Каркасно-панельные здания и их конструкции

При строительстве общественных и ча­стично жилых зданий широко применяют каркасные конструктивные схемы, рас­смотренные ранее. Выбираемая сетка колонн при этом должна отвечать виду и размерам основных планиро­вочных элементов. В каркасных зданиях более полно обеспечивается возможность трансформации внутреннего простран­ства, маневрирования при устройстве окон, витражей и витрин, а также сокра­щения по сравнению с бескаркасными площади, занятой конструкциями, и со­ответственно увеличения полезной пло­щади (в среднем на 8-12%). Различают системы каркасов рамные, рамно-связевые и связевые.

Рамная система (рис. 12.18) состоит из колонн, жестко соединенных с ними риге­лей перекрытий, располагаемых во взаимно перпендикулярных направлениях и образующих таким образом жесткую конструктивную систему. Соединения ко­лонн и ригелей сложны и весьма тру­доемки, требуют значительного расхода металла. Колонны зданий с рамной си­стемой имеют по высоте здания перемен­ное сечение. Если каркас выполнен в мо­нолитном варианте, то он более жесткий, чем сборный, но в то же время более трудоемок. Эта система имеет ограничен­ное применение в строительстве много­этажных гражданских зданий.

Рис. 12.18. Схема здания с рамной системой:

1 — колонна, 2 — ригели

В рамно-связевых системах (рис. 12.19) совместная работа элементов каркаса до­стигается за счет перераспределения доли участия в ней рам и вертикальных сте­нок-связей (диафрагм). Стенки-диа­фрагмы располагают по всей высоте зда­ния, жестко закрепляют в фундаменте и с примыкающими колоннами. Их разме­щают в направлении, перпендикулярном направлению рам, и в их плоскости. Рас­стояние между стенками-связями обычно принимают 24-30 м. Они бывают пло­скими и пространственными. Поперечные связи-диафрагмы устраивают сквозными на всю ширину здания. По степени обес­печения пространственной жесткости, расходу металла и трудоемкости рамно-связевые каркасы занимают промежуточ­ное место между рамными и связевыми. Эти системы применяют при проектиро­вании общественных зданий высотой до 12 этажей с унифицированными конструк­тивно-планировочными сетками 6x6 и 6 х 3 м.

Для общественных зданий большей этажности применяют связевые системы каркасов с пространственными связевыми элементами в виде жестко соединенных между собой под углом стенок или про­странственных элементов, проходящих по всей высоте здания, образующих так на­зываемое «ядро жесткости» (рис. 12.20). Эти пространственные связевые элементы жесткости закрепляют в фундаментах и соединяют с перекрытиями, образую­щими поэтажные горизонтальные свя­зи — диафрагмы (диски), которые и вос­принимают передаваемые на стены гори­зонтальные (ветровые) нагрузки. Расход стали и бетона в зданиях со связевыми системами на 20-30% меньше по срав­нению с рамными и рамно-связевыми. Пространственные связевые элементы размещают обычно в центральной части высотных зданий и используют для обра­зования ограждений лифтовых и комму­никационных шахт, лестничных клеток. Более высокие показатели по расходу материалов имеют монолитные железо­бетонные ядра жесткости, устраиваемые раньше монтажа каркаса методом сколь­зящей опалубки с последующим исполь­зованием для размещения на них мон­тажных кранов.

Для большепролетных общественных зданий используют плоские несущие кон­струкции (стоечно-балочные системы с балками или фермами, рамы, криволи­нейные системы, арки). Они работают в вертикальной плоскости, и восприятие горизонтальных нагрузок, обеспечение пространственной жесткости и устойчиво­сти покрытия достигаются жестким со­единением конструктивных элементов ме­жду собой и специальными связевыми элементами. Пространственные конструк­ции большепролетных общественных зда­ний выполняют в виде перекрестных ба­лочных систем, оболочек, складок, вися­чих систем и др. Выбор той или иной си­стемы большепролетных зданий в каж­дом конкретном случае зависит от осо­бенностей объемно-пространственного решения, природно-климатических усло­вий и возможностей изготовления. Ос­новными конструкциями каркасных зда ний являются колонны и ригели, обра­зующие ту или иную конструктивную схему. К этим конструкциям крепятся вертикальные ограждения-панели.

