Инновационные технологии устройства стыков крупнопанельных зданий

Размещено на http://www.allbest.ru/

РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ

Инженерный Факультет

КафедраПроектирования и строительства промышленных и гражданских сооружений (ПС ПГС)

МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ

на тему: «Инновационные технологии устройства стыков крупнопанельных зданий »

270800.68-- «Строительство», «Теория и практика организационно-технологических и экономических решений в строительстве»

магистр техники и технологии

Разработчик: Студент группы ИСМ-202 (2 курс)

Студенческий билет № 1032080511

А.А.Форкачев

Руководитель: Д-р техн. наук, профессор

А.Н.Малов

Москва 2014



Оглавление

• Введение

Глава 1. Обзор отечественных и зарубежных технологий возведения различных каркасных систем

1.1 Анализ современного домостроения

1.2 Зарубежные каркасные системы

1.3 Отечественные каркасные системы

Выводы по 1-й главе

Глава 2. Конструктивные, организационные и технологические особенности возведения сборно-монолитных каркасов

2.1 Сборно-монолитные каркасы с применением сборных многоярусных колонн и сборно-монолитных (или пустотных) перекрытий

2.2 Технология изготовление элементов сборно-монолитного каркаса в заводских условиях

2.3 Технологическая последовательность возведения сборно- монолитного каркаса с применением многоярусных колонн и сборно-монолитных перекрытий

2.4 Конструктивные элементы технологии возведения сборно- монолитных каркасов

2.5 Технико-экономические показатели сборно-монолитного каркаса

2.5.1 Анализ эффективности различных видов зданий

Выводы по 2-й главе

Глава 3. Технологическая карта на монтаж сборных ж/бетонных конструкций 25-ти этажного жилого дома серии И-155 НБ

Указания к производству работ

3.2 Требования безопасности

3.3 Состав проекта

3.4 Производство работ в зимнее время

3.5 Таблица потребности в основных машинах, механизмах, приспособлениях и средствах индивидуальной защиты



Глава 1. Обзор отечественных и зарубежных технологий возведения различных каркасных систем

1.1 Анализ современного домостроения

Строительство жилья для конкретного потребителя повлекло за собой существенное ужесточение архитектурных требований и соответственное изменение подходов к конструированию жилых зданий массового назначения. К настоящему времени вместо массового типового строительства наметился переход к индивидуальным архитектурным решениям жилых домов. В таких домах потребовалось обеспечивать свободные и трансформируемые по желанию потребителя на любой стадии проектирования, строительства и эксплуатации планировочные решения, индивидуальный облик здания, исключающий монотонность территориальной застройки. Вместе с тем, современный комфорт и удобство проживания в таких домах должны, сочетаться с минимальными затратами на их строительство и эксплуатацию. Потребность унификации строительства вызывает необходимость сохранить одинаковый подход к конструированию многоэтажных жилых домов, общественных и административных зданий.

Архитектурные решения каждого здания в значительной мере определяются конкретной градостроительной ситуацией и кроме обязательных нормативных требований должны выражать определенные эстетические качества, учитывать привычки, психологические и иные факторы, присущие конкретному населенному образованию. В частности, Москва -- одни из крупнейших мегаполисов земли, является политическим, экономическим и культурным центром не только России, но и всего мира. Поэтому к возводимым в Москве гражданским зданиям и сооружениям должны предъявляться особо жесткие архитектурные и эстетические требования, обусловленные необходимостью сохранить и преумножить национальные достижения и традиции архитектурной классики России, сохранить стиль, присущий только этому уникальному городу [9, 77, 108]. С другой стороны, большая концентрация людей и объектов их деятельности на ограниченной площади, перенаселенность города, когда на сознание людей воздействуют значительные психологические нагрузки, в архитектуре города требуется в наибольшей мере реализовать гуманизм. В этом случае приходится возводить многоэтажные и высотные здания для обеспечения компактности города. Но все эти здания, должны иметь не абстрактный, а индивидуальный облик, не вызывающий у людей чувств подавленности или раздражения. Их помещения должны быть удобными для работы или проживания, представлять возможности для отдыха и психологической разгрузки, иметь индивидуальную планировку и помещений по вкусу потребителя (жильца), позволять их трансформацию с минимальными затратами на любой стадии эксплуатации по мере изменения вкусов или желаний потребителя [9, 58, 108].

На архитектуру городов Подмосковья несомненное влияние оказывает градостроительная политика Москвы. В этих городах, как и на периферии Москвы, можно ожидать строительство зданий высотой 12-17 этажей. Вместе с тем, по мере удаленности от Москвы, реализуя естественную потребность людей, возрастает удельный объем строительства малоэтажных зданий (5 этажей и менее). Для всех городов важнейшей также является задача рациональной организации объектов их инфраструктуры (предприятий бытового обслуживания, торговли, лечебных и учебных заведений, гаражей- стоянок и т.д.), которые требуется размещать компактно и максимально близко к жилью [30, 44, 59. 66].

