EA007023B1 - Железобетонный каркас многоэтажного здания - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области строительства, в частности к железобетонным каркасам жилых домов и общественных зданий различной этажности, к которым предъявляют повышенные требования к качеству архитектурных и объемно-планировочных решений. Область строительства предлагаемого технического решения включает и сейсмоактивные районы. Технический результат: упрощение технологии строительства, сокращение трудозатрат и повышение темпа строительства, обеспечение минимальной металлоемкости каркаса. Каркас здания (фиг. 4) включает колонны 1, плоские плиты перекрытий 2 сплошного сечения. Вдоль граней колонн в их створе во взаимно перпендикулярных направлениях в двух уровнях по высоте размещена сквозная арматура 3. Арматура размещена в армокаркасах 4 призматической формы с поперечной арматурой 5. Армокаркасы включают пролетные элементы 6 и надопорные вставки 7 с размещением их продольной арматуры внахлест. Каждая надопорная вставка состоит из верхней и нижней частей. Верхняя часть вставки, включающая продольную арматуру 9 и поперечные П-образные полухомуты 10, размещена над верхней арматурой пересекаемого в стыке цельного пролетного элемента и охватывает сверху П-образными хомутами внахлест концы стыкуемых элементов 6 поперечного направления. Пересекаемые призматические армокаркасы в предложенном виде образовывают скрытую в плоскости плиты перекрытий рамно-перекрестную систему несущих ригелей. Каждая ячейка плоских плит перекрытий, ограниченных этими скрытыми ригелями, представляет собой пластинку, защемленную по контуру в этих ригелях. В пределах ячейки плиты перекрытия армирование выполняют только понизу однослойными арматурными сетками.

Description

Изобретение относится к строительству, в частности, к железобетонным каркасам жилых домов и общественных зданий различной этажности, к которым предъявляют повышенные требования к качеству архитектурных и объемно-планировочных решений. Область строительства с применением предлагаемого технического решения включает и сейсмоактивные регионы.

Известен железобетонный каркас многоэтажных зданий [1], включающий колонны и т.н. безбалочные перекрытия. Монолитные плиты безбалочных перекрытий армируют плоскими или рулонными сварными сетками, при этом пролетные моменты воспринимают сечения плиты с сетками, уложенными в нижней зоне, а опорные - с сетками в верхней зоне плиты.

Известный каркас получил наибольшее распространение в б.СССР и являлся основным типом конструктивного решения в случае строительства с применением монолитных железобетонных каркасов.

Однако известная конструкция каркаса является неэффективной, т.к. требует повышенного расхода стали на ее армирование и даже при таком повышенном расходе арматурной стали сопротивление плит продавливанию колонной незначительное, что требует устройства капителей. Поэтому каркас в силу наличия капителей не обеспечивает свободные планировочные решения.

Известно техническое решение [2] каркасного здания, включающее каркас с плоскими плитами перекрытий и покрытия, часть из которых выполнена с консолями, вертикальные элементы жесткости и колонны, размещенные в плане с различным шагом, а также часть колонн, размещаемых со смещением относительно выше- или нижестоящих колонн.

Известное техническое решение предусмотрено для решения задачи оптимальных условий для планировки внутренних помещений и широкого выбора вариантности застройки при одной и той же элементной базе, а также направлено на снижение массы здания за счет применения легких и пустотных вкладышей в плитах перекрытий.

Вместе с тем, в известной конструкции каркаса здания, вследствие смещения части колонн относительно нижестоящих, существенно возрастает опасность продавливания перекрытий силой, сосредоточенной в колонне от массы расположенных выше конструкций здания. Чтобы исключить эту опасность, перекрытие, на которое опирается такая колонна, должно быть существенно усилено, что приводит к чрезмерному расходу материалов. Поэтому известная конструкция каркаса неэффективна и вызывает нерациональный расход материалов на каркас и здание в целом.

Наиболее близким к предлагаемому является принятый в качестве прототипа железобетонный каркас здания [3], включающий колонны, перекрытия со сквозной предварительно напряженной арматурой, размещенной в один ряд согласно эпюре моментов вдоль граней колонн, во взаимно перпендикулярных направлениях, и монолитные железобетонные плиты перекрытий с каналами.

