Железобетонный каркас многоэтажного здания

3. Каркас здания по п. 2, отличающийся тем, что дополнительные колонны наружных рядов каркаса, расположенные у кромок перекрытий, выполнены с размерами поперечных сечений, превышающими размеры поперечных сечений средних колонн каркаса.4. Каркас здания по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что рабочая продольная арматура перекрытий сосредоточена в виде объемных арматурных каркасов с шириной, не превышающей удвоенную ширину сечения колонн, согласно эпюре изгибающих моментов в створах колонн во взаимно поперечных направлениях от каждой колонны, причем не менее 1/5 от общего количества нижней продольной арматуры этих арматурных каркасов выполнено сквозной на всю длину и ширину плиты перекрытия здания, а в пределах каждой ячейки плиты перекрытия, ограниченной по сторонам объемными арматурными каркасами, армирование выполнено в виде арматурной сетки, размещенной в один слой по низу плиты.5. Каркас здания по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что каркас выполнен из монолитного железобетона.Изобретение относится к строительству, в частности к железобетонным каркасам жилых домов и общественных зданий различной этажности, к которым предъявляют повь 1 шенные требования к качеству архитектурных и объемно-планировочных решений. Область строительства с применением предлагаемого технического решения включает и сейсмоопасные регионы.Известен железобетонный каркас многоэтажных зданий 1, включающий колонны и плоские диски перекрытий, состоящие из многопустотных плит, объединенных по бокам монолитными швами, а в ячейках перекрытий - монолитными железобетонными ригелями, выполненными со строительным подъемом к середине их пролетов.Каркас сравнительно прост при возведении, и его конструкцией сделана попытка учесть наличие распора в диске перекрытия. Однако при его возведении, вследствие наличия межплитных швов и сборных плит с различным строительным подъемом, имеет место невысокое качество потолочных поверхностей, что требует дополнительных материальных и трудовых затрат, и поэтому конструкция каркаса недостаточно эффективна.Известен железобетонный каркас здания 2, включающий колонны, перекрытия с каналами переменной глубины, выполненными вдоль граней колонн с предварительно напряженной арматурой, и монолитным бетоном по периметру ячеек каркаса и с заполнением ячеек каркаса монолитными или сборными железобетонными плитами.Конструкция каркаса отличается сравнительно невысокой металлоемкостью. Однако каркас при возведении является многодельным, а технология его возведения - многостадийна. Сначала изготавливают плиту с каналами, затем, после выдержки во времени(до 2 О 25 суток) для набора монолитным бетоном требуемой прочности, на бетон плиты натягивают рабочую арматуру, что требует специального оборудования и технологии. Затем снизу плиты подводят опалубку и производят бетонирование каналов и монолитных плит. Такая конструкция при ее осуществлении является весьма трудоемкой, снижает темп возведения здания, и поэтому такое техническое решение неэкономично.Наиболее близким к предлагаемому является принятое в качестве прототипа техническое решение 3 каркасного здания, включающее каркас с плоскими плитами перекрытий и покрытия, часть из которых выполнена с консолями, вертикальные элементы жесткости и колонны, размещенные в плане с различным шагом, а также часть колонн, размещаемых со смещением относительно выше- или нижестоящих колонн.Известное техническое решение предусмотрено для решения задачи оптимальных условий для планировки внутренних помещений и широкого выбора вариантности застройки при одной и той же элементной базе, а также направлено на снижение массы здания за счет применения легких и пустотных вкладышей в плитах перекрытий.Вместе с тем, в Известной конструкции каркаса здания, вследствие смещения части колонн относительно нижестоящих, существенно возрастает опасность продавливания перекрытий силой, сосредоточенной в колонне от массы расположенных выше конструкций здания. Чтобы исключить эту опасность, перекрытие, на которое опирается такая колонна,должно быть существенно усилено, что приводит К чрезмерному расходу материалов. Кроме того, размещение колонн в плане с нерегулярным, произвольным шагом приводит К весьма неравномерному распределению усилий в сечениях несущих элементов каркаса. Причем значительные скачки усилий наблюдаются и в сечениях, расположенных на незначительном удалении друг от друга. В результате для удовлетворения конструктивных требований возникает потребность в дополнительном расходе материалов (бетона и арматурной стали), вынужденно размещаемых там, где это не требуется по расчету. Поэтому известная конструкция каркаса неэффективна и вызывает нерациональный расход материалов на каркас и здание в целом.Предлагаемое изобретение решает задачу сокращения удельной металлоемкости каркаса и повышения его надежности с одновременным обеспечением свободных планировочных решений в здании за счет увеличения размеров сетки колонн.