Железобетон

Сборный железобетонный унифицированный каркас

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

4. ДИАФРАГМЫ ЖЕСТКОСТИ

Диафрагмы жесткости в системе унифицированного каркаса могут формироваться из сборных железобетонных элементов — основные решения, а также выполняться из монолитного железобетона и в первую очередь в виде ядер жесткости, иметь различную форму в плане в виде плоских стен, уголков, швеллеров, замкнутых сечений прямоугольников, многоугольников и т. д..

Сборные железобетонные элементы диафрагм жесткости одноэтажные толщиной 180 мм, без проемов или с проемами размером 1210X2150 мм, плоские или с консолями для опирания перекрытий. При этом в зависимости от высоты перекрытий, опираемых на диафрагмы жесткости, они подразделяются на легкие (для опирания настилов высотой 220 мм легкого каркаса) и тяжелые (для опирания настилов высотой 400 мм). Консоли диафрагм жесткости соответственно законструированы на расчетные нагрузки 55 и 110кН/м.

Панели диафрагм жесткости устанавливаются в пролетах от колонны до колонны и рассчитаны на совместную с ними работу.

Номенклатура панелей левого каркаса обеспечивает возможность устройства диафрагм жесткости для всех пролетов начиная с 3 м.

В плане панели всегда устанавливают по разбивочным (модульным) осям, а по вертикали таким образом, чтобы их швы совпадали с отметкой верха перекрытий.

Между собой и с колоннами в вертикальных швах панели диафрагм жесткости связаны в монтажных узлах сварными соединениями, обеспечивающими передачу вертикальных сдвигающих усилий, через закладные детали.

Передачу горизонтальных сдвигающих усилий обеспечивают монолитные бетонные шпоночные соединения панелей в горизонтальных швах. Верхние части панелей аналогично ригелям могут воспринимать растягивающие усилия в 200 кН.

Все зазоры в стыках и примыканиях панелей к колоннам и к панелям перекрытий зачеканиваются цементным раствором или бетоном.

Панели диафрагм изготовляют в горизонтальных формах из бетона марки М 300 для нижних этажей многоэтажных зданий и марки М 200 для верхних этажей. Арматура панелей состоит из нижней и верхней сеток и укрупненного арматурного блока. Отпускная прочность бетона в летнее время года не менее 70 % проектной марки, в зимний период — 100 %. Конструкция панели без проемов легкого каркаса для высоты этажа 3 м представлена на примере панели марки В(Н)Ж-26-30.

Панели с проемами дополнительно армируют по периметру проемов с учетом концентрации напряжений в угловых зонах.

Подбор типов панелей при формировании пилонов жесткости производится по геометрическим характеристикам и соответствию прочностных характеристик панелей действующим усилиям при соблюдении следующих рекомендаций; вертикальные швы панелей не должны перебиваться; в пролете между двумя колоннами может устанавливаться только одна панель с (дверным) проемом; дверные проемы по высоте должны (по возможности) размещаться один над другим; в верхнем и нижнем сечениях каждой пары элементов панелей должно предусматриваться закрепление к горизонтальным дискам перекрытий для обеспечения. поперечной устойчивости диафрагмы.

В каждом конкретном случае панели проверяют расчетом на центральное и внецентренное сжатие (объединенные с примыкающими колоннами горизонтальные сечения), на - восприятие расчетных сил от горизонтальных нагрузок (наклонные сечения), на сдвигающие усилия по вертикальным и горизонтальным швам. Элементы с проемами, кроме   того,  проверяют

на совместное действие сдвигающих и горизонтальных усилий в верхних частях стен при их работе в составе горизонтальных дисков перекрытий.

Для предварительной оценки воспринимаемых панелями предельных сжимающих усилий в горизонтальных сечениях в составе указаний по проектированию несущих конструкций надземной части каркасных зданий из изделий номенклатуры КМС-К-1 приводятся соответствующие таблицы.