Конструкция каркаса отличается сравнительно невысокой металлоемкостью. Однако каркас при возведении является многодельным, а технология его возведения - многостадийна. Сначала изготавливают плиту с каналами, затем, после выдержки во времени (до 20-25 суток) до набора монолитным бетоном требуемой прочности, на бетон плиты напрягают рабочую арматуру, что требует специального оборудования и технологии. Затем снизу плиты подводят опалубку и производят добетонирование каналов и монолитных плит. Такая конструкция при ее осуществлении является весьма трудоемкой, снижает темп возведения здания и поэтому такое техническое решение неэкономично.

Предлагаемое изобретение решает задачу упрощения технологии строительства, сокращения трудозатрат и повышения темпа строительства, обеспечив минимальную по сравнению с известными металлоемкость каркаса.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в железобетонном каркасе многоэтажного здания, включающем колонны, плоские плиты перекрытий, сквозную арматуру, расположенную вдоль граней колонн во взаимно перпендикулярных направлениях в соответствии с эпюрой изгибающих моментов и зафиксированную на торцах перекрытия по периметру каркаса здания, сквозная арматура вдоль створов колонн размещена в двух уровнях по толщине перекрытия в предварительно изготовленных армокаркасах призматической формы, снабженных поперечной арматурой. При этом армокаркасы, в свою очередь, выполнены составными по длине из пролетных элементов и надопорных вставок, продольная арматура которых в местах стыковки размещена внахлест, причем в местах пересечения армокаркасов, армокаркас одного направления выполнен цельным и сквозным, а армокаркас поперечного направления примыкает к его боковым сторонам торцами пролетных элементов и снабжен надопорной вставкой, образуя цельность армокаркаса поперечного направления.

Кроме того, каждая надопорная вставка выполнена составной из двух частей, верхняя из которых включает продольную стержневую рабочую арматуру, объединенную сверху П-образными полухомутами, и размещена поперек пересекаемого сквозного армокаркаса непосредственно над ним и внахлест вдоль концевых участков стыкуемых пролетных элементов армокаркаса с охватом стыкуемых концевых их участков сверху П-образными полухомутами, а нижняя часть вставки, включающая отдельные арматурные стержни или сетки, размещена внахлест непосредственно над концами нижней арматуры стыкуемых пролетных элементов армокаркаса.

- 1 007023

Кроме того, пролетные элементы армокаркасов могут быть выполнены составными, состоящими в поперечном сечении, как минимум, из двух отдельных сварных армокаркасов с навитой поперечной арматурой и объединенных по их длине установленными сверху П-образными скобами.

Кроме того, пролетные элементы армокаркасов могут быть выполнены цельными из вязаной арматуры.

Кроме того, каркас здания выполнен из монолитного железобетона, а каждая ячейка плоских перекрытий в пределах, ограниченных призматическими армокаркасами, снабжена понизу арматурными сетками, арматура которых по контуру каждой ячейки заведена концами в призматические армокаркасы, а непосредственно над призматическими армокаркасами поверху установлены дополнительные поперечные стержни, количества которых должно быть достаточно для восприятия отрицательного момента по контуру ячейки в сечениях вдоль краев призматических каркасов.

Кроме того, ячейки плоских перекрытий, ограниченные со всех сторон призматическими армокаркасами, могут быть выполнены прямоугольной формы в плане.

Кроме того, ячейки плоских перекрытий, ограниченные со всех сторон призматическими армокаркасами, могут быть выполнены клиновидной и/или трапециевидной формы в плане с обеспечением получения здания кругового и/или криволинейного очертания в плане.

Кроме того, плоские плиты перекрытий по контуру могут быть снабжены консолями за наружные ряды колонн для размещения балконов и/или эркеров, а в местах отсутствия консолей по контуру плиты перекрытия заодно с плитой могут быть выполнены бортовые балки, выступающие из плоскости перекрытия книзу и/или кверху.

Выполнение каркаса в предложенном виде со сквозной арматурой вдоль створов колонн, размещенной в двух уровнях по толщине перекрытия в предварительно изготовленных армокаркаса призматической формы, снабженных поперечной арматурой, позволяет создать в плоскости каждой плиты перекрытия опорную систему ригелей, жестко объединенных в перекрестную раму, замкнутую по контуру перекрытия и опертую на колонны. Продольная сквозная арматура таких скрытых в плоскости плиты перекрытия ригелей может быть оптимально и концентрировано размещена вдоль створов, в которых действуют наибольшие по величине усилия, возникающие в плите перекрытия. Количество этой продольной сквозной арматуры в любом сечении таких ригелей может быть назначено адекватным величине этих усилий. Кроме того, установка поперечной арматуры в армокаркасах, по сравнению с известными, существенно повышает сопротивление плит перекрытий продавливанию колонной. В результате, в достаточной мере возрастает несущая способность плит перекрытий и создана возможность для получения плоских плит малой толщины, не устраивая капители колонн, даже без применения в плитах предварительного напряжения сквозной арматуры.

