Железобетонные каркасы предназначены для строительства малоэтажных и многоэтажных гражданских (в том числе жилых) и промышленных зданий с нормативными нагрузками на 1 м 2 перекрытия от 3 до 30 кПа. Величина нагрузки зависит от пролета ригеля, шага колонн, плит перекрытий, способа строительства, конструктивных особенностей каркасов.
Железобетонные каркасы подразделяются:
По способу обеспечения пространственной жесткости на конструктивно-статические типы: рамные, связевые, рамно-связевые;
По технологии возведения: сборные, монолитные, сборно-монолитные;
По типу горизонтальных несущих конструкций: с балочными перекрытиями, безригельные, с перекрытиями по фермам (в том числе высотой в этаж).
В основе проектирования сборных каркасных зданий лежат унифицированные конструктивные решения, предусмотренные каталогами индустриальных серийных изделий (например, серии 1.020.1-2с/89, ТК1-2). Такая практика принята в России и других странах. Некоторые серии являются межвидовыми - для применения в гражданском и промышленном строительстве. Унификация осуществляется на основе методики открытой системы типизации и базируется на типизированных габаритных схемах геометрических параметров зданий.
В результате унификации определились следующие основные параметры каркасных зданий и их железобетонных элементов:
Высоты типовых этажей: 3,0; 3,3; 3,6; 4,2; 5,4; 6,0; 7,2 м;
Высоты первого повышенного этажа: 4,2 (при высоте типового этажа 3,3 м); 4,8 (3,6); 6,0 (4,8); 7,2 (6,0) м;
Высоты подвальных этажей: 3,2; 3,4; 3,7; 4,0; 4,6 м;
Высота технического этажа 2,4 м;
Высота технического подполья 2,0 м;
Высоты верхних зальных этажей: 4,2; 4,8; 5,4; 6,0; 7,0; 8,0 м;
Сечение колонн 400х400 мм;
Высота колонн: на 1, 2 и 3 этажа;
Ригели сборные и сборно-монолитные высотой сечения 450, 600 и 900 мм с жестким или шарнирным соединением с колонной;
Плиты перекрытий: многопустотные (высота 220 мм); ребристые (300 и 400 мм); ребристые типа «ТТ» и «Т» (600 мм);
Размещение лестничных клеток в модульных ячейках колонн размерами 3,0х(6,0; 6,6; 7,2) м; 2,4х(4,8; 5,4; 6,0; 6,6) м.
Элементы сборных каркасов . Большое значение при массовом строительстве каркасных зданий имеют способы членения несущих конструкций на сборные элементы (рис. 12.43). От системы членения во многом зависят: технологичность строительства, стоимость изготовления элементов на заводе и монтажа на строительной площадке, эксплуатационные свойства соединений и надежность всего здания.
Рис. 12.43. Способы членения железобетонных каркасов на сборные элементы: а - двухэтажные колонны и однопролетные ригели; б - одноэтажные колонны и однопролетные ригели; в - Г- и Т-образные колонны и ригели-вставки; г - Т-образные элементы; д - Н-образ- ные рамы; е - то же, с наружными консолями; ж - П-образные рамы и ригели-вставки; з - двухэтажные рамы и ригели-вставки; и, к - крестообразные элементы; л - П-образные элементы; м - то же, с внутренними консолями; н - Г- и Т-образные элементы; о - Ж-образные элементы; п, р - двухпролетные рамы
При разработке железобетонных каркасов стремятся к укрупнению изделий, сокращению количества и упрощению стыков, повышению заводской готовности конструкций.
Наибольшее распространение имеет разрезка каркаса на линейные элементы - двухэтажные колонны и однопролетные ригели (рис. 12.43 а). Многие варианты с Г-, Н-, П-, Ж-образными элементами находят ограниченное применение из-за сложности изготовления, монтажа, перевозки, хотя и имеют преимущество в сниженном количестве стыков.
Железобетонные колонны подразделяют:
По местоположению - рядовые, фасадные, торцевые, угловые, связевые и др.;
По этажности - одно-, двух-, трех- и четырехэтажные;
По несущей способности (например, 2000, 3000, 4000, 5000 кН);
По форме поперечного сечения - квадратные, прямоугольные и др.;
По типу стыка колонн между собой (рис. 12.49) - безметальные, с плоскими металлическими торцами, с центрирующими прокладками, с выпусками свариваемой арматуры при монтаже;
По условиям опирания ригелей - колонны с консолями (рис. 12.44), бесконсольные (рис. 12.45);
По классу бетона (например, В15; В25; В30; В45);
По способу армирования ствола колонны (рис. 12.46): с периферийным армированием, с центральным армированием, со спиральной арматурой, с металлическими сердечниками, с комбинированным армированием.
Рис. 12.44. Колонны с консолями для опирания ригелей: а, в - со скрытыми консолями; б - с трапециевидными консолями; г - с четырехсторонними консолями; д - с квадратной капителью; е - с консольным оголовком; ж, з - со стальными консолями
Рис. 12.45. Бесконсольные колонны: а - с цилиндрическими каналами сверху и снизу; б - с обнаженной арматурой в уровне перекрытия; в - с верхними выпусками арматуры; г - с горизонтальными арматурными выпусками для соединения с ригелями; д - с вилкообразным оголовком; е - с плечиками для опирания ригелей
Рис. 12.46. Варианты армирования колонн. Периферийное армирование под нагрузки, кН: а - 2000; б - 3000; в - 5000. Смешанное армирование под нагрузки, кН: г - 9000; д - 12000; е - 15000; ж - 9000; з - 12000; и - 15000
Рис. 12.49. Стыки колонн: а - контактный; б - плоский со стальными опорными пластинами; в - со сваркой продольной арматуры; г - со сваркой стальных оголовников; д, е - болтовые; ж, з - на полимеррастворах; 1 - фиксирующий стержень; 2 - цементно-песчаный раствор; 3 - сетка косвенного армирования; 4 - продольная арматура колонны; 5 - стальная пластина; 6 - сварка; 7 - центрирующий бетонный выступ; 8 - стыковая ниша; 9 - стальной оголовник; 10 - накладка на сварке; 11 - болт; 12 - гнездо; 13 - полимерраствор; 14 - отверстие в колонне; 15 - центрирующая прокладка
Армирование ствола колонн производят арматурными стержнями диаметром от 12 до 40 мм из стали А-II и A-III (A-IV, A-V), что позволяет добиться эффективной градации их несущей способности. Продольная и поперечная арматура (хомуты), сетки косвенного армирования и закладные детали объединяются в единый пространственный арматурный каркас (рис. 12.46).
По экономическим соображениям и условиям унификации элементов несущую способность колонн рекомендуется увеличивать путем повышения классов бетона и арматуры, а не за счет увеличения размеров поперечного сечения колонн.
При значительных усилиях в колоннах и ограниченных (по условиям унификации) размерах их поперечного сечения колонны изготавливают с металлическими сердечниками, в качестве которых применяют полосы (пакет полос), наборное сечение из уголковой стали - «капуста», а также пучки свариваемой арматуры (рис. 12.47).
Рис. 12.47. Сборные железобетонные колонны с металлическими сердечниками: а - общий вид колонны; б - типы сечений стальных сердечников; в - стык колонны; г - деталь опирания на фундамент; 1 - выпуски арматурных стержней; 2 - стальные закладные детали; 3 - колонна; 4 - стальной сердечник; 5 - слябы; 6 - полосы толщиной до 60 мм; 7 - уголки; 8 - сварной шов; 9 - стяжной болт; 10 - стальная опорная плита; 11 - анкер
Рис. 12.48. Армирование консолей колонн: а - армирование с жесткими листами, привариваемыми к арматуре; б - комбинированного типа без соединения с продольной арматурой колонн; 1 - арматурный каркас колонны; 2 - металлоконструкция консоли; 3 - стальной лист, приваренный к продольной арматуре колонн; 4 - комбинированная конструкция консоли
Стыки колонн (рис. 12.49) подразделяют:
Олитные, сборно-монолитные, со сваркой продольной арматуры и без сварки;
По форме: плоские, сферические, с подрезкой бетона в зоне стыка;
По усилению зоны стыка: металлические, безметальные.
