Железобетонные каркасные здания

 
Рис.6. Безбалочные каркасные системы:

а - "Куб-2" с диском, разделенным на монтажные элементы-плиты;

б - возводимые методом подъема цельных дисков перекрытий

Восприятие безригельным каркасом со сборными плитами горизонтальных нагрузок может осуществляться частично по рамной схеме за счет ограниченно жесткого соединения колонн с плитами либо в общем случае по связевой схеме с помощью диафрагм и ядер жесткости.

Другим вариантом сборных  многоэтажных каркасов является предварительно напряженный каркас, устраиваемый путем  соединения сборных колонн и плит перекрытий, предварительно напряженной  арматурой, располагаемой в швах между плитами и пропускаемой через отверстия в колоннах, с  последующим бетонированием.

Особое конструктивное решение  имеют безригельные каркасы, возводимые методом подъема цельных дисков перекрытий, изготовляемых внизу на уровне основания, при заранее установленных колоннах и ядрах жесткости, проходящих через отверстия в плитах (Рис.6б). Плиты перекрытия выполняются в виде сплошной монолитной плиты или состоящей из отдельных сборных плитных элементов, соединяемых между собой путем сварного или безсварного сопряжения выпусков арматуры с последующим замоноличиванием швов между сборными плитами. Вокруг отверстий плит, через которые проходят колонны, предусматривается устройство жестких стальных элементов, служащих для подъема плит, закрепления плит в стадии монтажа и соединения плит с колоннами, обеспечивающих передачу нагрузок от перекрытий на колонны в стадии эксплуатации. Восприятие горизонтальных нагрузок обеспечивается в таких безригельных каркасах по связевой конструктивной схеме с помощью ядер жесткости и жестких дисков перекрытий.

Монолитные диски перекрытий безригельных каркасов условно разделяются на надколонные и межколонные полосы с соответствующим более сильным армированием продольной арматурой, учитывающим неравномерное распределение усилий по ширине плиты. При устройстве плоской монолитной плиты перекрытия создается жесткий узел сопряжении плиты с колонной с усиленным продольным и поперечным армированием в зоне узла, позволяющим воспринимать усилия, передающиеся от колонны на плиту. Восприятие горизонтальных нагрузок безригельным каркасом с монолитной плитой перекрытия осуществляется по рамной или рамно-связевой конструктивной схеме, исходя из сопротивления выделенных в каркасе заменяющих рам, состоящих из ряда колонн и условных ригелей, включающих полосу плиты, равную расстоянию между серединами двух поперечных пролетов, примыкающих к соответствующему ряду колонн, при жестком узле сопряжения условного ригеля с колоннами.

 

Глава 2.Сборный  железобетонный каркас

2.1. Сборный каркас

 

Сборный каркас модулируется в продольном и поперечном направлениях кратно 3 м. Наиболее экономичны размеры композиционной ячейки для многоэтажного здания — 6X6 м, 6×3 м и доборная 3×3-и, которые хорошо увязываются с размерами и формой помещений таких зданий, как школы, детские учреждения, административные здания, столовые, библиотеки и др.

Жилые здания хорошо компонуются в  тех же осевых размерах: для продольного  шага жилой секции 6+3+6 м для ширины здания 6+6 м. Каркас проектируется по стоечно-ригельной или безригельной схемам. Выбор схемы, а также формы стоечно-ригельного каркаса (продольной или поперечной) связан с вопросами экономического и композиционного порядка.

2.2.Поперечно стоечно-ригельный  железобетонный каркас

 

Решенный в виде жестких рам, не требует в поперечном направлении диафрагм жесткости, тогда как при продольном или безригельном каркасе они обязательны. С другой стороны при безригельном каркасе потолок помещений освобождается от выступающих ригелей и сокращается количество монтажных элементов. Выбор продольного или поперечного стоечно-ригельного каркаса связан также с весом перекрытий и размерами осевой сетки. При поперечном каркасе с сеткой 6X3 м перекрытия имеют пролет 3 м и получаются значительно легче, чем при сетке 6×6 м или при продольном каркасе с любой сеткой (рис. 1).

