а монтажные связи в предлагаемом виде обеспечивают требуемую несущую способность, имеют требуемую антикоррозийную защиту, при этом их конструкция упрощена. Кроме того, за счет повышения герметичности и надежности стыкового соединения и рационального размещения термовкладышей в стыках обеспечено существенное повышение энергоэффективности стеновых ограждающих конструкций.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен фрагмент предлагаемого стыка с несущим контурным поясом и составной распределительной балкой, изометрия; на фиг. 2 - то же, разрез А-А на фиг. 1, поперечный разрез стыка с монолитными железобетонными перемычками; на фиг. 3 - то же, что на фиг.1, разрез А-А, стык с применением металлических кронштейнов; на фиг.4 - предлагаемый стык, вариант устройства с однослойной стеной, поперечный разрез; на фиг. 5 - предлагаемый стык с соединением диска перекрытия с контурным поясом посредством металлических трубчатых элементов 7.

Предлагаемое стыковое соединение наружной стены с каркасом здания (фиг. 1 - 5) включает кромку 1 диска перекрытия 2 каркаса, несущий контурный пояс 3, жестко связанный с диском перекрытия посредством монтажной связи. Монтажная связь может быть выполнена в виде поперечных железобетонных перемычек 4, или попарно установленных кронштейнов 5 и гибких накладок 6. Монтажная связь может быть выполнена в виде металлических трубчатых элементов 7, снабженных анкерами 8, с заглушками (не показаны) или без них. Между кромкой 1 диска перекрытия 2 и несущим контурным поясом 3 выполнен зазор, в котором размещен термовкладыш 9 из эффективного утеплителя. Предлагаемая конструкция позволяет эффективно выполнять стык каркаса с различными типами стен. При выполнении стены в виде эффективной трехслойной кладки из штучных элементов, наружный облицовочный слой 10 кладки располагают на несущем контурном поясе 3, а внутренний слой 11 стены - на распределительной балке 12, размещенной на кромке 1 диска перекрытия 2. Между слоями 10 и 11 кладки расположен слой утеплителя 13 с воздушной полостью 14. Слои 10 и 11 между собой объединены гибкими связями 15, расположенными концами в растворных швах кладки. Термовкладыш 9 на уровне диска перекрытия и контурного несущего пояса 3 снабжен вертикальными дренирующими каналами 16, соединяющими воздушные полости 14 между перекрытиями. Распределительные балки 12 могут быть выполнены сборными с длиной, равной расстоянию между гранями колонн 17, и установлены на слое 18 раствора. При стыковом соединении с каркасом однослойной стены, выполненной, например, кладкой блоков 19 из легкого пористого материала (ячеистого бетона, газобетонов и т.п.), эта стена расположена над поясом 3 и распределительной балкой 12, совмещенной с кромкой 1 диска 2 перекрытия так, чтобы термовкладыш 9 располагался в плоскости этой стены (фиг. 4). Колонна 17 каркаса частично или полностью может быть расположена в толще наружной стены. В этом случае для обеспечения равного термического сопротивления стены у колонны 17 на поверхностях последней, обращенных к стене, размещен слой эффективного утеплителя. На наружной поверхности стены 15 может быть выполнено защитно-декоративное покрытие (не показано).

Для повышения герметичности стыка стеновой панели с диском перекрытия несущий контурный пояс 3 снабжен уступами, на которых размещены наружные слои стен. Тем самым устраняется плоский сквозной стык наружной стены, перекрываются пути возможной миграции теплого воздуха из здания. С этой же целью брус контурного несущего пояса 3 может быть выполнен на высоту, большую, чем толщина диска перекрытия 2 и тем самым также исключается образование плоских сквозных стыков сопряжений наружной стены с диском перекрытия по их нижней и верхней граням, обеспечивается герметичность в целом всего стыкового соединения.

Предлагаемое стыковое соединение наружной стены с каркасом здания позволяет реализовать его для различных конструкций однослойных и многослойных стен, как панельных, так и из кладки штучных материалов. В стыке просто размещаются дискретные связи в виде перемычек 4, либо кронштейнов 5 и связей 6, либо трубчатых элементов 7, обеспечивающие высокую несущую способность перекрытия по его контуру. Требуемое термическое сопротивление стыка обеспечивает термовкладыш 9. При необходимости в стыке выполняют дренажные устройства и отвод конденсата (не показаны).

В рассмотренном выше стыковом соединении наружной стены с каркасом последний может быть выполнен из монолитного железобетона. При сборно-монолитном каркасе диск перекрытия 2 образован сборными плитами. Кромка 1 диска перекрытия 2 представляет собой бортовой монолитный железобетонный ригель, а перемычки 4 могут быть выполнены на продолжении ригелей, расположенных в диске перекрытия перпендикулярно бортовому ригелю.

