Шаг колонн в каркасном здании. Каркасы зданий
Каркасные гражданские здания. Каркасный, представляющий собой многоярусную пространственную систему из колонн и междуэтажных перекрытий. Несущей основой в таких зданиях служат колонны, ригели и перекрытия, а роль ограждающих элементов выполняют наружные стены. Такой конструктивный тип используют для возведения высотных зданий и там, где необходимы помещения значительных размеров, свободные от внутренних опор.
Каркасному типу зданий присущи следующие схемы:
- с поперечным расположением ригелей;
- с продольным расположением ригелей.
Для обеспечения пространственной жесткости зданий требуются специальные меры.
В каркасных зданиях пространственная жесткость обеспечивается:
- многоярусной рамой, образованной из колонн, ригелей и перекрытий и представляющей геометрически неизменяемую систему;
- стенами жесткости, расположенными между колон-нами (на каждом этаже);
- плитами-распорками, уложенными в междуэтажных перекрытиях (между колоннами);
- стенами лестничных клеток и лифтовых шахт, связанных с конструкциями каркаса;
- надежным сопряжением элементов каркаса в стенах и узлах.
Типы каркасов различаются по следующим признакам:
1. По материалам:
Железобетонные каркасы (монолитные, сборные, сборно-монолитные);
Металлические каркасы.
2. По устройству горизонтальных связей: с продольным, поперечным, перекрестным расположением ригелей и с непосредственным опиранием перекрытий на колонны (безригельное решение).
3. По характеру статической работы:
Рамные с “жесткими” (монолитными) соединениями элементов в узлах (пересечениях) каркаса;
Связевые со сварными соединениями узлов, отличающиеся простотой конструктивного исполнения. Но по принципу геометрической неизменяемости системы, имеющие связи жесткости, устанавливаемые между колоннами и ригелями каркаса;
Рамносвязевые с жесткими соединениями узлов в поперечном направлении и сварными соединениями в продольном направлении.
Каркасный тип здания целесообразен там, где требуются помещения с большой свободной площадью (например, складские комплексы), а также в условиях, когда здание воспринимает большие статические или динамические нагрузки.
Для зданий повышенной этажности весьма целесообразно использование каркасно-панельной системы. В этом случае здания могут иметь большие свободные от перегородок помещения, что необходимо для общественных зданий.
Здания каркасной конструкции имеют преимущественно общественное назначение В России каркасные здания, имеют основную планировочную сетку размером 6X6 м. Дополнительные параметры - 4,5 и 3 м. Кроме того, для отдельных уникальных зданий используется сетка 6X9 м.Высота этажей имеет градацию: 3; 3,3; 3,6 и 4,2 м.Колонны каркаса могут быть на один и два этажа.Каталогом колонны предусмотрены для двух высот этажей 3,3 и 4,2 м. Колонны имеют поперечное сечение 300X300 ..мм,_ для нижних этажей 400X400 мм. Стыки колонн предусмотрены на уровне верха перекрытий, обычно на высоте 600 мм от верха панели.
Ригели каркаса бывают высотой 450 мм и имеют в нижней части уступы (с двух или с одной стороны) для опирания плит перекрытий. Концы ригелей опирают на консоли колонн, а затем закрепляют сваркой. Таким образом, колонны и ригели каркаса образуют систему многоэтажных поперечных и продольных рам.По наружному периметру здания к колоннам каркаса крепятся навесные панели.Материал панелей этих стен сходен с материалом панелей стен крупнопанельных зданий, но навесные стены более разнообразны по архитектурному и конструктивному решению.Наиболее эффективными из них являются панели из легких и ячеистых бетонов, из алюминия, алюминиевых сплавов и асбестоцемента.
