Конструкции многоэтажных гражданских зданий

■ Каркасные здания. Многоэтажные гражданские каркасные здания широко применяют для размещения предприятий торговли, как административные, жилые и т.п. Обычно они решаются по рамно-связевой или связевой системам, последняя применяется чаще. К вертикальным несущим элементам таких зданий относятся колонны, диафрагмы и ядра жесткости.

●Колонны зданий массового строительства при высоте до 16 этажей имеют унифицированное сечение 400×400 мм (рис. 12.3, а). Увеличение их несущей способности в нижних этажах достигается повышением класса бетона (до В60) и процента армирования гибкой арматурой (до μ = 15 %). Продольная арматура из стали класса А-III. Для колонн зданий большей этажности можно применять жесткую арматуру (рис. 12.3, в), однако использование ее в колоннах приводит к большому расходу стали.

Повышение несущей способности колонн и сохранение их унифицированного сечения можно получить путем поперечного армирования часто расположенными сварными сетками в сочетании с продольной обычной и особенно высокопрочной арматурой. В этом случае предельные продольные деформации бетона при сжатии повышаются более чем в 2 раза и напряжения в сжатой высокопрочной арматуре достигают условного предела текучести. Наряду с этим появились предложения по усилению колонн нижних этажей, нагруженных продольными силами с малыми эксцентриситетами, сердечниками из высокопрочной гибкой арматуры (рис. 12.3,6).

Рис. 12.3. Конструкции многоэтажных гражданских каркасных зданий:

1 – полосовая сталь; 2 – центрирующая прокладка;

3 – сердечник из высокопрочной арматуры;

4 – закладные детали для соединения с колонной,

воспринимающие усилия сдвига; 5 - напрягаемая арматура

Разрезка колонн линейная, на несколько этажей. Имеется тенденция к увеличению длины сборных элементов колонн до 4...5 этажей (до 15 м) в целях уменьшения числа стыков и исключения случайных эксцентриситетов, вызванных неточностями монтажа. Для таких гибких элементов существенное значение приобретает расчет прочности и трещиностойкости в стадиях транспортирования и монтажа. В целях повышения этих качеств целесообразно предварительно напрягать продольную арматуру колонн. Стыкование колонн по высоте производится ванной сваркой выпусков рабочей арматуры (рис. 5.5, а) или без сварки через тонкие растворные швы.

Особенностью стыков, выполняемых ванной сваркой арматуры больших диаметров 36...40 мм, является возникновение сжатия в бетоне и растяжения в арматуре из-за разогрева стержней при сварке. Растягивающие напряжения в арматуре могут привести к разрыву стержней. Во избежание этого сварку стержней выполняют по диагонали последовательно по одному стержню или попарно. Для уменьшения свободной длины сварных выпусков продольной арматуры колонны устраивают хомут d=12 мм, охватывающий продольные рабочие стержни и предохраняющий их от потери устойчивости.

●Диафрагмы, воспринимающие главным образом горизонтальные нагрузки, обычно образуются из железобетонных панелей толщиной 14...18 см, располагаемых между колоннами и соединенных с ними с помощью связей, воспринимающих сдвигающие усилия. Панели диафрагм могут быть плоскими или двухконсольными (рис. 12.3, г, д). Плоские панели устанавливают по осям, парал­лельным направлению настилов перекрытий. Двухкон-сольные располагают в плоскостях, параллельных рамам каркаса, совмещая их с ригелями. Армируют панели контурными и промежуточными каркасами из стержней Ø12...16 мм или сетками из проволоки Ø5...6 мм с шагом 200 мм, располагаемым у обеих граней, Связи между панелями и колоннами осуществляют путем сварки закладных деталей: вертикальные швы заполняют це-ментно-песчаным раствором, горизонтальные швы — бетоном на мелком щебне. Горизонтальные стыки диафрагм могут быть шпоночными и плоскими. Практика показывает, что при таком соединении диафрагмы работают как сплошные монолитные столбы.

Количество и расстановка диафрагм в плане здания должны обеспечивать необходимую прочность и пространственную жесткость здания в обоих направлениях, препятствовать кручению его в плане, не создавать больших температурных усилий или неравномерных деформаций вертикальных элементов (см. рис. 12.1, а). Следует стремиться к сокращению общего числа диафрагм, увеличивая их размеры.

При больших горизонтальных нагрузках в диафрагмах, обычно работающих на сжатие, в части сечений могут возникать растягивающие усилия. В этом случае диафрагмы могут быть запроектированы предварительно напряженными (рис. 12.3, е).

●Ядра жесткости выполняются монолитными и сборными. Сечение ядер жесткости может быть коробчатым, двутавровым и т. п. Монолитные ядра жесткости делают в скользящей или переставной опалубке, при этом оставляют отверстия для дверных проемов и установки ригелей. Толщина стенок 20...40 см. Сборные ядра собирают из отдельных панелей стен подобно плоским диафрагмам. В зданиях, имеющих значительную протяженность или сложную форму в плане, может устраиваться несколько ядер жесткости.

●Плиты и ригели составляют сборные перекрытия. Ригели проектируют таврового сечения с полкой в нижней зоне, на которую опираются плиты перекрытий; такое решение позволяет снизить строительную высоту этажа, однако в этом случае необходимо исключить возможность откола полки в месте ее примыкания к ребру путем увеличения ее высоты или армирования. Соединение ригелей с колоннами в связевых системах осуществляют с помощью стыка со скрытой консолью (см. рис. 9.4, в), воспринимающего небольшой опорный момент. Ограничение опорного момента заданной величиной (55 кН·м) достигают с помощью специальной металлической накладки по верху ригеля — «рыбки», привариваемой к ригелю и колонне. «Рыбка» имеет суженный участок, поперечное сечение которого соответствует растя-

гивающему усилию при заданном опорном моменте. Увеличение нагрузки вызывает в суженной части накладки пластические деформации, обеспечивающие поворот сечения ригеля без увеличения опорного момента. Стык связевого каркаса может также решаться шарнирным. Конструкция его отличается от рассмотренной отсутствием «рыбки».

