Каркас представляет собой систему, состоящую из стержневых несущих элементов — вертикальных (колонн) и горизонтальных балок (ригелей), объединенных жесткими горизонтальными дисками перекрытий и системой вертикальных связей.

Основное компоновочное преимущество каркасных систем в свободе планировочных решений, в связи с редко расставленными колоннами, имеющие укрупненные шаги в продольном и поперечном направлениях. Системе присуще четкое разделение на несущие и ограждающие конструкции. Несущий остов (колонны, ригели и диски перекрытий) воспринимает все нагрузки, а наружные стены выполняют роль ограждающих конструкций, воспринимая только собственный вес (самонесущие стены). Это дает возможность применять прочные и жесткие материалы - для несущих элементов каркаса, и тепло — звукоизоляционные материалы - для ограждающих. Использование высокоэффективных материалов позволяет добиться снижение веса здания, что положительно сказывается на статических свойствах здания.

Каркасными сооружают, как правило, общественные и административные здания. В последние годы строят также и каркасные многоэтажные жилые дома. В зданиях с полным каркасом несущий остов состоит из колонн и ригелей, выполняемых в виде балок для опирания конструкций перекрытий. Скрепленные между собой колонны и ригеля образуют несущие рамы, воспринимающие вертикальные и горизонтальные нагрузки здания.

Роль ограждающих элементов выполняют наружные стены Наружные стены в зданиях этого типа выполняются навесными или самонесущими .

Навесные ненесущие стены в виде навесных панелей прикрепляют к наружным колоннам каркаса. Самонесущие наружные стены опираются непосредственно на фундаменты или на фундаментные балки, устанавливаемые по столбчатым фундаментам. Самонесущие стены прикрепляются к колоннам каркаса. В зданиях с неполным каркасом наружные стены делают несущими, а колонны располагают лишь по внутренним осям здания. При этом ригели укладывают между колоннами, а иногда и между колоннами и наружными стенами. Такой конструктивный тип здания в современном строительстве имеет ограниченное применение.

Здание любого типа должно быть не только достаточно прочным: не разрушаться от действия нагрузок, но и обладать способностью сопротивляться опрокидыванию при действии горизонтальных нагрузок, и иметь пространственную жесткость, т. е. способность как в целом, так и в отдельных его частях сохранять первоначальную форму при действии проложенных сил.

Пространственная жесткость бескаркасных зданий обеспечивается несущими наружными и внутренними поперечными стенами, в том числе стенами лестничных клеток, связанными с наружными продольными стенами, а также междуэтажными перекрытиями, связывающими стены и разделяющими их по высоте здания на отдельные ярусы.

Конструктивная схемы зданий: а — с полным каркасом; б — с неполным каркасом; 1 — колонны; 2 — ригели; З — панели перекрытий; 4 — несущие наружные стены
Здание с несущими наружными стенами и внутренним каркасом: 1 – несущие стены; 2 – стены лестничной клетки; 3 – колонны; 4 стык колонн; 5 – ригели (прогоны); 6 – плита перекрытия	Здание с полным каркасом: 1 – колонны; 2 – навесные стены; 3 – ригели; 4 – стены лестничной клетки

Каркасная система 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.

Каркасное здание сложнее обогреть, так как помещения получаются бо льшего объема, сложнее проектировать сеть обогревательных приборов, учитывая при этом санитарно-гигиенические требования. В принципе, у каждого отдельного помещения должен быть индивидуальный проект отопления и вентиляции, что создает определенные сложности для здания в целом, значительно удорожая стоимость проектных работ, строительства и эксплуатации. При этом перегородки обладают высокой тепловой инерционностью, намного быстрее нагреваясь и отдавая тепло.

Учитывая все сказанное, каркасные системы до последнего времени было запрещено использовать в массовой жилой застройке. Каркасные сооружения применялись, в основном в зрелищной, выставочной части общественных зданий. При этом, как правило, конструктивная схема сооружения была комплексной, то есть каркасная система сочеталась с бескаркасной в административной части – из условий экономической эффективности возведения и эксплуатации сооружения, его пожарной безопасности и экологических качеств.

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 свободы планировки, возможности создания большепролетных зальных помещений — компоновочные преимущества каркасных систем перед бескаркасными очевидны.

При этом следует помнить и о недостатках каркасной системы. В среднем, каркасные здания – в 3-7 раз дороже бескаркасных, как показывает многолетний анализ технико-экономических показателей за 70-80-е годы ХХ столетия, с учетом индустриального изготовления большинства несущих элементов.

В каркасной системе намного сложнее и дороже выполнить вертикальные преграды огню (брандмауэры ), поэтому при пожарах, как правило, выгорает целый ярус каркасного здания, ограниченный перекрытиями. Это создает дополнительные сложности при проектировании путей эвакуации.

Каркасная конструктивная система: 1 – колонны каркаса; 2 – ригели каркаса; 3 – сборный настил перекрытия; 4– наружная навесная стеновая панель	Схема каркаса многоэтажного здания: 1- колонны; 2 - ригель; 3- плиты перекрытий; 4 -панели наружных стен
Общий вид зданий с каркасной конструктивной системой: а – общественного; б – промышленного	1- опорные колонны, 2- плиты перекрытия, 3- несущие и связевые ригели, 4- диафрагмы жесткости путей эвакуации, 5- технологическая шахта, 6- лестничные марши, 7- самонесущие наружные стены

В каркасных зданиях вся нагрузка передается на каркас, то есть систему связанных между собой вертикальных элементов (колонн) и горизонтальных (прогонов и ригелей).
Каркасы , применяемые в гражданском строительстве, классифицируются по материалам :

железобетонный каркас, выполняемый в сборном, монолитном или сборно-монолитном вариантах;


металлический каркас, часто применяемый при строительстве общественных и многоэтажных гражданских зданий, возводимых по индивидуальным проектам;


деревянный каркас в зданиях не выше двух этажей.

железобетонный каркас	металлический каркас	деревянный каркас

По составу и расположению ригелей в плане здания 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 6х6 м (при дополнительной сетке 6х3 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.

	Конструктивная схема здания с безригельным каркасом: 1 – колонны каркаса; 2 – сборный или монолитный настил перекрытия
Каркасная система зданий: а - с поперечным расположением ригелей; б - с продольным расположением ригелей; в - безригельное решение; 1 - самонесущие стены; 2 - колонны; 3 - ригели; 4 - плиты междуэтажных перекрытий; 5 - надколонная плита перекрытия; 6 - межколонные плиты; 7 - панель-вставка

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

Конструктивная схема каркасного здания с поперечным расположением ригелей	Конструктивная схема каркасного здания с продольным расположением ригелей
	Четыре типа конструктивных каркасных систем: а — с поперечным расположением ригелей; б — с продольным расположением ригелей; В — с перекрестным расположением ригелей; г — с безригельным каркасом, при котором ригели отсутствуют, а плиты перекрытий опираются или на капители колонн, или непосредственно на колонны. 1- фундамент; 2 – панели ограждения; 3 – колонны; 4 – продольные ригели; 5 – плиты перекрытия (настил); 6 – поперечные ригели

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

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

По характеру статической работы каркасные конструктивные системы гражданских зданий делятся на:

рамные — с жестким соединением несущих элементов (колонны, ригели) в узлах в ортогональных направлениях плана здания. Каркас воспринимает все вертикальные и горизонтальные нагрузки.