Опирание колонны на фундамент осуществляется обычно через сборный железобетонный башмак (рис. 12.50 а). В узле такого типа передача усилий происходит через прочный растворный шов, который, будучи заключенным в обойму, работает на смятие.
Рис. 12.50. Опирание железобетонных колони на фундамент: а - через башмак стаканного типа; б - через пирамидальный подколонник; 1 - колонна; 2 - башмак; 3 - подколонник; 4 - фундамент; 5 - бетон; 6 - выпуски арматуры
Другой тип опирания (рис. 12.50 б) с использованием подколонников пирамидального вида обеспечивает унификацию всех узловых соединений, простоту изготовления подколонника и более простые приемы достижения необходимой точности монтажа.
Железобетонные ригели различают:
По местоположению в несущей системе: рядовые, фасадные, торцовые, лестничные, коридорные;
По несущей способности (в кН/м) ригеля (например, 72, 110, 145);
По пролету: однопролетные, двухпролетные, консольные;
По форме поперечного сечения: прямоугольные, тавровые с полкой понизу, тавровые с полкой поверху, двутавровые, П-образные, спаренные, двухветвевые и др. (рис. 12.51 и 12.52);
По типу стыка с колонной: с подрезкой на опоре, с выпусками продольной арматуры, с вертикальными отверстиями, с гнездами и т.п.;
По способу производства: предварительное напряжение с механическим натяжением арматуры, с электротермическим способом натяжения арматуры и т.д.
Рис. 12.51. Ригели с опиранием на консоли колонн: а - с подрезкой на опоре; б - с подрезкой и горизонтальными проемами; в - с подрезкой и гнездами для опирания второстепенных балок; г - с зауженными опорными концами; д - с подрезкой на опоре и полками для опирания плит; е - с подрезкой и петлевыми выпусками поперечной арматуры; ж - с выпусками верхней продольной арматуры; з - то же, с полками; и - с выпусками поперечной арматуры; к - с верхними гнездами и отверстиями для установки болтов; л - двутаврового сечения с отверстиями для болтов; м - с гнездами для скрытых консолей колонн; н - спаренный; о - то же, трапециевидного сечения; п - спаренный из Г-образных элементов; р - двухветвевой
Рис. 12.52. Ригели бесконсольного опирания на колонны: а - с петлевыми выпусками продольной арматуры в трапециевидных гнездах; б - с полуцилиндрическими вертикальными гнездами; в - с вертикальными отверстиями; г - П-образного сечения; д - с полками и выпусками продольной арматуры; е - с выпусками продольной арматуры; ж - с выпусками продольной арматуры в гнездах и петлевыми выпусками поперечной арматуры^ - таврового сечения с выпусками продольной арматуры; и - с выпусками продольной и поперечной арматуры
Ригели каркасов часто имеют Т-образную форму поперечного сечения с полками понизу для опирания на них плит перекрытий. Такая форма ригеля позволяет уменьшить на толщину плиты перекрытия размер выступающей в интерьер части ригеля и тем самым снизить высоту этажей здания. Ригели в опорной части имеют подрезки, соответствующие размеру консоли колонн, в результате чего сопряжение ригеля с колонной осуществляется без выступающих в интерьер консолей или их частей (имитация рамного узла). Ширина ригелей понизу обычно равна ширине колонн.
Ригели изготавливают из бетона классов В25, В30 и В40 и армируют пространственными каркасами, в которые входят плоские каркасы, сетки и закладные детали, объединенные с помощью сварки.
Диафрагмы жесткости в системе сборного каркаса формируются из сборных железобетонных элементов (основное решение), а также выполняются из монолитного железобетона в виде замкнутых ядер жесткости (рис. 12.54 а) и решетчатых металлических конструкций (рис. 12.56).
Рис. 12.54. Варианты формирования диафрагм жесткости: а - замкнутых профилей; б - открытых; в - плоских
Рис. 12.56. Металлические связи сборного железобетонного унифицированного каркаса: а - полураскосные; б - портальные; 1 - сборные железобетонные колонны; 2 - связи; 3 - элемент для крепления связей к колоннам; 4 - закладные детали
Сборные элементы диафрагм жесткости подразделяют:
По виду поперечного сечения верхней части: консольные (одно- и двухконсольные), бесконсольные;
По типу горизонтального стыка диафрагм: с закладными деталями в горизонтальном шве, со шпонками, с безметальным контактным стыком;
По наличию дверных проемов: проемные, беспроемные (глухие), Г-образные (флажок).
Как правило, диафрагмы жесткости - панели высотой на один этаж толщиной 140, 160, 180 мм.
Панели диафрагм жесткости устанавливают в пролетах от колонны до колонны и рассчитывают на совместную с ними работу. В плане панели всегда устанавливают по координационным осям, а по вертикали - таким образом, чтобы швы панелей совпадали с отметкой верха перекрытий. Между собой и с колоннами в вертикальных швах панели связываются в монтажных узлах сварными соединениями, обеспечивающими передачу вертикальных сдвигающих усилий. Передачу горизонтальных сдвигающих усилий обеспечивают монолитные шпоночные соединения панелей в горизонтальных швах (рис. 12.55). Все зазоры в стыках и примыканиях панелей к колоннам и плитам перекрытий зачеканивают цементным раствором и бетоном.
Рис. 12.55. Примеры компоновки диафрагм жесткости в каркасных зданиях
Общая устойчивость здания обеспечивается совместной работой горизонтальных дисков перекрытий и вертикальных диафрагм жесткости. Для этого необходимо устройство как минимум трех плоских диафрагм жесткости с горизонтальными осями, не пересекающимися в одной точке, т.е. в каждом температурном блоке здания необходимы две диафрагмы одного направления и одна - другого.
Для увеличения жесткости связевых систем рекомендуется объединять плоские диафрагмы жесткости в пространственные (рис. 12.54).
Диафрагмы жесткости следует распределять равномерно по плану здания (рис. 12.55).
В отдельных случаях, например при сложной конфигурации, диафрагмы жесткости выполняются в монолитном железобетоне. При этом, если монтаж основных несущих конструкций здания опережает производство работ по возведению монолитных диафрагм, то в местах их установки иногда устраивают металлические связи, служащие в последующем арматурой монолитных диафрагм.
В ряде случаев и, в частности, в производственных зданиях, в связи с требованиями технологии постановка сборных панелей невозможна или связана с потерями производственно-функционального характера. В этих случаях допускается устройство металлических связей (диафрагм жесткости) полураскосного или портального типа (рис. 12.56).
Сопряжения ригелей с колоннами . В зависимости от типа каркаса, назначения, разрезки на элементы и способов их сопряжения стыки элементов воспринимают различные усилия сжатия, растяжения, изгиба или среза, раздельно или в их сочетании друг с другом.
В сборных и сборно-монолитных каркасах сопряжение ригеля с колонной (рис. 12.57-12.61) может осуществляться шарнирно или жестко, на сварке или на болтах, с опиранием на консоли колонн или без консолей.