Кроме того, наличие армокаркасов и, соответственно, рамной системы скрытых в плоскости плит перекрытий ригелей, позволяет рассматривать каждую ячейку плиты перекрытия, ограниченную этими ригелями, как пластинку, защемленную по контуру в этих ригелях с учетом отрицательных моментов, действующих в защемлении. Это позволяет существенно сократить расход стали на армирование всех ячеек плит.

Таким образом, создание в плоскости плиты перекрытия четкой несущей системы с разделением усилий между элементами позволяет, по сравнению с известными, не только минимизировать расход металла на их армирование (до 35-40%), но и обеспечить высокие адаптационные условия для сочетания конструкции каркаса с реальными архитектурными решениями. Так, сетка колонн предлагаемого каркаса может быть нерегулярной и иметь различные размеры шага колонн по любой из осей здания, любая колонна каркаса по всей вертикали здания может быть смещена вдоль скрытых ригелей от любого узла сопряжения армокаркасов, сквозные проемы для пропуска вертикальных коммуникаций здания могут быть выполнены в любом месте плиты перекрытия, кроме плана, непосредственно занимаемого армокаркасами.

Назначение ширины армокаркаса, превышающей ширину сечения колонны, позволяет одновременно решить следующие важные задачи. Во-первых, достаточно широкий армокаркас (как правило, около двух ширин сечения колонны) позволяет разместить рабочую арматуру в один слой поверху и в один слой понизу, тем самым максимально возможно увеличена рабочая высота сечения плиты и за этот счет минимизирован расход продольной, в том числе сквозной арматуры. Во-вторых, достаточно широкие армокаркасы позволяют эффективно использовать верхние горизонтальные ветви его поперечной арматуры (хомутов) на восприятие части отрицательного момента, действующего под нагрузкой по контуру в защемлении каждой ячейки, что позволяет сократить расход стали на армирование плиты перекрытия поверху.

Выполнение армокаркасов составными по длине из пролетных элементов и надопорных вставок позволяет на практике реализовать надежную рамную систему несущих ригелей, скрытую в плоскости плит перекрытий. Вместе с тем, такое выполнение позволяет индустриализировать заготовку арматурных изделий каркаса, существенно упростить технологию возведения каркаса и в такой же мере сократить трудозатраты на строительной площадке, а также время строительства.

- 2 007023

Выполнение продольной арматуры пролетных элементов и надопорных вставок в местах их стыковки внахлест обеспечивает сквозное расположение продольной арматуры и условия для полной реализации указанных выше задач.

Выполнение мест пересечения армокаркасов так, чтобы армокаркас одного направления был выполнен цельным и сквозным, а армокаркас поперечного направления примыкал к его боковым сторонам торцами пролетных элементов и был снабжен надопорной вставкой, образует не только цельность армокаркаса поперечного направления, но и позволяет эффективно разместить верхнюю рабочую арматуру обоих пересекающихся армокаркасов и максимально полно использовать при эксплуатации ее прочностные характеристики в наиболее напряженных сечениях плиты у колонны. Кроме того, предлагаемое выполнение узлов пересечения армокаркасов позволяет в каждом узле применить только одну надопорную вставку, что существенно упрощает его конструкцию и исполнение.

Выполнение каждой надопорной вставки, составной из двух частей, позволяет надежно объединить по длине в единую сквозную арматуру стержни как верхнего, так и нижнего уровня, и эффективно включить эту арматуру в работу. Этому содействует выполнение верхней части надопорной вставки с продольной стержневой арматурой, объединенной поверху П-образными полухомутами и размещенной поперек пересекаемого сквозного армокаркаса непосредственно над ним и внахлест вдоль концевых участков стыкуемых цельнопролетных элементов армокаркаса с охватом их стыкуемых концевых участков сверху П-образными хомутами. Действительно, при таких условиях в стыковом узле армокаркасов возникающие под нагрузкой отрицательные моменты в одном направлении успешно воспринимают сечения с верхней арматурой цельного каркаса, а в поперечном направлении - сечения с продольной арматурой верхней части надопорной вставки, снабженной косвенной арматурой в виде П-образных хомутов, охватывающих сверху концы стыкуемых пролетных каркасов по обе боковые стороны от сквозного армокаркаса.

