Каркас многоэтажного здания

010213 Изобретение относится к строительству и, в частности, к конструкциям многоэтажных жилых и общественных зданий массового назначения, возводимых в различных регионах, включая сейсмические. Известен каркас здания, сооружения, часть которого выполнена из колонн, ригелей и по крайней мере одного перекрытия, часть которого выполнена из многопустотных плит, а ригели выполнены сборно-монолитными со сборной нижней уширенной частью [1]. Известный каркас имеет высокую несущую способность. Однако он отличается высокой металлоемкостью, а выступающие в объем здания уширенные нижние части ригелей существенно снижают архитектурно-планировочные возможности зданий и в ряде случаев требуют дополнительных затрат на устройство подвесных потолков. Известен железобетонный каркас здания или сооружения, включающий колонны и диск перекрытия, состоящий из сборных плит, монолитных железобетонных поясов и предварительно напрягаемой арматуры [2]. Известный каркас имеет относительно невысокую металлоемкость, диски перекрытий выполнены плоскими. Недостатком известного каркаса является сложная технология производства работ при обязательном предварительном напряжении рабочей арматуры в построечных условиях. Наиболее близким к предлагаемому является сборно-монолитный каркас, включающий сборные или монолитные колонны и плоские диски перекрытий, образованные монолитными ригелями и сборными железобетонными плитами [3]. Известный каркас имеет высокую несущую способность и отличается относительно небольшой металлоемкостью. Недостатком каркаса является повышенная трудоемкость, поскольку при его возведении в дисках перекрытий применено значительное количество мелких арматурных изделий, а качество укладки этих изделий может снижать надежность перекрытий и каркаса в целом. Предлагаемое изобретение решает задачу сокращения трудоемкости возведения, повышения надежности и пространственной устойчивости здания. Решение поставленной задачи достигается тем, что в каркасе многоэтажного здания, включающем сборные или монолитные колонны и сборно-монолитные диски перекрытий, образованные монолитными железобетонными несущими и связевыми ригелями, объединенными в узлах соединения с колоннами в замкнутые рамные ячейки, в пределах которых группами размещены сборные железобетонные плиты,опертые по концам на несущие ригели и связанные между собой межплитными швами с размещенными в них плоскими арматурными каркасами, плоские арматурные каркасы в межплитных швах выполнены цельными на длину смежных сборных плит, верхний и нижний стержни плоских арматурных каркасов выпущены концами за торцы сборных плит и заанкерены в несущих монолитных ригелях, диски перекрытий выполнены со сквозными проемами для пропуска вертикальных коммуникаций здания, причем сквозной проем по крайней мере по одной стороне снабжен монолитной железобетонной перемычкой,опертой по меньшей мере одним концом на кромки смежных с каждым проемом сборных плит, выполненных многопустотными и опертых верхней полкой на монолитные несущие ригели и/или на монолитные железобетонные перемычки посредством бетонных шпонок, выполненных заодно с монолитными несущими ригелями или перемычками, каркас здания снабжен вертикальными диафрагмами жесткости,образованными в пределах каждого этажа плоскими сборными железобетонными стенками, сопряженными понизу с монолитным ригелем нижнего диска перекрытия контактным швом на слое раствора и выполненными поверху с анкерными связями, размещенными в монолитном ригеле верхнего диска перекрытия и объединенными по боковым сторонам со сборными или монолитными колоннами дискретными сварными и/или сплошными по высоте монолитными анкерными связями. При этом арматурные каркасы в межплитных швах, несущих и связевых ригелях дисков перекрытий могут выполнять с высотой, превышающей высоту сборных плит, выступающие кверху части арматурных каркасов покрыты монолитным бетоном с образованием над сборными плитами слоя монолитного бетона, выполненного заодно с межплитными швами, несущими и связевыми ригелями. При этом каждая монолитная железобетонная перемычка выполнена в виде железобетонного бруса,размещенного поперек сборных плит и снабженного с одной боковой стороны бетонными шпонками. При этом сборная железобетонная стенка вертикальных диафрагм жесткости может быть снабжена по верхней грани вертикальными арматурными выпусками, размещенными в монолитном ригеле перекрытия. Сборная железобетонная стенка вертикальных диафрагм жесткости может быть снабжена по верхней грани закладными деталями, к которым прикреплены арматурные стержни, размещенные в монолитном ригеле перекрытия. Сборные железобетонные стенки вертикальных диафрагм жесткости снабжены по боковым сторонам горизонтальными выпусками арматуры, а также дискретными поперечными пазами с наклонными гранями. Сборные железобетонные стенки вертикальных диафрагм жесткости, как минимум, по одной боковой стороне снабжены закладными деталями для дискретного объединения по высоте со сборной колонной.