Строительство домов с железобетонным каркасом пользуется такой же популярностью, как и строительство других видов монолитных домов. Каркасно-монолитный дом имеет в своей основе несущий каркас, состоящий из колонн и перекрытий со стенами из мелкоштучных материалов – кирпича или блоков.
Характеристика материала
Монолитный железобетонный каркас сооружается из бетона, марка по прочности, морозостойкость и плотность которого определяются проектом. Колонны и перекрытия армируются отдельными стержнями, связанными конструктивной арматурой и сетками. Диаметры отдельных стержней, арматуры в составе сеток и их шаг также принимаются в проекте по расчету.
Технология производства
Для устройства железобетонного каркаса здания на подготовленный фундамент вначале устанавливается и армируется опалубка для возведения колонн. Заливка бетона производится единовременно с помощью бетононасоса, смесь обязательно вибрируется. После схватывания бетона опалубка колонн снимается и устанавливается горизонтальная опалубка для перекрытий, которая также армируется сетками и заливается бетоном. В случае, когда дом имеет несколько этажей, вся процедура повторяется. После того, как готовый железобетонный каркас здания наберет необходимую прочность, выкладывают наружные и внутренние стены из кирпича или блоков. Дом снаружи облицовывается фасадными материалами, изнутри отделывается.
Преимущества и недостатки
Строительство монолитно-каркасных домов имеет следующие достоинства:
- прочность, устойчивость и долговечность. Монолитный дом с каркасом не боится возможных деформаций грунта, так как вся конструкция надежно связана в единую жесткую пространственную структуру;
- экологичность – все элементы здания выполняются из экологически чистых материалов;
- пожаробезопасность;
- возможность устройства гибкой планировки и перепланировки в последующем.
Одноэтажные железобетонные каркасы производственного здания с мостовым краном
Рис.1. Одноэтажные железобетонные
каркасы производственного здания
с мостовым краном:
а, б - варианты с фермой и балкой покрытия;
в, г - схемы поперечной и продольной рамы
Каркасные железобетонные конструктивные системы в общем случае состоят из трех основных конструкций, образующих несущую систему здания:
вертикальных линейных конструкций - колонн;
горизонтальных плоских конструкций - дисков перекрытий;
дополнительных вертикальных плоских или пространственных конструкций - устоев.
Колонны воспринимают усилия от вертикальных и горизонтальных нагрузок и передают их на фундаменты, в которые, как правило, жестко защемлены. Устои выполняют функцию вертикальных диафрагм жесткости и устанавливаются при недостаточной жесткости каркаса в горизонтальной плоскости в одном или двух направлениях. Устои опираются на фундаменты. Стеной-диафрагмой называют стену многоэтажного здания. Плоские сборные устои состоят из рам, заполненных специальными железобетонными стенами-диафрагмами, называют рамодиафрагмами или дискорамами, а при заполнении стержневыми или решетчатыми связями - ферморамами. Съемные решетчатые связи применяют в период монтажа здания для предотвращения потери устойчивости каркасом. Пространственные устои открытого в плане профиля (углового, швеллерного, двутаврового и др.) получаются в результате соединения нескольких плоских устоев. Устой замкнутого сечения называют ядром жесткости и выполняют обычно из монолитного железобетона в скользящей опалубке. Диски выполняют функцию жестких горизонтальных диафрагм, объединяющих колонны и устои в единую пространственную несущую систему и передающих на них вертикальные и горизонтальные нагрузки. В зависимости от конструкции дисков перекрытий каркасы делятся на балочные, состоящие из балок и плит, и безбалочные (безригельные), состоящие только из плит (Рис.1).
По способу изготовления железобетонные каркасные конструкции разделяются на:
сборные, состоящие из сборных колонн, дисков и устоев, изготавливаемых заранее и соединенных между собой на монтаже;
монолитные, состоящие из монолитных колонн, дисков и устоев, изготавливаемых в проектном положении на месте возведения каркаса;
сборно-монолитные, состоящие из сборных элементов и монолитного железобетона.
В зависимости от степени податливости стыка колонн с элементами диска перекрытия применяют жесткое сопряжение, называемое заделка, нежесткое - шарнир и податливое сопряжение.
Пространственные системы в общем случае разделяются на отдельные плоские каркасные системы в продольном и поперечном направлении. В зависимости от способа обеспечения прочности, жесткости и устойчивости здания плоские каркасные системы разделяются на рамные, связевые и рамно-связевые. В рамной каркасной системе вертикальная и горизонтальная нагрузки воспринимаются колоннами, объединенными с дисками перекрытий. В связевой каркасной системе вертикальная нагрузка воспринимается колоннами, объединенными с дисками перекрытий, а горизонтальная - вертикальными устоями. В рамно-связевой каркасной системе вертикальная и часть горизонтальной нагрузки воспринимаются колоннами, объединенными с дисками перекрытий, а остальная горизонтальная нагрузка - вертикальными устоями.
В пространственном каркасе рамно-связевой системы горизонтальная жесткость в одном направлении обычно обеспечивается рамами с жесткими узлами, а в другом направлении, где прочность и жесткость сопряжении недостаточна, - за счет установки вертикальных устоев.
Железобетонные каркасы
Рис.2. Железобетонные каркасы:
а, б - балочной конструкции с
ребристым и гладким потолком;
в, г - безбалочной конструкции
с капителями и без капителей
В пространственной каркасной системе отдельные плоские каркасные системы могут иметь одинаковое и различное конструктивное решение: рамное, связевое или рамно-связевое. При одинаковой жесткости плоских конструктивных систем в одном направлении пространственная работа каркаса обеспечивается самостоятельной работой отдельных плоских каркасных систем. При различной жесткости плоских конструктивных систем, особенно, когда вертикальные жесткие элементы располагаются не в каждой плоскости, пространственная работа каркаса обеспечивается за счет работы жестких в своей плоскости горизонтальных дисков перекрытий и покрытий, передающих горизонтальные усилия между вертикальными плоскими устоями различной жесткости.
Каркасы рамной системы применяют в производственных и общественных зданиях, требующих для нормального функционирования свободной планировки помещений в обоих направлениях. В этих условиях применимы и каркасы рамно-связевой системы с увеличенным шагом колонн и решетчатыми устоями в виде фермерам.
Каркасы связевой системы с вертикальными устоями в виде дискорам удобны для жилых, административных и общественных зданий с небольшими помещениями, регулярно расположенными на этажах. В этих зданиях требуются гладкие потолки. Поэтому применяются балочные каркасы с выступающими вниз ригелями и плитами с гладкой нижней плоскостью или безбалочные перекрытия с абсолютно гладким потолком, облегчающие планировку помещений и улучшающие интерьеры.
Безбалочные и балочные каркасы с гладкой нижней поверхностью плит применяются и в производственных зданиях, где каркасы с ребристыми перекрытиями не допускаются.
В каркасных зданиях обычно применяют сборные навесные железобетонные панели наружных стен. Однако имеются решения и с несущими наружными стенами в виде железобетонных панелей вертикальной разрезки или из кирпича. В составе каркасов обычно применяют также сборные перегородки, лестничные марши, сантехкабины, лифтовые шахты, вентиляционные блоки и т.п.
Сборные железобетонные одноэтажные и многоэтажные каркасы балочного типа являются наиболее распространенным типом каркасных зданий в практике отечественного строительства.
Схемы разрезки каркаса на сложные и линейные монтажные элементы
Рис.3. Схемы разрезки каркаса на сложные (а-г) и линейные (д, е) монтажные элементы
Одноэтажные сборные железобетонные каркасы балочного типа для зданий промышленного назначения со значительной высотой и пролетами, в том числе и с мостовыми кранами, обычно выполняются в поперечном направлении по рамной конструктивной схеме, образуемой колоннами, защемленными в фундаментах, и балками или фермами, шарнирно опирающимися на колонны (Рис.2). В продольном направлении каркасы выполняются по связевой конструктивной схеме, образуемой колоннами, ребристыми плитами покрытия, опирающимися на балки или фермы, и вертикальными элементами, жесткими в горизонтальном направлении и образуемыми соседними колоннами, соединенными стальными решетчатыми связями.
Сборные многоэтажные железобетонные каркасы для удобства изготовления, транспортирования и монтажа разрезают на элементы (Рис.3):
укрупненные Н- и П-образные и крестообразные элементы;
Т-образные колонны и ригели-вставки;
линейные с одноэтажными колоннами с неразрезными и разрезными ригелями;
линейные с однопролетными ригелями и одно-, трехэтажными колоннами.
Первые три способа разрезки предназначены для рамных каркасов с заделками в узлах, применяемых в сейсмических районах (Рис.4, а). За рубежом имеются примеры разрезки рам на пространственные элементы (Рис.4, в, г). Однако такие каркасы не получили широкого распространения из-за сложности изготовления, особенно при различных высотах этажей и пролетах рам.
Каркасы с крестообразными колоннами и преднапряженными ригелями-вставками целесообразны для рам больших пролетов: 9 м (серия ИИ-04, вып. 14) и 12 м (каркас РЭК 12х12) (Рис.4, б).