Одним из решений противоречия -- снизить стоимость строительства и эксплуатации гражданских зданий и одновременно повысить потребительские качества домов является применение таких конструктивных решений, которые при конкретном проектировании обеспечивают минимальную материалоемкость здания, раскрывают практически неограниченные возможности для принятия любых архитектурно-планировочных решений. Наиболее действенным в сокращении материалоемкости зданий и сооружений является применение многократно статически неопределимых конструкций. В этом случае усилия в наиболее нагруженных сечениях элементов конструкций могут быть уменьшены до 2-х раз, практически полностью могут быть исключены сварочные работы. Вместе с тем, статически неопределимые конструкции позволяют решить и вторую половину задачи. Увеличив пролеты плоских неразрезных перекрытий практически без дополнительных материальных затрат, можно расчистить пространство в объеме здания от вертикальных несущих элементов, выполнить свободную планировку помещений, устроить любой формы консольные выпуски перекрытий из объема здания в любом месте, требуемом для его архитектурной реализации.

Выбор конструктивной несущей системы жилого дома определяется в первую очередь его высотой, а общественного здания также и назначением. С увеличением высоты зданий возрастают нагрузки на вертикальные несущие элементы, что требует развития размеров их сечений, применения более прочных материалов. Для зданий высотой выше 5-ти этажей, как правило, требуется разделить функции несущих и ограждающих конструкций и иметь цельный на все здание несущий остов, воспринимающий все приложенные к нему вертикальные и горизонтальные нагрузки. Наружные стены и перегородки в таком случае выполняют в основном функции ограждающих конструкций, но они должны быть способны воспринять и нагрузки, действующие в пределах одного этажа (включая ветровые для наружных стен) [82].

В качестве несущего остова для зданий высотой от 5-ти до 9-ти этажей включительно наряду с рамно-связевыми каркасами применяют несущие пространственные конструкции, включающие неразрезные плоские диски перекрытий, опертые на поперечные несущие стены, расположенные с большим шагом (7,2 м и более). В зданиях высотой свыше 9-ти этажей во всех случаях должны применяться пространственные рамно-связевые каркасы, выполняемые преимущественно, как и в предыдущем случае, в монолитном или сборно-монолитном железобетоне, а также с применением стальных и сталебетонных конструкций.

В последние годы возрос интерес к методам домостроения из монолитного бетона, монолитным железобетонным конструкциям в гражданском строительстве. Этот рост обусловлен увеличением стоимости городских территорий и инженерных коммуникаций, повышением этажности и плотности городской застройки, увеличением требований к комфортности, прочности и несущей способности конструкций. Несмотря на свой разнообразный архитектурный облик, выразительность, оригинальность и первоначальную экономичность, что не может быть достигнуто методами полносборного строительства, монолитное домостроение сталкивается с рядом проблем при строительстве в холодный период года. Прежде всего увеличиваются затраты на укладку и уход за бетоном.

Рассмотрим наиболее известные технологии каркасных многоэтажных зданий, применяемые или применявшиеся в отечественном и зарубежном строительстве, что позволяет определить наиболее эффективные варианты строительных систем для применения в Москве и Московской области.

1.2 Зарубежные каркасные системы

Как в отечественной, так и в зарубежной строительной практике, конструктивное решение здания зависит от его архитектурно- пространственного построения, определяется его назначением и высотностью. На принятие конструктивного решения здания в определенной мере оказывает влияние и сложившаяся производственная база стройиндустрии и предприятий строительных материалов, номенклатура и тип выпускаемой ими продукции, сырьевые источники. С увеличением этажности возрастает потребность в применении каркасных несущих систем, воспринимающих всю нагрузку, приложенную к зданию, и представляющих наиболее широкие возможности для архитектурно-планировочных решений. Несущие пространственные каркасы многоэтажных зданий выполняют из монолитного, сборного и сборно- монолитного железобетона с преднапряжением и без преднапряжения в построечных условиях. С увеличением высотности здания возрастает потребность в металле, могут применяться металлические или сталебетонные каркасы. Рассмотрим наиболее известные системы многоэтажных каркасных зданий [61].

Система ИМС

Наряду с многоэтажными каркасными зданиями применение в практическом строительстве получили здания каркасной системы ИМС с преднапряжением плоских перекрытий в построечных условиях. Эта оригинальная и нетрадиционная конструктивная система была предложена в 1957 г. в Югославии проф. Б.Жежелем. Все элементы каркаса этой системы (рис. 1.1.) - плиты перекрытий, бортовые элементы и колонны объединены друг с другом в процессе монтажа только за счет трения и усилия обжатия [68,51,45]. каркасный монолитный монтаж дом

При монтаже каркаса сначала устанавливают колонны высотой на 2-3 этажа. Эти колонны в уровне дисков перекрытий имеют сквозные отверстия в направлениях створов колонн для пропуска сквозной канатной арматуры. На временных металлических площадках, закрепленных на колоннах, в проектное положение сначала укладывают сборные железобетонные плиты, снабженные вырезами по углам.



Рис 1.1. Несущий каркас ИМС с натяжением рабочей арматуры в построечных условиях для многоэтажных гражданских зданий: а -- принципиальная конструкция каркаса; 1 -- консольное перекрытие; 2 -- перекрытие с отверстием для лестницы; 3 - колонна; 4 - типовое перекрытие; 5 -- напрягаемая канатная арматура; 6 -- фасадная распорка; б -- конструкция узла примыкания плит перекрытия к колонне, 1 -- контактный шов; 2 -- плита; 3 -- канат К-7; 4 -- колонна

Пространство между колоннами и плитами зачеканивают высокопрочным раствором. На всю ширину и длину здания протягивают сквозную канатную арматуру с концами, выпущенными за наружные ряды колонн. На одном конце канатов (на кромке перекрытия) закреплены (обжаты) анкера, а на другом -- размещены захваты натяжного домкрата. Затем, после набора раствором зачеканки требуемой прочности, производят натяжение свободных канатов на остов диска перекрытия, образованный сборными плитами перекрытий и пересекающими их колоннами. Таким образом, к остову диска перекрытия по его контуру в крайних колоннах, оказывается приложенным обжимающие усилие заданной величины. После завершения натяжения производят инъецирование полимерцементным раствором отверстий с канатами в колоннах, под низ плит под зазоры, образовавшиеся в створах колонн, подвешивают опалубку и укладывают монолитный бетон. Затем все операции повторяют на следующем перекрытии.

