Сборный железобетонный унифицированный каркас

Унифицированные рамно-связевые и связевые сборные железобетонные каркасы многоэтажных зданий состоят из следующих элементов: фундаментов, колонн, стенок-диафрагм жесткости, ригелей и панелей перекрытий.

Фундаменты под колонны каркаса делаются стаканного типа, а под стенки-диафрагмы – ленточные (монолитные).

Колонны приняты сечением 300 х 300 и 400 х 400 мм высотой обычно на один, 2 ÷ 4 этажа из бетона классов В 25 ÷ В 35. Армирование колонн производится 4 ÷ 8 стержнями диаметром 20 ÷ 36 мм и более из стали класса А-Ш (наибольшая несущая способность колонны 520 т). Для зданий с укрупненной сеткой колонн (9 х 9; 12 х 12 м) колонны имеют сечение 600 х 600 мм. Колонны имеют консоли с одной или двух сторон. Они рассчитаны на высоты этажей 3,3; 3,6; 4,2 м, а для укрупненной сетки – дополнительно на 4,8 и 6 м. Для подвальных и технических этажей предусмотрены высоты колонн 2,9 и 2,4 м. В колоннах нижних этажей, воспринимающих значительные нагрузки (до 2000 т на колонну), устраиваются стальные сердечники с облицовкой слоем бетона в 60 ÷ 80 мм для защиты от действия высоких температур при пожаре. Стальные сердечники позволяют сохранить те же размеры сечений колонн, что и в верхних этажах.

Наиболее сложная задача при проектировании сборного железобетонного каркаса – решение стыков колонн. В практике отечественного строительства сложились два типа стыков:

а) стыки, в которых усилия передаются через стальные элементы – опорные плиты или оголовники;

б) стыки, в которых осуществляется непосредственная передача усилий с бетона на бетон[4].

В стыках первого типа концы колонн снабжаются стальными пластиками или оголовниками, приваренными к продольной стержневой арматуре (рис. 5.4, а; б). При монтаже колонна устанавливается на центрирующей металлической прокладке. Стальные пластины или оголовники смежных элементов соединяются посредством сварки. Шов между торцами зачеканивается раствором, а вокруг стальных оголовников на высоту стыка бетонируется защитный слой. Эти стыки, однако, многодельны, требуют значительного расхода металла, большого количества сварочных работ, а также затрат рабочего времени и материалов на последующее обетонирование стыков. Кроме того, этот стык имеет высокую деформированность из-за неточного совпадения граней обойм и, соответственно, неправильного положения накладок.

В стыках второго типа происходит передача усилий с бетона на бетон. Наиболее распространенной конструкцией данного стыка является сфери-ческая поверхность торцов колонн с соединением арматурных стержней с помощью ванной сварки (рис 5.4, в).

Ванная сварка арматуры, в отличие от ранее принятого стыкования через дополнительные накладки, позволяет повысить надежность стыка и значительно упростить его, сократить количество монтажной сварки. Стыкование производится только с помощью четырех основных стержней. Остальные стержни меньших диаметров не доводятся до стыка. Затем шов, проходящий по периметру центровочных выступов, зачеканивается цементно-песчаным раствором класса В 25. Сваренные стержни соединяются хомутами из стали диаметром 8 ÷ 10 мм. Подрезка заполняется бетоном класса В 25.

К выполнению сферического стыка предъявляются повышенные требования по соблюдению геометрических размеров и точности сферических поверхностей. Для обеспечения наилучших условий для передачи усилий с одной колонны на другую радиусы кривизны сфер стыкуемых колонн принимаются разными. Стыковые ниши после монтажа замоноличиваются бетоном. Перед этим производится установка монтажных хомутов и инъекция раствора в зазор между сферами.

а)                             б)                         в)                          г)

Рис. 5.4. Стыки сборных железобетонных колонн с гибкой арматурой:

а – стык колонн с помощью стальных листов (пластин), заанкеренных в бетон; б – стык колонн с помощью стальных оголовников, приваренных к продольной арматуре; в – сферический безметаллический стык сборных железобетонных колонн; г – плоский безметаллический стык железобетонных колонн; 1 – стальная пластина верхнего оголовка; 2 – тоже, нижнего огловка; 3 – сварной шов; 4 – центрирующая металлическая прокладка; 5 и    6 – верхний и нижний стальные оголовники; 7 – продольная арматура; 8 – поперечная арматура; 9 – стыковые ниши; 10 – сферические бетонные поверхности; 11 – центрирующий бетонный выступ

В последнее время стали применяться плоские безметаллические стыки с центрирующей бетонной площадкой (рис. 5.4, г), которые требуют значительно более простых форм для их изготовления.