Рис. 12.57. Сварные сопряжения ригеля с колонной: а - шарнирное со скрытой консолью; б - жесткое с открытой консолью; в - опирание ригеля на стальной башмак; 1 - скрытая опорная консоль колонны; 2 - открытая консоль; 3 - стальной опорный башмак; 4 - закладная деталь консоли колонны; 5 - закладная деталь ствола колонны; 6 - закладная деталь ригеля; 7 - соединительная пластина; 8 - сварка; 9 - ванная сварка; 10 - выпуск арматуры колонны; 11 - выпуск арматуры ригеля; 12 - верхняя арматура ригеля; 13 - нижняя арматура ригеля; 14 - стальная обойма опорной части ригеля; 15 - бетон замоноличивания
Рис. 12.58. Болтовые сопряжения ригеля с колонной: а - в уровне верха ригеля; б - по оси ригеля; 1 - консоль колонны; 2 - гнездо; 3 - отверстие (канал); 4 - соединительные тяги (высокопрочные болты); 5 - сварка стальных листов; 6 - резиновое кольцо
Рис. 12.59. Сопряжение ригеля с колонной с помощью консольного оголовка:
1 - колонна; 2 - консольный оголовок; 3 - ригель; 4 - арматурный выпуск колонны; 5 - арматурный выпуск оголовка; 6 - плита перекрытия; 7 - цементно-песчаный раствор
Рис. 12.60. Бесконсольные сопряжения ригеля с колонной с замоноличиванием: а - по нормальным хомутам; б - по наклонным хомутам; в - с наклонными раскосами; 1 - арматурный выпуск ригеля; 2 - арматурный выпуск колонны; 3 - сварка ванная; 4 - хомут; 5 – вут колонны; 6 - раскос; 7 - уголковый выпуск из колонны; 8 - бетон замоноличивания
Рис. 12.61. Бесконсольные сопряжения ригеля с колонной (плат- форменно-штепсельные стыки колонн): а - с помощью стального трубчатого стержня; б - с помощью арматурных выпусков колонны; 1 - стальной трубчатый стержень; 2 - выпуски продольной арматуры колонны; 3 - гнездо в нижней части колонны; 4 - отверстие для инъецирования полимерра- створа; 5 - ниша для прокладки вертикальных коммуникаций; 6 - канал для прокладки горизонтальных коммуникаций; 7 - сквозное отверстие в ригеле
Шарнирные сопряжения ригелей с колоннами (например, рис. 12.57 а) применяются при связевом типе каркаса. Ригель опирают на выступающие из колонн короткие железобетонные или стальные консоли, располагаемые под ригелем либо в подрезках ригеля (скрытые консоли). Стыки рассчитываются как свободно лежащие балки на консолях.
Широкое распространение получили жесткие стыки с открытыми железобетонными консолями (рис. 12.57 б). По верху консоли закреплен стальной лист. По концам ригелей также предусмотрены опорные стальные листы. При установке ригелей на консоли эти листы соединяются между собой фланговыми швами дуговой электросваркой. Концы верхней арматуры ригелей выступают из бетона и соединяются с горизонтальными концами арматуры, выступающими из колонны. Соединение стержней осуществляется полуавтоматической сваркой в медных формах с заплавлением зазора между торцами арматуры. Швы между торцами ригелей и колоннами и зона сварки верхней арматуры заполняются бетоном. Такой стык является жестким соединением. Каркас из сборных элементов таким образом становится рамной конструкцией.
В зарубежной практике часто применяются болтовые стыки ригелей с колоннами с опиранием концов ригелей на консоли колонн (рис. 12.58). Ригели между собой соединяются через колонну соединительными тягами (средний узел) или высокопрочными болтами (крайний узел). Анкерные приспособления для концов ригелей располагаются в специальных гнездах и способны передавать значительные вертикальные и горизонтальные нагрузки. В случае расположения соединительных тяг в верхней части ригеля передается также и достаточно большой изгибающий момент.
Довольно часто применяются бесконсольные сопряжения ригеля с колонной, монтируемые на строительной площадке с установкой нормальных (рис. 12.60 а) и наклонных (рис. 12.60 б) хомутов с замоноличиванием бетоном зоны у грани колонны. Сварка выпусков стержней из колонны и ригелей после расстановки хомутов осуществляется в полуцилиндрических подкладках. Такое сопряжение передает значительные горизонтальные силы и достаточно большие изгибающие моменты.
Российскими специалистами разработана конструкция бесконсольного сопряжения ригеля с колонной с применением сварных деталей в виде раскосных стержней (рис. 12.60 в). Конструкция еще до замоноличивания получает значительную жесткость и может воспринимать необходимые монтажные усилия без временных опор.
Конструкции каркаса серии 1.020.1-2с/89 предназначены для применения в строительстве общественных и производственных зданий со следующими объемно-планировочными параметрами (рис. 12.62; табл. 12.1):
Высота этажа: 3,3; 3,6; 4,2; 4,8; 5,4; 6,0; 7,2 м;
Шаг колонн в направлении ригелей (поперек здания) и направлении плит перекрытий (вдоль здания): 3,0; 6,0; 7,2; 9,0 м;
Этажность: 1-16 этажей;
Расчетная нагрузка на перекрытие (без учета собственного веса плит): от 4 до 21 кН.
Рис. 12.62. Схемы каркасов серии 1.020.1-2с.
Разрезы: а - зального помещения; б - двухэтажных зданий; в - многоэтажного здания. Конструктивно-статические схемы: г - рамная в поперечном и продольном направлении; д - рамная в поперечном и неполная рамная в продольном; е - рамно-связевая; ж - рамно-связевая в поперечном направлении; з - рамно-связевая в продольном, и - план расположения элементов каркаса
Таблица 12.1. Объемно-планировочные параметры каркасов серии 1.020.1 -2с/89
В конструкциях серии предусмотрена возможность устройства зальных помещений с расположением залов на втором этаже двухэтажных зданий, а также отдельно стоящих залов (рис. 12.62 а, б).
Конструкции серии запроектированы для применения в рамных и рамно-связевых схемах несущих каркасов зданий. Применяются следующие конструктивные схемы:
Рамная в поперечном и продольном направлениях (рис. 12.62 г);
Рамная схема в поперечном и неполная рамная в продольном направлении (рис. 12.62 д);
Рамно-связевая схема с применением диафрагм жесткости в поперечном и продольном направлениях (рис. 12.62 е);
Рамно-связевая в одном из направлений (рис. 12.62 ж, з);
Возможные комбинации вышеперечисленных схем.
Колонны запроектированы единого сечения 400х400 мм для зданий от 1 до 16 этажей. В местах примыкания поперечных и продольных ригелей колонны снабжены выпусками арматуры в верхней зоне и уголковыми стальными консолями в нижней зоне узла, предназначенными для соединения на сварке с соответствующими выпусками из ригелей в жестком рамном узле. Уголковые выпуски одновременно служат и монтажными столиками для удобства установки ригелей без применения монтажных приспособлений.
Согласно ориентации колонн в плане здания они подразделяются на колонны (рис. 12.63), устанавливаемые:
По внутренним и наружным осям с жесткими рамными узлами в поперечном направлении (тип 1К);
По внутренним осям с жесткими рамными узлами в поперечном и продольном направлениях; по наружным осям в местах примыкания консольных ригелей балконов (2К);
По наружным поперечным осям с жесткими рамными узлами; по внутренним осям у лестничных клеток и температурных швов (3К);
По наружным продольным осям с жесткими узлами (4К);
В углах здания (температурного блока) (5К, 5Кн).
Рис. 12.63. Колонны каркаса серии 1.020.1-2с: а - типы колонн по ориентации в плане; б - колонна одноэтажная средняя (типа 2КС); в - сварной стык колонн; г - сечение колонны
По расположению по высоте здания колонны подразделяются на нижние, средние, верхние и бесстыковые - на всю высоту здания (от 1 до 3 этажей).
Горизонтальными элементами рам каркаса являются ригели поперечного и продольного направлений. Несущие вертикальную нагрузку ригели разработаны с полками для опирания плит перекрытий двух типов: многопустотных плит высотой 220 мм и ребристых - 300 мм.
Верхняя зона ригелей законструирована с обнаженной поперечной арматурой по всей длине элемента или на приопорных участках. При монтаже в оголенной верхней зоне устанавливается продольная рабочая арматура, стыкуемая с соответствующими выпусками арматур из колонн в количестве 2 или 4 штук на ванной сварке.
