Каркасная конструктивная система ригельный и безригельный каркас. Безригельный каркас с плоскими перекрытиями

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса. Технический результат заключается в обеспечении повышенной несущей способности каркаса. Способ включает соединение колонн с плитами перекрытия и размещение арматурных элементов. Перераспределяют усилия в местах сопряжения колонн с перекрытиями, создавая единые конструктивные элемент-узлы. Условными границами элемент-узлов на плане являются линии расчетных нулевых изгибающих моментов в перекрытиях вокруг колонн. Условными границами элемент-узлов по вертикали являются сечения колонн, расположенные посередине высоты этажей. Конструкцией элемент-узла задают эксцентриситет передачи вертикальной нагрузки на колонны. Формируют каркас из единых конструктивных элементов-узлов, объединяя их в пространственный каркас непрерывной и закольцованной в радиальных направлениях через смежные перекрытия и колонны арматурой. 7 ил.

Рисунки к патенту РФ 2490403

Способ повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса относится к области строительства и может быть использован при возведении жилищных, культурно-бытовых и промышленных объектов, в том числе и с пролетами перекрытий более 9-ти метров, при различных типах сечения колонн, в высотном монолитном строительстве, в том числе, в районах с повышенной сейсмической активностью.

Известны традиционные способы сборки железобетонных безригельных каркасов из колонн и плоских перекрытий, при пересечении которых, как правило, арматура колонн не связана с арматурой перекрытия. Вследствие чего, для повышения несущей способности каркаса, при восприятии нагрузки, с увеличением размера пролета перекрытия, увеличивают толщину плиты и/или сечение колонны, а так же густо армируют приколонную зону перекрытия.

Известно, что при бетонировании, как правило, швы располагают в уровне верхней и нижней плоскостей плиты перекрытия, то есть плиты пересекают швами бетонирования колонны.

Известно, что стык продольной арматуры колонн осуществляют преимущественно внахлест и в теле колонны, что приводит к бесполезному перерасходу арматуры, особенно с увеличением диаметра арматуры.

Если, при традиционной системе армирования, при увеличении шага колонн и нагрузок на перекрытие, при сечении колонны 400×400 и толщине плиты 200 мм, в результате расчета получаем расчетную арматуру в верхней растянутой зоне плиты перекрытия: Ax+Ay=100 см 2 , где Ax, Ay - расчетные значения арматуры по взаимно перпендикулярным направлениям, то разместить такое количество арматуры в растянутой зоне плиты просто невозможно.

Известен «Способ возведения каркаса безригельного многоэтажного здания» по патенту RU 2134752 от 21.01.1998, опубликовано 20.08.1999, МПК 6 E04B 1/18, заключающийся в монтаже рядовых и наружных колонн, установке на них надколонных плит перекрытий, и монтаже межколонных и центральных плит перекрытий, при этом, после монтажа перекрытия верхнего этажа здания на верхнем этаже или на верхних этажах дополнительно монтируют диагональные подкосы, соединяющие в пределах каждого из этих этажей низ наружных колонн с верхом соседних рядовых колонн или верх наружных колонн с низом соседних рядовых колонн и расположенные нормально к соответствующему им фасаду здания, а затем удаляют размещенные под диагональными подкосами в пределах первого этажа часть наружных колонн.

Данный способ сложен в использовании за счет дополнительных подкосов, и не позволяет возводить здания с большими пролетами перекрытий.

Известен «Способ возведения безригельного каркаса здания» по патенту RU 2206674 от 11.10.2001, опубликовано 20.06.2003, МПК 7 E04B 1/18, E04B 1/22, включающий монтаж колонн и плит перекрытий, замоноличивание стыков между колоннами и плитами, пропуск арматуры сквозь колонны между плитами во взаимно перпендикулярных направлениях и натяжение ее, выдержку до набора бетоном стыка между колоннами и плитами передаточной прочности с последующей передачей усилия натяжения на бетон по периметру здания и омоноличиванием швов между плитами, при этом, после набора бетоном стыка между колоннами и плитами передаточной прочности, усилие натяжения арматуры на бетон передают попеременно во взаимно перпендикулярных направлениях поэтапно - сначала 30-40% общего усилия натяжения, затем 60-75% общего усилия натяжения, с последующим полным отпуском натяжения.

Данный способ также сложен в использовании за счет того, так, как требует дополнительного натяжения арматуры на бетон, и нет конструктивной связи колонн с перекрытием.

Наиболее близким является «Способ повышения несущей способности безбалочного монолитного железобетонного перекрытия» по патенту RU 2394140 , от 09.06.2009, опубликовано 10.07.2010, МПК E04G 23/02, Е04В 5/43, включающий размещение на соединенной с колонной плите перекрытия, которая снабжена продольной арматурой усиливающих элементов, при этом в приколонной зоне плиты перекрытия выполняют вертикальные отверстия, в которые устанавливают усиливающие элементы в виде набора стержней с анкерными элементами на концах, образующих не связанную с продольной арматурой поперечную арматуру, и заливают раствор безусадочной расширяющейся бетонной смесью; приколонная зона перекрытия размещения вертикальных стержней поперечной арматуры в плане имеет форму четырех прямоугольников, одна сторона каждого из которых примыкает к колонне и равна ширине последней, а другая сторона превышает в 1,5-3,5 раза толщину плиты перекрытия; диаметр отверстий, выполненных в плите перекрытия, в 1,5-2,5 раза больше диаметра стержней поперечной арматуры, при этом отверстия снизу выполнены глухими с донышком или снабжены пробкой; приколонная зона перекрытия размещения вертикальных стержней поперечной арматуры в плане имеет форму описанного вокруг колонны квадрата, сторона которого равна сумме ширины колонны и удвоенного определяющего размера приколонной зоны - расстояния между внешней границей приколонной зоны и колонной, превышающего в 1,5-3,5 раза толщину плиты перекрытия.

Данный способ повышения несущей способности безбалочного монолитного железобетонного перекрытия усиливает только приколонную часть перекрытия и только дополнительной поперечной арматурой, не создавая единого узла сопряжения колонны с перекрытием.

Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение повышенной несущей способности монолитного железобетонного каркаса при возведении жилищных, культурно-бытовых и промышленных объектов, в том числе и с пролетами перекрытий более 9-ти метров, без предварительного напряжения арматуры, при различных типах сечения колонн, в высотном монолитном строительстве, в том числе, в районах с повышенной сейсмической активностью.

Задача решена за счет способа повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса, включающего соединение колонн с плитами перекрытия, и размещение арматурных элементов, при этом, повышают несущую способность каркаса, путем перераспределения усилий в местах сопряжения колонн с перекрытиями, создавая единые конструктивные элемент-узлы, условными границами которых являются, на плане - линии расчетных нулевых изгибающих моментов в перекрытиях вокруг колонн, а по вертикали - сечения колонн расположенные посередине высоты этажей; конструкцией элемент-узла задают эксцентриситет передачи вертикальной нагрузки на колонны; формируют каркас из единых конструктивных элемент-узлов, объединяя их в пространственный каркас непрерывной и закольцованной в радиальных направлениях, через смежные перекрытия и колонны, арматурой.

Способ повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса, путем перераспределения усилий в местах сопряжения колонн с перекрытиями, позволяет увеличить сопротивление взаимному повороту колонн и перекрытий в местах сопряжения, и повысить жесткость каркаса по всем направлениям; увеличить сопротивление горизонтальным нагрузкам, таким как, ветер и пульсация ветра; регулируемым эксцентриситетом «е» запустить механизм автоматической разгрузки колонн; воспринимать изгибающие моменты от ветровых и пролетных нагрузок единым элементом-узлом высотой в целый этаж, а не отдельно колонной и перекрытием; перераспределить усилие продавливания перекрытия над колонной, так как, перекрытие ощущает опору не на колонну, а на значительно расширенную область, благодаря особой конфигурации арматурных стержней в нем, поскольку отгибы продольной арматуры нижней колонны, упираясь в отгибы продольной арматуры верхней колонны, создают эффект поддерживающей капители в теле плиты, в то же время, являясь надежными анкерами при восприятии изгибающих, приколонных моментов; повысить сейсмостойкость каркаса.

Способ повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса осуществляют в каркасе, изображенном на чертежах, где на фиг.1 - каркас в сборе, на фиг 2 - монолитный конструктивный элемент - узел с арматурой 9, на фиг.3 - арматура 9, 17, 18; на фиг.4 - конструктивный разрез по каркасу, на фиг.5 - раскладка арматуры в плане по перекрытию, на фиг.6 - монолитный конструктивный узел с арматурой 18, на фиг.7 - схема расположения равноудаленных колонн по принципу равностороннего треугольника.

На фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 изображены: каркас 1 монолитный железобетонный безригельный в сборе, жесткий конструктивный элемент-узел 2, колонна 3, перекрытие 4, линия 5 расчетных нулевых изгибающих моментов в перекрытиях, сечение 6 колонн с наименьшими изгибающими моментами, место расположения швов бетонирования, армирование 7 радиального перекрытие, армирование 8 концентрическое, продольная арматура 9 колонной части узла с отгибами в плитную часть узла, растянутая приколонная зона 10 плитной части узла, зона 11 плиты перекрытия, растянутая пролетная, арматура 12 конструктивная, стык 13 отогнутой части продольной арматуры колонной части элемента-узла в верхней растянутой приколонной плитной части элемента-узла, консольные свесы 14 перекрытия, кольцевая распределительная арматура 15, эксцентриситет «е» 16 передачи нагрузки перекрытия на колонну, продольная арматура 17 колонной части узла с отгибами в плитную часть узла, продольная арматура 18 колонной части узла с отгибами в плитную часть узла, колонная часть 19 элемента-узла, плитная часть 20 элемента-узла.

Способ повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса осуществляют при его сборке следующим образом.

Устанавливают опалубку перекрытия 4 текущего этажа. Под этой опалубкой устанавливают секции замковой опалубки на верхнюю часть колонн, от сечения 6 текущего этажа.

Формируют конструктивно организованный элемент-узел 2, из колонной части 19 и плитной части 20, вокруг центра, расположенного в месте пересечения центральной оси колонны 3 с плитой перекрытия 4, по вертикали - из половины колонны текущего этажа и половины колонны следующего этажа, с условными границами по сечению 6 колонн расположенных посередине высоты этажей, а на плане - из фрагмента перекрытия вокруг колонн, с условными границами по линии 5 расчетных нулевых изгибающих моментов в перекрытиях, сопрягая плитную и колонную части, объединенных радиально направленной продольной арматурой 9, или 17, или 18 колонн, отгибами в плитную часть элемента-узла, при этом создают условия для перераспределения усилии в местах сопряжения колонн с перекрытиями, повышая несущую способность каркаса.

Арматура, с особой конфигурацией отгибов 9, 17, 18, является основной образующей арматурного каркаса элемента-узла 2.

В растянутой приколонной зоне 10 плитной части элемента-узла 2 арматура 9, и/или 17, и/или 18, отгибами для нижнего и для верхнего этажа, жестко соединяют с вертикальным нахлестом.

Наличие у арматуры 9, 17, 18, отгибов в верхнюю растянутую приколонную зону 10 плитной части элемента-узла 2, задает, всегда присутствующий и регулируемый проектными решениями, эксцентриситет «е» 16, передачи вертикальной нагрузки перекрытия на колонну.

Наличие эксцентриситета «е» 16 передачи вертикальной нагрузки на колонную часть 3 элемента-узла 2, при жестком стыке 13 и изогнутой формы детали 9 или 17 или 18:

Создает момент в колонной части арматуры 9 или 17 или 18, выдергивающий арматуру вверх, то есть в арматуре 9 или 17 или 18 создается разгружающее колонну 3 усилие, направленное вверх;

Обеспечивает автоматическую работу механизма разгрузки: при увеличении количества этажей увеличивается и разгружающий момент в колоннах 3 нижележащих этажей.

Собранный пространственный арматурный каркас для формирования элемента-узла 2 устанавливают своими отгибами арматуры 9, и/или 17, и/или 18, на такой же пространственный арматурный каркас, выступающий из колонны 3 текущего этажа, на отгибы арматуры 9, и/или 17, и/или 18,

Отгибы продольной арматуры 9, или 17, или 18, нижней колонны (фиг.2, фиг.4, фиг.6), упираясь в отгибы продольной арматуры 9 или 17 или 18 верхней колонны (фиг.2, фиг.4, фиг.6) создают эффект поддерживающей капители в теле плиты, в то же время являясь надежными анкерами при восприятии изгибающих приколонных моментов. При этом перекрытие при работе ощущает опору не на колонну, а на значительно расширенную область.

Сваривают отгибы в нахлесте арматуры 9, и/или 17, и/или 18, текущего и следующего этажа. Далее раскладывают радиальную арматуру 7, сваривая ее с арматурой 9, или 17, или 18, (фиг.2), устанавливают концентрическую арматуру 8 в пролете перекрытия (фиг.2, фиг.6), и конструктивную арматуру 12, то есть формируют каркас из единых конструктивных элементов-узлов, объединяя их в пространственный каркас непрерывной и закольцованной в радиальных направлениях, через смежные перекрытия и колонны, арматурой, создавая непрерывную систему колонна-перекрытие-колонна-перекрытие, закольцованную смежными перекрытиями и колоннами радиальным армированием (см. фиг.4).

Затем устанавливают секции опалубки колонн 3 на половину следующего этажа и бетонируют перекрытие 4 текущего этажа с половиной колонны 3 текущего этажа и половиной колонны 3 следующего этажа, то есть элементы-узлы 2 бетонируются целиком за одну захватку между, расположенными посередине высоты этажей, сечениями 6 колонн 3, что резко повыщает несущую способность каркаса.

Несущая способность безригельного монолитного железобетонного каркаса повышается при работаете элемента-узла 2, следующим образом.

Основной характеристикой элемента-узла 2 является эксцентриситет «е» 16 передачи нагрузки перекрытия на колонну.

Пролетные вертикальные нагрузки, действующие на перекрытие, передаются через арматуру 9 или 17 или 18 на колонну 3 с эксцентриситетом «e» 16. При этом, на каждом этаже в продольной арматуре колонн, кроме усилия сжатия N возникают растягивающие усилия от изгибающего момента, равного М=Ne. (фиг.4)

Вследствие наличия эксцентриситета 16 и непрерывности, закольцованности с соседствующим этажом радиального армирования колонна-перекрытие-колонна-перекрытие, (фиг.4) пролетные нагрузки на перекрытие растягивают радиальную арматуру, в том числе и в колонной зоне, создавая при этом разгрузочный момент в арматуре колонны. Учитывая это, можно уменьшить расход армирования колонн.

При этом, при одинаковых параметрах этажей и нагрузках и эксцентриситетах, в арматуре колонн нижнего этажа возникнут усилия сжатия N=nN, и изгибающий момент M=nNe, где n - количество этажей.

Если, при традиционном способе сборки каркаса изгибающий момент над колонной совершал только разрушающую работу, то в предлагаемом техническом решении, изгибающий момент М, созданный эксцентриситетом «е», благодаря особой форме арматуры 9 или 17 или 18, стремится выдернуть арматуру вверх, то есть создается вертикальное усилие, направленное вверх, и противоположное вертикальной нагрузке на каркас.

Благодаря этому, в каркасе постоянно работает эффект саморазгружения в колоннах, причем с ростом количества этажей, в нижних этажах автоматически увеличивается и разгружающий эффект.

Благодаря вертикальному нахлесту отгибов продольной арматуры 9, или 17, или 18, колонн 3, в растянутой приколонной зоне 10 плитной части элемента-узла 2, создается дополнительная жесткость сечения арматуры при восприятии изгибающего момента (фиг.4).

Благодаря жесткому стыку 13 отгибов продольной арматуры колонн и дальнейшим его разветвлением в колонны верхнего и нижнего этажа, увеличивается сопротивление изгибающему моменту в направлении от стыка 13 к колонне 3, за счет увеличения расстояния между сечениями отгибов 9 верхней и нижней колонн.

Способ повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса путем перераспределения усилий в местах сопряжения колонн с перекрытиями позволяет:

Увеличить сопротивление взаимному повороту элементов (колонн и перекрытий) в местах сопряжения и повысить жесткость каркаса по всем направлениям;

Увеличить сопротивление горизонтальным нагрузкам (ветер, пульсация ветра);

Регулируемым эксцентриситетом «е» запустить механизм автоматической разгрузки колонн;

Перераспределить изгибающие моменты перекрытий, которые воспринимаются уже не колонной, а элементом-узлом, и перераспределить усилие продавливания перекрытия над колонной, так как, перекрытие ощущает опору не на колонну, а на значительно расширенную область, благодаря особой конфигурации арматурных стержней в нем, поскольку отгибы продольной арматуры нижней колонны (фиг.2, фиг.4, фиг.6), упираясь в отгибы продольной арматуры верхней колонны (фиг.2, фиг.4, фиг.6) создают эффект поддерживающей капители в теле плиты, в то же время являясь надежными анкерами при восприятии изгибающих приколонных моментов.

