Безригельное монолитное перекрытие - Brigada-Doma.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Безригельное монолитное перекрытие

12.2.2. Безригельные каркасы

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

Безригельные каркасы в архитектурном отношении имеют значительные преимущества:

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

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

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

– наличие гладкого потолка позволяет отказаться от дорогостоящих подвесных потолков.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Читайте также:  Арматурная сетка для монолитной плиты

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Опалубочный элемент сборно-монолитного перекрытия с безригельным каркасом

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 18.09.2015 2015-09-18

Статья просмотрена: 408 раз

Библиографическое описание:

Богачёва С. В. Опалубочный элемент сборно-монолитного перекрытия с безригельным каркасом // Молодой ученый. — 2015. — №18. — С. 120-123. — URL https://moluch.ru/archive/98/22084/ (дата обращения: 22.01.2020).

Рассмотрены варианты несъемных опалубочных элементов перекрытий, используемых в практике сборно-монолитного каркасного домостроения. Предложен тонкостенный железобетонный опалубочный элемент плиты с выступающим арматурным каркасом.

Ключевые слова: опалубочный несъемный элемент, плоское сборно-монолитное перекрытие.

Применение плоских сборно-монолитных перекрытий в каркасном домостроении имеет значительные преимущества по сравнению с монолитной и сборной технологией строительства [1, с. 70]. Проблемы ускорения сроков строительства, снижения трудоемкости возведения перекрытий, ограниченной пригодности щитов опалубки и ее подготовки для повторного использования могут быть решены с помощью сборно-монолитных перекрытий с неизвлекаемыми бетонными или железобетонными элементами. Опалубочные элементы выполняют роль несущего основания плиты перекрытия, обеспечивающего ее омоноличивание за счет установки армирующих элементов и укладки слоя бетонной смеси. Стремление к увеличению шага колонн несущего каркаса не позволяет использовать опалубочные элементы размером на всю ячейку из условий транспортировки, поэтому встает вопрос их стыка и разработки конструкции перекрытия, отвечающей требованиям надежности и пространственной жесткости.

В настоящее время широко известны конструктивные решения, принятые в универсальной открытой архитектурно-строительной системе зданий на основе сборно-монолитного каркаса с плоскими перекрытиями (АРКОС) [2, с. 5]. Один из вариантов диска перекрытий данной системы включает сборные многопустотные плиты, опертые концами посредством бетонных шпонок на несущие монолитные ригели таврового сечения с полкой, размещенной в стяжке пола (рис. 1). В роли своеобразного элемента несъемной опалубки выступает сборная многопустотная плита, как традиционная типовая, изготавливаемая по агрегатно-поточной технологии, так и многопустотная безопалубочного формования. В случае применения последней, не имеющей выпусков рабочей арматуры, предусмотрено размещение арматурных стержней-коротышей.

Достаточно интересным является решение сборно-монолитного перекрытия [3] с использованием клинообразных элементов, выполненных из прямоугольной несущей плиты и пирамидальной части с боковыми гранями, наклонными под углом 5–15º, имеющими на стыках разгрузочные канавки с криволинейной поверхностью (рис. 2). Перекрытие собирается из опалубочных элементов, устанавливаемых большим основанием вниз, арматурная сетка фиксируется с помощью предварительно заглубленных в элементы анкеров и наносится стяжка.

Рис. 1. Конструкция сборно-монолитного перекрытия системы АРКОС: 1 — монолитный несущий ригель; 2 — бетонная шпонка ригеля; 3 — выпуски рабочей арматуры многопустотных плит; 4 — полки ригеля таврового сечения; 5 — стяжка пола

Рис. 2. Конструкция сборно-монолитного перекрытия с несъемными клинообразными опалубочными элементами: а — вид в разрезе; б — опалубочный элемент: 1 — опалубочный элемент; 2 — анкера; 3 — элементы армирования; 4 — двухслойный строительный раствор с фиброй между слоями

Рис. 3. Конструкция сборно-монолитного перекрытия с несъемными тонкостенными плитами: а — схема расположения элементов в плане; б — опалубочные элементы: 1 — надколонный опалубочный элемент; 2 — то же, пролетный; 3 — арматурный пространственный каркас; 4 — арматурные выпуски; 5 — элементы армирования; 6 — бетон замоноличивания; 7 — закладные детали

Основным недостатком описанных выше конструктивных решений сборно-монолитных перекрытий является достаточно высокая трудоемкость при монтаже, а в случае перекрытия с клинообразными опалубочными элементами — значительная толщина перекрытия и, как следствие, материалоемкость конструкции.

