Основные сведения о каркасных зданиях

Каркасное здание – это здание, в котором основой несущего остова является каркас, состоящий из системы фундаментов, колонн, ригелей, плит перекрытий и элементов жесткости – связей, диафрагм или ядер жесткости. Основными строительными материалами для устройства каркасов являются сборный или монолитный железобетон (для зданий массового строительства), сталь (для уникальных, высотных или крупных промзданий) и дерево (для малоэтажных гражданских зданий).
По характеру работы каркасы подразделяются на три разновидности: рамную, связевую и рамно-связевую (рис. 55).

Рис. 55. Каркасы:
I – виды каркасных зданий :а – одноэтажное однопролетное; б, и, г – многоэтажные, двух-, трех- и многопролетные: б – с консолями; в, г – без консолей;
II – компоновочные схемы каркасных зданий :а – рамная; б – рамно-связевая; в – связевая; г – каркасно-ствольная .

Рамная схема – это элементы каркаса, жестко соединенные в конструктивных узлах в устойчивую и жесткую пространственную схему, воспринимающую вертикальные и горизонтальные усилия.

Связевая схема – это схема, при которой горизонтальные усилия воспринимаются жесткими перекрытиями, диафрагмами и ядрами жесткости. Вертикальные усилия воспринимаются колоннами и фундаментами. Соединения вертикальных и горизонтальных элементов при этом принимается условно шарнирными.

Рамно-связевая схема представляет собой комбинацию рамных и связевых схем. При этом в одном направлении жесткость обеспечивается вертикальными элементами жесткости (диафрагмами или связями), а в другом – самой рамой.

Для гражданских зданий применяют в основном сборный железобетонный каркас. Для рамного каркаса применяют разрезку на Г-, Т-, Н-, П-образные плоские элементы. Для связевого каркаса применяются прямолинейные элементы (рис. 56).

Рис. 56. Способы членения каркаса на элементы:
а – двухэтажные колонны и однопролетные ригели; б – Г-образные и Т-образные колоны и ригели-ставки;
в – многоэтажные однопролетные рамы; г – Ж-образные рамы; д – двухпролетные многоэтажные рамы;
е – одноэтажные колонны и однопролетные ригели; ж – Н-образные рамы; и – П-образная рама;
к – одноэтажная двухпролетная рама.

Фундаменты под колонны каркасных зданий устраиваются, как правило, из сборных железобетонных блоков стаканного типа.

Сборные железобетонные колонны каркасных зданий выполняются обычно сечением 300х300 и 400х400 мм с одной или несколькими консолями, а также с вынесенными консолями. По высоте колонны изготавливаются на один или два этажа (рис. 57).

Рис. 57. Колонны каркасов:

I – одноэтажные колонны; II – двухэтажные колонны; III – пример размещения
закладных деталей (показаны штриховкой) в колонне унифицированного каркаса;а – фасадные и рядовые колонны с обычными консолями; б – фасадные, рядовые и колонны лоджий со скрытыми консолями; в – фасадные и рядовые колонны с вынесенными консолями: г – колонны одноэтажной разрезки (с платформенным стыком).

Ригели, воспринимающие нагрузку от междуэтажных перекрытий и передающие ее на колонны, в зависимости от перекрываемого пролета и расположения в здании назначаются различных сечений: прямоугольного, таврового, в виде обратного тавра и т.д. В случае опирания плит перекрытий на боковые полки ригелей экономится высота этажа и здания в целом (рис. 58).

Рис. 58. Ригели каркасов:
I – сечения; II, III – общие виды: а – парный прямоугольного сечения;
б – одиночный прямоугольного сечения; в – тавровый; г, д – рядовые ригели в виде перевернутого тавра; е, ж, и, к, л – варианты фасадных ригелей; м – коридорный ригель; н, о, п – варианты лестничных ригелей.

Перекрытия каркасных зданий выполняются из сплошных, пустотных или ребристых железобетонных панелей. При этом часть плит выполняет роль связей или распорок, которые укладывают по осям колонн. Рядовые панели укладывают между связевыми панелями (рис. 59).

Рис. 59. Диафрагмы жесткого каркаса:
I – вертикальные: а – фрагмент диафрагмы жесткости;
б – стенка жесткости каркаса; 1 – колонна; 2 – стенка жесткости;3 – элементы стыков; 4 – шпонки; 5 – крайние стержни арматуры стенки;6 – выпуск арматуры для соединения с колонной; 7 – настил;
II – горизонтальные: а – узел соединения настилов-распорок с ригелями;б, в, г – связевые элементы перекрытия пустотные, ребристые и фасадные;1 – колонна; 2 – ригель; 3 – связевая панель; 4 – рядовые панели.

Вертикальные диафрагмы жесткости проектируют на всю высоту здания, начиная от фундамента. Элементы диафрагм имеют поэтажную разрезку и представляют собой глухие железобетонные стенки с полками поверху для опирания плит перекрытия. С колоннами диафрагмы соединяются сваркой закладных деталей, а стыки замоноличиваются.

Наружные стеновые панели могут опираться на ригели каркаса (в случае продольного их расположения), на крайнюю панель перекрытия или непосредственно на колонну (рис. 60).

Рис. 60. Варианты опирания наружных панелей на каркас:
а – крепление к колоннам; б – опирание на продольные ригели; в – опирание на перекрытие;
1 – ограждающая панель; 2 – колонна; 3 – перекрытие; 4 – ригель;5 – консоль; 6 – закладные детали.