В современном строительстве широко применяют конструктивную каркасную схему с полным каркасом и самонесущими или навесными стенами и с неполным каркасом и несущими стенами. По роду материалов каркасы зданий
выполняют преимущественно из железобетона, но в малоэтажных каменных зданиях иногда применяют внутренний каркас с кирпичными столбами. Стальной каркас применяют в гражданских и промышленных зданиях при значительной высоте или больших пролетах. Кирпичные столбы внутреннего каркаса устраиваются из полнотелого кирпича на растворах высоких марок. Для увеличения несущей способности столбов применяют поперечное или продольное армирование, в первом случае сетки из проволоки укладывают через 2-4 ряда в швы кладки, во втором - вертикально установленные стержни арматуры снаружи столба связывают хомутами и покрывают защитным слоем раствора.
Железобетонные каркасы разделяются на сборные и монолитные, причем первые являются более индустриальными. Монолитный каркас применяют редко, в уникальных зданиях или по особым технологическим требованиям. Колонны и прогоны в монолитном каркасе, армированные стержнями продольной арматуры и поперечными хомутами, составляют единое целое. Бетонирование каркаса осуществляется в опалубке.
Сборные железобетонные каркасы являются основным типом каркасов многоэтажных зданий. Этот каркас в гражданских зданиях состоит из одно- или двухэтажных стоек (колонн) и ригелей таврового или прямоугольного сечения. По высоте стойки соединяются сваркой стальных оголовков колонн между собой или сваркой концов арматурных стержней, выпущенных из тела стоек с последующим замоноличиванием стыка.
Стыки стоек при этом располагают в каждом этаже или через этаж на расстоянии 0,6-1 м от уровня пола. Ригели присоединяют к стойкам сбоку с помощью сварки закладных стальных деталей, предусмотренных в этих конструктивных элементах, и с последующей заделкой бетоном.
В многоэтажных промышленных зданиях применяют балочную и безбалочную схемы каркасов. Элементами каркаса являются колонны с фундаментами под ними и ригели перекрытий, вместе образующие железобетонные рамы. Сборный железобетонный каркас с балочным перекрытием проектируют как рамную, рамно-связевую или шарнирно-связевую системы. При рамной системе вертикальные и горизонтальные нагрузки, приходящиеся на здание, воспринимают железобетонные рамы с жесткими узлами. В рамно-связевой системе рамы с жесткими узлами воспринимают только вертикальные усилия, а горизонтальные усилия воспринимают перекрытия, передавая их на поперечные и торцовые стены и лестничные клетки. Если узлы рам имеют не жесткое, а шарнирное крепление, такая система называется шарнирно-связевой, передача нагрузок при этом происходит также, как и в рамносвязевой. Сборные железобетонные каркасы с балочным перекрытием широко применяют при возведении многоэтажных промышленных зданий. Балочное перекрытие состоит из ригелей (прогонов), опирающихся на консоли колонн, и ребристых плит, уложенных по прогонам. Сборные элементы каркаса соединяются сваркой закладных деталей с последующим замоноличиванием.
При безбалочной схеме на капители колонн, выполненные в виде усеченной пирамиды квадратного сечения в основании, опирают многопустотные надколонные панели. На эти панели укладывают панели перекрытия. При безбалочной схеме перекрытие получается меньшей высоты, чем при балочной, но требуется больше бетона и стали, кроме того, более трудоемок монтаж.
Лучшие показатели имеют сборно-монолитные безбалочные перекрытия. В этой конструкции капителью служит плоская железобетонная плита с отверстием для колонны. На плиту опираются межколонные многопустотные панели, а на них - пролетные панели. Арматурную сетку, укладываемую по межколонным панелям, сваривают с арматурой пролетных панелей и заполняют бетонной смесью. Недостатком такой конструкции является применение монолитного бетона.
В современном многоэтажном строительстве широко применяют каркасную конструктивную схему с полным каркасом и самонесущими или навесными стенами и с неполным каркасом и несущими стенами. По роду материалов каркасы в этих зданиях выполняют преимущественно из железобетона, но в малоэтажных каменных зданиях иногда применяют внутренний каркас с кирпичными столбами. Стальной каркас применяют в гражданских и промышленных зданиях при значительной высоте или больших пролетах. Кирпичные столбы внутреннего каркаса устраиваются из полнотелого кирпича на растворах высоких марок. Для увеличения несущей способности столбов применяют поперечное или продольное армирование, в первом случае сетки из проволоки укладывают через 2-4 ряда в швы кладки, во втором - вертикально установленные стержни арматуры снаружи столба связывают хомутами и покрывают защитным слоем раствора.