Техническим эффектом является обеспечение повышенной несущей способности монолитного железобетонного каркаса при возведении жилищных, культурно-бытовых и промышленных объектов, в том числе и с пролетами перекрытий более 9 метров, без предварительного напряжения арматуры, при различных типах сечения колонн, в высотном монолитном строительстве, в том числе, в районах с повышенной сейсмической активностью, путем перераспределения усилий в местах сопряжения колонн с перекрытиями, создавая единые конструктивные элемент-узлы, условными границами которых являются, на плане - линии расчетных нулевых изгибающих моментов в перекрытиях вокруг колонн, а по вертикали - сечения колонн расположенные посередине высоты этажей; конструкцией элемент-узла задают эксцентриситет передачи вертикальной нагрузки на колонны; формируют каркас из единых конструктивных элементов-узлов, объединяя их в пространственный каркас непрерывной и закольцованной в радиальных направлениях, через смежные перекрытия и колонны, арматурой.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса, включающий соединение колонн с плитами перекрытия и размещение арматурных элементов, отличающийся тем, что повышают несущую способность каркаса путем перераспределения усилий в местах сопряжения колонн с перекрытиями, создавая единые конструктивные элемент-узлы, условными границами которых являются на плане линии расчетных нулевых изгибающих моментов в перекрытиях вокруг колонн, а по вертикали - сечения колонн, расположенные посередине высоты этажей; конструкцией элемент-узла задают эксцентриситет передачи вертикальной нагрузки на колонны; формируют каркас из единых конструктивных элементов-узлов, объединяя их в пространственный каркас непрерывной и закольцованной в радиальных направлениях через смежные перекрытия и колонны арматурой.

Сборно-монолитная конструктивная система «КУБ-2.5», является дальнейшим развитием систем серии «КУБ» с целью их дальнейшей универсализации для различных условий строительства, усовершенствования конструктивных решений, снижения трудозатрат на изготовление и монтаж элементов и оптимизации экономических характеристик. Каркас монтируется из изделий заводского изготовления с последующим замоноличиванием узлов, в эксплуатационной стадии конструкция является монолитной.

Конструктивные решения системы «КУБ-2.5» — стыки панелей перекрытий, стыки неразрезных многоярусных колонн, узлы соединения панелей перекрытия с колоннами, шпренгельные конструкции 12-метровых пролетов и др. — обеспечивают рамные и рамно-связевые системы каркасов зданий. Это стало возможным благодаря анализу результатов испытаний натурных фрагментов стыков элементов системы, проведенных лабораторией динамических испытаний в центре строительных экспертиз ЦНИИЭП жилища под руководством к.т.н. Ашкинадзе Г.Н. совместно с авторами систем. Разработанные в системе «КУБ-2.5» новые элементы конструкций не требуют установки опалубки, что значительно сокращает (на 60%) объем бетона замоноличивания на монтаже. Кроме того, конструкция стыков колонн исключает применение ванной сварки. Все это снижает в сравнении с системой «КУБ-3» построечные трудозатраты на 50-60%. Экспериментальные и теоретические исследования, проведенные в институте ЦНИИЭП жилища в 70-80-е годы, подтвердили жесткостные и прочностные качества конструкции, а также достоверность расчетных предпосылок.

Система рассчитана на возведение зданий высотой до 15 этажей и предполагает применение укрупненных изделий панелей перекрытия с максимальными размерами 2980х5980х160 мм, наряду с одномодульными размерами 2980х2980х100 мм — в зависимости от подъемно-транспортных возможностей подрядчиков. Несущая способность перекрытий позволяет использование каркаса в зданиях с интенсивностью нагрузок на этаж до 1300 кг/м². Разработанные конструкции каркаса предусматривают высоты этажей в зданиях 2.8 м, 3.0 м и 3.3 м при основной сетке колонн 6,0x6,0 м. Применение рамных схем в зданиях с колоннами сечением 400х400 мм ограничено 5-ю этажами в обычных условиях строительства и сейсмичности до 7 баллов, и 3-мя этажами при сейсмичности 8-9 баллов. В остальных случаях принимается рамно-связевая схема с использованием связей или диафрагм. В зданиях высотой не более 4 этажей могут применяться колонны сечением 400х200, при этом конструктивная схема должна быть рамно-связевой. Для зданий высотой более 15 этажей необходима индивидуальная разработка колонн. Разработанные элементы каркаса позволяют обеспечить в зданиях пролеты 3.0 м, 6.0 м и 12.0 м. Необходимость реализации других пролетов в пределах указанных параметров требует индивидуальных разработок.

Одним из достоинств каркаса является пониженный показатель расхода стали и цемента на 1 м² перекрытия по сравнению с каркасными системами, применяемыми как внутри страны, так и за рубежом. «Самый главный плюс данной системы — это экономичность, — говорит генеральный директор фирмы «КУБ» Геннадий Грачев. — Из-за сниженных показателей расхода бетона и стали общая стоимость всей постройки снижается на 5-7%, что даже при условии изготовления элементов строительства на ЖБК составляет довольно приличную сумму. Более того, монтаж подобного объекта выполняется очень быстро и очень просто по сравнению с традиционными сборно-каркасными системами. Для примера отмечу, что бригада из пяти человек за смену может смонтировать до 300 м² перекрытий! Если монтажники обладают хорошей квалификацией, то каркас одной секции высотного дома может быть сделан за два месяца».

Технико-экономические показатели на 1 м² перекрытия системы КУБ-2,5 по данным ЦНИИПИ «Монолит», г. Москва

Материалы:

Трудозатраты, (чел.час./м²)

Изделия каркаса имеют ограниченное количество типоразмеров, что существенно облегчает его освоение. Элементы безригельного каркаса могут быть легко изготовлены во вновь осваиваемых районах, в условиях отсутствия индустриальной базы, а также в местах, где еще не налажено производство каркасов действующих серий.

Безригельный каркас обладает архитектурно-планировочными и конструктивными преимуществами перед традиционными балочными. Особенностями КУБ 2.5, отличающими ее от традиционных сборно-монолитных каркасных систем, является отсутствие ригелей, роль которых выполняют плиты перекрытия и использование многоярусных колонн без выступающих частей. Формообразующие возможности каркаса имеют широкий диапазон от одноэтажных до многоэтажных зданий со сложным архитектурно-пространственным решением, в частности, предусмотрено разнообразное решение фасадов благодаря возможности опирать стены на каждый ярус консольной части перекрытия ж/б каркаса, в отличие от стен из сборных панелей.

Конструкция каркаса позволяет решить схему перекрытия без консолей по периметру здания. Наружные самонесущие стены могут быть выполнены из штучного материала или панелей вертикальной разрезки, которые крепятся к наружным поясам перекрытий.

В системе разработана новая конструкция узлов крепления связей к колоннам, снижающая вероятность резонанса сооружений при вынужденных колебаниях (сейсмика, ветер и т.п.). Поэтому она является универсальной конструкцией для строительства жилых, общественных и некоторых промышленных зданий, как в обычных условиях строительства, так и в районах с сейсмичностью до 9 баллов по 12 бальной шкале.

Производственный дивизион Корпорации «Главстрой» — ОАО «Моспромстройматериалы» (МПСМ) — уже долгое время выпускает высококачественными изделия для строительства домов по технологии «КУБ-2.5». Широкую номенклатуру продукции производит входящее в МПСМ ОАО «Моспромжелезобетон» (МПЖБ). В рамках программы перспективного развития производства, осуществляемой за счет собственных средств, в 2006 году на МПЖБ проведено усовершенствование изделий конструктивной системы КУБ. Сегодня завод способен производить по данной технологии около 250 тыс. м в год и располагает опытом таких поставок далеко за пределы столичного региона, например, в Новый Уренгой. Предприятие ведет большую работу с привлечением научных институтов по подбору составов бетона, а также рациональному использованию материалов и электроэнергии. В ходе периодических совещаний представителями «НИИМосстрой» было отмечено высокое качество всех изделий завода.

В этом году планируется приступить к производству изделий системы «КУБ 2.5» на Адлерском заводе ЖБИ (предприятие производственного дивизиона Главстроя). На момент приобретения завода — начало 2008 года — он был не в состоянии выполнить весь комплекс работ для производства этих изделий из-за отсутствия специалистов и материально-технической базы. «В настоящее время в программе реконструкции этого завода заложено оснащение оборудованием ведущих европейских компаний по производству бетонных труб, колец и элементов инженерной инфраструктуры, — комментирует начальник Управления маркетинга и продаж строительных материалов Александр Хаванов. — Планируется расширить производство ЖБИ для строительства жилых домов 135-й серии и для сооружений различного назначения по технологии КУБ. Сейчас ведется работа по аттестации планируемых к застройке в Сочи серий на сейсмостойкость, а МПЖБ уже готовит оснастку для выпуска широкой номенклатуры продукции».

Сейчас активно происходит развитие системы «КУБ-2.5»: переработке и модернизации подверглись все элементы каркаса, начиная от простейших закладных деталей, и заканчивая самыми сложными элементами — плитами перекрытия. Дополнительно к выходу обновленной системы будет выпущена электронная программа, существенно упрощающая проектирование в КУБе. Переработка элементов системы не приведет к переработке металлоформ, что даст в будущем преимущество нашим клиентам которые уже строят и проектируют в КУБе-2.5. Новая разработка получит название КУБ-4.