При размерах ячейки до 4.2 X 4.2 м сборные плиты выполняют размерами на ячейку, при размерах до 6.0 X 6.0 м - ячейку образуют из двух плит, объединенных в середине ячейки посредством сварки по шву с зачеканкой его монолитным раствором. Больший размер ячейки каркаса ИМС, как правило, не применяется. Панель перекрытия может быть выполнена ребристой с подвесным потолком, либо в виде круглопустотной плиты с усиленным контуром для восприятия сжимающих усилий преднапряження. Сечение колонн 400 X 400 мм. С начала 80-х годов в Тбилиси (ТбилЗНИИЭП), Чебоксарах и других городах были возведены каркасные жилые и общественные здания системы ИМС. Причем, наибольшая высота построенных в Тбилиси зданий (в сейсмической зоне) составляла 16 этажей. Значительные проектные проработки зданий этой системы для строительства в Краснодарском крае проделал институт Курортптроект (Москва).

Вместе с тем, система ИМС имеет серьезные недостатки. Необходимо отметить, что в силу принятых предпосылок, конструктивное решение перекрытия не удовлетворяет требованиям п. 1.7. СНиП 2.03.01-84*[97]. Сечения по контакту сборных плит с монолитными ригелями, в которых размещена преднапряженая арматура, являются не армированными, поскольку их не пересекает никакая рабочая арматура. Указанный пункт 1.7 СНиП [97] запрещает применять такие изгибаемые конструкции, поскольку разрушение неармированного бетонного сечения изгибаемого элемента (перекрытия) представляет непосредственную угрозу для жизни, находящихся под перекрытием людей. Кроме того, натяжение сквозной напрягаемой арматуры при наличии значительного количества контактных мест колонн с плитами приводит к перенапряжениям углов сборных плит. Усилие преднапряження, концентрируясь в крайних колоннах, может вызвать их разрушение еще на стадии передачи на них усилий обжатия. Очень большая роль в работе перекрытия под нагрузкой принадлежит сквозной напрягаемой арматуре, которая по граням колонн воспринимает значительные срезывающие (нагельные) усилия от нагрузки, приложенной к перекрытию. При недостаточно тщательном инъекцировании каналов в колоннах с канатной арматурой в этих местах может иметь место сосредоточенная ее коррозия, вследствие возможного образования достаточно крупных усадочных трещин в монолитном не обжатом бетоне по контакту с боковыми гранями колонн и доступа влаги к канатам. Кроме того, технология возведения каркаса системы ИМС сложна, требует специализированного технологического оборудования и подготовленного персонала. В связи с изложенным, каркасные здания системы ИМС в массовом строительстве широкого распространения не получили.

Система Contiframe

Система Contiframe (рис. 1.2) разработана и получила применение в Великобритании для многоэтажных гражданских зданий с пролетами от 6.0 до 7.20 м.

Рис. 1.2. Система Contiframe:1 - сборный элемент сборно-монолитной балки; 2 - многопустотная плита; 3 - колонна; 4 - арматурные выпуски; 5 - сборная балка



Основными несущими элементами системы являются сборные многопролетные балки (ригели) в одном направлении и сборно-монолитные балки (ригели) в другом направлении, опертые на сборные колонны высотой на этаж. По балкам уложены преднапряженные многопустотные плиты перекрытий. Соединения колонн - вилочные (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Принципиальная схема вилочного стыка колонн 1 - центрирующая прокладка; 2 - выпуски рабочей арматуры верхней части колонны; 3 - гнезда для размещения стыкуемой арматуры и заполнения высокопрочным полимерным составом

Для этого использованы стальные стержни продольной арматуры, выступающие кверху из колонн нижнего этажа, пропущенные через отверстия по концам балок (ригелей) и входящие в гнезда у торцов вышестоящих колонн. Стыки колонн омоноличиваются одновременно с укладкой монолитного бетона сборно-монолитных балок. Описанный каркас в эксплуатационном состоянии, по мнению ряда авторов [120], рассчитывается как монолитный и характеризуется высокой жесткостью узловых соединений. С таким мнением трудно согласиться, поскольку каркас имеет серьезные технологические и конструктивные недостатки, которые должны отрицательно сказаться при эксплуатации:

1. Применение колонн поэтажной разрезки, не только замедляет темп строительства, но создает по концам в каждом перекрытии по обоим его плоскостям (нижней и верхней) контактные стыки в которых имеют место трудно прогнозируемые по величине и распределению контактные напряжения, способные вызвать раскалывание и преждевременное разрушение колонн в этих стыках; по этой причине высотность здания с таким каркасом не может быть более 5 этажей.