По характеру работы и расположению в схеме здания ригели (рис. 12.64) подразделяются на типы:
2Р - для двухстороннего опирания плит, в том числе и лестничного марша;
2PЛ - для двухстороннего опирания плит, в том числе и лестничной балки БЛ;
1Р - торцевые для одностороннего опирания плит, в том числе и лестничного марша;
1РЛ - торцевые для одностороннего опирания плит и лестничной балки БЛ;
1РП - продольные для одностороннего опирания плит и лестничного марша;
1РПЛ - продольные для одностороннего опирания плит и лестничной балки БЛ;
РП - бесполочные, устанавливаемые по продольным наружным и внутренним осям здания;
1Р6.2.26 - для одностороннего опирания лестничных маршей (промежуточных площадок) в пролете 3 м;
Р6.2.53 - для опирания плит типа П, плит-оболочек типа КЖС пролетом 18 м и ребристых плит 3 х 12 м, устанавливаемых в покрытиях зальных помещений;
РК, РКП - консольные для устройства балконов вылетом 1,2 и 1,8 м;
Б - окаймляющие балки балконов;
БЛ - лестничные балки для устройства лестничной клетки в пролетах 7,2 и 9 м.
Рис. 12.64. Ригели каркаса серии 1.020.1-2с: а - типы ригелей; б - конструктивное решение ригеля 2Р 4.53; в - сопряжение ригеля с колонной; 1 - выпуски продольной рабочей арматуры; 2 - вставной стержень на сварке; 3 - мелкозернистый бетон
Диафрагмы жесткости (рис. 12.65) предназначены для строительства зданий при высоте типовых этажей 3,3; 3,6 и 4,2 м, а также техподполья высотой 2,0 м. Панели диафрагм устанавливаются в пролетах рам (в осях) 6,0 и 7,2 м как по поперечным, так и по продольным осям.
Рис. 12.65. Диафрагмы жесткости каркаса серии 1.020.1-2с: а - вид диафрагмы жесткости; б - крепление диафрагмы жесткости к колонне; в - сопряжение диафрагм жесткости в зоне примыкания к колонне; 1 - выпуски вертикальной арматуры; 2 - выпуски продольной арматуры; 3 - петлевые выпуски; 4 - закладная деталь для соединения с колонной; 5 - армирование панели; 6 - диафрагма жесткости; 7 - стальной стержень; 8 - колонна
Диафрагмы жесткости представляют собой Т- и Г- образные железобетонные панели со стенками толщиной 160 мм и полками шириной 550 и 480 мм соответственно. Г-образные панели устанавливаются в лестничных клетках вдоль лестничных маршей.
Диафрагмы жесткости, соединенные с колоннами каркаса и между собой (рис. 12.65 б, в), образуют вертикальные элементы жесткости рамно-связевых систем каркаса, воспринимающие усилия от вертикальных и горизонтальных нагрузок. Под диафрагмы устанавливаются монолитные фундаменты по проекту. Панели диафрагм стыкуются с фундаментом аналогично стыку диафрагм между собой.
Унифицированный каркас серии ТК1-2 (территориальный каталог для строительства в Москве) предназначен для строительства гражданских и промышленных многоэтажных зданий. Габариты легкого (рис. 12.66) и тяжелого (рис. 12.67) каркасов основаны на укрупненном модуле 6М (600 мм) в плане и 3М и 6М - по вертикали. Ряд предпочтительных координационных размеров составляет:
Высоты этажей: 3,0; 3,3; 4,2; 4,8; 6,0 м;
Пролеты ригелей: 1,8-9,0 (через 0,6) и 12,0 м;
Пролеты плит перекрытий: 3,0; 5,4; 6,0; 6,6; 7,2 и
Ризалиты: 1,2; 1,8; 2,4 и 3,0 м.
Рис. 12.66. Компоновочная схема легкого каркаса (по серии TK1-2) с консольными свесами: КР - колонна рядовая; КВР - колонна верхняя рядовая; КК - колонна под консольный ригель; Р - ригель: РК - ригель консольный. Размеры: а - 6000; 9000; б - 1800-9000 через 600; в - 1550; 2150; 2750; г - 2400; 3000; 3300; 3600; 4200; 4800; 6000; 7200; д - 3000; 3300; 3600; 4200; 4800; 6000; е - 3300; 3600; 4200; 6000
Рис. 12.67. Компоновочная схема тяжелого каркаса (по серии ТК1-2) с размерами: а - 6000; 9000; б - 3000; 6000; 9000; 12000; в - 2750; г - 3300; 3600; 4200; 4800; 6000; 6600; д - 3000; 3300; 3600; 4200; 4800; 6000; е - 2400; 3000; 3300; 3600; 4200
Компоновка несущих железобетонных элементов здания основывается на связевой схеме, где пространственная жесткость обеспечивается совместной работой взаимосвязанных вертикальных (стен-диафрагм) и горизонтальных (перекрытий) жестких дисков. Каркас может компоноваться с продольным, поперечным и комбинированным расположением ригелей.
Колонны с консолями имеют единое сечение 400х400 мм, их несущая способность варьируется изменением класса бетона и процентом армирования, а при больших нагрузках - переходом к жесткой арматуре (из стальных профилей). Колонны имеют одно- или двухэтажную разрезку по высоте здания с расположением стыка между собой на высоте 0,7 м от верха плиты перекрытия.
Номенклатура включает колонны рядовые, фасадные и лоджий. Рядовые колонны устанавливаются по внутренним осям здания, имеют две консоли для опирания ригелей. Фасадные колонны размещают по наружным осям и имеют две различные консоли (одну для опирания ригеля, другую - пристенной плиты перекрытия). Колонны лоджий и балконов, устанавливаемые по фасадной оси, могут иметь наружную консоль с увеличенным вылетом 1,1 или 1,8 м для опирания плит балконов или лоджий.
Ригели преимущественно имеют тавровое сечение. В соответствии с расположением в плане здания различают следующие типы ригелей:
Рядовые пролетом от 3 до 12 м таврового сечения высотой 450, 600 и 900 мм;
Фасадные пролетом от 1,8 до 9,0 м (через 0,6 м) Z-образного сечения шириной 690 мм и высотой 480 мм;
Коридорные пролетом от 1,8 до 3,6 м таврового сечения высотой 300 мм;
Лестничные (для опирания лестничных маршей) пролетом 6,0; 6,6 и 7,2 м с уголковым профилем сечения;
Консольные (для образования свесов) таврового сечения высотой 600 и 900 мм.
Ригели соединяются с колонной узлом со скрытой железобетонной консолью (см. рис. 12.57а) при помощи сварки закладных элементов.
Панели стен жесткости (диафрагмы) одноэтажные железобетонные толщиной 180 мм, плоские с одно- или двухсторонними полками для опирания плит перекрытий. По вертикальным граням диафрагмы жесткости соединяют с колоннами или между собой не менее чем в двух местах по высоте этажа стальными сварными связями по закладным деталям.
В практике строительства Германии наиболее совершенной полносборной каркасной конструктивной системой является серия железобетонных конструкций КВМ (рис. 12.68), предназначенная для строительства массовых общественных, а также производственных и вспомогательных зданий. Каркас КВМ решен по связевой схеме с шарнирным опиранием ригелей на колонны, горизонтальными диафрагмами жесткости из дисков перекрытий и вертикальными панельными стенами жесткости или монолитными ядрами жесткости.
Рис. 12.68. Каркасное здание системы КВМ (Германия): а - основные элементы здания; 6 - одноригельное решение узла каркаса; в - двухригельное; 1 - фундамент стаканного типа под колонну; 2 - ленточный монолитный фундамент под стену подвала; 3 - колонна; 4 - ригель; 5 - панель стены подвала; 6 - рядовая горизонтальная панель наружной стены; 7 - угловой элемент стены; 8 - рядовая плита перекрытия; 9 - плита-распорка; 10 - панель стены вертикальной разрезки; 11 - лестничная площадка; 12 - лестничный мари); 13 - панель стены лестничной клетки
Типовые конструкции КВМ допускают компоновку каркаса с продольным или поперечным расположением ригелей. В зависимости от нагрузки применяют одиночные или сдвоенные ригели. В первом случае ригель устанавливают в гнездо на торце колонны (рис. 12.68 б), во втором - два параллельных ригеля опирают на полки в боковых вырезах колонны (рис. 12.68 в). Сетка колонн - от 4,8х4,8 до 7,2х12 м с промежуточными значениями, кратными 1,2 м. Высота этажей от 3,3 до 6 м.
