Каркасно-панельные здания: виды, схемы каркасов, конструктивные элементы

В производственных, общественных и жилых зданиях – особенно повышен­ной этажности (более 30 этажей) – предпочтительным типом несущего остова является каркасный. Существуют два типа каркаса: лег­кий и тяжелый каркас, которые применяются только в связевой конструктив­ной схеме, поэтому в состав каркаса входят также стены жесткости.

Легкий кар­кас применяется в жилых и общественных зданиях, а тяжелый – в многоэтажных промышленных зданиях.

В большинстве случаев применяются как монолитные же­лезобетонные каркасы, так и каркасы из унифицированных сборных изделий. Разработан ряд унифицированных каталогов. При этом, основываясь на методе открытой типизации, получены достаточно разнообразные решения каркасов, в которых принята одинаковая конструктивная система – ригельная, с располо­жением ригелей в одном направлении (предпочтительно в поперечном)

Каркасный несущий остов представляет собой пространственную систему (каркас; см. схему ниже), образованную: (для производственных зданий) колоннами, подкрановыми балками, стропильными и подстропильными фермами или же (для гражданских зданий) колоннами, ригелями и плитами междуэтажных перекрытий и покрытий, которая воспринимает все нагрузки, действующие на здание. Для зданий каркасного типа характерно четкое разделение конструкций по особенностям их работы (на несущие и ограждающие).

Таким образом, определяющим признаком при каркасном несущем остове является расположение ригелей кар­каса. Ригелем называется стержневой горизонтальный элемент несущего остова (главная балка, ферма и т.п.), передающий нагрузки от перекрытий непосредствен­но на стойки каркаса.

Различают четыре типа конструктивных каркасных систем:

с поперечным расположением ригелей; с продольным расположением ригелей

 

1 – столбчатый фундамент; 2 – наружная самонесущая стена; 3 – колонны; 4 – ригели; 5 – панели перекрытия.

Рисунок 10.1 – Конструктивные системы с поперечным продольном расположением ригелей

с перекрестным расположением ригелей;	с безригельным каркасом
	4
1 – столбчатый фундамент; 2 – наружная самонесущая стена; 3 – колонны; 4, 6 – ригели; 5 – панели перекрытия.	1 – столбчатый фундамент; 2 – наружная самонесущая стена; 3 – колонны; 4 – панели перекрытия

Рисунок 10.2 – Конструктивная система с перекрестным расположением ригелей и с безригельным решением

В безригельном каркасе ригели отсутству­ют, а гладкие или кессонированные плиты перекрытий (так называемые безбалоч­ные) опираются или на капители колонн, или непосредственно на колонны.

Серия унифицированных сборных железобетонных изделий 1.020-1 предназначь для строительства общественных и многоэтажных производственных каркасно-панельных зданий. Сборный железобетонный каркас серии запроектирован по связевой схеме, в которой роль горизонтальных диафрагм жёсткости выполняют диски сборных железобетонных перекрытий, а вертикальных – поперечные и продольные панельные стены, шаг между которыми определяется расчётом.

Габаритные схемы общественных и производственных зданий в серии 1.020-1 разработаны на основе следующих условий:

- оси колонн, ригелей и стен диафрагм жёсткости совмещены с разбивочными г дульными осями здания;

- шаги колонн в направлении пролёта ригелей 3; 6; 7.2 и 9 м;

- шаги колонн в направлении пролёта перекрытий 3; 6; 7.2; 9 и 12 м;

- высоты этажей в соответствии с функцией здания и укрупнённым модулем ЗМ составляет 3,3; 3,6; 4.2; 4,8; 6,0 и 7,2.

Конструктивные элементы серии 1.020-1

Колонны сечением 300×300 мм применяют для зданий высотой до 5 этажей, а сечением 400×400 мм для всех остальных случаев.

Предельная высота колонн составляет 15, 12 м, что позволяет в малоэтажных зданиях применять бесстыковые колонны, а в многоэтажных – обходиться минимальным числом стыков.

Стыки колонн – контактные со сваркой выпусков продольной рабочей арматуры, установкой хомутов и омоноличиванием стыка.

В номенклатуру входят следующие типы колонн – нижние высотой в два этажа с положением низа колонны ниже нулевой отметки на 1,1 м; средние – высотой в три–четыре и верхние в один-три этажа.

Колонны в пределах каждого этажа снабжены двумя (для средних ряд каркаса) или одной (при одностороннем примыкании диафрагм жесткости) консолью 150 x 150 мм. В случае, если необходимо размещение ригелей в двух взаимноперпендикулярных направлениях к колоннам приваривают дополнительные консоли (рисунок 10.3).

1 – закладная деталь для крепления ригелей; 2 – закладная деталь для крепления связей (устанавливается только у крайних колонн, расположенных у наружных стен); 3 – дополнительная консоль, изготавливаемая из отрезков листовой стали и привариваемая к закладной детали колонны.

Рисунок 10.3 – Консоли колонн

Все типы колонн (одно– и двух консольные) центрируются по разбивочным осям зданий. Колонны двухконсольные располагаются по средним и крайним рядам при применении навесных панелей наружных стен. Колонны одноконсольные устанавливают по крайним рядам при самонесущих наружных стенах и по средним рядам при одностороннем примыкании стен – диафрагм жёсткости в лестничных клетках.

Стыки колонн по высоте контактные со сваркой выпусков продольной арматуры и с омоналичиванием узла сопряжения, (рисунок 10.4).

