Безригельный каркас с плоскими перекрытиями. Каркас унифицированный безригельный

Безригельный каркас - конструктивная система с плоскими перекрытиями, опирающимися непосредствен­но на колонны без вспомогательных балок-ригелей.

Безригельные каркасы в архитектурном отношении имеют значительные преимущества:

Плоские перекрытия имеют общую высоту в 2-3 раза меньшую, чем перекрытия в каркасно-ригельных системах;

Перекрытия с гладкими потолками способствуют применению свободной планировки и трансформации помещений путем устройства мобильных перегородок, не связанных жестко с перекрытиями;

Консольные участки перекрытий по периметру позволяют выполнять более сложные конфигурации фа­садных плоскостей, устраивать лоджии, террасы, веран­ды без дополнительных конструктивных элементов;

Наличие гладкого потолка позволяет отказаться от дорогостоящих подвесных потолков.

Безригельные каркасы имеют и технико-экономиче­ские преимущества: упрощается монтаж опалубки благо­даря отсутствию ригелей (при монолитном способе про­изводства), уменьшается площадь последующей обра­ботки потолка и упрощаются отделка, прокладка под по­толком трубопроводов, устройство теплоизоляции и т.д.

Наряду с отмеченными преимуществами безригель­ные системы имеют недостатки, препятствующие массо­вому их распространению в практике строительства: ве­личины пролетов безбалочных перекрытий более ограни­чены, чем в традиционных ригельных системах; не во всех случаях изготовление плоских перекрытий дешевле и проще ригельных; усложнены расчет и оценка действи­тельной работы конструкций перекрытий.

Однако эти недостатки, в основном конструктивного характера, при дальнейшем совершенствовании систем могут быть устранены. Архитектурные качества безригельных систем все больше привлекают внимание архи­текторов и конструкторов. Многочисленные поиски спе­циалистов разных стран привели к различным конструк­тивным решениям. Многие варианты безригельного кар­каса прошли экспериментальную проверку и вошли в строительную практику.

Интересная каркасная безригельная система разра­ботана в бывшей Югославии - конструктивная система ИМС , нашедшая широкое применение и в других странах. Основная идея системы ИМС заключается в том, чтобы при минимальном количестве типоразмеров конструктив­ных элементов этой серии создавались разнообразные типы зданий. Действительно, на основе ИМС, помимо жилых зданий, можно проектировать общественные зда­ния и промышленные объекты. ИМС можно рассматри­вать как открытую конструктивную систему, позволяющую строить разнообразные здания, применять различные ограждающие конструкции и в процессе эксплуатации переделывать объект в зависимости от функциональных потребностей.

Сборная система ИМС (рис. 12.77) основана на плани­ровочной сетке колонн с квадратными или прямоугольными ячейками, имеющими параметры от 3х3 до 7,2х7,2 м. Каждая ячейка состоит из четырех колонн и расположен­ной между ними плиты перекрытия. В системе принят кон­структивный принцип предварительного напряжения перекрытий, осуществляемого пучками струн арматуры, протянутых через отверстия в колоннах на уровне плит пе­рекрытий и расположенных в свободном пространстве между боковыми бортами соседних плит. После обетонирования пучков струн сборные плиты превращаются в еди­ный сборно-монолитный диск перекрытия.

Рис. 12.77. Безригельный каркас ИМС (бывш. Югославия): а - общий вид; б - вариант с ребристыми плитами; в - вариант с пустотно-замкнутыми плитами; 1 - колонна; 2 - рядовая пли­та; 3 - консольная плита; 4 - бортовой элемент; 5 - арматура натяжная

Колонны - основные несущие элементы каркаса - выполняются многоэтажными (до трех этажей). Сборные плиты перекрытий применяют рядовые (с опиранием на четыре колонны) и консольные, опирающиеся только на две колонны и служащие для увеличения площади поме­щений или устройства лоджий и балконов.

Болгарский каркас (рис. 12.78) - принципиально другая безригельная система, решенная на иной конструк­тивной основе. Эта система отличается разрезкой пере­крытия на плиты, конструкцией и монтажом перекрытия.

Рис. 12.78. Болгарский безригельный каркас: а - компоновочная схема; б - фрагмент разреза; 1 - колонна; 2 - основная межколонная плита; 3 - промежуточная плита; 4 - пуч­ковая арматура в специальных каналах

Главными элементами болгарского каркаса являются колонны и плиты перекрытий двух типов: основные и про­межуточные (плиты-вкладыши). Основные плиты имеют на торцах, вдоль продольной оси, пазы для прохождения колонн. Каркас монтируют следующим образом: сначала выставляют колонны, затем на них устанавливают основ­ные плиты, опирая на две точки, между ними вставляют промежуточные плиты. Монтаж осуществляется с помо­щью инвентарных металлических приспособлений, кото­рые крепятся к колоннам и основным плитам. После мон­тажа колонн и плит перекрытий осуществляется их обжа­тие пучковой арматурой, размещаемой в специальных каналах плит и в швах между плитами. После напряжения арматуры в двух направлениях замоноличивают швы и инъецируют каналы цементным раствором.

В основу каркаса положена планировочная сетка с укрупненным модулем 600 мм; шаг колонн может изменяться от 2,4 до 7,2 м как в продольном, так и в попереч­ном направлениях.

Несколько предложений по безригельным конструк­циям разработаны в Украине. Среди них - грибовидный каркас , примененный в проектах различных типов об­щественных зданий (рис. 12.79).

Рис. 12.79. Безригельный грибовидный каркас с плоскими пере­крытиями (Украина): а - на треугольной сетке колонн со стороной 3,2 м; б - на треу­гольной сетке со стороной 6,6 м; 1 - колонна; 2 - надколонная (капительная) плита; 3 - пролетная плита; 4 - доборная фасад­ная плита

Грибовидный каркас вписывается в структурную сет­ку на основе равностороннего треугольника со стороной 3,2 м и состоит из двух основных элементов: колонны и шестиугольной плиты перекрытия. Каждая плита опира­ется в центре на колонну, образуя своеобразный грибок. Примыкая друг к другу боковыми гранями, грибки объе­диняются в сотовую структуру и после сварки и замоно­личивания превращаются в единую пространственную систему. Благодаря частому шагу колонн и простран­ственной работе каркаса высота ребер плит доведена до 15 см, а вся толщина перекрытия с конструкцией пола составляет 20 см.

Из шестигранных элементов грибовидного каркаса можно создавать самые разнообразные архитектурно-кон­структивные композиции. Несмотря на художественные достоинства, эта разновидность каркаса имеет серьезный планировочный недостаток, ограничивающий его приме­нение. Частый шаг колонн, расположенных в шахматном порядке, затрудняет функциональное решение большин­ства типов зданий, особенно при широком корпусе.

Модификация этой системы привела к варианту карка­са, в котором, наряду с основными плитами перекрытий, опирающимися центрично на колонны, имеются пролетные плиты, опертые на основные (рис. 12.79 б). Введение про­летных плит перекрытий позволило резко увеличить размер треугольной планировочной сетки (с 3,2 до 6,6 м), что зна­чительно улучшило архитектурные качества каркаса.

Каркас с консольно-ригельными плитами (рис. 12.80) запроектирован для планировочной сетки 6х6 м и включает три основные сборные железобетонные эле­мента - колонну на этаж, надколонную ребристую плиту, асимметрично опирающуюся на колонну и торец сосед­ней плиты, а также плиту-вкладыш.

Рис. 12.80. Каркас с консольно-ригельными асимметрично опер­тыми надколонными плитами (Украина): а - общая схема; б - схема раскладки плит перекрытий; 1 - надколонная плита; 2 - плита-вкладыш; 3 - разрезка в местах, близ­ких к линиям нулевых моментов

Преимущества каркаса: простота узлов соединений и монтажа элементов, возможность взаимного смещения рядов колонн, т.е. трансформации планировочной сетки, и возведения зданий сложной конфигурации.

Пространственная жесткость здания обеспечивается сборно-монолитным соединением плит и колонн, работа­ющих в двух направлениях. Для восприятия горизонталь­ных нагрузок в каркасах выше двух этажей необходима установка диафрагм жесткости.

Конструкции безригельного каркаса серии 1.420.1-14 (рис. 12.81) разработаны для применения при проектировании и строительстве зданий холодильни­ков, мясокомбинатов, молокозаводов, рыбоперерабатывающих предприятий и других объектов, для которых по условиям технологии производства необходимы или предпочтительны беспустотные перекрытия, образующие в помещениях гладкие потолки.