Железобетонные каркасы разделяются на сборные и монолитные, причем первые являются более индустриальными. Монолитный каркас применяют редко, в уникальных зданиях или по особым технологическим требованиям. Колонны и прогоны в монолитном каркасе, армированные стержнями продольной арматуры и поперечными хомутами, составляют единое целое. Бетонирование каркаса осуществляется в опалубке.
Сборные железобетонные каркасы (рис. 19) являются основным типом каркасов многоэтажных зданий. Этот каркас в гражданских зданиях состоит из одно- или двухэтажных стоек (колонн) -и ригелей таврового или прямоугольного сечения. По высоте стойки соединяются сваркой стальных оголовков колонн между собой или сваркой концов арматурных стержней, выпущенных из тела стоек с последующим замоноличиванием стыка. Стыки стоек при этом располагают в каждом этаже или через этаж на расстоянии 0,6-1 м от уровня пола. Ригели присоединяют к стойкам сбоку с помощью сварки закладных стальных деталей, предусмотренных в этих конструктивных элементах, и с последующей заделкой бетоном.
Рис. 19. Сборный железобетонный каркас
1 - колонна; 2 - стык колонны; 3 - ригель; 4 - стык ригеля с колонной; 5-настил перекрытия
В многоэтажных промышленных зданиях применяют балочную и безбалочную схемы каркасов. Элементами каркаса являются колонны с фундаментами под ними и ригели перекрытий, вместе образующие железобетонные рамы. Сборный железобетонный каркас с балочным ререкрытием проектируют как рамную, рамно-связевую или шарнирно-связевую системы. При рамной системе вертикальные и горизонтальные нагрузки, приходящиеся на здание, воспринимают железобетонные рамы с жесткими узлами. В рамно-связевой системе рамы с жесткими узлами воспринимают только вертикальные усилия, а горизонтальные усилия воспринимают перекрытия, передавая их на поперечные и торцовые стены и лестничные клетки. Если узлы рам имеют не жесткое, а шарнирное крепление, такая система называется шарнирно-связевой, передача нагрузок при этом происходит также, как и в рамно-связевой. Сборные железобетонные каркасы с балочным перекрытием (рис. 20) широко применяют при возведении многоэтажных промышленных зданий. Балочное перекрытие состоит из ригелей (прогонов), опирающихся на консоли колонн, и ребристых плит, уложенных по прогонам. Сборные элементы каркаса соединяются сваркой закладных деталей с последующим замоноличиванием.
Рис. 20. Многоэтажное здание с балочными перекрытиями
При безбалочной схеме (рис. 21) на капители колонн, выполненные в виде усеченной пирамиды квадратного сечения в основании, опирают многопустотные надколонные панели. На эти панели укладывают панели перекрытия. При безбалочной схеме перекрытие получается меньшей высоты, чем при балочной, но требуется больше бетона и стали, кроме того, более трудоемок монтаж.
Рис. 21. Многоэтажное промышленное здание со сборными безбалочными перекрытиями
Лучшие показатели имеют сборно-монолитные безбалочные перекрытия. В этой конструкции капителью служит плоская железобетонная плита с отверстием для колонны. На плиту опираются межколонные многопустотные панели, а на них - пролетные панели. Арматурную сетку, укладываемую по межколонным панелям, сваривают с арматурой пролетных панелей и заполняют бетонной смесью. Недостатком такой конструкции является применение монолитного бетона.
Бескаркасные здания возводятся с несущими наружными и внутренними стенами.
Бескаркасные здания возводят с несущими наружными и внутренними стенами. Здания с неполным каркасом имеют внутренний каркас (колонны, столбы, ригели) и несущие наружные стены.
Бескаркасные здания представляют собой пространственную многоячейковую коробку, состоящую из взаимосвязанных вертикальных и горизонтальных диафрагм - продольных и поперечных стен и перекрытий и отличаются высокой пространственной жесткостью. Такие здания относятся к группе зданий с жесткой конструктивной схемой.
