МНОГОЭТАЖНОЕ ЗДАНИЕ Российский патент 2003 года по МПК E04H1/02 

Изобретение относится к гражданскому строительству, в частности к многоэтажным жилым и общественным зданиям, выполняемым с поперечными несущими стенами.

Известно многоэтажное здание с несущими наружными стенами и перекрытиями в виде коробчатых плит, пояса (полки) которых образуют перекрытия этажей, а ребра - внутренние поперечные стены [1]. Отличительной особенностью здания является то, что в несущие наружные стены в уровнях каждого перекрытия по концам заделаны балки-стенки, и стенки их образуют внутреннюю несущую стену здания, а полки этих балок-стенок образуют примыкающие и жестко прикрепленные к стене части перекрытий нижнего и верхнего этажей. По длине в такой двутавровой балке-стенке с требуемым шагом размещены поперечные короткие консоли также в виде балок-стенок. При размещении каждой балки-стенки в системе здания образуется сотовый монолит. Известное многоэтажное здание отличается высокой несущей способностью, компактностью и большими возможностями по полезному использованию его объема. Однако известное здание отличается сложной технологией возведения, определяемой его несущей конструкцией, имеет узкий диапазон объемно-планировочных решений, что позволяет его использовать только для случая регулярной планировочной структуры, присущей, например, гаражам, гостиницам, и в наименьшей мере оно пригодно для размещения жилых помещений.

Известно многоэтажное здание, включающее, по крайней мере, два корпуса, объединенные между собой лестнично-лифтовыми конструкциями. В каждом корпусе перекрытия в виде железобетонных монолитных или сборно-монолитных дисков оперты по контуру на замкнутые армированные пояса, размещенные в наружных несущих стенах [2]. Опирание перекрытий может производиться и на внутренние несущие стены. Известное многоэтажное здание отличается пониженными трудовыми затратами на его возведение и монтаж, при его использовании может быть достигнуто и снижение материалоемкости, особенно при высоте здания до 5-6 этажей.

Вместе с тем в известном здании не обеспечивается разнообразие архитектурно-планировочных решений, поскольку компоновка здания может быть только блочной (из нескольких корпусов). Кроме того, с увеличением высоты здания в разнонагруженных внутренних и наружных стенах проявляется значительная разность деформаций. В сочетании с температурными перемещениями это приводит к образованию крупных трещин в узлах сопряжения внутренних стен с наружными, снижает эксплуатационную надежность и долговечность зданий.

Наиболее близким к предлагаемому является многоэтажное здание, включающее несущие поперечные стены, выполненные шириной, равной ширине здания с вертикальными ребрами жесткости и наружным утеплением наружных поперечных стен, продольные стены и плиты перекрытия [3]. В известном здании наиболее полно обеспечивается существенное снижение затрат на возведение и монтаж, в определенной мере раскрываются планировочные возможности.

Однако в известном техническом решении из-за применения панельных конструкций архитектурно-художественный облик здания многократно повторяется, что приводит к однообразию застройки. Кроме того, известное здание отличается достаточно высоким ресурсопотреблением на его возведение. Применение сборных конструкций требует значительного расхода металла на закладные детали, имеет место потребность в большом объеме сварных работ. Отсутствие перераспределения нагрузки между сборными конструктивными элементами вызывает повышенную материалоемкость и массу здания.

Изобретение решает задачу сокращения материалоемкости и энергопотребления на возведение здания, обеспечения универсальности здания для любых объемно-планировочных решений.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в многоэтажном здании, включающем несущие поперечные стены на всю его ширину с расположенными у боковых торцов поперечных стен вертикальными ребрами жесткости и с наружным утеплением наружных поперечных стен, а также продольные стены и плиты перекрытий, перекрытия объединены в плоские сквозные на всю длину и ширину здания диски, снабжены в их плоскости вдоль боковых сторон продольными железобетонными брусьями со сквозной продольной арматурой на всю длину здания, заанкеренной по концам в наружных поперечных несущих стенах или в их вертикальных боковых ребрах, над средними несущими поперечными стенами в дисках перекрытий на всю ширину здания размещены поперечные монолитные железобетонные брусья со сквозной связевой арматурой, заанкеренной концами в продольных боковых железобетонных брусьях, средние поперечные несущие стены в плане выполнены дискретными с разрывами по их длине, вертикальные ребра жесткости наружных поперечных несущих стен выполнены сквозными по всей высоте здания и снабжены по их краям сквозной вертикальной рабочей арматурой, а продольные наружные стены выполнены поэтажно опертыми по слою раствора на диски перекрытий и поверху в месте сопряжения с верхним перекрытием снабжены упругой прокладкой.

