Железобетонный каркас многоэтажного здания

3.72. Каркасы многоэтажных зданий рекомендуется проектировать по рамной схеме с жесткими узлами сопряжений ригелей с колоннами. В зданиях с балочными перекрытиями с расчетной сейсмичностью до 8 баллов может использоваться комбинированная конструктивная схема (рамная схема в поперечном направлении и связевая в продольном направлении). Диафрагмы жесткости в связевых конструктивных или рамных схемах с жесткими узлами (см. п. 3.61) рекомендуется выполнять из сборных железобетонных элементов, предусматривая их крепление к несущим конструкциям каркаса.

3.73. Сейсмические нагрузки на здания, определяемые согласно п. 3.71, вычисляются при жесткости сечений железобетонных элементов каркаса по п. 3.25. При расчете рам каркаса на особое сочетание нагрузок в предположении упругого деформирования конструкций в ригелях без предварительного напряжения арматуры перераспределение опорных моментов в соответствии с «Руководством по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций» (М., Стройиздат, 1975) не производится, а в предварительно напряженных ригелях допускается перераспределять моменты от вертикальных нагрузок с опорных сечений в пролетные с уменьшением опорных моментов согласно расчета, но не более 20 %. Перераспределенные моменты от вертикальных нагрузок суммируются с моментами от сейсмических усилий. Расчет рам каркаса многоэтажных зданий с расчетной сейсмичностью 8 и 9 баллов на особое сочетание нагрузок рекомендуется выполнять по деформированной схеме, принимая во внимание неупругие деформации материалов и наличие трещин.

Примечание. Расчет рам каркаса с жесткими узлами рекомендуется выполнять с учетом участков повышенной жесткости в местах сопряжения ригелей и колонн. Размеры участков повышенной жесткости принимаются в зависимости от типа стыка в соответствии с указаниями, приведенными в примере 3.

3.74. Для замоноличивания диска перекрытия или покрытия необходимо:

а) приварить закладные изделия плит к закладным изделиям ригелей или к стальным столикам колонн и тщательно заполнить швы между всеми элементами перекрытий или покрытий бетоном марки не ниже М 200 на мелком щебне или гравии с применением вибрирования при укладке;

б) устанавливать в первую очередь и приваривать в четырех углах сборные плиты, примыкающие к продольным монолитным ригелям или монолитным участкам, примыкающим к сборным ригелям, или связевые плиты-распорки между колоннами по продольным осям здания; следующие за ними плиты приварить в трех углах (при опирании по верху ригеля) или в двух углах (при опирании плит на полки ригелей); средняя плита в каждой ячейке каркаса может укладываться без приварки (рис. 48 и 49);

в) предусматривать в сборных плитах перекрытий пазы на продольных ребрах для образования бетонных шпонок, а в зданиях с расчетной сейсмичностью 9 баллов торцы смежных продольных ребер плит, укладываемых поверх ригелей соединять между собой у антисейсмического шва или торцевой стены при помощи соединительных элементов, привариваемых к закладным изделиям плит.

При установке между продольными ригелями или плитами-распорками плоских многопустотных панелей следует обеспечить устройство между плитами, панелями и ригелями связей, воспринимающих усилия, возникающие в перекрытии. Для этого, кроме заделки швов и устройства шпоночной поверхности, описанных в подпунктах «а» и «в» настоящего пункта, следует предусмотреть установку в швах между панелями соединительных изделий, проходящих над поперечными ригелями, либо привариваемых к закладным изделиям ригелей (возможны и другие способы соединения плит между собой в местах их опирания на поперечные ригели).

Связевые плиты-распорки следует соединить между собой или с ригелями поверху соединительными элементами, привариваемыми к закладным изделиям конструкций. Межколонные (связевые) плиты или ригели, располагаемые по осям колонн здания (отсека), должны быть непрерывными на всем протяжении диска перекрытия или покрытия.

При необходимости устройства в перекрытиях проемов во избежание нарушения жесткости диска перекрытия количество проемов должно назначаться минимальным, а размеры проемов не должны превышать размеров в свету между поперечными и между продольными ригелями (или межколонными плитами).