Фрагменты сборных каркасов с укрупненными монтажными элементами
Рис.4. Фрагменты сборных каркасов с укрупненными монтажными элементами:
а - плоскими крестообразными элементами;
б - Т-образными колоннами и ригелями-вставками (РЭК 12х12);
в - пространственными крестообразными элементами;
г - пространственными Н-образными элементами
Рамный каркас с совмещенным жестким стыком колонн и ригелей с колоннами типа УК-1 (Рис.3, д) был разработан в 1958-60гг. институтом общественных зданий для зданий до 5 этажей и с сеткой колонн до 6х6 м.
Наибольшее распространение получили каркасы с разрезкой на одно-, трехэтажные колонны с вынесенным стыком ригелей с колоннами (Рис.3, е). К ним относятся:
рамные каркасы ИИ-50 и ИИ-60 для строительства промышленных зданий, разработанные в 50-е годы, которые были переработаны в серию ИИ-20 ЦНИИПромзданий в 1964г., а в 80-е годы в серию 1.420;
рамно-связевый каркас серии ИИ-04 для общественных и административно-бытовых зданий 1964г.;
связевые каркасы КМС-101 и ИИ-04 (Рис.5а, б), которые в дальнейшем были модернизированы, соответственно, в серии ТК1-2 и 1.020-1/83 межвидового применения для гражданских и промышленных зданий.
Балочный каркас серии 1.420 включает сетки колонн 6х6,9х6 и 12х6 м, высоты этажей 3,6; 4,8 и 6 м, нагрузку до 25 кН/м². В составе каркаса разработаны варианты перекрытий из ребристых плит с опиранием на полки ригелей l-образного сечения и на ригели прямоугольного сечения; сечения колонн приняты 40х40 и 40х60 см.
В рамном каркасе серии ИИ-04 стык ригеля с колоннами впервые решен со скрытой консолью колонн. Предел применимости чисто рамной схемы ограничен величиной узлового момента 176 кНм. Сетки колонн в каркасе приняты 6х6; 6х4,5 и 6х3 м с высотами этажей 3,3; 4,2 и 2,4 м и решались с помощью ригелей таврового сечения высотой 45 см, многопустотных и ребристых плит с нижней полкой и колонн сечением 40х40 и 30х30 см.
Жесткость рамных каркасов в направлении из плоскости рам создается за счет защемления межколонных связевых плит на опорах или с помощью специальных балок, жестко соединяемых с колоннами (Рис.4а, в).
Фрагменты связевых каркасов
Рис.5. Фрагменты связевых каркасов:
а - КМС-101; б - ИИ-04; в - 1.020-1;
1 - колонны; 2 - ригели; 3 - связевые плиты; 4 - рядовые плиты; 5 - металлические связи; 6 - диафрагмы; 7 - стены; 8 - лестничные марши
При совершенствовании рамных каркасов и разработке связевых каркасов стык колонн, осуществляемый с помощью многопроходной сварки тяжелых металлических оголовников, был заменен на плоский безметальный стык с ванной сваркой выпускаемых продольных арматурных стержней (см. раздел Колонна железобетонная); а сам стык для удобства монтажа вынесен над уровнем перекрытия (Рис.5а, б), что позволило вести сборку каркасов индустриальными методами с помощью одиночных и групповых кондукторов. Отказ от металлических оголовников и снижение опорных моментов в связевых каркасах (КМС-101 и ИИ-04) до 55 кН м позволило значительно упростить армирование ригелей и колонн и провести унификацию арматурных изделий.
В связевых каркасах межвидового применения 1.020-1/83 принят шарнирный стык ригеля с колоннами, а в каркасе ТК1-2 опорный момент снижен до 25 кНм. В эти каркасы наряду с круглопустотными плитами включены плиты 2Т пролетом 9 и 12 м и ребристые П-образные плиты. В серии 1.020-1/83 плиты 2Т опираются на ригели в подрезку (Рис.5в).
Конструкции стыков ригелей и колонн сборных рамных и связевых каркасов даны в разделе Рама железобетонная. Объединение плит и ригелей сборных каркасов в жесткие диски перекрытий осуществляется путем сварки закладных деталей примыкающих элементов и замоноличивания бетоном швов между ними. Поскольку заделка швов является обязательным требованием, то сборные каркасы правильнее называть сборно-омоноличенными.
Монолитные каркасы балочного типа были предложены в 1982г. во Франции. Они выполняются в виде монолитных одноэтажных и многоэтажных рам с жесткими узлами и дисков перекрытий с настилом в виде ребристой или сплошной монолитной плиты (Рис.1а, б).
В сборно-монолитных каркасах применяются обычно сборные колонны и монолитные или сборно-монолитные диски перекрытий, которые рассмотрены в разделах Сборно-монолитные железобетонные конструкции, Перекрытия железобетонные, Рама железобетонная, Балка железобетонная, Плита железобетонная. К сборно-монолитным относится сейсмический рамно-связевый каркас ИИС-04, разработанный ТбилЗНИИЭПом, а также каркас Радиус трех модификаций АО Инрекон с выступающим и без выступающего вниз ригеля.
Помимо каркасов балочного типа широкое применение имеют безригельные каркасы или каркасы с безбалочным перекрытием (Рис.1в, г). Безригельные каркасы включают колонны и перекрытия, состоящие из отдельных сборных плоских плит или сплошной плоской монолитной плиты. Сборные плиты разделяются на подколенные, устанавливаемые в месте расположения колонны, с отверстием для пропуска колонны; межколонные, располагаемые в пролете между надколенными плитами, и средние плиты (Рис.6а). Для усиления надколенных плит могут предусматриваться специальные дополнительные элементы - капители (Рис.1в). Жесткие соединения сборных элементов каркаса образуются путем сварки закладных деталей, сварных или безсварных соединений арматурных выпусков и последующего замоноличивания сопряжений.
Безбалочные каркасные системы
Рис.6. Безбалочные каркасные системы:
а - Куб-2 с диском, разделенным на монтажные элементы-плиты;
б - возводимые методом подъема цельных дисков перекрытий
Восприятие безригельным каркасом со сборными плитами горизонтальных нагрузок может осуществляться частично по рамной схеме за счет ограниченно жесткого соединения колонн с плитами либо в общем случае по связевой схеме с помощью диафрагм и ядер жесткости.
Другим вариантом сборных многоэтажных каркасов является предварительно напряженный каркас, устраиваемый путем соединения сборных колонн и плит перекрытий, предварительно напряженной арматурой, располагаемой в швах между плитами и пропускаемой через отверстия в колоннах, с последующим бетонированием.
Особое конструктивное решение имеют безригельные каркасы, возводимые методом подъема цельных дисков перекрытий, изготовляемых внизу на уровне основания, при заранее установленных колоннах и ядрах жесткости, проходящих через отверстия в плитах (Рис.6б). Плиты перекрытия выполняются в виде сплошной монолитной плиты или состоящей из отдельных сборных плитных элементов, соединяемых между собой путем сварного или безсварного сопряжения выпусков арматуры с последующим замоноличиванием швов между сборными плитами. Вокруг отверстий плит, через которые проходят колонны, предусматривается устройство жестких стальных элементов, служащих для подъема плит, закрепления плит в стадии монтажа и соединения плит с колоннами, обеспечивающих передачу нагрузок от перекрытий на колонны в стадии эксплуатации. Восприятие горизонтальных нагрузок обеспечивается в таких безригельных каркасах по связевой конструктивной схеме с помощью ядер жесткости и жестких дисков перекрытий.
Монолитные диски перекрытий безригельных каркасов условно разделяются на надколонные и межколонные полосы с соответствующим более сильным армированием продольной арматурой, учитывающим неравномерное распределение усилий по ширине плиты. При устройстве плоской монолитной плиты перекрытия создается жесткий узел сопряжении плиты с колонной с усиленным продольным и поперечным армированием в зоне узла, позволяющим воспринимать усилия, передающиеся от колонны на плиту. Восприятие горизонтальных нагрузок безригельным каркасом с монолитной плитой перекрытия осуществляется по рамной или рамно-связевой конструктивной схеме, исходя из сопротивления выделенных в каркасе заменяющих рам, состоящих из ряда колонн и условных ригелей, включающих полосу плиты, равную расстоянию между серединами двух поперечных пролетов, примыкающих к соответствующему ряду колонн, при жестком узле сопряжения условного ригеля с колоннами.
Преимущества железобетонного каркаса
Железобетонный каркас - это: Преимущества железобетонного каркаса
Заводское качество
Скорость монтажа
Меньший вес конструкции
Высокая огнестойкость
Упрощение обустройства фундамента
Строительство зданий до 25 этажей
Удешевление строительства
Свободные планировки
Дополнительная полезная площадь.
Технические аспекты
Плиты пустотные, производимые по безопалубочной технологии (стендовым методом), толщиной 150, 220, 265, 400 и 500мм, длиной до 21м с полезной нагрузкой до 2400 кг/м2. Имеющееся у ОАО «ПО «Баррикада» оборудование позволяет резать торцы пустотных настилов под углом от 30 до 90 градусов, а также нарезать сегментами, образуя закругленный торец плиты. Это позволяет использовать их для перекрытий, имеющих в плане округлую форму.