С предельными усилиями, приводимыми в таблицах, сравнивают сжимающие усилия в горизонтальных сечениях, вызываемые совместным действием продольных сил и изгибающих моментов в диафрагме жесткости. Эти усилия допускается определять в предположении упругой работы диафрагмы, рассматривая ее как тонкостенный стержень.

При несимметричном загру-жении консолей панелей нагрузками от перекрытий (например, при одностороннем опирании перекрытий) эксцентриситеты из плоскости панели могут превысить случайные. В этих случаях предельные расчетные сжимающие усилия в горизонтальных сечениях пилонов соответственно снижаются.

В отдельных случаях, например при сложной конфигурации или при необходимости перебивки по высоте дверных проемов, диафрагмы жесткости могут выполняться в монолитном железобетоне. При этом если монтаж основных несущих конструкций здания опережает производство работ по возведению монолитных диафрагм, то в местах их установки иногда устраивают металлические связи, служащие в последующем арматурой монолитных диафрагм.

Стальные связи рассчитывают с учетом опережения монтажа несущих- сборных конструкций от производства работ по возведению монолитных диафрагм.

В рамных каркасах на основе тяжелого каркаса в направлении, перпендикулярном направлению ригелей, используется свя-зевая схема, как правило, в виде сборных железобетонных панелей диафрагм. Однако в ряде случаев и, в частности, в зданиях промышленного назначения, в связи с требованиями технологии постановка сборных панелей невозможна или связана с потерями производственно-функционального характера. При выборе схемы связей предпочтение отдается полураскосной схеме как менее трудоемкой. Портальная схема применяется при необходимости обеспечения свободного габарита между колоннами. Во всех схемах в качестве основных поясов диафрагмы используются типовые сборные железобетонные колонны со связевыми закладными деталями.

При выборе основного технического решения сборных диафрагм жесткости унифицированного каркаса были проанализированы различные варианты как примененные в практике строительства (телецентровский каркас, серия МГ-601Д), так и выполненные в виде проектных разработок. Последующая практика проектирования и строительства полностью подтвердила правильность выбранного направления. Так, по сравнению с решением, принятым в серии МГ-601Д, в котором сборные панели диафрагм устанавливались в одном створе с ригелями, в результате чего создавалась условно стержневая решетчатая система, в которой роль горизонтальных элементов выполняли ригели каркаса, а роль решетки — панели диафрагм, схема связевых диафрагм жесткости унифицированного каркаса обеспечивала более полное использование несущей способности конструкций (за счет эффек-тивного»включения в работу на вертикальные нагрузки собственно панелей), более высокую жесткость и соответственно меньшую деформативность системы и меньшие ее перекосы.

Конструкции панелей диафрагм и узлов их соединения с колоннами и между собой прошли значительный путь последовательного совершенствования. На первом этапе освоения унифицированного каркаса были приняты сварные соединения всех примыкающих элементов с помощью двусторонних накладок, поскольку не имелось опыта замоноличивания шпоночных соединений. Все панели с учетом возможности производства были приняты плоскими (бесконсольными).

Опирание перекрытий на стены осуществлялось с помощью приварки к ним металлических балок, которые в последующем омоноличивали. Все сборные элементы имели одинаковую несущую способность; при их расчете не учитывалось снижение усилий в зданиях по высоте.

По мере роста возможностей производства Управлением Моспроект совместно с Главмоспромстройматериалами были проведены расчеты, показавшие, что 40 % панелей из общего объема их производства, учитывая структуру    строительства   зданий    из унифицированного каркаса, может выполняться из бетона марки М. 200 вместо М 300 при одновременном уменьшении расхода металла на восприятие сдвигающих усилий. Усовершенствование конструкции горизонтального узла соединения панелей с введением шпоночного соединения взамен металлического сварного стыка, введение панелей с консолями, а также совершенствование армирования панелей (на основе опытно-экспериментального изучения напряженного состояния) позволили снизить годовой расход стали на производство панелей на 1100 т.