В целях сохранения унифицированных размеров сечения колонн нижних этажей зданий повышенной этажности, воспринимающих нагрузку до 1500 и даже до 2000 т, их выполняют с жесткой арматурой (или есть еще название – с металлическими сердечниками). Такая арматура выполняется из сварного пакета уголковой стали («капуста») или прокатных полос из легированных строительных сталей (рис. 5.5, а; б). Применение в нижних этажах железобетонных колонн с жесткой арматурой дает возможность строить каркасные здания с колоннами (сечением 400 х 400 мм) высотой до 30 ÷ 40 этажей. При более высокой этажности применяется цельно-металлический каркас с защитой от огня, либо слоем штукатурки по сетке, либо установкой гипсовых плит.

Стык колонн с жесткой арматурой в зданиях высотой до 30 ÷ 40 этажей решают по принципу непосредственной передачи нагрузок с одного стального пакета на другой с помощью прокладной стальной плиты (рис. 5.5, в). Для обеспечения плотного соприкасания торцов колонн их обрабатывают фрезеровкой, дающей срез торца точно в перпендикулярной плоскости к оси колонн, а прокладную плиту устраивают также строганной, что позволяет обеспечивать точную толщину плиты и параллельность ее верхней и нижней плоскостей. При монтаже стволы сопрягающихся колонн по высоте скрепляют монтажными болтами, для установки которых к стальным пакетам ствола колонны приваривают ушки. Стык железобетонной колонны верхнего этажа и нижележащей колонны со стальным сердечником производят также с прокладкой стальной плиты.

Опирание железобетонных колонн с гибкой арматурой на массив фундамента производят через железобетонные башмаки с бетонированием зазоров и вибрированием. Растворный шов в этом случае работает в условиях многостороннего сжатия и хорошо воспринимает большую нагрузку. Железобетонные колонны с жесткой арматурой опирают на фундамент через прокладную стальную плиту, закрепленную анкерными болтами, и крепят к ней на сварке. Для обеспечения правильной передачи нагрузки колонны верхняя плоскость подкладной стальной плиты и торец стального сердечника колонны фрезеруются.

а)                                                                                      в)

Рис. 5.5. Сборные железобетонные колонны с жесткой арматурой (металлическими сердечниками):

а – общий вид колонны; б – типы сечения стальных сердечников; в – стык колонны; 1 – колонна; 2 – стальной сердечник; 3 – выпуски арматурных стержней; 4 – стальные закладные детали; 5 – полосы толщиной до 60 мм; 6 – уголки; 7 – сварной шов; 8 – стержни продольной гибкой арматуры; 9 – хомуты; 10 – прокладная фрезерованная стальная пластина; 11 – монтажные болты; 12 – стальные ушки

Унифицированный ригель выполняется с предварительно напряженной арматурой таврового сечения высотой 450 мм, шириной 400 мм (по ширине колонны), рис. 5.6. При больших пролетах (9 м или 12 м) высота ригеля принимается равной 600 и 900 мм аналогичной конструкции. Ригель служит для опирания плит перекрытий, лестничных маршей и аналогичных элементов. Длина ригеля на 440 мм (340 мм при колоннах площадью сечения 300х300 мм) короче пролета, равного 6; 4,5 и 3 м.

Традиционной конструкцией узла сопряжения ригеля с колонной является опирание ригеля на, так называемую, «скрытую консоль». В отличие от обычной открытой консоли, получившей широкое распространение в промышленном строительстве, скрытая консоль не выступает ни за плоскость колонн, ни за плоскость ригеля. Для гражданских зданий, к которым предъявляются повышенные архитектурные требования, это очень важно.

Сварка ригеля с закладными элементами колонн производится в уровне верха консоли и верха ригеля. Верхняя сварка осуществляется швом «встык» при посредстве упирающейся в закладную деталь колонны монтажной стальной «рыбки» («рыбка» поставляется вместе с ригелем). Затем швы заливаются цементным раствором класса В 15 (рис. 5.6 и 5.7).

В узле сопряжения ригеля с колонной с помощью скрытой консоли осуществляется удачное защемление ригеля в колонне. Горизонтальные составляющие опорного момента в узле передаются: верхняя – через стальную накладку, привариваемую фланговыми швами к закладным деталям ригеля и швом встык к закладной детали колонны; нижняя – на консоль через фланговые швы, соединяющие закладные детали ригеля и консоли колонны.

Перерезывающая сила в узле передается на колонну через консоль. Консоль рассчитана на восприятие вертикальной нагрузки. При связевой системе степень защемления ригеля в колонне может варьироваться в любых пределах – от шарнирного опирания до полной заделки.

При конструировании стен диафрагм жесткости в унифицированном каркасе принята схема, при которой сборные железобетонные колонны, ригели и сборные железобетонные стенки жестко связаны между собой и представляют единую систему, работающую на восприятие как вертикальных, так и горизонтальных (ветровых) нагрузок (рис. 5.2 и 5.3).