Решение поставленной задачи достигается тем, что в железобетонном каркасе многоэтажного здания, включающем сквозные по всей высоте здания колонны, размещенные с различным шагом в плане, вертикальные элементы жесткости, плоские плиты перекрытий и покрытия, плоские плиты перекрытий снабжены размещенными равномерно по всему контуру здания в плане дополнительными элементами жесткости в виде сплошной балки или плиты с высотой поперечных сечений, превышающей толщину плиты перекрытия,выполненными заодно с плитами перекрытий и жестко связанными по их кромкам с плитами перекрытий и с колоннами наружного ряда.В наружных рядах колонн у кромок перекрытий между колоннами, расположенными на основных осях створов колонн каркаса, размещены жестко связанные с плитами перекрытий дополнительные колонны.Колонны наружных рядов каркасов, расположенных по контуру перекрытий, вь 1 полнены с размерами поперечных сечений, превышающими размеры поперечных сечений средних колонн каркаса.Рабочая продольная арматура перекрытий сосредоточена в виде объемных арматурных каркасов с их шириной, не превышающей удвоенную ширину сечения колонн,согласно эпюре изгибающих моментов в створах колонн во взаимно поперечных направлениях от каждой колонны, причем не менее 1/5 от общего количества нижней продольной арматуры этих арматурных каркасов выполнено сквозной на всю длину и ширину плиты перекрытия здания, а в пределах каждой ячейки плиты перекрытия, ограниченной объемными арматурными каркасами, армирование выполнено в виде арматурной сетки,размещенной в один слой по низу плиты.При этом железобетонный каркас здания выполнен из монолитного железобетона.Выполнение плоских плит перекрытий здания с равномерно размещенными по всему контуру здания в плане дополнительными бортовыми элементами жесткости в виде сплошной балки или плиты с высотой поперечных сечений, превышающей толщину перекрытия, и жестко связанными с ним и с колоннами наружных рядов, позволяет существенно изменить условия опирания плиты перекрытия в крайних ячейках, а также создать упор для реализации распорных усилий, возникающих в плоскости железобетонных плит перекрытий под нагрузкой. В результате все ячейки плиты, расположенные как на краю,так и в середине перекрытия, работают под нагрузкой примерно в одинаковых условиях с защемлением по всем четырем сторонам, что повышает несущую способность перекрь 1 тия, исключает опасность цепного разрушения его от краев плит при случайных перегрузках. Кроме того, реализация распорных усилий в плоскости перекрытия и их учет в расчете позволяет на 2 О 25 уменьшить (погасить) величины изгибающих моментов врасчетных сечениях плиты в середине пролета И у колонн И примерно в такой же мере сократить расход рабочей арматуры плиты перекрытия.Кроме того, наличие дополнительных элементов жесткости на контуре плиты перекрытия с большей высотой сечения, чем плита перекрытия, позволяет сократить расход стали на армирование кромки перекрытия и повысить ее жесткость при восприятии достаточно значительных по величине нагрузок от наружных стен, успешно реализовать современные архитектурно-композиционнь 1 е решения фасадов, а также простыми средствами обеспечить требуемую тепловую защиту здания.Расположение в наружных рядах дополнительных сквозных на всю высоту здания колонн, жестко связанных с плитами перекрытий, позволяет существенно повысить жесткость кромки перекрытия как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости, а также разгрузить наружные колонны, расположенные на основных осях здания, в сечениях которых действуют значительные по величине изгибающие моменты. В результате становится также возможным в наиболее полной мере реализовать распорные усилия,возникающие в плоскости перекрытия после образования в нем трещин, и за счет этого существенно снизить величины усилий, действующих под нагрузкой в расчетных сечениях плиты перекрытия. Это позволяет заметно увеличить размеры сетки колонн без развития высоты сечения плиты и без дополнительного расхода материалов (арматуры и бетона). Таким образом расширяются возможности для гибких планировочных решений.Выполнение колонн наружных рядов каркаса, расположенных у кромок перекрытий, с размерами поперечных сечений, превышающих размеры поперечных сечений колонн средней части каркаса, также позволяет увеличить жесткость упора на кромке диска перекрь 1 тия для реализации повышенной величины распорного усилия, что позволяет существенно улучшить технико-экономические показатели каркаса и реализовать в многоэтажном здании свободные и трансформируемые на любой стадии строительства и при эксплуатации объемно-планировочные решения без каких-либо материальных затрат.