Рис. 12.81. Безригельный каркас серии 1.420.1-14: а - схема формирования каркаса; б - двухэтажная колонна с высотой этажа 4,8 м; в - капитель; г - армирование капители; д - межколон­ная плита; е - армирование межколонной плиты; ж - пролетная плита; з - сопряжение капители с колонной; и - сопряжение межколон­ной плиты с капителью; 1 - колонна; 2 - капитель; 3 - межколонная плита; 4 - пролетная плита; 5 - выпуски арматуры; 6 - пазы; 7 - строповочное отверстие; 8 - закладные детали; 9 - подъемная петля; 10 - арматурный каркас; 11 - арматурные сетки; 12 - стальные монтажные столики; 13 - бетон замоноличивания; 14 - арматурные вставки; 15 - обетонировка монтажных столиков

Типовые конструкции многоэтажных производствен­ных зданий разработаны для схем со следующими пара­метрами: сетка колонн 6x6м; этажность - 3-5; высота этажа - 4,8 и 6 м; высота подвала - 3,6 м.

Несущие конструкции здания представляют собой сборный железобетонный каркас, решенный по рамной схеме с жесткими узлами (рис. 12.81 а). Каркас состоит из четырех элементов: колонн, капителей, плоских меж­колонных и пролетных плит сплошного сечения. Размеры элементов перекрытий (в плане) 3х3 м; колонны квад­ратного сечения размером 450х450 мм без консолей, разрезка многоэтажная.

По периметру всех сборных элементов перекрытия предусмотрены пазы для образования бетонных шпонок. Жесткие соединения сборных элементов каркаса выпол­няются с помощью сварных соединений с последующим тщательным заполнением пазов бетоном. Шпоночные сопряжения элементов являются основной отличитель­ной особенностью конструктивного решения безбалочных каркасов данной серии.

Сборно-монолитная система КУБ-2,5 (каркас уни­версальный безригельный) позволяет строить жилые дома, здания общественного назначения в едином конст­руктивном ключе, по единой технологии изготовления и монтажа строительных конструкций. Система представ­ляет собой связевый каркас, состоящий из многоэтажных неразрезных колонн прямоугольного сечения и сплошных плит перекрытий (рис. 12.82). КУБ-2,5 соответствует уровню прогрессивных современных индустриальных каркасных конструкций. Отличительная особенность си­стемы - монтаж плит перекрытия на колонну и соедине­ние плит перекрытий между собой производятся без под­держивающих элементов.

Рис. 12.82. Сборно-монолитный безригельный каркас КУБ-2,5: а - монтажная схема; б - стык колонн; в - узел «колонна-плита»

Конструкция стыков колонн исключает сварку, так как стык колонн сечением 400х400 мм предусматривает принудительный монтаж, при котором фиксирующий стержень нижнего торца колонны должен войти в патру­бок верхнего торца нижней колонны.

Конструкции каркаса предполагают высоту этажей 2,8; 3,0; 3,3 м при основной сетке колонн 6x6м. При не­обходимости высоту этажа можно увеличить до 6 м, а шаг колонн - до 12 м.

Конструкции КУБ-2,5 применяются при возведении общественных зданий в 1-3 этажа большой пролетности с техподпольем и жилых зданий в 4-22 этажа.

Монолитные безригельные каркасы проектируют на основе квадратной или прямоугольной сетки колонн, при этом соотношение между большим и меньшим про­летами ограничивается как 4/3. Наиболее рациональна квадратная сетка колонн 6x6 м.

В монолитных безригельных каркасах сплошная же­лезобетонная плита опирается непосредственно на ко­лонны с капителями (рис. 12.83). Капители обеспечивают жесткое сопряжение плиты с колоннами и прочность пли­ты на продавливание по периметру колонны, уменьшают расчетный пролет плиты. Капители колонн конструируют в виде усеченной пирамиды с углом наклона граней 45° или двойной усеченной пирамиды ломаного очертания.

Рис. 12.83. Монолитный безригельный каркас: а - капители колонн и их армирование; б - расположение рабо­чей арматуры в плите (план); в - фрагмент разреза каркаса с изображением армирования плиты; 1 - рабочая арматура; 2 - конструктивная арматура

Толщину монолитной плиты принимают из условия ее необходимой жесткости в пределах 1/32-1/35 от величи­ны наибольшего пролета. Плиты армируют плоскими или рулонными сварными сетками. При этом пролетные из­гибающие моменты воспринимаются сетками, уложенны­ми в нижней зоне, а опорные - в верхней зоне плиты.

Один из эффективных вариантов монолитного безри­гельного каркаса для зданий с мелкоячеистой планиро­вочной структурой - вариант с узкими колоннами в виде коротких стенок-диафрагм без капителей (рис. 12.84).

Рис. 12.84. Монолитный безригельный каркас с колоннами в виде коротких стенок-диафрагм: а - фрагменты фасада и плана каркаса здания коридорного типа; б - возможные формы сечений колонн; в - формы колонн пере­менного сечения по высот

Колонны такого вида позволяют использовать их в качестве ограждающих элементов при одновременном уменьшении пролетов плит и увеличении жесткости кар­каса. Колонны могут быть не только плоскими, ориенти­руемыми на плане в разных направлениях, но и простран­ственными (рис. 12.84 б), логично вписывающимися в планировочную структуру здания.

Данная система является открытой, позволяет созда­вать разнообразные объемно-планировочные решения жилых, учебных, административных и других зданий со средними по величине пролетами - до 7,5 м.

ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ ПО ИНФОРМАЦИИ НПО "КУБ"

Конструкции КУБ-2,5 разработаны для строительства зданий до 25 этажей и выше в I-IV климатических районах как в обычных условиях, так и в условиях повышенной сейсмической активности до 8 баллов. Возможно, так же строительство зданий высотой до 16 этажей и в районах с сейсмичностью до 9 баллов.
Каркас прост в изготовлении и монтаже. Изделия каркаса простой геометрической формы и имеют ограниченное количество типоразмеров, что существенно облегчает его освоение. Парк форм минимален, сами формы отличаются простотой и технологичностью.
Элементы безригельного каркаса могут быть легко изготовлены во вновь осваиваемых районах, в условиях отсутствия индустриальной базы, а так же в местах, где еще не налажено производство каркасов действующих серий. Безригельный каркас обладает архитектурно-планировочными и конструктивными преимуществами перед традиционными блочными.
Гладкий потолок перекрытия в ряде случаев позволяет отказаться от дорогостоящих подшивных потолков, необходимых по гигиеническим, эстетическим или техническим требованиям.
Уменьшенный строительный габарит перекрытия дает возможность на 5-8% снизить кубатуру здания. Наличие консольной части по периметру перекрытия позволяет удобно решать температурно-осадочные швы, примыкание к другим зданиям, устройство галерей и солнцезащитных элементов для южных районов.

Одним из достоинств каркаса является пониженный показатель расхода стали и цемента на 1 кв.м перекрытия по сравнению с каркасными системами, применяемыми как внутри страны так и за рубежом.
Следующим достоинством является так же простота монтажа.
Формообразующие возможности каркаса имеют широкий диапазон от одноэтажных до многоэтажных зданий со сложным архитектурно-пространственным решением.
Экспериментальные и теоретические исследования, проведенные в институте ЦНИИЭП жилища, подтвердили жесткостные и прочностные качества конструкции, а так же достоверность расчетных предпосылок.

Номенклатура изделий, предусмотренная в выпусках КУБ-2.5, позволяет проектировать здания пролетами 6 и 3 м с шагом колонн 6 и 3 м, высотами этажей 2,8; 3,0; 3,3 м. Конструкции каркаса предполагают применение наружных внутренних стен как из штучного материала, так и в виде крупноразмерных элементов - панелей.

Панели наружных стен запроектированы однослойными керамзитобетонными вертикальной разрезки.
Строители отмечают удобство монтажа каркаса, легкость его освоения на стройпощадке, возможность достижения высокой производительности труда.

Приемы конструктивных решений зданий

Проектирование конструкций здания любого назначения начинают с решения основной принципиальной задачи – выбора конструктивной системы здания исходя из функциональных и технико-экономических требований.

Конструктивная система – это взаимосвязанная совокупность вертикальных и горизонтальных несущих конструкций здания, которые, воспринимая все приходящиеся на него нагрузки и воздействия, совместно обеспечивают прочность, пространственную жесткость и устойчивость сооружения.

Выбор конструктивной системы определяет роль каждого несущего конструктивного элемента в пространственной работе здания.

Горизонтальные несущие конструкции (покрытия и перекрытия) воспринимают все приходящиеся на них вертикальные нагрузки и передают их вертикальным несущим конструкциям (стенам, колоннам и др.), которые, в свою очередь, передают нагрузки через фундамент на грунт (основание здания). Горизонтальные несущие конструкции, как правило, играют в здании роль жестких дисков – горизонтальных диафрагм жесткости. Они воспринимают и перераспределяют горизонтальные нагрузки и воздействия (ветровые, сейсмические) между вертикальными несущими конструкциями.

