Теоретичний матеріал до теми 10.
4. Конструкції і спряження елементів будівлі.
Каркасно-панельні будівлі. Елементи збірного залізобетонного каркаса. Вузли спряження
Будівлі з несучою основою зі збірного залізобетонного каркаса й стінами з панелей називають каркасно-панельними.
Каркасно-панельну систему застосовують у громадських будівлях, де необхідно мати великі вільні від перегородок приміщення. В цих будівлях каркас сприймає всі навантаження від будівлі й передає їх через фундамент на основу, а стіни виконують огороджуючу функцію й можуть бути самонесучими та ненесучими (навісними).
Каркасно-панельні будівлі можуть бути з поперечним або з поздовжнім розташуванням ригелів (рис. 4.1).
За характером статичної роботи каркасно-панельні будівлі бувають: рамні з жорстким з’єднанням елементів каркаса, в яких утворюються поздовжні та поперечні рами, здатні сприймати вертикальні та горизонтальні навантаження; рамно-зв’язкові, що являють собою сполучення плоских поперечних рам і поздовжніх зв’язків, які сумісно сприймають вітрові (горизонтальні) та вертикальні навантаження; зв’язкові, в яких рами (колони та ригелі) сприймають тільки вертикальні навантаження, а вітрові навантаження сприймаються зв’язками.
В сучасному будівництві застосовують збірний залізобетонний каркас, запроектований за зв’язковою схемою.
Габаритні схеми цих будівель можуть мати: крок колон у площині рам каркаса – 3; 6; 7,2; 9 м; крок колон у площині настилів перекриття – 3; 6; 7,2; 9;
12 м; висоту поверху – 3,3; 3,6; 4,2; 4,8; 6; 7,2 м.
Основними елементами збірного залізобетонного каркаса є: колони, ригелі, перекриття, стіни-діафрагми жорсткості.
Рис. 4.1. Конструктивні схеми каркасно-панельних будівель: а – з поперечним розташуванням ригелів; б – з поздовжнім розташуванням ригелів; 1 – колони; 2 – ригелі; 3 – плити перекриття; 4 – стінові панелі
Колони (рис. 4.2) виготовляють з поперечним перерізом 300 × 300 мм до п’яти поверхів заввишки включно і 400 × 400 мм для будівель вище п’яти поверхів з прямокутними консолями 150 мм заввишки і вильотом для спряження з ригелем. За розташуванням по висоті будівлі колони поділяються на нижні, середні та верхні; за розташуванням в рамі каркаса – на крайні та середні.
Нижні колони мають оголовок для стикування по висоті тільки зверху, а верхні – тільки знизу, середні – з обох сторін.
Середні колони можуть бути заввишки в один – чотири поверхи.
Застосовують колони від 8,27 до 15,12 м заввишки без стикування.
Колони бувають одно- і двоконсольні. Колони двоконсольні розташовують по середніх і крайніх рядах при застосуванні навісних панелей зовнішніх стін.
Колони одноконсольні ставлять по крайніх рядах при самонесучих зовнішніх стінах і по середніх рядах при односторонньому примиканні стін- діафрагм жорсткості в сходових клітках.
Крайні колони виконують з закладними пластинами для кріплення панелей зовнішніх стін. Зв’язкові колони, що включаються в діафрагми жорсткості, мають закладні деталі для зварювання з панелями діафрагм жорсткості.
Стики колон для зручності виконання робіт розташовують на 640 мм вище рівня підлоги перекриття. Колони спирають на бетонні виступи оголовків і зварюють випуски робочої арматури. Потім шов, який проходить по периметру центруючих виступів, чеканять цементно-піщаним розчином марки
300. Зварені стержні з’єднують хомутами зі сталі діаметром 8 - 10 мм. Підріз заповнюється бетоном класу В15.
Рис. 4.2. Монтажний план і розріз елементів каркаса: а – схема рами каркаса; б – колони та фундаменти; в, г, д – стики колон; 1 – фундамент стаканного типу; 2 – нижня колона крайнього ряду; 3 – те ж середнього ряду; 4 – середня колона крайнього ряду; 5 – те ж середнього ряду; 6 – верхня колона крайнього ряду; 7 – те ж середнього ряду; 8 – ригель; 9 – випуски арматури; 10 – центруючий бетонний виступ; 11 – стальний хомут; 12 – чеканення шва цементним розчином М300; 13 – зварювання випусків арматури
Ригелі рам каркаса можуть ставитись у поздовжньому та поперечному напрямку. Зміна направлення ригеля можлива в будь-якому місці будівлі. Ригель опирається на сховану консоль колони. Ригелі виготовляють таврового перерізу з однією або двома поличками внизу для опирання плит перекриття, сходових маршів. Тавровий переріз дає змогу зменшити сумарну конструктивну висоту перекриття. В залежності від навантаження прийнято два розміри ригеля 450 і 600 мм заввишки і два розміри 520 і 600 мм завширшки (залежно від типу перекриття, що примикає). Довжина ригеля на 440 мм (340 мм при колонах перерізом 300 × 300 мм) коротша прольоту. Стик ригеля з колоною (рис. 4.3) шарнірний зі схованою консоллю. Зварювання ригеля з закладними елементами колони виконується на верхньому рівні консолі та на верхньому рівні ригеля. Потім шви заливаються цементним розчином марки 200.
