Конструкция каркасов АРКОС-1, особенности расчета и конструирования
Cообщение, сделанное 27 июля 2005 г. директором НИЭПРУП «Институт БелНИИС» Александром Мордичем на семинаре «Методы расчета и
конструирования зданий системы АРКОС (серия Б.1.020.1-7) и основы технологии строительства»
Сборно-монолитный железобетонный каркас зданий серии Б1.020.1-7 состоит из вертикальных железобетонных колонн и жестко (или шарнирно) сопряженных с ними плоских дисков междуэтажных и чердачных перекрытий и покрытия. Диски перекрытий включают сборные многопустотные плиты с открытыми на фиксированную глубину 100±20 мм по обоим торцам полостями. Сборные плиты оперты концами на монолитные несущие ригели посредством бетонных шпонок, образующихся при их бетонировании в открытых полостях по торцам плит. Плиты в каждой ячейке каркаса размещены группами и объединены между собой по боковым сторонам межплитными бетонными швами. По контуру каждая группа плит окаймлена вдоль их торцов несущими ригелями и вдоль боковых сторон продольными связевыми ригелями, или уширенными межплитными швами. Эти ригели, как правило, пропущены сквозными на всю длину и ширину здания, а в пределах каждой ячейки каркаса в плане образуют замкнутую монолитную железобетонную раму, жестко сопряженную по углам с колоннами. Диски перекрытий при необходимости могут быть вынесены за крайние ряды колонн каркаса. Для этого консоли ригелей выпускают за крайние колонны и на них опирают плиты эркеров, балконов, лоджий. Плиты балконных консолей отделяют от основного (внутреннего) диска перекрытия сплошным по ее длине термовкладышем, выполненным из эффективного утеплителя. Консоли, особенно сложной конфигурации в плане, могут быть выполнены из монолитного железобетона заодно с крайними несущими и/или связевыми ригелями. При необходимости в этом случае в консольной плите может быть устроена дискретная теплоизоляция. Сопряжение торцов типовых плит с несущими ригелями осуществляется не только посредством бетонных шпонок. Из торцов этих плит на длину 150±10 мм делаются выпуски продольной рабочей арматуры. Выпуски анкерятся в бетоне несущих ригелей. Многопустотные плиты безопалубочного формования не содержат выпусков рабочей арматуры за торцы плит. Для такого случая в межплитных швах понизу у стыков плит с несущими ригелями поперек ригелей предусмотрено размещение арматурных стержней-коротышей. Несущие ригели выполняются прямоугольного либо таврового поперечного сечения. Полки тавровых несущих ригелей размещают в стяжке пола над верхом сборных многопустотных плит. Несущие ригели, расположенные на краю диска перекрытия и размещаемые в наружной стене здания, могут быть выполнены с высотой сечения, превышающей толщину многопустотных плит. Несущие ригели подвальных перекрытий, подземных частей жилых и общественных зданий, а также многоэтажных зданий гаражей могут быть и в средней части перекрытий выполнены с увеличенной высотой сечения с выпусками монолитного ребра ригеля книзу на требуемую величину. Несущие ригели могут быть выполнены двухслойными. Понизу такой ригель может содержать сборный железобетонный линейный элемент с выступающей кверху поперечной арматурой, а поверху на сборный элемент по месту укладываются верхняя арматура и монолитный бетон. Сборный элемент несущего ригеля может выступать книзу, и на его кромках могут быть размещены концы многопустотных плит. Этот элемент может иметь предварительно напряженную рабочую арматуру.
Несущие ригели, изготовленные целиком из монолитного бетона, могут быть выполнены как с обычной ненапрягаемой, так и с предварительной напряженной рабочей арматурой. Напрягаемую арматуру размещают в сквозных каналах на всю длину (ширину) здания согласно эпюре моментов и натяжение ее осуществляют на затвердевший бетон ригелей. После натяжения арматуры каналы инъецируют цементным раствором. Напрягаемая арматура может быть выполнена без сцепления с бетоном. В этом случае должны быть осуществлены дополнительные меры по антикоррозийной защите рабочей арматуры и обеспечению надежной анкеровки ее на кромках перекрытий (наружных торцах несущих ригелей). При этом количество рабочей арматуры должно быть определено расчетом с учетом работы ее под нагрузкой при эксплуатации без сцепления с бетоном. Монолитные связевые ригели, размещенные в средней части перекрытия вдоль плит, во всех случаях выполняют прямоугольными на высоту сечения плит или выступающими кверху на высоту стяжки пола. Связевые ригели на краю диска перекрытия могут быть выполнены с высотой, развитой книзу и превышающей толщину плит. Во всех случаях связевые ригели целесообразно выполнять без предварительного напряжения рабочей арматуры. Каркасы с несущими ригелями постоянной ширины сечения по их длине при многопустотных плитах с высотой сечения 22 см, как правило, применяют при шаге колонн до 7,20 м. При необходимости увеличения размеров пролетов свыше указанного применяют сборные многопустотные плиты с большей высотой сечения (26, 30 см).