Предлагается вариант сборно-монолитного перекрытия, состоящего из элементов несъемной опалубки, представляющей собой тонкостенные железобетонные плиты с арматурными пространственными каркасами, выступающими вверх за пределы бетона плит, арматурных сеток, укладываемых по верху сборных элементов и бетона замоноличивания (рис. 3). Выступающие арматурные каркасы исключают потребность в стальных фиксаторах, необходимых для проектного положения арматурных изделий и обеспечивают надежное сцепление сборного и монолитного слоев перекрытия. Подобные опалубочные элементы уже нашли применение при строительстве сборно-монолитных каркасов с железобетонными ригелями, а также в перекрытиях, опирающихся на любые несущие конструкции: стены, балки, строительные фермы как железобетонные, так и стальные [4, с. 9]. Предусмотрены опалубочные элементы двух типов: надколонные с опиранием непосредственно на колонны и имеющие вырезы для пропуска арматуры колонн и пролетные. Пролетные опалубочные элементы снабжены гнутыми арматурными выпусками для монтажа и стыка, устраиваемого на расстоянии 0,25 длины пролета между колоннами.

Требуемая минимальная толщина опалубочных элементов, диаметр и шаг арматурных каркасов зависят от действующих усилий на перекрытие и расчетных пролетов и подлежат дальнейшему исследованию.

1. Никулин А. И. Эффективность применения плоских сборно-монолитных перекрытий в каркасном домостроении/ А. И. Никулин, С. В. Богачёва// Технические науки: проблемы и перспективы: материалы III междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, июль 2015 г). — СПб.: Свое издательство, 2015. — с. 70–74.

2. Мордич А. И. Описание конструкции каркаса зданий серии Б1.020.1–7 (АРКОС) и общие рекомендации по расчету/ А. И. Мордич, В. Н. Белевич. — Минск: Институт БелНИИС, 2005. — 52 с.

3. Шалис Е. Е., Зубко В. Е., Дудко О. В., Жуков А. Ю., Мандровская М. Б. способ возведения сборно-монолитного перекрытия в несъемной опалубке и опалубочный элемент для его осуществления// Патент России № 2109896. 1998.

4. СТО НОСТРОЙ 2.6.15–2011 Элементы сборные железобетонные стен и перекрытий с пространственным арматурным каркасом. Технические условия. — М.: ООО «Научно-исследовательский институт бетона и железобетона», ООО Издательство «БСТ», 2011. — 49 с.

Монолитные перекрытия

Значительное применение в строительстве получили монолитные безригельные перекрытия в виде плоских плит сплошного сечения, опирающихся непосредственно на вертикальные несущие конструкции зданий. Пролеты ненапряженных плит могут быть от 6 до 12 м ; толщина, в зависимости от пролета и расчетных нагрузок, от 15 до 25 см , а в пределах технических этажей до 30 см . На рис. ниже приведен график оптимальных толщин плит, подсчитаных А.С. Залесовым и А.И. Ивановым.

Значительное распространение получили преднапряженные конструкции перекрытий, особенно при пролетах более 6 м . Предварительное напряжение позволяет достичь увеличения пролетов перекрытий при меньшей толщине, повышения трещиностойкости и уменьшения деформативности. При устройстве преднапряженных монолитных ригельных перекрытий пролетами 9- 18 м высота ригелей составляет 60- 90 см , толщина плит 10- 13 см . При устройстве преднапряженных ригельных перекрестно-ребристых перекрытий пролетом 7- 10 м высота ребер составляет 30- 60 см , толщина собственно плиу 10- 20 см , шаг ребер 150- 200 см .

