Главная → Статьи

Каркасы многоэтажных зданий

Элементами каркасов многоэтажных зданий являются вертикальные опоры —колонны и горизонтальные элементы — ригели. В зданиях с безбалочными .перекрытиями роль ригелей выполняет безбалочная плита, жестко связанная с капителями колоны.

Пространственная жесткость и устойчивость многоэтажных каркасных зданий обеспечиваются за счет жестко связанных между собой колонн, ригелей и дисков перекрытий или за счет передачи горизонтальных усилий (ветровых и др.), воздействующих на здание, на систему связей жесткости. Такими связями могут быть вертикальные стенки (панели) жесткости или крестообразные и портальные металлические связи, устанавливаемые между колоннам и и прикрепленные к ним.

Связи жесткости устанавливают как поперек, так и вдоль здания. Способствуют также повышению пространственной жесткости зданий стены лестничных клеток, лифтовых шахт внутренние и наружные стены, выполненные из каменной кладки. Имеется и промежуточное решение пространственной жесткости многоэтажных каркасных зданий. В этом случае поперечная жесткость здания обеспечивается плоскими рамами из колонн и ригелей, жестко связанных друг с другом в узлах, а продольная — установкой на некоторых участках по продольным рядам колонн вертикальных стенок (панелей) жесткости или крестообразных и портальных металлических связей.

Ригели каркасов многоэтажных зданий при пролетах до 9 м располагают как поперек, так и вдоль зданий. При этом образуются либо поперечные, либо продольные рамы.

Каркасы (колонны и ригели) многоэтажных зданий выполняют из сборного железобетона, металла, железобетонными с жесткими металлическими каркасами арматуры, обетонируемы- ми после сборки, а также монолитными железобетонными.

Сборные железобетонные каркасы.

Сборные железобетонные ригели выполняют обычно длиной на один пролет. Ригели бывают прямоугольного и таврового сечения с полками для опирания на них сборных элементов перекрытий. Имеются ригели с полками трапециевидного сечения.

Существенное значение при возведении каркасных многоэтажных зданий имеют конструктивные решения стыков колонн между собой и с ригелями.

Стыки колонн с фундаментами выполняют обычно стаканного типа с заполнением промежутка между внутренними поверхностями стенок стакана и нижним концом колонны жесткой бетонной смесью. Применяют также фундаменты с пеньками, т. е. частью колонны, выведенной выше уровня поверхности земли. При таких фундаментах стык колонны первого этажа с пеньком осуществляют так же, как и стыки колонн по этажам здания.

Стыки колонн в каждом этаже здания при колоннах высотой на один этаж и через этаж при колоннах высотой на два этажа чаще выполняют на высоте 0,6—1,0 м от уровня верха междуэтажных перекрытий, а ригели укладывают на консоли колонн. Иногда в зданиях различной этажности при колоннах на один этаж применяют платформенные стыки. В таких стыках колонны нижележащего этажа доходят только до уровня низа ригелей. На них укладывают ригели, а колонны следующего этажа устанавливают на концы ригелей, лежащих на колонне нижележащего этажа.

Широкое распространение имеют стыки со сварными оголовками и центрирующими прокладками.

В стыке, показанном на рис. 82, сварные оголовки в виде четырехсторонней рамки из листовой и угловой стали приварены4 к продольным стержням арматуры колонны. Расположенная между торцами колонн центрирующая прокладка обеспечивает центральную передачу продольного усилия в колонне и допускает заполнение раствором пространства между торцами колонн. После установки колонны ее скрепляют с нижерасположенной колонной при помощи коротких стыковых стержней арматуры, привариваемых к листам рамок оголовков обеих колонн. Затем тщательно зачеканивают жестким раствором марки 300 пространство между торцами, обертывают стык сеткой и обетонируют заподлицо с внешними гранями колонн.