Для увеличения размеров сетки колонн в плане свыше 7,20 м с применением многопустотных плит толщиной 22 см применяют такой вариант конструкции каркаса, при котором монолитное ребро несущего ригеля в каждом пролете у колонны имеет ширину в 1,8-2,5 раза больше, чем в середине пролета. Для этого многопустотные плиты, расположенные непосредственно у связевых ригелей, выполняют соответственно короче по длине, нежели остальные плиты каждой ячейки каркаса. В остальном каркас выполняют так же, как и в рассмотренном выше варианте. Конструктивное решение зданий серии предусматривает использование сборных железобетонных диафрагм в виде плоских железобетонных элементов, объединенных с колоннами каркаса. Существующая номенклатура сборных элементов стенок позволяет компоновать из них диафрагмы и ядра жесткости любого размера, кратного 3 м. Сборные диафрагмы (сплошные и с проемами) предусмотрены поэтажной разрезки с контактным горизонтальным стыком. Возможно применение сборно-монолитных диафрагм жесткости с выполнением частей плоских стен из монолитного железобетона и объединением их со сборными элементами в единую конструкцию. Диафрагмы и ядра жесткости из монолитного железобетона в зданиях серии выполняют любого требуемого размера. В таком случае стенки плоских диафрагм жесткости объединяют по сторонам с колоннами. При замкнутом в плане сечении монолитного ядра жесткости колонны из состава ядра жесткости могут быть исключены. При размещении и конструировании вертикальных диафрагм жесткости должна быть обеспечена требуемая изгибная жесткость здания в обоих направлениях. Эти конструкции должны препятствовать закручиванию здания в плане и не вызывать значительных внутренних температурных усилий в элементах каркаса или неравномерных продольных деформаций вертикальных элементов диафрагм. Для обеспечения этих условий число диафрагм в плане здания должно быть не менее трех, и их оси в плане не должны пересекаться в одной точке. Поперечные диафрагмы должны быть максимально равномерно распределены по плану здания, жесткость их горизонтальных сечений должна быть примерно одинакова, а продольные диафрагмы не следует размещать у торцов здания (секции). Вертикальные диафрагмы жесткости, как правило, совмещают с ограждением лестнично-лифтовых узлов. При высоте здания до 15 этажей включительно взамен сплошных диафрагм жесткости допускается устраивать стальные связи в виде раскосов, жестко объединенных с колоннами и ригелями перекрытий. При большей высоте здания применение стальных связей должно быть обосновано технико- экономическим расчетом.
Колонны могут быть как поэтажной разрезки, так и многоэтажные. Колонны поэтажной разрезки выполняют как из монолитного, так и из сборного железобетона. Конструктивно колонны могут быть типовыми бесконсольными с традиционными конструкциями стыков (например, на ванной сварке). Вместе с тем в серии предусмотрены и колонны новой конструкции с плоскими бессварочными стыками и резьбовыми соединениями. Колонны могут иметь квадратное, прямоугольное или круглое сечение. Колонны квадратного сечения выполняются размером 400х400 мм. Продольную рабочую арматуру колонн выполняют сквозной по всей их длине и обрывают у плоских торцов колонн. Количество продольной (как и поперечной) арматуры определяют расчетом и конструктивными требованиями. На концевых участках у стыков колонны имеют косвенное армирование в виде сварных сеток, а на торцах — поперечные стальные листы с анкерными стержнями, жестко закрепляемыми на сварке в раззенкованных отверстиях листов. К торцовым листам на сварке по углам колонны крепятся также торцами отрезки уголков №90х90х6 (по ГОСТ 380-88 с толщиной стенки 6 мм) на высоту 100 мм, образуя ниши. Снаружи уголков к их полкам привариваются анкерные стержни. В нишах выполняются сквозные отверстия для винтовых креплений стыков колонн по высоте. Одноэтажные колонны стыкуют по высоте в уровнях диска перекрытия. Многоэтажные колонны предусмотрены, как правило, на два этажа. Стыковку их по высоте предусмотрено осуществлять в сечениях с минимальными значениями изгибающего момента (над перекрытиями). В уровнях дисков перекрытий многоэтажные колонны имеют сквозные проемы для пропуска несущих и связевых ригелей. В сквозных проемах верхнюю грань выполняют двускатной, чтобы в несущем ригеле в проеме колонны образовалось клиновидное утолщение после его бетонирования. Для наиболее полного заполнения сквозных проемов сверху над проемами в колонне устраивают криволинейный канал для подачи бетонной смеси. В качестве рабочей арматуры колонн предусмотрено применять преимущественно сталь классов А400С, А500С, а также в опытном порядке высокопрочные стали классов А800, А1000. Допускается групповое размещение стержней мелкосортной высокопрочной стали с объединением их в пучки в количестве не более трех стержней, располагаемых по периметру сечения колонны. Для сеток косвенного армирования предусмотрено применять, как правило, арматуру классов А400С и А500С диаметром не более 14 мм. Для хомутов применяется сталь классов А240 или А400С. Плоские торцевые стальные