Рис. 4.3. Вузол з’єднання ригеля з колоною рами збірного залізобетонного зв’язкового каркаса: 1 – колона; 2 – закладна деталь; 3 – сполучна планка «рибка»; 4 – ригель; 5 – цементний розчин М200; 6 – підрізка з випуском арматури 2Ø14 для зварювання зі сполучною планкою «рибка»; 7 – петля; 8 – залізобетонна пристінна плита; 9 – ніша розчинної шпонки Ø120 з кроком 200 мм
Збірний настил перекриття складається з плит, які кладуть на полички ригелів. За розташуванням у настилі плити поділяються на рядові, пристінні та зв’язкові з пазами для колон 100 мм завдовжки. Перекриття проектують із застосуванням трьох типів виробів: багатопорожнистих панелей 220 мм заввишки, ребристих – заввишки 220 - 300 мм і панелей типу 2Т, 1Т – 600 мм заввишки.
Багатопорожнинні панелі застосовують для перекриттів прольотом до 9 м включно, панелі 2Т і 1Т – для прольотів 9 і 12 м, ребристі вироби 220 мм заввишки – як сантехнічні панелі в місцях проходу інженерних комунікацій.
Основні координаційні розміри елементів перекриття за шириною: для рядових багатопорожнинних плит 1,2; 1,5 м; для пристінних і зв’язкових 1,5 м; для ребристих сантехнічних 1,5 м; для зв’язкових плит типу 2Т – 3 м; для добірних плит типу 1Т – 1,3 м; 1,5 м; 1,7 м. Плити, покладені на полички ригелів, з’єднуються між собою стальними зв’язками, шви між ними забиваються розчином (рис. 4.4).
Наскрізні стіни-діафрагми жорсткості утворюються шляхом заповнення каркаса стінами з залізобетонних панелей в один поверх заввишки та 140 мм завтовшки. Вони мають одно або двосторонні консольні полички в верхній зоні для спирання перекриття. При кроці колон до 6 м ширина панелей діафрагми відповідає відстані між колонами; при кроці колон 7,2 і 9 м стіни-діафрагми проектують складними, з двох-трьох виробів з розмірами по ширині 2; 3; 5,6 м. Панелі-діафрагми проектують глухими або з одним дверним прорізом. Елементи діафрагми жорсткості між собою і з колонами по вертикальних стиках з’єднують зварюванням закладних деталей. Кількість зварних зв’язків залежить від висоти поверху, але не менше двох на поверх. Шви замонолічують. Крок діафрагми визначається розрахунком і приймається до 36 м по довжині будівлі. Наскрізні діафрагми жорсткості ставлять на всю висоту будівлі, починаючи з розташованого під ними монолітного стрічкового фундаменту. Діафрагми жорсткості суміщаються зі стінами сходових кліток – ліфтових шахт і з перегородками приміщення. Геометричні осі колон, ригелів і панелей внутрішніх стін-діафрагм жорсткості суміщаються з координаційними осями будівлі. При такій прив’язці зменшується кількість типів розмірів елементів каркасів, але з’являється необхідність у добірних елементах панельних стін у вигляді кутових панелей.
Рис. 4.4. Вузол спряження багатопорожнинної рядової плити з ребристою зв’язковою плитою; 1 – колона; 2 – діафрагма жорсткості; 3 – ребриста зв’язкова плита; 4 – багатопорожнинна рядова плита; 5 – розчин; 6 – ригель; 7 – стальні зв’язки; 8 – петля
Стіни каркасно-панельних будівель. Просторова жорсткість
Зовнішні стіни в каркасно-панельних будівлях можуть бути запроектовані як самонесучі або ненесучі. Панелі зовнішніх стін застосовують одношарові з легкого бетону (керамзитового, перлітового, аглопоритового) або ніздрюватого бетону (газобетону, газосилікату). Товщину панелей визначають згідно з санітарно-гігієнічними та економічними вимогами й приймають 250, 300, 350 або 400 мм із легкого бетону або 250, 300 мм із ніздрюватих бетонів. Розрізка стін на панелі – дворядна.