Выполнение пролетных элементов каркасов составными, состоящими в поперечном сечении, как минимум, из двух отдельных сварных армокаркасов с навитой поперечной арматурой, объединенных по их длине установленными сверху П-образными скобами, позволяет применить высококачественные армокаркасы, получаемые с автоматическим контролем качества сварных соединений, исключающих влияние на качество арматурных изделий субъективного человеческого фактора, обеспечивая тем самым получение арматурных изделий повышенной надежности.

Установленные сверху П-образные скобы, объединяющие отдельные каркасы, вместе с их поперечной арматурой, обеспечивают эффективное включение в работу поперечной арматуры армокаркасов на восприятие поперечного изгибающего момента в сечении скрытых ригелей, а также - крутящего момента при размещении их в створе крайних рядов колонн на кромке перекрытия.

Выполнение пролетных элементов армокаркасов цельными из вязаной арматуры не требует специального сварочного технологического оборудования и позволяет изготавливать армокаркасы традиционно на стройплощадке, что делает строительство в наибольшей мере независимым от поставщиков и окружающих условий.

Выполнение каркаса здания из монолитного железобетона делает условия строительства в наибольшей мере независимым от местных производителей строительной продукции, поскольку для строительства требуется только арматурная сталь, компоненты бетонной смеси, бетоносмеситель, а также бетононасос и опалубочная система. Вместе с тем армокаркасы могут быть просто размещены, в монолитной плите в соответствии с распределением усилий, а армирование плиты в пределах каждой ее ячейки можно выполнить только понизу однослойными арматурными сетками. Это позволяет на 30-40% сократить расход стали на армирование плиты, сблизить этот показатель с преднапряженными плитами перекрытий, а также выполнить плиты перекрытий плоскими без выступающих из них частей (вутов, капителей и т.д.) в объем здания. Размещение непосредственно над призматическим армокаркасами поверху дополнительных поперечных стержней, сечения которых достаточно для восприятия отрицательного момента по контуру ячейки в сечениях вдоль краев примыкающих каркасов, позволяет исключить опасность раскрытия трещин по верху плиты на кромках ячеек перекрытия.

Выполнение ячеек плоских перекрытий, ограниченных призматическими армокаркасами прямоугольной формы в плане, позволяет получить здание и его рядовые секции с применением предложенного каркаса любой прямоугольной формы и протяженности в плане.

Выполнение ячеек плоских перекрытий клиновидной или трапециевидной формы в плане позволяет получать и реализовывать угловые и поворотные секции здания, а также здания криволинейного и кругового очертания в плане.

Снабжение плоских перекрытий по контуру здания консолями за наружные ряды колонн позволяет обеспечить архитектурное разнообразие объемно-планировочных и художественных решений зданий с применением эркеров, полуэркеров, выносных балконов и т.п. Выполнение в створах крайних рядов колонн по контуру перекрытия бортовых балок, выступающих из плоскости перекрытия книзу и/или кверху, также, как и устройство консольных выпусков плиты за наружные ряды колонн, позволяет существенно улучшить условия работы под нагрузкой крайних и угловых ячеек плиты перекрытия и сделать их такими же, как и в средних ячейках плиты перекрытия, рассматривая каждую ячейку как плиту, защем