Сосредоточение продольной рабочей арматуры перекрытий, согласно эпюре изгибающих моментов, в створах колонн во взаимно поперечных направлениях от каждой колонны в виде объемных арматурных каркасов с шириной, не превышающей удвоенную ширину сечения колонн, позволяет создать в плоскости плиты перекрытия систему скрь 1 тых ригелей, наиболее полно воспринять арматурой этих ригелей наибольшие усилия,действующие концентрированно в створах колонн, полностью и наиболее эффективно использовать прочностные качества рабочей арматуры перекрытия. При увеличении ширины арматурного каркаса больше предлагаемого значения эта эффективность заметно уменьшается. Выполнение не менее 1/5 от общего количества нижней продольной арматуры этих арматурных каркасов сквозной на всю длину и ширину плиты перекрытия здания препятствует выпучиванию из вертикальной плоскости колонн наружных рядов от действия распорных усилий. Благодаря этому возрастает усилие реактивного отпора наружных колонн, что позволяет дополнительно нарастить величину распорных усилий в плоскости перекрытия и снизить усилия от действия полезной нагрузки во всех расчетных сечениях перекрытия. Уменьшение количества сквозной арматуры по сравнению с предложенным существенно снижает величину отпора крайних колонн, что приводит к соответствующему уменьшению распорных усилий в крайних пролетах каркаса. В целом указанное позволяет дополнительно сократить расход стали на армирование перекрытий. Кроме того, объемные арматурные каркасы одного направления могут располагаться в плоскости перекрытий относительно каркасов другого направления не только взаимно ортогонально под прямым углом, но и под любым требуемым углом, определяемым архитектурным решением здания. Это позволяет получать не только строго ортогональную, но и любую сетку колонн, что существенно расширяет архитектурные возможности предлагаемого каркаса по сравнению с известными. Выполнение армирования плиты в пределах каждой ячейки в виде однослойной арматурной сетки также способствует наиболее пол 4ному Использованию прочностных качеств ее рабочей арматуры. В целом, благодаря созданной возможности наиболее полно И равномерно использовать прочностные качества арматуры И бетона, а также И реализовать благоприятный эффект распорных усилий,предложенная конструкция монолитного перекрытия со скрытыми ригелями позволяет минимизировать расход материалов на его устройство И расширить архитектурные возможности здания в целом.Выполнение предлагаемого каркаса здания из монолитного железобетона позволяет получить жесткие узлы объединения элементов каркаса в единую несущую систему И обеспечивает в наиболее полной мере пространственную жесткость И устойчивость, а также минимальную материалоемкость как каркаса, так И здания в целом, приводит к упрощению технологии строительства.Сопоставление предлагаемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод о том, что от известного оно отличается новыми признаками ( 1) плоские плиты перекрытий снабжены дополнительными элементами жесткости, размещенными равномерно по всему контуру здания в плане (2) в виде сплошного бруса или плиты с высотой поперечных сечений, превышающей толщину плиты перекрытия, (3) выполненными заодно с плитой перекрытий И жестко связанными по кромкам плиты перекрытия с ней И с колоннами наружного ряда, (4) в наружных рядах колонн у кромок перекрытий между колоннами, расположенными на основных осях створов колонн, размещены жестко связанные с плитами перекрытий дополнительные колонны, (5) колонны наружных рядов каркаса,расположенные у кромок перекрытий, выполнены с размерами поперечных сечений, превышающими размеры поперечных сечений средних колонн каркаса, (6) рабочая продольная арматура перекрытий сосредоточена, согласно эпюре изгибающих моментов, в створах колонн во взаимно перпендикулярных направлениях от каждой колонны в виде объемных арматурных каркасов, (7) с их шириной, не превышающей удвоенную ширину сечения колонн, причем (8) не менее 1/5 от общего количества нижней продольной арматуры этих арматурных каркасов выполнено сквозной на всю длину И ширину плиты перекрытия здания, а (9) в пределах каждой ячейки плиты перекрытия, ограниченной объемными арматурными каркасами, армирование выполнено в виде арматурной сетки, размещенной в один слой по низу плиты, (10) каркас здания выполнен из монолитного железобетона.В целом предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны, поскольку перечисленные выше признаки предлагаемого технического решения в приведенной сумме не известны, а достигаемые технические результаты по предложенному решению превосходят Известные, позволяют решить поставленную задачу И создают сверхсуммарный результат.Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен предлагаемый каркас здания с дополнительными бортовыми элементами жесткости на кромке перекрытия в виде сплошной плиты, фрагмент, вид в плане на фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, предлагаемый каркас с дополнительными элементами жесткости в виде сплошного бруса, заштрихованными квадратами показаны дополнительные колонны, фрагмент, вид в плане на фиг. 3 - то же, предлагаемый каркас, разрез А-А на фиг. 1 на фиг. 4 - то же,предлагаемый каркас, разрез Б-Б на фиг. 2 на фиг. 5 - то же, предлагаемый каркас с дополнительными колоннами в наружных рядах колонн каркаса, разрез Б-Б на фиг. 2 на фиг. 6 - то же, предлагаемый каркас с элементами жесткости в виде сплошного бруса, вь 1 ступающего кверху, И с наружными колоннами увеличенного размера поперечного сечения на фиг. 7 - то же предлагаемый каркас с элементами жесткости в виде плиты сплошного сечения (слева) И бруса (справа), выступающими из плоскости перекрытия книзу, И снабженный наружными колоннами с увеличенными размерами поперечного сечения, вид в плане на фиг. 8 - схема деформирования предлагаемого каркаса под воздействием полезной нагрузки И действия внутренних распорных усилий в плоскости перекрытия, вертикальный разрез на фиг. 9 - то же, что на фиг. 8, разрез В-В на фиг. 8,