листы толщиной 6-12 мм выполняют из прокатной листовой углеродистой стали марки ВСт3сп по ГОСТ 380-88 "Сталь углеродистая обыкновенного качества". Колонны с плоскими торцами объединяют по высоте посредством винтовых стыковых соединений. Одноэтажные колонны стыкуют в уровнях дисков перекрытий следующим образом. К торцевому стальному листу нижней колонны крепежными гайками прикрепляют вертикальные соединительные шпильки длиной, превышающей толщину диска перекрытия. Соединительные шпильки выполняются из стержней арматуры класса А400С или А500С диаметром 22-40 мм. По концам шпилек нарезается резьба. После устройства перекрытия на шпильки наворачивают юстировочные гайки, позволяющие установить верхнюю колонну в проектное положение. Затем под торец поднятой колонны помещают высокопрочную мелкозернистую бетонную смесь и опускают колонну на юстировочные гайки. Положение верхней колонны окончательно фиксируют крепежными гайками, размещенными в нишах верхней колонны. После этого все ниши верхней и нижней колонн зачеканивают высокопрочным раствором. Плоские стыки сборных многоэтажных колонн выполняют аналогично. Однако в этом случае стык осуществляют вне междуэтажного перекрытия в сечениях, в которых изгибающий момент имеет минимальное значение. Между торцевыми листами стыка может быть размещена центрирующая прокладка. После установки верхней колонны в проектное положение зазор между торцевыми листами заполняют высокопрочным строительным раствором (мелкозернистым бетоном). Для исключения вытекания раствора на стадии строительства и для реализации в нем объемного напряженного состояния при эксплуатации по контуру торцевых листов на сварке крепится окаймление в виде стальной полосы.
Предусмотрена в каркасах зданий рассматриваемой серии и возможность применения монолитных железобетонных колонн. Для этих колонн предусмотрены два варианта стыков их сопряжения по высоте в уровнях дисков перекрытий. По первому варианту продольная арматура классов А400С или А500С нижней колонны выпускается с изгибом через перекрытие кверху на высоту над ним, требуемую для анкеровки расположенной внахлест продольной арматуры верхней колонны. При этом в сечении верхней колонны на указанной высоте над перекрытием, в котором оборвана арматура нижней колонны, величина изгибаемого момента, действующего при эксплуатации, имеет минимальное по величине значение. При втором варианте стыков стержни рабочей арматуры колонн выполняют на их высоту в пределах каждого этажа с обрывом их над верхом нижнего перекрытия и под низом верхнего перекрытия. Внахлест и параллельно с концами рабочей арматуры стыкуемых колонн у каждого перекрытия по контуру их сечения на анкеровочную длину в обе стороны (кверху и внизу) от перекрытия размещают арматурные коротыши. Эти коротыши могут быть выполнены из стали тех же классов, что и рабочая арматура колонн. Как и в предыдущем варианте, для получения высококачественных конструкций монолитных колонн, выполненных с армированием поперечными сварными сетками, могут быть применены самоуплотняющиеся гравитационные бетонные смеси, разработанные в БелНИИС. О таких сборных изделиях, как плоские плиты, используемые в дисках перекрытий рассматриваемой серии. Традиционные типовые плиты изготавливают длиной, требуемой по проекту, обеспечивая с обоих торцов открытые на глубину 100±20 м цилиндрические пустоты, а также выпуски продольной рабочей стержневой арматуры на длину 150±10 мм. По ширине плиты предусмотрены двух типоразмеров (номинально 120 или 150 см). На боковых поверхностях плит выполняются шпоночные углубления, обеспечивающие их совместную в составе диска перекрытия работу с соседними плитами в межплитных швах. Многопустотные плиты безопалубочного формования нарезают требуемой длины согласно проекту. Номинальная ширина их, как правило, составляет 120 и 150 см. Сквозные продольные пустоты могут иметь круглое, прямоугольное, овальное или других форм сечение. Вдоль боковых поверхностей плит выполняются продольные пазы, предназначенные для образования межплитного шва омоноличивания. Плиты имеют только продольное рабочее армирование в виде проволок или канатов и не имеют поперечного армирования. Выпусков арматуры на торцах эти плиты также не имеют. Для пропуска через диски перекрытий вертикальных инженерных коммуникаций предусмотрено использование сантехнических плит корытного профиля. В этих плитах шириной 120 или 150 см вся продольная рабочая арматура сконцентрирована в двух боковых ребрах и выпущена в виде выпусков за их торцы. Торцы выполнены с наклоном верха ребра от середины плиты на 50 мм. В тонкой средней части данная часть плиты содержит легкое проволочное армирование, позволяющее простыми средствами образовывать в ней сквозные проемы требуемого размера. В остающейся целой части она служит опалубкой для укладки дробленого легкого камня и устройства бетонной стяжки. На боковых поверхностях, как и в типовых многопустотных плитах, выполнены дискретные шпоночные углубления для образования бетонных шпонок после укладки их в проектное положение и устройства швов омоноличивания.