- 3 007023 ленную по контуру. По этой же причине для восприятия отрицательных моментов по контуру ячеек поперек армокаркасов, непосредственно над ними размещены дополнительные стержни. В результате, это позволяет существенно сократить расход стали на армирование всего поля плиты перекрытия, образуемое в сумме всеми его ячейками, повысить надежность конструктивного решения всей плиты перекрытия, сократить трудоемкость возведения каркаса здания в целом.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет заключить, что заявленное техническое решение отличается от прототипа новыми признаками: (1) сквозная арматура вдоль створов колонн размещена в двух уровнях по толщине перекрытия в (2) предварительно изготовленных армокаркасах призматической формы, снабженных поперечной арматурой и с шириной в плане, превышающей ширину сечения колонн, (3) армокаркасы, в свою очередь, выполнены составными по длине из пролетных элементов и надопорных вставок, (4) продольная арматура которых в местах стыковки размещена внахлест. При этом, в местах пересечения армокаркасов (5) армокаркас одного направления выполнен цельным и сквозным, а (6) армокаркас поперечного направления примыкает к его боковым сторонам торцами пролетных элементов и снабжен надопорной вставкой, образуя цельность армокаркаса поперечного направления. При этом, (7) каждая надопорная вставка выполнена составной из двух частей, (8) верхняя из которых включает продольную стержневую рабочую арматуру, объединенную сверху П-образными полухомутами, и (9) размещена поперек пересекаемого сквозного армокаркаса непосредственно над ним и внахлест вдоль концевых участков стыкуемых пролетных элементов армокаркаса с охватом стыкуемых концевых участков сверху П-образными полухомутами, а (10) нижняя часть вставки, включающая отдельные арматурные стержни или сетки, размещена внахлест непосредственно над концами нижней арматуры стыкуемых пролетных элементов армокаркаса. При этом (11) пролетные элементы армокаркасов могут быть выполнены составными, состоящими в поперечном сечении, как минимум, из двух отдельных сварных армокаркасов с навитой поперечной арматурой, (12) объединенных по их длине установленными сверху Побразными скобами. При этом (13) пролетные элементы армокаркасов могут быть выполнены цельными из вязаной арматуры. При этом (14) каркас здания выполнен из монолитного железобетона, а (15) каждая ячейка плоских плит перекрытий в пределах, ограниченных призматическими армокаркасами, снабжена понизу однослойными арматурными сетками, арматура которых по контуру каждой ячейки заведена концами в призматические армокаркасы, а (16) непосредственно над призматическими армокаркасами поверху установлены дополнительные поперечные стержни. При этом, (17) ячейки плоских плит перекрытий, ограниченные призматическими армокаркасами, могут быть выполнены прямоугольной формы в плане. При этом, (18) ячейки плоских плит перекрытий, ограниченные со всех сторон призматическими армокаркасами, могут быть выполнены клиновидной и/или трапециевидной формы в плане с обеспечением получения здания кругового очертания в плане. При этом, (19) плоские плиты перекрытий по контуру снабжены консолями за наружные ряды колонн, а (20) в местах отсутствия консолей на контуре перекрытия заодно с плитой перекрытия выполнены бортовые балки, выступающие из плоскости плиты перекрытия книзу и/или кверху.

В целом предлагаемое техническое решение, по мнению авторов, соответствует критерию новизны, так как перечисленные признаки в приведенной сумме неизвестны, а полученные технические результаты этого решения обеспечивают достижение поставленной задачи, превосходят известные, а при осуществлении предлагаемого технического решения достигается сверхсуммарный результат. Это позволяет считать предлагаемое техническое решение соответствующим требованиям изобретательского уровня.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен предлагаемый каркас, вид в плане; на фиг. 2 - то же, разрезы А-А (Б-Б) на фиг. 1; на фиг. 3 - эпюра моментов в сечениях плоской плиты перекрытия предлагаемого каркаса, в створе колонн (А), и в середине между рядами колонн (Б); на фиг. 4 - предлагаемый каркас на стадии установки призматических армокаркасов по плите перекрытия, вид в плане; на фиг. 5 - то же, разрез В-В на фиг. 4; на фиг. 6 - то же, разрез Г-Г на фиг. 4; на фиг. 7 - то же, узел А на фиг. 4, узел стыковки армокаркасов и арматуры колонны; на фиг. 8 - верхняя часть надопорной вставки с продольной арматурой и П-образными полухомутами; на фиг. 9 - вязаный пролетный элемент армокаркаса, вид с торца; на фиг. 10 - составной пролетный элемент армокаркаса, вид с торца; на фиг. 11 - сечение Д-Д на фиг. 4, в случае цельного вязаного призматического армокаркаса с размещением над ним верхней части надопорной вставки; на фиг. 12 - то же, сечение ДД на фиг. 4 в случае составного армокаркаса с навитой поперечной арматурой; на фиг. 13 - сечение Е-Е на фиг. 7, узел сопряжения армокаркасов взаимно поперечного направления в сборе, вид в плане с фрагментом перекрытия.