-1 010213 Перечисленные конструктивные решения позволяют: 1) существенно упростить конструкцию дисков перекрытии, сократить количество арматурных изделий, располагаемых в межплитных швах, обеспечить качественную укладку арматурных изделий и надежную анкеровку их в монолитном бетоне несущих ригелей; 2) обеспечить благодаря применению монолитных железобетонных перемычек сквозные проемы в любом месте в дисках перекрытий для пропуска вертикальных коммуникаций зданий, при минимальных затратах на их устройство; 3) опирание многопустотных сборных плит верхней полкой на несущие ригели и/или на монолитные перемычки посредством бетонных шпонок, выполненных заодно с ними на их боковых гранях, что обеспечивает плоские диски перекрытий и тем самым - свободную планировку помещений зданий без устройства подвесных потолков; 4) благодаря установке в каркасе вертикальных диафрагм жесткости предложенной конструкции максимально задействованы заводские изделия для устройства каркаса, что позволяет отказаться от устройства трудоемких монолитных железобетонных диафрагм жесткости для зданий повышенной этажности, а также при повышенной сейсмической активности, поскольку в таком случае каркас снабжен связывающим его сквозными монолитными железобетонными поясами как в плоскости дисков перекрытий,в виде монолитных ригелей, так и по высоте здания, в виде сквозных монолитных вставок; 5) выполнение дисков перекрытий двухслойными с верхним монолитным бетонным слоем, выполненным заодно с межплитными швами, несущими и связевыми ригелями позволяет совместно с предложенной конструкцией вертикальных диафрагм жесткости существенно нарастить жесткость и устойчивость зданий, а также расширить возможности по увеличению размеров сетки колонн до 9,0-12,0 м, эффективно использовать прочность арматуры и бетона и минимизировать их расход. В целом все приведенные выше признаки предлагаемого решения обеспечивают решение поставленной задачи по сокращению трудоемкости возведения, повышению надежности и пространственной устойчивости. В приведенной совокупности указанные выше признаки неизвестны, а достигаемые технические результаты превосходят известные. На фиг. 1 показан предлагаемый каркас, план перекрытия; на фиг. 2 - то же , разрез по А-А на фиг. 1 перекрытия с многопустотными плитами, связевыми ригелями и межплитными швами; на фиг. 3 - то же ,разрез по А-А на фиг. 1, при перекрытии с верхним монолитным бетонным слоем, выполненным заодно с межплитными швами, несущими и связевыми ригелями; на фиг. 4 - то же, разрез Б-Б на фиг. 1, сопряжение многопустотных плит с несущим ригелем; на фиг. 5 - то же, разрез Б-Б на фиг. 1, сопряжение многопустотных плит с несущим ригелем, выполненным заодно с верхним бетонным слоем; на фиг. 6 - то же, разрез В-В на фиг. 1, разрез по сквозным проемам в диске перекрытия; на фиг. 7 - то же, разрез В-В на фиг. 1, сквозной проем в диске перекрытия, выполненного с верхним монолитным слоем; на фиг. 8 то же, разрез Г-Г на фиг. 6 вдоль монолитной железобетонной перемычки; фиг. 9 - то же, предлагаемый каркас, разрез по Д-Д на фиг. 2 вдоль межплитного шва с плоским арматурным каркасом; на фиг. 10 общий вид плоского арматурного каркаса межплитного шва; на фиг. 11 - сборная железобетонная стенка вертикальных диафрагм жесткости; на фиг. 12 - то же, что на фиг. 11, сборная железобетонная стенка,вид по стрелке А; на фиг. 13 - то же, что на фиг. 11, сборная железобетонная стенка, вид сверху; на фиг. 14 - то же, фрагмент вертикальной сборно-монолитной диафрагмы жесткости без проема; на фиг. 15 - то же, фрагмент сборно-монолитной вертикальной диафрагмы жесткости с дверным проемом; на фиг. 16 то же, фрагмент сборно-монолитной вертикальной диафрагмы жесткости, дискретно связанный со сборными колоннами, на фиг. 17 - то же, разрез Е-Е на фиг. 15, фрагмент вертикальной диафрагмы жесткости с вертикальным монолитным сквозным окаймлением, равным толщине сборной стенки; на фиг. 18 - то же, разрез Е-Е на фиг. 15, при