В настоящее время Главстрой на базе МПСМ проводит дополнительные испытания, чтобы доказать соответствие системы всем современным запросам заказчиков. Для тестов был смонтирован каркас высотой 2 этажа с фундаментом, соответствующим 20-этажному зданию. Такой высоты достаточно, чтобы оценить действие нагрузок, а фундамент при этом не исказит результатов — ведь при реальном строительстве он будет достаточно мощным. После набора бетоном марочной прочности каркас будет загружен, емкости с водой объемом 1куб.м в количестве 225 штук будут создавать вертикальную нагрузку, а при помощи 8 гидродомкратов (мощность каждого составляет 200 тонн), будет имитирована горизонтальная нагрузка, также будет установлена динамо-машина, которая создаст вибрации, имитирующие землетрясение в 8 баллов.

«Это уникальные испытания, которые не проводились в России уже более 20 лет. Наш каркас держит 1,2 тыс. кг на 1 м², — отмечает инженер-конструктор компании «КУБ» Роман Смирнов. — А при строительстве жилья обычно учитывается нагрузка 400 кг на 1 м²».

Также систему «КУБ-2.5» будут проверять на прогрессирующее обрушение. Это стало актуальным после террористических атак на жилые дома. Испытания будут проводиться совместно с Российской ассоциацией сейсмостойкости, специалисты которой подготовят экспертное заключение к концу августа. И уже осенью планируется приступить к строительству зданий по системе «КУБ-2.5» в Краснодарском крае, являющемся сейсмоопасной зоной.

Таким образом, применение «КУБ 2.5» в жилищном строительстве позволяет осуществить новый подход к проблемам проектирования жилья с учетом его современных потребительских качеств. Ведь применение этой системы гарантирует свободную планировку квартир и других помещений в соответствии с требованиями заказчика. Кроме того, присутствует возможность использования части этажей под помещения общественного назначения, не требующей никакой дополнительной переработки конструкций каркаса.

Врезка

Данные, полученные при строительстве жилого комплекса на 356 квартир в г. Москве на ул. космонавта Волкова:

• Монтаж каркаса бригадой из 5-ти человек — 300 м²/смену (только плиты); с учетом монтажа колонн, жб связей — 200 м²/смену;
• Металлоемкость каркаса на 1 куб.м ж/бетона (по данным завода ЖБИ «Коренево») — 95.9 кг/куб.м (10 и 12-ти этажные секции); 98.96 кг/куб.м — (16-ти этажная секция);
• Минимальный комплект металлоформ для организации производства:
  — плит перекрытия размером 3х3 м (при мощности завода 13 500 м²/год) — 9 шт. (НП — 3 шт. МП — 4 шт. СП — 2 шт.);
  — при 2-модульных плитах перекрытия размером 6х3 м — 4 шт. (НП+МП — 2 шт. МП+СП — 2 шт.).

Выбор той или иной конструктивной схемы здания зависит от его этажности, объемно-планировочной структуры, наличия стройматериалов и базы стройндустрии.

Конструктивная схема представляет собой вариант конструктивной системы по признакам состава и размещения в пространстве основных несущих конструкций – продольному, поперечному или др.

В каркасных зданиях применяют три конструктивные схемы (рис.3.4):

С продольным расположением ригелей;

С поперечным расположением ригелей;

Безригельная.

Каркас с продольным расположением ригеля применяют в жилых домах квартирного типа и массовых общественных зданиях сложной планировочной структуры, например, в зданиях школ.

Каркас с поперечным расположением ригеля применяют в многоэтажных зданиях с регулярной планировочной структурой

Рис. 3.4. Конструктивные схемы каркасных зданий:

а – с продольным расположением ригеля; б – с поперечным; в –

безригельная.

(общежития, гостиницы), совмещая шаг поперечных перегородок с шагом несущих конструкций.

Безригельный (безбалочный) каркас, в основном используют в многоэтажных промышленных зданиях, реже в общественных и жилых, в связи с отсутствием соответствующей производственной базы в сборном жилищном строительстве и относительно малой экономичностью такой схемы.

Преимущество безригельного каркаса используется в жилых и общественных зданиях при их возведении в сборно-монолитных конструкциях методом подъема перекрытий или этажей. При этом имеется возможность произвольной установки колонн в плане здания: их размещение определяется только статическими и архитектурными требованиями и может не подчиняться закономерностям модульной координации шагов и пролетов.

Варианты каркасной конструктивной схемы представлены на рис.3.5.

Рис.3.5.Варианты каркасной конструктивной схемы:

А – с полным; Б – с неполным; В – с безригельным каркасом; 1 – полный каркас с продольным расположением ригелей; 2 – то же, с поперечным; 3 – полный каркас с продольным расположением ригелей колонн (только у наружных стен) и большепролетными перекрытиями; 4 – неполный продольный каркас; 5 – то же, поперечный; 6 – безригельный каркас; К – колонна; Р – ригель; Дж – вертикальная диафрагма жесткости; НП – настил перекрытия, НР – настил-распорка; I – несущие стены; II – ненесущие стены.

При проектировании зданий наиболее распространенной бескаркасной системы используют следующие пять конструктивных схем (рис.3.6):

схема I – с перекрестным расположением внутренних несущих стен при малом шаге поперечных стен (3; 3,6 и 4,2 м). Применяют в проектировании многоэтажных зданий, в зданиях, строящихся в сложных грунтовых и в сейсмических условиях. Конструкции сборных перекрытий, применяемые в массовом строительстве, в зависимости от величины перекрываемого пролета условно делят на перекрытия малого (2,4-4,5 м) и большого (6-7,2 м). ;

Рис.3.6. Конструктивные схемы бескаркасных зданий:

I – перекрестно-стеновая; II и III – поперечно-стеновые; IV и V – продольно-стеновые; А – варианты с ненесущими или самонесущими продольными наружными стенами; Б – то же, с несущими; а – план стен; б – план перекрытий.

схема II – с чередующимися размерами (большим и малым) шага поперечных несущих стен и отдельными продольными стенами жесткости (схема со смешанным шагом стен). Схемы I-II позволяют более разнообразно решать планировку жилых зданий, размещать встроенные нежилые помещения в первых этажах, обеспечивают удовлетворительные планировочные решения детских учреждений и школ;

схема III – с редко расположенными поперечными несущими стенами и отдельными продольными стенами жесткости (с большим шагом стен). Имеет преимущества при применении полносборных конструкций;

схема IV – с продольными наружными и внутренними несущими стенами и редко расположенными поперечными стенами – диафрагмами жесткости (через 25-40). Применяют при проектировании жилых и общественных зданий малой, средней и повышенной этажности с каменными и крупноблочными конструкциями. В панельном строительстве применяют редко;

схема V - с продольными наружными несущими стенами и редко расположенными поперечными диафрагмами жесткости. Применяют в экспериментальном проектировании и строительстве жилых домов высотой 9-10 этажей. Обеспечивает свободу планировки квартир.

Изобретение относится к области строительства, в частности к конструкциям сборно-каркасных зданий и сооружений. Технический результат изобретения заключается в повышении жесткости и прочностных характеристик каркаса. Безригельный каркас содержит колонны, надколонные плиты перекрытия, опирающиеся на колонны, межколонные плиты перекрытия, расположенные между надколонными плитами, узлы соединения колонн с надколонными плитами перекрытий и узлы соединения плит перекрытий между собой. Колонны, расположенные в углах зданий и в местах пересечения продольных и поперечных стен, выполнены фигурными с уголковым, тавровым или крестообразным поперечным сечением соответственно их расположению. Каждый узел соединения колонн с надколонными плитами перекрытий выполнен в виде закладных деталей, соединенных с арматурой колонны и установленных на периферийных участках поперечного сечения фигурной колонны, а также вертикальных стержней, пропущенных через отверстия в надколонной плите перекрытия и соединенных с закладными деталями колонн. 2 з.п. ф-лы, 16 ил.

Рисунки к патенту РФ 2501915

Изобретение относится к области строительства, в частности к конструкциям сборно-каркасных зданий и сооружений, и может быть использовано при сооружении жилых, гражданских, промышленных зданий и сооружений с безригельными каркасами.

Безригельные каркасы в настоящее время являются альтернативой традиционным схемам строительства сборно-каркасных зданий и сооружений. Примером применения безригельных каркасов является строительная система безригельного полносборным каркаса сборно-каркасных зданий серии «КУБ-2,5», прошедшая согласование и получившая одобрение Госстроя РФ. Министерства строительства, архитектуры и ЖКХ Российской Федерации.

Серия сборно-каркасных зданий «КУБ-2,5» освоена ООО «КУБ Систем», ООО «КУБ Строй», ООО «ПСК-КУБ» (Москва), ООО «КУБ Систем СПб», ООО «КУБ Строй СПб» (Санкт-Петербург).

От традиционных сборно-каркасных систем строительная система «КУБ-2,5» отличается, прежде всего, отсутствием ригелей (роль которых выполняют плиты перекрытия), а также использование колонн без выступающих частей. Плиты перекрытий, в зависимости от расположения, подразделяются на надколонные, межколонные и средние. Пространственная жесткость конструкции обеспечена монолитной связью элементов (плит перекрытий и колонн) и, при необходимости, включением в систему связей и диафрагм. В основу системы безригельного каркаса «КУБ-2,5» положена конструкция узла сопряжения двух основных элементов - плиты перекрытия и колонны с использованием закладной детали - стальной обечайки, соединенной с арматурой плиты перекрытия. Бетон в данном узле работает в условиях всестороннего обжатия, вследствие чего происходит его самоупрочнение. Это дает возможность исключить ванную сварку в стыке колонн. В узле присутствуют только монтажные швы.