 

1 – ко­лонна; 2 – ригель, 3,4,5 – плиты фасадные (3), рядовые (4) и распор­ные (5); 6 – ригели двухполочные; 7 – ри­гели однополочные; 8 – арматуры колонны; 9 – сварка; 10 – стальные хомуты; 11 – цемент­ный раствор; 12 – бе­тон замоноличивания

Рисунок 10.4 – Схема компоновки каркаса и стык колонны

Ригели – таврового сечения с полкой по низу для опирания плит перекрытий, что уменьшает их суммарную конструктивную высоту. Применяют два типа размера ригелей по высоте – 450 и 600 мм, а по ширине – 550 и 600 мм. Выбор типа ригеля обусловлен нагрузкой на перекрытие и типом плит его составляющих. Сопряжение ригеля с колонной – шарнирное со скрытой консолью и приваркой низа ригеля к закладной детали консоли колонны

Перекрытия решены с использованием трёх типов изделий:

- многопустотных панелей высотой 220 и 300 мм, применяют для перекрытий пролётов до 9,0 м включительно;

- плит типа 2Т (и 1Т - добор) высотой 600 мм для пролётов 9 и 12 м;

- ребристые изделия высотой 220 мм - в качестве сантехнических панелей в местах проводки вертикальных инженерных коммуникаций, ребристые панели высотой 300 мм - в промышленных зданиях, при тяжёлых нагрузках. Элементы перекрытий разделяют на рядовые и связевые (плиты - распорки), передающие горизонтальные усилия на колонны.

Основные координационные размеры элементов перекрытий по ширине:

- для рядовых многопустотных плит 1,2 и 1,5 м;

- для пристенных и связевых 1,5 м;

- для ребристых сантехнических 1,5 м;

- для связевых плит типа 2Т - 3 м;

- для доборных типа 1Т-1.3, 1.5 и 1.7 м.

Стены-диафрагмы жёсткости выполняются из железобетонных панелей высотой в этаж и толщиной в 140 мм с одно- или двухсторонними консольными полками в верхней зоне для опирания перекрытий – СТБ 1331-2002 «Диафрагмы жесткости железобетонные. Технические условия».

При шаге колонн до 6.0 м ширина панели диафрагмы соответствует расстоянию в свету между колоннами; при шаге колонн 7.2 и 9.0 м стены диафрагмы проектируются составными из двух- трёх изделий с координационными размерами по длине 1, 2; 3.0 и 5.6 м.

Панели стен-диафрагм изготовляют глухими или с дверными проёмами. Шаг вертикальных диафрагм жёсткости, определяемый расчётом и должен быть не более 36,0 м (с кратностью в 6,0 м) по длине здания и не больше 18 м от края здания или температурно-деформационного шва.

	1 - стенки жесткости; 2 - ригели; З - панели-распорки; 4 - колонны.
Рисунок 10.4 – Элементы, обеспечивающие пространственную жесткость каркас зданий

Пространственная жесткость каркасных зданий (рисунок 10.5) обеспечивается:

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

- установкой между колоннами стенок жесткости 1 или стальных вертикальных связей;

- сопряжением стен лестничных клеток с конструкциями каркаса;

- укладкой в междуэтажных перекрытиях (между колоннами) панелей-распорок 3.

Деформационные швы решены с применением парных колонн, величину зазора между которыми назначают в зависимости от принятых толщина наружных стен и сечения колонн (по таблице 10.1 и на рисунке 10.5) с устройством шва скольжения (по прокладке из двух слоев рубероида) между монолитным участком перекрытия и одной из его опор. Максимальная длина температурного отсека каркасно-панельного здания составляет 60 м.

Таблица 10.1 – Ширина деформационного шва (размер А)

Толщина стеновых панелей, м	Ширина деформационного шва, мм, при сечении колонн
300х300	400х400

1 – защитный слой; 2 – эластичная мастика; 3 – упругий шнур; 4–колонна; 5 – кирпичная кладка; 6 – цементный раствор; 7 – ри­гель; 8 – плита перекрытия; 9 – бетон замоноличивания; 10 – два слоя рубероида; 11 – доска; 12 – просмолённая пакля; 13 – стальные уголки; 14 – штука­турка

Рисунок 10.5 – Решение деформаци­онного шва в плоскости перекрытия

Наружные стены решаются в двух конструктивных вариантах:

- самонесущими;

- ненесущими, с двухрядной разрезкой на простеночные и поясные панели.

Конструкция панелей однослойная из лёгкого автоклавного ячеистого бетона или трёхслойная железобетонная с эффективными утеплителями. Номенклатуру сборных элементов наружных стен составляют поясные, простеночные, подкарнизные, парапетные, цокольные панели. Толщина легкобетонных панелей равна 250, 300, 350 и 400 мм, а из ячеистого бетона -250 и 300 мм.

Панели самонесущих стен устанавливают по цементно-песчаному раствору на цокольные и простеночные и крепят поверху на сварке по закладным деталям к колоннам. Панели ненесущих стен устанавливают на фасадные ригели, консоли колонн или опорные металлические столики колонн и закрепляются в трёх точках - к одной из опор и поверху к колоннам каркаса.

Привязка панелей наружных стен к каркасу единая – с зазором 20 мм между гранью колонны и внутренней плоскости стены. Фундаменты каркасно-панельных зданий серии 1.020-1 в зависимости от геологических условий площадки строительства могут быть решены сборными железобетонными стаканного типа, свайными с монолитным ростверком на кустах свай или в виде монолитной плиты.

Классификация и основные параметры фундаментов установлены в соответствии с СТБ 1076-97 «Конструкции бетонные и железобетонные фундаментов. Общие технические условия».

Фундаменты типа 1Ф устанавливаются под колонны сечением 300х300 мм; 2Ф – под колонны сечением 400 х 400 мм.

1 – монтажная петля

Рисунок 10.6 – Общий вид фундаментов