Горизонтальные несущие конструкции гражданских зданий высотой более двух этажей, как правило, однотипны и представляют собой железобетонный диск – сборный (из отдельных железобетонных сплошных, многопустотных или ребристых плит), сборно-монолитный или монолитный. Также в многоэтажных промышленных зданиях (реже – в гражданских зданиях) используют перекрытия по металлическим балкам (балочные) и профилированному стальному настилу. Исходя из противопожарных требований в ряде случаев такие перекрытия впоследствии замоноличивают бетоном.

Вертикальные несущие конструкции по сравнению с горизонтальными более разнообразны. Различают следующие виды вертикальных несущих конструкций:

Стержневые (стойки каркаса);

Плоскостные (стены, диафрагмы);

Объемно-пространственные элементы высотой в этаж (объемные блоки);

Внутренние объемно-пространственные полые стержни (открытого или закрытого сечения) на высоту здания (стволы жесткости);

Объемно-пространственные внешние несущие конструкции на высоту здания в виде тонкостенной оболочки замкнутого сечения (оболочки).

Соответственно виду вертикальной несущей конструкции получили наименование пять основных конструктивных систем зданий:

- каркасная ;

- бескаркасная (стеновая);

- объемно-блочная;

- ствольная;

- оболочковая.

Наряду с основными широко применяют комбинированные конструктивные системы . В этих системах вертикальные несущие конструкции компонуют, сочетая различные виды несущих элементов – стены и колонны, стены и объемные блоки и др.

В соответствии с функциональными требованиями к объемно-планировочному решению в зданиях могут сочетаться различные структуры пространственных ячеек. Это влечет за собой и сочетание различных конструктивных систем в одном здании , например, бескаркасной для фрагмента здания ячеистой структуры и каркасной – для зальных помещений. Такое решение называется смешанной конструктивной системой здания .

Выбор конструктивной системы при проектировании основан на объемно-планировочных, архитектурно-композиционных и экономических требованиях, в соответствии с которыми определились области рационального применения каждой из конструктивных систем.

Бескаркасная (стеновая) система (рис. 3.1) – основа проектирования жилых домов различной этажности и назначения (квартирные дома, общежития, гостиницы, пансионаты и др.) и для разных инженерно-геологических условий. Выбор этой системы связан с относительной стабильностью объемно-планировочных решений жилых зданий и с ее технико-экономическими преимуществами. Благодаря этому расширяется применение бескаркасной системы и для массовых типов общественных зданий (школ, детских дошкольных учреждений, поликлиник и др.).

Рис. 3.1. Бескаркасная (стеновая) конструктивная система

1 – наружная несущая стена;

2 – внутренняя несущая стена;

3 – сборный настил перекрытия

Каркасная система (см. рис. 3.2) наиболее часто применяется при проектировании массовых и уникальных общественных зданий различного назначения и этажности. Эта система уступает бескаркасной системе по показателям затрат труда и срокам возведения. Однако предпочтение, оказываемое каркасным системам, связано с функциональными требованиями к гибкости объемно-планировочных решений общественных зданий и необходимости их неоднократной перепланировки в процессе эксплуатации. С точки зрения этих требований компоновочные преимущества каркасных систем перед бескаркасными очевидны.

Рис. 3.2. Каркасная конструктивная система

1 – колонны каркаса; 2 – ригели каркаса; 3 4 – наружная навесная стеновая панель

Общий вид каркасных конструктивных систем общественного и промышленного зданий показаны на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Общий вид зданий с каркасной конструктивной системой

а – общественного;б – промышленного

Объемно-блочная система (см. рис. 3.4) применяется при проектировании жилых зданий различных типов высотой до 16 этажей. Главное преимущество такой конструктивной системы – сокращение затрат труда при постройке зданий.

Рис. 3.4. Объемно-блочная конструктивная система

1 – монолитный железобетонный объемный блок (размером на комнату)

Ствольная система (см. рис. 3.5) обеспечивает свободу планировочных решений, поскольку пространство между стволом жесткости и наружными ограждающими конструкциями остается свободным от промежуточных опор. Относительно высокая жесткость здания позволяет использовать такую систему при проектировании жилых и общественных зданий, как правило, башенного типа с компактной (квадратной, круглой и т.п.) формой плана, высотой более 20 этажей. Возможно применение ствольной системы и для протяженных зданий, но в этих случаях конструктивная система таких зданий компонуется из нескольких стволов.

Наиболее целесообразны компактные в плане многоэтажные здания ствольной системы в сейсмостойком строительстве, а также в условиях неравномерных деформаций основания (на просадочных грунтах, над горными выработками и т.п.).

Рис. 3.5. Ствольная конструктивная система

1 – сборный или монолитный ствол жесткости; 2 – консольные междуэтажные перекрытия

Оболочковая система присуща уникальным и высотным (более 40 этажей) зданиям, поскольку обеспечивает существенной увеличение жесткости сооружения. Применение такой системы в качестве основной (а также в комбинации с каркасом) обеспечивает свободу планировочных решений, что позволяет применять ее для жилых и общественных зданий. Однако чаще всего такие здания проектируют многофункциональными. Оболочковая конструкция может совмещать несущие и ограждающие функции или дополняться наружными ограждающими конструкциями.

Рис. 3.6. Пример здания с оболочковой конструктивной системой

Помимо основных типообразующих признаков конструктивной системы, т.е. несущих вертикальных элементов, существуют дополнительные классификационные признаки внутри каждой из систем. Ими служат геометрические признаки – ­­­­­­­­­­­размещение вертикальных несущих конструкций в плане здания и расстояния между ними. Способ размещения несущих горизонтальных и вертикальных конструкций здания в пространстве называют конструктивной схемой.

При бескаркасной (стеновой) конструктивной системе , исходя из основных геометрических признаков, можно выделить следующие виды конструктивных схем (см. рис. 3.7):

- I – продольно-стеновая ;

- II – поперечно-стеновая :

а) с большим шагом несущих стен (2,4 ÷ 4,5 м);

б) с узким шагом несущих стен (6,0 ÷ 7,2 м);

в) со смешанным шагом ;

- III – перекрестно-стеновая.

Рис. 3.7. Конструктивные схемы бескаркасных зданий

а – продольно-стеновая;

б – поперечно-стеновая;

в – перекрестно-стеновая

Продольно-стеновая конструктивная схема (см. рис. 3.7 а ) традиционна в проектировании зданий малой, средней и повышенной этажности. Редкое расположение поперечных стен-диафрагм жесткости (через 25 – 40 м) обеспечивает свободу планировочных решений в зданиях, поэтому эту схему применяют при проектировании жилых и общественных зданий различного назначения.

Поперечно-стеновая конструктивная схема (см. рис. 3.7 б ) менее гибкая в планировочном отношении, чем продольно-стеновая схема. Поэтому наиболее часто ее применяют при строительстве жилых зданий, реже – массовых типов общественных зданий (детских учреждений, школ и т.п.). Поперечно-стеновая схема (особенно с большим шагом поперечных несущих стен) допускает возможность частичной перепланировки внутреннего объема зданий в процессе эксплуатации, а также размещения небольших встроенных нежилых помещений в первых этажах жилых домов.

в ) присущи малые размеры конструктивно-планировочных ячеек (около 20 м 2), что ограничивает область ее применения только жилыми зданиями. Частое расположение поперечных стен делает трансформацию планов зданий трудноосуществимой. Разнообразию планировочных решений в проектировании домов на основе этой схемы способствует использование нескольких размеров шагов поперечных стен (например, 3,0; 3,6 и 4,2 м) в различных сочетаниях. Благодаря высокой пространственной жесткости перекрестно-стеновая схема широко распространена в проектировании многоэтажных зданий, а также зданий, строящихся в сложных геологических условиях, а также в сейсмически опасных районах.

В каркасных зданиях применяют четыре конструктивные схемы:

- I – с поперечным расположением ригелей ;

- II – с продольным расположением ригелей ;

- III – с перекрестным расположением ригелей ;

- IV –безригельная .

Использование современных массовых типовых конструкций перекрытий определяет размеры основной конструктивно-планировочной сетки осей каркаса 6 ´ 6 м (при дополнительной сетке 6 ´ 3 м).

При выборе конструктивной схемы каркаса учитывают как экономические, так и архитектурно-планировочные требования:

Элементы каркаса (колонны, ригели, диафрагмы жесткости) не должны ограничивать свободу выбора планировочного решения;

Ригели каркаса не должны выступать из поверхности потолка в жилых комнатах, а проходить по их границам.

Каркас с поперечным расположением ригелей (см. рис. 3.8) целесообразен в зданиях с регулярной планировочной структурой (общежития, гостиницы), где шаг поперечных перегородок совмещается с шагом несущих конструкций.