Монтаж каркаса производится в следующем порядке: сначала устанавливают и выверяют колонны, затем на проектную отметку устанавливают надколонные плиты перекрытия, после этого межколонные и средние плиты перекрытия монтируют «насухо». После установки арматуры в швах между плитами замоноличивают бетоном узлы сопряжения надколенных плит перекрытия и колонн, а также швы между плитами перекрытия.

Строительная система безригельного каркаса «КУБ-2,5» может использоваться для строительства практически всего спектра сооружений: жилых и общественных зданий, промышленных сооружений, складских комплексов и т.д.

Строительная система безригельного каркаса «КУБ-2,5» в сравнении с традиционными схемами строительства сборно-каркасных зданий и сооружений обладает следующими основными преимуществами:

Высокий уровень индустриализации - технология изготовления элементов зданий максимально переносит затраты труда строителей в цеховые условия, тем самым значительно уменьшая на строительной площадке риски как природных, так и человеческих факторов:

Высокая производительность монтажа - используются всего два типа простых и нетрудоемких соединений: «колонна-плита» и «плита-плита», то есть минимально физически возможное количество, что способствует ускорению монтажа: не требуется особенной подготовки монтажников, все процедуры по монтажу носят стандартный характер; бригада из 5 человек монтирует в смену до 300 м 2 перекрытий:

Сокращение количества сварочных работ - сварочные работы выполняют только для приварки четырех соединительных деталей в узле «колонна-плита»:

Сокращение количества бетона в процессе монтажа - количество бетона минимально, так как бетон требуется только для заделки швов между плитами и замоноличивания узла «колонна-плита»;

Разнообразие и свобода архитектурных решений - межэтажные перекрытия могут принимать разнообразнейшие формы, позволяя тем самым решать любые архитектурные задачи по проектированию жилых, общественных или промышленных зданий.

Конструкции безригельных каркасов зданий и сооружений широко описаны в патентной информации.

Так, по авторскому свидетельству СССР № 1606629, МПК 5 E04B 5/43, дата подачи заявки 1988.06.27, известно безбалочное перекрытие, включающее надколонные плиты с центральным отверстием для размещения на колоннах, межколонные и средние плиты, имеющие на стыкуемых боковых гранях каждой плиты перекрытия площадки для последовательного опирания плит одна на другую. С целью снижения материалоемкости за счет уменьшения усилий на надколонную плиту, площадки опирания надколонных плит выполнены в виде размещенных в середине боковых граней столиков, длина которых определена из условия l<2b+a , где b - толщина надколонной плиты, a - размер отверстия в надколонной плите по нижней грани.

На колоннах, установленных на расстоянии 2l друг от друга, где l - длина плиты перекрытия, смонтированы надколонные плиты перекрытия, имеющие в центральной части отверстие. Боковые грани надколонных плит выполнены в виде ступеньки, средняя часть которой имеет большую высоту, чем крайние части, и образует опорный столик. На надколонные плиты опираются двумя своими противоположными краями межколонные плиты. На боковых гранях этих плит на всей их длине образованы «четверти», причем на гранях, которыми эти плиты опираются на надколонные плиты, «четверти» выбраны снизу, а на двух других гранях - сверху, образуя тем самым опорные поверхности, на которые установлены средние плиты. У этих плит на боковых гранях также по всей длине выбраны четверти, но эти четверти выбраны только с нижней стороны. Узел соединения колонн с надколонными плитами перекрытий включает отверстие в надколонной плите, в котором размещается колонна. Указанное отверстие имеет обрамление в виде стальной обечайки. После установки колонны в отверстие узел соединения замоноличивается.

Монтаж перекрытия производится в следующем порядке.

На колонны сверху устанавливаются надколонные плиты.

Затем на надколонные плиты укладываются межколонные плиты таким образом, что «четверти» этих плит, образованные на противоположных гранях, опираются только на столики, расположенные в средней части боковых граней надколонных плит. Средние плиты в свою очередь устанавливаются на опорные поверхности межколонных плит. Таким образом, все пространство оказывается перекрытым.

Общими признаками аналога и заявляемого решения являются: безригельный каркас здания, сооружения, содержащий колонны, надколонные плиты перекрытия, опирающиеся на колонны, межколонные плиты перекрытия, расположенные между надколонными плитами перекрытия, узлы соединения колонн с надколенными плитами перекрытий и узлы соединения плит перекрытий между собой.

При указанной конструкции узла соединения колонн с надколонными плитами перекрытий жесткость каркаса и сопротивляемость продавливающим нагрузкам ограничены, так как опирание надколонной плиты перекрытия на колонну осуществляется только через искусственно созданный в условиях строительной площадки соединительный узел, локализованный в пределах поперечного сечения колонны, геометрия и конструктивные особенности которого не позволяют воспринимать значительные изгибающие моменты и осевые нагрузки. Необходимость замоноличивания узла соединения колонн с надколонными плитами перекрытий увеличивает трудоемкость монтажа и расход бетона на строительной площадке.

По авторскому свидетельству СССР № 1114749, МПК 5 E04B 1/18, E04B 1/38, дата подачи заявки 1982.05.04, известен безригельный каркас, содержащий колонны, плиты перекрытия и узлы соединения колонн с плитами перекрытий.

Узел соединения колонны и плиты перекрытия содержит сборную колонну, выполненную по высоте с разрывом бетона в уровне перекрытия, и сборную плиту перекрытия, выполненную с отверстием со скошенными торцами в нижней ее части (для пропуска колонны) и обечайкой, жестко прикрепленной по периметру отверстия к рабочей арматуре плиты перекрытия и снабженной дополнительными стержнями (а), расположенными в нижней зоне плиты.

Кроме того, плита перекрытия снабжена стержнями (б), соединяющими рабочую арматуру плиты с дополнительными стержнями (а) обечайки. Торцы отверстия плиты перекрытия выполнены со скосом в верхней ее части с образованием треугольной призмы. Узел снабжен плоскими трапециевидными элементами, соединяющими рабочую арматуру колонны с верхней частью обечайки двух смежных торцов отверстия плиты перекрытия.

Полость узла омоноличена бетоном.

Стержни (б) обеспечивают увеличение несущей способности плиты перекрытия в опорной зоне на продавливание, а также воспринимают изгибающий момент в нижней зоне плиты перекрытия при сейсмических нагрузках. Подсоединение дополнительных стержней (а) обечайки к арматуре плиты создает комбинированное армирование опорной зоны на скалывание при минимальном количестве металла.

Монтаж узла на строительной площадке производят следующим образом.

После установки колонны в монтажное отверстие колонны устанавливают Т-образное приспособление, выполненное в виде трубы с балкой, на концах которой имеются резьбовые втулки под винты. После этого плиту поднимают краном, одевают на колонну и устанавливают на винты монтажных приспособлений. Перемещая винты, устанавливают плиту перекрытия в проектное положение. Далее приваривают трапециевидные элементы к двум смежным сторонам обечайки в верхней ее части и к рабочей арматуре колонны в месте разрыва бетона.

Бетонирование полости узла производят, например, бетононасосом. После замоноличивания стыка и достижения необходимой прочности монтажное приспособление снимается.

Обечайка, примыкающая к колонне, выполнена в виде треугольной призмы, что создает шпоночный эффект, увеличивая жесткость узла и его прочность на продавливание. Прикрепление обечайки к арматуре колонны с помощью трапециевидных элементов позволит передавать изгибающий момент с перекрытия на колонну, что также повышает жесткость и надежность узла.

Общими признаками аналога и заявляемого решения являются: безригельный каркас здания, сооружения, содержащий колонны, надколонные плиты перекрытия, опирающиеся на колонны, узлы соединения колонн с надколенными плитами перекрытий.

Как и в предыдущем аналоге, конструкция узла соединения колонн с надколонными плитами перекрытий ограничивает жесткость каркаса и сопротивляемость продавливающим нагрузкам по указанным выше причинам, а необходимость замоноличивания узла увеличивает трудоемкость монтажа и расход бетона на строительной площадке.

В качестве прототипа выбран безригельный бескапительный железобетонный каркас здания по патенту Российской Федерации № 2247812, МПК 7 E04B 1/18, E04B 5/43, дата подачи заявки 2001.04.03. патентовладелец ООО «Научно-проектное общество «КУБ», г.Москва.