вертикальном сквозном окаймлении диафрагмы жесткости в виде монолитной колонны, на фиг. 19 - то же, разрез Е-Е на фиг. 15, при угловом сопряжении стенок вертикальных диафрагм жесткости; на фиг. 20 - то же, разрез Ж-Ж по фиг. 15 линейное сопряжение плоских сборных стенок диафрагм жесткости; на фиг. 21- то же, разрез 3-3 на фиг. 15, узел сопряжения сборных стенок диафрагм жесткости с монолитным ригелем диска перекрытия. Предлагаемый каркас многоэтажного здания (фиг. 1-21) включает сборные или монолитные колонны 1, монолитные несущие 2 и связевые 3 ригели. Ригели 2 и 3 оперты на колонны 1 и жестко с ними соединены. На несущие ригели 2 по концам оперты сборные многопустотные плиты 4. Сборные плиты 4 размещены в перекрытии группами в ячейках, образованных несущими 2 и связевыми 3 ригелями, и между собой объединены по боковым сторонам межплитными швами 5. Несущие ригели 2 выполнены неразрезными на всю ширину или длину здания. Они содержат арматурные каркасы 6 с продольной и поперечной рабочей арматурой (не обозначены). Связевые ригели 3 также снабжены арматурными каркасами 7 для восприятия приходящихся на них усилий от нагрузки. Они также содержат продольную нижнюю сквозную арматуру 8 для восприятия распора, создаваемого при изгибе сборных плит 4 в стесненных условиях. В монолитных швах 5 размещены плоские арматурные каркасы на длину смежных сборных плит 4 с верхней 9 и нижней 10 продольной арматурой, заанкеренной концами в монолитных несущих ригелях 2. Для образования в дисках перекрытий сквозных проемов 11 выполнены монолитные железобетон-2 010213 ные перемычки 12, опертые на кромки смежных с проемом сборных плит 4 и/или на смежные связевые ригели 3. Монолитные железобетонные перемычки 12 выполнены в виде призматического стержня,снабженного сварным арматурным каркасом 13, а на одной боковой поверхности шпонками 14, выполненными заодно с перемычкой 12. Многопустотные плиты 15 в местах образования сквозных проемов 11 выполнены укороченными и оперты верхней полкой по одному концу на размещенные в пустотах плит бетонные шпонки 14 перемычки 12, а с другой стороны на такие же бетонные шпонки 16 несущих ригелей 2. Все остальные смежные сборные плиты 4 оперты аналогично верхними полками по обоим концам на бетонные шпонки 16 несущих ригелей 2 с образование понизу плоской потолочной поверхности. Для перекрытия больших пролетов, свыше 7,2 м до 9-12 м и более, применяя типовые плиты высотой 22 см,арматурные каркасы несущих ригелей 2, связевых ригелей 3 и межплитных швов 5 выполняют с высотой, превышающей высоту сборных плит 4. Выступающую кверху часть их каркасов покрывают слоем 17 монолитного бетона. В этом случае после набора монолитным бетоном проектной прочности образуется эффективная двухслойная конструкция диска перекрытия повышенной несущей способности и жесткости. Действительно, при толщине монолитного бетонного слоя 17, например, равном 6 см, общая толщина перекрытия составляет 28 см, а приведенная к плотному телу толщина - 20 см. Такое перекрытие может быть выполнено с пролетами до 9-12 м. В случае выполнения такого перекрытия целиком монолитным требуемая толщина его составляет 32-36 см и потребуется устройство кессонов в середине пролета. На его устройство, по сравнению с предлагаемым, потребуется расход бетона в 1,5-1,6 раза больше, и примерно настолько же увеличивается расход арматуры, трудоемкость на выполнение перекрытия также возрастает в 1,7-1,8 раза. Приведенные данные подтверждают эффективность и универсальность предложенного конструктивного решения перекрытия каркаса. Для обеспечения совместной работы слоя 17 монолитного бетона со сборными многопустотными плитами 4 в бетоне 17 над несущими ригелями 2, связевыми ригелями 3 и межплитными швами 5 могут быть размещены плоские арматурные сетки 18, которые дополнительно снабжены анкерными петлями 19, размещенными в межплитных швах 5. Вертикальные диафрагмы жесткости 20 предлагаемого каркаса здания образованы в пределах каждого этажа сборными железобетонными стенками 21. Понизу сборные стенки 21 сопряжены на слое раствора 22 с монолитным ригелем 2 или 3 нижнего диска перекрытия, поверху снабжены анкерными выпусками 23, размещаемыми в монолитном ригеле 2 или 3 верхнего диска перекрытия. По боковым сторонам сборные стенки 21 снабжены горизонтальными выпусками 24 их рабочей арматуры. По боковым сторонам сборных стенок 21 также выполнены поперечные пазы 25 с наклонными гранями. В пазах 25,при устройстве вертикальных диафрагм жесткости и