Рис. 3.8. Конструктивная схема каркасного здания с поперечным расположением ригелей

Каркас с продольным расположением ригелей (см. рис. 3.9) используют в проектировании жилых домов квартирного типа и массовых общественных зданий сложной планировочной структуры, например, в зданиях школ.

Рис. 3.9. Конструктивная схема каркасного здания с продольным расположением ригелей

Каркас с перекрестным расположением ригелей выполняют чаще всего монолитным и используют в многоэтажных промышленных и общественных зданиях.

Безригельный каркас используют как в многоэтажных промышленных, так и в гражданских зданиях, т.к. в связи с отсутствием ригелей эта схема в архитектурно-планировочном отношении наиболее целесообразна.

Рис. 3.10. Конструктивная схема здания с безригельным каркасом

1 – колонны каркаса; 2 – сборный или монолитный настил перекрытия

В данном случае ригели отсутствуют, а сборный или монолитный диск перекрытия опирается или на капители (уширения) колонн, или непосредственно на колонны (см. рис. 3.10).

В комбинированных конструктивных системах может применяться различное сочетание вертикальных несущих конструкций, которые используются в основных конструктивных системах. На практике наиболее распространены следующие виды конструктивных схем в зданиях с комбинированными системами:

1) Неполный каркас (см. рис. 3.11). Такую схему выбирают исходя из местных сырьевых и производственных условий применения массивных конструкций наружных стен.

Рис. 3.11. Конструктивная схема здания с неполным каркасом (план)

а – плиты перекрытия опираются на ригели каркаса и на наружную несущую стену;

б – ригели каркаса опираются на колонны и на наружную несущую стену

1 – колонны каркаса; 2 – ригели; 3 – сборный настил перекрытия; 4 – несущая стена

2) Схема, в которой каркас расположен в пределах первого этажа (или нескольких этажей), а выше здание имеет стеновую конструктивную систему (см. рис. 3.12).

Рис. 3.12. Пример комбинированной конструктивной системы (разрез)

1 – колонны каркаса; 2 – продольно расположенные ригели; 3 – сборный настил перекрытия; 4 – несущие стены

Изобретение относится к области строительства, в частности к конструкциям сборно-каркасных зданий и сооружений. Технический результат изобретения заключается в повышении жесткости и прочностных характеристик каркаса. Безригельный каркас содержит колонны, надколонные плиты перекрытия, опирающиеся на колонны, межколонные плиты перекрытия, расположенные между надколонными плитами, узлы соединения колонн с надколонными плитами перекрытий и узлы соединения плит перекрытий между собой. Колонны, расположенные в углах зданий и в местах пересечения продольных и поперечных стен, выполнены фигурными с уголковым, тавровым или крестообразным поперечным сечением соответственно их расположению. Каждый узел соединения колонн с надколонными плитами перекрытий выполнен в виде закладных деталей, соединенных с арматурой колонны и установленных на периферийных участках поперечного сечения фигурной колонны, а также вертикальных стержней, пропущенных через отверстия в надколонной плите перекрытия и соединенных с закладными деталями колонн. 2 з.п. ф-лы, 16 ил.

Рисунки к патенту РФ 2501915

Изобретение относится к области строительства, в частности к конструкциям сборно-каркасных зданий и сооружений, и может быть использовано при сооружении жилых, гражданских, промышленных зданий и сооружений с безригельными каркасами.

Безригельные каркасы в настоящее время являются альтернативой традиционным схемам строительства сборно-каркасных зданий и сооружений. Примером применения безригельных каркасов является строительная система безригельного полносборным каркаса сборно-каркасных зданий серии «КУБ-2,5», прошедшая согласование и получившая одобрение Госстроя РФ. Министерства строительства, архитектуры и ЖКХ Российской Федерации.

Серия сборно-каркасных зданий «КУБ-2,5» освоена ООО «КУБ Систем», ООО «КУБ Строй», ООО «ПСК-КУБ» (Москва), ООО «КУБ Систем СПб», ООО «КУБ Строй СПб» (Санкт-Петербург).

От традиционных сборно-каркасных систем строительная система «КУБ-2,5» отличается, прежде всего, отсутствием ригелей (роль которых выполняют плиты перекрытия), а также использование колонн без выступающих частей. Плиты перекрытий, в зависимости от расположения, подразделяются на надколонные, межколонные и средние. Пространственная жесткость конструкции обеспечена монолитной связью элементов (плит перекрытий и колонн) и, при необходимости, включением в систему связей и диафрагм. В основу системы безригельного каркаса «КУБ-2,5» положена конструкция узла сопряжения двух основных элементов - плиты перекрытия и колонны с использованием закладной детали - стальной обечайки, соединенной с арматурой плиты перекрытия. Бетон в данном узле работает в условиях всестороннего обжатия, вследствие чего происходит его самоупрочнение. Это дает возможность исключить ванную сварку в стыке колонн. В узле присутствуют только монтажные швы.

Монтаж каркаса производится в следующем порядке: сначала устанавливают и выверяют колонны, затем на проектную отметку устанавливают надколонные плиты перекрытия, после этого межколонные и средние плиты перекрытия монтируют «насухо». После установки арматуры в швах между плитами замоноличивают бетоном узлы сопряжения надколенных плит перекрытия и колонн, а также швы между плитами перекрытия.

Строительная система безригельного каркаса «КУБ-2,5» может использоваться для строительства практически всего спектра сооружений: жилых и общественных зданий, промышленных сооружений, складских комплексов и т.д.

Строительная система безригельного каркаса «КУБ-2,5» в сравнении с традиционными схемами строительства сборно-каркасных зданий и сооружений обладает следующими основными преимуществами:

Высокий уровень индустриализации - технология изготовления элементов зданий максимально переносит затраты труда строителей в цеховые условия, тем самым значительно уменьшая на строительной площадке риски как природных, так и человеческих факторов:

Высокая производительность монтажа - используются всего два типа простых и нетрудоемких соединений: «колонна-плита» и «плита-плита», то есть минимально физически возможное количество, что способствует ускорению монтажа: не требуется особенной подготовки монтажников, все процедуры по монтажу носят стандартный характер; бригада из 5 человек монтирует в смену до 300 м 2 перекрытий:

Сокращение количества сварочных работ - сварочные работы выполняют только для приварки четырех соединительных деталей в узле «колонна-плита»:

Сокращение количества бетона в процессе монтажа - количество бетона минимально, так как бетон требуется только для заделки швов между плитами и замоноличивания узла «колонна-плита»;

Разнообразие и свобода архитектурных решений - межэтажные перекрытия могут принимать разнообразнейшие формы, позволяя тем самым решать любые архитектурные задачи по проектированию жилых, общественных или промышленных зданий.

Конструкции безригельных каркасов зданий и сооружений широко описаны в патентной информации.

Так, по авторскому свидетельству СССР № 1606629, МПК 5 E04B 5/43, дата подачи заявки 1988.06.27, известно безбалочное перекрытие, включающее надколонные плиты с центральным отверстием для размещения на колоннах, межколонные и средние плиты, имеющие на стыкуемых боковых гранях каждой плиты перекрытия площадки для последовательного опирания плит одна на другую. С целью снижения материалоемкости за счет уменьшения усилий на надколонную плиту, площадки опирания надколонных плит выполнены в виде размещенных в середине боковых граней столиков, длина которых определена из условия l<2b+a , где b - толщина надколонной плиты, a - размер отверстия в надколонной плите по нижней грани.

На колоннах, установленных на расстоянии 2l друг от друга, где l - длина плиты перекрытия, смонтированы надколонные плиты перекрытия, имеющие в центральной части отверстие. Боковые грани надколонных плит выполнены в виде ступеньки, средняя часть которой имеет большую высоту, чем крайние части, и образует опорный столик. На надколонные плиты опираются двумя своими противоположными краями межколонные плиты. На боковых гранях этих плит на всей их длине образованы «четверти», причем на гранях, которыми эти плиты опираются на надколонные плиты, «четверти» выбраны снизу, а на двух других гранях - сверху, образуя тем самым опорные поверхности, на которые установлены средние плиты. У этих плит на боковых гранях также по всей длине выбраны четверти, но эти четверти выбраны только с нижней стороны. Узел соединения колонн с надколонными плитами перекрытий включает отверстие в надколонной плите, в котором размещается колонна. Указанное отверстие имеет обрамление в виде стальной обечайки. После установки колонны в отверстие узел соединения замоноличивается.

Монтаж перекрытия производится в следующем порядке.

На колонны сверху устанавливаются надколонные плиты.