рамно-связевые — с жестким соединением в узлах колонн и ригелей в одном на правлении плана здания (создание рамных конструкций) и вертикальными связями, расставленными в перпендикулярном направлении рамам каркаса. Связями служат стержневые элементы (крестовые, портальные) или стеновые диафрагмы, соединяющие соседние ряды колонн. Вертикальные и горизонтальные нагрузки воспринимаются рама ми каркаса и вертикальными пилонами жестких связей.

связевые — отличаются простотой конструктивного решения соединений колонн с ригелями, дающее подвижное (шарнирное) закрепление. Каркас (колонны, ригели) воспринимает только вертикальные нагрузки. Горизонтальные усилия передают на связи жесткости — ядра жесткости, вертикальные пилоны, стержневые элементы.

Рамная система
каркасных зданий обладает большой жесткостью, устойчивостью и создает максимальную свободу планировочных решений. Система обеспечивает надежность в восприятии нагрузок и равномерность деформаций рам, расположенных в здании в продольном и поперечном направлениях. Недостаток (при сборном железобетонном каркасе) — сложность в унификации узловых соединений из-за разных величин усилий в них по высоте здания. Такое решение железобетонного каркаса наряду со стальным находит применение в сложных грунтовых условиях и в сейсмических районах.

При изготовлении рамного каркаса из сборного железобетона применяется разрезка его несущих элементов на Г -, Т — и Н -образные элементы, позволяющая перенести узловые соединения в наименее напряженные участки — места нулевых изгибающих моментов от вертикальных нагрузок.

Рамно-связевая система обеспечивает пространственную жесткость за счет совместной работы поперечных рам, вертикальных диафрагм жесткости и перекрытий, выполняющих функцию жестких горизонтальных дисков. Вертикальные нагрузки передают на каркас как на рамную систему. Горизонтальные нагрузки, действующие перпендикулярно плоскости рам, воспринимают вертикальные диафрагмы жесткости и диски перекрытий, а нагрузки, действующие в плоскости рам, воспринимает рамно-связевой блок, состоящий из вертикальных диафрагм жесткости и рам каркаса.

В результате проведенных теоретических исследований доказано, что рамно-связевая система удовлетворяет условию минимального расхода материала в несущих вертикальных конструкциях при нулевой жесткости поперечных рам, то есть когда система превращается в чисто связевую.

Связевая система
все вертикальные нагрузки передает на стержневые элементы каркаса (колонны и ригели), а горизонтальные усилия воспринимают жесткие вертикальные связевые элементы (стеновые диафрагмы и ядра жесткости), объединенные между собой дисками перекрытий. В связевом каркасе ограничена прочность и жесткость стыков ригелей с колоннами. Узлы конструируют податливами с помощью стальных связей («рыбок»), ограничивающих защемление.

Внедрение связевой системы в производство элементов сборного железобетонного каркаса позволило провести широкую унификацию его основных элементов (колонн и ригелей) и их узловых соединений.

В 80-х годах прошлого столетия была разработана номенклатура индустриальных железобетонных изделий серии 1.020-1 (Серия 1.020-1/87 ), позволяющая возводить как гражданские, так и промышленные каркасно-панельные здания любой конфигурации и этажности. В состав номенклатуры серии помимо колонн и ригелей, включены панели перекрытий, диафрагм жесткости и наружных стен.

Из унифицированных элементов могут быть запроектированы каркасы с продольным и поперечным расположением ригелей.

Габаритные схемы компонуются на следующих условиях:

оси колонн, ригелей и панелей диафрагм жесткости совмещены с модульными осями здания;


шаг колонн в направлении пролета плит перекрытий равен 3,0; 6,0; 7,2, 9,0 и 12,0 м.


шаг колонн в направлении пролета ригелей соответствует 3,0; 6,0; 7,2 и 9,0м.


высота этажей в соответствии с назначением и укрупненным модулем ЗМ составляет 3,3; 3,6; 4,2; 6,0 и 7,2м.

Кроме того для квартирных и специализированных жилых домов (пансионаты, гостиницы, общежития и т.п.) высота этажей принимается равной 2,8 м.

Компоновка диафрагм жесткости может быть разнообразной, но предпочтительнее устройство пространственных связевых систем открытого или замкнутого сечений.

Пространственная жесткость каркасных зданий обеспечивается:

совместной работой колонн, связанных между собой ригелями и перекрытиями и образующих геометрически не изменяемую систему;


установкой между колоннами стенок жесткости или стальных вертикальных связей;


сопряжением стен лестничных клеток с конструкциями каркаса;


укладкой в междуэтажных перекрытиях (между колоннами) панелей-распорок.

Конструктивные элементы. Колонны имеют высоту в 2-4 этажа, что позволяет в зданиях, с соответствующей этажностью, применять бесстыковые колонны.

Наряду с бесстыковыми колоннами в номенклатуру включены следующие типы колонн:

нижние высотой в два этажа и расположением низа колонны ниже нулевой отметки на 1,1м.;


средние — высотой в три-четыре и верхние в один-три этажа.

Предусмотрены колонны сечением 30×30 см для зданий высотой до 5-ти этажей и колонны сечением 40х40см для всех остальных. Колонны выпускаются двухконсольнымии и одноконсольными. Двухконсольные колонны устанавливают по средним и крайним рядам при навесных панелях наружных стен. Одноконсольные колонны располагают по крайним рядам при самонесущих наружных стенах и по средним рядам при одностороннем примыкании стен-диафрагм жесткости в лестничных клетках. Стык осуществляется на сварке выпусков арматуры с последующим омоноличиванием и расположением его выше плоскости консоли на 1050 мм.

Ригели — таврового сечения с полкой понизу для опирания плит перекрытия, что уменьшает его конструктивную высоту. Стык ригеля с колонной выполняет со скрытой консолью и приваркой к закладным деталям консоли и колонны (частичное защемление).

Перекрытия — многопустотные плиты высотой 220 мм и пролетом до 9,0 м. Плиты типа 2Т применяют для пролетов 9 и 12 м. Элементы перекрытий разделяют на рядовые и связевые (плиты распорки). Связевые плиты перекрытия устанавливают между колоннами в направлении перпендикулярном ригелям, обеспечивая их устойчивость.

Перекрытия испытывают поперечный изгиб от вертикальных нагрузок и изгиб в своей плоскости от горизонтальных (ветровых, динамических) воздействий.

Необходимая жесткость горизонтального диска перекрытия, собираемого из сборных железобетонных элементов, достигается установкой связевых плит-распорок между колоннами, сваркой закладных соединительных элементов и устройством шпоночных швов из цементного раствора между отдельными плитами. Полученный жесткий горизонтальный диск, воспринимая все нагрузки, включает в совместную работу вертикальные диафрагмы жесткости.

Стены — диафрагмы жесткости монтируют из бетонных панелей высотой в этаж, толщиной 140 мм. и длиной, соответствующей расстоянию между колоннами в пределах, которых они установлены. При шаге колонн 7,2 и 9,0 м стены-диафрагмы проектируют составными из двух-трех панелей, с координационными размерами по ширине 1,2, 3,0 и 6,0 м. Они могут быть глухими или с одним дверным проемом. Элементы диафрагм жесткости между собой и элементами каркаса соединяют сваркой закладных деталей, не менее чем в двух местах по каждой стороне панели с последующим замоноличиванием.

Шаг диафрагм определяется расчетом, но не превышает 36,0 м.

Панели наружных стен могут быть запроектированы самонесущими или ненесущими (навесными) конструкциями. Разрезка стен на панели — двухрядная. В номенклатуру входят поясные простеночные, под карнизные, парапетные, цокольные панели.