 

Пролеты сборных перекрытийв каркасном здании

а — при стоечно-ригельном поперечном каркасе с осевой сеткой 6 X 6 м; б — то же,  с осевой сеткой 6X3 м; в — при стоечно-ригельном продольном каркасе с осевой сеткой 6X6 м; е — то же, с осевой сеткой 6X3 м

Стойки каркасаизготовляются в один или несколько этажей сечением от 200×200 до 400×400 мм. Ригели могут быть однопролетными и многопролетными сечением от 200×400 до 300×600 мм. При расчете каркасатолько на вертикальные нагрузки соединения стоек и ригелей не рассчитываются на восприятие моментов и делаются шарнирными или частично защемленными, при этом возможно применение многоэтажных стоек (рис. 2, а и в).

Более просты в изготовлении и монтаже  унифицированные стойки на один этаж с платформеннымопиранием ригелей или перекрытий (рис. 2, б и г). При соответствующем расчете и конструировании полного каркаса и его стыков без излишней затраты средств можно иметь жесткие в своей плоскости рамы, вполне обеспечивающие в этом направлении устойчивость здания средней этажности. Неполный каркас в любом случае конструируется со связевой системой устойчивости

Рис.2. Схемы каркасно-панельного здания 
а — с полным поперечным стоечно-ригельным каркасом с шарнирным сопряжением элементов; 6 — то же, с платформенным опиранием; в — с неполным поперечным стоеч-ио=ригельным каркасом; г — то же, с безригельным каркасом; / — стойка; 2 — ригель; 3 — перекрытие; 4 — на ружные ограждающие панели; 5 — платформенный стык; 6 — частично защемленный стык; 7 — стык стоек; 8— наружные несущие панели.

Для удобства монтажных работ при  строительстве железобетонного  каркаса соединение многоэтажных стоек делается на 500—600мм выше верха ригелей с помощью стальных оголовников, привариваемых к арматуре стоек и свариваемых по контуру. Ригелиопираются на выпускные закладные консоли и тоже привариваются к ним и к столикам (рис. 3, а и б).

Платформенный стыкосуществляется путем опирания ригелей (при стоечно-ригельном каркасе) или непосредственно перекрытий (при безригельном) на стойки нижележащего этажа и стоек вышестоящих на этот узел сверху. Оголовники стоек свариваются с закладными пластинками элементов перекрытия (рис. 3, в и г).

Внутренние стены,выполняющие роль диафрагм жесткости, ставятся друг на друга по всей высоте здания. Они делаются из железобетона по типу несущих поперечных стен и прочно соединяются с элементами каркаса. Горизонтальные стыки панелей проверяются на действие нормальных и скалывающих напряжений. 

Рис.3. Детали каркасаа — стык стоек; б — частично-защемленный стык ригеля со стойкой; в — платформенный стык; s— платформенный стык перекрытий со стойкой в безригельном каркасе; 1 — стойка; 2— ригель; 3 — сварка; 4 — закладные стальные части; 5 — панель перекрытия; 6 — стальной оголовник стойки; 7 — обетоненная консоль из двутавра; 8 — раствор; 9 — обетонка стыка

Ограждающие панели при полном железобетонном каркасе делаются самонесущими или навесными в зависимости от этажности здания, материалов и конструкции панелей. Разрезка стены на отдельные элементы может быть различна по размеру и форме, а сами элементы различаются по материалу, фактуре и цвету.

Рельефно выступающая  простеночная панельпозволяет полностью или частично скрыть стойки каркаса (рис. 4, а). При панелях на целый шаг каркаса или более стойки делают полностью выступающими в помещение (рис.4, б—г). Материалы и конструкции панелей применяются такие же, как при поперечных несущих стенах. Самонесущие панели устанавливаются с гибкой анкеровкой к элементам каркаса или перекрытиям (рис. 4, б), а навесные — с жесткой анкеровкой (навеской) или непосредственным опиранием на элементы железобетонного каркаса (рис. 4, в и г). 