В настоящее время широкое распространение получают сферические стыки. Торцы колонн при таких стыках изготовляют сферической формы, чем обеспечивается центральная передача в стыке продольного усилия. Радиус сферы заглубления на верхнем торце колонны делают немного больше радиуса сферической выпуклости нижнего торца колонны. В углах по концам колонн при изготовлении делают углубления, в которых помещаются закладные детали, изогнутые по форме уголков и приваренные к продольной рабочей арматуре колонн. Колонны с такими стыками устанавливают друг на друга насухо, без последующей зачеканки стыка раствором или с зачеканкой его с той стороны, где между торцами сферического стыка при одностороннем смыкании граней колонн образовался зазор более 3 мм. Наиболее целесообразно колонны устанавливать не насухо, а с предварительной укладкой в стык тонкого слоя цементно-песчаной пасты.

После установки и выверки колонны с такими стыками приваривают по углам к закладным деталям короткие стержни арматуры и стык заделывают снаружи цементным раствором по периметру и бетоном по углам.

Такой же сферический стык выполняют и без приварки коротких стержней арматуры. В таких стыках закладные детали не приваривают к продольным стержням арматуры колонн, а в углублениях ino углам колонн выпускают концы стержней арматуры, которые после установки и выверки колонн сваривают ванной сваркой.

Стыки ригелей с колоннами имеют также весьма разнообразные конструкции. Консоли колонн, на которые опираются ригели, могут быть открытыми, ,т. е. расположенными ниже ригелей, опирающихся на них. Колонны с такими консолями устанавливают обычно в промышленных зданиях. В гражданских зданиях чаще применяют скрытые консоли, низ которых находится на одном уровне с низом ригелей. В этом случае ригели в опорной части подрезаны снизу, т. е. имеют в опорной части меньшую высоту. Скрытые консоли выполняют как железобетонными, так и металлическими, заложенными в колонну или приваренными к закладным деталям колонн. На рис. 6, а показан стык колонны с ригелем, полки которого имеют трапециевидное сечение и предназначены для опирания на них плит перекрытия. На рис. 6,б показан стык колонны с ригелем прямоугольного сечения, по верху которого опираются плиты перекрытия.

В таких стыках наиболее ответственным является соединение арматуры ригелей, расположенное в верху ригеля у опоры, так как это соединение существенно влияет на жесткость узла. Выполнение стыка начинают именно с этого соединения. Для этого арматурные стержни, выпущенные из колонны, сваривают ванной сваркой с выпусками стержней арматуры из верхней зоны ригелей. Конец ригеля может оказаться на некотором удалении от тела колонны, вследствие чего между торцами стыковых стержней колонны и ригеля образуется зазор, в который ванной сваркой вваривают вставку. После сварки верхней арматуры ригелей их приваривают закладными деталями, имеющимися на нижней опорной грани ригеля, к закладным деталям на консолях колонн. Полость между торцами ригелей и гранями колонны бетонируют.

На рис. 7, а показан стык ригеля таврового сечения с колонной, имеющей скрытые консоли. Имеющиеся внизу ригеля закладные детали сваривают с закладными деталями консолей колонн. Закладную деталь ригеля, находящуюся на его верхней опорной части, приваривают накладкой к закладной детали колонны, расположенной на ее грани.

На рис. 7,б показан стык ригелей прямоугольного сечения с колоннами платформенного типа. В таком стыке ригели укладывают на нижерасположенные колонны и закладные детали ригелей сваривают с закладной деталью оголовка колонны. Вверху оба ригеля соединяются между собой на сварке накладкой, на которую затем устанавливают колонну следующего этажа. Закладную деталь, имеющуюся в нижнем торце колонны, приваривают к накладке.

Монолитные железобетонные каркасы. Монолитные железобетонные каркасы зданий выполняют рамной конструкции с жесткими узлами, в которых вертикальными несущими элементами являются колонны, а горизонтальными — ригели. Последние при ребристых монолитных перекрытиях в таких зданиях называют главными балками.

Монолитные железобетонные колонны выполняют квадратного и прямоугольного сечения. Редко из архитектурных соображений их делают круглого или многоугольного сечения. Колонны опирают на монолитные фундаменты, из которых выпущены стержни рабочей арматуры для стыкования со стержнями арматуры колонн.