При этом продольные боковые и поперечные железобетонные брусья каждого диска перекрытия могут быть выполнены заодно с плитой перекрытия из монолитного железобетона, и диски перекрытий жестко объединены с поперечными несущими стенами.

Диски перекрытия могут быть также образованы сборными плитами сплошного сечения, объединенными между собой по боковым сторонам межплитными швами, а по торцам плиты объединены в опорных узлах посредством арматурных выпусков из их торцов и размещенных в бетоне поперечных монолитных железобетонных брусьев над поперечными несущими стенами.

Диск перекрытия может быть также образован сборными многопустотными плитами с открытыми по торцам полостями, в которых размещены бетонные шпонки монолитного железобетонного бруса, выполненного над каждой поперечной несущей стеной, а в межплитных швах у концов многопустотных плит поперек бруса размещены плоские арматурные каркасы с верхней рабочей арматурой.

Наружные поперечные несущие стены могут быть также выполнены дискретными с разрывами в плане, снабжены по углам здания вертикальными ребрами жесткости уголкового профиля, а в разрывах стен между уголковыми ребрами они выполнены поэтажно опертыми, воспринимая в этих местах нагрузки только в пределах одного этажа.

Объединение плит каждого перекрытия в плоские сквозные на всю длину и ширину здания диски, снабженные вдоль боковых сторон продольными железобетонными брусьями со сквозной продольной арматурой на всю длину здания, заанкеренной по концам в наружных поперечных несущих стенах или в их вертикальных боковых ребрах, позволяет реализовать в конструкциях перекрытия (1) неразрезную систему с большими возможностями по перераспределению усилий под нагрузкой между соседними пролетами. Кроме того, (2) в каждом пролете перекрытия между соседними поперечными стенами опирание плоской плиты перекрытия как пластинки, опертой по контуру (на поперечные несущие стены и на боковые продольные сквозные брусья). Более того, (3) эта пластинка в каждом пролете между поперечными несущими стенами под нагрузкой также работает в условиях двуосного распора. В результате реализации этих трех условий уменьшается величина расчетных усилий в сечениях перекрытия, что позволяет по сравнению с аналогами и прототипом [3] существенно сократить материалоемкость перекрытий и расход металла на их армирование.

Такое выполнение перекрытий в сочетании с размещением над промежуточными поперечными несущими стенами поперечных брусьев со сквозной связевой арматурой, заанкеренной концами в продольных боковых железобетонных брусьях, позволяет не только реализовать эффективное распорное перекрытие, но и выполнять поперечные несущие стены дискретными в плане, освобождая в образовавшихся разрывах пространство для обеспечения свободной планировки помещений.

Выполнение вертикальных ребер жесткости наружных поперечных стен сквозными по всей высоте здания со сквозной вертикальной арматурой, размещенной по кромкам ребер жесткости, позволяет создать по торцам здания скрытые в наружных стенах контрфорсы, способные в равной мере по высоте здания воспринимать распорные усилия, передаваемые на них перекрытиями. И в сочетании с боковыми продольными брусами со сквозной продольной арматурой в составе дисков перекрытия они обеспечивают полное восприятие всех продольных распорных усилий, возникающих при изгибе перекрытия. В этом случае несущая система дома представляет собой единую эффективную пространственную распорную структуру с внутренне воспринятым распором. При этом распор в поперечном направлении здания воспринимает сквозная связевая арматура, размещенная в перекрытия над поперечными несущими стенами.