В серии предусмотрено два случая выполнения армирования монолитных ригелей. В первом случае при применении сборных и монолитных колонн поэтажной разрезки арматурные каркасы несущих ригелей, заготавливаемые заранее, выполняют сквозными длиной на полтора-два пролета со стыковкой их через колонну. Арматурные каркасы связевых ригелей готовят длиной на пролет со стыковкой их над колоннами посредством арматуры, располагаемой внахлест. Во втором случае при применении сборных двухэтажных колонн ригели пропускают через сквозные проемы в колоннах. Арматурные каркасы несущих и связевых ригелей заготавливают заранее на каждый пролет и размещают соответственно между торцами плит или вдоль их боковых сторон. Затем по месту устанавливают арматуру надопорных узлов, а также арматуру межплитных швов поперек несущих ригелей у концов плит. Арматурные каркасы фиксируют в проектном положении и в образовавшиеся объемы между торцами и сторонами сборных плит укладывают бетонную смесь. В межплитных швах поперек несущих ригелей размещают плоские арматурные каркасы с верхней рабочей арматурой. Плоские арматурные каркасы, размещаемые в межплитных швах, включают верхний рабочий стержень, к которому по концам прикреплена поперечная анкерная арматура. Стержень размещают сквозным над каркасом несущего ригеля по обе его стороны в швах на требуемую длину. Если многопустотные плиты не имеют по торцам выпусков рабочей арматуры, в межплитные швы понизу поперек несущего ригеля над его нижней арматурой дополнительно устанавливают отдельные стержни на длине, достаточной для их анкеровки в бетоне межплитного шва.
Как известно, конструкции зданий должны удовлетворять требованиям строительных норм как по несущей способности (предельные состояния первой группы), так и по пригодности к нормальной эксплуатации (предельные состояния второй группы). Параметры конструкций должны обеспечивать оптимальные технико-экономические показатели зданий как при их возведении, так и при их эксплуатации. Расчеты конструкций каркаса следует выполнять для двух стадий работы. Для стадии возведения здания (до набора монолитным бетоном проектной прочности) нужен расчет перекрытия каркаса при минимальном достижении прочности монолитного бетона на одну ступень ниже по классу, чем проектная, на монтажные и технологические воздействия. Для стадии же эксплуатации нужен расчет каркаса здания в целом в законченном виде после достижения монолитным бетоном каркаса заданной проектной прочности.
Проверку конструкций каркаса осуществляют на следующие нагрузки и воздействия. На стадии возведения здания — на действие технологических нагрузок, образуемых на рассчитываемом перекрытии массой монтажно-технологической оснастки, сборных конструкций, арматуры и монолитного бетона вышележащего перекрытия, а также размещенного на перекрытии материала наружных стен и перегородок одного этажа, если это предусмотрено проектом производства работ. Для этого же этапа осуществляют проверку несущей способности элементов каркаса, характер воздействий на которые на стадии строительства отличается от эксплуатационного. На этапе непосредственной эксплуатации — на усилия от сочетания нагрузок и воздействий, прикладываемых к зданию и определяемых согласно СНиП 2.01.07-85*, а также другим нормативно-техническим документам для специальных условий строительства и эксплуатации. Для этой же стадии следует учитывать дополнительные усилия в элементах каркаса от неравномерных осадок фундаментов колонн в пределах, допустимых согласно СНиП 2.02.01-83. Пространственная жесткость и устойчивость зданий серии Б1.020.1-7* в обоих направлениях обеспечивается несущим сборно-монолитным каркасом в сочетании с вертикальными диафрагмами (ядрами) жесткости. Число и размеры сечений диафрагм жесткости, устанавливаемых в одном температурном блоке, назначают на основе предварительных упрощенных расчетов при их работе по консольной схеме. Вертикальные диафрагмы жесткости предпочтительнее размещать по плану здания равномерно и, как правило, следует совмещать с ограждениями лестнично-лифтовых узлов. После назначения размеров сетки колонн, числа и размеров диафрагм жесткости проверяют общую устойчивость здания на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок, определяют значения усилий в элементах каркаса (колоннах, ригелях, многопустотных плитах, вертикальных диафрагмах жесткости) в характерных сечениях, а также общие перемещения каркаса и его элементов с использованием имеющихся пакетов прикладных программ. Наружные стены и перегородки в общей работе каркаса здания на восприятие нагрузок не участвуют и в расчете не учитываются.