Панели самонесущих стен устанавливают по цементно-песчаному раствору на цокольные или простеночные панели и крепят поверху к закладным деталям колонн. Панели ненесущих стен навешивают на ригели, консоли или опорные металлические столики колонн и закрепляют в плоскости перекрытия.

Привязка панелей самонесущих и несущих стен к каркасу единая — с зазором 20 мм между наружной гранью колонны и внутренней гранью панели наружной стены.

Изоляция стыков панелей решена по принципу закрытого стыка

Компактные в плане отапливаемые здания длиной до 150 м проектируют без температурных швов. Здания с изрезанным очертанием плана, приводящее к ослаблению горизонтальных дисков перекрытий, расчленяют на температурные блоки, длина которых увязана с членением объемной формы здания, но не превышает 60 м.

Как и в серии 1.020.1 каркас КМС-К1 собирают из колонн, ригелей, плит перекрытий, панелей жесткости и навесных панелей наружных стен.

Фрагмент фасада каркасного здания серии 1.020-1: А — схема разрезки наружной стены на панели; а — герметизация вертикальных стыков; б — крепление верха панели к колонне; \ — защитный слой; 2 — эластичная мастика; 3 — упругий шнур (гернит); 4 — колонна; 5 — кирпичная кладка; 6 — цементный раствор; 7 — наружная стеновая панель; 8 — стальные закладные детали; 9 — стальные соединительные элементы

Колонны — выполняют одно- и двух-этажными, единого сечения 400×400 мм, а их несущая способность меняется с изменением марок бетона и процента армирования переходом от гибкой (стержни) к жесткой (стальные профили) арматуре. В серии предусмотрены колонны рядовые, фасадные и колонны с вылетом консолей до 1,2 или 1,8 м., служащие опорами для плит балконов и лоджий.

Стык колонны располагают на 710 мм выше плиты перекрытия, что упрощает монтаж. При монтаже колонн применяют специальные кондукторы, обеспечивающие соосность. Соединение осуществляется ванной сваркой плоских торцов колонн, с последующей инъекцией цементного раствора.

Ригели — таврового сечения высотой 450, 600 и 900 мм (последний для пролетов в 12,0м). Колонну соединяют с ригелем при помощи его опирания на скрытую (в высоте ригеля) консоль и с частичным защемлением установленной по верхней полки ригеля специальной фасонки — «рыбки», а также сваркой с закладными элементами консоли колонны. Значения воспринимаемых таким узлом изгибающих моментов и растягивающих усилий ограничены пределом текучести «рыбки». Поэтому в расчетах при восприятии вертикальных нагрузок защемление ригеля на опоре не учитывают, рассматривая его как шарнирное соединение.

Различают ригели рядовые и фасадные. Ригель фасадный имеет Z -образную форму, которая диктуется особенностью его работы — опирание плит перекрытий на нижнюю полку с одной стороны и навеской наружных стеновых панелей на верхнею полку с другой стороны.

Перекрытия — выполняют из многопустотных настилов высотой в 220 мм. Настилы различают в соответствии с размещением в плане — рядовые, фасадные, настилы-распорки, сантехнические и доборные.

Для создания единого диска перекрытия боковые поверхности настилов имеют шпоночные углубления, которые (после их раскладки) замоноличивают, создавая шпоночные швы, воспринимающие сдвигающие усилия..

Стены жесткости — проектируют из железобетонных панелей высотой на этаж и толщиной в 180 мм. Они имеют одну или две полки для опирания настилов перекрытий. Соединение с несущими элементами каркаса осуществляют при помощи стальных сварных связей числом не менее двух по каждой стороне.

Панели наружных стен — могут иметь горизонтальную или вертикальную разрезку по фасадной плоскости здания.

При двухрядной (горизонтальной) разрезки панели наружных стен подразделяют на поясные (ленточные), простеночные и угловые.

Координационные размеры панелей наружных стен горизонтальной разрезки по длине соответствуют шагу колонн, а по высоте составляют — 1,2; 1,5; 1,8 и 3,0 м. Простеночные панели могут быть высотой в — 1,5; 1,8 и 2,1м, а шириной кратны модулю 300 мм.

При вертикальной разрезке — все размеры панелей по длине и высоте кратны модулю 300 мм.

Узел опирания панелей наружных стен унифицирован для разных систем разрезок на панели фасадных плоскостей. Панели опирают на несущую конструкцию перекрытия (ригель, или настил) на глубину в 100 мм и приваривают при помощи закладных и соединительных элементов на расстоянии 600 мм в плане от оси колонны. Верх панели крепят к колонне, так же с помощью сварки соединительных элементов.

Горизонтальные стыки панелей наружных стен осуществляются в четверть с нахлесткой в 75мм. Изоляция вертикальных и горизонтальных сопряжений панелей выполняется по принципу закрытого стыка

Система позволяет создать многовариантные объемно-планировочные решения за счет применения колонн с консолями больших вылетов (1,2 — 1,8 м) для создания лоджий, консольных ригелей с вылетом до 3,0 м, образующих выступающие объемы. Возможно устройство зальных помещений с пролетами в 18,0-24,0 м. Разнообразие архитектурных композиций зданий достигается применением двухрядной (горизонтальной) и вертикальной разрезки, так же различных вариантов защитно-отделочных слоев наружных стеновых панелей.

Каркас серии KMC — К1. Основные планировочные ситуации стен жесткостей и несущих конструкций перекрытий: Р — ригель рядовой; РФ — ригель фасадный; НВ — настил; НРВ -настил-распорка; НРФ — настил-распорка фасадная; МФ — фасадная стеновая панель; СЖ — стенка жесткости; 1 — колонна с плоскими стальными торцами; 2 — полуавтоматическая сварка под слоем флюса; 3 — стальная центрирующая прокладка; 4 — закладная деталь; 5 — соединительная планка; 6 — цементный раствор; 7 — соединительная пластина; 8 — монолитный армированный бетон; 9 — закладная деталь

Безригельный каркас. Основной архитектурный недостаток каркасных систем для применения их в гражданском строительстве являются выступающие в интерьер из плоскости перекрытий балки-ригели. Существуют конструктивные схемы каркасов позволяющие исключить этот недостаток:

Система, формирующаяся из сборных плит сплошного сечения, опираемых на колонны в угловых точках сетки колонн (система КУБ);

Каркасная система с предварительно-напряженной арматурой в скрытых риге лях, образуемых в построечных условиях (система КПНС).

Система безригельного каркаса КУБ - сборный безкапительный каркас, состоящий из колонн квадратного сечения и плоских плит перекрытий.

Сетки колонн 6×3 и 6×6 метров при необходимости могут увеличиваться до размеров 6х9 и 9х12 метров. Сечение колонн 30×30 см и 40×40 см высотой в один или несколько этажей с максимальной высотой до 15,3 м.

Плиты перекрытия в плане размером 2,8×2,8 м толщиной от16 до20 см. В зависимости от расположения, подразделяются на надколонные, межколонные и плиты-вставки. Членение перекрытия на сборные элементы сделано с таким расчетом, чтобы стыки плит располагались в зонах с наименьшей величиной (приближаемая к нулю) изгибающих моментов от вертикальных нагрузок.

Последовательность монтажа перекрытия на смонтируемые колонны ведется в следующем порядке: — устанавливаются и привариваются к арматуре колонн надколонные плиты, затем межколонные и, наконец, плиты-вставки. Межколонные и плиты-вставки имеют шпонки, позволяющие легко осуществить их соединения на сварке. После замоноличивания стыков создается пространственная жесткая конструкция.

