Каркас многоэтажного здания

 

Каркас многоэтажного здания различного назначения для возведения в различных районах, в том числе и в сейсмических, включает колонны со сквозными проемами в уровне дисков перекрытий. Последние состоят из железобетонных неразрезных несущих ригелей, ортогонально сопряженных в единой плоскости с железобетонными неразрезными связевыми ригелями и многопустотными плитами перекрытий. Концы несущих ригелей выполнены в виде клиньев, размещенных в проемах крайних колонн и узкой частью направленных вовнутрь здания. В проемах средних колонн неразрезные несущие ригели выполнены в виде двойных клиньев, узкой частью направленных навстречу друг другу и к оси колонн. Продольная сквозная рабочая арматура связевых ригелей выполнена постоянного сечения по длине каждого пролета, заанкерена за колоннами и расположена по низу поперечного сечения связевых ригелей. Ее количество в каждом пролете определено по зависимости, проведенной в формуле изобретения. К техническим результатам следует отнести упрощение технологии производства, сужение номенклатуры сборных изделий до двух видов - многопустотные плиты и колонны, сокращение трудозатрат на монтаже. 2 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к строительству, в частности к железобетонным каркасам зданий различной этажности, возводимых в различных районах, в том числе и в сейсмических.

Известен железобетонный каркас здания, включающий колонны с вырезами в уровне перекрытий, железобетонные плиты перекрытий с выпусками рабочей арматуры по их периметру, объединенные между собой в плоскостях перекрытий сквозными предварительно напряженными стержнями, расположенными в вырезах колонны по двум направлениям, и монолитным бетоном [1].

Известный каркас имеет небольшую удельную материалоемкость и высокую несущую способность.

Однако известный каркас трудоемок на монтаже, требует сложного монтажно-технологического и опалубочного оборудования, большого объема ручных арматурных работ. Недостаточно рационально используется сквозная арматура ригелей, так как ее вынуждено располагают равномерно по высоте, а не только в тех местах, где они требуются.

Известен каркас многоэтажного здания, включающий колонны со сквозными проемами на уровне перекрытий, имеющие на боковых гранях шпонки и монолитные железобетонные ригели с продольной сквозной напрягаемой арматурой, объединяющие сборные плиты и колонны в единый пространственный каркас, а продольная сквозная напрягаемая арматура ригелей пропущена через проемы колонн и размещена с перегибами согласно эпюре моментов с применением поперечных жестких вставок в межплитных швах [2].

Известный каркас позволяет существенно сократить трудозатраты на монтаже и удельную металлоемкость.

Однако известный каркас требует повышенных трудозатрат на изготовление колонн со сложной конфигурацией сквозных проемов, требует осуществления предварительного напряжения сквозной арматуры в построечных условиях.

Наиболее близким к предлагаемому является каркас многоэтажного здания, включающий колонны со сквозными проемами в уровнях дисков перекрытий для пропуска сквозной арматуры, многопустотные плиты, объединяемые в единый диск перекрытия посредством монолитного бетона, укладываемого в межплитные швы, поперечные и продольные ригели. Причем объединение несущих ригелей с многопустотными плитами существенно посредством бетонных шпонок, образованных при бетонировании ригелей в пустотах плит у их торцов [3].

Известный каркас относительно прост в монтаже, имеет высокую технологическую и эксплуатационную надежность.

Однако, вследствие недостаточно совершенной конструкции узлов объединения колонн с ригелями, реализацией связевых ригелей каркас имеет повышенную металлоемкость, ограниченную несущую способность.

Предполагаемое изобретение решает задачу сокращения удельной металлоемкости, повышения несущей способности.

Решение поставленной задачи достигается том, что в каркасе многоэтажного здания, включающем колонны со сквозными проемами в уровне перекрытий, через которые во взаимно перпендикулярных направлениях пропущены неразрезные железобетонные монолитные несущие и связевые ригели, образующие замкнутые ячейки, в плоскости которых размещены сборные многопустотные плиты, сопряженные с несущими ригелями посредством бетонных шпонок, выполненных заодно с ригелями, и объединенные между собой монолитными межплитными швами, концы каждого неразрезного несущего ригеля, размещенные в проемах крайних колонн, расположенных на контуре диска перекрытия, выполнены в виде клина, обращенного узкой частью к середине здания, а в средних колоннах неразрезной несущий ригель выполнен в виде двойного клина, каждый из которых узкой частью направлен навстречу друг другу и к оси этих колонн.

В каждом несущем ригеле не менее 0,25 общего количества продольной рабочей арматуры, определенного в наиболее нагруженном пролете, выполнено сквозной и непрерывной по длине несущего ригеля.