Выполнение продольных несущих стен поэтажно опертыми по слою раствора на диски перекрытий и устройство сопряжения стены каждого этажа поверху с верхним перекрытием посредством размещения по контакту упругой прокладки позволяет существенно уменьшить усилия, действующие в стене, исключить контактные напряжения в месте опирания стены на перекрытия и обеспечить герметичность наружной стены в местах сопряжения ее с дисками перекрытий. В целом это позволяет устроить легкую энергоэффективную наружную стену с высоким и однородным термическим сопротивлением при широком использовании как малопрочных местных поризованных материалов, так и легких ограждающих конструкций с эффективным утеплителем.

Выполнение продольных боковых и поперечных железобетонных брусьев заодно с диском перекрытия из монолитного железобетона и жесткое объединение диска перекрытия с поперечными несущими стенами позволяет в едином технологическом цикле создать жесткую пространственную структуру, обеспечивающую наиболее полное перераспределение усилий от действия всего комплекса вертикальных и горизонтальных нагрузок, в полной мере включив в работу на восприятие этих нагрузок как перекрытия, так и несущие стены, и благодаря этому минимизировать размеры сечения несущих конструкций и тем самым обеспечить на возведение здания минимальный расход основных строительных материалов.

Выполнение дисков перекрытий со сборными плитами перекрытия сплошного сечения обеспечивает высокоэффективную жесткую пространственную несущую структуру здания с применением сборно-монолитного железобетона, производимого домостроительными предприятиями.

Выполнение дисков перекрытия со сборными многопустотными плитами с открытыми по их торцам полостями в сочетании с монолитными железобетонными брусьями над несущими стенами, бетонными шпонками и плоскими арматурными каркасами, размещенными в межплитных швах поперек несущих стен, позволяет создать высокоэффективную жесткую пространственную несущую структуру здания с применением сборно-монолитного железобетона, производимого предприятиями стройиндустрии.

Выполнение наружных поперечных несущих стен дискретными с разрывами в плане, заполненными поэтажно опертой энергоэффективной кладкой или самонесущей многослойной ограждающей конструкцией, позволяет сократить объем наружного утепления наружных (торцевых) поперечных несущих стен, повысить тем самым эксплуатационную надежность стен здания, термическую их однородность, а также благодаря сокращению объема наружного утепления сократить стоимость устройства стен здания.

В целом все описанные признаки, представленные в формуле изобретения, отражают универсальную конструктивную систему многоэтажного здания. Все перечисленные признаки, как следует из представленного выше, определяют отличия предлагаемого многоэтажного здания от известных, позволяют решить поставленную в предлагаемом изобретении задачу, а также получить существенный эффект, выражающийся:
- (1) в надежности и универсальности конструктивного решения, обеспечивающего расширение архитектурных и планировочных возможностей;
- (2) в сокращении материало- и металлоемкости несущих конструкций, снижении трудовых и энергетических затрат при строительстве;
- (3) в снижении затрат на эксплуатацию за счет повышения эксплуатационной надежности и долговечности.

В целом предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны, поскольку достигаемые технические результаты по предложенному решению превосходят известные, а перечисленные выше признаки предлагаемого технического решения в приведенной сумме не известны и обеспечивают сверхсуммарный результат. Это дает возможность считать предлагаемое техническое решение соответствующим требованиям изобретательного уровня.