2. Вилочный стык колонн поэтажной разрезки требует повышенной точности изготовления как колонн, так и балок перекрытий для пропуска сквозной арматуры колонн. Отверстия в концевых участках балок для пропуска вертикальной арматуры колонн серьезно снижают прочность опорных сечений балок и в целом узел сопряжения дисков перекрытий является неоправданно трудоемким и имеет невысокую эксплуатационную надежность и долговечность.

3. Сочленения сборных балок по длине в неразрезную также является весьма трудоемким и ненадежным.



Система Spanlight

Рис. 1.4. Система Spanlight

Система Spanlight, (1991г) (рис. 1.4) разработанная в Лондонском политехническом центре, близка описанной и включает преднапряженные сборно-монолитные балки со сборным элементом корытного профиля. Как в системе ИМС, сквозная напрягаемая арматура, размещенная в корытообразных балках, пропущена через сквозные отверстия в колоннах. Пролеты, перекрываемые в этой системе, достигают в длину 8.5 м при конструктивной высоте балок перекрытий 800 мм, и многопустотных плит 300 мм. Система при ее натурных испытаниях воспринимала распределенную нагрузку до 23.2 кПа (2.3 т/м2). Конструкция перекрытия не пригодна для жилья, но может быть использована для перекрытий в многоэтажных зданиях гаражей-стоянок [122, 127].

Система РРВ-Saret

Сборно-монолитная каркасная система зданий РРВ-Saret (Франция, 1981 г.). Несущие ригели каркаса с выпусками арматуры кверху и по торцам омоноличены с применением монолитного бетона в местах их опирания на колонны с образованием жестких рамных узлов (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Сборно-монолитная каркасная система РРВ-Saret (Франция) а - вариант каркаса со сборно-монолитными узлами объединения колонн с ригелями, б - вариант объединения колонн с ригелями посредством высокопрочных болтов 1 - отверстия для пропуска арматуры замоноличивания; 2 - стальная консоль, 3 - отверстия для высокопрочных болтов

Затем по верху ригелей опирают плиты пустотного настила и омоноличивают, пропустив в монолитном бетоне ригелей сквозную продольную арматуру на всю ширину и длину здания. Такое конструктивное решение предназначено для строительства в сейсмических районах. Второй вариант - сборный. В этом случае объединение ригелей с колоннами предусмотрено по стальным консолям колонн на болтах с укладкой монолитного бетона только в верхний слой ригелей (балок) между торцами опертых на них плит. Рассмотренный каркас достаточно надежен.

Перекрытие в законченном виде представляет собой ребристую плиту, с выступающими книзу частями ригелей, что существенно снижает его возможности применения в жилищном строительстве [118].



Система Delta

многопустотных плит.

В этом случае для сталебетонного ригеля разработан специальный цельносварной гнутый профиль трапециевидного поперечного сечения с нижней полкой толщиной 6 мм для опирания плит пустотного настила (рис. 1.10). Обе боковые стенки профиля перфорированы, и все пространство между торцами уложенных в проектное положение плит заполнено монолитным бетоном. Сталебетонный ригель в соответствии с эпюрой моментов так же снабжен дополнительной стержневой арматурой. Перекрытие каркаса "Delta" рассчитаны под полезную нагрузку 2.60, 3.80 и 4.65 кПа при толщине диска перекрытия, соответственно, 200, 265 и 385 мм и пролетах до 7 и 9 м. Каркас может быть применен для многоэтажных жилых домов и общественных зданий при условии обеспечения огневой защиты нижней полки стального ригеля [49, 114, 125].

Легкий сборно-монолитный каркас "SIKON S 21", разработан в Чехии и по своей сущности представляет разновидность каркасов "Saret" и "Partek- Brespa" с их недостатками и достижениями.



Система Dycore

Рис. 1.12. Схема перекрытий системы Dycore, 1 - колонна, 2 - многопустотная плита, 3 - нижний сборный элемент балки, 4 - монолитный бетон

В результате образуется жесткая комплексная конструкция, отличающаяся высоким уровнем надежности и несущей способности. Пролеты перекрытий достигают до 7.6 м при конструктивной высоте до 508 мм, из которых 305 мм -- высота балок и 203 мм -- высота сечений многопустотных плит. Колонны могут выполняться как сборными, так и монолитными.

Рассмотренные выше системы каркасов многоэтажных зданий с применением многопустотных плит близки между собой по своей конструктивной сущности. Такие конструктивные решения, кроме перечисленных выше производителей пустотных плит, освоили компании “Spaenconcom”[126], "Lakon Betoni. Echo Engng"[117] и др., в Германии, не приведенные в обзоре строительные компании США ("Dyna-Frame System"), Австралии ("Quickfloor System") [113], "Swedish System" реализованная для зданий высотой до 20-ти этажей, а также итальянские и испанские строительные фирмы [113, 119, 123, 124, 128].

Сборно-монолитные каркасы с несъемной опалубкой

Для многоэтажных жилых домов в зарубежной строительной практике широкое распространение получила разновидность сборно-монолитных каркасов с несъемной опалубкой. Эти системы получили широкое применение под названием "Filigree Wideslab System" в США, Великобритании, под названием OMNIDES -- в Японии, под названием "Elemendeckenpllotten" -- в Германии. Перекрытия этой системы используют как в каркасных зданиях, так и в зданиях стеновых систем. Область применения -- жилые дома и общественные здания, многоэтажные гаражи.