В последние годы в России применяется каркас для жилых, общественных и производственных зданий до 30 этажей в сборно-монолитном варианте (рис. 12.69). Особенностью этого каркаса является высокая формообразующая способность на ортогонально-диагональной сетке колонн при соответствующем расположении ригелей. Имеется возможность проектирования многоугольных, треугольных, овальных, круглых и других сложных форм плана зданий.
Рис. 12.69. Сборно-монолитные каркасы (основные узлы):
а - ситуации расположения колонн и ригелей; б - сопряжение ригелей с колонной; в - опирание железобетонных плит на ригель; г - опирание сборно-монолитных плит на ригель; д - сопряжение диафрагмы жесткости с колонной; 1 - колонна, 2 - ригель; 3 - диафрагма жесткости; 4 - арматурные выпуски; 5 - дополнительная арматура; 6 - арматурная сетка; 7 - монолитный бетон; 8 - монтажный (временный) хомут; 9 - опалубочная плита; 10 - сборная плита перекрытия
Сборными элементами каркаса являются: колонны, ригели, диафрагмы жесткости, плиты перекрытий. В монолитном варианте оригинально решается узел «ригель- колонна».
Колонны высотой в 1-4 этажа имеют квадратные (со стороной 250; 300; 350; 400 и 500 мм) и прямоугольные сечения (от 250х300 до 400 х 600 мм). В уровне перекрытий колонны имеют свободные от бетона арматурные участки (оголенную арматуру), внизу - выпуски продольной арматуры, вверху - каналы для штепсельного стыка колонн по высоте (рис. 12.45 б). Высота этажей 2,8 м (для жилых зданий) и 3,3 м (для общественных и производственных зданий).
Ригели прямоугольного сечения шириной 300 мм и высотой 200 мм (при сборно-монолитном перекрытии) или 250 мм (при сборном перекрытии) имеют приопорные гнезда, в которые выпущены стержни нижней рабочей арматуры из проволочных канатов типа 7К (рис. 12.52 ж). В верхней части ригелей имеются петлевые выпуски поперечной арматуры. Длина ригелей в осях ортогональной сетки колонн от 1,8 м до 6 м (через 0,6), по диагональным осям - по заказу до 6 м.
Сопряжение ригелей с колоннами (рис. 12.69 б) осуществляется следующим образом: ригели опирают на монтажные хомуты колонн и подпирают временными стойками; проволочную арматуру ригелей отгибают и заводят в свободное пространство между продольной арматурой колонны; в гнезда ригелей укладывают два арматурных стержня с загнутыми вверх концами; два стержня дополнительной арматуры устанавливают в уровне верха выпусков поперечной арматуры ригелей на длину 1,2-2,4 от колонны в две стороны; положение устанавливаемых дополнительных стержней арматуры диаметром 20-32 мм фиксируется проволочной вязкой к арматурным стержням сборных элементов; на ригели опирают сборные плиты перекрытий (рис. 12.69 в), имеющие выемки в верхней приопорной части, в которые укладываются арматурные стержни; все арматурные выпуски и установленные стержни обетонируются.
Перекрытие может выполняться в сборно-монолитном варианте (рис. 12.69 г). Для этого используют опалубочные плиты толщиной 60 мм с преднапряженной проволочной арматурой, имеющей выпуски с торцов опорных сторон плит. По плитам укладывается слой бетона толщиной 100 мм с арматурными сетками в верхней зоне.
Сопряжение диафрагм жесткости с колоннами осуществляется посредством петлевых горизонтальных выпусков из этих элементов с установкой вертикальных соединительных стержней и замоноличиванием стыка бетоном (рис. 12.69 д).
В Армении получил распространение оригинальный метод строительства сейсмостойких жилых домов повышенной этажности - с пространственным сборно-монолитным рамным каркасом (рис. 12.70). Основной элемент каркаса - прямоугольная железобетонная рама, размеры которой соответствуют высоте этажа и шагу колонн здания. Обычно длина рамы равна 6,1 м, высота - 3,0; 3,3; 3,6 м; сечение - 15х30 см. Колонны каркаса образуются четырьмя стойками рам; в зависимости от нагрузки, приходящейся на колонны, их сечение можно увеличить путем раздвижки рам. Таким образом, в соответствии с принятым объемно-планировочным решением и расчетными усилиями и без изменения размеров сборных рам получают колонны квадратного или прямоугольного сечений.
Рис. 12.70. Сборно-монолитный рамный каркас: а - сборные рамы каркаса; б - схема образования каркаса; 1 - арматурные выпуски; 2 - поверхность рамы, обращенная к полости замоноличивания; 3 - продольные рабочие стержни стоек; 4 - рама нижележащего этажа; 5 - рама вышележащего этажа
Каркас здания собирается из стандартных изделий одного типоразмера в продольном и поперечном направлениях. Перекрытия выполняются из типовых плит. Жесткость каркаса обеспечивается сплошным сечением ригелей и колонн (их рамным исполнением) и замоноличиванием стыков. При увеличении высоты здания до 14-20 этажей эту рамную схему превращают в рамно-связевую путем установки между рамами вертикальных диафрагм жесткости (в пазы колонн и ригелей).
Рамный каркас - универсальная конструктивная система, на основе которой можно создавать самые разнообразные планировочные и объемные композиции. Жесткая объемная структура из рам может развиваться по горизонтали или по вертикали, заполнять собой все пространство или оставлять свободные промежутки, легко приспосабливаясь к рельефу местности.
При необходимости обеспечения свободного внутреннего пространства (на всех или некоторых этажах) и одновременного повышения жесткости здания применяются всевозможные каркасы с использованием балок-стенок или высоких ригелей в виде ферм (рис. 12.71).
Рис. 12.71. Каркасы с железобетонными балками-стенками и ригелями-фермами:
а-в - конструкции наружных стен в виде единой балки-стенки; г-з - ригели-фермы с расположением через этаж; и, к - ригели-фермы через два или три этажа
Вся конструкция наружных стен может быть выполнена как единая балка-стенка, опирающаяся на колонны или портальные конструкции первого этажа. Такие балки наружных стен располагаются параллельно продольной оси здания (рис. 12.71 а), по периметру зданий при их форме, близкой к квадрату (рис. 12.71 б), или пересекают здание в двух направлениях, образуя жесткую пространственную систему (рис. 12.71 в).
Ригели высотой в один этаж могут устанавливаться так, чтобы в уровне одного (через этаж) создавалось свободное пространство. В этом случае они располагаются вдоль двух параллельных сторон здания, по всем четырем сторонам (рис. 12.71 г, д) или в виде пространственной решетки (рис. 12.71 е).
Параллельные фермы высотой на этаж могут располагаться по ширине здания вразбежку (рис. 12.71 ж) или перпендикулярно друг другу (рис. 12.71 з).
При расположении ригелей-ферм через два или три этажа по высоте дополнительные перекрытия устраиваются на стойках по верхним поясам или подвешиваются к нижним поясам ферм (рис. 12.71 и, к).
Для некоторых производственных зданий целесообразно применять каркасы с межферменными этажами (рис. 12.72). Большие пролеты зданий (12, 18, 24 м) перекрывают рамно-раскосными или безраскосными железобетонными фермами. В пределах конструктивной высоты ферм устраивают помещения, в которых размещают инженерное оборудование и коммуникации. Они также служат бытовыми, складскими и другими вспомогательными помещениями. Высота межферменных этажей - от 2,4 до 3,6 м, а производственных этажей - 3,6; 4,8; 6,0 м.