Проемы в колоннах по верхней и нижней кромкам по контакту с ригелями снабжены стальными пластинами, являющимися косвенной листовой арматурой на все поперечное сечение колонн.

Продольная сквозная рабочая арматура связевых ригелей выполнена постоянного сечения по длине каждого пролета, закреплена за колоннами и расположена по низу поперечного сечения связевых ригелей, а ее количество в каждом пролете определяют из зависимости где 0,80 - эмпирический коэффициент, присущий заявляемой конструкции, впервые установлен авторами по результатам проведенных испытаний; ω_c - коэффициент, учитывающий сцепление рабочей арматуры связевых ригелей с бетоном и вовлечение последнего в работу на растяжение, а также учитывающий расположение этих ригелей относительно контура диска перекрытия, впервые установлен авторами по результатам испытаний и составляет для крайних пролетов связевых ригелей, выходящих одним концом на контур диска перекрытия, величину 0,90, а для связевых ригелей, пролеты которых размещены целиком внутри диска перекрытия, величину 0,60; g - распределенная по диску перекрытия вертикальная нагрузка; l_р - длина многопустотных плит между их торцами; l₂ - длина по осям колонн несущих ригелей, к которым торцами примыкают многопустотные плиты; l_о - расстояние от центра тяжести (ц.т.) сечения рабочей арматуры многопустотных плит до ц.т. поперечного сечения этих плит; χ - коэффициент, принимаемый равным 1,0 для связевого ригеля, расположенного в середине диска перекрытия, и 0,5 - для связевого ригеля, целиком расположенного на наружном контуре диска перекрытия;
- радиус инерции поперечного сечения многопустотной плиты (отношение момента инерции J_р к площади поперечного сечения A_р многопустотной плиты);
R_s1 - расчетное сопротивление растяжению рабочей сквозной арматуры связевого ригеля.

Количество рабочей арматуры в середине пролета многопустотных плит для предлагаемого каркаса определяют по формуле:

где
g - распределенная по диску перекрытия вертикальная нагрузка;
b - ширина сечения многопустотной плиты;
l_р - длина многопустотных плит между их торцами;
C₁= (i²+l²_o) - геометрическая характеристика поперечного сечения многопустотной плиты;
R_s2 - расчетное сопротивление растяжению рабочей арматуры многопустотной плиты;
Z_о - плечо внутренней пары сил в нормальном сечении в середине пролета многопустотной плиты;
l_о - расстояние от центра тяжести (ц.т.) сечения рабочей арматуры многопустотных плит до ц.т. поперечного сечения этих плит.

По торцам многопустотных плит могут быть выполнены выпуски их рабочей арматуры на длину, равную не менее половины ширины сечения несущих ригелей. Эти выпуски размещают и закрепляют в теле несущих монолитных ригелей.

Стальные пластины, размещаемые в колонне по контакту с ригелями, со стороны проемов по контуру могут быть снабжены приваренным к ним окаймлением из стержневой арматуры.

Выполнение неразрезных несущих ригелей по концам, размещаемым в проемах крайних колонн на контуре диска перекрытия, переменной высотой в виде клина, обращенного узкой частью к середине здания, а в проемах средних колонн в виде двойного клина, каждый из которых направлен узкой частью друг к другу к оси этих колонн, позволяет в наиболее полной мере перераспределять опорные моменты с несущего ригеля на колонну. В этом случае продольное усилие, действующее вдоль несущего ригеля, способствует заклиниванию несущего ригеля в проеме колонны и плотному примыканию ригелей по верхней и нижней поверхностям к верхней и нижней граням проема. Таким образом обеспечивается жесткое объединение несущего и связевого ригелей с колоннами в узлах каркаса. Кроме того, вертикальное сжимающее усилие, действующее вдоль колонн, в этом узле не приводит к повышенной деформативности каркаса, которая обычно вызывается усадкой монолитного бетона ригелей, размещенного в проемах колонн. В этом случае не только легко по наклонной грани вытесняется воздух в зазоре между верхом монолитного бетона ригелей и верхней гранью проема при укладке бетона и исключается воздушный зазор, но и происходит "вытягивание" клиновой части ригеля в этом проеме усилием под нагрузкой и этим полностью погашаются даже мельчайшие усадочные деформации и зазор от возможной усадки монолитного бетона в этом месте. Размещение косвенной стальной листовой арматуры в виде стальных пластин на все поперечное сечение колонны по контакту между верхней и нижней гранями проема в ней и соответственно верхней и нижней поверхностями ригелей, размещенных в этих полостях, обеспечивает восприятие высоких контактных напряжений в этих плоскостях и высокую прочность стыкового узла сопряжения ригелей и колонны. Такой стыковой узел обеспечивает более равномерное распределение усилий между элементами каркаса, что позволяет повысить его эксплуатационную надежность и наиболее эффективно использовать прочностные свойства материалов. Кроме того такое решение узлов позволяет не ограничивать применимость каркаса и для высотных зданий.