Рис. 1.13.Сборно-монолитные перекрытия с несъемной опалубкой, а - плиты несъемной опалубки, б -- общий вид армирования перекрытия, в - установка плит

Перекрытие включает сборные железобетонные плиты - скорлупы, располагаемые гладкой поверхностью книзу и снабженные кверху выпусками арматуры (рис. 1.13). После размещения скорлупы в проектное положение, они образуют сплошную несъемную опалубку плиты перекрытия для ее верхнего монолитного слоя. Скорлупы раскладывают по поддерживающим подмостям, либо опирают концами на несущие ригели. Поверху плит скорлуп раскладывают верхнюю рабочую арматуру плит перекрытия, устраивают консольные выпуски плит с теплоизоляцией для размещения балконов. Затем производят укладку монолитного бетона верхнего слоя плиты перекрытия (рис. 1.14).

Плиты несъемной опалубки должны быть армированы так, чтобы они были способны воспринимать всю технологическую нагрузку на них.

Рис. 1.14. Сборно-монолитные перекрытия с несъемной опалубкой, а -- сопряжение плиты перекрытия с консольной плитой балкона, б - укладка монолитного бетона в плиту перекрытия по несъемной опалубке

Как правило, толщина плит-оплабуки заводского изготовления составляет 57 мм, их выполняют с преднапряженной арматурой. Наряду с напрягаемой арматурой, их армируют пространственными треугольными сварными арматурными мини-фермами, выступающими над поверхностью плит. Эти фермы также обеспечивают совместную работу под нагрузкой сборной и монолитной частей перекрытия. Иногда плиты несъемной опалубки изготавливают из легкого бетона. Монолитный слой плит перекрытий, укладываемый одновременно с бетоном омоноличивания стыков балок с колоннами, позволяет получить жесткую и надежную конструкцию.

Перекрытия могут быть выполнены плоскими, без выступающих в объем помещений частей, при достаточно больших пролетах. Это позволяет успешно реализовать разнообразные планировочные решения. Высотность зданий может быть 25 этажей и более. При пролетах свыше 11.0 м и полной нагрузке 2.4 кПа конструкционная высота не превышает 330 мм. Еще одно преимущество этой системы заключается в том, что для ее применения не требуется дорогостоящих опалубочных систем с водостойкой фанерой [114, 120,125,129].

Монолитные каркасы

Упрощенно технология возведения конструкций из монолитного бетона выглядит следующим образом: непосредственно на стройплощадке монтируются специальные формы - опалубки, повторяющие контуры будущего конструктивного элемента, в которые устанавливается по проекту каркас из арматуры и заливается бетон. После набора бетоном необходимой прочности получается готовый конструктивный элемент здания. Опалубочные элементы либо демонтируются (при применении сборно-разборных опалубок), либо становятся частью стены (при использовании несъемной опалубки).

Монолитные железобетонные каркасы многоэтажных зданий являются универсальными. Без дополнительных затрат до пролетов величиной до 8 м в жилых домах плиты перекрытий могут быть выполнены плоскими толщиной 27 см [46]. При выполнении плит перекрытий предварительно напряженными, их толщина-при пролетах 8 м может быть уменьшена до 22 см. Для общественных зданий увеличение пролета вызывает необходимость устройства капительного сопряжения колонн с плитой, или увеличение толщины перекрытий с устройством в них кессонов.

К настоящему времени разработаны и эффективные скоростные технологии возведения монолитных железобетонных конструкций. Освоен выпуск высококачественных и модифицированных бетонов, применение которых позволяет сократить затраты энергии на обогрев свежеуложенной бетонной смеси. Кроме того, монолитные каркасы зданий позволяют простыми средствами существенно расширить и потребительские качества домов, обеспечить разнообразные и свободные архитектурно-планировочные возможности.

К недостаткам монолитных железобетонных конструкций можно отнести высокую трудоемкость выполнения работ в условиях строительной площадки; низкий уровень механизации арматурных, опалубочных и бетонных работ по сравнению с условиями заводского производства; зависимость качества работ и сроков строительства от погодных условий; большие затраты строительных организаций на приобретение н эксплуатацию опалубочных систем; высокие энергозатраты на уход за бетоном при выполнении работ в холодный период года [88, 79].

1.3 Отечественные каркасные системы

Ориентация строительства на преимущественное применение в зданиях и сооружениях сборного железобетона привела к применению с 1962-67 гг. в зданиях высотой до 30 этажей в качестве несущей системы унифицированного связевого каркаса с шарнирным объединением ригелей и колонн в узлах рам [33, 36]. При таком каркасе его рамы полностью исключены из работы на восприятие горизонтальных ветровых нагрузок, для восприятия которых в несущей системе здания предусмотрены вертикальные диафрагмы и ядра жесткости [31, 94,109].

Унифицированный сборный связевый каркас серии 1.080-1/83

В целом унифицированный сборный связевый каркас серии 1.080-1/83 применяется для строительства в основном многоэтажных общественных и производственных зданий.

Каркас зданий этой серии включает сборные колонны квадратного сечения 400 X 400 мм длиной на один, два и более этажей. Колонны в уровне дисков перекрытий снабжены короткими консолями для опирания сборных железобетонных ригелей. Ригели имеют подрезку по концам для опирания на консоли колонн. В местах опирания ригелей их объединяют на консолях колонн шарнирными узлами в рамы посредством сварки.