формовании вертикальных монолитных вставок 26,являющихся, по существу, монолитными вертикальными колоннами, скрытыми в плоскостях диафрагм жесткости 21, образуются шпоночные сопряжения 25, обеспечивающие их надежную совместную работу под нагрузками, приложенными к каркасу. Вставки 26 выполнены сквозными по всей высоте вертикальных диафрагм жесткости 20 здания и содержат продольные стержни 27, размещенные в петлевидных выпусках 24 сборных стенок 21. Стыковку стержней 27 внахлест осуществляют в уровнях дисков перекрытий (не показано). Стенки 21 могут быть цельными на всю ширину полотна диафрагмы (фиг. 14) или состоять из нескольких сборных элементов 21 (фиг. 15), объединенных сквозными монолитными железобетонными вставками 26. По углам стенки 21 могут быть объединены угловыми вставками 28. Монолитные вставки 26 требуемой ширины могут быть выполнены либо равными с толщиной стенок 21 (см. фиг. 17, 20) либо быть развитыми по толщине в виде монолитной колонны 29 (см. фиг. 18). Сборные стенки 21 по боковым сторонам могут быть объединены со сборными колоннами 1 (см. фиг. 16) в виде дискретных связей посредством сварки закладных деталей 30 на колоннах 1 и закладных деталей 31 сборных стенок 21. Предлагаемый каркас представляет собой цельную пространственную конструкцию, воспринимающую все приложенные к зданию нагрузки и воздействия. Диски перекрытия в каркасе объединены в своих плоскостях сквозными несущими 2 и связевыми 3 ригелями, жестко сопряженными с вертикальными колоннами. Балконы и эркеры выполняют на консолях 30, образованных продолжением за наружные ряды колонн несущих 2,связевых 3 или уширенных межплитных швов 5, на которые оперты сборные плиты 4. Вертикальные диафрагмы жесткости 20, объединенные по вертикали сплошными сквозными монолитными вставками 26 или дискретными связями 30, 31, обеспечивают целостность конструкции каркаса при любых видах горизонтальных и вертикальных нагрузок и воздействий. В целом, как и в прототипе [3], предлагаемый каркас под нагрузкой работает как единая многократно статически неопределимая многоэтажная пространственная конструкция с плоскими дисками перекрытий. На каждом перекрытии каркаса вертикальную нагрузку непосредственно воспринимают сборные плиты 4 и перераспределяют ее на несущие ригели 2 и менее нагруженные соседние плиты. Ригели 2, в свою очередь, усилия от нагрузки передают на колонны 1. Все горизонтальные нагрузки, приложенные к зданию, воспринимают диски перекрытий и передают их на вертикальные диафрагмы жесткости 20,или ядра жесткости. В работу на восприятие горизонтальных нагрузок также включаются и колонны 1. По сравнению с аналогами и прототипом [3] каркас отличается повышенной жесткостью на восприятие горизонтальных и вертикальных нагрузок, поскольку он снабжен сквозными монолитными железобетонными поясами в виде ригелей 2 и 3 как в плоскости перекрытий, так и в виде вставок 26 (скры-3 010213 тых колонн) в плоскостях вертикальных диафрагм жесткости 20. Сварные плоские арматурные каркасы в монолитных межплитных швах 5, с рабочей арматурой 9, 10, заанкеренной в несущих ригелях 2, совместно с железобетонными перемычками 12 у сквозных проемов 11 обеспечивают целостность и неповреждаемость дисков перекрытий при любых расчетных воздействиях. Проведенные испытания фрагментов предлагаемого каркаса подтвердили указанное выше. Предлагаемый каркас возводят в той же последовательности, что и прототип [3]. Сначала возводят сборные или монолитные колонны 1, затем в створе колонн 1 монтируют поддерживающие устройства с опалубкой поверху для монолитных ригелей 2 и 3 (на чертежах не показано). На опалубку опирают концами сборные плиты 4, а затем в створах колонн 1 размещают арматурные каркасы 6 и 7, соответственно,несущих 2 и связевых 3 ригелей. В межплитные швы 5 на длину смежных плит 4 устанавливают цельные плоские арматурные каркасы с продольной арматурой 9 и 10, размещенной концами в арматурных каркасах 6 несущих ригелей 2. После выполнения указанных арматурных работ производят одновременное бетонирование несущих 2, связевых 3 ригелей и межплитных швов 5. При выполнении перекрытий с верхним слоем 17 над пустотными плитами 4 одновременно с бетонированием указанных элементов производят укладку бетона слоя 17 над сборными плитами 4. После набора монолитным бетоном диска перекрытия требуемой прочности освобождают поддерживающие его устройства и перестанавливают их на это готовое перекрытие, а цикл устройства следующего перекрытия повторяется. В отличие