Дек 07

СБОРНО-МОНОЛИТНЫЙ КАРКАС "КАЗАНЬ 1000"

СБОРНО-МОНОЛИТНЫЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЙ КАРКАС МНОГОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ "КАЗАНЬ 1000"

   Назначение: для многоэтажных каркасных зданий различного назначения. Сборно-монолитный каркас многоэтажного здания включает сборные железобетонные колонны с проёмами в уровне перекрытий, сборные предварительно-напряжённые ригели с выпусками арматуры на верхней грани и по торцам и пустотные плиты перекрытия с замоноличенными стыками. Плиты перекрытия опираются на сборные ригели. Примыкающие к ригелям торцы плит выполнены со скосами в противоположные стороны, что позволяет увеличить расстояние между торцами плит для удобства укладки арматурных стержней в верхней зоне монолитной части ригеля. Соединение элементов каркаса между собой обеспечивается за счёт замоноличивания сборного ригеля по верхней грани с одновременным затеканием бетона в шпонки, образованные из пустот по торцам плит перекрытия, и в проёмы колонн. Ригели перекрытия выполняются прдварительно-напржёнными, что позволяет увеличивать пролёты до 9,0 м, и могут иметь одновременно в одной блок-секции разную ориентацию – продольную или поперечную. Арматурные стержни, пропущенные сквозь колонну через проёмы, которые в последствии замоноличиваются заодно с монолитной частью сборно-монолитного ригеля, повышают жёсткость и сейсмостойкость здания.
Известны конструктивные схемы каркасных зданий:
• Связевый каркас межвидового применения серии 1.020-1/83, широко используемый на территории всей России при высоком уровне индустриальности и скорости монтажа ограничивает планировочные возможности Кроме того, каркас не обладает достаточной жёсткостью, т.к. соединение в узлах принято шарнирным и для обеспечения пространственной жёсткости здания необходима установка диафрагм жёсткости.
• Каркас «КУБ» с безбалочными бескапительными перекрытиями (Казанский ГипроНИИавиапром), выполненное из сплошных железобетонных квадратных плит с последующим замоноличиванием стыков между ними. Данная каркасная система предполагает фиксированную сетку колонн, её изменение приводит к появлению новых типоразмеров и оснастки. Кроме того, небольшая высоты несущих элементов перекрытия приводит к значительному расходу металла (17,8 кг/м2) и снижает жёсткость здания.
• Сборно-монолитный каркас многоэтажного здания «РАДИУС», включающий сборные железобетонные колонны с отверстиями и плиты перекрытия с замоноличенными стыками. Монолитный ригель выполнен без предварительного напряжения, что ограничивает размеры пролётов, а, следовательно, и планировочные возможности. Кроме того, фиксированное количество отверстий в колоннах и наличие в зависимости от действующих нагрузок трёх видов сечений монолитного ригеля приводит к увеличению опалубочных типоразмеров колонн и ограничивает возможность изменения количества стержней рабочей арматуры.
• Сборно-монолитный железобетонный каркас французской фирмы «САРЭТ», состоящий из сборных колонн с проёмами в уровне перекрытий, сборных предварительно-напряжённых ригелей с вырезами-углублениями в опорной зоне и сборных предварительно-напряжённых сплошных плит. Ригели и плиты имеют выпуски арматуры. Кроме того плиты играют роль несъёмной опалубки. После монтажа сборных конструкций производится обетонирование стыков ригеля с колонной и плиты с ригелем укладкой монолитного бетона по верху конструкций .
  Недостатком каркасной системы «САРЭТ» является большая приведённая толщина перекрытия – 17,4 см, ограничения в размерах пролётов из-за использования в качестве несъёмной опалубки тонкостенной плиты, что ограничивает возможность использования гибкой свободной планировки помещений в полном объёме.
  Новая несущая конструктивная каркасная система обеспечивает возможность гибкой свободной планировки с одновременным снижением материалоёмкости и трудозатрат при монтаже и изготовлении и повышением сборности конструкций и жёсткости здания.
Результат достигается следующими моментами:
• ригели перекрытия и колонны имеют простую прямоугольную форму сечением 30х30см и могут изготавливаться любой длины;
• ригели перекрытия могут иметь торцы, расположенные под любым углом к продольной оси элемента, что даёт возможность поворачивать здания в плане так, как этого требует ситуационная обстановка на участке застройки (это особенно важно при реконструкции);
• сборка каркаса производится практически без соединительных металлических изделий и закладных деталей и осуществляется использованием в местах сопряжения монолитного бетона;
• использование преимуществ сборно-монолитного железобетона снижает материалоёмкость конструкции каркаса;
• доля монолитного бетона в перекрытии составляет 7,2%, а по каркасу – 11,9% от общего объёма железобетона;
• использование в качестве элементов перекрытия круглопустотных плит, имеющих очень хорошие показатели по материалоёмкости, что позволяет снизить приведённую толщину перекрытия до 14,2см;