Ригели выполнены с нижними полками для многопустотных плит. Многопустотные плиты, образующие настил перекрытия, омоноличены по боковым сторонам межплитными швами и торцевыми швами. Вдоль рядовых плит в створах колонн укладывают связевые плиты, закрепляемые по концам на сварке к поперечным рамам каркаса. Наиболее распространенный размер сетки колонн 6.0 X 6.0 м, но он может иметь и другие размеры.

Наружные, стены многоэтажных зданий выполняют с применением навесных панелей полосовой разрезки с простенками на уровне оконных проемов. По этой причине за этими зданиями закрепилось название каркасно- панельных. Возможно применять поэтажно опертые наружные стены, выполненные с применением кладки из эффективных блоков.

Рис. 1.15. Стадия строительства многоэтажного жилого дома со сборным каркасом серии 1.080-1/83. Нижняя поверхность междуэтажных перекрытий а - узел сопряжения ригелей с колоннами; б - попытка «спрятать» в наружных стенах и перегородках выступающую в объем помещения нижнюю часть ригелей

Диски перекрытий не являются плоскими, содержат выступающие в объем помещений полки ригелей и консоли колонн и колонны крайних рядов (рис.1.15). Таким образом, требуется устройство подвесных потолков, что в массовом строительстве сопряжено с серьезными дополнительными затратами. На практике, в случаях применения этого каркаса в жилых домах, предпринимаются попытки «запрятать» выступающие книзу части перекрытий в ограждающих конструкциях (рис.2.15б). Однако, из-за громоздкости выступающих частей, они не могут быть полностью скрыты в объеме ограждающих конструкций. Поэтому такой сборный каркас существенно ограничивает планировочные возможности здания. Для получения требуемых архитектурных решений жилых домов с каркасами серии 1.020-1/83 требуется увеличение количества колонн как в середине здания, так и по его периферии.

В связи с невозможностью устройства консольных выпусков ригелей за наружные ряды колонн выполнение балконов, лоджий, эркеров, уступов фасадов и т.д., сопровождается установкой дополнительных, ненужных в обычных каркасах, колонн (рис. 1.16а). Чтобы исключить температурные деформации дополнительных колонн, вызываемые изменениями температуры наружного воздуха, балконы и эркеры, выполненные на этих колоннах, вынуждены обустраивать дополнительными наружными стенами (см. рис.1.16б). Таким образом, жилые здания с применением сборного каркаса оказываются неоправданно материалоемкими и дорогими по стоимости возведения, некомфортными н неэффективными при эксплуатации [65, 79].

Рис, 1.16- Строительство многоэтажного жилого здания с применением сборного железобетонного каркаса серии 1.080-1/83 а - стадия монтажа каркаса, б - устройство наружной стены и лоджии



Система КУБ

Рис. 1.17. Конструкция многоэтажного здания конструктивной системы «КУБ»

По сравнению с рассмотренными выше конструктивными системами многоэтажных зданий несомненным достижением явился каркас системы КУБ (рис. 1.17).

Система КУБ разработана совместно институтами МНИИТЭП и ГинроНИИ РАН и предназначена для строительства жилых, общественных и производственных зданий высотой до 16 этажей. Она отличается отсутствием выступающих частей из дисков перекрытий и из многоярусных колонн. Благодаря омоноличиванию сборно-монолитных дисков перекрытий с колоннами в несущей системе при эксплуатации реализуется многократно статически неопределимая рамная конструкция. В сочетании с вертикальными диафрагмами жесткости каркас работает на восприятие вертикальных и горизонтальных нагрузок по рамно-связевой схеме. КУБ-3 -- связевый каркас.

Эта система, разработанная в различных вариантах (КУБ-1, КУБ-2, КУБ- 2М, КУБ-МК2, и КУБ-3), включает рамно-связевый несущий железобетонный каркас (КУБ-1, КУБ-2 с модификациями) или связевый каркас (КУБ-3). Каркас в любой модификации имеет регулярную сетку колонн 6 X 6 м. Внутренние и наружные стены выполняют только ограждающие функции. Наружные ограждения могут быть выполнены в виде самонесущих стен. Перегородки выполняют либо из кладочных материалов, либо каркасно-обшивными из листовых изделий на металлическом каркасе из гнутых профилей [111, 29, 60]. Диски перекрытий включают сборные надколонные железобетонные плиты 2800x2800 мм со сквозным проемом в их середине для насаживания на установленные в проектное вертикальное положение колонны. Сборные колонны сечением 400x400 мм, изготовленные высотой на 2-3 этажа, в уровнях дисков перекрытий имеют утончения поперечных сечений. В этих местах бетон по углам колонн удален, оставшаяся часть бетонного сечения выполнена прямоугольной формы, но повернута в плане относительно главных осей колонны на 90^о . Продольная сквозная арматура колонн по углам обнажена.

После обварки обечайки отверстия надколонной плиты, размещенной в проектное положение на колонне, в проем плиты укладывают бетон омоноличивания. Затем на кромках надколонных плит либо закрепляют межколонные плиты (КУБ-1, КУБ-2, КУБ-3) и объединяют между собой по швам омоноличивания, либо подвешивают опалубку и бетонируют оставшиеся монолитные части диска перекрытия (КУБ-2М и др.). Смонтированные сборные плиты перекрытия могут быть также использованы в качестве несъемной опалубки (КУБ-2К и КУБ-2КМ) для сборно-монолитных перекрытий повышенной несущей способности.