Преимущества железобетонного каркаса Длиннопролетные преднапряженные балки пролетом до 20м.
Длиннопролетные преднапряженные ригели (однополочные и двухполочные) пролетом до 20м.
Колонны 1…3-х консольные с фасками без ограничения длины и размеров сечения.
Панели трехслойные с утеплителем любых размеров и конфигураций, подлежащих транспортировке.
Использование преднапряженной арматуры обеспечивает экономию металла и позволяет изготавливать изделия увеличенной длины без изменения несущей способности, т.е. возможен переход от привычного шага колонн 6х6м к сеткам колонн с шагом 9х9м, 9х12м и более. Преднапряженные конструкции легче, чем аналогичные по конструктивным параметрам изделия из обычного железобетона.
Качество.
Преимущества железобетонного каркаса Сборный железобетонный каркас обеспечивает заводское качество изготовления изделий. В отличие от монолитной технологии, производство железобетонных изделий осуществляется в цехах завода. Особые сложности при монолитной технологии возникают при бетонировании в зимних условиях. Поскольку работа с монолитом идет послойно - снижается качество бетонных работ. С точки зрения преимуществ для потребителя «заводское качество изделий» означает:
пооперационный контроль качества на всех этапах производства, начиная от входного контроля сырья до прохождения ОТК готовым изделием,
использование бетонной смеси, изготовленной на бетоносмесительных узлах с компьютерным управлением,
обеспечение оптимального режима тепловлажностной обработки изделий,
отсутствие внутренних полостей в изделиях за счет вибрирования элементов на этапе формовки,
ультразвуковой контроль колонн, балок, ригелей на наличие в них скрытых трещин и пустот,
проверка «кубиковой» прочности каждой партии изделий,
предоставление паспорта качества на продукцию.
Завод выпускает изделия с точным соблюдением габаритов и геометрии. Поверхность плит позволяет проводить последующую отделку - окраску, оклейку обоями - без дополнительных затрат на подготовку.
Экономия времени
Преимущества железобетонного каркаса Преимущества железобетонного каркаса Сборка каркасов осуществляется быстрее, чем изготовление конструкций методом замоноличивания. При использовании монолитной технологии возведения здания скорость строительства ограничивается количеством опалубки, которой располагает строительная организация. Как правило, за 20-28 дней можно выполнить работы на площади примерно в 200 квадратных метров. Для этого необходимо установить опалубку. Уложить арматуру. Залить и провибрировать бетон. И, если точно соблюдается технология выполнения бетонных работ, в течение 2-3 недель, ожидать твердения бетона. Лишь после этого осуществляется разборка опалубки и ее установка на новый участок.
Преимущества железобетонного каркаса Основным отличием сборного железобетонного каркаса являются:
скорость возведения здания,
полная прочность конструкции сразу после монтажа и заделки стыков.
Строители избавляются от обязанности по обеспечению требуемого темпа поставки изделий на стройплощадку. Решение этой задачи принимает на себя производитель. На месте строительства нужно только смонтировать каркас, доставленный на площадку в соответствии с заранее утвержденным графиком.
Как показывает практика, для объекта площадью около 100 тыс.кв. метров, экономия времени на этапе возведения каркаса здания составляет 5 месяцев.
Вес конструкции.
Вес здания из сборного железобетонного каркаса меньше монолитного здания. Учитывая специфику монолитной технологии проектировщики закладывают больший коэффициент запаса материала, в результате чего увеличивается расход металла и бетона. Преимущества железобетонного каркаса Здание становится тяжелее, а это, учитывая характер петербургских грунтов, увеличивает риск осадки сооружения в дальнейшем. Использование преднапряженного железобетона, а также пустотных плит покрытия и перекрытия также уменьшает вес здания, сокращает нагрузку, воспринимаемую колоннами.
Разнообразие архитектурных решений.
Применяя сборный железобетонный каркас, можно проектировать многоэтажные здания (до 25 этажей) с любой высотой этажа. При этом применяются сборные железобетонные колонны сечением 600х600мм для первых 8 этажей и 400х400 мм для верхних 17. Для опирания ригелей в колоннах предусматриваются поэтажные прямоугольные железобетонные кулачковые консоли, выполняемые заподлицо с контуром сечения ригелей.
Преимущества железобетонного каркаса Жесткость и геометрическая неизменяемость здания обеспечивается совместной работой дисков перекрытий, диафрагм жесткости, ригелей и колонн.
Пустотные плиты могут изготавливаться на непрерывных стендах и обрезаться на нужную длину циркулярной пилой - то есть строители могут заказать плиты произвольной длины. Стандартный торец плиты - прямоугольный, но возможны скошенные под углом от 30 до 90 градусов и арочные торцы плит.
Удешевление строительства
Сборный железобетонный каркас до 20..30% экономичнее монолитной технологии и, с точки зрения огнестойкости, безопаснее металлических конструкций.
Преимущества железобетонного каркаса Экономичность железобетонного каркаса обусловлена следующими факторами:
использование сборного железобетонного каркаса не требует прогрева рабочей зоны при отрицательных температурах окружающего воздуха. Это означает экономию на энергоресурсах (топливо для дизель-генераторов, специальные укрывные маты, работы по организации прогрева и т.д.)
монолитные работы при отрицательных температурах требуют применения бетонных смесей на основе более дорогих быстротвердеющих и высокоактивных цементов,
при монолитных работах, выполняемых на строительной площадке, повышается расход арматурной стали,
Преимущества железобетонного каркаса качественное выполнение монолитных работ требует затрат на периодическую очистку используемой опалубки. В зимний период к этому прибавляются снег и наледь, налипающие на опалубку,
меньше вес здания - меньше затраты на обустройство фундаментного основания,
в отличие от металлоконструкций, железобетонные изделия не требуют антикоррозионной защиты и проведения пожарозащитных мероприятий.
при использовании сборного железобетонного каркаса сокращается количество рабочих, занятых на стройке.
Упрощение строительной логистики
Использование сборного железобетонного каркаса упрощает процесс обеспечения жизнедеятельности стройки:
Преимущества железобетонного каркаса при монолитных работах необходимо обеспечивать непрерывный технологический процесс поставки на строительную площадку бетона и металла, соблюдение жестких временных ограничений в процессе заливки бетона,
использование железобетонного каркаса снимает со строителей обязанность по обеспечению соблюдения графика поставок на строительную площадку необходимых материалов. В случае железобетонных конструкций - это задача производителя,
при использовании технологии сборного железобетонного каркаса появляется возможность хранения на стройке некоторого запаса железобетонных изделий, что гарантирует непрерывность процесса сборки каркаса,
использование сборного железобетонного каркаса сокращает потребность в неквалифицированной рабочей силе. Учитывая, что значительную часть неквалифицированных рабочих составляют граждане ближнего зарубежья, это означает оптимизацию расходов на их размещение и оплату труда.
Потребительские качества готового здания
Преимущества железобетонного каркаса Сборный железобетонный каркас обеспечивает гибкость архитектурных решений. При этом за счет увеличения шага колонн и уменьшения толщины стен появляется дополнительная полезная площадь. Внешние габариты здания остаются неизменными.
Использование элементов индивидуального изготовления позволяет воплощать различные архитектурные решения. Торцы пустотных настилов могут быть отпилены под углом от 30 до 90 градусов. Можно формировать закругленный торец плиты. Это позволяет использовать плиты для перекрытий, имеющих в плане округлую форму. Более того, сочетание железобетонного каркаса с монолитными участками открывает безграничные возможности по реализации любого архитектурного облика здания.
Преимущества железобетонного каркаса Преднапряженные большепролетные балки в сочетании с пустотными плитами толщиной 265мм, 400мм и 500мм при сохранении воспринимаемой нагрузки позволяют изготавливать и монтировать большепролетные конструкции длиной до 21 метра.
Изменение сетки колонн с 6х6м до 9х9м, 9х12м и более обеспечивает увеличение полезной площади здания без изменения его общих габаритов.
Пример: Общая площадь здания - торгового центра - 21,6 тыс.кв. м (240х90 м). При шаге колонн 6х6 м количество используемых колонн - 656 шт. При шаге колонн 9х12 м - количество Преимущества железобетонного каркаса используемых колонн - 231. Примем сечение колонны равным 400х400мм. Площадь занимаемая колоннами при шаге 6х6 м составляет - 105 кв.м. Площадь, занимаемая колоннами при шаге 9х12м - 37 м. Таким образом, увеличение шага колонн позволяет получить дополнительную полезную площадь 68 кв.м. или около 0,4% общей площади здания. При ставке аренды торговой площади порядка 12,5 тыс.руб. в год за 1 кв.м, эта площадь будет приносить владельцу комплекса 12 500х68=850 000 руб. дополнительной арендной платы ежегодно.