В качестве напрягаемой арматуры в монолитных преднапряженных перекрытиях чаще всего применяют арматурные канаты. Армирование перекрытий (рис. ниже) может осуществляться разными способами:

  • напрягаемые канаты располагают вдоль осей колонн в одном направлении, а между колоннами перпендикулярно канатам укладывают ненапрягаемую арматуру;
  • напрягаемые канаты размещают по осям колонн в двух направлениях;
  • напрягаемые канаты располагают преимущественно по осям колонн в одном направлении с размещением аналогичных канатов между колоннами;
  • напрягаемые канаты размещают равномерно по всему полю плиты и по осям колонн в двух направлениях.

График изменения толщины перекрытий в зависимости от величины пролетов

а- график изменения толщины перекрытий в зависимости от величины пролетов: 1- ненапрягаемые плиты и балки перекрытий; 2 – преднапряженные плиты и балки перекрытий; 3 – ненапрягаемое безбалочное перекрытие; 4- преднапряженное безбалочное перекрытие; б- график оптимальной высоты сечения h плиты перекрытия в зависимости от пролета и нагрузки q при классе бетона В25

Схемы размещения арматуры при армировании преднапряженных монолитных перекрытий

1 – напрягаемая арматура; 2- ненапрягаемая арматура

После достижения бетоном прочности, составляющей половину проектной, с помощью гидравлических домкратов выполняют натяжение арматуры на бетон. Предварительное напряжение монолитных плит перекрытий может осуществляться как с обеспечением совместной работы напрягаемой арматуры с бетоном, так и без этого. При устройстве преднапряженных монолитных плит перекрытий без обеспечения совместной работы напрягаемой арматуры с бетоном арматуру покрывают смазкой ингибитором коррозии и заключают в полимерную защитную оболочку из полиэтилена или полипропилена с минимальной толщиной 1 мм . Это обеспечивает надежную антикоррозионную защиту арматуры, существенно повышает долговечность конструкций, а также снижает трение между арматурой и бетоном по сравнению с традиционным армированием примерно на одну треть. Защитная оболочка должна быть водостойкой, сопротивляться механическим воздействиям и перепадам температур в диапазоне от -20 до +70 °С. Кроме того, она не должна иметь в своем составе химических добавок, которые могут явиться причиной коррозии бетона.

Читайте также:  Наливной пол на битумную мастику

К достоинствам данного способа преднапряжения монолитных перекрытий можно отнести: обеспечение равномерной работы бетона по толщине плит; равномерное распределение арматурных канатов по всей плите; максимальное использование свойств напрягаемой арматуры; осуществление надежной защиты арматурных канатов от коррозии; значительное уменьшение толщины перекрытий; уменьшение расхода бетона и арматуры.

К недостаткам преднапряжения монолитных перекрытий без сцепления арматуры с бетоном можно отнести: увеличение затрат на обеспечение антикоррозионного покрытия и устройство защитной полимерной оболочки; необходимость увеличения силы натяжения примерно на 27% по сравнению с натяжением при сцеплении арматуры и бетона. Следует отметить, что устройство монолитных преднапряженных перекрытий без сцепления арматуры с бетоном предъявляет повышенные требования к качеству выполнения строительных работ. Такие монолитные перекрытия без сцепления арматуры с бетоном в последние годы нашли широкое применение.

Наряду с этими конструкциями применяются монолитные перекрытия с напряжением арматуры и ее сцеплением с бетоном. Примером являются перекрытия, выполняемые термореактивным способом преднапряжения железобетонных конструкций, идея которого была впервые предложена в 50-х гг. XX в. Харьковским инженерно-строительным институтом. Арматура, покрытая термореактивной полимерной смазкой, помещается в бетон, а после набора бетоном определенной прочности подвергается электронагреву по предварительно заданной программе. При достижении температуры 100 °С происходит размягчение смазки и свободная деформация арматуры. После дальнейшего нагрева арматуры до температуры около 350 °С происходит расплавление и полимеризация обмазки, обеспечивающая в дальнейшем совместную работу арматуры с бетоном. На этом электронагрев прекращают, после чего происходит охлаждение и преднапряжение бетона.