Распределительные балки 12, опертые через слой раствора 18 на кромку 1 диска перекрытия воспринимают всю приходящуюся на них нагрузку от массы стены в пролете между колоннами и перераспределяют их по концам на колонны 17 каркаса, разгружая тем самым от работы на изгиб кромки 1 диска перекрытия, вызываемой нагрузкой от массы стены.

Предлагаемое стыковое соединение наружной стены с каркасом при наличии указанных выше признаков по сравнению с аналогами [1, 2] и прототипом [3] позволяет существенно сократить тепловые потери в стыке и приблизить показатели термического сопротивления стыка к термическому сопротивлению поля стены. Это обеспечивается за счет резкого уменьшения величины деформаций перекрытия по краям при нагрузках благодаря устройству в нем контурного несущего пояса 3 с зазором относительно кромки 1 диска 2 перекрытия, дискретного жесткого объединения их между собой перемычками 4, кронштейнами 5 или трубчатыми элементами 7 и размещения термовкладыша 9 из эффективного утеплителя в зазоре, устройства распределительной балки 12 на кромке диска перекрытия. Эти элементы позволяют осуществить рациональное сопряжение наружной стены с диском перекрытия, поскольку благодаря выполнению бруса несущего контурного пояса с высотой сечения большей, чем толщина перекрытия, возможно дополнительное обеспечение герметичности (воздухо- и водонепроницаемости) стыкового соединения.

Предлагаемое стыковое соединение выполняют в следующей последовательности. Снизу возводят стену до низа диска перекрытия 2 и контурного несущего пояса 3. Затем верхнюю грань возведенной наружной стены используют в качестве палубы и на ней размещают рабочую арматуру (не показано) бруса несущего пояса 3 и кромки 1 диска перекрытия 2 и устанавливают боковую опалубку этих конструктивных элементов. При устройстве монтажных связей из металлических трубчатых элементов 7 их размещают и фиксируют в опалубке одновременно с арматурными изделиями и термовкладышем 9. Затем бетонируют одновременно кромки (или бортовые ригели) 1 диска 2 перекрытия, брус 3 контурного несущего пояса и перемычки 4, обеспечивающие жесткую связь их между собой. Когда бетон указанных конструктивных элементов наберет требуемую прочность, убирают опалубку боковых граней, и после укладки термовкладыша 9 (если он не был уложен ранее) продолжают устройство над ними стены выше. Стыковое соединение позволяет существенно упростить технологию возведения здания и тем самым не только сократить трудозатраты на устройство стыкового соединения и стены в целом, но и дополнительно повысить надежность наружных стен в обеспечении тепловой защиты здания. Таким образом, наружная стена оказывается по верхней и нижней граням по существу опрессованной в пределах этажа между двумя соседними перекрытиями. При стабильных положительных температурах воздуха внутри помещении здания и колебаниях наружных температур воздуха в широком диапазоне от отрицательных до положительных значений такое защемление стены между двумя перекрытиями позволяет дополнительно повысить герметичность примыкания стены к перекрытию.

Предложенное стыковое соединение наружной стены с каркасом здания при эксплуатации обеспечивает работу стены как свободно опертой на перекрытие конструкции с вычленением ее по высоте в пределах каждого этажа. При этом передача нагрузки осуществляется на диск перекрытия непосредственно у колонн, что практически исключает из работы на восприятие нагрузки от массы стены диск перекрытия и наиболее эффективно нагружаются колонны. Такие условия работы стены в пределах этажа действительно обеспечивают плотное ее примыкание к сопрягаемым с ней дисками перекрытия и, соответственно, достаточную герметичность стыков. Вместе с тем, наружная стена в этих условиях освобождена от выполнения функций несущей конструкции и обеспечивает только ограждающие функции тепловой защиты здания. Это позволяет применить в ней малопрочные поризованные материалы или другие легкие энергоэффективные стеновые конструкции (с массой до 150 кг/м²), энергоэффективные, не предназначенные для восприятия силовых воздействий, кроме нагрузки от собственной массы, незначительных ветровых воздействий в пределах одного этажа и т.п. Предлагаемые стыки позволяют широко применять эффективные несущие каркасные системы многоэтажных зданий, что позволяет в 1,5 - 2,0 раза сократить их удельную материалоемкость.