Затем на надколонные плиты укладываются межколонные плиты таким образом, что «четверти» этих плит, образованные на противоположных гранях, опираются только на столики, расположенные в средней части боковых граней надколонных плит. Средние плиты в свою очередь устанавливаются на опорные поверхности межколонных плит. Таким образом, все пространство оказывается перекрытым.

Общими признаками аналога и заявляемого решения являются: безригельный каркас здания, сооружения, содержащий колонны, надколонные плиты перекрытия, опирающиеся на колонны, межколонные плиты перекрытия, расположенные между надколонными плитами перекрытия, узлы соединения колонн с надколенными плитами перекрытий и узлы соединения плит перекрытий между собой.

При указанной конструкции узла соединения колонн с надколонными плитами перекрытий жесткость каркаса и сопротивляемость продавливающим нагрузкам ограничены, так как опирание надколонной плиты перекрытия на колонну осуществляется только через искусственно созданный в условиях строительной площадки соединительный узел, локализованный в пределах поперечного сечения колонны, геометрия и конструктивные особенности которого не позволяют воспринимать значительные изгибающие моменты и осевые нагрузки. Необходимость замоноличивания узла соединения колонн с надколонными плитами перекрытий увеличивает трудоемкость монтажа и расход бетона на строительной площадке.

По авторскому свидетельству СССР № 1114749, МПК 5 E04B 1/18, E04B 1/38, дата подачи заявки 1982.05.04, известен безригельный каркас, содержащий колонны, плиты перекрытия и узлы соединения колонн с плитами перекрытий.

Узел соединения колонны и плиты перекрытия содержит сборную колонну, выполненную по высоте с разрывом бетона в уровне перекрытия, и сборную плиту перекрытия, выполненную с отверстием со скошенными торцами в нижней ее части (для пропуска колонны) и обечайкой, жестко прикрепленной по периметру отверстия к рабочей арматуре плиты перекрытия и снабженной дополнительными стержнями (а), расположенными в нижней зоне плиты.

Кроме того, плита перекрытия снабжена стержнями (б), соединяющими рабочую арматуру плиты с дополнительными стержнями (а) обечайки. Торцы отверстия плиты перекрытия выполнены со скосом в верхней ее части с образованием треугольной призмы. Узел снабжен плоскими трапециевидными элементами, соединяющими рабочую арматуру колонны с верхней частью обечайки двух смежных торцов отверстия плиты перекрытия.

Полость узла омоноличена бетоном.

Стержни (б) обеспечивают увеличение несущей способности плиты перекрытия в опорной зоне на продавливание, а также воспринимают изгибающий момент в нижней зоне плиты перекрытия при сейсмических нагрузках. Подсоединение дополнительных стержней (а) обечайки к арматуре плиты создает комбинированное армирование опорной зоны на скалывание при минимальном количестве металла.

Монтаж узла на строительной площадке производят следующим образом.

После установки колонны в монтажное отверстие колонны устанавливают Т-образное приспособление, выполненное в виде трубы с балкой, на концах которой имеются резьбовые втулки под винты. После этого плиту поднимают краном, одевают на колонну и устанавливают на винты монтажных приспособлений. Перемещая винты, устанавливают плиту перекрытия в проектное положение. Далее приваривают трапециевидные элементы к двум смежным сторонам обечайки в верхней ее части и к рабочей арматуре колонны в месте разрыва бетона.

Бетонирование полости узла производят, например, бетононасосом. После замоноличивания стыка и достижения необходимой прочности монтажное приспособление снимается.

Обечайка, примыкающая к колонне, выполнена в виде треугольной призмы, что создает шпоночный эффект, увеличивая жесткость узла и его прочность на продавливание. Прикрепление обечайки к арматуре колонны с помощью трапециевидных элементов позволит передавать изгибающий момент с перекрытия на колонну, что также повышает жесткость и надежность узла.

Общими признаками аналога и заявляемого решения являются: безригельный каркас здания, сооружения, содержащий колонны, надколонные плиты перекрытия, опирающиеся на колонны, узлы соединения колонн с надколенными плитами перекрытий.

Как и в предыдущем аналоге, конструкция узла соединения колонн с надколонными плитами перекрытий ограничивает жесткость каркаса и сопротивляемость продавливающим нагрузкам по указанным выше причинам, а необходимость замоноличивания узла увеличивает трудоемкость монтажа и расход бетона на строительной площадке.

В качестве прототипа выбран безригельный бескапительный железобетонный каркас здания по патенту Российской Федерации № 2247812, МПК 7 E04B 1/18, E04B 5/43, дата подачи заявки 2001.04.03. патентовладелец ООО «Научно-проектное общество «КУБ», г.Москва.

Безригельный бескапительный железобетонный каркас здания содержит надколонные и межколонные плиты, имеющие на ребрах петлевых выпуски и симметрично расположенные относительно друг друга пазы, вдоль которых сквозь перехлесты петлевых выпусков смежных плит установлена арматура, и проходящие сквозь отверстия в надколонных плитах сборные по высоте колонны, в которых в местах монтажа надколонных плит обнажена продольная арматура. Каркас имеет следующие особенности, определяющие его новизну на дату приоритета:

На ребрах надколонных плит в нижней их части образованы полочки и дискретно расположенные опорные столики, а в верхней части продольных ребер смежных межколонных плит выполнены ответные консоли, при этом длина опорных столиков и консолей равна ширине полочки, а петлевые выпуски имеют длину, не превышающую ширину полочки:

Надколонная плита снабжена вмонтированной в ее отверстие обечайкой, прикрепленной к рабочей арматуре колонны;

В местах пересечения надколонных плит перекрытия и колонн и в местах стыка двух раздельных участков колонн с надколонными плитами обнаженная арматура замоноличена с обнаженной арматурой надколонной плиты перекрытия;

В местах стыка двух раздельных участков колонн с надколонными плитами обнаженная арматура верхней колонны выполнена в виде петлевого выпуска, а нижней - в виде арматурных стержней.

Безригельный бескапительный железобетонный каркас здания состоит из колонн, непосредственно на которые "надеты" и опираются надколонные плиты. На эти надколонные плиты в процессе монтажа перекрытия опирают межколонные плиты. Оба типа плит выполнены плоскими, лишенными ребер, капителей и каких-либо иных утолщений в зоне опирания на колонны либо друг на друга. Колонны выполнены постоянного сечения по высоте, лишенные каких-либо капителей или выступающих за их габариты хомутов в зоне опирания плит перекрытия.

В местах монтажа надколенных плит в колонне обнажена продольная арматура, а отверстие в надколонной плите снабжено вмонтированной в нее при изготовлении обечайкой, выполненной из стали. В том случае, когда в уровне надколонной плиты организуется стык колонны по высоте, из верхней части колонны делается петлевой выпуск арматуры, а из нижней части колонны - арматурных стержней. При объединении надколонной плиты с колонной и частей колонны друг с другом их стык замоноличен бетоном.

Плиты перекрытий по периферии в нижней части имеют полочки. Эти полочки размещены таким образом, что при стыковке со смежной плитой перекрытия полочка оказывается только у одной из смежных плит. В ребрах плит перекрытия сделаны арматурные петлевые выпуски, длина которых не превышает ширину полочки. При монтаже плит между петлевыми выпусками, располагаемыми внахлест друг с другом, пропущены горизонтальные стержни, располагаемые по вертикали в одной плоскости и замоноличенные бетоном. Кроме того, на ребрах надколонных плит в нижней их части образованы дискретно расположенные по длине ребра опорные столики, а в верхней части продольных ребер смежных межколонных плит выполнены ответные консоли, причем опорные столики и консоли расположены в плоскости плит и длина опорных столиков и консолей равна ширине полочки. При монтаже плит столики и консоли замоноличиваются бетоном.

При монтаже плит перекрытия используются монтажные стойки. Плиты выполнены в варианте одномодульных и двухмодульных панелей. В двухмодульных плитах длина большей стороны равна расстоянию "по осям" между соседними колоннами, а в одномодульных плитах длина большей стороны равна половине расстояния "по осям" между соседними колоннами.

Монтаж каркаса осуществляется в следующем порядке: сначала выставляются в проектное положение колонны. Затем на них монтируют надколенные плиты, после чего устанавливают двухмодульные межколонные плиты. Двухмодульные плиты могут иметь комбинированное исполнение, когда одна часть плиты снабжена отверстием для пропуска колонны и выполнять роль надколонной плиты, а другая часть этой плиты такого отверстия лишена. При рядовом исполнении двухмодульной плиты отверстие для пропуска колонны вообще отсутствует. Для лучшего восприятия колоннами монтажных нагрузок первой устанавливают одномодульную надколенную плиту, а уже на нее опирают двухмодульные плиты, будь то комбинированного или рядового исполнения. При несимметричном опирании плит или при одностороннем приложении к ним нагрузки, что бывает, как правило, на крайних осях здания, применяют монтажные стойки. Стойки снимают только после того, как перекрытие следующего этажа смонтировано, замоноличено бетоном и бетон набрал не менее 70% проектной прочности.