Выполнение продольной сквозной арматуры связевых ригелей в пределах каждого пролета постоянного сечения и размещение ее только по низу сечения этих ригелей как у колонн, так и в сечениях посередине пролета между ними, обеспечивает восприятие возникающего распора H_i, при изгибе вертикальной нагрузкой g многопустотных плит, выполненных с упором обоими торцами в поперечные несущие ригели. Вследствие наличия сцепления между плитами по боковым сторонам благодаря монолитным межплитным швам, реактивное распорное усилие H_i, возникающее под нагрузкой по торцам каждой плиты и прикладываемое к несущему ригелю, практически не вызывает его изгиба в горизонтальной плоскости, а суммируется с каждой половиной его пролета в обе стороны от узла несущий ригель-колонна-связевой ригель и полностью передается на связевой ригель, выходящий из этого узла.

Величина этого усилия равна
H_R= H_i·χ·l₂,
где
l₂ - расстояние между осями соседних колонн вдоль несущего ригеля;
χ = 1,0 для связевого ригеля, расположенного в середине диска перекрытия, и χ = 0,5 для связевого ригеля, расположенного на контуре перекрытия.

Величина распора H_i, создаваемого при изгибе плит, размещенных с упором торцами в несущие ригели, определяется по формуле

где
Ψ_c = 0,80 - коэффициент, учитывающий смятие бетона в стыке между торцами плит и боковой поверхностью несущих ригелей, влияние межплитных швов;
g - распределенная по диску перекрытия вертикальная нагрузка;
l_о - расстояние по вертикали от центра тяжести сечения многопустотных плит до центра тяжести сечения продольной арматуры;
l_р - длина многопустотных плит между их торцами;
радиус инерции, отношение момента инерции к площади поперечного сечения многопустотных плит.

Общее реактивное распорное усилие, сконцентрированное в связевом ригеле, определяется

Требуемое количество сквозной арматуры в связевом ригеле, необходимое для восприятия этого усилия, составляет величину

где
ω_c - коэффициент, учитывающий сцепление рабочей арматуры связевых ригелей с бетоном, а также положение этих ригелей относительно контура диска перекрытия, значение его составляет для крайних пролетов связевых ригелей, выходящих одним концом на наружный контур диска перекрытия, 0,90, а для пролетов, расположенных в середине диска перекрытия
ω_c= 0,60;
R_s- расчетное сопротивление растяжению продольной сквозной арматуры связевых ригелей;
H_R - реактивное распорное усилие.

Коэффициенты Ψ_c и ω_c, их значения определены экспериментальным путем при выполненных авторами испытаниях фрагментов каркасов зданий до разрушения, а также многократных натурных испытаниях каркаса при строительстве экспериментального дома.

Окончательно можно записать формулу для определения количества рабочей арматуры связевого ригеля, требуемой для восприятия внутреннего распора H_i в диске перекрытия

где
0,80 - эмпирический коэффициент, присущий заявляемой конструкции, впервые установлен авторами по результатам проведенных испытаний;
ω_c - коэффициент, учитывающий сцепление рабочей арматуры с бетоном и вовлечение последнего в работу на растяжение, а также расположение этих ригелей относительно контура диска перекрытия, впервые установлен авторами по результатам испытаний и составляет для крайних пролетов связевых ригелей, выходящих одним концом на контур диска перекрытия, величину 0,90, а для связевых ригелей, пролеты которых размещены целиком внутри диска перекрытия, величину 0,60;
g - распределенная по диску перекрытия вертикальная нагрузка;
l_р - длина многопустотных плит между их торцами;
l₂ - длина по осям колонн несущих ригелей, к которым торцами примыкают многопустотные плиты;
l_о - расстояние от центра тяжести (ц.т.) сечения рабочей арматуры многопустотных плит до ц.т. поперечного сечения этих плит;
χ - коэффициент, принимаемый равным 1,0 для связевого ригеля, расположенного в середине диска перекрытия и 0,5 - для связевого ригеля, целиком расположенного на наружном контуре диска перекрытия;
радиус инерции поперечного сечения многопустотной плиты (отношение момента инерции к площади поперечного сечения многопустотной плиты);
R_s1 - расчетное сопротивление растяжению рабочей сквозной арматуры связевого ригеля.