Для расчета усилий и перемещений в элементах каркаса с помощью метода конечных элементов следует применять пространственную оболочечно-стержневую модель. В расчетной модели каркаса колонны и монолитные ригели представлены стержневыми элементами общего вида, многопустотные плиты перекрытий, а также плоские элементы вертикальных диафрагм жесткости — изгибно-плосконапряженными конечными элементами (элементами плоской оболочки). Для аппроксимации многопустотных плит следует применять ортотропные конечные элементы с жесткостными характеристиками, определяемыми в двух направлениях по соответствующим фактическим сечениям плит. Рекомендуется преимущественно использовать программные комплексы семейства STARK ES, разработанные ООО «Еврософт» (Москва) и позволяющие получить наиболее точные решения задач для элементов типа пластин и оболочек на основе смешанного метода. Сопряжение элементов перекрытий в расчетной модели приняты жесткими за исключением специально оговоренных. Расчет усилий в элементах сборно-монолитного каркаса рекомендуется выполнять в предположении линейно упругой работы материалов. При этом с целью сокращения расчетного количества продольной арматуры в колоннах и опорных зонах несущих ригелей (при сталях класса Ат500с и ниже) допускается осуществлять перераспределение усилий в несущих ригелях перекрытий путем уменьшения на величину, составляющую до 30% полученного расчетного значения упругого изгибающего момента, действующего на опоре ригеля, и соответствующего увеличения расчетного значения упругого изгибающего момента в пролете ригеля. Расчет усилий в элементах каркаса допускается выполнять с использованием других программных средств на основе МКЭ, а также по правилам строительной механики методом заменяющих рам, приближенно принимая в расчете передачу на несущие ригели рам нагрузки, воспринимаемой примыкающими к ним по обеим сторонам плитами с половины длин их пролетов.
Проверку прочности элементов каркаса при расчетных сочетаниях нагрузок по первой группе предельных состояний расчетом следует производить для опасных сечений несущих ригелей (посередине пролета и у колонн) на действие изгибающего момента и поперечной силы в вертикальной плоскости, а также крутящих моментов и изгиба в горизонтальной плоскости в ригелях, расположенных на контуре дисков перекрытия. В серединах пролетов многопустотных плит эти конструкции проверяют на действие изгибающего момента с учетом продольных распорных усилий, возникающих в их сечениях в условиях стесненных деформаций. Кроме того, необходим прочностной контроль наиболее нагруженных сечений колонн, а также их стыков и, наконец, стыков и узлов сопряжения сборных железобетонных элементов с монолитными. При расчете прочности несущего ригеля по нормальным и наклонным сечениям в расчет следует вводить тавровое поперечное сечение с шириной ребра b, включающей непосредственно ширину монолитного ригеля b0, и бетонные шпонки на глубину по 10 см (см. Рекомендации по расчету монолитных железобетонных несущих ригелей, 2005 г.). В тавровых несущих ригелях с ребром, выпущенным из диска перекрытия книзу, ширину ребра ригеля у колонны следует вводить в расчет, равной ширине выступающей книзу части, то есть b = b0. Расчет прочности несущих ригелей по нормальным и наклонным сечениям следует производить в соответствии с положениями СНиП 2.03.01-84* (или документа, его заменяющего) или согласно СНБ 5.03.01-02 (для Беларуси).
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
конструирования зданий системы АРКОС (серия Б.1.020.1-7) и основы технологии строительства»
Несущие ригели, изготовленные целиком из монолитного бетона, могут быть выполнены как с обычной ненапрягаемой, так и с предварительной напряженной рабочей арматурой. Напрягаемую арматуру размещают в сквозных каналах на всю длину (ширину) здания согласно эпюре моментов и натяжение ее осуществляют на затвердевший бетон ригелей. После натяжения арматуры каналы инъецируют цементным раствором. Напрягаемая арматура может быть выполнена без сцепления с бетоном. В этом случае должны быть осуществлены дополнительные меры по антикоррозийной защите рабочей арматуры и обеспечению надежной анкеровки ее на кромках перекрытий (наружных торцах несущих ригелей). При этом количество рабочей арматуры должно быть определено расчетом с учетом работы ее под нагрузкой при эксплуатации без сцепления с бетоном. Монолитные связевые ригели, размещенные в средней части перекрытия вдоль плит, во всех случаях выполняют прямоугольными на высоту сечения плит или выступающими кверху на высоту стяжки пола. Связевые ригели на краю диска перекрытия могут быть выполнены с высотой, развитой книзу и превышающей толщину плит. Во всех случаях связевые ригели целесообразно выполнять без предварительного напряжения рабочей арматуры. Каркасы с несущими ригелями постоянной ширины сечения по их длине при многопустотных плитах с высотой сечения 22 см, как правило, применяют при шаге колонн до 7,20 м. При необходимости увеличения размеров пролетов свыше указанного применяют сборные многопустотные плиты с большей высотой сечения (26, 30 см).