Безригельный бескапительный железобетонный каркас здания содержит надколонные и межколонные плиты, имеющие на ребрах петлевых выпуски и симметрично расположенные относительно друг друга пазы, вдоль которых сквозь перехлесты петлевых выпусков смежных плит установлена арматура, и проходящие сквозь отверстия в надколонных плитах сборные по высоте колонны, в которых в местах монтажа надколонных плит обнажена продольная арматура. Каркас имеет следующие особенности, определяющие его новизну на дату приоритета:

На ребрах надколонных плит в нижней их части образованы полочки и дискретно расположенные опорные столики, а в верхней части продольных ребер смежных межколонных плит выполнены ответные консоли, при этом длина опорных столиков и консолей равна ширине полочки, а петлевые выпуски имеют длину, не превышающую ширину полочки:

Надколонная плита снабжена вмонтированной в ее отверстие обечайкой, прикрепленной к рабочей арматуре колонны;

В местах пересечения надколонных плит перекрытия и колонн и в местах стыка двух раздельных участков колонн с надколонными плитами обнаженная арматура замоноличена с обнаженной арматурой надколонной плиты перекрытия;

В местах стыка двух раздельных участков колонн с надколонными плитами обнаженная арматура верхней колонны выполнена в виде петлевого выпуска, а нижней - в виде арматурных стержней.

Безригельный бескапительный железобетонный каркас здания состоит из колонн, непосредственно на которые "надеты" и опираются надколонные плиты. На эти надколонные плиты в процессе монтажа перекрытия опирают межколонные плиты. Оба типа плит выполнены плоскими, лишенными ребер, капителей и каких-либо иных утолщений в зоне опирания на колонны либо друг на друга. Колонны выполнены постоянного сечения по высоте, лишенные каких-либо капителей или выступающих за их габариты хомутов в зоне опирания плит перекрытия.

В местах монтажа надколенных плит в колонне обнажена продольная арматура, а отверстие в надколонной плите снабжено вмонтированной в нее при изготовлении обечайкой, выполненной из стали. В том случае, когда в уровне надколонной плиты организуется стык колонны по высоте, из верхней части колонны делается петлевой выпуск арматуры, а из нижней части колонны - арматурных стержней. При объединении надколонной плиты с колонной и частей колонны друг с другом их стык замоноличен бетоном.

Плиты перекрытий по периферии в нижней части имеют полочки. Эти полочки размещены таким образом, что при стыковке со смежной плитой перекрытия полочка оказывается только у одной из смежных плит. В ребрах плит перекрытия сделаны арматурные петлевые выпуски, длина которых не превышает ширину полочки. При монтаже плит между петлевыми выпусками, располагаемыми внахлест друг с другом, пропущены горизонтальные стержни, располагаемые по вертикали в одной плоскости и замоноличенные бетоном. Кроме того, на ребрах надколонных плит в нижней их части образованы дискретно расположенные по длине ребра опорные столики, а в верхней части продольных ребер смежных межколонных плит выполнены ответные консоли, причем опорные столики и консоли расположены в плоскости плит и длина опорных столиков и консолей равна ширине полочки. При монтаже плит столики и консоли замоноличиваются бетоном.

При монтаже плит перекрытия используются монтажные стойки. Плиты выполнены в варианте одномодульных и двухмодульных панелей. В двухмодульных плитах длина большей стороны равна расстоянию "по осям" между соседними колоннами, а в одномодульных плитах длина большей стороны равна половине расстояния "по осям" между соседними колоннами.

Монтаж каркаса осуществляется в следующем порядке: сначала выставляются в проектное положение колонны. Затем на них монтируют надколенные плиты, после чего устанавливают двухмодульные межколонные плиты. Двухмодульные плиты могут иметь комбинированное исполнение, когда одна часть плиты снабжена отверстием для пропуска колонны и выполнять роль надколонной плиты, а другая часть этой плиты такого отверстия лишена. При рядовом исполнении двухмодульной плиты отверстие для пропуска колонны вообще отсутствует. Для лучшего восприятия колоннами монтажных нагрузок первой устанавливают одномодульную надколенную плиту, а уже на нее опирают двухмодульные плиты, будь то комбинированного или рядового исполнения. При несимметричном опирании плит или при одностороннем приложении к ним нагрузки, что бывает, как правило, на крайних осях здания, применяют монтажные стойки. Стойки снимают только после того, как перекрытие следующего этажа смонтировано, замоноличено бетоном и бетон набрал не менее 70% проектной прочности.

Установку надколонной плиты на колонну производят с помощью монтажного кондуктора, предварительно устанавливаемого в отверстии, выполненном в колонне на уровне отметки низа плиты перекрытия. Установленная на проектную отметку надколонная плита прикрепляется к колонне с помощью сварки обечайки с рабочей арматурой колонны, используя стальные посредники. Если в уровне установки надколонной плиты производится стыковка верхней и нижней частей колонны, то петлевая арматура верхней колонны сваривается со стержнями нижней колонны. Затем узел стыка замоноличивается бетоном с тщательным уплотнением.

Установка межколонных плит в проектное положение производится на опорные столики. При монтаже межколонных плит выступающие из их ребер арматурные петлевые выпуски перехлестывают друг друга, образуя на просвет замкнутое овальное кольцо, сквозь которое пропускают горизонтальные стержни, располагаемые один над другим в вертикальной плоскости. Затем стык замоноличивается бетоном. При монтаже плит выступающая в нижней части ребер полочка перекрывает зазор между плитами, образуя канал, заполняемый бетоном.

В малоэтажных зданиях высотой до 4-х этажей поперечное сечение железобетонной колонны может соотноситься как 1:2 и таким образом колонна может быть "спрятана" в толщину стены, не выступая из ее плоскости.

Общими признаками прототипа и заявляемого решения являются: безригельный каркас здания, сооружения, содержащий колонны, надколенные плиты перекрытия, опирающиеся на колонны, межколонные плиты перекрытия, расположенные между надколонными плитами перекрытия, узлы соединения колонн с надколенными плитами перекрытий и узлы соединения плит перекрытий между собой.

Конструкция безригельного каркаса по прототипу не позволяет в полной мере реализовать отмеченные выше потенциальные преимущества строительных систем безригельных каркасов по следующим причинам:

При указанной конструкции узла соединения колонн с надколенными плитами перекрытий жесткость каркаса и сопротивляемость продавливающим нагрузкам ограничены, так как опирание надколонной плиты перекрытия на колонну осуществляется только через искусственно созданный в условиях строительной площадки соединительный узел, локализованный в пределах поперечного сечения колонны, геометрия и конструктивные особенности которого не позволяют воспринимать значительные изгибающие моменты и осевые нагрузки; отмечается, что этажность по рамной схеме ограничена 5 этажами, при высотности здания более 5 этажей необходимы связевые и диафрагменные схемы;

Необходимость замоноличивания узла соединения колонн с надколенными плитами перекрытий увеличивает трудоемкость монтажа и расход бетона на строительной площадке; кроме того, замоноличивание указанного узла, как наиболее ответственного узла каркаса, требует высокой культуры производства и строгого контроля, что ограничено в условиях строительной площадки;

Возможность выполнения монтажных работ при минусовых температурах является проблематичной, так как необходимый прогрев бетона в процессе замоноличивания узлов соединения колонн с надколонными плитами является проблемой.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования безригельного каркаса здания, сооружения, в котором за счет конструктивных особенностей выполнения обеспечивается повышение жесткости и прочностных характеристик каркаса, а также снижение трудоемкости монтажных работ при сохранении всех преимуществ строительных систем безригельных каркасов.

Поставленная задача решается тем, что в безригельном каркасе здания, сооружения, содержащем колонны, надколонные плиты перекрытия, опирающиеся на колонны, межколонные плиты перекрытия, расположенные между надколонными плитами перекрытия, узлы соединения колонн с надколонными плитами перекрытий и узлы соединения плит перекрытий между собой, согласно изобретению колонны, расположенные в углах зданий и в местах пересечения продольных и поперечных стен выполнены фигурными с уголковым, тавровым или крестообразным поперечным сечением, соответственно их расположению, а каждый узел соединения колонн с надколонными плитами перекрытий выполнен в виде закладных деталей, соединенных с арматурой колонны и установленных на периферийных участках поперечного сечения фигурной колонны, а также вертикальных стержней, пропущенных через отверстиях в надколонной плите перекрытия и соединенных с закладными деталями колонн.

Указанные признаки являются существенными признаками изобретения.

Технологично закладные детали выполнять в виде равнобоких уголков, установленных на концевых участках колонны и утопленных своей вершиной в тело колонны, а между надколонной плитой перекрытия и торцами колонн нанести слой строительного раствора для устранения монтажных зазоров.

Существенные признаки изобретения находятся в причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом.

Так, отличительные признаки изобретения (колонны, расположенные в углах зданий и в местах пересечения продольных и поперечных стен, выполнены фигурными с уголковым, тавровым или крестообразным поперечным сечением, соответственно их расположению, а каждый узел соединения колонн с надколонными плитами перекрытий выполнен в виде закладных, деталей, соединенных с арматурой колонны и установленных на периферийных участках поперечного сечения фигурной колонны, а также вертикальных стержней, пропущенных через отверстиях в надколонной плите перекрытия и соединенных с закладными деталями колонн) совместно с существенными признаками, общими с прототипом обеспечивают повышение жесткости и прочностных характеристик каркаса, а также снижение трудоемкости монтажных работ при сохранении всех преимуществ строительных систем безригельных каркасов.