Установку надколонной плиты на колонну производят с помощью монтажного кондуктора, предварительно устанавливаемого в отверстии, выполненном в колонне на уровне отметки низа плиты перекрытия. Установленная на проектную отметку надколонная плита прикрепляется к колонне с помощью сварки обечайки с рабочей арматурой колонны, используя стальные посредники. Если в уровне установки надколонной плиты производится стыковка верхней и нижней частей колонны, то петлевая арматура верхней колонны сваривается со стержнями нижней колонны. Затем узел стыка замоноличивается бетоном с тщательным уплотнением.

Установка межколонных плит в проектное положение производится на опорные столики. При монтаже межколонных плит выступающие из их ребер арматурные петлевые выпуски перехлестывают друг друга, образуя на просвет замкнутое овальное кольцо, сквозь которое пропускают горизонтальные стержни, располагаемые один над другим в вертикальной плоскости. Затем стык замоноличивается бетоном. При монтаже плит выступающая в нижней части ребер полочка перекрывает зазор между плитами, образуя канал, заполняемый бетоном.

В малоэтажных зданиях высотой до 4-х этажей поперечное сечение железобетонной колонны может соотноситься как 1:2 и таким образом колонна может быть "спрятана" в толщину стены, не выступая из ее плоскости.

Общими признаками прототипа и заявляемого решения являются: безригельный каркас здания, сооружения, содержащий колонны, надколенные плиты перекрытия, опирающиеся на колонны, межколонные плиты перекрытия, расположенные между надколонными плитами перекрытия, узлы соединения колонн с надколенными плитами перекрытий и узлы соединения плит перекрытий между собой.

Конструкция безригельного каркаса по прототипу не позволяет в полной мере реализовать отмеченные выше потенциальные преимущества строительных систем безригельных каркасов по следующим причинам:

При указанной конструкции узла соединения колонн с надколенными плитами перекрытий жесткость каркаса и сопротивляемость продавливающим нагрузкам ограничены, так как опирание надколонной плиты перекрытия на колонну осуществляется только через искусственно созданный в условиях строительной площадки соединительный узел, локализованный в пределах поперечного сечения колонны, геометрия и конструктивные особенности которого не позволяют воспринимать значительные изгибающие моменты и осевые нагрузки; отмечается, что этажность по рамной схеме ограничена 5 этажами, при высотности здания более 5 этажей необходимы связевые и диафрагменные схемы;

Необходимость замоноличивания узла соединения колонн с надколенными плитами перекрытий увеличивает трудоемкость монтажа и расход бетона на строительной площадке; кроме того, замоноличивание указанного узла, как наиболее ответственного узла каркаса, требует высокой культуры производства и строгого контроля, что ограничено в условиях строительной площадки;

Возможность выполнения монтажных работ при минусовых температурах является проблематичной, так как необходимый прогрев бетона в процессе замоноличивания узлов соединения колонн с надколонными плитами является проблемой.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования безригельного каркаса здания, сооружения, в котором за счет конструктивных особенностей выполнения обеспечивается повышение жесткости и прочностных характеристик каркаса, а также снижение трудоемкости монтажных работ при сохранении всех преимуществ строительных систем безригельных каркасов.

Поставленная задача решается тем, что в безригельном каркасе здания, сооружения, содержащем колонны, надколонные плиты перекрытия, опирающиеся на колонны, межколонные плиты перекрытия, расположенные между надколонными плитами перекрытия, узлы соединения колонн с надколонными плитами перекрытий и узлы соединения плит перекрытий между собой, согласно изобретению колонны, расположенные в углах зданий и в местах пересечения продольных и поперечных стен выполнены фигурными с уголковым, тавровым или крестообразным поперечным сечением, соответственно их расположению, а каждый узел соединения колонн с надколонными плитами перекрытий выполнен в виде закладных деталей, соединенных с арматурой колонны и установленных на периферийных участках поперечного сечения фигурной колонны, а также вертикальных стержней, пропущенных через отверстиях в надколонной плите перекрытия и соединенных с закладными деталями колонн.

Указанные признаки являются существенными признаками изобретения.

Технологично закладные детали выполнять в виде равнобоких уголков, установленных на концевых участках колонны и утопленных своей вершиной в тело колонны, а между надколонной плитой перекрытия и торцами колонн нанести слой строительного раствора для устранения монтажных зазоров.

Существенные признаки изобретения находятся в причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом.

Так, отличительные признаки изобретения (колонны, расположенные в углах зданий и в местах пересечения продольных и поперечных стен, выполнены фигурными с уголковым, тавровым или крестообразным поперечным сечением, соответственно их расположению, а каждый узел соединения колонн с надколонными плитами перекрытий выполнен в виде закладных, деталей, соединенных с арматурой колонны и установленных на периферийных участках поперечного сечения фигурной колонны, а также вертикальных стержней, пропущенных через отверстиях в надколонной плите перекрытия и соединенных с закладными деталями колонн) совместно с существенными признаками, общими с прототипом обеспечивают повышение жесткости и прочностных характеристик каркаса, а также снижение трудоемкости монтажных работ при сохранении всех преимуществ строительных систем безригельных каркасов.

Объясняется это следующим.

Применение в каркасе в углах зданий и в местах пересечения продольных и поперечных стен фигурных в поперечном сечении колонн реализует возможность опирания плит перекрытия на торцы колонн с увеличенной площадью опирания без применения выступающих консольных элементов, как на колоннах, так и на плитах перекрытия.

Выполнение узла соединения колонны с надколонной плитой перекрытия в виде закладных деталей, соединенных с арматурой колонны и установленных на периферийных участках поперечного сечения фигурной колонны, а также вертикальных стержней, пропущенных через отверстия в надколонной плите перекрытия и соединенных с закладными деталями колонны, обеспечивает надежное соединение колонн и надколонной плиты без замоноличивания узла соединения, что повышает производительность монтажа и снижает расход бетона в процессе монтажа.

Опирание надколонной плитой перекрытия на фигурное поперечное сечение колонны, характеризующееся значительным моментом инерции сечения, а также соединение колонн с помощью указанных закладных элементов и стержней, пропущенных через отверстия в надколонной плите, значительно повышает сопротивляемость узла соединения колонны с надколонной плитой перекрытия изгибающим моментам и продавливающим усилиям, что повышает прочностные характеристики и жесткость каркаса.

Изготовления элементов каркаса максимально переносится в цеховые условия, тем самым значительно уменьшаются риски как природных, так и человеческих факторов на строительной площадке.

Все, что отмечено выше, обеспечивает возможности повышения прочностных характеристик и жесткости каркасе, повышения производительности монтажных работ и снижения расхода материалов на строительной площадке.

Ниже приводится подробное описание заявляемого безригельного каркаса здания, сооружения со ссылками на чертежи, на которых показано:

Фиг.1 - Безригельный каркас здания, сооружения, фигурная колонна с крестообразным поперечным сечением.

Фиг.2 - Безригельный каркас здания, сооружения, фигурная колонна с тавровым поперечным сечением.

Фиг.3 - Безригельный каркас здания, сооружения, фигурная колонна с уголковым поперечным сечением.

Фиг.4 - Безригельный каркас здания, сооружения, принципиальная схема.

Фиг.5-7 - Безригельный каркас здания, сооружения, примеры монтажных схем с различным сочетанием фигурных колонн.

Фиг.8 - Безригельный каркас здания, сооружения, продольный разрез узла соединения надколонной плиты с фигурной колонной с крестообразным поперечным сечением.

Фиг.9 - Безригельный каркас здания, сооружения, сечение А-А на фиг.8.

Фиг.10 - Безригельный каркас здания, сооружения, продольный разрез узла соединения надколонной плиты с фигурной колонной с тавровым поперечным сечением.

Фиг.11 - Безригельный каркас здания, сооружения, сечение Б-Б на фиг.10.

Фиг.12 - Безригельный каркас здания, сооружения, продольный разрез узла соединения надколонной плиты с фигурной колонной с уголковым поперечным сечением.

Фиг.13 - Безригельный каркас здания, сооружения, сечение В-В на фиг.12.

Фиг.14 - Безригельный каркас здания, сооружения, вид Г на фиг.8, 10, 12.

Фиг.15 - Безригельный каркас здания, сооружения, сечение Д-Д на фиг.8, 10, 12.

Фиг.16 - Безригельный каркас здания, сооружения, пример соединения плит перекрытия между собой.