На фиг. 1 представлена несущая конструктивная система (структура) предлагаемого многоэтажного здания; на фиг.2 - предлагаемое здание, план плоского перекрытия, выполненного из сборно-монолитного железобетона; на фиг.3 - то же, план междуэтажного плоского перекрытия, выполненного из монолитного железобетона; на фиг.4 - то же, схема распорных усилий, возникающих в плоскости перекрытия от воздействия вертикальной полезной нагрузки; на фиг.5 - то же, схема передачи распора на поперечные несущие стены и деформации, разрез А-А на - фиг.4; на фиг.6 - то же, конструкция сопряжения сборно-монолитного перекрытия с поперечными несущими стенами, разрез А-А - на фиг.4; на фиг. 7 - то же, что на фиг.6, вид по Б-Б; на фиг.8 - то же, сопряжение продольной поэтажно опертой стены с перекрытием, разрез по В-В - на фиг.7; на фиг. 9 - предлагаемое здание, узел сопряжения сборно-монолитного перекрытия из многопустотных плит с поперечными несущими стенами (план); на фиг.10 - то же, что на фиг.9, разрез по Г-Г; на фиг.11 - предлагаемое здание, план размещения поперечных несущих и продольных поэтажно опертых стен.

Предлагаемое многоэтажное здание (фиг.1...11) включает пространственную несущую систему (фиг.1), образованную внутренними 1 и наружными 2 с боковыми вертикальными ребрами 3 поперечными несущими стенами, на которые оперты диски перекрытий 4. Поперечные несущие стены 1 могут являться и стенами 5 лестнично-лифтового узла. Диски перекрытий 4 могут быть выполнены с консолями 6, вынесенными за контуры плана поперечных несущих стен 1, 2, для размещения балконов, эркеров, лоджий и т. п. архитектурных деталей.

Диски перекрытий 4 могут быть образованы сборными железобетонными или ячеистобетонными плитами 7 сплошного сечения или многопустотными плитами 8 (фиг.2). В любом случае группы плит 7, 8, размещенные между поперечными несущими стенами, снабжены вдоль здания боковыми продольными железобетонными брусами 9 со сквозной продольной арматурой 10, заанкеренной по концам в наружных поперечных несущих стенах 2 или в их ребрах 3. В крайних пролетах между наружной 2 и ближайшей внутренней 1 поперечными несущими стенами в середине ячейки вдоль плит 7, 8 размещают дополнительную монолитную железобетонную затяжку 11, сквозная продольная арматура 12 которой должна быть заанкерена в поперечных монолитных брусьях 13. Сквозная продольная арматура 14 поперечных брусьев 13 должна быть, в свою очередь, заанкерена по концам в бетоне боковых продольных монолитных железобетонных брусьев. В случае ширококорпусного здания, когда его ширина в два и более раза превышает величину наибольшего шага поперечных стен, монолитную железобетонную затяжку 11 можно выполнять сквозной по всей длине перекрытия 4 здания.

При перекрытии из монолитного железобетона (фиг.3) диск перекрытия 4 выполнен заодно с продольными боковыми брусьями, содержащими рабочую сквозную арматуру 10, и поперечными брусьями над поперечными несущими стенами 1, 2, содержащими сквозную арматуру 14. Заполнение диска перекрытия в каждом пролете осуществляют с использованием нижней арматурной сетки 15. Для выноса дисков перекрытий с целью размещения балконов, эркеров могут быть устроены консоли 6, рабочее армирование которых выполняют на продолжении монолитных брусьев 9, 11, 14 или в плите 4 может быть размещена дополнительная рабочая арматура 16, способная в составе сечения плиты воспринимать нагрузки, приложенные к этим консолям.

Внутренние 1 и наружные 2 поперечные несущие стены могут быть выполнены из монолитного или сборного железобетона, из достаточно прочной кладки с использованием вибропрессованных бетонных блоков, высокопрочного керамического или силикатного кирпича. В несущих стенах могут выполняться скрытые монолитные железобетонные стойки, использующие кладку в качестве несъемной опалубки. При высоте здания до 5-ти этажей эти стены могут быть выполнены из ячеистобетонной кладки при перекрытиях с ячеистобетонными плитами. Наружные продольные стены 17 выполняют поэтажно опертыми однослойными, либо многослойными с наружным утеплением по фасаду.

Ребра жесткости 3 наружных поперечных несущих стен 2 снабжены сквозной на всю высоту здания арматурой 18, обеспечивающей работу ребер на изгиб в вертикальной плоскости и создание распора Н в перекрытии. Снаружи несущие стены 2 снабжены слоем утеплителя 19 и облицовкой наружной поверхности стены (не обозначена), обеспечивающей стыковку по фасадам несущих стен 2, ребер 3 с поэтажно опертыми наружными продольными стенами 17.