Конструктивные схемы крупнопанельных жилых зданий. Преимуществами бескаркасных зданий по сравнению с каркасными являются: уменьшение номенклатуры сборных элементов (почти втрое), простота монтажа, меньшая трудоемкость работ, большая степень заводской готовности сборных элементов, меньший расход стали (примерно на 15 - 20 %), отсутствие в интерьере выступающих колонн и ригелей.
Здание свйноматочника со станко-выгульным содержанием. В бескаркасных зданиях (рис. 28.1, г) несущие наружные стены каменные (кирпичные, из природного камня, мелких или крупных блоков, панелей) или деревянные. Перекрытия опираются на стены.
В бескаркасных зданиях торцовые кирпичные (или блочные) стены усиливают пилястрами, либо выполняют криволинейного или ломаного очертания в плане. В случае предполагаемого расширения здания или при строительстве его в две очереди торцовые стены делают со стальным каркасом (независимо от материала основного каркаса), заполняя его облегченными ограждающими элементами сборно-разборной конструкции.
В бескаркасных зданиях стены являются несущими, и возводят их аналогично стенам гражданских зданий. Обычно эти стены усиливают пилястрами.
Пространственная коробка бескаркасного здания может рассчитываться как тонкостенный консольный стержень замкнутого профиля с поперечными и продольными диафрагмами (при взаимной связи между поперечными и наружными продольными стенами) либо как совокупность вертикальных диафрагм, соединенных между собой горизонтальными диафрагмами перекрытий.
В последнее время бескаркасные здания из легких металлических конструкций находят широкое применение, несмотря на то, что их удельная металлоемкость в ряде случаев больше, чем у зданий из типовых конструкций.
Наибольшую опасность представляют бескаркасные здания без фундамента из местных материалов, жители которых могут серьезно пострадать.
В связи с этим сборно-разборные бескаркасные здания из легких металлических конструкций находят широкое применение несмотря на то, что их удельная металлоемкость в ряде случаев больше, чем у стационарных зданий из типовых конструкций.
Соединение панелей внутренних стен бескаркасных зданий (рис. 12.15) осуществляется путем сварки соединительных стержней диаметром 12 мм к закладным деталям по верху папели. Вертикальные швы между панелями: н плилют ynpviHMn прокладками из an rnci ii ni jioiiiii.
Таким образом, наибольшую опасность представляют бескаркасные здания без фундамента из местных материалов, жители которых могут серьезно пострадать.
Ленточные фундаменты применяют в основном в бескаркасных зданиях с несущими стенами.
Для возможности осуществления поддомкрачивания под цокольным поясом бескаркасных зданий следует предусматривать ниши для установки домкратов. Над нишами и под ними должны устраиваться железобетонные пояса для распределения сосредоточенных нагрузок от домкратов. По подошве фундаментов следует предусматривать пояс для восприятия усилий от горизонтальных деформаций.
Крупноблочные ГРУ 6 - 10 кВ в бескаркасном здании (рис. 7.5) разработаны Теплоэлектрапроектом.
Унификация конструктивных узлов проводится на основе сравнения различных конструктивных схем: бескаркасных зданий с поперечными или продольными стенами, зданий с неполным каркасом (с несущими наружными стенами) и зданий с полным каркасом. Сравнение показывает, что наиболее универсальной конструкцией является полный каркас, который допускает широкое варьирование планов с включением в них помещений различной площади и конфигурации; позволяв.
Неравномерные осадки здания (разность осадок для каркасных зданий) или прогиб (перегиб) несущих стен бескаркасных зданий определяются инженерно-геодезическим нивелированием III класса с учетом следующих упрощающих измерение особенностей.
Несущие стены, воспринимающие нагрузки от покрытия здания, транспортных средств и ветра, обычно проектируют для невысоких, отапливаемых бескаркасных зданий и строят по ленточным или столбчатым фундаментам. Несущие стены выполняют из кирпича, мелких и крупных блоков.