Мероприятия по созданию жесткости перекрытий в ячейках каркаса, в которых устраиваются проемы, должны предусматриваться в проектах зданий.

3.75. Элементы сборных колонн многоэтажных каркасных зданий по возможности следует укрупнять на несколько этажей. Стыки сборных колонн необходимо располагать в зоне с меньшими изгибающими моментами.

Стыки колонн выполняются жесткими путем соединения стыкуемой арматуры встык с помощью ванной сварки выпусков рабочей арматуры из колонн с установкой сеток и хомута, а при необходимости пластины рихтовочной с последующей тщательной зачеканкой жестким раствором марки не ниже М 300 зазора между торцами колонн и замоноличиванием бетоном маркой не ниже М 300 на мелком щебне или гравии. Марка бетона замоноличивания назначается в зависимости от марки бетона стыкуемых колонн (рис. 50). Стыкование продольной арматуры сборных колонн внахлестку без сварки не допускается.

3.76. Стыки железобетонных ригелей с колоннами рекомендуется выполнять замоноличенными со сваркой выпусков арматурных стержней ригелей с арматурными выпусками колонн (рис. 51 и 52). При стыковании рабочей арматуры ригелей пропуском стержней через трубки в колоннах следует обеспечить тщательное заполнение трубок цементным раствором и усилить арматурными сетками зоны бетона в местах примыкания ригелей к колоннам.

Стыки, расположенные в уровне покрытия, могут выполняться с использованием стыковых стержней, привариваемых к стальным элементам оголовков колонн и к торцам выпусков рабочей арматуры из ригелей с последующим замоноличиванием (рис. 53).

При устройстве замоноличенных стыков ригелей с колоннами поперечные силы ригелей рекомендуется передавать через консоли (внешние или скрытые) колонн. При этом должна быть обеспечена передача усилий по верхним и нижним зонам ригелей на колонны (рис. 51-54).

Сварные соединения встык выпусков арматурных стержней должны выполняться согласно положениям «Инструкции по сварке соединений арматуры и закладных деталей железобетонных конструкций» (СН 393-78) и приложения 5 СНиП II-21-75 «Бетонные и железобетонные конструкции».

Замоноличивание стыков ригелей с колоннами должно выполняться бетоном на мелком щебне или гравии с тщательным вибрированием.

3.77. Жесткие узлы железобетонных каркасов зданий должны быть усилены применением сварных сеток, спирали или замкнутых хомутов.

Участки ригелей и колонн, примыкающие к жестким узлам рам, на расстоянии, равном полуторной высоте их сечения, должны армироваться замкнутой поперечной арматурой (хомутами), устанавливаемой по расчету, но не более чем через 100 мм, а для рамных систем с несущими диафрагмами - не более чем через 200 мм (рис. 55).

3.78. Центральная зона жестких узлов поперечных и продольных рам каркаса должна рассчитываться на прочность от действия расчетных знакопеременных усилий в сечениях по границам центральной зоны узла (рис. 56). Величины расчетных усилий (М, Q и N) в рассматриваемом узле определяются по комбинации усилий при особом сочетании нагрузок, являющейся расчетной для сечения колонны над узлом и соответствующих усилий в остальных элементах, примыкающих к узлу.

На схемах узлов (рис. 56) показаны усилия, учитываемые при расчете центральной зоны узла. Поперечные и осевые силы в ригелях не учитываются. Изгибающие моменты M _k, поперечные Q _k и осевые силы N _k в колоннах принимаются равными:

;                                                     (49)

;                                                       (50)

,                                                           (51)

где ,  и ,  - расчетные значения изгибающих моментов и поперечных сил в колонне соответственно в верхнем и нижнем от узла сечениях;

 - расчетное значение осевой силы в колонне в верхнем сечении от узла.

Рис. 50. Стык железобетонных колонн с соединением четырех (а) и восьми (б) выпусков рабочей арматуры ванной сваркой

1 - рабочая арматура; 2 - хомут; 3 - пластина рихтовочная; 4 - зачеканка жестким раствором марки 300; 5 - замоноличивание узла бетоном; 6 - стыковое соединение рабочей арматуры; 7 - сетки

При треугольной внешней консоли усилия в ригеле принимаются по грани колонны.