Система безригельного каркаса (КУБ): а — общий вид; б — схема последовательности монтажа; в — схема разреза здания

Преимущество системы в отсутствии выступающих элементов в потолочной плоскости и в простоте монтажа, с помощью легких мобильных кранов.

Безригельная рамная или рамно-связевая каркасная система гражданских зданий высотой до 16 этажей рассчитана на вертикальные нагрузки на перекрытие в 1250 кг/ м 2 . При больших нагрузках (2000 кг/ м 2) ограничивают этажность здания 9-тью этажами.

Система обладает архитектурно-планировочными и конструктивными достоинствами. Гладкий потолок дает возможность гибко решать планировку внутреннего пространства создавать трансформируемые помещения. Консольные вылеты перекрытий обеспечивают вариантность пластических решений фасадов.

Безригельный каркас универсален — он с успехом применим, как в жилых зданиях, так и общественных (детских садах, школах, торговых предприятиях, спортивных и зрелищных) сооружениях и пр.

Система со скрытыми ригелями в плоскости перекрытия (КПНС) проектируется по связевой схеме из сборных элементов: колонн, плит, перекрытий и стен диафрагм жесткости. Связь между сборными элементами перекрытия осуществляется в результате устройства в построечных условиях монолитного ригеля с канатной напряженной арматурой, пропущенной через сквозные отверстия в колонне в ортогональных направлениях. Предварительное напряжение арматуры осуществляется на уровне этажных перекрытий, создавая двухосное обжатие плит перекрытия

Плиты перекрытия имеют высоту в 30 см и состоят из верхней плиты, толщиной в 6 см, и нижней — 3 см и перекрещенных бортовых ребер. При монтаже плиты перекрытий укладывают на временные капители колонн и опоры, которые устанавливают уже на смонтированный нижний уровень. Плиты перекрытия могут быть выполнены на ячейку с опиранием на колонны по 4 углам или разбиты на две плиты, соединенные монолитным армированным швом. Конструкция, собранная из сборных элементов колонн и плит перекрытий — работает как единая статическая система, воспринимающая все силовые воздействия, за счет сил сцепления, возникающих между отдельными сборными элементами, и напряжений стальных канатов.

Каркас со скрытыми ригелями (КПНС): А — схема сборки; Б — узел плана перекрытия у колонны; 1 — монолитный ригель; 2 — шов омоноличивания; 3 — канатная натяжная арматура: 4 — плита перекрытия; 5 – колонна

Значительным шагом назад от системы надежности и долговечности индустриального производства конструктивных элементов каркасных зданий стало возвращение на строительные площадки «мокрых» процессов с начала «нулевых» годов. Монолитные балочные и безбалочные каркасы имеют низкую степень технологичности, не позволяют возводить ограждающие конструкции апробированных типов.

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.

Владельцы патента RU 2588229:

Изобретение относится к области строительства, а именно к железобетонным безригельным многоэтажным каркасам для строительства жилых, промышленных и гражданских зданий, как для обычных условий строительства, так и для строительства в сейсмических районах.

Из достигнутого уровня техники известен контактный стык сборных железобетонных колонн с обрывом стержней продольной рабочей арматуры в стыке, с опиранием торцов колонн по слою высокопрочного раствора, при этом по опорным торцам колонн установлены стальные пластины, предусмотрена установка сквозь стык арматурных стержней-коротышей в каналах заполненных высокопрочным раствором, предусмотрено окаймление торца в виде стального выступа, а также установка стальных вкладышей в центре и по контуру стыка в зазоре между стальными торцевыми пластинами равных величине зазора. (1) (см. патент РФ N 2233368, МКП E04B 1/38, 2004 г.).

Недостатком данного технического решения является высокая трудоемкость выполнения данного стыка, кроме этого применение в зоне контакта колонн разно деформируемых материалов приведет к концентрации напряжений в зонах менее деформируемых материалов и как результат - местному (локальному) трещинообразованию, а также сквозной пропуск стержней-коротышей в дополнительных каналах нарушает целостность железобетонного сечения колонн и как результат - снижение несущей способности стыкового соединения.

Известно также техническое решение по устройству контактных стыков сборных железобетонных колонн с обрывом рабочей арматуры, с опиранием торцов колонн на тонкий слой раствора без соединения арматуры (2) (см. А.П. Васильев, Н.Г. Матков, М.Ф. Жансеитов., Контактные стыки колонн с обрывом продольной арматуры., Бетон и железобетон N 8, 1982 г.)

Данное известное техническое решение и его экспериментальное исследование позволяет сделать вывод о целесообразности его применения для многоэтажных каркасов зданий. Недостатком данного стыкового соединения является то что оно непригодно для растягивающих усилий.

Известно устройство стыков железобетонных колонн с усилением металлическими элементами концевых стыкуемых участков железобетонных колонн. (3) (В.С. Плевков, М.Е. Гончаров, Исследование работы стыков железобетонных колонн усиленных металлическими элементами при статическом и кратковременном динамическом нагружениях, Вестник ТГСУ N 2, 2013 г.)

Данное исследование зоны стыков железобетонных колонн показывает, что несущая способность стыка с использованием металлических обойм в зоне стыкуемых колонн увеличивается на 30-40%.

Известно техническое решение узла соединения сборной железобетонной колонны и сборной надколонной плиты перекрытия безригельного безкапительного каркаса здания, в котором соединение осуществляется при помощи трапециевидных соединительных пластин, приваренных с одной стороны к обнаженной в зоне перекрытия силовой арматуре колонн, с другой стороны к замоноличенной в надколонной плите перекрытия стальной обечайке. (4) (см. патент РФ N 2203369, МКП E04B 1/38, 2003 г.)

Недостатком такого технического решения является трудоемкость и материалоемкость по устройству обечайки в надколонной плите перекрытия, кроме того у данного соединения до момента замоноличивания стыка недостаточная жесткость из-за высокой гибкости обнаженной силовой арматуры колонн. Следует отнести к недостаткам данного технического решения то обстоятельство, что к обнаженной силовой арматуре колонн выполняется сварное соединение трапециевидных соединительных элементов для крепления надколонных плит и в этом же уровне осуществляется сварочное соединение соединительных элементов продольной силовой арматуры колонн. Данное обстоятельство приводит к снижению качества сварных соединений. К отрицательным качествам данного технического решения относится также поэтажная корректировка положения выпусков силовой арматуры колонн при изменении ее поэтажного диаметра.

Известно соединение плиты безбалочного сборно-монолитного перекрытия со сборной колонной где колонна в зоне опирания плиты имеет углубление по периметру колонны (5) (патент СССР N 872674, МКИ E04B 1/20, 1981 г.)

Недостатком данного технического решения является недостаточная несущая способность данного стыка на продавливание при плоском перекрытии.

Известно техническое решение стыкового соединения монолитного безбалочного железобетонного перекрытия с монолитной колонной в котором на вертикальных арматурных каркасах перекрытия жестко закреплены стальные пластины в зоне стыка, пластины выполнены длиной не менее 2h+2a, где h - толщина плиты, a - толщина защитного слоя бетона. (6) (см. патент РФ N 2194825, МКП Е04 В 5/43,2002 г.).

Данное техническое решение повышает несущую способность стыкового соединения на перерезывающую силу.