Безригельный каркас здания, сооружения, содержащий фигурные колонны, выполненные с крестообразным 1, тавровым 2, уголковым 3 поперечным сечением (фиг.1, 2, 3), надколонные плиты перекрытия 4, опирающиеся на колонны 1, 2, 3, межколонные плиты перекрытия 5, расположенные между надколонными плитами перекрытия 4, узлы 6 соединения колонн 1, 2, 3 с надколонными плитами перекрытий 4 и узлы 7 соединения плит перекрытий 4, 5 между собой. Фигурные колонны 1, 2, 3 расположены в углах зданий и в местах пересечения продольных и поперечных стен, как показано на принципиальной схеме на фиг.4. На фиг.5, 6, 7 показаны примеры монтажных схем каркасов с различным сочетанием фигурных колонн 1, 2, 3. Так, на фиг.5 показана монтажная схема с применением фигурных колонн 3 с уголковым сечением, на фиг.5 - фигурных колонн 3 с уголковым сечением и фигурных колонн 2 с тавровым сечением, на фиг.5 - фигурных колонн 3 с уголковым сечением, фигурных колонн 2 с тавровым сечением и фигурных колон 1 с крестообразным сечением.

Плиты перекрытия 4, 5 выполнены плоскими, без ребер, капителей и каких-либо иных утолщений в зоне опирания на колонны 1, 2, 3 либо друг на друга. Колонны 1, 2, 3 выполнены также постоянного сечения по высоте, лишенные каких-либо капителей или выступающих за их габариты хомутов в зоне опирания надколонных плит перекрытия 4.

Каждый узел 6 соединения колонн 1, 2, 3 с надколонными плитами перекрытий 4 выполнен в виде закладных деталей 8, соединенных с арматурой 9 колонны 1, 2, 3 и установленных на периферийных участках 10 поперечного сечения фигурной колонны 1, 2, 3, а также вертикальных стержней 11, расположенных в отверстиях 12 надколонной плиты перекрытия 4 и соединенных с закладными деталями 8 колонн 1. 2, 3. Все указанные соединения выполнены в виде сварки 13. Закладные детали 8 выполнены в виде равнобоких уголков 14, установленных на концевых участках колонны 1, 2, 3 и утопленных своей вершиной в тело колонны 1, 2, 3 и соединенных сваркой 13 с арматурой 9 колонны 1, 2, 3. В узле 6 соединения колонн 1, 2, 3 с надколонными плитами перекрытий 4 между надколонной плитой перекрытия 4 и торцами колонн 1, 2, 3 нанесен слой 15 строительного раствора. Конструктивные особенности соединительного узла 6 показаны на фиг.8-13, в том числе на фиг.8-9 - для колонны 1. на фиг.10-11 - для колонны 2, на фиг.12-13 - для колонны 3. На фиг.14-15 показаны сечения и виды соединительного узла 6.

Узлы 7 соединения плит перекрытий 4, 5 между собой выполнены с использованием известных конструкторских и технологических решений. Так, на фиг.16 показан пример выполнения узла 7 соединения плит перекрытий 4, 5. Плиты перекрытий 4, 5 имеют в нижней части своих ребер полочки 16, расположенные на всю длину ребра. В ребрах плит перекрытия 4, 5 выполнены арматурные петлевые выпуски 17, длина которых не превышает ширину полочки 16. При монтаже плит между петлевыми выпусками 17, располагаемыми внахлест друг с другом, пропущены горизонтальные стержни 18, замоноличенные бетоном 19. Возможны и другие решения соединительного узла 7.

Монтаж каркаса выполняют следующим образом.

Выставляются в проектное положение колонны 1, 2, 3. Затем на них монтируют надколонные плиты 4. При этом в узле 6 соединения колонн 1, 2, 3 с надколонными плитами перекрытий 4 между надколонной плитой перекрытия 4 и торцами колонн 1, 2, 3 наносят слои 15 строительного раствора для исключения монтажных зазоров. Через отверстия 12 в надколонной плите 4 пропускают вертикальные стержни 11, которые приваривают сваркой 13 к закладным деталям 8, установленным на периферийных участках 10 поперечного сечения фигурных колонн 1, 2, 3. Количества сварочных работ минимальное - сварочные работы выполняют только для приварки вертикальных стержней 11 к закладным деталям 8 (четыре, шесть, восемь сварок 13 для уголковых 3, тавровых 2. крестообразных 1 колонн соответственно). Замоноличивание соединительного узла 6 не требуется, чем сокращается расход бетона в процессе монтажа.

После монтажа надколонных плит 4 монтируют межколонные плиты перекрытия 5. Плиты перекрытия 4, 5 стыкуют между собой, как показано на фиг.16. При этом петлевые выпуски 17 располагаются внахлест друг с другом. Между петлевыми выпусками 17 пропускают горизонтальные стержни 18. Шов замоноличивают бетоном 19.

При монтаже плит перекрытия используют любые временные монтажные стойки (для упрощения рисунков не показаны).

Все процедуры по монтажу носят стандартный характер, специальной подготовки монтажников не требуется.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Безригельный каркас здания, сооружения, содержащий колонны, надколонные плиты перекрытия, опирающиеся на колонны, межколонные плиты перекрытия, расположенные между надколонными плитами перекрытия, узлы соединения колонн с надколонными плитами перекрытия и узлы соединения плит перекрытий между собой, отличающийся тем, что колонны, расположенные в углах зданий и в местах пересечения продольных и поперечных стен, выполнены фигурными с уголковым, тавровым или крестообразным поперечным сечением соответственно их расположению, а каждый узел соединения колонн с надколонными плитами перекрытия выполнен в виде закладных деталей, соединенных с арматурой колонны и установленных на периферийных участках поперечного сечения фигурной колонны, а также вертикальных стержней, пропущенных через отверстия в надколонной плите перекрытия и соединенных с закладными деталями колонн.

2. Безригельный каркас по п.1, отличающийся тем, что закладные детали выполнены в виде равнобоких уголков, установленных на концевых участках колонны и утопленных своей вершиной в тело колонны.

3. Безригельный каркас по п.1, отличающийся тем, что в узле соединения колонн с надколонными плитами перекрытий между надколонной плитой перекрытия и торцами колонн нанесен слой строительного раствора.

В регионах Урала и Сибири наибольшее распространение получила модификация систем типа КУБ, называемая «Конструкции безригельного каркаса» или КБК. Конструкции Безригельного Каркаса (КБК) были разработаныв 2006 году ОАО «12 Военпроект» совместно с ЦПО при Спецстрое России по заказу ООО ПЦ «КУБ-Сибирь». В итоге родился совершенно новый комплект документации конструктивной системы, который в 2007 году прошел сертификацию в ФГУП «ЦПП» г. Москва на соответствие требованиям нормативных документов в области строительства. В КБК одновременно совмещены все плюсы и эффективные особенности сборно-монолитных систем «УСМБК», «КУБ-1», «КУБ-2», «КУБ-3» на основании их реализации в строительстве, а также применены инновационные разработки, подтвержденные экспериментальными работами.

КБК – универсальная система, применяемая для строительства практически всего спектра городских сооружений: зданий жилого, социально-культурного, административного и бытового назначения, многоуровневых парковок, складов, некоторых производственных сооружений. За основу КБК была выбрана отечественная разработка - система безригельного каркаса «КУБ-2.5». Она в течение многих лет применялась в нашем военно-строительном комплексе, была отработана с конструкторской точки зрения и адаптирована к существующей российской технологической культуре в строительной промышленности. Модификация системы КУБ под аббревиатурой УСМБК использовались при строительстве объектов Министерства обороны в различных странах.

По срокам строительства безригельные системы могутконкурировать только зданиявозводимые из железобетонных панелей. Но качество панельного жилья не отвечает современным требованиям. В частности, многих покупателей не устраивает невозможность перепланировок и неизбежная однотипность возводимых зданий.

Преимущество безригельного каркаса КБК, прежде всего, заключается в ограниченном наборе составляющих элементов, с одной стороны, и в богатстве возможностей внутренних планировочных решений, создания неповторяющегося набора квартир из комнат и объемов, использовании местных материалов для устройства внешних ограждающих стен и внутренних перегородок, с другой стороны. Проще решается проблема перепланировки внутренних пространств.

Преимущества сборнойбезригельной системы КБК с экономической точки зрения подтверждаютсятем фактом, что в Сибири и на Урале не единичны случаи, когда подрядчики, применяющие конструктивную безригельную систему строительства, выигрывали тендеры у компаний, строящих в «монолите».

Система КБК дает возможность на единой промышленной, технологической основе строить как комфортное, так и «элитное» и «социальное»жильё. Причём, «социальное» или «элитное» назначение жилья реализуется за счет объема, отделки и т.п. При этом система КБК позволяет (при необходимости) без сноса, путем перепланировки, превратить ранее «социальный» дом в «элитный» или наоборот.