Связевые ригели с продольной рабочей арматурой, расположенной по их низу, являются по существу затяжками, воспринимающими распор H от изгиба многопустотных плит. Поэтому для обеспечения восприятия этого усилия продольная рабочая арматура связевых ригелей должна быть непрерывной в пределах каждого расчетного пролета неразрезного связевого ригеля, заведена за колонны и по потребности может быть там заанкерена, либо продолжена насквозь в другие пролеты.

Рабочая арматура многопустотных плит, выпущенная по их торцам и заведенная в тело несущих ригелей, дополнительно повышает надежность стыков плит с монолитными несущими ригелями, объединяя их в единую пространственную систему. Распор H_i, возникающий при изгибе плит, создает в сечениях последних отрицательный момент, значение которого по длине плит постоянно и равно H_i · l_о. Этот отрицательный момент в значительной мере погашает величину положительного момента, создаваемого вертикальной нагрузкой g и в середине пролета плиты окончательное значение изгибающего усилия определяется

Прочность нормального сечения может определяться по формуле
M = R_s2·A_s2·Z_o,
где
R_s - расчетное сопротивление рабочей арматуры плиты растяжению;
A_s2 - площадь сечения рабочей арматуры плиты;
плечо внутренней пары сил в поперечном сечении плит в середине пролета;
h_о - рабочая высота поперечного сечения плиты,
толщина верхней полки многопустотной плиты.

Приравняв последние два равенства друг другу и подставив значение H_i, площадь сечения рабочей арматуры плиты, требуемой для восприятия вертикальной расчетной нагрузки, определится

где
g - распределенная по диску перекрытия вертикальная нагрузка,
b - ширина сечения многопустотной плиты;
l_р - длина многопустотных плит между их торцами;
C₁= (i²+l²_o) - геометрическая характеристика поперечного сечения плит;
R_s2 - расчетное сопротивление растяжению рабочей арматуры многопустотной плиты;
Z_о - плечо внутренней пары сил в нормальном сечении в середине пролета многопустотной плиты,
l_о - расстояние от центра тяжести (ц.т.) сечения рабочей арматуры многопустотных плит до ц.т. поперечного сечения этих плит.

Однако полученное по формуле (2) количество рабочей арматуры многопустотных плит не должно быть меньшим, чем требуется для восприятия усилий от собственного веса при их транспортировке и монтаже.

Выполнение стальных листов с окаймлением, жестко прикрепленным к ним по контуру, обеспечивает в наиболее полной мере включение их в работу на восприятие поперечных деформаций бетона и высокую несущую способность колонн у примыкания к диску перекрытия, а также высокую жесткость узла сопряжения в целом. В этом случае, как указывалось выше, полностью исключается возможное отрицательное влияние усадочных деформаций монолитного бетона в узлах сопряжения их с колоннами. Прерывистое окаймление в верхних листах, которое предпочтительней выполнять с переломом двухскатным, позволяет свободному уходу воздуха, вытесняемого укладываемым в ригели монолитным бетоном, обеспечить высококачественный контакт между этим бетоном и верхом сквозного проема и тем самым благоприятное восприятие контактных напряжений.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявленное техническое решение отличается от известного новыми признаками: (1) концы каждого неразрезного несущего ригеля, размещенные в проемах крайних колонн на контуре диска перекрытия, выполнены переменной высотой в виде клина, обращенного узкой частью к середине здания, а в проемах средних колонн неразрезной несущий ригель выполнен в виде двойного клина, каждый из которых узкой частью направлен навстречу друг другу к оси этих колонн, (2) колонны по верху и по низу сквозных проемов по контакту с ригелями снабжены поперечными стальными листами, (3) продольная сквозная рабочая арматура связевых ригелей выполнена постоянного сечения по длине каждого пролета, заанкерена за колоннами и расположена по низу связевых ригелей, а ее количество в каждом пролете определяют по зависимости (1), (4) количество рабочей арматуры в середине пролета многопустотных плит определяют по формуле (2), но не менее, чем это требуется для восприятия собственного веса плиты при транспортировке и монтаже, (5) по торцам многопустотных плит выполнены выпуски их рабочей арматуры, размещенные и заанкеренные в теле монолитных несущих ригелей, (6) стальные листы со сторон проемов по контуру снабжены приваренных к ним окаймлением из стержневой арматуры.

Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны. В обнаруженной информации отсутствуют сведения о техническом результате, получаемом изобретением. Из уровня техники не выявлено влияние отличительных в заявляемом изобретении признаков на достижение полученного результата, что дает возможность считать предлагаемое изобретение отвечающим требованию изобретательского уровня.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен предлагаемый каркас в изометрии; на фиг. 2 - то же, продольный разрез несущего ригеля с приложенными в узлах стыков его с колоннами усилиями; на фиг. 3 - то же, продольный разрез несущего ригеля и узлов сопряжений с колоннами, на фиг. 4 - то же, сечение А-А на фиг. 3, конструкция сопряжения многопустотных плит с несущими ригелями; на фиг. 5 - конструкция многопустотной плиты; на фиг. 6 - конструкция крайней колонны, размещаемой на контуре диска перекрытия, со сквозным проемом для пропуска монолитных ригелей; на фиг. 7 - то же, колонна, размещаемая в середине диска перекрытия; на фиг. 8 - стальной лист, окаймляющий сквозной проем, с окаймлением по контуру (вариант); на фиг. 9 - то же, что на фиг. 8 (вариант); на фиг. 10 - схема распорных сил, действующих вдоль многопустотных плит при изгибе их вертикальной нагрузкой, план ячейки диска перекрытия; на фиг. 11 - то же, что на фиг. 10, разрез вдоль многопустотных плит; на фиг. 12 - эпюры изгибающих моментов, действующих в сечениях многопустотных плит от вертикальной нагрузки и распорного усилия; на фиг. 13 - предлагаемый каркас, разрез диска перекрытия поперек многопустотных плит, исходное состояние; на фиг. 14 - то же, что на фиг. 13, деформированное состояние под действием вертикальных нагрузок, схема поперечных распорных усилий; на фиг. 15 - предлагаемый каркас, продольный разрез вдоль связевого ригеля.

Предлагаемый каркас (фиг. 1-15) включает колонны 1, сборные многопустотные плиты 2, объединенные между собой по сторонам межплитными швами 3 из монолитного бетона. Через сквозные проемы колонн 1 во взаимно перпендикулярных направлениях пропущены неразрезные железобетонные несущие 4 и связевые 5 ригели из монолитного железобетона, образующие в плоскости диска перекрытия замкнутые рамные ячейки, охватывающие многопустотные плиты 2 (фиг. 1, 10). Несущие ригели 4 по концам выполнены в виде клина 6, размещенного в сквозных проемах (на чертежах не обозначено) колонн 1, расположенных на наружном контуре диска перекрытия. В проемах средних колонн несущие ригели выполнены в форме двойного клина 7, узкими частями размещенными навстречу друг другу. Каждая колонна 1 имеет продольную рабочую арматуру 8, пересекающую ригели 4 и 5 в проеме колонн, поперечную и конструктивную арматуру (не обозначены). Сквозные проемы колонн по верху и по низу снабжены поперечным стальным листовым армированием 9, окаймляющим сквозные проемы. Несущие ригели 4 снабжены рабочей арматурой 10, часть из которой 11 выполнена сквозной по всей длине неразрезного ригеля 4. Несущие ригели 4 объединены с многопустотными плитами 2 по торцам последних посредством бетонных шпонок 12, размещенных в полостях многопустотных плит и выполненных заодно с несущими ригелями 4 на их боковых гранях. Многопустотные плиты 2 выполняют с открытыми по торцам полостями, в которые заранее устанавливают ограничители размеров шпонки (на чертежах не обозначены). Для заделки рабочей арматуры 13 многопустотных плит 2 в монолитный несущий ригель 4 могут быть устроены выпуски этой рабочей арматуры по торцам плит. В сквозных проемах колонн 1, через которые пропускают несущие и связевые ригели (см. фиг. 6-9), рабочая арматура 3 колонн обнажена, проемы сверху и снизу окаймлены стальными листами 9. Для улучшения заанкеривания несущих связевых монолитных ригелей в сквозных проемах стальные листы 9 по контуру снабжены прерывистым окаймлением 14 из стержневой арматуры, приваренной к листам 9. Это окаймление не должно создавать помех для размещения сквозной рабочей арматуры 15 связевых ригелей 5. Под каждым сквозным проемом в колоннах 1 может быть выполнено устройство (например, в виде сквозного отверстия 16) для крепления монтажной оснастки. Каждая колонна в сечениях под дисками перекрытия может быть снабжена косвенной сварной арматурой (на чертежах она обозначена). Связевые ригели 5, выполняемые из монолитного железобетона и располагаемые в створе колонн 1 вдоль многопустотных плит 2, кроме рабочей сквозной арматуры 15 снабжают поперечной и конструктивной верхней арматурой 17, обеспечивающей сопротивление этих ригелей действию поперечных сил при продавливании диска перекрытия колонной 1.