Оптимизация номенклатуры диафрагм жесткости, показавшая целесообразность введения второй марки по несущей способности, расчетные усилия в которой составляют 40 % от предшествующей марки, а также разработка более рациональных узлов примыканий диафрагм жесткости к колоннам и соединений друг с другом по высоте, переход от плоских панелей жесткости, к которым для опирания перекрытий на монтаже приваривались специальные металлические полки, к панелям жесткости крестового сечения позволили сократить расход стали на диафрагмы жесткости на 50—60 %.

Одним из дальнейших путей совершенствования сборных диафрагм жесткости является переход на плоские (вместо шпоночных) горизонтальные стыки без закладных деталей по аналогии с техническим решением, принятым в серии ИИ-04. Этому должны предшествовать специальные научные исследования, особенно диафрагм, не нагруженных вертикальными нагрузками от перекрытий.

Задаче повышения качественного уровня строительства, его эффективности, снижения расхода стали отвечает расширение использования монолитного и сборно-монолитного железобетона. Проектные проработки и проведенные исследования показали, что одним из наиболее эффективных и прогрессивных решений многоэтажных зданий является сборно-монолитная железобетонная конструкция, в которой пространственная система диафрагм в виде ядра жесткости выполняется в монолитном железобетоне, к которому «привязывается» сборный железобетонный каркас, работающий только на вертикальные нагрузки.

Отработка технологии возведения таких конструкций позволила сооружать эти здания на таком же высоком индустриальном уровне, который достигнут при строительстве полностью сборных каркасных домов.

Использование монолитных ядер жесткости, сооружаемых с применением скользящей или переставной опалубки, дает существенные технико-экономические преимущества. Исследования, проведенные в Моспроекте-1 и МНИИТЭП, показывают, что основные показатели возведения зданий с монолитным ядром жесткости по сравнению со зданиями, выполненными в обычных сборных конструкциях, приведенные к 1 м полезной площади, снижаются по расходу стали до 15 %, цемента — до 10%, себестоимости изготовления   и   монтажа   конструкций — до   10%,   капитальным вложениям на возведение конструкций — до 10 %. Расход арматуры в монолитном ядре этого дома в 3—4 раза меньше, чем при варианте сборных железобетонных диафрагм жесткости. Так, расход арматуры в сборных железобетонных диафрагмах жесткости на 1 м3 составляет 252 кг , в монолитном ядре жесткости — 61,5 кг.

Каркас с монолитными ядрами жесткости применен в проектах Вычислительного центра Мосгорисполкома на Садово-Самотечной улице, Доме книги на Профсоюзной улице, 25-этажных домах на проспекте Мира и Хорошевском шоссе, в здании межведомственного учебного центра на проспекте Вернадского и ряде других. Сегодня рекомендуется широкое использование железобетонных монолитных ядер вместо сборных диафрагм жесткости при возведении каркасных зданий высотой более 20 этажей.

Отработаны принципиальные положения по формированию ядер жесткости, отвечающие модульной системе, принятой в унифицированном каркасе, и позволяющие эффективно сочетать их с типовыми сборными железобетонными изделиями — ригелями, настилами, лестницами.

В целях проведения единой технической политики в вопросах использования монолитного железобетона в каркасно-панельном строительстве ГлавАПУ при участии ЦНИИЭП жилища в 1979 г. разработаны «Рекомендации по проектированию унифицированных ядер жесткости многоэтажных зданий», включающие архитектурно-планировочные и конструктивные решения ядер жесткости, их расчеты, методы возведения и технико-экономическое обоснования принимаемых решений.