К достоинствам данного метода можно отнести: возможность бетонирования конструкции без инъецирования, простоту оборудования и технологии преднапряжения (отсутствие устройств для механического натяжения арматуры).

Технология

Архитектурно-планировочные возможности

Конструктивная система безригельного сборного железобетонного каркаса КУБ-2,5 позволяет в разнообразных климатических условиях практически полностью обеспечить стоительство всего спектра городских сооружений: жилья, зданий административного, социально-культурного и бытового назначения, многоярусных гаражей, складов, некоторых производственных сооружений (с пролетами до 12 м).

Все железобетонные конструкции системы дают возможность проектировать (строить) здания вплоть до I степени огнестойкости, что обеспечивает использование ее для зданий различной высотности: коттеджи, малоэтажные и многоэтажные (до 75 метров) дома.

Минимальное количество вертикальных элементов каркаса и отсутствие ригелей позволяет создавать в границах несущих и ограждающих конструкций свободные планировки помещений различного назначения. Перегородки могут быть расположены в любом месте архитектурного плана как во время проектирования и строительства, так и во время эксплуатации здания. Система обеспечивает возможность перепланировок помещений в соответствии с любыми текущими потребностями в процессе эксплуатации здания без нарушения конструктивной устойчивости здания (дает свободу в организации на первых этажах в жилых домах офисов, магазинов, спортивно-оздоровительных и бытовых комплексов).

Несущий каркас здания состоит только из внутренних элементов (колонн, перекрытий и при необходимости связей или дифрагм). В качестве наружных ограждающих конструкций (стен) могут использоваться практически любые фасадные решения: облегченные теплоэффективные каменные (в т.ч. облицованные кирпичем), различные навесные панели, вентилируемые фасады, витражные ограждения и т. д.

Система «КУБ» позволяет консольно выносить плиты перекрытия за оси крайних колонн (до 1,5 м) и придавать плитам по их наружному обрезу практически любую форму в плане. В систему заложены безграничные возможности по обогащению пластики фасадов, которые могут удовлетворить любые, самые изысканые вкусы, и ограничиваются только фантазией архитектора, запросами заказчика и требованиями норм.

Конструктивные особенности системы

На сегодняшний день на российском рынке конструктивная система безригельного каркаса “КУБ-2,5” является единственной, в которой безригельный каркас – полносборный.

Каркас здания (сооружения) в системе конструктивного безригельного каркаса представляет собой пространственную конструкцию, типа «этажерки» сборного, сборно-монолитного или монолитного исполнения. В качестве стоек каркаса служат колонны, роль ригелей выполняют плиты перекрытия, для элементов жесткости используютя связи либо диафрагмы. Лестницы, вентблоки, лифтовые шахты при этом могут быть применены любые, освоенные заводами-производителями. Несущая способность перекрытий позволяет использование каркаса в зданиях с интенсивностью нагрузок на этаж не более 1300 кг/м 2 (модификация КУБ-2,5К до 2500 кг/м 2 ).

В основе конструктивной системы «КУБ-2,5» заключен оригинальный узел сопряжения двух основных элементов – панели и колонны с использованием закладной детали – стальной обечайки специальной конструкции соединенной с арматурными каркасами, располагающимися в теле панели. Бетон в данном узле работает в условиях всестороннего сжатия, в следствие чего происходит его самоупрочнение. Это дало возможность избежать ванной сварки в стыке колонн, в узле присутствуют только монтажные швы.

Стыки элементов, из которых состоит безригельный каркас в целом, замоноличиваются, образуя рамную конструктивную систему, ригелями которой служат перекрытия.

Членение перекрытия запроектровано с таким расчетом, чтобы стыки панелей располагались в зонах, где величина изгибающих моментов равна нулю.