Из монолитного железобетона выполняют иногда и несущие конструкции зданий с безбалочными перекрытиями, вертикальными несущими элементами которых являются также колонны с ушпрениями вверху, называемыми капителями. На такие колонны опирается сплошная безреберная монолитная железобетонная плита.

Каркас из металлических конструкций. Каркасы зданий повышенной этажности Л высотных зданий выполняют обычно из стальных конструкций, применяя в основном квадратную сетку колонн 9X9 или 12X12 м. Такие каркасы состоят из колонн и ригелей, укладываемых в двух взаимно перпендикулярных (поперечном и продольном) направлениях. По наружным стенам шаг между колоннами уменьшают до 3 и 6 м, устанавливая дополнительные колонны, воспринимающие ветровые нагрузки, приходящиеся на панели стен.

Пространственная жесткость и устойчивость зданий с таким каркасом обеспечиваются жесткими сварными узлами примыкания ригелей к колоннам ,и жесткими конструкциями (ядрами жесткости), расположенными внутри зданий. В таких ядрах жесткости обычно размещают шахты лифтов, вентиляционных каналов и коммуникаций, лестничные клетки. Стены их выполняют монолитными железобетонными с гибкой или жесткой арматурой из прокатных профилей, а также с заделкой в них прилегающих стальных колонн каркаса здания и стальных связей жесткости.

Стальные колонны каркаса выполняют различных составных сечений. На рис. 86, а и б показаны колонны крестообразного сечения из листовой и угловой стали с различным расположением их относительно осей здания. На рис. 86, в показала колонна, состоящая из сварного пакета 5 стальных уголков.

После монтажа стальные колонны облицовывают огнестойкими материалами или обетонируют с добавлением конструктивной сварной арматуры из круглых стальных стержней. В последнем случае повышается несущая способность колонн и они защищаются от воздействия огня.

Стыки колонн по высоте здания выполняют различно. На рис. 86, в показано решение конструкции стыка колонн из пакета уголков путем непосредственной передачи нагрузки от пакета одной колонны на другую с помощью стальной прокладной плиты. Для выполнения такого стыка торцы пакетов колонн фрезеруют, обеспечивая перпендикулярность плоскости торцов оси колонны. Прокладные плиты 6 в таких стыках строгают на станках, обеспечивая точную толщину их и параллельность верхней и нижней поверхностей.

Нижний конец стальных колонн также фрезеруют и опирают на подлитую на верхнюю поверхность фундамента строганую опорную стальную плиту. Опорный конец колонны прикрепляют к фундаменту с помощью анкерных болтов, заложенных в фундамент.

Стальные ригели каркасов многоэтажных зданий выполняют обычно сварными двутаврового сечения или железобетонными таврового сечения. Для придания большей жесткости п неразрезности перекрытиям в таких зданиях железобетонные плиты опирают не по верху ригелей, а на опорные столики или полки железобетонных ригелей. При этом плиты перекрытий скрепляют с ригелями в двух уровнях (внизу и вверху) сваркой закладных деталей и накладок. После этого стык обетонируют.

Стыки стальных ригелей с колонна м и выполняют путем спираиия ригелей на опорные столики-консоли, приваренные к колоннам, и закрепления на них сваркой, а также скреплением накладками на сварке верха ригелей с колоннами.

Каркасы зданий небольшой этажности. В зданиях небольшой этажности, преимущественно с неполным каркасом, в качестве вертикальных несущих элементов (внутренних опор) применяют кирпичные столбы, которые вместе с уложенными по ним прогонами заменяют внутренние несущие стены. Кладку столбов выполняют из отборного целого кирпича марки не ниже 100 на растворе марки не ниже 50.

Размеры поперечных сечений кирпичных столбов определяют расчетом, но они должны быть не менее 38X38 см.

Чтобы повысить несущую способность столбов, не увеличивая чрезмерно их сечение, кладку иногда армируют. Для этого в горизонтальные швы кладки через каждые 2—4 ряда укладывают сварные сетки (рис. 8, а) из арматурной проволоки диаметром от 3 до 5 мм. Такое армирование столбов называют поперечным. Для усиления высоких и внецентренно сжатых столбов применяют продольное армирование.