В этой системе наиболее эффективно используется работа конструкции на прочность, повышается жесткость связевой системы.

В каркасных зданиях перекрытия обеспечивают жесткость и неизменяемость здания в горизонтальной плоскости и осуществляют передачу и распределение усилий от ветровой нагрузки на стенки жесткости. Сборные перекрытия превращаются здесь в жесткий горизонтальный диск.

Перекрытия в многоэтажных зданиях с унифицированным каркасом выполняются из многопустотных настилов высотой 220 мм с пустотами диаметром 140 мм. Они отличаются от обычных настилов в увеличенной, по противопожарным требованиям, толщине защитного слоя до 30 мм и в создании на боковых поверхностях шпонок (рис. 4.8, а; б), которые потом замоноличиваются.

Рис. 5.6. Узел опирания сборного ригеля на колонну (унифицированный сборный каркас серии 1.020-1):

1 – колонна; 2 – ригель; 3 – панель перекрытия; 4 – закладные детали; 5 – верхняя накладка – посредник «рыбка» из – 170х8; l=300 поставляется вместе с ригелем; 6 – сварной шов

Рис. 5.7. Узел опирания сборного ригеля на колонну при пролетах 9 и 12м (Московский опыт):

1 – верхняя стальная рыбка; 2 – монтажная сварка; 3 – закладные детали; 4 – ригель высотой 900 мм; 5 – ригель высотой 600 мм

Такое перекрытие обеспечивает передачу горизонтальных нагрузок на связевые диафрагмы при расстоянии между ними в пределах до 30 ÷ 36 м. Ширина настилов 1200 мм, но может быть увеличена до 3 и даже 4,5 м при пролете 6 м. Сейчас имеются примеры применения плоских беспустотных керамзитобетонных предварительно напряженных крупноразмерных настилов толщиной 140 и 160 мм с гладкими калиброванными поверхностями, которые обеспечивают необходимую изоляцию от воздушного шума. По таким плитам без каких-либо дополнительных стяжек может быть уложен синтетический рулонный ковер на упругой основе, обеспечивающий надежную изоляцию от ударного шума.     

а)                                                                                  б)

в)                                                                   г)

Узел "А"

д)

Рис. 5.8. Плиты перекрытий многопустотные (а, б), легкобетонные (в), ребристые (г) и типа ТТ:

а – пристенная; б – рядовая; в, г – связевые; д – предварительно напряженный настил типа ТТ-12 (пролетом 12 м); 1 – ниши для строповочных петель 150х80; глубина 70; 2 – каналы пустот (диаметр 159; шаг 185) на торцовых гранях плит; 3 – ниши растворной шпонки (диаметр 120; шаг 200) на продольных гранях плит; 4 – подрезки для выпусков арматуры 140х80; глубина 45; 5 – продольные ребра; 6 – поперечные ребра; 7 – монтажные петли

В большепролетных каркасных зданиях рационально применять ребристые настилы, что упрощает размещение вертикальных и горизонтальных санитарно-технических коммуникаций. Настилы могут иметь форму коробчатого настила или форму в виде «Т» или «ТТ» (рис. 5.8, г; д).

Важной составной частью перекрытия служит элемент, расположенный по осям колонн в направлении перпендикулярном ригелям и являющийся распоркой между колоннами. Этот элемент обеспечивает жесткость и устойчивость колонн как в монтажный период, так и в работе перекрытия как жесткого диска в период эксплуатации.

Распорки выполняются в виде ребристого корытообразного или плоского элемента, который своими торцами опирается на полки ригеля и крепится к нему с помощью сварки закладных элементов (рис. 5.8, в и 5.9).

Рис. 5.9. План раскладки плит перекрытий:

1 – колонна; 2 – ригель; 3 – многопустотная рядовая плита; 4 – ребристая плита (отверстие в полке для пропуска диафрагмы жесткости или стыков трубопроводов пробивается по месту); 5 – многопустотная связевая плита; 6 – подрезки с выпусками арматуры (диаметр 10*2); 7 – ниши для строповочных петель; 8 – посредник «рыбка» из – 170х80; l=300 поставляется вместе с прогоном; 9 – стальные коротыши, привариваемые к монтажным петлям

Корытообразная форма настила-распорки с тонкой (30 мм) плитой между ребрами позволяет, удаляя плиту, располагать на этих участках вертикальные санитарно-технические коммуникации.

Монтаж перекрытия начинают с установки на место и крепления на сварке связевых панелей (распорок), расположенных по линиям колонн, после чего приступают к монтажу основной массы панелей перекрытия. Для образования жестких дисков панелей перекрытия крепятся к ригелям путем сварки закладных деталей.