Рис. 4. Детали узлов сопряжений панелей  с каркасом 
а — решение с пилястрами; б — с самонесущими панелями на комнату (разрез и планов — с навесными панелями на комнату; г — с навесными панелями поясной разрезки; / — панель стены; 2 — стойка каркаса; 3— панель пилястры; 4 — эффективный утеплитель; Б — ригель каркаса; 6 — легкий бетон; 7 — теплоизоляция; 8 — раствор; 9 — пороизол; 10 — синтетическая мастика; 11 — пароизоляция; 12 — стальные уголки; 13 — стальной анкер; 14 — декомпрессионная полость; 15 — тяжелый бетон; 16 — перекрытие; 17 — сварка; 18 — стальной оголовник стойки; 19 — стальные закладные части; 20 — подклинка; 21 — простенок

Вертикальные швы между панелями и каркасом тщательно уплотняются эффективными теплоизолирующими полосами и покрываются слоем легкого раствора, наносимого для прочности по сетке.

При неполном железобетонном каркасе для наружных стен применяются несущие панели. Разрезка стены на панели при поперечном стоечноригельном каркасе может быть как на комнату и более, так и с простеночными элементами. При этом нужно иметь в виду, что на опорах ригелей создаются большие сосредоточенные нагрузки, что требует повышенной прочности панелей. При продольном или безригельном каркасе панели делаются не менее чем на комнату, а опирание перекрытий дает нагрузку более распределенную по периметру наружных стен. Несущие панели рекомендуется делать однослойными из легкого бетона, так как в многослойных панелях при опирании ригелей или перекрытий на их железобетонную основу создаются тепловые мостики, ведущие к промерзанию мест опирания.

 

Глава 3. Обследование зданий и сооружений - дефекты строительных конструкций зданий с железобетонным каркасом

По своему функциональному  назначению здания с железобетонным каркасом в большинстве случаев  относятся к объектам производственного  или общественного назначения, которые, в свою очередь, могут быть одноэтажными или многоэтажными.

Основные конструктивные схемы зданий с железобетонным каркасом:

• с несущими наружными кирпичными стенами и внутренним неполным каркасом;
• каркасные с самонесущими наружными стенами;
• каркасные с кирпичным заполнением в плоскости каркаса;
• каркасные с навесными стеновыми панелями (из обычного или легкого бетона) или облегченными панелями типа "сандвич".

 

3.1 Основные причины повреждений идефектов зданий с железобетонным каркасом:

• изменение гидрогеологических условий в основании фундаментов;
• неравномерные осадки фундаментов;
• коррозия материалов несущих и ограждающих конструкций;
• неудовлетворительная эксплуатация;
• перегрузки;
• воздействие высоких температур;
• воздействие инерционных сил, превышающих расчетные, при землетрясениях и авариях техногенного характера;
• ошибки при проектировании;
• нарушение технологии изготовления и монтажа.

В основной массе повреждения  и дефекты железобетонного каркасаобусловлены повреждениями и дефектами железобетонных и каменных конструкций

 

Дефекты каменных конструкцийзданий и сооружений классифицируются по следующим основным видам:

• деформации стен (прогибы, отклонения от вертикали);
• сколы, раковины, выбоины и другие нарушения сплошности кладки;
• увлажнение кладки стен, выветривание и вымывание раствора;
• повреждение защитных и отделочных слоев;
• разрушение несущего слоя стен и столбов.

Основными причинами возникновениядефектов каменных конструкцийявляются:

• ошибки проектирования (неправильный учет нагрузок, неудачное решение узлов сопряжения, потеря устойчивости из-за недостаточного количества связей, неучтенный эксцентриситет, неполная информация по инженерно-геологической оценке грунтов основания);
• низкое качество материала (искривление граней камней, отклонения в размерах, низкая прочность и морозостойкость);
• низкое качество выполнения работ (нарушение горизонтальности, толщины и правил перевязки швов, отклонения несущих стен и столбов от вертикали, нарушение анкеровки);
• неудовлетворительные условия эксплуатации (замачивание и увлажнение, агрессивное воздействие окружающей среды);
• неравномерные осадки фундаментов стен и столбов при недооценке инженерно-геологических условий, нарушении правил производства земляных работ, авариях коммунальных сетей водопровода и канализации, нарушении водоотвода от зданий и сооружений;
• отсутствие или нарушение гидроизоляции стен;
• отсутствие или разрушение карнизов и водосточных труб.