Объясняется это следующим.

Применение в каркасе в углах зданий и в местах пересечения продольных и поперечных стен фигурных в поперечном сечении колонн реализует возможность опирания плит перекрытия на торцы колонн с увеличенной площадью опирания без применения выступающих консольных элементов, как на колоннах, так и на плитах перекрытия.

Выполнение узла соединения колонны с надколонной плитой перекрытия в виде закладных деталей, соединенных с арматурой колонны и установленных на периферийных участках поперечного сечения фигурной колонны, а также вертикальных стержней, пропущенных через отверстия в надколонной плите перекрытия и соединенных с закладными деталями колонны, обеспечивает надежное соединение колонн и надколонной плиты без замоноличивания узла соединения, что повышает производительность монтажа и снижает расход бетона в процессе монтажа.

Опирание надколонной плитой перекрытия на фигурное поперечное сечение колонны, характеризующееся значительным моментом инерции сечения, а также соединение колонн с помощью указанных закладных элементов и стержней, пропущенных через отверстия в надколонной плите, значительно повышает сопротивляемость узла соединения колонны с надколонной плитой перекрытия изгибающим моментам и продавливающим усилиям, что повышает прочностные характеристики и жесткость каркаса.

Изготовления элементов каркаса максимально переносится в цеховые условия, тем самым значительно уменьшаются риски как природных, так и человеческих факторов на строительной площадке.

Все, что отмечено выше, обеспечивает возможности повышения прочностных характеристик и жесткости каркасе, повышения производительности монтажных работ и снижения расхода материалов на строительной площадке.

Ниже приводится подробное описание заявляемого безригельного каркаса здания, сооружения со ссылками на чертежи, на которых показано:

Фиг.1 - Безригельный каркас здания, сооружения, фигурная колонна с крестообразным поперечным сечением.

Фиг.2 - Безригельный каркас здания, сооружения, фигурная колонна с тавровым поперечным сечением.

Фиг.3 - Безригельный каркас здания, сооружения, фигурная колонна с уголковым поперечным сечением.

Фиг.4 - Безригельный каркас здания, сооружения, принципиальная схема.

Фиг.5-7 - Безригельный каркас здания, сооружения, примеры монтажных схем с различным сочетанием фигурных колонн.

Фиг.8 - Безригельный каркас здания, сооружения, продольный разрез узла соединения надколонной плиты с фигурной колонной с крестообразным поперечным сечением.

Фиг.9 - Безригельный каркас здания, сооружения, сечение А-А на фиг.8.

Фиг.10 - Безригельный каркас здания, сооружения, продольный разрез узла соединения надколонной плиты с фигурной колонной с тавровым поперечным сечением.

Фиг.11 - Безригельный каркас здания, сооружения, сечение Б-Б на фиг.10.

Фиг.12 - Безригельный каркас здания, сооружения, продольный разрез узла соединения надколонной плиты с фигурной колонной с уголковым поперечным сечением.

Фиг.13 - Безригельный каркас здания, сооружения, сечение В-В на фиг.12.

Фиг.14 - Безригельный каркас здания, сооружения, вид Г на фиг.8, 10, 12.

Фиг.15 - Безригельный каркас здания, сооружения, сечение Д-Д на фиг.8, 10, 12.

Фиг.16 - Безригельный каркас здания, сооружения, пример соединения плит перекрытия между собой.

Безригельный каркас здания, сооружения, содержащий фигурные колонны, выполненные с крестообразным 1, тавровым 2, уголковым 3 поперечным сечением (фиг.1, 2, 3), надколонные плиты перекрытия 4, опирающиеся на колонны 1, 2, 3, межколонные плиты перекрытия 5, расположенные между надколонными плитами перекрытия 4, узлы 6 соединения колонн 1, 2, 3 с надколонными плитами перекрытий 4 и узлы 7 соединения плит перекрытий 4, 5 между собой. Фигурные колонны 1, 2, 3 расположены в углах зданий и в местах пересечения продольных и поперечных стен, как показано на принципиальной схеме на фиг.4. На фиг.5, 6, 7 показаны примеры монтажных схем каркасов с различным сочетанием фигурных колонн 1, 2, 3. Так, на фиг.5 показана монтажная схема с применением фигурных колонн 3 с уголковым сечением, на фиг.5 - фигурных колонн 3 с уголковым сечением и фигурных колонн 2 с тавровым сечением, на фиг.5 - фигурных колонн 3 с уголковым сечением, фигурных колонн 2 с тавровым сечением и фигурных колон 1 с крестообразным сечением.

Плиты перекрытия 4, 5 выполнены плоскими, без ребер, капителей и каких-либо иных утолщений в зоне опирания на колонны 1, 2, 3 либо друг на друга. Колонны 1, 2, 3 выполнены также постоянного сечения по высоте, лишенные каких-либо капителей или выступающих за их габариты хомутов в зоне опирания надколонных плит перекрытия 4.

Каждый узел 6 соединения колонн 1, 2, 3 с надколонными плитами перекрытий 4 выполнен в виде закладных деталей 8, соединенных с арматурой 9 колонны 1, 2, 3 и установленных на периферийных участках 10 поперечного сечения фигурной колонны 1, 2, 3, а также вертикальных стержней 11, расположенных в отверстиях 12 надколонной плиты перекрытия 4 и соединенных с закладными деталями 8 колонн 1. 2, 3. Все указанные соединения выполнены в виде сварки 13. Закладные детали 8 выполнены в виде равнобоких уголков 14, установленных на концевых участках колонны 1, 2, 3 и утопленных своей вершиной в тело колонны 1, 2, 3 и соединенных сваркой 13 с арматурой 9 колонны 1, 2, 3. В узле 6 соединения колонн 1, 2, 3 с надколонными плитами перекрытий 4 между надколонной плитой перекрытия 4 и торцами колонн 1, 2, 3 нанесен слой 15 строительного раствора. Конструктивные особенности соединительного узла 6 показаны на фиг.8-13, в том числе на фиг.8-9 - для колонны 1. на фиг.10-11 - для колонны 2, на фиг.12-13 - для колонны 3. На фиг.14-15 показаны сечения и виды соединительного узла 6.

Узлы 7 соединения плит перекрытий 4, 5 между собой выполнены с использованием известных конструкторских и технологических решений. Так, на фиг.16 показан пример выполнения узла 7 соединения плит перекрытий 4, 5. Плиты перекрытий 4, 5 имеют в нижней части своих ребер полочки 16, расположенные на всю длину ребра. В ребрах плит перекрытия 4, 5 выполнены арматурные петлевые выпуски 17, длина которых не превышает ширину полочки 16. При монтаже плит между петлевыми выпусками 17, располагаемыми внахлест друг с другом, пропущены горизонтальные стержни 18, замоноличенные бетоном 19. Возможны и другие решения соединительного узла 7.

Монтаж каркаса выполняют следующим образом.

Выставляются в проектное положение колонны 1, 2, 3. Затем на них монтируют надколонные плиты 4. При этом в узле 6 соединения колонн 1, 2, 3 с надколонными плитами перекрытий 4 между надколонной плитой перекрытия 4 и торцами колонн 1, 2, 3 наносят слои 15 строительного раствора для исключения монтажных зазоров. Через отверстия 12 в надколонной плите 4 пропускают вертикальные стержни 11, которые приваривают сваркой 13 к закладным деталям 8, установленным на периферийных участках 10 поперечного сечения фигурных колонн 1, 2, 3. Количества сварочных работ минимальное - сварочные работы выполняют только для приварки вертикальных стержней 11 к закладным деталям 8 (четыре, шесть, восемь сварок 13 для уголковых 3, тавровых 2. крестообразных 1 колонн соответственно). Замоноличивание соединительного узла 6 не требуется, чем сокращается расход бетона в процессе монтажа.

После монтажа надколонных плит 4 монтируют межколонные плиты перекрытия 5. Плиты перекрытия 4, 5 стыкуют между собой, как показано на фиг.16. При этом петлевые выпуски 17 располагаются внахлест друг с другом. Между петлевыми выпусками 17 пропускают горизонтальные стержни 18. Шов замоноличивают бетоном 19.

При монтаже плит перекрытия используют любые временные монтажные стойки (для упрощения рисунков не показаны).