от аналогов и прототипа [3], благодаря принятому армированию межплитных швов 5,несущих 2 и связевых 3 ригелей, а также устройству железобетонных перемычек 12 у сквозных проемов 11, технология возведения отличается предельной простотой и позволяет обеспечить надежную фиксацию арматуры монолитных элементов (2, 3, 5, 12) в проектном положении. Это позволяет, по сравнению с известными, на 15-20% снизить трудозатраты на возведение каркаса. Кроме того, принятая технология обеспечивает реализацию принятого конструктивного решения каркаса и повышение надежности и пространственной его устойчивости. Предлагаемое техническое решение каркаса многоэтажного здания представляет собой новое развивающееся в настоящее время направление современного индустриального домостроения массового назначения, отличающегося повышенными экономической эффективностью, надежностью и современными потребительскими качествами. Источники информации. 1. Патент РФ 2182624, кл. Е 04 В 1/20, БИ 14, 20.05.2002. 2. Патент РФ 2194127, кл. Е 04 В 1/22, БИ 34, 10.12.2002. 3. Патент РФ 2226593, кл. Е 04 В 1/18, БИ 10, 10.04.2004. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Каркас многоэтажного здания, включающий сборные или монолитные колонны и плоские сборно-монолитные диски перекрытий, образованные монолитными железобетонными несущими и связевыми ригелями, объединенными в узлах соединения с колоннами в замкнутые рамные ячейки, в пределах которых группами размещены сборные железобетонные плиты, опертые по концам на несущие ригели и связанные между собой межплитными швами с размещенными в них плоскими арматурными каркасами,отличающийся тем, что плоские арматурные каркасы в межплитных швах выполнены цельными на длину смежных сборных плит, верхний и нижний стержни плоских арматурных каркасов выпущенных концами за торцы сборных плит и заанкерены в несущих монолитных ригелях, диски перекрытий выполнены со сквозными проемами для пропуска вертикальных коммуникаций здания, причем каждый сквозной проем по крайней мере по одной стороне снабжен монолитной железобетонной перемычкой, опертой по меньшей мере одним концом на кромки смежных с каждым проемом сборных плит, выполненных многопустотными и опертых верхней полкой на монолитные несущие ригели и/или на монолитные железобетонные перемычки посредством бетонных шпонок, выполненных заодно с монолитными несущими ригелями или перемычками, каркас здания снабжен вертикальными диафрагмами жесткости, образованными в пределах каждого этажа плоскими сборными железобетонными стенками, сопряженными понизу с монолитным ригелем нижнего диска перекрытия контактным швом на слое раствора и выполненными поверху с анкерными связями, размещенными в монолитном ригеле верхнего диска перекрытия, и объединенными по боковым сторонам со сборными и монолитными колоннами дискретными сварными и/или сплошными по высоте монолитными анкерными связями. 2. Каркас здания по п.1, отличающийся тем, что арматурные каркасы в межплитных швах, несущих и связевых ригелях дисков перекрытий выполнены с высотой, превышающей высоту сборных плит, выступающие кверху части арматурных каркасов покрыты монолитным бетоном с образованием над сборными плитами слоя монолитного бетона, выполненного заодно с межплитными швами, несущими и связевыми ригелями. 3. Каркас здания по пп.1 и 2, отличающийся тем, что каждая монолитная железобетонная перемычка выполнена в виде железобетонного бруса, размещенного поперек сборных плит и снабженного по одной боковой стороне бетонными шпонками.-4 010213 4. Каркас здания по пп.1-3, отличающийся тем, что каждая сборная железобетонная стенка вертикальных диафрагм жесткости по верхней грани снабжена вертикальными арматурными выпусками, размещенными в монолитном ригеле перекрытия. 5. Каркас здания по пп.1-3, отличающийся тем, что сборные железобетонные стенки вертикальных диафрагм жесткости снабжены по верхней грани закладными деталями, к которым прикреплены арматурные стержни, размещенные в монолитном ригеле перекрытия. 6. Каркас здания по пп.1-4, отличающийся тем, что каждая сборная железобетонная стенка вертикальных диафрагм жесткости по боковым сторонам снабжена горизонтальными выпусками арматуры, а также дискретными поперечными пазами с наклонными гранями. 7. Каркас здания по пп.1-4, отличающийся тем, что каждая сборная железобетонная стенка вертикальных диафрагм жесткости по боковым сторонам снабжена закладными деталями для дискретного объединения по высоте со сборными и/или монолитными колоннами.