Прочность центральной зоны узла определяется расчетом на сжатие условной бетонной наклонной призмы (рис. 57) по формуле (при отсутствии косвенного армирования в виде сеток)

Рис. 51. Сопряжение сборных железобетонных поперечных ригелей перекрытия со средней колонной

1 - колонна; 2 - ригель; 3 - ванная сварка; 4 - бетон замоноличивания

Рис. 52. Сопряжение сборных железобетонных ригелей с колонной

1 - колонна; 2 - ригель; 3 - хомуты; 4 - бетон замоноличивания; 5 - ванная сварка; 6 - сетка; 7 - ось симметрии

N _уз ≤ 0,8 R _прγ_б bHm _уз m _кр,                                          (52)

где N _уз - величина расчетного сжимающего усилия в наклонной призме, определяемая как проекция горизонтальных W _гор и вертикальных W _верт внутренних усилий на ось, соединяющую точки пересечения равнодействующих сжимающих напряжений в ригелях и колоннах (см. рис. 57):

N _уз = W _горcosα + W _вертsinα.                                      (53)

Здесь

;                                          (54)

Рис. 53. Сопряжение сборных железобетонных поперечных ригелей покрытия со средней колонной

1 - колонна; 2 - ригель; 3 - ванная сварка; 4 - бетон замоноличивания

Рис. 54. Сопряжение сборных железобетонных продольных и поперечных ригелей (консольное опирание продольных ригелей) при расчетной сейсмичности 7 баллов

а - узел продольной рамы; б - узел поперечной рамы; 1 - колонна; 2 - продольный ригель; 3 - скрытая консоль; 4 - поперечный ригель; 5 - ванная сварка; 6 - хомуты; 7 - бетон замоноличивания; 8 - плита перекрытия

W _верт = D _{к сж} + D _к.р,                                                 (55)

R _пр - расчетная призменная прочность бетона;

b - ширина узла, принимаемая равной ширине колонны;

Н - расчетная высота сечения сжатой наклонной призмы;

m _уз -коэффициент условий работы узла, принимаемый равным 0,8.

Рис. 55. Армирование поперечной арматурой участков колонн и ригелей, примыкающих к узлу

а - при бесконсольном сопряжении; б - при опирании ригелей на короткие консоли колонны; 1 - колонна; 2 - ригель

Рис. 56. Схемы узлов с усилиями учитываемыми при расчете центральной зоны

а - узлы с бесконсольным опиранием ригелей; б - узлы с опиранием ригелей на железобетонные консоли колонны; 1 - центральная зона узла

Рис. 57. Расчетная схема центральной зоны узла

1 - расчетная призма

Если к узлу рассчитываемой рамы примыкают с обеих сторон ригели рам второго направления с монолитным или замоноличенным сопряжением и при этом ими перекрывается не менее 50 % площади узла, то m _уз может быть принят равным 1;

m _кр - коэффициент условий работы для железобетонных конструкций, принимаемый согласно табл. 8 (см. п. 2.16);

α - угол в плоскости действия моментов между осью наклонной призмы сжатия и нормальной к оси колонны плоскостью

,                                             (56)

где h _р - высота сечения ригеля;

 - высота сжатой зоны бетона в сечении по грани колонны левого ригеля от момента . Если сжатая арматура по расчету не требуется, то определение высоты сжатой зоны бетона  можно выполнять без ее учета;

 - то же, в сечении правого ригеля от момента ;

h _к - высота сечения колонны в верхнем от узла сечении;

x _к - высота сжатой зоны в сечениях колонны по нижней и верхней граням ригеля от моментов и нормальных сил, определенных по формулам (49) и (51).

Величина x _к определяется с учетом сжатой арматуры. Расчет сечения ригелей и колонн производится по главе СНиП II-21-75.

,                                                               (57)

но не более 2,5.

