Железобетонный каркас

По способу возведения железобетонные каркасы могут быть сбор­ные и монолитные. В большинстве случаев применяют сборные каркасы, хотя по многим технико-экономическим показателям они уступают пока монолитным.

Как видно из табл. Х1-1, устройство монолитных каркасов по срав­нению со сборными позволяет снизить стоимость зданий на 25% и при­веденные затраты на 28%, сократить расход бетона на 23% и стали на 53%.

Монолитные каркасы, рамные в обоих направлениях, придают зда­нию большую жесткость и устойчивость. Они позволяют строить здания разнообразных архитектурных форм. Многоэтажные здания с монолит­ными конструкциями особенно целесообразны в южных районах при большой продолжительности теплого времени года, а также в случае ис­пользования неунифицированных сеток колонн.

Поэтому, несмотря на высокую трудоемкость и большую длитель­ность возведения, высокий расход лесоматериалов на опалубку, применение монолитных каркасов в многоэтажных зданиях следует расши­рять. В зарубежной практике монолитные конструкции распространены широко.

Из вышеприведенных технико-экономических расчетов следует так­же, что внимание проектировщиков должно быть обращено на разработ­ку более совершенных сборных конструкций многоэтажных зданий.

Основными схемами каркасов из монолитного железобетона являют­ся: каркасы с поперечными рамами и продольными второстепенными балками, с продольными главными и поперечными второстепенными бал­ками, с балками, расположенными по колоннам в обоих направлениях, и опертыми по контуру плитами, с безбалочными перекрытиями (рис.Х1-1).

Наибольшей поперечной жесткостью обладает первая схема. Однако высокие ригели рам загромождают верх помещений, а часто расположен­ные второстепенные балки затеняют потолок и являются причиной застоя загрязненного воздуха и газов.

Схема с безбалочными перекрытиями наименее жестка, но при ней можно получить наименьшую высоту этажей при заданной высоте поме­щений и создать лучшее естественное освещение. Разница в высотах этажей зданий, возведенных по первой и последней схемам, может дости­гать 0,5 м., а,

В целях широкого применения стандартной инвентарной опалубки для возведения монолитных конструкций унифицированы размеры моно­литных фундаментов, колонн, балок и плит.

Фундаменты имеют размеры подошв от 1,5X1,5 до 6,6x7,2 м (через 0 3 м), высоту 1,5 и от 1,8 до 4,2 м (через 0,6 м). Размеры подколонников в'плане кратны 0,3 м и приняты от 0,9x0,9 до 1,2x2,7 м. Высота ступе­ней 0,3; 0,45 и 0,6 м.

Сечения колонн в интервале от 0,3X0,3 до 0,6x1,2 м изменяются по ширине через 100 и по высоте через 100 и 200 мм. Если необходимо при­нять большие сечения колонн, 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 до 100 мм кратна 10 мм; толщина их от 100 до 200 мм кратна 20 мм, толщина от 200 до 300 мм — 50 мм, а большая толщина плит кратна 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.

Следует шире использовать монолитные железобетонные конструк­ции с несущей жесткой арматурой, способствующей индустриализации возведения каркасов. В процессе производства работ к несущей армату­ре подвешивают опалубку и надобность в лесах отпадает. В качестве же­сткой арматуры применяют прокатные, сварные и тонкостенные холод­нотянутые профили (швеллеры, двутавры). Последние позволяют сокра­тить расход металла по сравнению с прокатными профилями до 40%.

Сборные балочные и беэбалочные каркасы

Сборные железобетонные каркасы подразделяют на балочные и без­балочные. Балочные каркасы, обеспечивающие зданию большую про­странственную жесткость и устойчивость, более распространены.

Сборный каркас многоэтажных зданий с балочными перекры­тиями конструируют в поперечном направлении по рамной схеме, а в продольном — по рамной или связевой схемам.

В первом случае жесткость каркаса в продольном направлении обес­печивают однопролетными продольными рамами, располагаемыми по крайним осям или дополнительно по нескольким промежуточным осям каждого температурного блока здания. Однопролетную раму образуют Две соседние колонны и продольный ригель, соединяемые сваркой вы­пусков арматуры и закладных деталей, а также замоноличиванием стыков.

Во втором случае для обеспечения жесткости каркаса в продольном направлении предусматривают вертикальные связи портального типа, устанавливаемые в середине температурного блока в каждом продоль­ном ряду или через 1—2 ряда. Ветровые нагрузки, действующие на тор-

цовые стены здания, передаются на рамы или связи через жесткие диаф­рагмы — диски перекрытий.

Предпочтение отдают рамным конструктивным схемам, которые вследствие способности каждой рамы работать независимо друг от дру­га допускают устройство в перекрытиях любого количества отверстий.

Это особенно ценно для производств с вертикальным технологическим процессом, когда междуэтажные перекрытия прорезают технологические установки, санитарно-технические и транспортные коммуникации.

Балочный каркас состоит из фундаментов, фундаментных балок, ко­лонн, ригелей, плит перекрытий и связей (при связевой схеме в продоль­ном направлении).

Фундаменты под колонны, как и в одноэтажных зданиях, устраива­ют столбчатые с подколонниками стаканного типа. Колонны первого эта­жа устанавливают в стаканы фундаментов, верх которых располагают на отметке — 0,15 м. Цокольные стеновые панели опирают на фундаментные балки, укладываемые на уступы фундаментов.

Для сокращения числа монтажных единиц и повышения эксплуата­ционной надежности зданий основные колонны приняты высотой на 2 и 3 этажа (рис. Х1-2, а). Сечения колонн 400X400 и 400X600 мм. Рекомен­дуется предусматривать колонны постоянного сечения для всех этажей (кроме подвального), а также для крайних и средних рядов. Необхо­димую несущую способность колонн обеспечивают изменением коли­чества арматуры и марки бетона в соответствии с нагрузкой. Колонны изготовляют из бетона марок 200—500 и армируют сварными карка­сами.