Меньший вес здания на основе железобетонного каркаса - меньший риск осадки здания в процессе его эксплуатации. Это особенно важно в условиях слабых грунтов, характерных для Санкт-Петербурга и Ленинградской области.
Резюме
Преимущества железобетонного каркаса Характерные черты сборного железобетонного каркаса, отличающие этот способ строительства от других видов:
Заводское качество производимых изделий, гарантированный контроль на всех этапах производства,
Независимость качества монтажных работ от сезона и погодных условий,
Высокая скорость монтажа,
Ответственность за обеспечение строительной площадки необходимыми изделиями для поддержания темпов строительства лежит на заводе-изготовителе.
Преимущества железобетонного каркаса Темпы возведения здания ограничены только мощностью производителя,
Сокращение количества рабочих на стройплощадке,
Снижение общего веса конструкции - уменьшение вероятности осадки здания,
Увеличение шага колонн при уменьшении толщины стен - увеличение полезной площади здания,
Возможность реализации нетиповых проектов любой сложности.
Зачем нужен монолитный железобетонный каркас для строительства домов из газобетонных блоков?
Газобетон как материал весьма ограничен по прочности на сжатие, поэтому использование газобетонных блоков при строительстве домов, так же имеет ряд предписаний. Класс прочности газобетона плотностью D 500 соответствует марке М50 что означает следующее: не разрушаясь газоблок может выдержать давление 50 кг на квадратный сантиметр.
Монолитный железобетонный каркас для строительства домов
Допустим, Вы намерены начать строительство загородного частного дома или коттеджа под ключ из газобетонных блоков. И это будет строительство двухэтажного дома. Нагрузка, на кладку из газобетона на первом этаже, будет не маленькой, особенно если Вы намерены сделать монолитную железобетонную плиту в качестве перекрытия. Какова нагрузка можно высчитать нехитрыми арифметическими вычислениями. Если двухэтажный дом 12х12 м, пятистенок, высота этажей по 3 метра, а толщина газобетонных стен равна 0,4 м, то объем газобетона равен 12х5х0,4х6=144 кубометра, соответственно вес стен равен 144х500=72 000 кг. Плита перекрытия толщиной 20 см по объему равна 12х12х0,2=28,8 кубометров. Удельный вес бетона равен 2400 кг на кубометр отсюда следует что ее вес равен 28,8х2400=69 120 кг. Плюс вес кровли не менее 7 тонн.Итого 148 120 кг. Площадь опирания в квадратных сантиметрах равна 1200х5х40=240 000. Распределим вес на площадь 148120/240000=0,61 кг на сантиметр квадратный. А допустимо 50…
Всё говорит о том, что никаких поддерживающих каркасов при строительстве двухэтажного дома или коттеджа из газобетонных блоков вовсе не нужно. Но не надо забывать о том, что у нас есть окна и двери. Вес конструкции дома, который над проемом, ложится на оконную перемычку, а она, в свою очередь, переносит этот вес своими краями на пятно опирания перемычки на газобетонную кладку. И вот тут возникает концентрация давления. А если два окна находятся вблизи друг от друга, то простенок между окошками нагружается двумя перемычками. Какова нагрузка в этом месте? Вряд ли она так сильна, чтоб раздавить, и полностью разрушить, газобетонный блок, но слегка раскрошить поверхность блока, буквально считанные доли миллиметра, смять воздушные пузырьки на поверхности, это вполне возможно. Таким образом, в местах концентрации нагрузки газобетонная кладка дает небольшую усадку.
→ Схемы зданий
Железобетонные каркасы зданий и сооружений
Каркасы одноэтажных зданий. Элементы каркаса. Основные элементы железобетонного сборного каркаса одноэтажных промышленных зданий: фундаменты, фундаментные балки (рандбалки), колонны, подкрановые балки, несущие элементы покрытия (фермы, балки) и связи.
Все элементы сборных железобетонных каркасов унифицированы. Характеристика каждого из них дана в специальных каталогах. Для соединения сборных железобетонных элементов каркаса между собой, а также для крепления стен, покрытий и других элементов зданий они имеют закладные стальные детали.
Рис. 49. Общий вид сборного железобетонного каркаса: 1- колонна; 2 - подкрановая балка; 3 - ферма; 4- плиты покрытия; 5 – стальные рама фонаря; связи
Для строповки элементов каркаса при их транспортировании, складировании и монтаже в процессе изготовления в них закладывают монтажные (подъемные) петли из мягкой арматурной стали (класса А-1) или устраивают специальные отверстия. Сборку железобетонных элементов в каркас производят путем сварки стальных закладных деталей. На рис. 49 приведен общий вид сборного железобетонного каркаса одноэтажного промышленного здания.
Фундаменты. Под колонны каркаса зданий устраивают отдельно стоящие железобетонные фундаменты ступенчатой формы, имеющие в верхней части стакан, в который устанавливают колонны (рис. 50). Устройство этих фундаментов см. в § 24. фундаментные балки. В промышленных каркасных зданиях с шагом колонны 6 и 12 м фундаментные балки служат для опирания на них самонесущих стен и передачи от них нагрузок на фундаменты. Балки имеют тавровое (рис. 51) или трапецеидальное поперечное сечение. Длина основных балок при шаге колонны 6 м-4950 мм, при шаге 12 м- 10700 мм.
Рис. 50. Опирание колонны на фундамент: 1 - колонна; 2 - фундамент
Рис. 51. Фундаментная балка
Балки, укладываемые у торцов здания и температурных швов, где шаг колонн уменьшен, на 500 мм короче основных -4450 и 10 200 мм. Толщина балок для кирпичных стен-250, 380 и 510 мм, блочных -380 и 510 мм, панельных -200, 240, 300 и 400 мм. Высота фундаментных балок 400 и 600 мм.
Балки длиной 6 м изготовляют без предварительного напряжения, длиной 12 м-предварительно напряженными.
Рис. 52. Опирание фундаментной балки: 1 - фундаментная балка; 2 - бетонный столбик; 3 - фундамент
Под наружные стены балки укладывают с внешней стороны колонны, под внутренние стены - между колоннами на продольной раз-бивочной оси. Балки опирают непосредственно на ступени фундаментов или на бетонные столбики (рис. 52), выложенные по этим ступеням с таким расчетом, чтобы верхняя грань балок была расположена на отметке -0,030, т. е.на 30 мм ниже уровня чистого пола. Зазоры между торцами балок, а также между концами балок и колоннами заполняют бетоном марки 100.
По выровненной поверхности балок устраивают горизонтальную гидроизоляцию стен. Во избежание деформации балок при пучинистых (глинистых) грунтах, а также для защиты пристенной полосы пола от промерзания снизу и с боков фундаментных балок делают шлаковую подсыпку.
Фундаментные балки изготовляют из бетона марок 200-400, рабочую арматуру балок ФБ- из стали класса А-П, балок ФБН (фундаментные балки напряженные) - из стали класса А-Шв.
Колонны. В одноэтажных промышленных зданиях сборные Железобетонные колонны применяют сплошные прямоугольного сечения (рис. 53, а, б) и сквозные двухветвевые (рис. 53, в). В зданиях, оборудованных мостовыми кранами, колонны имеют консоли для опирания на них подкрановых балок, на которые укладывают рельсы для передвижения крана. Унифицированные колонны имеют высоту, кратную модулю 600 мм. Проектная высота колонны (Н) исчисляется от уровня чистого пола помещения, т. е. от отметки 0, 000 до верха колонны без учета ее нижнего конца длиной 900-1350 мм, заделываемого в фундамент.
Рис. 53. Типы сборных железобетонных колонн одноэтажных промышленных зданий: а - для бескрановых зданий; б-крановые прямоугольного сечения; в - крановая двухветвевая для средних рядов
Часть колонны, расположенную выше консолей, называют над-крановой, ниже - подкрановой. Надкрановую часть колонны, поддерживающую элементы покрытия, называют надколонником. В двух-ветвевых колоннах надколонник выполняют из одной ветви, вследствие чего для опчрания подкрановых балок создаются уступы. Верхний торец колонны имеет стальной закладной лист с анкерными болтами для крепления несущих элементов покрытия. Стальные закладные детали предусматривают также в местах установки подкрановых балок и связей и, кроме того, в боковых плоскостях крайних колонн (для крепления стен).
Для выверки положения колонн при их монтаже предусмотрены риски в виде вертикальных канавок треугольного профиля. Их наносят на четырех гранях колонн (вверху и внизу), а также на боковых гранях консолей колонн.
Колонны изготовляют из бетона марок 200, 300 и 400, рабочую арматуру - из стали класса А-Ш.
Колонны фахверка (вспомогательного каркаса) устраивают торцовых фахверках и фахверках продольных стен одноэтажных промышленных зданий при длине стеновых панелей 6 и 12 м.
Колонны рассчитывают на нагрузку от ветра и массыпанельныхстен. устанавливают колонны на самостоятельные фундаменты. Наружная грань колонн рассполагается в плоскости внутренней поверхности стен.
Колонны изготовляют из бетона марок 200--400, рабочая арматура - из стали класса А-Ш.
