Проектирование железобетонных каркасов многоэтажных зданий

Проектирование железобетонных каркасов многоэтажных зданий


Существует два основных типа многоэтажных зданий:

  1. Балочный каркас — состоит из железобетонных колонн, балок и плит перекрытия;
  2. Безбалочный каркас — выполнен из железобетонных колонн и безбалочных перекрытий.

Балочные каркасы

В балочных каркасах железобетонные перекрытия выполняют по железобетонным балкам (ригелям). При разных пролетах, изменяется размеры и конструкции ригелей, а конструкции перекрытия не меняются. Узлы железобетонных балочных каркасов получаются простыми, удобными для монтажа и при этом обеспечивают пространственную жесткость здания. Потолок такого перекрытия нельзя назвать эстетическим и по этому каркасы такого типа получили распространения в основном при строительстве производственных зданий.

Начиная с советского периода, разрабатываются типовые серии сборных балочных железобетонных каркасов производственных зданий. Наибольшее распространение получили здания с сетками колонн 6×6 м и 9х6. Нормативная нагрузках на перекрытие достигает 2,5 тн/кв.м.

Железобетонные балочные каркасы (рис. 1) образованы поперечными многоярусными рамами с жесткими узлами в местах примыкания балок с колоннами (рис. 2 а, б). В продольном направлении здания пространственная жесткость обеспечивается металлическими связями, которые устанавливают по середине температурного отсека в каждом продольном ряде колонн. При необходимости, жесткость увеличивается путем установки дополнительные продольных балок (рис. 1 в), которые могут быть как сборные так и монолитные.

Сборные балки кладут на специально предусмотренные стальные столики и приваривают к закладным деталям на колоннах. Монолитные балки предусматривают в местах расположения плит между колоннами.

В типовых сериях для каждой схемы производственных зданий разработан унифицированный набор конструктивных элементов (Рис. 3).

Рис. 1. Балочный каркас многоэтажного здания: а — ригели с полочками; б — ригели без полочек (опирания плиты сверху) 1 — фундамент; 2 — крайняя колонна; 3 — средняя колонна; 4 — стык колонны; 5 — ригель с полочками для опирания плит; 6 — ригель без полочек

Рис. 2. Узлы поперечных рам: а — при опирании плит типа 1 по полочкам; б — опирании плит типа 2 на ригели сверху: в — опирания продольного ригеля; 1 -крайня плита распорка типа1; 2 – крайняя колонна; 3 — средняя колонна; 4 — обычная плита типа 1; 5 — ригель с полками; 6 — прямоугольный ригель; 7 — средняя плита распорка типа 2; 8 — обычная плита типа 2; 9 — продольный ригель; 10 — консоль колонны; 11 — столик для опирания плиты; 12 – коротыш

 

Рис. 3. Примеры монтажных схем унифицированных каркасов из сборных изделий: а — с опорными кранами; б — с подвесными кранами

Колонны балочного каркаса делят по расположению в плане на крайние и средние, по расположению по высоте на колонны нижних, верхних и промежуточных этажей. Вынос консолей в колоннах предусматривают одинаковый, что упрощает монтаж.

Сборные железобетонные колонны изготавливают длиной на один, два и три этажа. Монтажные стыки колонн устраивается на 1 м выше верха балки для удобства монтажа.

Железобетонные колонны имеют сечение — 0,4×0,4 м, а при больших нагрузках на нижние этажи — 0,4×0,6 м. Длина колонн назначается в зависимости от высоты этажа по габаритной схеме.

Балки перекрытий бывают двух типов: с полками и с полками. Высота балок принимается 0,8 м. При пролете 9 метров, балки изготавливают с использованием предварительно напряженной арматурой. Ширина балок — 0,3 м.

Ребристые плиты перекрытия бывают двух типов: тип 1 — плиты укладывают на полки ригелей; тип 2 — плиты укладывают на верхние плоскости ригелей (рис. 4). Второй вариант опирания плит менее выгоден, так как связан с увеличением общей высоты перекрытий на 0,4 м. Этот вариант применяют при больших сосредоточенных нагрузках от габаритного оборудования.

Плиты перекрытия первого типа имеют ширину — 1500 или 750 мм и длину — 5550 или 5050 мм. Укороченные плиты укладывают по всей ширине здания в торцах и у температурных швов (рис. 4 д). Возможен вариант применения плит только одной длины. (рис. 4 г).

Плиты перекрытий второго типа отличаются от первого расположением и размерами торцевых ребер (рис. 4 б, е). Отступления ребер от краев плиты позволяет делать вырезы в полках в местах примыкания к колоннам. Также уменьшена высота ребра, что позволяет образовать сплошную щель над ригелем высотой 250 мм для пропуска трубопроводов и коммуникаций. Плиты второго типа имеют номинальный размер по длине — 5350 мм.