Все процедуры по монтажу носят стандартный характер, специальной подготовки монтажников не требуется.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Безригельный каркас здания, сооружения, содержащий колонны, надколонные плиты перекрытия, опирающиеся на колонны, межколонные плиты перекрытия, расположенные между надколонными плитами перекрытия, узлы соединения колонн с надколонными плитами перекрытия и узлы соединения плит перекрытий между собой, отличающийся тем, что колонны, расположенные в углах зданий и в местах пересечения продольных и поперечных стен, выполнены фигурными с уголковым, тавровым или крестообразным поперечным сечением соответственно их расположению, а каждый узел соединения колонн с надколонными плитами перекрытия выполнен в виде закладных деталей, соединенных с арматурой колонны и установленных на периферийных участках поперечного сечения фигурной колонны, а также вертикальных стержней, пропущенных через отверстия в надколонной плите перекрытия и соединенных с закладными деталями колонн.

2. Безригельный каркас по п.1, отличающийся тем, что закладные детали выполнены в виде равнобоких уголков, установленных на концевых участках колонны и утопленных своей вершиной в тело колонны.

3. Безригельный каркас по п.1, отличающийся тем, что в узле соединения колонн с надколонными плитами перекрытий между надколонной плитой перекрытия и торцами колонн нанесен слой строительного раствора.

Конструктивная система безригельного сборного железобетонного каркаса КУБ-2,5 позволяет в разнообразных климатических условиях практически полностью обеспечить стоительство всего спектра городских сооружений: жилья, зданий административного, социально-культурного и бытового назначения, многоярусных гаражей, складов, некоторых производственных сооружений (с пролетами до 12 м).

Все железобетонные конструкции системы дают возможность проектировать (строить) здания вплоть до I степени огнестойкости, что обеспечивает использование ее для зданий различной высотности: коттеджи, малоэтажные и многоэтажные (до 75 метров) дома.

Минимальное количество вертикальных элементов каркаса и отсутствие ригелей позволяет создавать в границах несущих и ограждающих конструкций свободные планировки помещений различного назначения. Перегородки могут быть расположены в любом месте архитектурного плана как во время проектирования и строительства, так и во время эксплуатации здания. Система обеспечивает возможность перепланировок помещений в соответствии с любыми текущими потребностями в процессе эксплуатации здания без нарушения конструктивной устойчивости здания (дает свободу в организации на первых этажах в жилых домах офисов, магазинов, спортивно-оздоровительных и бытовых комплексов).

Несущий каркас здания состоит только из внутренних элементов (колонн, перекрытий и при необходимости связей или дифрагм). В качестве наружных ограждающих конструкций (стен) могут использоваться практически любые фасадные решения: облегченные теплоэффективные каменные (в т.ч. облицованные кирпичем), различные навесные панели, вентилируемые фасады, витражные ограждения и т. д.

Система «КУБ» позволяет консольно выносить плиты перекрытия за оси крайних колонн (до 1,5 м) и придавать плитам по их наружному обрезу практически любую форму в плане. В систему заложены безграничные возможности по обогащению пластики фасадов, которые могут удовлетворить любые, самые изысканые вкусы, и ограничиваются только фантазией архитектора, запросами заказчика и требованиями норм.

Конструктивные особенности системы

На сегодняшний день на российском рынке конструктивная система безригельного каркаса "КУБ-2,5" является единственной, в которой безригельный каркас – полносборный.

Каркас здания (сооружения) в системе конструктивного безригельного каркаса представляет собой пространственную конструкцию, типа «этажерки» сборного, сборно-монолитного или монолитного исполнения. В качестве стоек каркаса служат колонны, роль ригелей выполняют плиты перекрытия, для элементов жесткости используютя связи либо диафрагмы. Лестницы, вентблоки, лифтовые шахты при этом могут быть применены любые, освоенные заводами-производителями. Несущая способность перекрытий позволяет использование каркаса в зданиях с интенсивностью нагрузок на этаж не более 1300 кг/м 2 (модификация КУБ-2,5К до 2500 кг/м 2).

В основе конструктивной системы «КУБ-2,5» заключен оригинальный узел сопряжения двух основных элементов – панели и колонны с использованием закладной детали – стальной обечайки специальной конструкции соединенной с арматурными каркасами, располагающимися в теле панели. Бетон в данном узле работает в условиях всестороннего сжатия, в следствие чего происходит его самоупрочнение. Это дало возможность избежать ванной сварки в стыке колонн, в узле присутствуют только монтажные швы.

Стыки элементов, из которых состоит безригельный каркас в целом, замоноличиваются, образуя рамную конструктивную систему, ригелями которой служат перекрытия.

Членение перекрытия запроектровано с таким расчетом, чтобы стыки панелей располагались в зонах, где величина изгибающих моментов равна нулю.

Важным преимуществом системы является возможность использования в колоннах бетонов повышенных классов (до В60), что сказывается на результатах армирования и сохранении типовых поперечных сечений колонн 400×400. Колонны, изготавливаемые на строительной площадке (в монолитном домостроении) могут иметь класс бетона до В30, а это накладывает на конструирование стоек соответствующие ограничения.

Наружные стены не являются несущими, под них не нужно устраивать фундаменты, их не требуется проектировать столь прочными, как это делается в зданиях бескаркасного типа. Нагрузка на основание каркаса на 25% ниже, чем в монолитном исполнении. Независимо от грунтовых условий объем фундаментов, необходимых для распределения усилий на основание от надземной части зданий, выполненных в конструкциях системы «КУБ-2,5» будет всегда минимальным, т.к. собственный вес каркаса также минимален за счет достигнутой оптимизации всех сечений.

Конструкции безригельного каркаса предназначены для применения в различных регионах России, в том числе в районах с сейсмичностью 7-9 баллов.

Прочность конструкций каркаса «КУБ-2,5» подтверждена техническими расчетами и многочисленными испытаниями:

• Конструкции КУБ рассмотрены НТС Госкомархитектуры при Госстрое СССР и письмом № ИП-7-3691 от 19.09.1986 г. рекомендованы к применению;
• ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР, каркас КУБ рекомендован к применению (заключение от 15.03.1990 г.);
• Лаборатория динамических испытаний ЦНИИЭП жилища под руководством Ашкинадзе Г.Н.

В последние годы в Росcии и за рубежом построены более тысячи объектов с использованием безригельного каркаса КУБ-2,5.

Особенности строительства в системе

Универсальная конструктивная система "КУБ-2,5" высоко индустриализирована, что выражается в высокой степени заводской готовности составляющих ее элементов. Все элементы производятся на заводах железобетонных изделий.

На строительной площадке выполняются только монтаж готовых элементов механизированными средствами, обеспечивая тем самым высокие темпы строительства.

Применяемая в системе заводская технология изготовления элементов зданий позволяет максимально перенести затраты труда строителей в цеховые условия, тем самым значительно уменьшая на строительной площадке риски как природных, так и человеческих факторов.

При разработке каркаса системы КУБ были применены решения, существенно сокращающие строительный процесс возведения каркаса здания:

• монтаж вертикальных конструкций производится сразу на несколько этажей;
• конструкция стыка колонн не требует проведения ванной сварки несущей арматуры;
• отсутсвует необходимость в установке (и последующей многократной переустановке) опалубки;
• конструкции стыков колонн и панелей перекрытий между собой не требуют установки специальной опалубки для замоноличивания стыка, чем снижена построечная трудоемкость;
• изделия плит КУБ-2,5 складируются в штабеля до 10 штук, что позволяет успешно работать в условиях стесненной строительной площадки.

Кроме того монтаж каркаса может вестись в любую погоду, а небольшое количество рабочих на стройплощадке снижает вероятность использования неквалифицированной рабочей силы.

Экономическое обоснование

Железобетонные конструкции системы «КУБ-2,5» не только рациональны, но и оптимальны в силу заложенных в них решений. Рациональность выражается в разумно обоснованных, продуманных конструктивных решениях, предусматривющих минимальное количество строительных материалов (стали и бетона) и трудозатрат.

Экономия материалов:

• расход железобетона в каркасе (панели перекрытия, колонны, швы замоноличивания) составляет: 0,179 м³ на 1 м² площади перекрытия;
• расход стали в железбетонных элементах каркаса, в т.ч. арматурной и прокатной, составляет: 14,3 кг на 1 м² площади перекрытия.

Экономия трудозатрат:

• трудозатраты построечные – 0,51 чел. час на 1 м² площади перекрытия;
• трудозатраты заводские – 1,92 чел. час на 1 м² площади перекрытия.

Универсальная конструктивная система сборно-монолитного безригельного каркаса «КУБ-2,5» проектируется на основе разработанных и проверенных методик, что значительно сокращает сроки выполнения работ.

Изготовление и возведение каркаса ведется на основе проверенной временем эффективной организации строительного производства.

Механовооруженность труда на всех уровнях изготовления сборных железобетонных изделий и монтажа каркаса достигает 90%.

Всепогодность, универсальность и поточность возведения каркаса, а также предварительные проектные проработки позволяют достаточно точно планировать сроки строительства.

Сборный железобетон не требует электропрогрева, что экономит затраты на электроэнергию.

Скорость возведения снижает время эксплуатации башенных кранов, а следовательно и арендную плату за их эксплуатацию.

Использование сборного железобетонного каркаса системы «КУБ-2,5» реально сокращает сроки строительства и удешевляет его.