Для увеличения размеров сетки колонн в плане свыше 7,20 м с применением многопустотных плит толщиной 22 см применяют такой вариант конструкции каркаса, при котором монолитное ребро несущего ригеля в каждом пролете у колонны имеет ширину в 1,8-2,5 раза больше, чем в середине пролета. Для этого многопустотные плиты, расположенные непосредственно у связевых ригелей, выполняют соответственно короче по длине, нежели остальные плиты каждой ячейки каркаса. В остальном каркас выполняют так же, как и в рассмотренном выше варианте. Конструктивное решение зданий серии предусматривает использование сборных железобетонных диафрагм в виде плоских железобетонных элементов, объединенных с колоннами каркаса. Существующая номенклатура сборных элементов стенок позволяет компоновать из них диафрагмы и ядра жесткости любого размера, кратного 3 м. Сборные диафрагмы (сплошные и с проемами) предусмотрены поэтажной разрезки с контактным горизонтальным стыком. Возможно применение сборно-монолитных диафрагм жесткости с выполнением частей плоских стен из монолитного железобетона и объединением их со сборными элементами в единую конструкцию. Диафрагмы и ядра жесткости из монолитного железобетона в зданиях серии выполняют любого требуемого размера. В таком случае стенки плоских диафрагм жесткости объединяют по сторонам с колоннами. При замкнутом в плане сечении монолитного ядра жесткости колонны из состава ядра жесткости могут быть исключены. При размещении и конструировании вертикальных диафрагм жесткости должна быть обеспечена требуемая изгибная жесткость здания в обоих направлениях. Эти конструкции должны препятствовать закручиванию здания в плане и не вызывать значительных внутренних температурных усилий в элементах каркаса или неравномерных продольных деформаций вертикальных элементов диафрагм. Для обеспечения этих условий число диафрагм в плане здания должно быть не менее трех, и их оси в плане не должны пересекаться в одной точке. Поперечные диафрагмы должны быть максимально равномерно распределены по плану здания, жесткость их горизонтальных сечений должна быть примерно одинакова, а продольные диафрагмы не следует размещать у торцов здания (секции). Вертикальные диафрагмы жесткости, как правило, совмещают с ограждением лестнично-лифтовых узлов. При высоте здания до 15 этажей включительно взамен сплошных диафрагм жесткости допускается устраивать стальные связи в виде раскосов, жестко объединенных с колоннами и ригелями перекрытий. При большей высоте здания применение стальных связей должно быть обосновано технико- экономическим расчетом.
Предусмотрена в каркасах зданий рассматриваемой серии и возможность применения монолитных железобетонных колонн. Для этих колонн предусмотрены два варианта стыков их сопряжения по высоте в уровнях дисков перекрытий. По первому варианту продольная арматура классов А400С или А500С нижней колонны выпускается с изгибом через перекрытие кверху на высоту над ним, требуемую для анкеровки расположенной внахлест продольной арматуры верхней колонны. При этом в сечении верхней колонны на указанной высоте над перекрытием, в котором оборвана арматура нижней колонны, величина изгибаемого момента, действующего при эксплуатации, имеет минимальное по величине значение. При втором варианте стыков стержни рабочей арматуры колонн выполняют на их высоту в пределах каждого этажа с обрывом их над верхом нижнего перекрытия и под низом верхнего перекрытия. Внахлест и параллельно с концами рабочей арматуры стыкуемых колонн у каждого перекрытия по контуру их сечения на анкеровочную длину в обе стороны (кверху и внизу) от перекрытия размещают арматурные коротыши. Эти коротыши могут быть выполнены из стали тех же классов, что и рабочая арматура колонн. Как и в предыдущем варианте, для получения высококачественных конструкций монолитных колонн, выполненных с армированием поперечными сварными сетками, могут быть применены самоуплотняющиеся гравитационные бетонные смеси, разработанные в БелНИИС. О таких сборных изделиях, как плоские плиты, используемые в дисках перекрытий рассматриваемой серии. Традиционные типовые плиты изготавливают длиной, требуемой по проекту, обеспечивая с обоих торцов открытые на глубину 100±20 м цилиндрические