Предлагаемый каркас (фиг. 1-13) включает колонны 1, плоские плиты 2 перекрытий сплошного сечения. Вдоль граней колонн 1 в их створе во взаимно перпендикулярных направлениях в двух уровнях по высоте размещена сквозная арматура 3. Сквозная арматура 3 размещена в армокаркасах 4 призматической формы с поперечной арматурой 5. Армокаркасы 4 выполнены составными по длине и включают пролетные элементы 6 и надопорные вставки 7. Продольная арматура 8 пролетных элементов 6 и продольная арматура 9 надопорных вставок 7 в местах стыков размещены внахлест, объединяя арматуру 8 и 9 в сквозную арматуру 3. В местах пересечения армокаркасов 4 (фиг. 4) армокаркас одного направления в виде пролетного элемента 6 размещен сквозным. Пролетные элементы 6 другого направления примы

- 4 007023 кают к сквозному торцами и снабжены надопорной вставкой 7, образуя цельность армокаркаса 4 поперечного направления. Каждая надопорная вставка 7 состоит из верхней и нижней частей. Верхняя часть вставки 7 включает продольную арматуру 9 и поперечные П-образные полухомуты 10. Нижние ветви Побразных полухомутов 10 по краям надопорной вставки 7 снабжены приваренными к ним с наружной стороны анкерными стержнями 11. Нижняя часть надопорной вставки выполнена из отдельных арматурных стержней 12 или арматурных сеток (не показаны), размещенных внахлест непосредственно над концами нижней арматуры стыкуемых пролетных элементов 6. Пролетные элементы 6 армокаркасов 4 могут быть выполнены (фиг. 10, 12) составными, состоящими, как минимум, из двух отдельных сварных арматурных каркасов 13 с навитой поперечной арматурой 14, объединенных по длине П-образными скобами 15. На концевых участках такой составной пролетный элемент также охватывается сверху П-образными полухомутами 10 верхней части надопорной вставки 7. Пролетные элементы 6 армокаркасов 4 могут быть выполнены (фиг. 9, 11) цельными в виде единого вязаного арматурного каркаса со сквозной 3 и установленной согласно эпюре моментов дополнительной 8 арматурой, объединенной полнозамкнутыми хомутами 5.

Каждая ячейка плоских плит 2 перекрытий, ограниченная призматическими армокаркасами 4, снабжена понизу однослойными арматурными сетками 16, арматура которых по контуру ячейки заведена концами 17 в объем призматических армокаркасов 4. Непосредственно над призматическими армокаркасами 4 поверху установлены дополнительные поперечные стержни 18, заанкеренные по обоим концам в бетоне плиты 2 с помощью анкерных арматурных стержней 19. Сечение арматурных стержней 18 подбирают с расчетом по величине отрицательного момента, действующего по контуру ячейки вдоль краев призматических армокаркасов 4.

Каждая ячейка плоских плит 2 перекрытий, ограниченная призматическими армокаркасами 4 и, в свою очередь, образующими своеобразную рамно-перекрестную систему ригелей, скрытых в плите 2, представляет собой по статической схеме работы под нагрузкой пластинку, защемленную краями в указанных ригелях. Эти ячейки в плане могут быть выполнены квадратной, прямоугольной, трапециевидной и любой другой формы, что определяется общим компоновочным решением здания.

Плиты 2 перекрытий на контуре могут быть снабжены консолями 20 за наружные ряды колонн 1 для размещения балконов и/или эркеров (не показаны), а в местах отсутствия консолей 20 на контуре перекрытия заодно с плитой 2 могут быть выполнены бортовые балки 21, выступающие из плоскости плиты 2 книзу и/или кверху.

Предлагаемый каркас здания работает под нагрузкой как единая многократно статически неопределимая пространственная рамная конструкция с плоскими плитами перекрытий. Эта конструкция совместно с вертикальными диафрагмами (или ядрами) жесткости (не показаны) полностью обеспечивает пространственную жесткость и устойчивость всего здания в целом.