В целом предложенное стыковое соединение наружной стены с каркасом, благодаря рассмотренным выше признакам, позволяет не только исключить опасность промерзания в стыках, но и существенно сократить тепловые потери в стыках, создать однородное тепловое поле в стеновых ограждениях по всему зданию. Это решение универсально для различных типов стен, оно имеет неоспоримые теплотехнические, технологические и эксплуатационные преимущества перед известными, позволяет широко использовать местную базу строительных материалов. Оно обеспечивает высокий темп строительства, получение комфорта в помещениях здания при эксплуатации и наиболее эффективно в многоэтажных зданиях массового назначения. Для его применения не требуется дополнительно развивать производственную базу строительства и осваивать выпуск новых изделии.

Предлагаемое изобретение будет использовано при проектировании и строительстве современных эффективных типов многоэтажных зданий.

Источники информации
1. Патент США N 5063718. Соединение стены с элементами каркаса здания. МКИ⁵ E 04 В 2/88, РЖ ИСМ N 60-12, 1993.

2. Патент Российской Федерации N 2018593. Стыковое соединение стеновой панели с элементом каркаса здания. МКИ⁵ E 04 В 1/38. Бюлл. N 16, 30.08.94.

3. Шерешевский И.А. Конструирование промышленных зданий и сооружений / Л., Стройиздат, Ленинградское отд. - 1975. - С. 64 (прототип).

Изобретение может быть использовано при строительстве гражданских зданий различного функционального назначения. Технический результат изобретения заключается в обеспечении повышения сопротивления теплопередаче наружных стен за счет исключения из их конструкции теплопроводных включений (так называемых "мостиков холода"), значительно снижающих теплотехническую однородность стен, а также их эксплуатационной надежности и долговечности. Наружные стены, выполняющие исключительно ограждающие функции и являющиеся ненесущими (поэтажно опертыми), могут быть выполнены из различных материалов и конструкций - от мелкоштучных кладочных материалов до панелей ленточной разрезки заводского изготовления. При этом наружные стены могут быть как одно-, так и многослойными. Опирание стен выполняют на боковую грань диска перекрытия и контурный пояс, соединенный с диском перекрытия дискретными связями в виде бетонных шпонок. Связи контурного пояса с диском перекрытия могут быть также выполнены в виде металлических подкосных элементов с накладками или металлических трубчатых элементов. Для исключения влияния дополнительной нагрузки, возникающей в стадии возведения наружных стен из мелкоштучных материалов и действующей по грани диска перекрытия в пролете между колоннами, применяют распределительные балки, устанавливаемые на слой раствора и обеспечивающие передачу нагрузки от опираемых на них стен или их частей на диск перекрытия в зонах сопряжения последнего с колоннами. Конструкция стыкового соединения наружных стен с каркасом здания обеспечивает возможность параллельного их возведения в пределах этажа в процессе монтажа здания. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Стыковое соединение наружной стены с каркасом здания, выполненное на уровне диска перекрытия и включающее соединяемые элементы каркаса и стены, монтажные связи и крепежные детали, отличающееся тем, что диск перекрытия каркаса по его периметру снабжен несущим контурным поясом, жестко связанным с диском перекрытия и размещенным с зазором относительно его кромки, причем в зазоре по всей его длине, кроме дискретных монтажных связей и крепежных деталей, размещен термовкладыш, в створе колонн, расположенных на контуре диска перекрытия, по кромке этого диска выполнена распределительная балка, а наружная стена по внутренней грани оперта через распределительную балку на край диска перекрытия и по наружной грани на несущий контурный пояс и соединена с ними посредством слоя раствора и/или упругой прокладки. 2. Стыковое соединение по п.1, отличающееся тем, что несущий контурный пояс выполнен в виде железобетонного бруса, а монтажные связи выполнены в виде поперечных железобетонных перемычек за одно с этим поясом и диском перекрытия. 3. Стыковое соединение по п.1, отличающееся тем, что монтажные связи выполнены в виде попарно установленных металлических кронштейнов и гибких накладок, причем кронштейны закреплены на кромке диска перекрытия и/или на наружной грани колонн каркаса и на них оперт несущий контурный пояс, а гибкими накладками поверху он связан с диском перекрытия. 4. Стыковое соединение по п.1, отличающееся тем, что монтажные связи выполнены в виде металлических трубчатых элементов, жестко соединенных с диском перекрытия и несущим контурным поясом и заведенных в них концевыми участками. 5. Стыковое соединение по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что распределительная балка выполнена составной по длине из элементов, установленных по кромке диска перекрытия на слое раствора, и длина каждого элемента равна расстоянию между внутренними гранями колонн. 6. Стыковое соединение по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что несущий контурный пояс выполнен в виде бруса с высотой сечения, превышающей толщину кромки диска перекрытия, а его верхняя и нижняя грани размещены по высоте выше и ниже соответственно верхней и нижней поверхности диска перекрытия.