Важным преимуществом системы является возможность использования в колоннах бетонов повышенных классов (до В60), что сказывается на результатах армирования и сохранении типовых поперечных сечений колонн 400×400. Колонны, изготавливаемые на строительной площадке (в монолитном домостроении) могут иметь класс бетона до В30, а это накладывает на конструирование стоек соответствующие ограничения.

Наружные стены не являются несущими, под них не нужно устраивать фундаменты, их не требуется проектировать столь прочными, как это делается в зданиях бескаркасного типа. Нагрузка на основание каркаса на 25% ниже, чем в монолитном исполнении. Независимо от грунтовых условий объем фундаментов, необходимых для распределения усилий на основание от надземной части зданий, выполненных в конструкциях системы «КУБ-2,5» будет всегда минимальным, т.к. собственный вес каркаса также минимален за счет достигнутой оптимизации всех сечений.

Конструкции безригельного каркаса предназначены для применения в различных регионах России, в том числе в районах с сейсмичностью 7-9 баллов.

Прочность конструкций каркаса «КУБ-2,5» подтверждена техническими расчетами и многочисленными испытаниями :

  • Конструкции КУБ рассмотрены НТС Госкомархитектуры при Госстрое СССР и письмом № ИП-7-3691 от 19.09.1986 г. рекомендованы к применению;
  • ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР, каркас КУБ рекомендован к применению (заключение от 15.03.1990 г.);
  • Лаборатория динамических испытаний ЦНИИЭП жилища под руководством Ашкинадзе Г.Н.

В последние годы в Росcии и за рубежом построены более тысячи объектов с использованием безригельного каркаса КУБ-2,5.

Особенности строительства в системе

Универсальная конструктивная система “КУБ-2,5” высоко индустриализирована, что выражается в высокой степени заводской готовности составляющих ее элементов. Все элементы производятся на заводах железобетонных изделий.

На строительной площадке выполняются только монтаж готовых элементов механизированными средствами, обеспечивая тем самым высокие темпы строительства.

Применяемая в системе заводская технология изготовления элементов зданий позволяет максимально перенести затраты труда строителей в цеховые условия, тем самым значительно уменьшая на строительной площадке риски как природных, так и человеческих факторов.

При разработке каркаса системы КУБ были применены решения, существенно сокращающие строительный процесс возведения каркаса здания:

  • монтаж вертикальных конструкций производится сразу на несколько этажей;
  • конструкция стыка колонн не требует проведения ванной сварки несущей арматуры;
  • отсутсвует необходимость в установке (и последующей многократной переустановке) опалубки;
  • конструкции стыков колонн и панелей перекрытий между собой не требуют установки специальной опалубки для замоноличивания стыка, чем снижена построечная трудоемкость;
  • изделия плит КУБ-2,5 складируются в штабеля до 10 штук, что позволяет успешно работать в условиях стесненной строительной площадки.

Кроме того монтаж каркаса может вестись в любую погоду, а небольшое количество рабочих на стройплощадке снижает вероятность использования неквалифицированной рабочей силы.

Экономическое обоснование

Железобетонные конструкции системы «КУБ-2,5» не только рациональны, но и оптимальны в силу заложенных в них решений. Рациональность выражается в разумно обоснованных, продуманных конструктивных решениях, предусматривющих минимальное количество строительных материалов (стали и бетона) и трудозатрат.

  • расход железобетона в каркасе (панели перекрытия, колонны, швы замоноличивания) составляет: 0,179 м³ на 1 м² площади перекрытия;
  • расход стали в железбетонных элементах каркаса, в т.ч. арматурной и прокатной, составляет: 14,3 кг на 1 м² площади перекрытия.
  • трудозатраты построечные – 0,51 чел. час на 1 м² площади перекрытия;
  • трудозатраты заводские – 1,92 чел. час на 1 м² площади перекрытия.

Универсальная конструктивная система сборно-монолитного безригельного каркаса «КУБ-2,5» проектируется на основе разработанных и проверенных методик, что значительно сокращает сроки выполнения работ.