Наиболее близким техническим решением, принятое за прототип, является конструкция безригельного бескапительного железобетонного каркаса, который включает одно и более этажные бесконсольные сборные колонны с обнаженной силовой арматурой в местах пересечения с перекрытием, сборные надколонные плиты перекрытия со сквозными отверстиями обрамленные стальной обечайкой для пропуска многоэтажных колонн и стыкового соединения с ними, сборные пролетные плиты, монолитные участки объединенные между собой в единый диск перекрытия, при этом монтаж пролетных плит перекрытия осуществляется выступающими консолями на ответно соответствующие опорные столики, надколонные и пролетные плиты имеют на торцевых ребрах петлевые выпуски сквозь перехлест которых пропускают арматурные стержни с последующим обетонированием полости стыков. (7) (см. патент РФ N 2247812, МКП E04B 5/43, 2005 г.)

Техническое решение межплитных швов в данной конструкции безригельного каркаса является шарнирным, что ограничивает величину пролета сборно-монолитного перекрытия. Кроме того данная конструкция сборно-монолитного перекрытия является жесткой для вариантов решения объемно-планировочных задач, а также для данного технического решения справедливы недостатки изложенные к аналогу (4).

Задачей изобретения сборно-монолитного безригельного каркаса является увеличение диапазона решения объемно-планировочных задач, повышение несущей способности конструкций каркаса и его узловых соединений, повышение технологичности работ по возведению конструкций каркаса.

Данное изобретение сборно-монолитного железобетоного безригельного каркаса представляет собой ряд технических решений с вариантами исполнения сборных элементов каркаса и их возможной компоновки в сочетании с монолитными участками в зависимости от от факторов планировочного, технологического характера, а также индустриальной базы производства сборных железобетонных изделий.

Представлены варианты технических решений сборно-монолитного железобетоного безригельного каркаса с шарнирными монолитными межплитными швами, с жесткими (неразрезными) монолитными межплитными швами, а также варианты свободного сочетания сборных-железобетонных элементов с пролетными монолитными участками перекрытия, объединенными между собой в неразрезной диск перекрытия.

На чертежах изображено:

на фиг. 1 - схематичный фрагмент плана сборно-монолитного безригельного каркаса с вариантами конфигурации сборных элементов каркаса и их возможной компоновки в сочетании с монолитными участками;

на фиг. 2 - укрупненный фрагмент I плана перекрытия железобетонного безригельного каркаса с шарнирными монолитными межплитными швами между сборными надколонными и пролетными плитами перекрытия;

на фиг. 3 - укрупненный фрагмент II плана перекрытия железобетонного безригельного каркаса с жесткими (неразрезными) монолитными межплитными швами между сборными плитами перекрытия;

на фиг. 4 - укрупненный фрагмент III плана перекрытия железобетонного безригельного каркаса с жесткими (неразрезными) монолитными межплитными швами между сборными плитами перекрытия и жестким (неразрезным) соединением сборных плит с монолитными пролетными участками перекрытия;

на фиг. 5 - поперечный разрез I-I (с раскосными связями);

на фиг. 6 - поперечный разрез I-I (с монолитными диафрагмами);

на фиг. 7 - Узел 1 (сечение A1-A1) - узел стыкового соединения многоэтажной неразрезной сборной бесконсольной колонны со сборной надколонной плитой перекрытия;

на фиг. 8 - вид B1-B1 узла 1 - стыкового соединения многоэтажной неразрезной сборной бесконсольной колонны со сборной надколонной плитой перекрытия;

на фиг. 9 - Узел 2 (сечение A2-A2) - узел стыкового соединения сборных бесконсольных колонн между собой и стыкового соединения колонн с надколонной плитой перекрытия;

на фиг. 10 - вид B2-B2 узла 2 - стыкового соединения сборных бесконсольных колонн между собой и стыкового соединения колонн с надколонной плитой перекрытия;

на фиг. 11 - сечение A4-A4 - сечение по стыковому соединению сборных бесконсольных колонн между собой и с монолитным участком перекрытия;

на фиг 12 - вид B3-B3-по стыковому соединению сборных бесконсольных колонн между собой и с монолитным участком перекрытия;

на фиг. 13 - Узел 2 (сечение A3-A3) - узла стыкового соединения сборных бесконсольных колонн между собой и стыкового соединения колонн с надколонной плитой перекрытия;

на фиг. 14 - сечение A5-A5 - сечение по стыковому соединению сборных бесконсольных колонн между собой и с монолитным участком перекрытия;

на фиг. 15 - сечение A6-A6 по стыку монтажного опорного выступа и монтажной опорной площадки для монтажа надколонных и пролетных плит перекрытия для перекрытия с шарнирными межплитными швами;

на фиг. 16 - сечение A7-A7 по устройству монолитного межплитного шва для перекрытия с шарнирными межплитными швами;

на фиг. 17 - сечение A8-A8 по узлу монтажной фиксации сборных плит перекрытия между собой для перекрытия с жесткими (неразрезными) межплитными швами;

на фиг. 18 - сечение A9-A9 по устройству монолитного межплитного шва с жестким (неразрезным) соединением сборных плит перекрытия;

на фиг. 19 - сечение A10-A10 по жесткому (неразрезному) узлу соединения сборных плит перекрытия с монолитным пролетным участком перекрытия для бессварочного соединения при помощи п-образных анкеров и п-образных анкерных выпусков;

на фиг. 20 - сечение A11-A11 по жесткому (неразрезному) узлу соединения сборных плит перекрытия с монолитным пролетным участком перекрытия путем приваривания п-образных анкеров к закладным деталям сборных плит перекрытия;

на фиг. 21 - сечение A12-A12 по жесткому (неразрезному) узлу соединения сборных плит перекрытия с монолитным пролетным участком перекрытия путем приваривания п-образных анкеров усиленных жесткими вставками к закладным деталям сборных плит перекрытия;

на фиг. 22 - укрупненный фрагмент IV детализация фрагмента перекрытия с балконным участком плиты, а также устройством навесной наружной стены с облицовочным слоем из кирпича;

на фиг. 23 - вид B4-B4 - деталь крепления контурного опорного уголка для опирания облицовочного слоя наружной стены из кирпича;

на фиг. 24 - сечение А13-А13 по армированию ребра между отверстиями для размещения пакетов утеплителя на балконных участках сборных плит перекрытия;

на фиг. 25 - сечение А14-А14 по размещению пакетов утеплителя на балконных участках в теле сборных плит перекрытия;

на фиг. 26 - Узел 5 (сечение А15-А15) узел по устройству поэтажной навесной наружной стены с облицовочным слоем из кирпича;

на фиг. 27 - сечение А16-А16 - по устройству поэтажной навесной наружной стены из сборных трехслойных стеновых панелей;

на фиг. 28 - Узел 6 (сечение А17-А17) узел по устройству наружного ограждения с навесным вентилируемым фасадом;

на фиг. 29 - Узел 3 - узел крепления раскосных связей в верхнем уровне между собой и со связевой плитой перекрытия;

на фиг. 30 - вид В5-В5 узла 3 - крепления раскосных связей со связевой плитой перекрытия;

на фиг. 31 - сечение А18-А18 по узлу 4 - крепления раскосных связей в верхнем уровне между собой;

на фиг. 32 - Узел 4 - узел крепления раскосных связей к колонне в нижнем уровне;

на фиг. 33-сечение А19-А19 по узлу крепления раскосных связей к колонне в нижнем уровне;

на фиг. 34 - Узел 7 - узел соединения монолитной диафрагмы с колонной;

на фиг. 35 - сечение А20-А20 по узлу соединения монолитной диафрагм с колонной;

на фиг. 36 - сечение А21-А21 по междуэтажному соединению монолитных диафрагм.