По кирпичным столбам укладывают преимущественно железобетонные прогоны прямоугольного, таврового и других сечений. Для распределения нагрузок от прогонов, которые могут достигать значительных величин, на столбы под концы прогонов укладывают на растворе железобетонные плиты. При деревянных перекрытиях укладывают железобетонные плиты с консолями, на которые опирают концы деревянных прогонов. Такое опирание деревянных прогонов не вызывает ослабления столбов.

—

В современном строительстве многоэтажных гражданских и промышленных зданий широко применяют каркасную конструктивную схему с полным несущим каркасом и самонесущими или навесными стенами и с неполным каркасом и несущими стенами (в малоэтажных каменных зданиях).

Полный несущий каркас многоэтажных зданий воспринимает -шачительные усилия от массы конструкций зданий, находящихся и них людей, оборудования, внешних воздействий (ветровые нагрузки), а порой и динамические нагрузки, вызываемые технологическими процессами. Поэтому несущие каркасы многоэтажных зданий выполняют в виде рамных схем из высокопрочных материалов — железобетона и стали.

Стальной каркас применяют при большой высоте многоэтажных зданий и со значительными нагрузками на перекрытия (более 2,5 • 104 Н/м2).

В большинстве случаев каркасы многоэтажных зданий выполняют из сборных унифицированных железобетонных элементов заводского изготовления. Разработано несколько схем железобетонных каркасов и способов сочленения его элементов-стоек и ригелей.

Рис. 9. Типовые сборные железобетонные каркасы
а — двухпролетный (fj + 6)4M, б — трехпролетный (6+3+6)4М; в — деталь опирания ригеля на железобетонную консоль; г — то же, на стальную консоль; 1 — ригель; 2 — одноярусная колонна; 3 — двухъярусная колонна; 4 — монтажная деталь; 5 — соединительные стержни: 6 — стальная консоль; 7 — железобетонная консоль

По высоте стойки (колонны) изготовляют на один этаж или неразрезные на два этажа. Стыки колонн могут быть непосредственно в уровне перекрытия или выше его отметки на 0,6—1 м. Ригели сопрягают со стойками путем опирания их на консоли, которые могут быть железобетонными и стальными.

Типовыми решениями каркасов многоэтажных зданий предусмотрены оба вида возможной разрезки колонн и опирание однопро-летных ригелей на выступающие консоли. Как показано на рис. 33, каркас состоит из многоярусных рам с жесткими узлами. В поперечном направлении рамные узлы образуют стыки ригелей с колоннами, осуществляемые посредством сварки выпусков арматуры, закладных деталей колонны и ригеля и замоноличивания всего узла. В продольном направлении устойчивость здания обеспечивается стальными связями, установленными в середине температурного отсека по, каждому продольному ряду колонн.

В зависимости от характера работы каркасов различают следующие конструктивные схемы: связевую, в которой вся ветровая нагрузка воспринимается связями, а рамы испытывают только вер. тикальные нагрузки; рамную, в которой рамы воспринимают как вертикальные, так и ветровые нагрузки, и рамно-связевую, в которой горизонтальные нагрузки передаются через междуэтажные перекрытия на другие устойчивые вертикальные элементы (стены лестничных клеток). В современных каркасных крупнопанельных зданиях в основном применяют связевую схему.

По ригелям каркасных зданий укладывают сборные железобетонные плиты перекрытий и покрытий.

Многоэтажные каркасные здания можно возводить и без ригелей — так называемая безригельно-стоечная схема каркаса. При этой схеме на капители колонн, выполненные в виде усеченной пирамиды квадратного сечения в основании, монтируют надколонные панели, а затем на них укладывают панели перекрытий размером на ячейку каркаса.

При безбалочной схеме каркас может быть полным и неполным При неполном каркасе панели перекрытий одной стороной опираются на стены, а двумя противоположными углами — на колонны,

Ваш отзыв