Изготовление и возведение каркаса ведется на основе проверенной временем эффективной организации строительного производства.

Механовооруженность труда на всех уровнях изготовления сборных железобетонных изделий и монтажа каркаса достигает 90%.

Всепогодность, универсальность и поточность возведения каркаса, а также предварительные проектные проработки позволяют достаточно точно планировать сроки строительства.

Сборный железобетон не требует электропрогрева, что экономит затраты на электроэнергию.

Скорость возведения снижает время эксплуатации башенных кранов, а следовательно и арендную плату за их эксплуатацию.

Читайте также:  Колпаки на столбы для забора из кирпича

Использование сборного железобетонного каркаса системы «КУБ-2,5» реально сокращает сроки строительства и удешевляет его.

Монолитные железобетонные каркасы с главными и второстепенными балками

Монолитные каркасы проектируют рамными или рамно-связевыми (с устройством монолитных диафрагм жесткости).

В зависимости от решения ригелей (балок) монолитные каркасно-ригельные системы могут быть двух типов: с главными и второстепенными балками в разных направлениях; с балками одинакового значения в двух или трех направлениях (с перекрытиями кессонного типа).

В первом типе каркаса второстепенные балки опираются на монолитно связанные с ними главные балки, а те, в свою очередь, – на колонны (см. рис. 5.3).Компоновка второстепенных и главных балок в плане может быть различной (при продольном или поперечном их расположении). При выборе направления главных балок учитывают назначение здания, пространственную жесткость каркаса и др. требования.

Пролеты главных балок 6-9 (12) м, высота поперечного сечения 1/8-1/15 от пролета, а ширина – 0,4-0,5 высоты.

В каждом пролете главной балки располагают от одной до трех второстепенных балок. По осям колонн также располагают второстепенные балки. Их пролеты – 5-7 м, высота поперечного сечения – 1/12-1/20 от пролета, ширина – 0,4-0,5 от высоты.

Типы конструктивно-планировочных ячеек

Пролеты монолитной плиты перекрытия равны шагу второстепенных балок и составляют 2-3 м, а толщина плиты, в зависимости от нагрузки, выбирается в пределах 1/25-1/40 пролета и чаще всего составляет 80-100 мм.

Схемы расположения элементов

Формы сечений колонн

Фрагменты разрезов

Рис. 5.3. 1 – колонна; 2 – главная балка; 3 – второстепенная балка; 4 – монолитная плита перекрытия

Каркасы с частым расположением балок (1-2 м) в двух или трех направлениях с одинаковым шагом и высотой называют каркасами с кессонными перекрытиями (см. рис. 5.4).Их преимущества заключаются в сравнительно меньшей высоте перекрытия (балок) и высокой архитектурной выразительности потолков общественных зданий

Рис. 5.4. Монолитные железобетонные каркасы с перекрытиями кессонного типа: а – конструктивно-планировочные ячейки; б – фрагмент разреза

К числу перспективных можно отнести суперкаркасную систему этажерочного типа(рис. 5.5),при которой пространственная жесткость здания обеспечивается так называемым суперкаркасом, представляющим собой несколько коробчатых пилонов (стволов), соединенных между собой мощными ростверками в нескольких уровнях по высоте здания. На ростверки (как на полки этажерки) опираются многоэтажные каркасы, которые могут иметь различные планировочные и конструктивные решения. Каркасы этажерочного типа являются наиболее пер­спективными для зданий очень большой этажности (сверхвысотных).

Рис. 5.5. Конструктивная схема каркаса этажерочного типа: а – схема фасада; б – схема типового этажа; в – схема ростверка; 1 – коробчатый пилон; 2 – ростверк; 3 – каркасно-ригельная структура

Безригельные каркасы

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

Безригельные каркасы в архитектурном отношении имеют значительные преимущества:

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

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

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

• наличие гладкого потолка позволяет отказаться от дорогостоящих подвесных потолков.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ссылка на основную публикацию