Несущие ригели 4 выполняют либо прямоугольного поперечного сечения (см. фиг. 1, 4), либо таврового поперечного сечения с полкой, располагаемой над многопустотными плитами 2, связанной с ними межплитными швами и размещаемой в цементный стяжке пола (на чертеже не показана).

Предлагаемый каркас под нагрузкой работает как единая многоэтажная пространственная конструкция с плоскими дисками перекрытия. На каждом этаже вертикальную нагрузку непосредственно воспринимают плиты 2 диска перекрытия и перераспределяют усилия на несущие ригели 4. Причем плиты 2 концами передают вертикальные усилия от нагрузки на несущие ригели 4. Вследствие ограничения изгиба от упора плит 2 в несущие ригели 4 (фиг. 10-12) по их торцам возникают реактивные горизонтальные усилия H_i. В результате возникающий от вертикальной нагрузки g в сечениях плит 2 положительный изгибающий момент M_g (линия 18 на фиг. 12) на длине плиты частично или полностью погашается постоянным по величине отрицательным по знаку изгибающим моментом M_н (линия 19), что существенно уменьшает до величины M_р значение изгибающего момента в середине пролета многопустотных плит 2. Как указывалось нами выше, это позволяет резко сократить количество рабочей арматуры в многопустотных плитах.

С другой стороны, горизонтальные распорные усилия H_i по торцам плит 2 приложены к несущим ригелям 4 примерно равномерно благодаря межплитным швам 3 и высокой жесткости плиты 2 в горизонтальной плоскости. Суммируясь по обе стороны от колонны, эти усилия сосредотачиваются с величиной H_R в связевых ригелях 5, препятствующих горизонтальному смещению несущих ригелей 4 и являющихся упорами для торцов плит 2. Для связевого ригеля 5, расположенного на контуре диска перекрытия, величина H_R определяется величиной H_i, собираемой с половины пролета несущего ригеля (χ = 0,5), а для связевого ригеля в середине диска перекрытия с половины длин пролетов несущего ригеля 4, по обе стороны примыкающих к связевому ригелю 5.

Вертикальные усилия V несущие ригели 4 передают непосредственно на колонны 1. Вследствие разницы в жесткости сечений диска перекрытия и колонн, при испытаниях фрагментов каркасов, исчерпание несущей способности их зачастую происходило от раздавливания сжатого бетона в сечениях колонн, непосредственно примыкающих к диску перекрытия. Поэтому установка стальных листов 9, сопрягающих сечения колонн 1 с диском перекрытия и являющихся дополнительной косвенной арматурой, существенно снизила величину концентрации напряжений и повысила несущую способность всего каркаса. Выполнение неразрезных несущих ригелей 4 по концам в виде клина 6, узкой частью направленной к середине здания, привело к защеплению его усилием в сквозном проеме крайних колонн, и обеспечило жесткую передачу усилий M и V с ригеля 4 на колонны. Ригель 4, выполненный в средних колоннах в форме двойного клина 7, также позволяет получить жесткий узел сопряжения ригеля 4 с колонной 1 и передачу с ригеля 4 усилий M на колонну 1, что особенно важно при несимметричном нагружении диска перекрытий вертикальной нагрузкой g. Формулы, установленные авторами экспериментальным путем, позволили оптимизировать количество сквозной рабочей арматуры 15 в связевых ригелях 5, являющихся, по существу, затяжками для восприятия внутреннего распора H_R от стесненного изгиба многопустотных плит 2. Также минимизирован расход стали на рабочее армирование плит 2. В целом, за счет этого при реальном проектировании каркаса - представителя расход стали был снижен в диске перекрытия до 36%, по сравнению с аналогами [1, 2, 3].

Плиты 2, объединенные межплитными швами 3, в каждой ячейке, ограниченной по торцам плит ригелями 4, а по бокам - связевыми ригелями 5, при воздействии вертикальной нагрузки работают и с поперечным распором H_r (фиг. 13, 14). Поэтому часть продольной рабочей арматуры 10 несущих ригелей 4 должна быть выполнена сквозной 11 и непрерывной по всей длине неразрезного несущего ригеля 4. Количество сквозной арматуры 11, как показали испытания, для восприятия распора H_r должно быть не менее 25% от общего количества продольной рабочей арматуры, определенной в середине наиболее нагруженного пролета неразрезного ригеля 4.