• ригели перекрытия выполняются прдварительно-напржёнными, что позволяет увеличивать пролёты до 9,0 м;
• ригели и плиты перекрытия могут иметь одновременно в одной блок-секции разную ориентацию –продольную или поперечную.
Результат достигается также тем, что:
• повышается пространственная жесткость и сейсмостойкость за счёт омоноличивания узлов сопряжения элементов с пропуском рабочей арматуры через отверстия в сопрягаемых элементах;
• широкая нефиксированная сетка колонн (до 9,0 м) позволяет выполнять гибкую свободную планировку помещений;
• простота геометрических форм элементов каркаса позволяют освоить с минимальными затратами выпуск изделий;
• использование круглопустотных плит перекрытий (до 50% общего объёма железобетона) позволяет задействовать производственные мощности существующих предприятий;
• имеется возможность устройства на нижних этажах торговых залов и подземных гаражей;
• можно выполнить поэтажную разрезку стен с их опиранием на ригели и использованием для их заполнения любых материалов, отвечающих современным требованиям по теплозащите.
  Сопоставительный анализ предложенной каркасной системы с каркасом «САРЭТ» показывает, что она отличается использованием в качестве элементов перекрытия многопустотных плит, а не сплошных. Кроме того, отличие состоит в узлах сопряжения плит друг с другом и ригелей с колоннами. Использование многопустотных плит позволяет выполнить более жёсткое соединение за счёт затекания монолитного бетона в шпонки, выполненные в пустотах торцовой части плит. Сопряжение ригеля с колонной осуществляется за счёт заполнения монолитным бетоном отверстия в колонне и образования шпоночного соединения. Шпонки выполняются в вертикально-расположенном плоском торце ригеля, а не за счёт вырезов-углублений в опорной части ригелей. . Кроме того, в этом узле соединяются выпуски арматуры в нижней зоне по торцам ригелей, и укладывается рабочая опорная арматура в верхней зоне, т.е. имеем двойное армирование в узле. Такое армирование способно выдерживать знакопеременные нагрузки, характерные сейсмическим воздействиям. Для размещения опорной рабочей арматуры в монолитной части ригеля в верхней зоне плит перекрытия выполняется скос величиной 60мм. Это позволяет увеличить зазор между торцами плит с 220мм до 310мм и разместить арматурные стержни в верхней зоне в один ряд.
Техническое решение каркаса поясняется на чертежах. На фиг.1 представлен фрагмент монтажного плана с расположением элементов каркаса: колонн 1, ригелей 2 и плит перекрытий 3. На фиг.2 и фиг.3 приводятся сечения по узлам сопряжения элементов каркаса на фиг.1. На фиг.4 — 9 показаны опалубочные формы и сечения элементов каркаса.
Колонны 1 имеют отверстия 4, разделяющие тело колонны 1 на отдельные секции с шагом на этаж. Ригели 2 имеют выпуски поперечной арматуры 5 на верхней грани петлевидного очертания и выпуски продольной рабочей арматуры 6 по торцам , а также шпонки 7 треугольного сечения. Круглопустотные плиты перекрытия 3 в торцевой части имеют выпуск рабочей арматуры 8, наклон торцевой поверхности 9 под углом 25-30º и шпонки 10, образованные за счёт вдавливания бетонных вкладышей 11 в пустоты на глубину до 150мм.
  Сопряжение ригеля 2 с колонной 1 осуществляется за счёт заполнения монолитным бетоном отверстия 4 в колонне 1 и образования шпоночного соединения 12. Размеры и количество шпонок 7 определяется расчётом. Кроме того, в этом узле соединяются выпуски арматуры 6 из нижней зоны торцов ригелей 2, и укладывается рабочая опорная арматура 13 в верхней зоне, т.е. имеем двойное армирование в узле. Такое армирование способно выдерживать знакопеременные нагрузки, характерные сейсмическим воздействиям.
  Для размещения опорной рабочей арматуры 13 в монолитной части ригеля 2 торцевые поверхности плит выполнены наклонными к плоскости плиты с углом наклона 25-30º. Это позволяет увеличить зазор по верху между торцами плит (фиг. 3) и разместить арматурные стержни 13 в верхней зоне в один ряд.
Ригель 2 и плиты перекрытия 3 могут иметь одновременно в одном здании разную ориентацию – продольную и поперечную, позволяющую увеличить пролёты и, благодаря этому, устраивать на нижних этажах торговые залы и подземные гаражи.
  Также ригели 2 имеют торцы, расположенные под любым углом в горизонтальной плоскости к продольной оси ригеля, что даёт возможность проектировать здания любой конфигурации в плане.
Колонны 1 и ригели 2 имеют простую прямоугольную форму сечения без консолей и могут изготавливаться любой длины, а простота геометрических форм элементов каркаса позволяют освоить выпуск изделий с минимальными затратами.
Можно выполнить поэтажную разрезку стен с их опиранием на ригели и использованием для их заполнения любых материалов, отвечающих современным требованиям по теплозащите.
Предлагаемый сборно-монолитный железобетонный каркас под названием «Казань-1000» («Казан-мен») позволил получить хорошие показатели по расходу бетона и стали, приведённая толщина перекрытия – 14,2 см, расход стали на 1 кв.м перекрытия – 8,8 кг/м2, доля монолитного бетона в перекрытии – 7,2 %.