Рис. 12.72. Решение многоэтажного здания с межферменными техническими этажами: а - фрагмент поперечного разреза; б - ферма-ригель безраскосная; в - ферма-ригель рамно-раскосная
Железобетонные фермы являются ригелями многоэтажного каркаса, поэтому их жестко соединяют с колоннами для образования рам в поперечном направлении. В продольном направлении каркас решается по связевой схеме с постановкой вертикальных металлических связей в каждом деформационном блоке здания.
Для зданий с межферменными этажами применяют плиты перекрытий двух типов. На верхний пояс ферм укладывают П- или 2Т-образные ребристые плиты, поскольку они воспринимают нагрузку производственных помещений. На нижний пояс ферм опирают многопустотные или специальные санитарно-технические плиты со встроенными светильниками и воздухораспределительными вентиляционными каналами.
Каркасы из монолитного железобетона . Условием применения монолитного железобетона для возведения каркасных зданий является, прежде всего, развитая технологическая база: индустриальные унифицированные системы опалубок; наличие пластичных и удобоукладываемых бетонных смесей; применение бетононасосов и другого оборудования для подачи бетонной смеси на проектные отметки.
Достоинства монолитных каркасов проявляются в широких возможностях архитектурно-конструктивного формообразования:
Возможность проектирования самых разнообразных структур (рис. 12.73-12.75);
Вариантность шага колонн и формы их сечения;
Устройство в зданиях консолей, выступов, западающих участков и других изменений формы;
Использование колонн (в т.ч. наклонных) и различных ригелей, позволяющих улучшить условия работы конструктивной системы и вместе с тем придать зданию архитектурную выразительность;
Изменение высоты этажей в пределах одного здания.
Рис. 12.73. Монолитные железобетонные каркасы с главными и второстепенными балками: а - типы конструктивно-планировочных ячеек; б - схемы расположения элементов; в - формы сечений колонн; г - формы главных балок-ригелей переменного сечения; д - фрагменты разрезов; 1 - колонна; 2 - главная балка; 3 - второстепенная балка; 4 - монолитная плита перекрытия
Рис. 12.74. Монолитные железобетонные каркасы с перекрытиями кессонного типа: а - конструктивно-планировочные ячейки; б - фрагмент разреза
Рис. 12.75. Разрез здания санатория с монолитным железобетонным каркасом
Монолитные каркасы проектируют рамными или рамно-связевыми (с устройством монолитных диафрагм жесткости).
В зависимости от решения ригелей (балок) монолитные каркасно-ригельные системы могут быть двух типов: с главными и второстепенными балками в разных направлениях; с балками одинакового значения в двух или трех направлениях (с перекрытиями кессонного типа).
В первом типе каркаса второстепенные балки опираются на монолитно связанные с ними главные балки, а те, в свою очередь, - на колонны (см. рис. 12.73). Компоновка второстепенных и главных балок в плане может быть различной (при продольном или поперечном их расположении). При выборе направления главных балок учитывают назначение здания, пространственную жесткость каркаса и др. требования.
Пролеты главных балок 6-9 (12) м, высота поперечного сечения 1/8-1/15 от пролета, а ширина - 0,4-0,5 высоты.
В каждом пролете главной балки располагают от одной до трех второстепенных балок. По осям колонн также располагают второстепенные балки. Их пролеты - 5-7 м, высота поперечного сечения - 1/12-1/20 от пролета, ширина - 0,4-0,5 от высоты.
Пролеты монолитной плиты перекрытия равны шагу второстепенных балок и составляют 2-3 м, а толщина плиты, в зависимости от нагрузки, выбирается в пределах 1/25-1/40 пролета и чаще всего составляет 80-100 мм.
Каркасы с частым расположением балок (1-2 м) в двух или трех направлениях с одинаковым шагом и высотой называют каркасами с кессонными перекрытиями (см. рис. 12.74). Их преимущества заключаются в сравнительно меньшей высоте перекрытия (балок) и высокой архитектурной выразительности потолков общественных зданий.
К числу перспективных можно отнести суперкаркасную систему этажерочного типа (рис. 12.76), при которой пространственная жесткость здания обеспечивается так называемым суперкаркасом, представляющим собой несколько коробчатых пилонов (стволов), соединенных между собой мощными ростверками в нескольких уровнях по высоте здания. На ростверки (как на полки этажерки) опираются многоэтажные каркасы, которые могут иметь различные планировочные и конструктивные решения. Каркасы этажерочного типа являются наиболее перспективными для зданий очень большой этажности (высотных).
Рис. 12.76. Конструктивная схема каркаса этажерочного типа: а - схема фасада; б - схема типового этажа; в - схема ростверка; 1 - коробчатый пилон; 2 - ростверк; 3 - каркасно-ригельная структура
В последние десятилетия в технически развитых странах наблюдается повышенный интерес к сборно-монолитным конструкциям каркасов , в которых роль оставляемой опалубки выполняют тонкостенные железобетонные элементы. Применение таких конструкций, отличающихся повышенной степенью индустриальности, позволяет существенно снизить трудоемкость и уменьшить сроки возведения зданий при сохранении всех основных достоинств монолитных конструкций.
В сборно-монолитном варианте основные элементы каркаса - колонны и балки - бетонируются в тонкостенных опалубочных элементах коробчатого сечения. В зоне стыков выпуски арматуры из опалубочных элементов за- моноличиваются в процессе заполнения полостей колонн и балок бетонной смесью.
Элементы выполняются из обычного или преднапряженного бетона при толщине стенок 80-120 мм. При применении опалубочных элементов из обычного бетона монолитное заполнение дополнительно армируется.
Во избежание коррозии соединительных деталей в дальнейшем их обетонировают, покрывают антикоррозийными составами или выполняют из нержавеющей стали.
Колонны каркаса одноэтажных промышленных зданий можно подразделить на две группы: применяемые в пролетах без мостовых кранов и в пролетах с мостовыми кранами. По положению в здании колонны делятся на крайние (пристенные) и средние, устанавливаемые на стыке двух пролетов.
Сборные железобетонные типовые колонны. Их вес колеблется в пределах от 1,8 до 7,9 т. Высоту колонн принимают с учетом возможности заделки нижнего конца в фундамент на 900 мм. Колонны средних рядов (при сечении их 400 X 400 мм) в верхней части имеют уширение (оголовок) для опирания на него с двух сторон несущих конструкций покрытия. При больших размерах сечения колонн оголовок не делается.
Сборные железобетонные колонны для зданий, оборудованных мостовыми кранами, состоят из двух частей надкрановой и подкрановой. Надкрановая часть служит для опирания несущих элементов покрытия и называется надколонником. Подкрановая часть несет нагрузку от надколонника и от подкрановой балки, по которой движутся мостовые краны. В зависимости от конструкции подкрановой части эти колонны можно подразделить на одноветвевые (консольные) и двухветвевые(ступенчатые). Крайние колонны имеют консоли и уступы с одной стороны, средние - с двух сторон.
Типовые одноветвевые колонны имеют прямоугольное поперечное сечение и предназначены для зданий с расположением головки подкрановых рельс на высоте 6,15, 6,95 и 8,15 м от уровня пола, при грузоподъемности крана от 10 до 20 г. Вес колонн составляет от 5 до 9 т.
Двухветвевые колонны применяют для зданий с высотой расположения головки подкрановых рельс над уровнем пола 8,15, 9,65, 11,45, 12,65 и 14,45 м при шаге средних колонн 12 м и грузоподъемности кранов от 10 до 50 т. Сечение ветвей колонны - прямоугольное. Ветви подкрановой части соединены между собой горизонтальными железобетонными связями.
Для крепления других элементов каркаса, а также технологического и санитарно-технического оборудования, в колонны при их изготовлении закладывают специальные стальные детали.
