Каркасы с балочными перекрытиями

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

9 м;

- 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.