Железобетонный сборно-монолитный безригельный каркас с шарнирными монолитными межплитными швами включает железобетонные одно и более этажные бесконсольные колонны 1, сборные надколонные плиты перекрытия 2 с отверстиями 3 для пропуска колонн 1 и стыкового соединения с ними, сборные пролетные плиты 4, монолитные участки в виде шарнирных межплитных швов объединенные в единый диск перекрытия, при этом сборные надколонные плиты перекрытия 2 и пролетные плиты 4, для монтажной сборки, снабжены монтажными опорными выступами 5 и опорными площадками 6, причем по опорным поверхностям опорных выступов 5 и опорных площадок 6 установлены закладные детали, например из стальных уголков 7, к которым приварены - образные ребра жесткости 8 из вертикальных стальных пластин, замоноличенных в тело сборных плит 2 и 4 и соединенных на сварке с продольными верхними и нижними стержнями анкерующих каркасов 9. В шарнирных монолитных межплитных швах между сборными плитами 2, 4 на участках между монтажными опорами 5, 6, вдоль межплитных швов, предусмотрена установка верхнего и нижнего горизонтальных стержней 10 по внутренним углам перехлеста п-образных петлевых анкерных выпусков 11, установленных по торцам сборных плит 2, 4 с последующим обетонированием монолитным бетоном 12.

Железобетонный сборно-монолитный безригельный каркас с жесткими монолитными межплитными швами включает сборные железобетонные одно и более этажные бесконсольные колонны 1, сборные надколонные плиты перекрытия 13 с отверстиями 3 для пропуска колонн 1 и стыкового соединения с ними, сборные пролетные плиты перекрытия 14, уширенные монолитные межплитные швы, либо монолитные пролетные участки 15 объединенные в единый неразрезный диск перекрытия, при этом монтажная фиксация сборных плит перекрытия 13, 14 осуществляется при помощи стальных пластин 16 привариваемых к закладным деталям из швеллерных профилей 17 и к вертикальным петлевым анкерным выпускам трапециевидной формы 18 располагаемых на смежных торцевых поверхностях стыкуемых плит, при этом соединение сборных плит 13 и 14, на участках между участками монтажной фиксации, выполняется по уширенным монолитным межплитным швам путем установки, вдоль контура стыка, верхних и нижних горизонтальных арматурных стержней 10, располагаемых по внутренним углам перехлеста п-образных петлевых анкерных выпусков 19 из торцевых граней смежных сборных плит перекрытия 13 и 14, при этом длина перехлеста п-образных петлевых анкерных выпусков 19 из торцевых граней смежных плит перекрытия 13, и 14 должна быть не менее 15d, где d - диаметр анкерных выпусков.

Для варианта исполнения сборно-монолитного железобетонного безригельного каркаса с заменой одной либо нескольких пролетных плит 14 монолитным пролетным участком 15, соединение сборных плит 13 и 14 с монолитным пролетным участком 15 осуществляется путем установки вдоль контура стыка горизонтальных верхних и нижних арматурных стержней 10 по внутренним углам перехлеста п-образных вертикальных петлевых анкерных выпусков 19 из торцевых поверхностей сборных плит перекрытия 13 и 14 и вертикальных п-образных петлевых анкеров 20, устанавливаемых по контуру примыкания монолитных пролетных участков 15 со сборными плитами перекрытия 13, 14, при этом длина перехлеста вертикальных п-образных петлевых анкерных выпусков 19 из торцевых граней смежных плит перекрытия 13, и 14 и вертикальных п-образных петлевых анкеров 20 должна быть не менее 15d, где d - максимальный диаметр анкерных выпусков 19 либо анкеров 20.

Соединение сборных плит перекрытия 13 и 14 с монолитным пролетным участком 15 возможно также выполнять при помощи вертикальных п-образных петлевых анкеров 20 либо 21 привариваемых к вертикальным закладным деталям из швеллерных профилей 17, располагаемых на торцевых поверхностях сборных плит перекрытия 13, 14, при этом п-образные петлевые анкера 21, на концевых участках имеют ребра жесткости 22 из стальных пластин приваренных по вертикальной оси, между верхним и нижним стержнями п-образных петлевых анкеров 21.

Устройство балконных участков перекрытия предлагается выполнять в двух вариантах:

либо балконная часть перекрытия опирается на колонны 1 вынесенные за наружное ограждение здания с наружными надколонными балконными плитами 23 и пролетными балконными плитами 24, либо балконная часть перекрытия выполняется заодно (неразрезно) с надколонными 2, 13 и пролетными 4, 14 плитами перекрытия, при этом в плитах 2, 4, 13, 14 предусмотрены отверстия 25, в плоскости наружного ограждения, для размещения пакетов утеплителя, при этом армирование ребер между отверстиями 25 осуществляется вертикальными арматурными каркасами 26, которые имеют ребра жесткости 27 из стальных пластин приваренных в верхнему и нижнему стержням арматурных каркасов 26.

Для сборно-монолитного железобетонного безригельного каркаса с монолитными шарнирными либо жесткими монолитными межплитными швами, продольные межплитные швы выполнены вразбежку со смещением в каждом поперечном ряду стыкуемых сборных плит перекрытия 2, 4, 13, 14 на величину не менее длины анкеровки максимального диаметра рабочей арматуры плит 2, 4, 13, 14.

Устройство опорного соединения надколонных плит 2, 13 со сборными безконсольными колоннами 1 осуществляется следующим образом: колонны 1 выполнены с вертикальными закладными деталями 28, 29, 30 установленными в углублении 31 от наружных граней колонны 1 по ее периметру в пределах и не менее толщины перекрытия, надколонные плиты 2, 13 выполнены с вертикально расположенными трапециевидными выпусками 32 из стальных пластин жестко связанными с верхними и нижними стержнями анкерных арматурных каркасов 33, установленных по периметру сквозных отверстий 3.

Соединение сборных колонн 1 и надколонных плит 2, 13 выполняется при помощи стальных соединительных элементов 34, например из неравнобоких уголков привариваемых к вертикальным закладным деталям 28, 29 колонн 1 и к вертикальным трапециевидным выпускам 32 из надколонных плит перекрытия 2, 13 с последующим обетонированием полости стыка между углубленной частью 31 колонны 1 и торцевыми поверхностями 35 сквозных отверстий 3 надколонных плит перекрытия 2, 13, при этом торцевые поверхности 35 надколонных плит 2, 13 наклонены от вертикали образуя клинообразную полость омоноличенного стыка.

При осуществлении соединения железобетонных бесконсольных колонн 1 с монолитным пролетным участком перекрытия 15 выполняется установка вертикальных п-образных петлевых анкеров 21 привариваемых к вертикальным закладным деталям 28, 29 колонн 1, установленных в углублении 31 от наружных граней, по контуру колонны 1, при этом п-образные петлевые анкера 21 на концевых участках имеют ребра жесткости 22 из стальных пластин приваренных, по вертикальной оси, между верхним и нижним стержнями петлевых анкеров 21 с последующим обетонированием монолитным участком перекрытия 15.

Стыковое соединения бесконсольных железобетонных колонн 1 каркаса осуществляется путем опирания друг на друга плоскими торцами через растворный шов 36 в пределах толщины междуэтажного перекрытия, при этом торцы стыкуемых колонн 1 выполнены с косвенным армированием арматурными сетками 37 и внутренними арматурными обоймами 38, кроме этого по периметру торцов стыкуемых колонн 1 предусмотрены вертикальные закладные детали 29, 30 в углублении 31 от наружных граней колонны 1.

Соединение стыкуемых колонн 1 выполняется посредством сварки V-образных арматурных соединительных элементов 39 по плоскостям вертикальных закладных деталей 29, 30 с последующим обетонированием монолитным бетоном перекрытия.