Здания системы «КУБ» первоначально применяли в сейсмических районах. Для изготовления сборных элементов использовали домостроительные предприятия. В настоящее время их применяют в Москве, в Центральных регионах России и на Урале [51, 73].

Основные недостатки системы КУБ:

Сложная технология возведения. При монтаже надколонную плиту требуется насаживать на колонну в труднодоступном месте, что требует дополнительных затрат на обеспечение безопасности. Узел соединения надколонной плиты с колонной отличается повышенной металлоемкостью, требуемой на устройство обечайки и приварку опорных пластин. Требуется большой объем сварных работ в этом узле для объединения колонны, с надколонной плитой. Практически невозможно, обеспечить ровность и плоскостность нижней поверхности диска перекрытия, образованной отдельными сборными квадратными плитами и швами омоноличивания, проходящими в перекрест по всему полю диска перекрытия.

Выполнение каркаса с регулярной сеткой колонн при постоянном шаге 6 м и с применением только сборных квадратных плит ограничивает возможности и по архитектурно-планировочным решениям здания, затрудняет устройство фасадов со сложной поверхностью. Необходимость опережающего возведения сначала каркаса, а затем -- наружных стен замедляет темп устройства внутреннего оборудования и отделки здания.

Метод подъема перекрытий.

Высокое качество потолочных поверхностей имеет место при возведении зданий методом подъема перекрытий или этажей при котором перекрытия в виде плиты с отверстиями под колонны поднимают гидродомкратами снизу и фиксируют в проектном положении на установленные заранее колонны. Однако эта технология возведения чрезвычайно сложна, требует наличия специального оборудования (гидродомкраты с синхронным и большим ходом штока, насосные станции, направляющие, фиксирующие и. страховочные средства и т.д.), а также требуется высококвалифицированный и обученный производственный персонал. Попытки; освоить эту технологию имелись в Москве и Ленинграде, однако широкого применения эта технология не получила.

С применением метода подъема перекрытий в Польше построены многоэтажные здания до 27 этажей и выше [111, 92, 34, 121].

Система ИМС

В Чебоксарах, Тбилиси и других городах были возведены каркасные жилые и общественные здания системы ИМС (начало 80-х годов). Значительные проектные проработки зданий этой системы для строительства в Краснодарском крае проделал институт Курортпроект (Москва). Наибольшая высота построенных зданий в сейсмической зоне составляла 16 этажей. [68, 51, 45].

Система перекрытий «Сочи»

Плоские сборно-монолитные перекрытия «Сочи» разработаны ЦНИИЭП зрелищных зданий и спортивных сооружении. Конструкция этого перекрытия была запроектирована в 1962 году для возведения здания санаторного корпуса в г. Сочи. Это перекрытие представляет собой плоскую сборно-монолитную плиту, опертую на колонны, размещенные в плане с шагом до 7,2 м включительно в обоих направлениях. Плита перекрытия (рис.1.7) включает сборные многопустотные плиты с открытыми с обоих концов пустотами, в которых на глубину не менее 50 мм установлены заглушки. Между торцами многопустотных плит в створах колонн устроены монолитные железобетонные ригели. В поперечном направлении вдоль ригелей в створах колонн также выполнены монолитные железобетонные ригели с шириной, равной ширине стороны сечения колонны, а между плит размещены монолитные железобетонные балки шириной не менее 100 мм. Таким образом, сборные многопустотные плиты оказываются вбетонированными в монолитный диск перекрытия и окаймлены со всех сторон монолитными железобетонными балками [84, 24].



Рис.1.17. Фрагмент сборно-монолитного плоского перекрытия «Сочи» 1 - монолитные ригели, 2 - сборные многопустотные железобетонные панели перекрытия, 3 - сборные железобетонные колонны, 4 - приколонные монолитные балки, 5 -- монолитные балки между панелями

Конструкция перекрытия «Сочи» пригодна для рамных и рамно- связевых каркасов многоэтажных зданий. Под нагрузкой оно работает как единая плита с опиранием на колонны и отличается повышенной жесткостью при изгибе (малыми прогибами) от вертикальной нагрузки. Здания с перекрытиями «Сочи» благодаря жесткому объединению элементов характеризуются также и повышенной сейсмостойкостью, общей устойчивостью и жесткостью. Каркасы с перекрытиями «Сочи» представляют широкие возможности для гибких и разнообразных архитектурно- планировочных решений благодаря выполнению перекрытий плоскими при достаточно больших размерах сетки колонн до 7.2 X 7.2 м.

Основные недостатки: повышенный расход металла, поскольку все монолитные ригели (в створах колонн) и балки между боковыми сторонами плит содержат дополнительное армирование; большая поверхность выступающих книзу перекрытия монолитных конструкций требует дополнительных трудозатрат на отделку их поверхностей. Эти и другие недостатки конструкции перекрытия «Сочи» не позволили ей получить широкого распространения в массовом строительстве.

Монолитный железобетонный каркас

Рис. 1.18. Многоэтажное жилое здание с железобетонным монолитным каркасом а - общий вид каркаса здания в стадии строительства; 6 - фрагмент монолитного каркаса

Широкое применение при строительстве многоэтажных жилых и общественных зданий в отечественной строительной практике находят монолитные железобетонные каркасы (рис.1.18). Эти каркасы проектируют рамными и рамно-связевыми. Разработанные и освоенные на практике опалубочные и опорные устройства позволяют сравнительно просто и с достаточно высоким темпом возводить многоэтажные дома самых разнообразных архитектурных и объемно-планировочных решений (Подробно был рассмотрен при анализе зарубежных конструктивных систем).