Рис. 54. Сборные железобетонные подкрановые балки: а -таврового сечения длиной 6 м б - двутаврового сечения длиной 12 м
Подкрановые балки служат для передвижения по ним мостовых кранов и являются продольными связями между колоннами каркаса. Балки устанавливают на железобетонные колонны при их шаге 6 и 12 м. Подкрановые балки имеют тавровое или двутавровое сечение. Балки пролетом 6 м изготовляют таврового поперечного сечения с утолщением стенки на опорах высотой 800 и 1000 мм (рис. 54, а), а пролетом 12 м. - двутаврового сечения высотой 1400 мм с усиленной верхней полкой (рисс 54, б). Верхние полки балок служат в основном для крепления к ним крановых рельс. В балках предусмотрены закладные детали, необходимые для крепления балок к колоннам и рельсовых путей к балкам. Все балки - предварительно напряженные.
Балки изготовляются из бетона марки 300-500, рабочая арматура-из высокопрочной проволоки Вр-П, стали класса А-Шв и др.
Стропильные балки. Их изготовляют односкатными, двускатными и с параллельными поясами (рис. 55).
Односкатные балки (рис. 55, а) применяют в покрытиях одноэтажных промышленных зданий пролетом 6-12 м, с шагом колонн 6 м и наружным водостоком. Двускатные балки (рис. 55, б) используют в покрытиях одноэтажных промышленных зданий при пролетах 6-18 м, шаге колонн 6 и 12 м с наружным и внутренним водостоком. Балки с параллельными поясами (рис. 55, в) применяют в покрытиях промышленных зданий с плоской кровлей при пролетах 12 и 18ми шаге колонн 6 и 12 м. Стропильные балки имеют тавровое или двутавровое сечение. В целях уменьшения массы балок и пропуска коммуникаций в их стенках устраивают отверстия различного очертания. Одно- и двускатные балки можно собирать из отдельных блоков с последующим натяжением пропущенной через них арматуры.
Балки устанавливают на железобетонные колонны или на несущие стены с устройством железобетонных подушек, а балки пролетом 18 м также на подстропильные балки. К колоннам балки покрытия прикрепляют анкерными болтами, выпущенными из колонн и проходящими через опорный лист, приваренный к закладной детали балки. Опорный лист балки прикрепляют к листу, заложенному в колонну.
В продольных температурных швах одну из балок устанавливают ца катковую опору.
Балки изготовляют из бетона марок 300, 400 и 500, рабочую арма-туру - из высокопрочной проволоки класса Вр-П или стержней из стали класса A-IV и А-Шв.
Рис. 55. Железобетонные балки: а - односкатные; б - двускатные; в - с параллельными поясами
Стропильные фермы - конструкции, состоящие из отдельных соединенных между собой стержней, образующих каркас.
Стержни фермы, расположенные по ее верхнему контуру, составляют верхний пояс, а по нижнему контуру - нижний пояс. Вертикальные стержни фермы называют стойками, наклонные - расколами. Стойки и раскосы, расположенные между верхними и нижними поясами, образуют решетку фермы, а точки (места), в которых сходятся концы стоек и раскосов,- узлы фермы. Участок между двумя соседними узлами называется панелью.
В зависимости от очертания верхнего пояса фермы делят на сегментные, с параллельными поясами и др. (рис. 56). Железобетонные фермы могут быть цельными или составными. Составные фермы выполняют из двух полуферм или нескольких блоков.
Рис. 56. Железобетонные предварительно напряженные Стропильные фермы: а - сегментная ферма; б - ферма с параллельными поясами
Их применяют в скатных и плоских покрытиях одноэтажных промышленных зданий пролетом 18 м и более. Устанавливают стропильные фермы на железобетонные колонны или подстропильные фермы. Для крепления ферм к колоннам (подстропильным фермам), а также к фермам плит покрытия, рам фонаря, связей в них предусмотрены соответствующие стальные закладные детали.
Фермы выполняют с предварительным напряжением нижнего пояса и растянутых раскосов (в фермах с параллельными поясами).
Изготовляют фермы из бетона марок 300-500, рабочую арматуру. - из высокопрочной проволоки Вр-Н и стержней из стали класса A-IV
и др.
Подстропильные фермы и балки применяют в покрытиях одноэтажных многопролетных промышленных зданий наряду со стропильными фермами и балками (рис. 57),
Подстропильные фермы и балки применяют в средних рядах зданий для опирания ферм или балок покрытия в тех случаях, когда их шаг составляет 6 м, а шаг колонн средних рядов - 12 м.
Подстропильные фермы (балки) устанавливают вдоль здания непосредственно на колонны, с которыми их скрепляют путем сварки закладных деталей. Все фермы (балки) имеют одинаковый пролет 12 м, кроме ферм, устанавливаемых в торцах здания и у поперечных температурных швов, пролет которых составляет 11, 5 м (в соответствии с расположением колонн). По концам и посредине (в нижнем узле) подстропильных ферм (балок) предусмотрены площадки для опирания стропильных ферм (балок). В площадках имеются закладные листы с приваренными к ним анкерными болтами.
Фермы (балки) изготовляют с предварительным напряжением нижнего пояса из бетона марок 400 и 500. Основная (напрягаемая) арматура - из высокопрочной проволоки класса Вр-11 и стали класса А-1У и др.
Связи. Жесткость сборного железобетонного каркаса в поперечном направлении (поперек пролетов) обеспечивается жесткостью самих колонн и их закреплением в фундаментах. В продольном на-правлении (вдоль пролетов) в зданиях с мостовыми кранами и без них при высоте более 9,6 м жесткость каркаса обеспечивается уста, новкой продольных вертикальных стальных связей(рис. 58), которые располагаются в каждом продольном ряду колонн у середины каждого температурного блока. Их выполняют из прокатных профилей и приваривают к специальным закладным деталям колонн.
Рис. 57. Подстропильные железобетонные предварительно напряженные конструкции: а - балка; б - ферма; в-деталь опиравши ферм покрытия на подстропильную ферму; 1 - подстропильная ферма; 2 - стропильные фермы; 3 - плиты покрытия; 4- закладные детали для крепления ферм; 5 - то же, для крепления плит
Рис. 58. Вертикальные связи между колоннами: а - крестовые; б - портальные; 1 -железобетонные колонны; 2 - подкрановые балки; 3 - балки (или фермы) покрытия; 4 - вертикальные связи
Кроме вертикальных связей между колоннами устанавливают также горизонтальные и вертикальные связи между фермами (балками) покрытия. Гори-, онтальные связи устанавливаются в горизонтальных плоскостях, е. в плоскостях верхнего и нижнего поясов ферм, вертикальные - в вертикальных плоскостях между фермами.
Каркасы многоэтажных зданий бывают рамного, связевого и рамно-связевого типа. Для зданий из сборных железобетонных элементов чаще применяют каркасы рамно-связевой системы (рис. 59).
Рис. 59. Многоэтажное здание с балочными перекрытиями рамно-связевой системы: 1 - самонесущая стена; 2 - ригель с полками; 3 - ребристые плиты; 4 - консоль колонны
Рис. 60. Колонны многоэтажных промышленных зданий
Основными элементами такого каркаса являются колонны, ригели, плиты перекрытий, связи.
Колонны (рис. 60) каркаса многоэтажных промышленных зданий обычно имеют сплошное прямоугольное сечение размером 400×400 или 400×600 мм, высоту на один или два этажа и выполняются консольного типа. В плане здания колонны имеют сетку 6×6 или 9×6 м.
Колонны нижнего этажа опирают на фундаменты стаканного типа. Колонны верхних этажей соединяют между собой путем сварки закладных стальных деталей. Торцы колонны снабжены стальными оголовками (сваренными из уголков и полос), к вертикальным стенкам которых приварены концы рабочей арматуры колонн. Стык осуществляется приваркой к тем же оголовкам коротких стыковых стержней.
В каркасах многоэтажных зданий стык колонн для удобства монтажа обычно предусматривают на высоте 0,6 м от уровня пола.
Колонны изготовляют из бетона марок 200-500, рабочую арма-ТУРУ - из стали класса А-Ш.
Ригели (рис. 61) используют в составе сборных железобетонных междуэтажных перекрытий в многоэтажных зданиях. Ригели изготовляют с полками для опирания плит и прямоугольного сечения без ц0ч лок длиной 6 и 9 м, высотой 800 мм и шириной 300 мм.
Ригели пролетом 6 м изготовляют без предварительного напряже. ния, а пролетом 9 м - с предварительным напряжением двух-трех стержней нижней рабочей арматуры. Для подвешивания комму. никаций в ригелях предусмотрены сквозные отверстия диаметром 50 мм. При монтаже каркаса эти отверстия используют для подъема ригелей.
Рис. 61. Ржели
Рис. 62. Плиты перекрытий
По концам ригелей в верхней части имеются выемки, в которых размещаются выпуски верхней опорной арматуры ригеля, стыкуемые с выпусками арматуры колонн.