Для выверки положения колонн при монтаже на поверхности их нанесены риски - треугольные вертикальные канавки. Риски делают на верхнем и нижнем концах колонны (против верха фундамента) на всех четырех гранях, и, кроме того, на боковых гранях консолей.
Связи. Колонны и основные несущие элементы покрытий образуют систему поперечных рам. Для обеспечения пространственной жесткости здания между этими рамами создают систему связей. Связи можно подразделить на вертикальные (устанавливаемые в вертикальных плоскостях) и горизонтальные (располагаемые в плоскостях верхнего или нижнего поясов стропильных ферм или балок).
Для устойчивости колонн в продольном направлении и, в частности, для восприятия инерционных сил при торможении мостовых кранов, между колоннами в продольных рядах устраивают вертикальные диагональные связи. Эти связи размещают в середине каждого температурного блока. Они бывают крестовые и портальные. Портальные связи менее стесняют внутрицеховой транспорт. Между фермами, в плоскости их верхнего пояса, устанавливают горизонтальные стальные связи. Между узлами всех остальных ферм ставят железобетонные распорки.
При устройстве покрытия по прогонам, в крайних ячейках температурных блоков на всю ширину здания, под прогонами устраивают стальные горизонтальные связи крестовой системы.
Железобетонный каркас одноэтажных промышленных зданий
Каркас одноэтажного промышленного здания состоит из колонн, фундаментов под ними, несущих элементов покрытия и связей. Кроме того, в состав каркаса входят (при наличии их в здании) - подкрановые, фундаментные и обвязочные балки. В каркасах зданий большой протяженности предусматривают температурные швы, располагаемые не более чем через 60 м. Эти швы конструктивно решаются установкой сдвоенных колонн. Они делят каркас здания.
Все сборные железобетонные элементы каркаса при изготовлении снабжаются стальными закладными деталями для сварки или сбалчивания их при монтаже, а также монтажными петлями (или отверстиями) для строповки при подъеме конструкций кранами.
Во избежание коррозии соединительных деталей в дальнейшем их обетонивают, покрывают антикоррозийными составами или выполняют из нержавеющей стали.
Фундаменты под колонны. Под колонны каркаса устраивают отдельно стоящие железобетонные фундаменты стаканного типа.
Сборные железобетонные фундаменты устраивают, как правило, в виде одного блока, представляющего собой стакан с плитой. Вес таких блоков колеблется от 1,65 до 4,7 т.
При тяжелых нагрузках применение сборных фундаментов, состоящих из одного блока, становится нецелесообразным, ввиду их большого веса. В этих случаях фундаменты делают расчлененными и соединяют между собой при монтаже их отдельные элементы сваркой закладных деталей или замоноличиванием. Подколонники и плиты имеют вертикальные отверстия круглой или овальной формы, вследствие чего при наложении плит друг на друга образуются сквозные колодцы. Для замоноличивания фундамента колодцы его средней зоны заполняют бетоном, с предварительной установкой в них арматурных стержней или каркасов. В отдельных случаях, при соответствующем технико-экономическом обосновании, применяют монолитные ступенчатые, фундаменты стаканного типа, выполняемые на месте.
Блоки сборных фундаментов устанавливают на щебеночную подготовку толщиной 100 мм; при влажных грунтах подготовку делают из бетона марки 50.
Верхнюю плоскость фундамента, как правило, располагают на 150 мм ниже отметки чистого пола, что дает возможность произвести обратную засыпку земли в котлованы до начала монтажа колонн. Если при этом глубина заложения подошвы фундамента в силу грунтовых условий (или по условиям заглубления технологического оборудования) окажется недостаточной, то фундамент устанавливают на бетонную подушку. Высота фундаментов, состоящих из нескольких рядов элементов, может регулироваться введением дополнительных рядов. При необходимости очень глубокого заложения фундаментов применяют иногда колонны увеличенной высоты.
Для передачи нагрузок от наружных и внутренних стен на фундаменты колонн каркаса применяют фундаментные балки .
Сборные железобетонные балки для шага колонн 6 и 12 ж имеют в поперечном сечении форму тавра. Высота их равна 400 или 600 мм, а ширина поверху - 300 или 400 мм. В зависимости от длины балки бывают: основные и укороченные (применяемые при укороченном шаге, например, около температурных швов).
Под наружные стены фундаментные балки укладывают с выносом за грани колонн, а под внутренние их располагают между колоннами по осевым линиям. При укладке верхнюю грань фундаментных балок устанавливают на уровне 30 мм ниже пола помещения, который располагают на 150 мм выше спланированной вокруг здания поверхности земли. Поверх фундаментных балок устраивают гидроизоляцию из двух слоев рулонного материала на мастике.
Балки устанавливают непосредственно на уступы фундаментов колонн или на бетонные столбики, опирающиеся на эти уступы.
Несущие конструкции покрытий.
Железобетонные фермы.
Основные параметры и размеры
1. Стропильные фермы подразделяют на типы:
· ФС - раскосные сегментные для покрытий со скатной кровлей;
· ФБС - безраскосные сегментные для покрытий со скатной кровлей;
· ФБМ - то же, для покрытий с малоуклонной кровлей;
· ФТ - безраскосные треугольные для покрытий со скатной кровлей.
2. Подстропильные фермы подразделяют на типы:
· ФПС - для покрытий со скатной кровлей;
· ФПМ - для покрытий с малоуклонной кровлей;
· ФПН - то же, с предварительно напряженными стойками ферм;
· ФП - для покрытий из плит длиной на пролет.
Фермы длиной 8960 мм и более изготовляют предварительно напряженными, а длиной 5960 мм - с ненапрягаемой арматурой. Фермы длиной 8960 мм допускается изготовлять с ненапрягаемой арматурой.
Характеристики
Фермы должны удовлетворять требованиям ГОСТ 13015.0:
· по показателям фактической прочности бетона (передаточной, отпускной и в проектном возрасте);
· по морозостойкости бетона, а для ферм, эксплуатируемых в условиях воздействия агрессивной газообразной среды, - также по водонепроницаемости бетона;
· по средней плотности легкого бетона;
· к маркам сталей для арматурных и закладных изделий, в том числе для монтажных петель;
· по толщине защитного слоя бетона до арматуры;
· по защите от коррозии.
Рама железобетонная
Рама - железобетонная конструкция, состоящая из колонн жестко закрепленных в фундаментах и балок.
Рама – это пространственная либо жесткая стержневая система, в которой элементы (ригели, стойки) жестко между собой соединяются. Соединяться элементы могут во всех либо в некоторых узлах. Деревянные, железобетонные и металлические рамы служат несущими конструкциями эстакад, мостов, зданий, иных сооружений, а также они могут являться несущими элементами установок либо машин.
Оболочки перекрытия.
Перекрытие-оболочка - строительная конструкция перекрытий зданий и сооружений. В архитектурной практике используются выпуклые, висячие, сетчатые и мембранные оболочки из железобетона, металлов, древесины, полимерных, тканых и композиционных материалов.
Оболочки со сферической поверхностью могут собираться из плоских квадратных плит. Скорлупа оболочки в этом случае приобретает форму многогранника с ромбическими гранями, вписанного в сферическую поверхность. Квадраты плит дополняются до ромбов за счет небольших изменений в ширине швов.
Плиты с диагональными ребрами высотой 0,2 м подразделяются на рядовые, угловые и крайние. Угловые и крайние плиты по контуру оболочки снабжены усиленными контурными ребрами.
Бортовые элементы в виде сегментных ферм состоят из верхнего пояса, образованного контурными ребрами плит, нижнего пояса - затяжки из пучков высокопрочной арматуры в железобетонной обойме - и раскосов.
Сборка оболочки производится на стальных кружалах, перемещаемых в собранном виде из пролета в пролет. При монтаже плиты устанавливаются на кружала в проектное положение и соединяются между собой путем сварки выпусков арматуры и замоноличивания швов.