Размещение в створах колонн 1 армокаркасов 4 создает в плоскости плиты 2 перекрытия скрытую систему перекрестных несущих балок (ригелей), в которых панели плиты 2 в пределах каждой ячейки оказываются защемленными по краям. При этом вертикальную нагрузку на каждом этаже воспринимает плита перекрытия 2 и перераспределяет эту нагрузку на колонны 1. При наличии консолей 20 или бортовых балок 21 плита 2 в пределах каждой ячейки каркаса, ограниченной створами колонн 1, независимо от ее положения (в середине каркаса, на краю или в углу), работает под нагрузкой в примерно одинаковых условиях. В этом случае плита каждой ячейки перекрытия (каркаса) оказывается защемленной по всем четырем сторонам, вдоль которых также действует изгибающий момент отрицательного знака. Действительно, это подтверждается результатами испытаний, когда под действием приложенной к плите вертикальной нагрузки к моменту перед разрушением она оказывается расчлененной в рамках ячеек на отдельные панели верхними у краев и нижними в середине ячеек трещинами. При наличии бортовых балок 21 или консолей 20, условия работы под нагрузкой всех панелей (ячеек) независимо от их положения в перекрытии примерно одинаковы, в отличие от плоских перекрытий, не имеющих бортовых балок 21 или консолей 20. В последнем случае при отсутствии элементов 20 и 21 в крайних и, особенно, в угловых панелях перекрытий деформации под нагрузкой развиваются более интенсивно, и их несущая способность ниже, чем средних панелей, а несущая способность каркаса в целом оказывается заниженной. В результате такого размещения рабочей арматуры плиты 2, адекватного распределению наибольших значений усилий в ее сечениях, наиболее полно используются прочностные свойства всей рабочей арматуры плиты 2 и существенно возрастает ее несущая способность и жесткость.

Наличие армокаркасов 4 вдоль створов колонн 1 позволяет сконцентрировать вдоль скрытых ригелей продольные распорные усилия, возникающие в них под нагрузкой после образования первых трещин. Эти распорные усилия приводят к образованию в наиболее напряженных сечениях условных ригелей (в середине пролетов и у колонн) реактивных изгибающих моментов со знаком, обратным знаку моментов, действующим от нагрузки в тех же сечениях. Наличие и учет распорного эффекта в плоских плитах перекрытий монолитных и сборно-монолитных перекрытий позволяет уменьшить на 20-35% усилия, действующие в расчетных сечениях перекрытий, и соответственно, на 15-30% дополнительно сократить потребность в арматурной стали на их армирование. Предложенная конструкция каркаса позволяет полностью реализовать указанные распорные усилия и достичь указанного эффекта.

- 5 007023

Предлагаемый каркас возводят в следующей последовательности. Для подавляющего большинства случаев инженерно-геологической ситуации каркас и здание на его основе возводят на сплошной гибкой или жесткой фундаментной плите (на чертеже не приведено). При устройстве фундаментов устраивают выпуски из них арматуры колонн и стенок диафрагм жесткости, после чего устанавливают рабочую арматуру этих элементов каркаса с вертикальными выпусками арматуры на следующий этаж. Собирают опалубку и бетонируют колонны и стенки на высоту первого этажа или подземной надфундаментной части здания. Затем устанавливают сплошную опалубку (палубу) плиты перекрытия и бортовых элементов жесткости на предварительно смонтированных опорных устройствах (на чертежах не показаны). В качестве опорных устройств для бортовых элементов может быть использована и наружная стена здания, возведенная под перекрытием. На палубе в створах колонн 1 устанавливают и закрепляют сначала цельнопролетные элементы 6 с продольной и поперечной арматурой, а в пределах ячеек каркаса между цельнопролетными элементами 6 армокаркасов 4 с перехлестом с нижней продольной арматурой последних размещают арматурные сетки 16, а затем укладывают надопорные вставки 7, внахлест над концами поперечных стыкуемых элементов 6. После завершения укладки и закрепления в проектное положение всей арматуры плиты 2, бетононасосами или бадьями подают и укладывают на палубу монолитный бетон плиты и бортовых балок.

После набора бетоном колонн 1 и междуэтажной плиты 2 перекрытия требуемой прочности поддерживающие устройства и опалубку демонтируют с конструкций нижнего яруса (этажа) здания и переставляют на указанное готовое перекрытие, и на очередном ярусе (этаже) цикл повторяется. Поэтажно опертые наружные стены здания можно устраивать одновременно с возведением каркаса и использовать их в качестве поддерживающих устройства и опалубки для бортовых балок.