Конструкция ГРУ яе требует сооружения громоздкого каркасного здания. Одноэтажное бескаркасное здание высотой 4 м и шириной 12 м собирают из стеновых железобетонных панелей, которые одновременно служат перегородками между ячейками и несущими конструкциями. На кровле здания сделана надстройка из металлических камер, в которых расположены шинные разъединители.
Бескаркасные крупнопанельные здания выполняются с поперечными или продольными несущими конструкциями. К бескаркасным зданиям относятся также здания, собираемые из объемных блоков размером на комнату, две комнаты или на целую квартиру.
Значение отношений / и / зависит от конструктивной схемы зданий или сооружений. В бескаркасных зданиях с несущими продольными внутренними и наружными стенами разница этих отношений минимальна. В зданиях с каркасом по полной схеме у внутренних колонн ока больше, а у пристенных колонн и несущих стен максимальна.
По конструктивной схеме эти - здания делятся на две группы: щитовые (бескаркасные) и каркасно-щитовые. В бескаркасных зданиях несущими элементами являются щиты наружных и внутренних стен. В каркасно-щитовых домах нагрузка воспринимается каркасом, а щиты служат только заполнением. И в тех и в других зданиях из щитов можно собирать не только стены, но и перекрытия.
Схемы бескаркасных и каркасных зданий. Различают две основные конструктивные схемы зданий: бескаркасную и каркасную. В бескаркасных зданиях все нагрузки от крыши и перекрытий воспринимаются несущими стенами - продольными, поперечными или и теми и другими одновременно. В каркасных зданиях все нагрузки воспринимаются каркасом, представляющим собой систему колонн, прогонов, балок связанных друг с другом. В последнем случае панели стен называются навесными.
Конструктивные схемы крупнопанельных зданий. Однослойные панели изготовляются из легких или ячеистых бетонов (шлакобетона, ке-рамзитобетона, пенобетона, газобетона и пр. Они широко применяются в бескаркасных зданиях и при толщине 20 - 40 см могут быть несущими, удовлетворяя требованиям теплозащиты и прочности.
Возможность устройства вертикальных плоскостей на боковых поверхностях рассматриваемых оболочек позволяет использовать их в качестве проходов и бокового освещения. Это значительно расширяет области применения бескаркасных зданий в виде цилиндрических поверхностей.
Привязки нееущйх продольных и торцовых стен в бескаркасных зданиях выбираются так, чтобы обеспечить достаточное опиранне несущи конструкций или Пастила покрытий на стены.
Контроль точности положения ферм. Контроль положения возводимых фундаментных блоков, колонн, подкрановых балок и рельс, стропильных ферм в плане следует осуществлять методом ординат с помощью теодолита. При монтаже стеновых панелей и блоков в бескаркасных зданиях контроль их планового положения следует осуществлять от установочных рисок, смешенных относительно разбивочной оси на определенную величину, с помощью линейки или метра по внутренним граням панелей или блоков.
Технико-экономическими исследованиями установлено, что по ряду показателей при прочих равных условиях каркасные здания уступают крупнопанельным. Их стоимость на 5 - 10 % выше, построечная трудоемкость на 10 - 15 % больше, чем бескаркасных зданий. Несмотря на это, по изложенным выше причинам планировочного и технологического характера, каркасные здания широко применяются во всех странах мира.
Монтаж жилых зданий из объемных блоков.| Монтаж жилого дома методом подъема этажей. Монтаж бескаркасных зданий начинают обычно с установки элементов лестничной клетки, которые образуют жесткое пространственное ядро. Последующие панели пристраивают к лестничной клетке и далее друг к другу в виде жестких пространственных ячеек.
Элементы Пластбау в стенах (а и междуэтажном перекрытии (б. В каркасно-панельных зданиях основной несущей конструкцией служит железобетонный каркас. Он состоит из колонн и горизонтальных связей - ригелей. Плиты перекрытий опираются на ригели, при безригельной схеме - на колонны, в бескаркасных зданиях - на крупные плитные элементы: панели стен, перегородок и перекрытий.