В рамно-связевых системах, где узлы воспринимают изгибающие моменты от эксплуатационных нагрузок, стык принципиально решается так же, как и в рамных системах (см. рис. 9.4, а).

Панели перекрытий подразделяются на связевые, укладываемые по внутренним осям здания, рядовые и фасадные, укладываемые по наружным рядам колонн и несущие нагрузку от ограждающих конструкций. Рядовые и фасадные панели связываются поверху монтажными накладками, обеспечивающими передачу растягивающих усилий в горизонтальных дисках покрытий.

Панели перекрытий чаще всего выполняют многопустотными, высотой сечения 220 мм. Для эффективного воспринятия сдвигающих усилий при работе плит в составе перекрытия в швах между плитами устраивают шпонки. С этой целью на боковых поверхностях плит оставляют углубления, после заливки швов бетоном и его твердения швы работают как шпоночные соединения. Кроме того, панели могут соединяться путем сварки закладных деталей, а при больших расстояниях между вертикальными диафрагмами (20...30 м) по контуру перекрытия устраивают обвязочные балки.

В зданиях рамно-связевой системы роль продольных ригелей выполняют предварительно напряженные плоские панели-распорки, которые выступами опираются на полки ригелей.

В торговых, административных и других зданиях, требующих увеличенной сетки колонн, применяют и ребристые панели, например типа 2Т.

Перекрытия зданий с ядрами жесткости, имеющих сложное очертание в плане, могут выполняться в виде монолитных безбалочных плит, возводимых методом подъема перекрытий.

■ Панельные здания. Эти здания используют главным образом в жилищном строительстве. Ширина зданий из условий освещенности и удобства планировки внутренних помещений назначается 12...16 м. Панельные дома массового строительства решаются в одном из следующих вариантов: 1) с продольными и поперечными несущими стенами; 2) только с продольными несущими; 3) только с поперечными несущими стенами. Конструктивная схема с поперечными несущими стенами более выгодна, так как панели перекрытий в этом случае опираются на внутренние поперечные стены (перегородки), что позволяет предельно укрупнять и облегчать наружные стеновые панели. Последние, не воспринимая нагрузки от перекрытий и выполняя лишь ограждающие функции, могут быть изготовлены из легких эффективных материалов. Основными конструкциями панельных зданий являются внутренние и наружные стеновые панели и панели перекрытий.

●Внутренние несущие панели стен (рис. 12.4, а) обычно проектируют однослойными из тяжелого бетона класса не ниже В15. Толщину панелей определяют требованиями прочности, звукоизоляции и огнестойкости. Площадь горизонтальной и вертикальной арматуры, устанавливаемой у обеих плоскостей панели, принимают конструктивно в количестве 0,2 см²/м соответствующего сечения панели.

●Наружные ненесущие стены выполняют в виде однослойных панелей толщиной 240...350 мм из ячеистого бетона.

●Наружные несущие панели проектируют преимущественно двухслойными или трехслойными (рис. 12.4, б, в). Арматуру устанавливают только в слоях тяжелого бетона и выполняют в виде пространственного арматурного блока. Расчетной является только арматура перемычек.

Панели перекрытий выполняют в виде многопустотных или сплошных плит. При пролетах до 4,8 м плиты выполняют без предварительного напряжения, при больших пролетах — предварительно напряженными. Размещение арматуры зависит от схемы работы панели. В здании с продольными и поперечными несущими стенами (первый вариант) панели работают как плиты, опертые по трем или четырем сторонам, в остальных случаях — по двум.

Соединения панелей стен и перекрытий должны обеспечить совместную работу элементов в здании и воспринятие усилий сжатия, растяжения и сдвига. Вертикаль­ные стыки между панелями осуществляют с помощью бетонных шпоночных швов и сварки закладных деталей. Горизонтальные стыки по способу передачи сжимающих усилий подразделяются на платформенные (рис. 32.4, г), контактные (рис. 12.4, д) и комбинированные (рис. 12.4, е). Сопряжения внутренних стен с перекрытиями обычно выполняют с платформенными стыками, наружных — с платформенными и комбинированными.

В последние годы разработано конструктивное решение, получившее название «скрытый каркас», совмещающее достоинства зданий каркасного и панельного типа [17]. Несущими вертикальными конструкциями являются стеновые панели, усиленные бортовыми стальными элементами. Последние соединяются с бетоном панели анкерными связями сдвига (рис. 12.4, ж). Стыки панелей скрытого каркаса с перекрытиями выполняются платформенными или сборно-монолитными. Соединение бортовых элементов осуществляется на растворе. Конструкции «скрытого каркаса» экономичнее обычных каркасных за счет хорошей совместной работы панелей с бортовыми элементами и позволяют довести этажность здания до 50 и более.

Рис. 12.4. Конструкции панельных зданий:

1 — вертикальные каркасы; 2 — каркасы перемычки; 3 — выпуски арматуры для сварки со смежными элементами; 4 — слой тяжелого бетона; 5 — теплоизоляционный слой; 6—фактурный слой; 7—внутренняя поверхность; 8 — панели перекрытий; 9 — панели стен; 10 — раствор