Как продольный распор H_i(H_R), так и поперечный распор H_r, существенно (в 1,9-2,0 раза) повышают жесткость на поперечный изгиб диска перекрытия в предлагаемом каркасе под воздействием нагрузки g по сравнению с жесткостью сечений таких же многопустотных плит, но не заключенных в монолитную ячейку, образуемую несущими и связевыми ригелями. Поэтому выполнение сквозной рабочей арматуры 15 в связевых ригелях обеспечивает восприятие распора H_R, а выполнение арматуры 11 сквозной на всю длину неразрезного несущего ригеля и обеспечивает восприятие распора H_r. Этому содействует и выполнение несущих ригелей 4 в форме клиньев 6 и 7, располагаемых в сквозных проемах колонн.

Таким образом, в целом в предлагаемом каркасе при наличии приведенных признаков по сравнению с аналогами [1, 2] и прототипом [3] удается снизить и равномерно распределить усилия между конструктивными элементами каркаса, что обеспечивает сокращение материалоемкости каркаса, исключает необходимость предварительного напряжения перекрытия в построечных условиях для каркасов с сеткой колонн до пролетов 7,2 м включительно. Это существенно упрощает технологию возведения каркаса и здания в целом, предоставляет архитекторам широкие возможности для самых разнообразных объемно-планировочных решений.

Предлагаемый каркас возводят в следующей последовательности. Монтируют колонны 1, на них крепят монтажные мостики с опалубкой для ригелей 4 (на чертежах не показаны), по которым в проектное положение укладывают многопустотные плиты 2. Затем снизу подводят подвесную палубу связевых ригелей 5, прикрепляемую к смежным плитам 2, а также при необходимости подводят опалубку межплитных швов 3. Плиты 2 имеют открытые по торцам пустоты, а вставленные в них ограничители (заглушки смещены внутрь пустот на размер шпонок 12. Затем в образовавшуюся опалубку (снизу - палубой, а по бокам - смежными плитами 2) несущих ригелей 4 укладывают рабочую арматуру 10, а связевых ригелей 5 - сквозную арматуру 15, поперечную и конструктивную арматуру 17, фиксируют их положение. После этого одновременно бетонируют ригели 4, 5 и швы 3. После набора бетоном требуемой прочности производят демонтаж монтажных мостиков и опалубки ригелей 4, 5 и перестановку на следующую захватку (секцию) или этаж.

В целом предложенный каркас благодаря рассмотренным выше признакам позволяет существенно упростить технологию производства, сузить номенклатуру сборных изделий до двух видов традиционных изделий - многопустотные плиты и колонны, широко использовать развитую индустриальную базу строительства. Вследствие этого также существенно сокращаются трудозатраты на монтаже, по сравнению с аналогами [1, 2, 3], резко повышается темп монтажа. Так, продолжительность возведения перекрытия (площадью до 1000 м²) одной секции каркаса не превышает 3-5 дней. Для монолитных железобетонных конструкций разработаны специальные составы бетонов, позволяющих при положительных температурах воздуха обеспечивать 100% проектную прочность к концу вторых суток после укладки, а при среднесуточных отрицательных температурах до -10^oC отказаться от применения прогрева.

Предлагаемое техническое решение будет реализовано при строительстве массовых жилых и некоторых типов общественных зданий. По всем основным технико-экономическим показателям, как показывает экспериментальное проектирование реальных домов, они конкурентноспособны с зарубежными, а техническое решение предназначено для технического перевооружения строительных и проектных организаций Белоруссии, России и других республик СНГ.