За розташуванням у стіні панелі бувають: поясні, простінкові, підкарнизні, парапетні, цокольні, кутові (рис. 4.5) поясні панелі виготовляють 3,4; 5,6; 7,2; 9 м завдовжки, 1,2; 1,5; 1,8; 2,1 м заввишки. Добірні поясні (підкарнизні та надцокольні) виготовляють 600; 900 мм заввишки. Простінкові панелі виготовляють 0,3 - 1,8 м завширшки та 1,5; 1,8; 2,1 м заввишки. Панелі самонесучих стін кладуть по цементно-піщаному розчині на цокольні або простінкові панелі й закріплюють зверху за допомогою зварювання до закладних деталей колон. Панелі ненесучих стін кладуть на ригелі, консолі колон або опорні металеві столики в колонах і закріплюють у трьох точках до однієї з опор і зверху до колон каркаса. Прив’язка панелей самонесучих і ненесучих стін до каркаса нульова, з зазором 20 мм між зовнішньою гранню колони та внутрішньою гранню панелі зовнішніх стін.
Горизонтальні стики в зовнішній частині закладаються пружною синтетичною прокладкою, яка покрита герметизованою мастикою. Ззовні прокладка захищається шаром розчину або фарби.
Вертикальний стик – колодязь, утворений кромками суміжних панелей, замонолічується цементним розчином, а зовнішня частина стику забивається так, як і в горизонтальному стику.
Здатність каркасно-панельної будівлі зберігати свою форму під дією прикладених сил характеризує її просторову жорсткість.
Рис. 4.5. Стіни каркасно- панельних будівель; 1 – захисний шар із розчину; 2 – еластична мастика; 3 – пружний шнур (гернит); 4 – цементний розчин; 5 – монтажні з’єднувальні елементи; 6 – закладна деталь; 7 – поясна панель; 8 – простінкова панель; 9 – цокольна панель; 10 – кутова панель
Просторова жорсткість каркасно-панельних будівель (рис. 4.6), запроектованих за зв’язковою схемою, забезпечується горизонтальними діафрагмами жорсткості, роль яких виконують диски збірного залізобетонного перекриття, і вертикальними стінами діафрагмами жорсткості (поперечними та поздовжніми). Роботу перекриття як горизонтальних діафрагм жорсткості забезпечують приварюванням ригелів до консолі колон, зварюванням зв’язкових панелей перекриття між собою з ригелями, замонолічуванням бетоном шпонкових швів між усіма елементами перекриття та забиванням швів між плитами.
Просторова жорсткість забезпечується влаштуванням зв’язків стін сходових кліток і ліфтових шахт з каркасом будівлі (рис.4.6).
Рис. 4.6. Елементи, які забезпечують жорсткість каркасно- панельної будівлі: 1 – спряження вузлів; 2 – стінки діафрагми жорсткості; 3 – пристінні плити; 4 – зв’язкові плити; 5 – замонолічені шви; 6 – стіни сходової клітки; 7 – стіни ліфтової шахти; 8 – рядова плита перекриття
Конструктивні вирішення будівель підвищеної поверховості
У сучасних умовах зведення будівель підвищеної поверховості основане на використанні монолітного та монолітно-збірного залізобетону.
Будівлі з монолітними залізобетонними стінами характеризуються складною конструкцією в плані, групуванням квартир навколо ліфтових шахт, часто криволінійним обрисом зовнішніх стін. Висота таких будівель досягає 36 поверхів.
Монолітно-каркасні будівлі найбільш поширені в сучасному житловому та громадському будівництві. У цих будівлях каркас виконується в монолітному залізобетоні і сприймає все навантаження від перекриття, а стіни виконують тільки огороджуючу функцію і, як правило, вони цегляні.
Такий тип будівлі дає можливість проектувати будівлі підвищеної поверховості будь-якої конструкції, з приміщеннями великих розмірів. При цьому, при однакових розмірах будівлі, збільшується її корисна площа, а в житлових будівлях – загальна площа квартир. Крім того, в таких будівлях при необхідності, без великих зусиль і затрат праці, можна зробити перепланування.
Будівлі з монолітним стовбуром і збірними залізобетонними конструкціями являють собою монолітний стовбур, виконаний у вигляді шахти, де розміщені ліфти, сходи, санітарно-технічні комунікації. З усіх сторін до шахти примикають поверхи, змонтовані зі збірних конструкцій. У таких будівлях монолітна шахта приймає горизонтальні навантаження, а примикаючі відсіки будівлі зі збірних конструкцій сприймають вертикальні навантаження. Найбільша висота будівель з монолітним стовбуром до 50 поверхів. Застосування монолітного залізобетону надає будівлі необхідну індивідуальність, своєрідне архітектурне вирішення. Крім того значно зменшуються основні витрати на зведення будівель із монолітним стовбуром жорсткості порівняно з витратами на будівлю зі звичайних збірних конструкцій.