Стыки колонн должны быть на 600—1000 мм выше перекрытия. Уста­навливают колонны на центрирующие прокладки и соединяют между со­бой приваркой стержней-накладок к оголовкам колонн, образуемым уголками и пластинами. Зазор между торцами колонн зачеканивают же­стким раствором марки 300 и после установки сеток по периметру замо-ноличивают бетоном.

В зависимости от вида опирания плит перекрытий (на полку ригелей или по верху) ригели имеют прямоугольное сечение с полками или без них (рис. Х1-2, б). В первом варианте ригели имеют ширину в уровне по­лок 650 и высоту 800 мм; во втором, применяемом при больших на­грузках от крупноразмерного провисающего оборудования, — сече­ние 300X800 мм. Для сеток колонн 6x6 и 6X9 м сечения ригелей оди­наковы.

Длину ригелей с учетом пролета, высоты сечения колонн и величины зазора между ригелями и колоннами принимают в 4980, 5280, 5480, 7980, 8280 и 8480 мм. Ригели изготовляют из бетона марок 200—400 с обычной и предварительно-напряженной арматурой.

Сопряжение ригелей с колоннами может быть консольным и бескон­сольным (рис. Х1-3, а, б). В первом случае ригели опирают на железо­бетонные консоли и соединяют с колоннами сваркой закладных элемен­тов и выпусков арматуры, а также замоноличиванием (рис. Х1-3, в).

Бесконсольное сопряжение ригелей значительно улучшает интерьер помещений, сокращает расход стали и трудовые затраты. Применяют не­сколько типов бесконсольных стыков ригелей с колоннами. На рис. XI-3, г ригель с колонной соединен посредством ванной сварки выпусков арма­туры, бетоннных шпонок и омоноличивания бетоном. Бетон стыка арми­руют.

На рис. Х1-3, д показан вариант опирания ригелей на торец колонны,

частично освобожденный в результате боковых скосов верхней колонны. Соединяют ригель с колонной сваркой закладных деталей, горизонталь­ных и вертикальных выпусков арматуры и омоноличиванием бетоном. Согласно рис. Х1-3, е соединение ригелей с колонной производят сваркой двутавровых и стержневых выпусков и последующей заделкой стыка бе­тоном.

Плиты перекрытий приняты двух типов: основные шириной 1485 мм и доборные шириной 740 мм (рис. XI-2, в). Высота плит 400 мм, а тол­щина полки 50 мм. Для варианта опирания на полки ригеля плиты име­ют длину 5550 и 5050 мм, а при опирании по верху ригелей — 5950 мм. Изготовляют плиты из бетона марок 200—400 с обычной или предвари­тельно-напряженной арматурой. Крепят плиты к ригелям сваркой за­кладных элементов, а швы заполняют бетоном.

Конструкция верхних этажей, имеющих пролеты 12, 18 и 24 м и обо­рудованных кранами, не отличается от одноэтажных зданий (сопряжение ригелей покрытия с колоннами принято шарнирное).

Многоэтажные здания с безбалочным каркасом сооружают на предприятиях пищевой промышленности, холодильниках и других произ­водствах с повышенными требованиями к чистоте. Сборные безбалочные каркасы по сравнению с балочными имеют в основном те же преимуще­ства и недостатки, что и монолитные варианты.

Сетка колонн в таких зданиях принята 6x6 м, высота этажей 4,8 и 6,0 м (подвал может иметь высоту 3,6 м). Безбалочный каркас состоит из фундаментов, фундаментных балок, колонн, капителей, надколонных и пролетных плит, связей (рис. XI-4, а, б].

Колонны принимают высотой на этаж (поэтажная разрезка). Их се­чения 400X400 и 500x500 мм. Для опирания капителей на колоннах пре­дусмотрены четырехсторонние консоли размерами в плане 800X800 мм. Соединяют торцы колонн накладками, привариваемыми к стальным оголовкам колонн. Стыки располагают на высоте 1 м от пола. Колонны первого этажа или подвала заделывают в стаканы фундаментов.

Капители, имеющие размеры в плане 2700X2700 и 1950X2700 мм, высоту 600 мм, закрепляют на колоннах сваркой закладных элементов. На колонне и капители предусмотрены горизонтальные пазы, образую­щие после замоноличивания сопряжения бетонные шпонки (рис. XI-4, в).

В обоих направлениях на капители укладывают надколонные плиты толщиной 180 мм, размерами в плане: средняя плита 3100X3540 и край­няя — 2150x3540 мм. Выпуски арматуры плит соединяют сваркой с за­кладными элементами капителей (рис. XI-4, г). Пролетные плиты разме­ром 3080X3080X150 мм опирают на надколонные и крепят к ним при­варкой выпусков арматуры к закладным деталям (рис. XI-4, д).

Элементы безбалочного каркаса изготовляют из бетона марок 200—500 и армируют пространственными сварными каркасами. Стыки элементов каркаса заделывают бетоном марки 300. Сварка закладных элементов конструкций и последующее замоноличивание сопряжений (с устройством бетонных шпонок) обеспечивают рамность каркаса в продольном и поперечном направлениях.

Многоэтажные здания особенно с железобетонными балочными кон­струкциями каркаса относятся к материалоемким сооружениям, имею­щим большую массу. Несущие конструкции этих зданий целесообразно изготовлять из высокопрочных легких бетонов с обычной или предвари­тельно-напряженной арматурой.