Формула изобретения

\ \ \ 1 1. Каркас многоэтажного здания, включающий колонны со сквозными проемами в уровнях перекрытий, через которые во взаимно перпендикулярных направлениях пропущены неразрезные железобетонные монолитные несущие и связевые ригели, образующие замкнутые рамные ячейки, в плоскости которых размещены сборные многопустотные плиты, сопряженные с ними посредством бетонных шпонок, выполненных заодно с ригелями, и объединенные между собой межплитными монолитными швами, отличающийся тем, что концы каждого неразрезного несущего ригеля, размещенные в проемах крайних колонн, расположенных на контуре диска перекрытия, выполнены переменной высотой в виде клина, обращенного узкой частью внутрь здания, а в средних колоннах неразрезной несущий ригель выполнен в виде двойного клина, каждый из которых узкой частью направлен навстречу друг другу к оси этих колонн, причем проемы в последних по верхней и нижней кромкам по контакту с ригелями снабжены стальными пластинами на все поперечное сечение колонн, а продольная сквозная рабочая арматура связевых ригелей выполнена постоянного сечения по длине каждого пролета, заанкерена за колоннами и расположена по низу поперечного сечения связевых ригелей, при этом ее количество в каждом пролете определено из зависимости \\\ 6 \\\1 где 0,80 - эмпирический коэффициент, впервые установленный авторами по результатам проведенных испытаний; \\\4 коэффициент, учитывающий сцепление рабочей арматуры связевых ригелей с бетоном, а также положение этих ригелей относительно контура диска перекрытия, установлен авторами по результатам испытаний, составляет для крайних пролетов связевых ригелей, выходящих одним концом на контур диска перекрытия, величину 0,90, а для связевых ригелей, пролеты которых размещены целиком внутри диска перекрытия, величину 0,60; \\\4 g - распределенная по диску перекрытия вертикальная нагрузка; \\\ 4 l_p - длина многопустотных плит между их торцами; \\\4 l₂ - длина несущих ригелей, к которым примыкают торцами многопустотные плиты; \\\ 4 l₀ - расстояние от центра тяжести сечения рабочей арматуры многопустотных плит до центра тяжести их поперечного сечения; \\\4 - коэффициент, принимаемый равным 1,0 для связевого ригеля, расположенного в середине перекрытия, и 0,5 для связевого ригеля, целиком расположенного на наружном контуре диска перекрытия; \ \\4 R_S1 - расчетное сопротивление растяжению рабочей сквозной арматуры связевого ригеля; \\\4 i² = J_p/A_p - радиус инерции поперечного сечения многопустотных плит (отношение момента инерции J_p к площади поперечного сечения A_p многопустотной плиты); \\\1 а количество рабочей арматуры в середине пролета плит определено по формуле \\\6 \\\1 где g - распределенная по диску перекрытия вертикальная нагрузка; \\\4 b - ширина сечения многопустотных плит; \\\4 l_p - длина многопустотных плит между их торцами; \\\4 геометрическая характеристика поперечного сечения многопустотной плиты; \\\4 R_S2 - расчетное сопротивление рабочей арматуры многопустотных плит; \ \ \ 4 Z₀ - плечо внутренней пары сил в нормальном сечении в середине пролета многопустотной плиты; \\\4 l₀ - расстояние от центра тяжести сечения рабочей арматуры многопустотных плит до центра тяжести их поперечного сечения. \ \\2 2. Каркас по п.1, отличающийся тем, что по торцам многопустотных плит выполнены выпуски их рабочей арматуры, размещенные и заанкеренные в теле несущих монолитных ригелей. \\\2 3. Каркас по пп.1 и 2, отличающийся тем, что стальные пластины со стороны проемов по контуру снабжены приваренным к ним окаймлением из стержневой арматуры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15

QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Научно-исследовательское и экспериментально-проектное республиканское унитарное предприятие "Институт БелНИИС" (BY)

Вид лицензии*: ИЛ

Лицензиат(ы): ООО "Унистрой"

Номер и год публикации бюллетеня: 21-2004

Договор № 19161 зарегистрирован 19.05.2004

Извещение опубликовано: 27.07.2004        

* ИЛ - исключительная лицензия        НИЛ - неисключительная лицензия

QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): ООО "Унистрой"

Вид лицензии*: ИЛ

Лицензиат(ы): ООО "Домостроительный комбинат"

Договор № 19996 зарегистрирован 26.08.2004

Извещение опубликовано: 10.10.2004        БИ: 28/2004

* ИЛ - исключительная лицензия        НИЛ - неисключительная лицензия

RH4A - Выдача дубликата патента Российской Федерации на изобретение

Дата выдачи дубликата: 12.07.2005

Наименование лица, которому выдан дубликат:
Белорусский научно-исследовательский институт по строительству (BY)

Извещение опубликовано: 10.11.2005        БИ: 31/2005

QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): ООО "БЭСТ-инжиниринг"

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): ОАО "ЭНЕРГОПРОМ"

Договор № РД0004371 зарегистрирован 23.11.2005

Извещение опубликовано: 20.01.2006        БИ: 02/2006

* ИЛ - исключительная лицензия        НИЛ - неисключительная лицензия

QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Общество с ограниченной ответственностью "БЭСТ-инжиниринг-Урал"

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): Общество с ограниченной ответственностью "БЭСТ-инжиниринг"

Договор № РД0015509 зарегистрирован 15.12.2006

Извещение опубликовано: 27.01.2007        БИ: 03/2007

* ИЛ - исключительная лицензия        НИЛ - неисключительная лицензия

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 06.06.2008

Извещение опубликовано: 10.04.2009        БИ: 10/2009

---