Рис. 12.19. Схема зданий с рамно-связевыми каркасами:

а — с плоскими связями, б — с пространственными связями, 1 — колонны, 2 — ригели, 3 — плоские связевые элементы

Рис. 12.20. Схемы зданий со связевыми эле­ментами:

а — коробчатыми, б — Х-образными, в — круглыми, г — двутавровыми

Рис. 12.21. Фрагмент плана перекрытий каркас­ного здания:

НВ — настил, HP — настил-распорка, НРС — настил-распорка сантехнический, НРФ — настил-распорка фа­садный, РР — ригель-распорка, МФ — фасадная сте­новая панель, МФУ — угловая фасадная стеновая панель

Существуют различные схемы членения каркаса на отдельные составные части. Среди них наиболее часто применяют схему с колоннами высотой в один или два этажа (стыкование колонн между со­бой происходит вне узла сопряжения их с ригелем; стык делают на высоте 0,6 м от уровня пола) и схему с колоннами, со­единяемыми между собой и с ригелем в виде платформенного стыка.

На рис. 12.21 показан фрагмент плана каркасно-панельного здания с расположе­нием ригелей поперек здания, а на рис. 12.22 — фрагмент фасада. Жесткость зда­ния обеспечивает так называемые технические этажи. Их ис­пользуют также для расположения инже­нерного оборудования. Такие простран­ственные горизонтальные диски вместе с вертикальными обеспечивают хорошую жесткость зданий.

Рис. 12.22. Фрагмент фасада каркасно-панельного здания:

МФ — фасадная стеновая панель, МП — простеночная стеновая панель

В практике строитель­ства зданий в 60-100 этажей находят применение связевые системы в виде ре­шетчатых безраскосных или раскосных ферм, жестко скрепленных в углах и образующих как бы внешний короб-оболочку, в которую заключено здание. Это очень эффективная система, так как обладает высокой пространственной жесткостью и вместе с внутренним ядром жесткости воспринимает горизонтальные нагрузки. Строительство зданий по дан­ной конструктивной системе весьма эф­фективно в южных районах (обеспечи­вается хорошая солнцезащита) и в сейс­мических (в связи со значительной их жесткостью).

В случае применения для высотных зданий стальных каркасов стальные ко­лонны по высоте скрепляют монтажными болтами, для установки которых к стальным пакетам ствола колонны при­варивают ушки. Опирание нижнего стального пакета колонны на фундамент производится с фрезеровкой торца и при­менением весьма точно установленной на место (по слою бетона класса не ниже В25) стальной плиты с пристроганной го­ризонтальной площадкой для опирания колонны. Нижний конец стальной ко­лонны закрепляют анкерными болтами, заложенными в фундамент. Стальные сварные ригели перекрытий и система косых связей с последующим заоетониро-ванием их в стены жесткости обеспечи­вают высокую жесткость и устойчивость несущего остова здания.

Для уменьшения общей массы кон­струкций каркасных высотных зданий ис­пользуют легкие бетоны, что позволяет снизить массу надземной части здания почти на 30%. Наружные стены приме­няют обычно навесными облегченного типа.

Стыки конструкций каркасных зданий

Наиболее ответственными местами сбор­ного каркаса являются его узлы, в ко­торых стыкуются между собой отдельные элементы. К ним предъявляют следую­щие требования: обеспечение надежной работы конструкций, долговечности и простоты устройства, возможности производства работ в зимнее время, точ­ности взаимного расположения элемен­тов.

На рис. 12.23 даны примеры решения стыков колонн сборного железобетонно­го каркаса в виде сферических торцовых поверхностей и плоского безметалльного соединения концов колонн. Выпуски ар­матуры сваривают между собой. Более просты стыки с плоскими торцами ко­лонн, которые армированы сетками и при центральном сжатии могут выдер­живать на смятие значительные напряжения, превышающие в несколько раз призменную прочность бетона. Эти стыки в изготовлении проще сферических и приняты для каталога индустриальных изделий.

Концы колонн усилены армированием поперечными сварными сетками, плоские торцы имеют центрирующую бе­тонную площадку, выступающую на 20-25 мм и снабженную сеткой. Выпу­ски арматуры соединяют сваркой и стык замоноличивают мелкозернистым бето­ном или цементным раствором.

При опирании колонн друг на друга че­рез ригели стык осуществляют сваркой стальных закладных деталей (рис. 12.24), имеющихся в торцах колонн и в обеих опорных плоскостях концов ригелей. Такой тип стыка прост в устройстве и обла­дает достаточной жесткостью.

Платформенный стык применяют и для зданий с безригельным каркасом. На колонны монтируют панели перекры­тий, затем их соединяют путем сварки имеющихся в их теле закладных деталей.