Ригели устанавливают на консоли железобетонных колонн и соединяют с колоннами сваркой арматуры и закладных деталей с последующим замоноличиванием. Изготовляют их из бетона марок 200- 400, арматуру - из стали класса А-Ш (без предварительного напряжения) и А-Шв - для предварительно напряженной.
Плиты перекрытий (рис. 62) используют в составе сборных железобетонных перекрытий зданий. В многоэтажных зданиях применяют два типа плит перекрытий. Плиты 1-го типа изготовляют шириной 1500 и 750 и длиной 5550 и 5050, плиты 2-го типа - шириной 1500 и длиной 5950 мм. У продольных стен здания укладываются плит” номинальной ширины 750 мм.
Все плиты выполняют П-образного сечения высотой 400 мм. П торцам плит размещены глухие поперечные ребра такой же высот (плиты 1-го типа) и высотой 150 мм (плиты 2-готипа). Кроме того, в прилете имеются три промежуточных поперечных ребра высотой 200 мм. Толщина полки плит 50 мм. В продольных ребрах расположены отвер’ стия диаметром 35 мм {через 1 м) для подвешивания к перекрытию электропроводки и других грузов массой до 300 кг на одно отверстие.
Межколонные плиты (2-го типа), укладываемые по продольным разбивочным осям, так называемые распорные или связевые плиты, имеют вырезы в полках в местах примыкания к колоннам. Плиты изготовляют без предварительного напряжения или с предварительным напряжением рабочей арматуры. Продольные и поперечные ребра плит армируют плоскими сварными каркасами, полку - сварной сеткой. Основная арматура - стержневая.
Плиты 1-го типа укладывают на полки железобетонных ригелей(1-го типа), плиты 2-го типа - поверх железобетонных ригелей прямоугольного сечения (2-го типа).
Изготовляют плиты из бетона марок 200-300 (плиты 1-го типа) 300-400 (плиты 2-го типа), а основную рабочую арматуру - из сТали класса А-И, А-Ш и А-Ш в.
Связи. В сборных железобетонных каркасах рамно-связевой системы многоэтажных зданий колонны и ригели перекрытий образуют рЯд поперечных рам, обеспечивающих пространственную жесткость каркаса в поперечном направлении. Жесткость узлов сопряжения ригелей с колоннами достигается сваркой закладных деталей реги-лей и консолей колонн, а также сваркой выпусков верхней арматуры ригелей со стержнями, пропущенными сквозь тело колонны. Зазоры между колоннами и торцами ригелей заполняют бетоном.
Для обеспечения пространственной жесткости каркаса здания в продольном направлении на всех этажах в середине каждого температурного блока между колоннами продольных рядов ставят вертикальные стальные связи крестового или портального типа, привариваемые к закладным деталям колонн (см. рис. 58).
В многоэтажных зданиях пространственная жесткость здания в целом обеспечивается также проектированием в них так называемых стенок (диафрагм) и ядер жесткости. Стенки жесткости выполняют из сборного или монолитного железобетона”. В качестве сборного железобетона применяют отдельные стеновые панели, которые устанавливают между колоннами каркаса здания. Крепление панелей к колоннам и между собой (по высоте этажей) осуществляют электросваркой закладных стальных деталей в панелях и колоннах. Количество и места расположения стенок жесткости в каждом здании определяются расчетом и указываются в проекте.
Пространственные ядра жесткости, как правило, устраивают монолитными железобетонными, с толщиной стенок 20-40 см и более, в скользящей или переставной опалубке. В пределах ядра обычно размещаются лестнично-лифтовые узлы, вентиляционные шахты, мусоропроводы и другие коммуникации. Ядра жесткости обеспечивают (за счет выгодной статической работы) высокую жесткость здания при минимальном расходе бетона и стали по сравнению с плоскими системами связевых диафрагм. Кроме того, пространственные ядра жесткости эффективно работают и на восприятие крутящих моментов, возникающих под действием несимметричных горизонтальных (ветровых) нагрузок.
Деформационные швы. В каркасах зданий значительной протяженности устраивают деформационные (температурные) швы, которые расчленяют каркас и все опирающиеся на него конструкции на отдельные участки - блоки (рис. 63). Различают швы поперечные и продольные.
Поперечные температурные швы выполняют из сдвоенных колонн и> как правило, без вставки, т. е. без удвоения поперечных разбивоч-ньгх осей. Ось температурного шва совмещается с поперечной разбитной осью, а геометрические оси колонн (а также и опирающихся на них несущих конструкций перекрытия) смещаются с оси температур, ного шва на 500 мм. При этом на примыкающих к швам участках при. меняют плиты укороченной длины, а для заполнения промежутка между спаренными ригелями - специальные железобетонные элементы.
Рис. 63. Деформационные швы в каркасных зданиях; а - схема температурного поперечного шва (без вставки); б, в - то же, продольных швов (со вставкой); г - поперечный шов в покрытии; 1 - ось ряда; 2 - ось колонны; 3 - стальной столик; 4 ~ железобетонная вставка; 5 - железобетонная плита покрытия; 6, 7 - компенсаторы; 8 - кирпичная стенка; 9 - доска; 10 - фартук
Продольные температурные швы в зданиях с железобетонным каркасом выполняют из двух рядов колонн со вставкой между раз-бивочными осями размером 500, 1000 и 1500 мм, а в зданиях со стальным или смешанным каркасом - из одного ряда колонн.
Если в продольном температурном шве в покрытии имеются подстропильные конструкции, то для их размещения необходима привязка колонн 250 мм. Иногда температурный шов совмещают с осадочным. В таких случаях температурно-осадочный шов устраивают и в фундаментах спаренных колонн. Расстояния между температурными и температурно-осадочными швами для различных зданий и сооружений даны в соответствующих нормах проектирования.
Каркасы сооружений. Силосы. Силосные корпуса служат дл) хранения сыпучих материалов (зерна, цемента). Каркасы силосу сооружают из сборных железобетонных конструкций или из монолитного железобетона. Однако возведение монолитных силосов имеет ояд существенных недостатков: невозможность применения предварительного напряжения арматуры, термической обработки и т. д. применение монолитного железобетона осложняет производство работ в зимних условиях.
Рис. 64. Силосный корпус из сборного железобетона (поперечный разрез): 1 - крупные панели; 2 - рама; 3 - плита; 4 - кольца; 5 - шлакобетон; 6 - колонны; 7 - монолитная железобетонная плита; 8 - стеновые блоки; 9 - пилястры в крайних блоках
В последние годы строят сборные железобетонные силосы для хранения зерна и цемента, при сооружении которых в значительной степени устранены указанные выше недостатки, свойственные монолитным силосам. В силосном корпусе для хранения зерна, состоящем Из Двух блоков по 24 банки общей емкостью 32 тыс. т, из монолитного Железобетона выполняют только фундаментную плиту, остальные конструкции - из сборного железобетона (рис. 64). Силосные банки, имеющие высоту около 30 м, состоят из железобетонных колец высотой 1480 мм, армированных сварными сетками; внутренний диаметр колец 5,7 м, толщина стенок 120 мм, масса 8,1 т.
Силосы для хранения цемента высотой около 25 м монтируют из колец высотой 1490 мм, имеющих внутренний диаметр 10 м, стенки толщиной 200 мм и массу 24 т. Для стыкования колец на их верхних торцах предусматривают трапецеидальные пазы, на нижних торцах - гребни.
Соединение колец в банки производят двумя вариантами. Первый вариант заключается в том, что кольца опираются друг на друга насухо по двум круговым площадкам. По второму варианту стык колец выполняют с зазором около 20 мм, который заполняют раствором в процессе монтажа. По окружности колец в их пазы и гребни заранее (при изготовлении) заделывают три стальные плитки-опоры, которыми кольца при установке опираются друг на друга через центрирующие прокладки. Первый вариант соединения колец значительно проще второго, но не всегда обеспечивает точную Горизонтальность стыков колец; при нем возможны местные открытые зазоры в стыках и нарушение вертикальности стен банок.
Рис. 65. Вентиляторная градирня
Соединение банок между собой по образующим выполняется путем армирования стыка вертикальными пространственными каркасами и сетками, заходящими также в горизонтальные стыки между кольцами. Бетонирование стыка осуществляется в металлической опалубке, прикрепляемой к выпускам арматуры.
Градирни. В СССР разработаны и строятся многосекционные вентиляторные градирни из сборных железобетонных унифицированных элементов (рис. 65). Наземный каркас такой градирни состоит из колонн сечением 200×200 мм, устанавливаемых на расстоянии 4 м одна от другой и связываемых между собой поперечными и продольными двухветвевыми балками длиной 8 м общим сечением 500 X 200 мм. Каждая балка имеет три гнезда для соединения с колоннами. Для установки блоков оросителей в трех нижних ярусах на балки основного каркаса укладывают промежуточные балки. Верх градирни состоит из железобетонных коротких стоек, располагаемых по наружному периметру секций градирни, балок и кровельных плит.
По способу возведения железобетонные каркасы подразделяют на сборные и монолитные.