Кроме технических решений, имеющих существенные отличия от технических решений аналогов и прототипа, в иллюстрационном примере сборно-монолитного железобетонного безригельного каркаса применены также технические решения которые не являются предметом данного изобретения, но их применение в данном примере сборно-монолитного железобетонного безригельного каркаса является целесообразным.

В примере исполнения представлено устройство раскосных связей 40, которые рекомендуется устраивать при строительстве сборно-монолитного безригельного каркаса в обычных условиях строительства, также при сейсмичности не более 7 баллов.

Соединение раскосных связей 40 осуществляется в нижнем уровне при помощи соединительных пластин 41, приваренных к закладным деталям колонн 1 и раскосных связей 40, в верхнем уровне посредством сварки промежуточного элемента 42 коробчатого сечения к закладным деталям раскосов 40 и к анкерным выпускам 18 трапециевидной формы из торцевых граней отверстия связевой плиты перекрытия 43 при помощи стальных пластин 44, при этом концевые участки анкерных выпусков 18 снабжены жесткими вставками 22 из стальных пластин между верхним и нижним стержнями анкерного выпуска 18. Полость стыкового соединения раскосных связей 40 со связевой плитой перекрытия 43 обетонируется бетоном 12.

Для условий строительства с сейсмичностью 8 и более баллов рекомендуется в сборно-монолитном безригельном каркасе выполнять монолитные диафрагмы жесткости 45.

Монолитные диафрагмы жесткости содержат, кроме двухстороннего армирования по полю монолитной диафрагмы, вертикальную арматуру 46 и элементы соединения с фундаментом, колоннами, плитами перекрытия из жестких вставок 46 и арматурных анкерных каркасов 48.

Устройство поэтажного навесного наружного ограждения выполняется с применением, например, кирпичного облицовочного слоя 49, который укладывается по контурному уголку 50 приваренному к закладным деталям швеллерного сечения 51 располагаемых по наружному торцу междуэтажного перекрытия, причем контурный уголок имеет вертикальные прорези 52 для выполнения вертикального сварочного флангового шва в месте стыковки с закладными деталями 51, кроме того по опорной поверхности контурного уголка 50, вдоль наружного края приварен горизонтальный упорный стержень 53, для предотвращения соскальзывания облицовочной кирпичной кладки 51 с опорной поверхности контурного опорного уголка 50. Под контурным опорным уголком 50 поэтажно укладывается герметизирующая упругая прокладка 54. С наружной стороны кирпичной кладки 49 поэтажный горизонтальный шов опирания и герметизации кирпичной облицовочной кладки закрывают декоративным нащельником 55.

Вариантом поэтажного навесного наружного ограждения служат, например, сборные наружные стеновые панели 56 опертые поэтажно по слою цементно-песчаного раствора на междуэтажные перекрытия. Для фиксации наружных стеновых панелей 56 в плоскости фасада здания 57, на стыкуемых торцах наружных стеновых панелей 56 предусмотрены уступ 58 и выступ 59, которые при стыковке «насухо» обеспечивают совпадение фасадных поверхностей стыкуемых наружных стеновых панелей 56 с плоскостью фасада здания 57. Нижние и верхние торцевые поверхности стыкуемых наружных стеновых панелей 56 разделены герметизирующими упругими прокладками 54. С наружной стороны швы между наружными стеновыми панелями 56 закрываются декоративным нащельником 60.

Для наружного ограждения с применением вентилируемого фасада 61, поэтажно, по контуру плит перекрытия выполняют ограждающую конструкцию из кирпичной кладки 62, либо из сборных железобетонных перегородок, к которым крепится система конструкций вентилируемого фасада 61. Наружное ограждения подвальной части здания выполнено с применением сборных вертикальных стеновых плит 63 установленных вдоль наружного контура перекрытия. Стеновые плиты 63 опираются на перекрестный монолитный железобетонный пояс 64, имеющий периметральный уступ 65 для восприятия горизонтальных усилий от давления грунта.

1. Сборно-монолитный железобетонный безригельный каркас, образованный сборными одно- и более этажными бесконсольными колоннами, сборными надколонными плитами перекрытий со сквозными отверстиями для пропуска колонн и стыкового соединения с ними, сборными пролетными плитами перекрытий, монолитными участками, объединенными между собой в единый диск перекрытия, отличающийся тем, что стыкуемые колонны опираются друг на друга плоскими торцами через растворный шов в пределах толщины перекрытия, при этом торцы стыкуемых колонн выполнены с косвенным армированием арматурными сетками и внутренними арматурными обоймами, кроме этого, по периметру торцов стыкуемых колонн предусмотрены вертикальные закладные детали в углублении от наружных граней колонны, при этом соединение стыкуемых колонн осуществляется посредством сварки V-образных арматурных соединительных элементов по плоскостям вертикальных закладных деталей с последующим обетонированием стыка монолитным бетоном перекрытия.

2. Сборно-монолитный железобетонный безригельный каркас, образованный сборными одно- и более этажными бесконсольными колоннами, сборными надколонными плитами перекрытий со сквозными отверстиями для пропуска колонн и стыкового соединения с ними, сборными пролетными плитами перекрытий, монолитными участками, объединенными между собой в единый диск перекрытия, отличающийся тем, что колонны выполнены с вертикальными закладными деталями установленными в углублении от наружных граней колонны по ее периметру в пределах толщины перекрытия, а надколонные плиты перекрытий выполнены с вертикально расположенными трапециевидными выпусками из стальных пластин жестко связанными с верхними и нижними стержнями анкерных арматурных каркасов, установленных по периметру сквозных отверстий, при этом соединение сборных колонн и надколонных плит перекрытия осуществляется при помощи опорных стальных соединительных элементов в виде пластин либо неравнобоких уголков, привариваемых к вертикальным закладным деталям колонн и к вертикальным трапециевидным выпускам из надколонных плит перекрытия с последующим обетонированием полости стыка между углубленной частью колонн и торцевыми поверхностями сквозных отверстий надколонных плит перекрытия, при этом торцевые поверхности сквозных отверстий надколонных плит перекрытия наклонены от вертикали, образуя клинообразную полость омоноличенного стыка.

3. Сборно-монолитный железобетонный безригельный каркас, образованный сборными одно- и более этажными бесконсольными колоннами, сборными надколонными плитами перекрытий со сквозными отверстиями для пропуска колонн и стыкового соединения с ними, сборными пролетными плитами перекрытий, монолитными участками, объединенными между собой в единый диск перекрытия, отличающийся тем, что продольные монолитные участки в виде межплитных швов выполнены вразбежку со смещением в каждом поперечном ряду стыкуемых сборных плит перекрытия на величину не менее длины анкеровки максимального диаметра рабочей арматуры сборных плит перекрытия.

4. Сборно-монолитный железобетонный безригельный каркас, образованный сборными одно- и более этажными бесконсольными колоннами, сборными надколонными плитами перекрытий со сквозными отверстиями для пропуска колонн и стыкового соединения с ними, сборными пролетными плитами перекрытий, монолитными участками, объединенными между собой в единый диск перекрытия, отличающийся тем, что сборные надколонные и сборные пролетные плиты снабжены монтажными опорными выступами и опорными площадками, причем по опорным поверхностям опорных выступов и опорных площадок установлены закладные детали из стальных пластин либо уголков, к которым приварены - образные ребра жесткости из вертикальных пластин, замоноличенных в тело сборных плит перекрытия и соединенных на сварке с продольными верхними и нижними стержнями вертикальных анкерующих каркасов.