  При разработке данной сборно-монолитной несущей каркасной системы рассматривался вопрос её применения не только для зданий средней этажности (до 9-ти этажей), но и для зданий повышенной этажности (до 24 этажей). Для подобных зданий остро встаёт вопрос обеспечения пространственной жёсткости с одновременным сохранением малой материалоёмкости железобетонного каркаса. Решение этой проблемы видится в использовании рамно-связевой несущей каркасной системы, где горизонтальные усилия будут восприниматься вертикальными диафрагмами жёсткости, работающие совместно с линейными элементами каркаса.
  Выполненные расчёты каркасного здания высотой 24 этажа показали возможность применения разработанной каркасной системы для строительства высотных зданий. Расчёты выполнялись на действие вертикальных и горизонтальных (ветровых) нагрузок. При этом воздействие ветровых нагрузок приводило лишь к незначительному увеличению (до 3 %) изгибающих моментов в сечениях колонн, т.к. горизонтальные усилия полностью воспринимаются диафрагмами жёсткости. Сечения сжатых элементов (колонн) нижних этажей принимаются 50×50см при сетке колонн 6,0×6,0м. Сечения колонн 50×50см могут быть применены в гражданских зданиях, где допускается, чтобы контур колонны выступал из плоскости стены внутрь помещения. В жилых зданиях такое решение узла сопряжения колонн и наружных стен нарушает эстетику помещения и создаёт неудобства при размещении квартирной мебели. Также использование колонн разного сечения (сечение колонн по высоте здания изменяется в сторону уменьшения по мере уменьшения нагрузки с целью экономии материалов) создаёт неудобства при сопряжении колонн по высоте. Поэтому для высотных гражданских и жилых зданий целесообразнее применять колонны прямоугольного сечения с единым базовым размером 30см. Колонны с размером одной грани 30см удобно “запрятать” в наружную стену. Колонны прямоугольного сечения используются в монолитном каркасном строительстве, но с целью обеспечения жёсткости каркаса. В предлагаемом варианте колонны прямоугольного сечения с базовым размером одной грани 30см продиктованы необходимостью выполнения трёх условий: созданием жилых помещений без выступающих элементов из плоскости стены; удобством сопряжения колонн по высоте здания; обеспечением несущей способности сечения колонн.
  Сечения колонн высотного 24-х этажного здания с сеткой колонн 6,0×6,0м принимаются равными от 30×30см до 30×75см с градацией 15см. При использовании сеток косвенного армирования для увеличения несущей способности колонн можно отказаться от колонн сечением 30×75см. Таким образом, используются три типоразмера сечения колонн, которые размещаются на трёх уровнях по высоте здания: на нижних 8-ми этажах — 30×60см, на средних 8-ми этажах — 30×45см, на верхних 8-ми этажах — 30×30см.
  Полученные результаты по применению разработанного каркаса для высотных зданий являются предварительными, которые должны быть уточнены при разработке рабочего проекта конкретного объекта с точными исходными данными для расчёта.

Авторы:
канд. техн. наук, доцент    И. И. Мустафин; Гаранин В.Н.

Добавить комментарий

Your email address will not be published.