Сборный железобетонный каркас многоэтажных зданий с балочными перекрытиями в поперечном направлении конструируют по рамной схеме, предусматривающей воспринятие всех вертикальных и горизонтальных нагрузок жесткими рамными узлами (связи в плоскости рам отсутствуют), а в продольном направлении, как правило, — по связевой схеме, при которой геометрическая неизменяемость системы обеспечивается связями и жесткими диафрагмами. Возможно также решение, когда узлы рам выполняют жесткими не только в поперечном, ной в продольном направлении, однако в конструктивном отношении такая схема весьма сложна.
Монолитные каркасы применяют редко и главным образом в зданиях с повышенными требованиями к общей жесткости и устойчивости (монолитные каркасы решаются рамными в обоих направлениях), при больших статических и динамических нагрузках на перекрытия.
В зарубежной практике монолитные каркасы имеют широкое распространение, несмотря на то, что они имеют высокую трудоемкость и большую продолжительность возведения, требуют большого расхода лесоматериалов на опалубку. И только необходимость придания отдельным зданиям особо высокой жесткости и устойчивости, а также свойственная монолитному железобетону возможность создания разнообразных архитектурно-конструктивных форм не позволяет отказываться от монолитных каркасов.
Основными конструктивными схемами каркасов из монолитного железобетона являются: с поперечными рамами и продольными второстепенными балками; с продольными главными и поперечными второстепенными балками; с расположенными по колоннам в обоих направлениях балками и с опертыми по контуру плитами большой площади; с безбалочными перекрытиями (рис. 43).
Наибольшей поперечной жесткостью обладает первая схема. Однако высокие ригели рам стесняют помещения по высоте, а часто расположенные второстепенные балки затеняют потолок и из-за них образуется застой загрязненного воздуха и газов.
Схема с безбалочными перекрытиями имеет наименьшую жесткость, но позволяет получать наименьшую высоту этажей при заданной высоте помещений и лучшее естественное освещение. Разница в высотах этажей зданий, возведенных по первой и последней схемам, может достигать 0,5м.
В целях более широкого применения стандартной инвентарной опалубки при возведении монолитных конструкций произведена унификация размеров монолитных фундаментов, колонн, балок и плит.
Фундаменты имеют размеры подошв от 150X1500 до 7200X6600 мм (кратные 300 мм) и высоту 1800, 2400 и 3000 мм (допускаются высоты 1500, 2100 и 2700 мм). Высоту ступеней рекомендуется принимать 300, 450 и 600 мм. Размеры подколенников кратны модулю 300 мм (от 900X900 до 1200X2700 мм).
Сечения колонн в диапазоне от 300X300 до 600X1200 мм изменяются по ширине через 100 и по высоте — через 100 и 200 мм. Если необходимо принять большие сечения, их ширина должна быть кратной 200 мм, а высота — 300 мм.
Для балок рекомендуются следующие размеры: ширина 150, 200, 300, 400, 500 мм и далее кратно 10 мм, высота — от 300 до 800 (кратная 100 мм), 1000, 1200 мм и далее кратно 300 мм. Отношение высоты сечения балки к ее ширине выбирают в пределах от 2 до 3.
Толщина плит изменяется: при толщине до 100 мм — на 10 мм, при толщине от 100 до 200 мм — на 20 мм, при толщине от 200 до 300 мм — на 50 мм, а при большей толщине — на 100 мм.
Элементы монолитного каркаса изготовляют из бетона марок 150, 200 и 300 и армируют сварными каркасами и сетками. Целесообразнее применять предварительно напряженные монолитные конструкции.
Сборные железобетонные каркасы подразделяют на балочные и безбалочные. Более распространены балочные каркасы, обеспечивающие зданию большую пространственную жесткость и устойчивость.
Для зданий с балочным каркасом разработаны унифицированные габаритные схемы и номенклатура сборных железобетонных конструкций (рис. 44). Параметры габаритных схем увязаны с габаритными схемами одноэтажных зданий в части привязки стен, колонн и температурных швов, что позволяет блокировать такие здания. Балочный каркас состоит из фундаментов, фундаментных балок, колонн, ригелей, плит и связей.
Фундаменты под колонны, как и в одноэтажных зданиях, применяют столбчатые с подколенниками стаканного типа. Колонны первого этажа устанавливают в стакан фундамента, верх которого располагают на отметке— 0,15 м.
Цокольные стеновые панели опирают на фундаментные балки, имеющие длину 4950 и 4450 мм.
В целях сокращения числа монтажных единиц и повышения эксплуатационной надежности зданий, основные колонны приняты укрупненными с разрезкой на 2 этажа (рис. 44, б). Для зданий с нечетным числом этажей предусмотрены дополнительные колонны на один верхний и средний этаж.
Рис. 44. Элементы балочного железобетонного каркаса:
а — унифицированные габаритные схемы; б — колонны: s — ригели перекрытий; г — плиты перекрытий
Сечения колонн — 400X400 и 400X600 мм. Рекомендуется принимать колонны постоянного сечения для всех этажей (кроме подвального), а также для крайних и средних рядов. Необходимая несущая способность колонн обеспечивается изменением сечения арматуры и марки бетона в соответствии с нагрузкой.
Для опирания и крепления ригелей в колоннах предусматривают консоли и закладные элементы. Колонны изготовляют из бетона марок 200—500 и армируют сварными каркасами.
В зависимости от вида опирания (по верху или на полку) ригели имеют прямоугольное сечение и прямоугольное с полками (рис. 44, в).
В первом варианте сечение ригеля принимают 300X800 мм, во втором ширину ригеля в уровне полок 650 мм, высоту 800 мм. Указанные сечения ригелей одинаковы для сеток колонн 6Х 6 и 6X9 ж. Длина ригелей в зависимости от пролета (6 или 9 м), высоты сечения колонн (400 или 600 мм) и величины зазора между ригелями и колоннами (обычно 60 мм) принята 4980, 5280, 5480, 7980, 8280 и 8480 мм.
Для сетки колонн 6X6 м ригели запроектированы из бетона марок 200—300, а для сетки колонн 6X9 м — из бетона марок 300—400 с обычной или предварительно напряженной стержневой арматурой.
Жесткость сопряжения колонн и ригелей обеспечивается сваркой опорных закладных элементов и выпусков арматуры, а также замоноличиванием узлов.
Плиты перекрытий приняты двух типов: основные шириной 1485 мм и доборные шириной 740 мм (рис. 44, г). Высота плит равна 400 мм, а толщина полки 50 мм. Основные плиты снабжены поперечными ребрами высотой 200 мм. Для варианта опирания на полки ригеля плиты имеют длину 5550 и 5050 мм (плиты, примыкающие к торцам и температурным швам).
Длина основных плит для варианта опирания по верху ригеля — 5950 мм (этот вариант применяется при больших нагрузках от крупноразмерного провисающего оборудования).
Плиты, укладываемые по осям средних рядов колонн при варианте опирания по верху ригелей, имеют по торцам вырезы для пропуска колонн. Доборные плиты, укладываемые по наружным рядам колонн, одинаковы для обоих вариантов перекрытий.
Крепление плит к ригелям осуществляют сваркой закладных элементов. Швы между плитами заполняют бетоном. Для изготовления плит применяют бетон марок 200—400 и обычную или предварительно напряженную стержневую арматуру.
Стыки колонн располагают выше перекрытия на 600 мм, если плиты опираются по верху ригелей, и на 1000 мм при опирании плит на полки. Стыкуют колонны путем приварки стержней-накладок к оголовкам колонн, образуемым уголками и пластинами. Устанавливают колонны на центрирующие прокладки. Зазор между торцами колонн зачеканивают жестким раствором марки 300 и после установки сеток по периметру замоноличивают бетоном. Конструктивные детали балочных каркасов приведены на рис. 45.
В продольном направлении здания в каждом ряду колонн в середине температурного отсека ставят связи портального типа. Плиты, укладываемые между колоннами, используют в качестве распорок, передающих горизонтальные усилия на соединенный связями блок. В этих плитах предусматривают закладные детали для соединения между собой и для крепления упорных уголков.
Рис. 45. Детали балочных каркасов многоэтажных зданий:
а —при опирании плит на полки ригелей; б — то же, по верху ригелей; в—соединение ригеля с колонной при опирании плит на полки ригелей; е — то же по верху ригелей; д — опирание плит на полку ригелей; е — то же, по верху ригелей: 1 — выпуски арматуры; 2 — закладные элементы в колонне и ригеле; 3 — то же, в плите; 4 — упорный уголок; 5 — накладки из стержней
Дополнительная жесткость здания в продольном направлении может быть обеспечена устройством продольных монолитных или сборных ригелей, уложенных вместо межколонных плит. Для опирания сборных продольных ригелей предусматривают стальные столики, привариваемые к закладным деталям колонн в уровне железобетонных консолей.
В конструктивном отношении верхние этажи, имеющие пролеты 12, 18 и 24 м и оборудованные кранами, не отличаются от одноэтажных зданий (сопряжение ригеля покрытия с колоннами — шарнирное).
Основные технико-экономические показатели железобетонных элементов балочного каркаса многоэтажного промышленного здания приведены в табл. 10.