5. Сборно-монолитный железобетонный безригельный каркас, образованный сборными одно- и более этажными бесконсольными колоннами, сборными надколонными плитами перекрытий со сквозными отверстиями для пропуска колонн и стыкового соединения с ними, сборными пролетными плитами перекрытий, монолитными участками, объединенными между собой в единый диск перекрытия, отличающийся тем, что монтажная фиксация сборных плит перекрытия между собой осуществляется при помощи стальных пластин, привариваемых к закладным деталям из швеллерных профилей и к вертикальным петлевым анкерным выпускам трапециевидной формы, располагаемых на смежных торцевых поверхностях стыкуемых плит, при этом соединение сборных плит на участках между участками монтажной фиксации выполняется путем установки вдоль контура стыка верхних и нижних горизонтальных арматурных стержней, располагаемых по внутренним углам перехлеста п-образных петлевых анкерных выпусков из торцевых граней смежных сборных плит перекрытия, при этом длина перехлеста п-образных петлевых анкерных выпусков из торцевых граней смежных плит перекрытия должна быть не менее 15d, где d - диаметр анкерных выпусков, с последующим обетонированием полости межплитного шва.

6. Сборно-монолитный железобетонный безригельный каркас по п. 5, отличающийся тем, что вертикальные петлевые анкерные выпуски трапециевидной формы, располагаемые на торцевых поверхностях стыкуемых плит на концевых участках, имеют ребра жесткости из стальных пластин, приваренных по вертикальной оси анкерных выпусков к их верхнему и нижнему стержням.

7. Сборно-монолитный железобетонный безригельный каркас, образованный сборными одно- и более этажными бесконсольными колоннами, сборными надколонными плитами перекрытий со сквозными отверстиями для пропуска колонн и стыкового соединения с ними, сборными пролетными плитами перекрытий, монолитными участками, объединенными между собой в единый диск перекрытия, отличающийся тем, что соединение сборных надколонных и сборных пролетных плит перекрытия с монолитными пролетными участками перекрытия осуществляется путем установки вдоль контура стыка горизонтальных верхних и нижних арматурных стержней, располагаемых по внутренним углам перехлеста п-образных петлевых анкерных выпусков из торцевых граней сборных плит перекрытия и вертикальных п-образных петлевых анкеров, установленных по контуру примыкания монолитных пролетных участков перекрытия со сборными плитами перекрытия, при этом длина перехлеста п-образных петлевых анкерных выпусков из торцов сборных плит перекрытия и п-образных петлевых анкеров, установленных по контуру примыкания монолитных пролетных участков со сборными плитами перекрытия, должна быть не менее 15d, где d- диаметр анкеров и анкерных выпусков.

8. Сборно-монолитный железобетонный безригельный каркас, образованный сборными одно- и более этажными бесконсольными колоннами, сборными надколонными плитами перекрытий со сквозными отверстиями для пропуска колонн и стыкового соединения с ними, сборными пролетными плитами перекрытий, монолитными участками, объединенными между собой в единый диск перекрытия, отличающийся тем, что соединение сборных плит перекрытия с монолитными пролетными участками перекрытия осуществляется при помощи вертикальных п-образных петлевых анкеров, привариваемых к вертикальным закладным деталям из швеллерных профилей, располагаемых на торцевых поверхностях сборных плит перекрытия, при этом п-образные петлевые анкеры на концевых участках имеют ребра жесткости из стальных пластин, приваренных по вертикальной оси петлевых анкеров между их верхним и нижним стержнями, с последующим обетонированием соединения монолитным пролетным участком перекрытия.

9. Сборно-монолитный железобетонный безригельный каркас, образованный сборными одно- и более этажными бесконсольными колоннами, сборными надколонными плитами перекрытий со сквозными отверстиями для пропуска колонн и стыкового соединения с ними, сборными пролетными плитами перекрытий, монолитными участками, объединенными между собой в единый диск перекрытия, отличающийся тем, что на балконных участках надколонных либо пролетных плит перекрытия, которые имеют отверстия в плоскости расположения наружных стен для размещения пакетов утеплителя, армирование ребер между отверстиями для размещения пакетов утеплителя осуществляется вертикальными арматурными каркасами, которые имеют ребра жесткости из стальных пластин, приваренных к верхнему и нижнему арматурным стержням вертикальных каркасов.

10. Сборно-монолитный железобетонный безригельный каркас, образованный сборными одно- и более этажными бесконсольными колоннами, монолитным перекрытием, отличающийся тем, что колонны выполнены с вертикальными закладными деталями, установленными в углублении от наружных граней колонны по ее периметру в пределах толщины перекрытия, при этом соединение сборных колонн с монолитным перекрытием осуществляется при помощи вертикальных п-образных петлевых анкеров, привариваемых к вертикальным закладным деталям колонн, причем п-образные петлевые анкеры на концевых участках имеют ребра жесткости из стальных пластин, приваренных по вертикальной оси петлевых анкеров между их верхним и нижним стержнями, с последующим обетонированием соединения бетоном монолитного перекрытия.

Изобретение относится к области строительства, в частности к сборно-монолитному железобетонному безригельному каркасу. Каркас образован сборными безконсольными колоннами, сборными надколонными плитами перекрытий со сквозными отверстиями для пропуска колонн, пролетными плитами и монолитными участками. Предложены варианты соединения колонн и плит перекрытий. Технический результат изобретения заключается в повышении несущей способности конструкций каркаса и его узловых соединений. 9 н. и 1 з.п. ф-лы, 36 ил

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.

Безригельный каркас состоит из колонн квадратного сечения и плоских панелей перекрытия. Панели перекрытий имеют размеры в плане 2,98x2,98 м, таким образом, зазор между ними всего 20 мм и это дает возможность замоноличивания швов без установки опалубки. Толщина панелей 160 мм. В системе предусмотрены двухмодульные панели, получаемые путем объединения двух соседних панелей: 1. Надколонная и межколонная. 2. Межколонная и средняя.

Это позволяет в двое ускорить монтаж и сэкономить на замоноличивании стыков. Панели перекрытий, в зависимости от расположения их в плане, подразделяются на надколонные, межколонные и вставки. Членение перекрытия запроектировано с таким расчетом, что бы стыки панелей располагались в зонах, где величина изгибающих моментов равна нулю. Пространственная жесткость конструкции обеспечена монолитной связью элементов (перекрытий и колонн) и, при необходимости, и включением в систему связей и диафрагм.

После установки арматуры в швах между панелями швы замоноличиваются, одновременно замоноличиваются стыки надколонных плит с колоннами по всему перекрытию на данной отметке. Швы между плитами используются для пропуска инженерных коммуникаций. Конструкции каркаса рассчитаны для строительства зданий по рамной или рамно-связевой схеме. Этажность по рамной схеме ограничена 5 этажами, по рамно-связевой схеме практически не ограничена при условии обеспечения прочностных качеств колонн путем увеличения процента армирования для введения жесткой арматуры. Стыки элементов каркаса замоноличиваются, образуя рамную конструктивную систему, ригелями которой служат перекрытия. Монтаж многоэтажных рамных каркасов производится с помощью простых приспособлений. В качестве грузоподъемных средств используются мобильные или башенные краны грузоподъемностью от 5 т и выше. Монтаж конструкций ведется в следующем порядке: монтируются колонны и замоноличиваются в стаканах фундаментов, устанавливаются и привариваются к арматуре колонн надколонные панели, затем монтируются межколонные панели и панели-вставки.

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.