пустоты, а также выпуски продольной рабочей стержневой арматуры на длину 150±10 мм. По ширине плиты предусмотрены двух типоразмеров (номинально 120 или 150 см). На боковых поверхностях плит выполняются шпоночные углубления, обеспечивающие их совместную в составе диска перекрытия работу с соседними плитами в межплитных швах. Многопустотные плиты безопалубочного формования нарезают требуемой длины согласно проекту. Номинальная ширина их, как правило, составляет 120 и 150 см. Сквозные продольные пустоты могут иметь круглое, прямоугольное, овальное или других форм сечение. Вдоль боковых поверхностей плит выполняются продольные пазы, предназначенные для образования межплитного шва омоноличивания. Плиты имеют только продольное рабочее армирование в виде проволок или канатов и не имеют поперечного армирования. Выпусков арматуры на торцах эти плиты также не имеют. Для пропуска через диски перекрытий вертикальных инженерных коммуникаций предусмотрено использование сантехнических плит корытного профиля. В этих плитах шириной 120 или 150 см вся продольная рабочая арматура сконцентрирована в двух боковых ребрах и выпущена в виде выпусков за их торцы. Торцы выполнены с наклоном верха ребра от середины плиты на 50 мм. В тонкой средней части данная часть плиты содержит легкое проволочное армирование, позволяющее простыми средствами образовывать в ней сквозные проемы требуемого размера. В остающейся целой части она служит опалубкой для укладки дробленого легкого камня и устройства бетонной стяжки. На боковых поверхностях, как и в типовых многопустотных плитах, выполнены дискретные шпоночные углубления для образования бетонных шпонок после укладки их в проектное положение и устройства швов омоноличивания.
В серии предусмотрено два случая выполнения армирования монолитных ригелей. В первом случае при применении сборных и монолитных колонн поэтажной разрезки арматурные каркасы несущих ригелей, заготавливаемые заранее, выполняют сквозными длиной на полтора-два пролета со стыковкой их через колонну. Арматурные каркасы связевых ригелей готовят длиной на пролет со стыковкой их над колоннами посредством арматуры, располагаемой внахлест. Во втором случае при применении сборных двухэтажных колонн ригели пропускают через сквозные проемы в колоннах. Арматурные каркасы несущих и связевых ригелей заготавливают заранее на каждый пролет и размещают соответственно между торцами плит или вдоль их боковых сторон. Затем по месту устанавливают арматуру надопорных узлов, а также арматуру межплитных швов поперек несущих ригелей у концов плит. Арматурные каркасы фиксируют в проектном положении и в образовавшиеся объемы между торцами и сторонами сборных плит укладывают бетонную смесь. В межплитных швах поперек несущих ригелей размещают плоские арматурные каркасы с верхней рабочей арматурой. Плоские арматурные каркасы, размещаемые в межплитных швах, включают верхний рабочий стержень, к которому по концам прикреплена поперечная анкерная арматура. Стержень размещают сквозным над каркасом несущего ригеля по обе его стороны в швах на требуемую длину. Если многопустотные плиты не имеют по торцам выпусков рабочей арматуры, в межплитные швы понизу поперек несущего ригеля над его нижней арматурой дополнительно устанавливают отдельные стержни на длине, достаточной для их анкеровки в бетоне межплитного шва.
Как известно, конструкции зданий должны удовлетворять требованиям строительных норм как по несущей способности (предельные состояния первой группы), так и по пригодности к нормальной эксплуатации (предельные состояния второй группы). Параметры конструкций должны обеспечивать оптимальные технико-экономические показатели зданий как при их возведении, так и при их эксплуатации. Расчеты конструкций каркаса следует выполнять для двух стадий работы. Для стадии возведения здания (до набора монолитным бетоном проектной прочности) нужен расчет перекрытия каркаса при минимальном достижении прочности монолитного бетона на одну ступень ниже по классу, чем проектная, на монтажные и технологические воздействия. Для стадии же эксплуатации нужен расчет каркаса здания в целом в законченном виде после достижения монолитным бетоном каркаса заданной проектной прочности.