Рис. 12.23. Типы стыков колонн:

а — сферический, б — плоский безметалльный,

1 — сферическая бетонная поверхность, 2 — выпуски ар­матурных стержней, 3 — стыковочные ниши, 4 — паз для монтажа хомута, 5 — раствор или мелко­зернистый бетон, б — центрирующий бетонный вы­ступ, 7 — сварка выпусков арматуры

Рис. 12.24. Платформенный стык колонн с ри­гелями:

1 — опорный конец ригеля, 2 — закладные детали, 3 — ригель, 4 — швы сварки, 5 — панели перекры­тия, 6 — верхняя колонна, 7 — нижняя колонна

Рис. 12.25. Конструкция стыка колонны с па­нелями покрытий при безригельном каркасе:

1 — панели перекрытий, 2 — монтажные отверстия,

3 — колонны, 4 — швы сварки колонн с панелями

Рис. 12.26. Узел соединения ригеля с колон­ной:

1 — колонна, 2 — закладная деталь, 3 — соединитель­ная планка, 4 — ригель,

5 — цементный раствор

Рис. 12.27. Герметизация и утепление стыков панелей:

а — вертикальный стык, б — горизонтальный стык,

1 — стеновая панель, 2 — керамзитобетон плотностью 1000 кг/мЗ, 3 — пакет из пенополистирола, оберну­тый пергамином, 4 — два слоя рубероида на битумной мастике или на клее КН-2, 5 — смоленая пакля, 6 — мастика МПС, 7, 8 — цементный раствор, 9 — штукатурный раствор

Рис. 12.28. Привязка наружных стен каркасных зданий к координационным осям:

а — рядовых стен, б — стен с пилястрой, е — стен с ус­тупом 1200-1800 мм

Рис. 12,29. Опирание наружных стеновых панелей каркасных зданий:

а - при поперечном каркасе, б - при продольном каркасе,

1 - керамзитобетонная панель, 2 — монтажные уголки, 3 - скоба, 4 - колонна, 5 - панель перекрытия, б — ригель,

7 — закладные детали, 8 — керамзитобетон

Рис. 12.30. Узел крепления стеновых панелей к колонне каркаса:

1 — колонна, 2 — закладная деталь» 3 — соедини­тельная арматура, 4 — стеновая панель

После установки вышерасполагаемой ко­лонны также соединяют концы сваркой закладных деталей (рис. 12.25).

Для соединения ригеля с колонной раз­работан унифицированный стык (рис. 12.26). Такое сопряжение выпол­няется «со скрытой консолью». При ука­занном исполнении стыка в смонтированном виде консоль остается как бы неви­димой благодаря тому, что в концах ригеля с нижней стороны предусмотрены четверти для опирания плит. После свар­ки закладных элементов швы и зазоры между соединяемыми элементами запол­няют раствором и место стыка оштукату­ривают.

Стеновые панели в каркасных зданиях, как указывалось выше, могут быть само­несущими (для зданий небольшой этаж­ности) и навесными. На рис. 12.27 пока­зана конструкция герметизации и утепле­ния стыков стеновых панелей.

Панели наружных стен устанавливают относительно модульных координа­ционных осей с привязками (рис. 12.28): внутренняя грань стены выносится нару­жу за модульную ось на 400 мм или вну­тренняя грань стены заходит внутрь зда­ния на 200 мм за модульную ось. Для зданий с уступом внутренняя плоскость наружных стен размером 1200 и 1800 мм смещается на 220 мм за модульную ось.

Панели опирают на краевой элемент перекрытия (настил-распорку) или на на­ружный продольный ригель (рис. 12.29). К колонне стеновые панели крепят с по­мощью стальных элементов, привари­ваемых к закладным деталям (рис. 12.30). Особого внимания требует крепление угловых наружных стеновых панелей с рядовыми (ленточными) и с колонной (рис. 12.31). При этом используют спе­циально изготовленные стальные эле­менты, которые как бы связывают пане­ли и колонну между собой.

Все другие конструктивные элементы каркасных зданий (лестницы, санитарно-технические помещения и др.) также изготовляют с высокой степенью заводской готовности, что позволяет осу­ществлять монтаж таких зданий в сжатые сроки. Крупнопанельные здания имеют более высокие показатели по сравнению с кирпичными и крупноблочными.

Рис. 12.31. Крепление угловой стеновой па­нели к колонне

1 — наружная угловая стеновая панель, 2 — закладные детали, 3 — соединительные элементы, 4 — ленточная стеновая панель, 5 — колонна