Конструкция ядер должна разрабатываться в комплексе с архитектурно-планировочными решениями, учитывающими специфику выработанного метода возведения на основе унификации архитектурно-планировочных и конструктивных решений. В качестве основного планировочного модуля принят модуль, равный 600 мм; толщины стен —кратными 100 мм при предпочтительных абсолютных размерах 300, 400, 600 и 900 мм.

Положение разбивочных осей обстройки назначается из условия размещения ее сборных конструкций вне габаритов коробчатого сечения ствола. Внутренние грани стен ядер жесткости имеют постоянную привязку к модульным осям, равную 150 мм; привязка наружных граней меняется в зависимости от толщины стен.

В зоне ядра группируются лестнично-лифтовые узлы и инженерные коммуникации. Для определенных типов зданий разработаны типизированные решения.

Опирание ригелей каркаса рекомендуется на пилястры ядер жесткости постоянной ширины 400 мм с центральной привязкой к разбивочным осям. Максимальный вылет пилястр — 1800 мм.

Панели перекрытий размещаются параллельно стенам ствола. Модуль обстройки, примыкающей к ядру жесткости, рекомендуется принимать не менее 6 м для уменьшения влияния перекосов в перекрытиях при деформациях ядра.

Дверные проемы принимаются размерами 900X2100 и 1300Х2100 мм с технологическими    скосами 1:10, расширяющими проем внутри ядра.

Для стен жесткости применяется бетон марок М 200 и М 300, для монолитных перекрытий внутри ядра — марки М 200. Опирание перекрытий при бетонировании ядер жесткости в скользящей опалубке точечное, при бетонировании в переставной опалубке— по всей грани примыкания.

Лестничные марши и площадки — сборные железобетонные из номенклатуры унифицированного каркаса. Шахты лифтов при высоте зданий до 25 этажей — сборные железобетонные (или монолитные); при высоте более 25 этажей — монолитные. Конструкции перегородок и шахт инженерных коммуникаций принимаются аналогичными соответствующим конструкциям обстройки.

Для армирования ядер жесткости применяются изделия максимальной заводской готовности. Плоские сетки и каркасы объединяются в пространственные каркасы. Изготовление плоских каркасов ориентировано на многоэлектродные машины для контактно-точечной сварки.

По характеру армирования различают три основные зоны ядра жесткости: железобетонная стена, бетонная стена и перемычки.

Для железобетонной стены минимальный процент содержания вертикальной арматуры 0,05 % У каждой грани стены, максимальный — не более 3 %. Шаг вертикальных стержней — 200, 400 мм; шаг горизонтальной арматуры — 200 мм.

Перемычки армируются верхней, нижней и поперечной арматурой из расчета восприятия действующих в них усилий. При этом перерезывающие силы полностью воспринимаются металлом. Основным методом возведения ядер жесткости является бетонирование в скользящей и переставной опалубке. При этом переставная опалубка рекомендуется в зданиях, включающих наряду с ядрами монолитные диафрагмы жесткости, при повышенных требованиях к наружным поверхностям ядер (выполнению отделочного слоя с помощью матриц), при фиксации закладных деталей на опалубке, для стен переменной толщины по высоте и наличии на стенах выступов (по высоте) или консолей.

Скользящая опалубка рекомендуется при сложной в плане форме ядер жесткости, а также при возведении обстройки после возведения ядер жесткости (или значительной их части) с непрерывной схемой бетонирования ствола и жестких допусках на отклонение ствола от вертикали. Кроме того, скользящая опалубка предпочтительнее при значительной высоте зданий.

 Каркасные здания. Каркасы многоэтажных зданий. Коробчатые ...

 Способы монтажа зданий. МОНТАЖ ЗДАНИЙ ПРИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОМ КАРКАСЕ

 МОНТАЖ МНОГОЭТАЖНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ. Многоэтажные промышленные ...

 МОНТАЖ ПОЛНОСБОРНЫХ ЖИЛЫХ И ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ. Монтаж ...

 Стены и перегородки

 Подготовительные мероприятия по строительству жилого дома