Проверку конструкций каркаса осуществляют на следующие нагрузки и воздействия. На стадии возведения здания — на действие технологических нагрузок, образуемых на рассчитываемом перекрытии массой монтажно-технологической оснастки, сборных конструкций, арматуры и монолитного бетона вышележащего перекрытия, а также размещенного на перекрытии материала наружных стен и перегородок одного этажа, если это предусмотрено проектом производства работ. Для этого же этапа осуществляют проверку несущей способности элементов каркаса, характер воздействий на которые на стадии строительства отличается от эксплуатационного. На этапе непосредственной эксплуатации — на усилия от сочетания нагрузок и воздействий, прикладываемых к зданию и определяемых согласно СНиП 2.01.07-85*, а также другим нормативно-техническим документам для специальных условий строительства и эксплуатации. Для этой же стадии следует учитывать дополнительные усилия в элементах каркаса от неравномерных осадок фундаментов колонн в пределах, допустимых согласно СНиП 2.02.01-83. Пространственная жесткость и устойчивость зданий серии Б1.020.1-7* в обоих направлениях обеспечивается несущим сборно-монолитным каркасом в сочетании с вертикальными диафрагмами (ядрами) жесткости. Число и размеры сечений диафрагм жесткости, устанавливаемых в одном температурном блоке, назначают на основе предварительных упрощенных расчетов при их работе по консольной схеме. Вертикальные диафрагмы жесткости предпочтительнее размещать по плану здания равномерно и, как правило, следует совмещать с ограждениями лестнично-лифтовых узлов. После назначения размеров сетки колонн, числа и размеров диафрагм жесткости проверяют общую устойчивость здания на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок, определяют значения усилий в элементах каркаса (колоннах, ригелях, многопустотных плитах, вертикальных диафрагмах жесткости) в характерных сечениях, а также общие перемещения каркаса и его элементов с использованием имеющихся пакетов прикладных программ. Наружные стены и перегородки в общей работе каркаса здания на восприятие нагрузок не участвуют и в расчете не учитываются.
Для расчета усилий и перемещений в элементах каркаса с помощью метода конечных элементов следует применять пространственную оболочечно-стержневую модель. В расчетной модели каркаса колонны и монолитные ригели представлены стержневыми элементами общего вида, многопустотные плиты перекрытий, а также плоские элементы вертикальных диафрагм жесткости — изгибно-плосконапряженными конечными элементами (элементами плоской оболочки). Для аппроксимации многопустотных плит следует применять ортотропные конечные элементы с жесткостными характеристиками, определяемыми в двух направлениях по соответствующим фактическим сечениям плит. Рекомендуется преимущественно использовать программные комплексы семейства STARK ES, разработанные ООО «Еврософт» (Москва) и позволяющие получить наиболее точные решения задач для элементов типа пластин и оболочек на основе смешанного метода. Сопряжение элементов перекрытий в расчетной модели приняты жесткими за исключением специально оговоренных. Расчет усилий в элементах сборно-монолитного каркаса рекомендуется выполнять в предположении линейно упругой работы материалов. При этом с целью сокращения расчетного количества продольной арматуры в колоннах и опорных зонах несущих ригелей (при сталях класса Ат500с и ниже) допускается осуществлять перераспределение усилий в несущих ригелях перекрытий путем уменьшения на величину, составляющую до 30% полученного расчетного значения упругого изгибающего момента, действующего на опоре ригеля, и соответствующего увеличения расчетного значения упругого изгибающего момента в пролете ригеля. Расчет усилий в элементах каркаса допускается выполнять с использованием других программных средств на основе МКЭ, а также по правилам строительной механики методом заменяющих рам, приближенно принимая в расчете передачу на несущие ригели рам нагрузки, воспринимаемой примыкающими к ним по обеим сторонам плитами с половины длин их пролетов.
Проверку прочности элементов каркаса при расчетных сочетаниях нагрузок по первой группе предельных состояний расчетом следует производить для опасных сечений несущих ригелей (посередине пролета и у колонн) на действие изгибающего момента и поперечной силы в вертикальной плоскости, а также крутящих моментов и изгиба в горизонтальной плоскости в ригелях, расположенных на контуре дисков перекрытия. В серединах пролетов многопустотных плит эти конструкции проверяют на действие изгибающего момента с учетом продольных распорных усилий, возникающих в их сечениях в условиях стесненных деформаций. Кроме того, необходим прочностной контроль наиболее нагруженных сечений колонн, а также их стыков и, наконец, стыков и узлов сопряжения сборных железобетонных элементов с монолитными. При расчете прочности несущего ригеля по нормальным и наклонным сечениям в расчет следует вводить тавровое поперечное сечение с шириной ребра b, включающей непосредственно ширину монолитного ригеля b0, и бетонные шпонки на глубину по 10 см (см. Рекомендации по расчету монолитных железобетонных несущих ригелей, 2005 г.). В тавровых несущих ригелях с ребром, выпущенным из диска перекрытия книзу, ширину ребра ригеля у колонны следует вводить в расчет, равной ширине выступающей книзу части, то есть b = b0. Расчет прочности несущих ригелей по нормальным и наклонным сечениям следует производить в соответствии с положениями СНиП 2.03.01-84* (или документа, его заменяющего) или согласно СНБ 5.03.01-02 (для Беларуси).
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 30 за 2005 год в рубрике материалы и технологии