Расчетная высота сечения сжатой наклонной призмы определяется по формуле

H = (H ₁ + H ₂)/2,                                                      (58)

где

,                                            (59)

.                                            (60)

Значения углов γ_л и γ_п определяются из следующих условий:

;                                                             (61)

.                                                             (62)

Если условие (52) выполняется, то центральную зону узла рекомендуется конструктивно армировать хомутами из стержней диаметром не менее 8 мм, устанавливаемыми с шагом не более 100 мм. При несоблюдении условия (52) следует повысить прочность узла косвенным армированием центральной зоны (см. п. 3.79).

В необходимых случаях прочность узла может быть повышена путем увеличения марки бетона или размеров узла.

Величина h _к в формуле (57) определяется в узлах с опиранием ригелей на железобетонные консоли и при разных высотах сечения колонны в верхних и нижних сечениях от узла по формулам (63) и (64):

для крайних узлов

;                                                (63)

для средних узлов

,                                                     (64)

а в узлах с бесконсольным примыканием ригелей - по формуле (65)

.                                                           (65)

где  и   - высоты сечения колонны выше и ниже узла;

l _к - вылет консоли от грани нижней колонны.

При расчете крайнего узла (см. рис. 56) принимается  и, соответственно,  и,  (см. рис. 57).

Для случая, когда  и  одного знака, расчет среднего узла рекомендуется производить в предположении, что меньший (по абсолютной величине) момент равен 0 (например, ), а момент, действующий на узел, принимается равным .

3.79. Косвенное армирование центральной зоны узлов осуществляется постановкой горизонтальных сеток (рис. 58).

В этом случае

,                              (66)

где Н, b, R _пр, γ_б, m _уз и m _кр - обозначения те же, что и в п. 3.78;

k - коэффициент эффективности косвенного армирования;

 - коэффициент косвенного армирования.

Коэффициент k и  определяются по формулам (52) и (54) п. 3.22 главы СНиП II-21-75;

 - расчетное сопротивление растяжению стержней сеток или хомутов косвенного армирования;

α - угол между осью сжатой наклонной призмы узла и плоскостью косвенного армирования определяется по формуле (56);

коэффициент γ_к определяется по формуле (67)

,                                                   (67)

где А _я - площадь бетона, заключенного внутри контура сеток, считая по их крайним стержням.

Рис. 58. Армирование центральной зоны узла сетками

1 - колонна; 2 - ригель; 3 - сетки

3.80. При сборно-монолитных продольных ригелях каркаса таврового сечения и в виде монолитной или сборной плиты (рис. 48 и 59), ширина которых более ширины колонны, не менее 50 % требуемой расчетом количества арматуры в сечениях ригеля по граням узла рекомендуется соединять с колонной, а остальную часть арматуры пропускать в обхват колонны на участках шириной, как правило, не более ширины колонны с каждой ее стороны. Связь ригелей с колонной может быть выполнена путем:

пропуска части арматуры ригеля через колонну - при консольном и бесконсольном опирании поперечных ригелей на колонны (рис. 59, а);

заделки выпусков арматуры из поперечных ригелей в продольном ригеле - при консольном опирании поперечных ригелей на колонны (рис. 59, б);

приварки части арматуры к закладным изделиям, надлежащим образом заделанным в колонне.

При расчете на прочность продольных сборно-монолитных ригелей таврового сечения и в виде монолитной плиты ширину сжатой зоны бетона в сечении по грани колонны следует принимать равной ширине колонны.

При проверке прочности нормальных сечений ригеля по граням узла при особом сочетании нагрузок рекомендуется учитывать продольную арматуру в сжатой зоне, соединенную с колонной.

Рис. 59. Узел сопряжения продольного ригеля с колонной при бесконсольном (а) н консольном (б) опирании поперечных ригелей

1 - колонна; 2 - поперечные железобетонный ригель; 3 - сборная железобетонная плита; 4 - продольный монолитный железобетонный ригель; 5 -арматура продольного ригеля, пропускаемая через колонну; 6 - то же, пропускаемая в обхват колонны; 7 - выпускиарматуры и поперечных ригелей с заделкой их в продольных ригелях; 8 - консоль колонны; 9 -сетки