Представленная технология возведения каркаса дополняет преимущество конструкции, обеспечивает всепогодность и высокий темп строительства многоэтажного здания. Здание с предложенным каркасом может возводиться и в отдаленных от производственных баз районах, поскольку практически отсутствует потребность в сборных изделиях заводского изготовления.

Предлагаемое техническое решение найдет широкое применение в строительных отраслях Беларуси, России и других стран СНГ. Его использование позволит обеспечить конкурентоспособность гражданского строительства этих стран.

Источники информации

1. Кудзис А.П. Железобетонные и каменные конструкции: Учебник для строит. спец. вузов. В 2-х частях. Часть 2. Конструкции промышленных и гражданских зданий и сооружений. - М.: Высш.шк. 1989. с. 45-47, рис.2, 12а.

2. Патент РФ №2173750, кл. Е04В 1/18, БИ№26, 20.09.2001.

3. Патент РФ №2166032, кл. Е04В 1/18, БИ№12, 27.04.2001 (прототип).

Claims (8)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Железобетонный каркас многоэтажного здания, включающий колонны, плоские плиты перекрытий, сквозную арматуру, расположенную вдоль граней колонн во взаимно перпендикулярных направлениях в соответствии с эпюрой изгибающих моментов и зафиксированную на торцах перекрытий по периметру каркаса здания, отличающийся тем, что сквозная арматура вдоль колонн размещена в двух уровнях по толщине перекрытия в предварительно изготовленных армокаркасах призматической формы, снабженных поперечной арматурой, и с шириной в плане, превышающей ширину сечения колонн, армокаркасы, в свою очередь, выполнены составными по длине из пролетных элементов и надопорных вставок, продольная арматура которых в местах стыковки размещена внахлест, при этом в местах пересечения армокаркасов, армокаркас одного направления выполнен цельным и сквозным, а армокаркас поперечного направления примыкает к его боковым сторонам торцами пролетных элементов и снабжен надопорной вставкой, образуя цельность армокаркаса поперечного направления.
2. 2. Каркас здания по п.1, отличающийся тем, что каждая надопорная вставка выполнена составной из двух частей, верхняя из которых включает продольную стержневую рабочую арматуру, объединенную сверху П-образными полухомутами, и размещена поперек пересекаемого сквозного армокаркаса непосредственно над ним и внахлест вдоль концевых участков стыкуемых пролетных элементов армокаркаса с охватом стыкуемых концевых участков сверху П-образными полухомутами, а нижняя часть вставки, включающая отдельные арматурные стержни или сетки, размещена внахлест непосредственно над концами нижней арматуры стыкуемых пролетных элементов армокаркаса.
3. 3. Каркас здания по пп.1, 2, отличающийся тем, что пролетные элементы армокаркасов выполнены составными, состоящими в поперечном сечении, как минимум, из двух отдельных сварных армокаркасов с навитой поперечной арматурой, объединенных по их длине установленными сверху П-образными скобами.
4. 4. Каркас здания по пп.1, 2, отличающийся тем, что пролетные элементы армокаркасов выполнены цельными из вязаной арматуры.

   - 6 007023
5. 5. Каркас здания по пп.1-4, отличающийся тем, что он выполнен из монолитного железобетона, а каждая ячейка плоских плит перекрытий в пределах, ограниченных призматическими армокаркасами, снабжена понизу однослойными арматурными сетками, арматура которых по контуру каждой ячейки заведена концами в призматические армокаркасы, а непосредственно над призматическими армокаркасами поверху установлены дополнительные поперечные стержни, количество которых должно быть достаточным для восприятия отрицательного момента по контуру ячейки в сечениях вдоль краев призматических армокаркасов.
6. 6. Каркас здания по пп.1-5, отличающийся тем, что ячейки плоских плит перекрытий, ограниченные призматическими армокаркасами, выполнены прямоугольной формы в плане.
7. 7. Каркас здания по пп.1-5, отличающийся тем, что ячейки плоских плит перекрытий, ограниченные со всех сторон призматическими армокаркасами, выполнены клиновидной и/или трапециевидной формы.
8. 8. Каркас здания по пп.1-7, отличающийся тем, что плоские плиты перекрытий на контуре снабжены консолями за наружные ряды колонн, а в местах отсутствия консолей на контуре перекрытия заодно с плитой перекрытия выполнены бортовые балки, выступающие из плоскости плиты перекрытия книзу и/или кверху.