Система КБК значительно лучше приспособлена под сложные условия строительства. Она более индустриальная: применяется меньше монолитного бетона на строительной площадке, а значит, возникает меньше сложностей зимой. Нет необходимости привлекать большой штат квалифицированных сотрудников и спецтехники. Таким образом, основная масса проблем переносится на завод. Обеспечение качества каркаса в значительной мере лежит на заводе и зависит от качества металлоформ. Такая система менее трудоемкая и по скорости возведения здания превосходит практически любую другую. Так, в день бригада из 5-6 человек спокойно монтирует 200кв. м (при наличии железобетона).

Если говорить о технической стороне технологии, то можно отметить, что система конструкций предусматривает применение неразрезных (многоэтажных) колонн сечением 400 (мм) х 400 (мм) с предельной длиной 9900 (мм). При стыке колонн предусматривается принудительный монтаж, состоящий в сопряжении фиксирующего стержня верхней колонны с патрубком верхнего торца нижней колонны. В местах примыкания перекрытий (на высоте этажа) в колоннах предусмотрены шпонкообразные вырезы, в пределах которых арматура колонны обнажена.

Система конструкций безригельного каркаса «КБК» предусматривает применение панелей перекрытия заводского изготовления максимальными размерами 2980 (мм) х 2980 (мм) х 160 (мм).

Панели перекрытия в зависимости от местоположения в каркасе могут быть надколонные (НП), межколонные (МП) и средние (СП).

Монтаж конструкций ведётся в следующем порядке: монтируются колонны и замоноличиваются в фундаменте; устанавливаются и привариваются к арматуре колонн надколонные панели; далее монтируются межколонные и средние панели. При установке панелей арматурные выпуски торцов совмещаются таким образом, что образуется петля, в которую вставляется арматура.

Система конструкций безригельного каркаса предназначена для строительства широкого спектра городских сооружений (жилых, общественных и вспомогательных зданий административно-бытового назначения). С использованием сборно-монолитнойбезригельной системы возводятся не только высотныездания, но и школы, детские сады и т.п.

Такая универсальность системы «КБК» обеспечивается за счёт сочетания следующих свойств:
а) Несущую основу каркаса здания в «КБК» составляют колонны и плиты перекрытия, выполняющие роль ригелей, для элементов жёсткости используют связи или диафрагмы, что позволяет обеспечить в зданиях пролёты 3.0, 6.0 м, высоту этажей в зданиях 2.8, 3.0, 3.3 и 3.6 при основной сетке колонн 6 х 6 м.
Несущая способность перекрытий позволяет использовать каркас в зданиях с интенсивностью расчетных нагрузок на этаж до 1200 (кг/м2).
б) Конструкция стен предполагает выполнение ими только ограждающей функции. Стены могут разрабатываться с поэтажной разрезкой, т.е. опираться на плиты перекрытия и передавать вертикальную нагрузку от собственного веса на плиты перекрытия каждого этажа; навесными или самонесущими, что даёт возможность максимального использования для ограждающих конструкций местных не конструкционных материалов, в том числе монолитных стен.
в) В зданиях высотой до 5 этажей в обычных условиях строительства применяется рамная конструктивная схема без использования дополнительных элементов жесткости, в остальных случаях – рамно-связевая конструктивная схема, в которой используются связи или диафрагмы.

Система рассчитана на возведение зданий высотой до 25 этажей (до 75 метров) в обычных условиях строительства. В районах с сейсмичностью до 9 баллов включительно по 12 – бальной шкале применение «КБК» ограничено требованиями таблицы 8* СНиП II-7-81* «Строительство в сейсмических районах» для каркасных зданий.

Конструктивные элементы КБК изготавливаются и монтируются с применением единого технологического оборудования. Каркас монтируется полностью из изделий заводского изготовления с последующим замоноличиванием узлов, в конечной стадии конструкция является монолитной.

Таким образом, формообразующие возможности каркаса в системе «КБК» имеют широкие диапазоны количества этажей и архитектурно-пространственных решений. Система КБК позволяет использовать широкий спектр пластики фасада, создавать пространственно интересные нетиповые планировки, отвечающие поставленной задаче.

Расчёт параметров безригельного каркаса с плоскими перекрытиями производится с использованием расчётных моделей, реализуемых программными комплексами с применением программных продуктов высокого уровня (ПК SKAD; ПК ING +; ПК «ЛИРА» и других).

Одним из основных отличий системы КБК от системы КУБ 2,5 является адаптация системы под требования действующего законодательства и получение необходимых сертификатов.

Во-первых, система «КБК» комплектуется отдельным пакетом документации – «Конструкция безригельного каркаса для многоэтажных жилых и общественных зданий». Данный комплект документации сертифицирован ФГУП «ЦПП» г. Москва на соответствие требованиям нормативных документов в области строительства. Выдан сертификат № POCCRU.CP48.C00047 от 05.04.2007 г.

Во-вторых, в целях подтверждения огнестойкости элементов каркаса зданий на основе «КБК» в 2008 году в ЗАО «ЦСН «Огнестойкость-ЦНИИСК» г.Москва проведены сертификационные испытания надколонной (НП 30-30-8, ТУ 5842-001-08911161-2007) и средней (СП 30-30-6, ТУ 5842-001-08911161-2007) железобетонных плит перекрытия (изготовитель плит ФГУП «ДОКСИ при Спецстрое России»).

Испытания надколонной железобетонной плиты проводились под равномерно-распределенной нагрузкой в 700 кг/м2.Обогреваемая поверхность надколонной плиты – сторона плиты с рабочей арматурой предельных состояний не достигла и соответствует пределу огнестойкости не менее REI 180. Для средней железобетонной плиты перекрытия предел огнестойкости составил REI 120.

На основании полученных результатов испытаний, органом сертификации ЗАО «ЦСН «Огнестойкость-ЦНИИСК» г.Москва выданы сертификаты пожарной безопасности для всей номенклатуры панелей перекрытия безригельного каркаса КБК.

В-третьих,с целью подтверждения сейсмостойкости и оценки пригодности системы конструкций безригельного каркаса для строительства в сейсмических районах, с 22 по 29 августа 2008 года по заказу ООО ПЦ «КУБ-Сибирь» в г.Перми были успешно проведеныстатические и динамические испытания фрагментов здания. Испытаниям подверглись два экспериментальных трёхэтажных фрагмента здания из элементов системы «КБК» в натуральную величину с имитацией рабочей нагрузки с целью ее обоснованного применения в строительстве на площадках сейсмичностью до 7-9 баллов по шкале MSK-64. В конструкции первого фрагмента здания в качестве элементов жесткости использовались связи, в конструкции второго – железобетонные диафрагмы.

Испытания проведены Некоммерческой организацией «Российская Ассоциация по сейсмостойкому строительству и защите от природных и техногенных воздействий» (НО РАСС) при участии ОАО "12 Военпроект" (г.Новосибирск), ООО «КБК-Урал» (г.Пермь), ФГУП «ЦПО» при Спецстрое России (г.Воронеж).

По результатам испытаний подтверждена сейсмостойкость каркаса КБК до 9 баллов – при использовании в качестве элементов жесткости железобетонных диафрагм, до 7 баллов – при использовании связей. Российской Ассоциации по Сейсмостойкому Строительству и защите от природных и техногенных воздействий (РАСС) выдано заключение от 06.11.2008:

«Строительная система КБК на основе конструкций Безригельного каркаса РЕКОМЕНДУЕТСЯ к применению при строительстве зданий на площадках сейсмичностью 7-9 баллов по шкале MSK-64 при ограничениях, установленных требованиями таблицы 8* СНиП II -7-81* «Строительство в сейсмических районах» для каркасных зданий».

Вышесказанное позволяет сделать ряд выводов.

1. Соответствие технологии КБК действующему законодательству позволяет применять её без каких-либо ограничений и сложностей в любых регионах нашей страны, в том числе и сейсмоопасных, при этом экспертиза проектной документации в уполномоченных федеральных органах исполнительной власти и органах власти субъектов Российской Федерации проходит без особенностей.

2. Технология КБК предоставляет полную и достоверную прогнозируемость сроков возведения каркаса здания. Так, уже на стадии эскизного проекта, после согласования планировок этажей, застройщик может заключить договор с заводом ЖБИ на изготовление конструктивных элементов каркаса здания, а крайне ограниченное применение монолитного бетона на стройплощадке сводит к минимуму сезонное изменение темпов строительства, либо его приостановку. Всё это позволяет правильно оценить застройщику свои возможности и уложиться в заданные контрактом сроки и стоимость, что особенно актуально при выполнении работ по государственным заказам.

При подготовке статьи использовались материалы сайтов www.kub-sk.ru, www.12voenproekt.ru