Безбалочные каркасы многоэтажных зданий, применяемые для монтажа холодильников, складов и производств с повышенными требованиями к чистоте, состоят из следующих пяти конструктивных элементов: фундаментов, колонн, капителей, надколонных и пролетных плит. Сборные безбалочные каркасы по сравнению с балочными имеют примерно те же преимущества и недостатки, что и в монолитных вариантах.
Сетка колонн в безбалочных каркасах принята 6x6 м. Этажи обычно имеют одинаковую высоту, равную 3,6, 4,8 и 6 м. Элементы безбалочного каркаса показаны на рис. 46.
Колонны изготовляют сечением 400X400 мм и высотой на один этаж. Стыкуют колонны в пределах полости капителей, имеющих форму усеченной пирамиды размерами в плане 1750X1750 мм. Колонны первого этажа опирают на фундаменты с подколонниками стаканного типа.
Надколенные плиты приняты пустотными с полками для опирания пролетных плит. Размеры плит: длина 4800, ширина 2000 и толщина 300 мм. Пролетные плиты также проектируют пустотными толщиной 160 мм и размерами в плане 4250x4250 мм.
Капители прикрепляют к колоннам сваркой закладных элементов. В обоих направлениях по осям сетки на капители укладывают надколон-ные плиты, скрепляемые между собой арматурными стержнями, которые приваривают к закладным элементам (рис. 46, е).
Надколонные плиты соединяют с капителями сваркой. Пролетные плиты опирают на полки надколенных плит и скрепляют с ними сваркой закладных элементов. Верхняя часть отверстия капителей и пространство между торцами надколенных плит образуют стаканы, куда должны вставляться колонны следующего этажа. Оставшиеся зазоры предусмотрено заполнять бетоном на мелком гравии, создающим жесткий стык.
Монолитный каркас дома
Пример построенного монолитного каркаса
дома. Щёлкните на фото для увеличения.
Строительство частного дома на основе монолитного железобетонного каркаса — это практически идеальный способ строительства дома. Железобетонными получаются фундамент, несущие колонны и перекрытия, а стены заполняются кладкой из блоков. Дом получается суперпрочным; фактически эта же технология используется при строительстве современных небоскрёбов. Если в доме планируется цокольный этаж, то он тоже делается из монолитного железобетона.
Строительство дома на основе монолитного каркаса позволяет реализовывать любые планировочные задумки. Можно делать комнаты разной площади, высоты и формы. Можно не привязываться к стандартным размерам бетонных изделий (плит перекрытий). В слишком больших комнатах могут появляться несущие колонны на «территории» комнаты, это неизбежно.
Бетонный каркас редко строят «вручную», с использованием непрофессиональной рабочей силы. Обычно нанимают нормальную строительную фирму. Бетон , конечно, тоже используется покупной. Для уплотнения бетонной смеси после заливки используется электрический вибратор.
В монолитном строительстве бетонные работы можно выполнять единовременно, когда заливается вся бетонная конструкция, либо поэтапно, когда бетон заливается частями. Понятное дело, что нельзя залить двухэтажный каркас дома сразу целиком. Поэтому бетон заливается этапами, по мере затвердевания предыдущей части конструкции: например, несущие колонны на втором этаже заливаются после затвердевания монолитного между первым и вторым этажом.
В этом моменте возникает понятие холодного шва . Температура здесь не причём, холодный шов — это граница между застывшим бетоном и новой партией свежезалитого бетона. К сожалению, холодный шов — это слабое место в бетонном каркасе дома, сцепление бетона здесь хуже, чем в просто едино-монолитном бетоне.
Но не нужно сильно переживать по этому вопросу. Появление холодных швов неизбежно при строительстве монолитного бетонного каркаса дома. Поэтому, чтобы улучшить сцепление застывшего бетона со свежим, поверхность застывшего бетона обязательно очищается от пыли, грязи, воды, а также цементной плёнки, возникшей из-за наличия солей.
Монолитные перекрытия изготавливаются с использованием горизонтально выставленной опалубки (например, из влагостойкой фанеры), установленной на множестве вертикальных металлических стоек-домкратов. На опалубке вяжется арматурный каркас, который потом заливается бетоном. Подпирающие стойки из-под перекрытия убирают постепенно, по мере схватывания бетона.
В перекрытии нужно предусмотреть технологические отверстия: для дымохода, вентканалов, кабелей, труб канализации, воды и отопления.
При строительстве несущих колонн, в отличие от перекрытий, может потребоваться бетон с более высокой подвижностью . Причина в более обильном армировании колонн, а бетон должен занять все имеющиеся пустоты в объёме. Подвижность не должна достигаться излишним добавлением воды. Подвижные бетонные смеси обозначаются П1, П2, П3, П4 и т.д.
Для монолитных колонн обычно применяется специальная съёмная многоразовая опалубка. Экономить тут не надо, иначе опалубку может разорвать давлением изнутри. Нормальные строительные фирмы имеют такую опалубку, хотя её использование стоит недёшво. Люди, которые заливают несущие колонны сами, вынуждены для колонн строить очень прочные опалубки. Иногда строят «несъёмную опалубку» из кирпича.
Важно залить колонну сразу целиком, чтобы избежать появления в колонне холодного шва. Он появится только в месте стыка колонны и перекрытий. Холодный шов колонны должен быть горизонтальным.
Бетонные работы очень желательно проводить при положительной температуре. Есть добавки в бетон для работы с ним в холодное время, также иногда используются греющие кабели. Можно также соорудить шатёр из полиэтиленовой плёнки над стройкой, но всё же по возможности лучше работать с бетоном в тёплое время года.
Заполнитель стен в монолитном каркасе не обязан быть очень прочным, ведь нагрузку несут железобетонные колонны. Стена в данном случае лишь выполняет ограничивающую и теплозащитную функцию. Фактически, заполнять стены в монолитном каркасе дома можно любым материалом: тёплой керамикой , обычным кирпичом , блоками из ячеистого бетона (пенобетон, газобетон и др.), арболитом и т.д.
Можно использовать комбинации стеновых материалов. Например, снаружи облицовочный кирпич, внутри тёплая керамика. Или вариант дороже: облицовочный кирпич + тёплая керамика + внутренний слой обычного рядового кирпича. Третий внутренний слой кирпича в данном случай нужен для комфортного использования стены: удобно штробить, сверлить, крепить, гарантированно ничего не вывалится из стены.
У домов на основе монолитного ж/б каркаса могут промерзать монолитные перекрытия, если они выходят наружу и не утеплены. Теплопроводность железобетона примерно 1,69 Вт/(м·°C), а это неслабый мостик холода внутрь дома. Поэтому все торцы перекрытий нужно обязательно утеплять.
Колонны монолитного каркаса нужно «ставить» ко внутренней стороне стены. Перекрытие заходит дальше колонны и стеновой материал «обходит» колонну снаружи. Таким образом, несущие колонны постоянно находятся в зоне тепла и не промораживаются зимой. Это продлевает срок жизни колонн, хотя он и так очень большой.
Место в наружной стене, где находится несущая колонна, может получиться с плохим сопротивлением теплопередаче . Поэтому, возможно, на этом участке стены придётся использовать утеплитель.
Хотя колонну надо прижимать к внутренней стороне стены, не нужно делать одинаковую ровную поверхность, колонна должна быть незначитетельно утоплена внутрь. Благодаря этому, если стены потом будут штробиться, штробы не пойдут по колонне.
Как мне сказал один архитектор, есть риск подсоса влаги монолитным бетонным каркасом от бетонного фундамента. В этом случае необходимо отделить каркас от фундамента гидроизоляцией. Т.е. каркас будет стоять на фундаменте на гидроизоляционном слое. Того, что нет прямой цельной связи между фундаментом и каркасом бояться не стоит, сила тяжести всё держит крепко. Дом и так суперкрепким получается.
Дома на монолитном каркасе хорошо подходят для сейсмоопасных регионов России (Сочи, Екатеринбург и другие районы).
|
Игорь
(15.12.2015 11:36)
Не понимаю тех кто "парится" по поводу "дороговизны и сложности" жб каркаса. В газобетонных - пенобетонных стенах, под перекрытие монолитные армпояса устраивают в обязательном порядке, надо только добавить колонны и вот он - каркас (упрощенно) практически готов.... И в таком разе у вас получается совершенно иной по качеству дом, которому не страшны очень сильные землетрясения, просадки грунта.... при сильном пожаре - каркас удержит перекрытия (жб) и позволит безопасно эвакуироваться.... Не приходилось ли кому видеть растрескавшиеся стены газобетонного дома (иногда в них можно кулак просунуть) ? Такой дом становится непригодным (небезопасным) к проживанию и деньги затраченные на его строительство, во многом можно считать утраченными, плюс стоимость демонтажа.... Да, такие случаи не массовые, но кто даст гарантию, что "сэкономленное " на колоннах не аукнется именно вам.... Англичане в этом плане правы (хоть и не люблю я их) - свой дом должен быть крепостью)))) |