Рис. 4. Решение торцов и температурных швов при укладке плит типа 1 и 2: а — схема плана перекрытия с плитами типа 1 номинальной длины 5,55 м; б — то же, с использованием укороченных плит в торцах; в — то же, с плитами типа 2; г — продольный разрез для плит типа 1 номинальной длины; д — то же, для укороченных плит в торцах; е — то же, с плитами типа 2; же, и — поперечные разрезы для плит типа 1 и 2; 1 — ригель с полочкой; 2 — ригель без полочки; 3 – плита типа 1, длиной 5,55 м; 4 — то же, длиной 5,05 м; 5 — плита типа 2, длиной 5,95 м; 6 — доборные элементы

Предполагается, что в продольных стенах укладывают доборные плиты шириной 750 мм типа 1 на стальные столики, которые привариваются к закладным деталям колонн. Плиты перекрытий крепят к ригелям и между собой сваркой закладных стальных деталей и заливают бетоном, благодаря чему жесткость перекрытия достаточна для того, чтобы ее учитывать при действии горизонтальных усилий.

Лестничная клетка выполняется также из унифицированных железобетонных изделий панелей. Они встраиваются в каркас в разбивочных осях 6 × 6 м, не нарушая его пространственной устойчивости.

Подкрановые балки, балки и фермы покрытий принимаются те же, что и для одноэтажных зданий. Покрытие выполняют в двух вариантах: для домов без увеличенного верхнего этажа — из ригелей и плит, принятых для перекрытий (уклон кровли создается за счет утеплителя); для зданий с увеличенным верхним этажом — из балок (ферм) и плит настила покрытий принятого для одноэтажных зданий. По концам ригелей, в верхней части, оставляют выемки для выпусков верхней опорной арматуры ригелей, соединяемых с выпусками колонн. Для подъема ригелей в них предусмотрены сквозные отверстия; в прямоугольных ригелях отверстия используют также и для подвешивания коммуникаций.

Ригели пролетом 6 м изготовляют без предварительного напряжения, пролетом 9 м (ригели таврового сечения) — с предварительным напряжением.

Железобетонные ребристые плиты длиной 6 м изготовляют следующих типов: основные рядовые и плиты-распорки внутренние шириной 1,5 м, расположенные между внутренними рядами колонн, и отборные — плиты-распорки внешние шириной 0,75 м, расположенные между внешними рядами колонн. Плиты шириной 1,5 м для перекрытий по ригелям таврового сечения изготовляют с предварительным напряжением, остальные — без предварительного напряжения.

Сборные безбалочные железобетонные каркасы применяют на производствах, где необходимо делать хорошее проветривание помещений и потолок с гладкой поверхностью. Эти каркасы имеют сетку колонн 6 × 6 м и представляют собой многоярусную и многопролетных раму с жесткими узлами и нагрузками на перекрытия до 30 Н / м2.

По безбалочной схеме (рис. 5) увеличивается полезная высота этажа и укрупняются монтажные элементы. Каркас и перекрытия такого здания собирают из колонн, капителей, межколонных и пролетных панелей. Конструкция их и решения узлов могут быть разными. Колонны сечением 400 × 400 и 500 × 500 мм высотой в один этаж устанавливают с сеткой 6 × 6 м. В верхней части колонны предусмотрено распространение (оголовок) для опоры капители. Капитель имеет вид опрокинутой усеченной пирамиды со сквозной полостью для сопряжения с концами колонн. Капитель одевают на оголовок поставленной и выверенной колонны и закрепляют сваркой стальных закладных деталей. На капители в двух взаимно перпендикулярных направлениях устанавливают многополостные межколонные панели и приваривают конце их к закладным деталям капителей. После установки колонны высшего этажа стык заливают бетоном, после чего в зону между концами межколонные панелей укладывают стальную арматуру и приваривают ее к закладным деталям этих панелей. После бетонирования, зона панели работает как неразрезная конструкция. Участки перекрытия, ограниченные межколонными панелями заполняют пролетными панелями квадратной формы толщиной 160 мм и опирают их по контуру на четверти, предусмотренные в боковых гранях межколонные панелей.

Рис. 5. Сборные безбалочные перекрытия: а — разрез; б — общий вид; в — план; 1 — оголовок колонны; 2 — капитель; 3 — панель межколонные; 4 — панель пролетное; 5 — монолитный бетон; 6 — монолитный железобетон; 7 — полочка для опоры пролетного плиты; 8 – колонна