Сборные плиты 7, 8 могут быть по концам сопряжены с несущими стенами 1 и 2 посредством арматурных выпусков 20 из торцов плит 7, 8 и размещенных в бетоне поперечных монолитных брусьев 13. Крайние плиты 7, 8 примыкают наружной боковой стороной к продольному сквозному брусу 9, и в целом перекрытие сопряжено в этом месте с поэтажно опертой стеной 17 снизу посредством упругой прокладки 21, которая выполнена из того же утеплителя, что и дополнительный теплоизолирующий слой 22, размещаемый в стене 17 с наружной стороны бруса 9. Дополнительный слой 22 теплоизоляции снабжен облицовочным слоем 23 по фасаду здания. Между собой сборные плиты 7, 8 по боковым сторонам объединены межплитными швами 24. Арматурные выпуски 20 из торцов плит 7, 8 могут и не устраиваться, но в таком случае в межплитных швах 24 поперек несущих стен 1, 2 в зонах отрицательных моментов размещают плоские арматурные каркасы 25 с поперечной и верхней рабочей арматурой (не обозначены).

Наружные несущие стены 2 могут быть выполнены дискретными с разрывами в плане (фиг.11, 12), причем вертикальные ребра жесткости могут быть выполнены уголкового профиля 26 с наружным утеплением 19 и размещением их по углам здания. В разрывах несущих стен 2 по торцам здания между уголковыми ребрами жесткости 26 могут быть размещены поэтажно опертые стены 17. В целом в предлагаемом многоэтажном здании несущая система представлена поперечными несущими стенами 1, 2 с дискретными разрывами в плане и плоскими дисками 4 перекрытий. Наружные стены 17 и перегородки (не показаны) выполнены поэтажно опертыми. В целом это обеспечивает универсальные и достаточно свободные объемно-планировочные решения.

В предложенном многоэтажном здании все приложенные к нему нагрузки и силовые воздействия воспринимает несущий остов, наружные поэтажно опертые стены воспринимают усилия и воздействия, приложенные к ним в пределах только одного этажа, и обеспечивают наиболее эффективную тепловую защиту.

Предлагаемое многоэтажное здание возводят в следующей последовательности. По полу подвала или на возведенном перекрытии устраивают поперечные несущие стены 1,2, наращивают выпуски сквозной арматуры 18 вертикальных ребер жесткости 3. Одновременно под возводимым перекрытием размещают опорную монтажно-технологическую оснастку с требуемой опалубкой, возводят продольные поэтажно опертые стены 17. Затем на монтажно-технологической оснастке устаивают диск перекрытия так, чтобы в качестве опалубки боковых кромок перекрытий или продольных монолитных брусьев 9 служил верх поэтажно опертых стен, поперечные брусы 13 бетонируют непосредственно над верхом поперечных несущих стен 1, 2. После набора монолитным бетоном устраиваемого перекрытия требуемой прочности, монтажно-технологическую оснастку извлекают из-под готового перекрытия и перемещают на его верх для возведения следующего этажа и цикл повторяется до устройства кровли здания.

В целом предлагаемое многоэтажное здание благодаря рассмотренным выше признакам отличается наиболее совершенной конструкцией, является универсальным и позволяет в наиболее полной мере использовать местную производственную базу, может возводиться с применением широкой и многообразной номенклатуры строительных материалов и изделий. В сочетании с невысокой материалоемкостью это позволяет существенно снизить стоимость строительства.

Предложенное техническое решение будет освоено при строительстве зданий массового жилья высотой до 9-10 этажей.

Источники информации
1. Патент Российской Федерации 2121548. Многоэтажное здание - сотовый монолит. МПК⁶ Е 04 В 1/16,1/20, 1/348, БИ 31,1998.

2. Авторское свидетельство СССР 1735547. Многоэтажное здание. МПК⁵ Е 04 Н 1/00, БИ 19, 1992. Опубл. 23.05.92.