Контурные ребра связываются петлевыми стыками. Нижняя часть фермы собирается на монтажной площадке, подводится под оболочку и соединяется с верхним поясом путем замоноличивания петлевых выпусков в пазах контурных ребер.
Бортовые фермы смежных оболочек объединяются общей затяжкой.
Стены из крупных панелей.
В современном строительстве наиболее индустриальны стены из крупных панелей.
В зависимости от разных признаков стеновые панели подразделяют на отдельные виды: по месту положения в стене на рядовые, простеночные, перемычечные, парапетные, карнизные и цокольные; по расположению в плане - на рядовые и угловые; по теплотехническим свойствам - на утепленные, применяемые в отапливаемых зданиях, и неутепленные для неотапливаемых зданий; по разрезке - на полосовые, одно- идвухмодульные; породу материалов - на железобетонные, металлические и асбестоцементные.
Рис. 1. Фрагмент фасада и разрез стены из крупных панелей
Наибольшее применение в современных промышленных зданиях имеют навесные панели.
Железобетонные панели изготовляют как утепленными, так и неутепленными. Утепленные панели применяют для устройства стен одно- и многоэтажных отапливаемых каркасных зданий с шагом пристенных колонн б и 12 м. Эти стеновые панели изготовляют следующих видов: сплошные-из ячеистых или легких бетонов, трехслойные- из двух железобетонных плит, со слоем минераловатного утеплителя. Сплошные панели из ячеистых бетонов выполняют однослойными. Толщина панелей 200, 240 и 300 мм. Панели толщиной 200 и 240 мм применяют только для навесных стен с ленточными проемами, а толщиной 300 мм -для самонесущих стен. Панели из ячеистых бетонов, как и все виды других утепленных панелей, имеют номинальную высоту 1,2 и 1,8 м.
Рис. 2. Стеновые панели: а - из ячеистых бетонов; б - из легких бетонов; в - из тяжелых бетонов (трехслойная); г - железобетонная ребристая для неотапливаемых зданий; д - металлическая с утеплителем
Неутепленные панели применяют для устройства стен неотапливаемых каркасных промышленных зданий с шагом пристенных колонн 6 и 12 м. Панели изготовляют в виде ребристых железобетонных плит длиной 6 и 12 м, высотой 1,2 и 1,8 м. Панели длиной 6 м имеют сетку ребер одинаковой высоты -120 мм и полку между ребрами толщиной 30 мм. При ширине 1,2 и 1>8 м такие панели различаются количеством продольных ребер.
Панели длиной 12 м имеют по контуру ребра высотой 300 мм и пять промежуточных поперечных ребер меньшей высоты. Полка панели между ребрами имеет толщину 30 мм. Такие панели изготовляют с предварительным напряжением продольных ребер, а поперечные ребра и полку панели армируют плоскими сварными каркасами и сетками. Панели длиной 6 м полностью армируют плоскими сварными каркасами и сетками.
Неутепленные панели применяют только в ненесущих стенах с ленточными проемами. Железобетонные панели длиной в основном 6 м используют также для изготовления трехслойных утепленных панелей. Материал для их изготовления, армирование, заполнение швов между панелями при их монтаже в основном такие же, как и в утепленных трехслойных железобетонных панелях.
Технология строительства железобетонных каркасных домов редко применяется для малоэтажных объектов. Наибольшую эффективность она доказала при проектировании и строительстве высотных зданий. В тоже время железобетонный каркас частного дома небольшой этажности станет причиной резкого удорожания конструкции.
На фото – ж/б каркас многоэтажного здания
Каркас из железобетона обладает рядом весомых преимуществ:
Совет: если вам необходимо в материале сделать различные проходы для коммуникаций, используйте алмазное бурение отверстий в бетоне.
Бурение отверстий в бетонных конструкциях
Состав железобетона
Он заслужил звание главного конструктивного материала современности благодаря оптимальному сочетанию компонентов – арматуры и бетона усиленной прочности:
Сочетание этих двух компонентов неслучайно, они хорошо дополняют друг друга. Сцепляясь с бетоном, арматура препятствует его крошению и ломке при изгибе или растяжении конструкций.
Вышеназванные качества, а также стойкость железобетона к нагрузкам, которым подвергается здание, позволяют применять материал на всех этапах строительства – от фундаментов до крыши.
Демонтаж ж/б перекрытий
Разновидности железобетонных каркасов
В строительной индустрии выделяют два вида:
Готовые элементы доставляют на стройплощадку для последующего монтажа.Недостаток очевиден –ограничение выбора форм из-за установленных предприятием стандартов деталей.
Для производства монолитного железобетонного каркаса вместе с перекрытиями применяется съемная опалубка. Инструкция предполагает ее установку перед началом работ, поле чего происходит ее заливка бетоном. В результате скорость процесса значительно увеличивается, что позволяет закончить строительство в кратчайшие сроки.
Железобетонный монолитный каркас здания на стройплощадке
Материал наружных стен не имеет для каркаса никакого значения, они могут быть:
Здания на основе монолита прекрасно вписываются в архитектуру и ландшафтные особенности местности.
Совет: благодаря гибкости конструкций владельцы квартир могут себе позволить необычные решения планировки.
Температура окружающей среды оказывает влияние на усилия, возникающие в конструкциях. Чтобы ограничить это воздействие, здание разрезают на отсеки, при этом длина температурного блока железобетонного каркаса и другие его размеры зависят от материала каркаса, климатических условий региона строительства и теплового режима сооружения. Обычно параметры определяются расчетом.
Температурный блок
Положительные стороны монолитного каркаса
Как возводятся железобетонные каркасные дома
Незначительная деформация ж/б каркаса происходит ввиду провала под несущей колонной. Он возникает из-за взаимодействия монолитного каркаса с плитой фундамента. Провал предусматривается проектом с целью сократить расходы материалов при возведении здания.
Но, больше всего цельный ж/б каркас ценят за стойкость к технологическим катастрофам. Жесткая основа выдержит мощный взрыв, повлекший разрушение наружных стен.
Многоэтажное жилье на его основе предлагается во всех ценовых категориях – от бюджетной до люксовой. Практика доказала, что потребительские свойства многоэтажного здания подобного типа намного выше по сравнению с панельным и кирпичным вариантом.
Повышение эффективности монолитного каркасного жилья
Несмотря на высокие технологические показатели и качества безопасности, строители находятся в постоянном поиске улучшения свойств монолитных каркасов, эффективность их использования и сокращении расходов материалов.Одним из таких способов является повышение марки используемого бетона. За счет этого снижается расход дорогостоящей стальной арматуры и происходит сокращение сметы строительства.
Наибольшая эффективность достигается при армировании бетона на 3% и более.
Монолитный каркас оптимизируется по:
Еще один способ, также применяемый в монолитно-каркасном строительстве, — углубление коробки здания в грунт на глубину до двух этажей. Подземная и цокольная части, включая наружные стены, выполняются в монолитном варианте. Таким образом, жесткость здания повышается за счет передачи нагрузок от здания более плотной структуре пластовых грунтов.
Строительство монолитно-каркасного частного дома
К сожалению, цена строительства малоэтажного дома для семьи по этой технологии пока что остается недоступной большинству граждан. Значительные статьи расходов – дорогостоящие системы опалубки и аренда техники для доставки бетонной смеси и производства бетона.
Для таких целей рекомендуется применение сборных конструкций, которые намного дешевле. Да и нагрузки на здание высотой в 2-3 этажа намного ниже и использование монолитного каркаса в таком случае становится нерациональным ввиду низкой эффективности его использования.
Из статьи стало понятным, что каркасное строительство характеризуют два типа — сборный железобетонный каркас и монолитный. Отличаются они между собой способом установки на стройплощадке – первый изготавливается на заводе и собирается на объекте, второй – непосредственно на участке работ.
Использование ж/б каркаса дает возможность создавать надежные здания свободной планировки. Видео в этой статье поможет найти вам дополнительную информацию по этой тематике.