3. Авторское свидетельство СССР 1514885. Многоэтажное крупнопанельное здание. МКИ⁴ Е 04 В 1/02, БИ 38, 1989. Опубл. 15.10.89 (прототип).

Изобретение относится к гражданскому строительству, в частности к многоэтажным жилым и общественным зданиям, выполняемым с поперечными несущими стенами. Технический результат изобретения заключается в сокращении материалоемкости и энергопотребления на возведение здания. Многоэтажное здание включает пространственную систему, образованную внутренними и наружными с боковыми вертикальными ребрами поперечными несущими стенами, на которые оперты неразрезные сборно-монолитные или монолитные диски перекрытий. Перекрытия снабжены в их плоскости вдоль боковых сторон продольными железобетонными брусами со сквозной продольной арматурой на всю длину здания и заанкеренной по концам в наружных поперечных несущих стенах или в их ребрах. Над средними несущими поперечными стенами в дисках перекрытий на всю ширину здания размещены поперечные монолитные железобетонные брусья со сквозной связевой арматурой, заанкеренной концами в продольных боковых железобетонных брусьях. Продольные наружные стены выполнены поэтажно опертыми по слою раствора на диски перекрытий и поверху в месте сопряжения с верхним перекрытием снабжены упругой прокладкой. Перегородки на каждом этаже выполнены поэтажно опертыми на перекрытия. 4 з.п.ф-лы, 12 ил.

1. Многоэтажное здание, включающее несущие поперечные стены на всю его ширину с расположенными у боковых торцов поперечных стен вертикальными ребрами жесткости и с наружным утеплением наружных поперечных стен, продольные стены и плиты перекрытия, отличающееся тем, что плиты каждого перекрытия объединены в плоские сквозные на всю длину и ширину здания диски, снабжены в их плоскости вдоль боковых сторон продольными железобетонными брусами со сквозной продольной арматурой на всю длину здания и заанкеренной по концам в наружных поперечных несущих стенах или в их вертикальных боковых ребрах, над средними несущими поперечными стенами в дисках перекрытий на всю ширину здания размещены поперечные монолитные железобетонные брусья со сквозной связевой арматурой, заанкеренной концами в продольных боковых железобетонных брусьях, средние поперечные несущие стены выполнены в плане дискретными с разрывами, вертикальные ребра жесткости наружных поперечных стен выполнены сквозными по всей высоте здания и снабжены по их краям сквозной вертикальной рабочей арматурой, а продольные наружные стены выполнены поэтажно опертыми по слою раствора на диски перекрытий и поверху в месте сопряжения с верхним перекрытием снабжены упругой прокладкой. 2. Многоэтажное здание по п. 1, отличающееся тем, что продольные боковые и поперечные железобетонные брусья каждого диска перекрытия выполнены заодно с плитой перекрытия из монолитного железобетона и диски перекрытия объединены с поперечными несущими стенами. 3. Многоэтажное здание по п. 1, отличающееся тем, что диски перекрытий образованы сборными плитами сплошного сечения, объединенными между собой по боковым сторонам межплитными швами, а по торцам плиты объединены в опорных узлах посредством арматурных выпусков из их торцов и размещенных в бетоне поперечных монолитных железобетонных брусьев, выполненных над поперечными несущими стенами. 4. Многоэтажное здание по п. 1, отличающееся тем, что диски перекрытий образованы сборными многопустотными плитами с открытыми по торцам полостями, в которых размещены бетонные шпонки монолитного железобетонного бруса, выполненного над каждой поперечной несущей стеной, а в межплитных швах у концов многопустотных плит поперек каждого поперечного бруса размещены плоские арматурные каркасы с верхней рабочей арматурой. 5. Многоэтажное здание по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что наружные поперечные несущие стены выполнены дискретными с разрывами в плане, снабжены по углам здания вертикальными ребрами жесткости уголкового профиля, а в разрывах стен между уголковыми ребрами жесткости выполнено поэтажно опертое их заполнение.