Сборно-монолитная технология SARET

Сборно-монолитная технология SARET. Впервые эта технология была запатентована во Франции компанией "SARET" (Подробно был рассмотрен при анализе зарубежных конструктивных систем), под именем которой и получила распространение по всему миру. В России эту технологию во второй половине 1990-х годов освоил Чебоксарский домостроительный комбинат. Впоследствии ООО "Рекон", адаптировав технологию SARET для местных условий, наладило выпуск оригинального оборудования для производства основных сборных элементов этой системы. В основе предлагаемой конструкционной системы лежит рамно-связевая система колонн, ригелей и тонких преднапряженных дисков перекрытий, которые, соединяясь в узле "диаболо", выступают в качестве несъемной опалубки и после омоноличивания перекрытия образуют несущий каркас здания. В данной технологии объем монолитного бетона составляет 10-12% (не считая фундаментных работ) от общего объема бетона.

В качестве преимуществ системы можно отметить отсутствие сварных соединений. Чебоксарский ДСК и фирма "РЕКОН" в течение 1995-2000 гг. создали на базе технологии фирмы "SARET" собственное заводское производство типового аналогичного оборудования для изготовления железобетонных колонн, ригелей и плит перекрытий сборно-монолитного каркаса.

За последние несколько лет было произведено, смонтировано и запущено производство в Чебоксарах, Нижнем Новгороде, Новосибирске, Самаре, Ставрополе, Воронеже, Белгороде, Туле [51].

Серия зданий Б.1.020.1-7 (Беларусь)

Основой конструктивной системы многоэтажных зданий серии Б.1.020.1-7 является сборно-монолитный каркас (рис. 1.19). Каркас состоит из сборных или монолитных колонн прямоугольного сечения и сборных многопустотных плит, объединенных в единую систему монолитными железобетонными несущими и связевыми ригелями. Ригели во взаимно перпендикулярных направлениях пропущены через колонны и жестко связаны с ними в этих узлах. Балконы, эркеры, любые помещения могут быть размещены на консолях перекрытий, выведенных за крайние колонны каркаса. Опирание многопустотных плит на несущие ригели предусмотрено посредством монолитных бетонных шпонок, образуемых в открытых по торцам плит полостях при укладке монолитного бетона ригелей. Кроме того, по торцам многопустотных плит предусмотрены выпуски их рабочей арматуры, размещаемые в монолитных несущих ригелях [73, 74].

Рис, 1.19. Конструкция каркаса и варианты поперечных сечений несущих ригелей в пролетах между колоннами а - общий вид каркаса; б - несущие ригели прямоугольного и таврового сечений с полкой в сжатой зоне; в -- то же таврового сечения с выступающими вниз ребрами;

1 - колонны со сквозными проемами для пропуска несущего и связевого ригелей, 2 - сборные многопустотные плиты, 3 - монолитные несущие ригели, 4 - монолитные связевые ригели, 5 - межплитные швы омоноличивания, 6 - консоли для балконов и эркеров, 7 - бетонные шпонки, 8 - ограничитель размеров шпонки, 9 - рабочая арматура многопустотных плит, 10 - выпуски рабочей арматуры многопустотных плит по их торцам, 11 -- рабочая арматура несущих ригелей, 12 - полки тавровых несущих ригелей, 13 - стяжки пола

Выводы по 1-й главе

Анализ зарубежных и отечественных каркасных систем указывает на то, что несущие каркасы этих систем выполняют из сборно-монолитного или монолитного железобетона.

Наружные и внутренние стены являются не несущими -- это позволяет применять для их изготовления любые облегченные эффективные строительные материалы, удовлетворяющие современным архитектурно- планировочным решениям [41].

Масса 1 м² наружной стены, как правило, не превышает 200...250 кг. А масса 1 м² общей площади многоэтажного каркасного здания высотой до 14 этажей в целом находится в пределах 0.9... 1.3 т/м2, причем верхний предел чаще имеет место при монолитных каркасах. Масса 1 м² общей площади панельного дома высотой 9... 12 этажей составляет примерно 2.0 т, а кирпичного дома такой же высотой - 2.8...3.0 т/м²

Использование сборно-монолитных каркасов позволяет значительно снижать себестоимость строительства, сокращать сроки возведения зданий, достигать более высокого потребительского качества возводимых домов [38].

Сборно-монолитная технология позволяет возводить каркасы с большими пролетами между колоннами, что дает возможность свободно планировать расположение помещений на этажах. [32, 43, 67].

Возможность применения сборно-монолитного каркаса в сейсмических районах обеспечивается неразрезными сборно-монолитными дисками перекрытий и жесткостью соединительного узла (колонна-ригель-плита).

Отсутствие сварных соединений упрощает сборку каркаса, не требует высокой квалификации рабочих.

Каркас вписывается практически в любые архитектурно-планировочные решения. Универсальное оборудование для формования элементов каркаса позволяет изготавливать их с различными параметрами сечений и необходимой длиной. Конструкция элементов каркаса, их размеры, структура армирования рассчитываются индивидуально для каждого конкретного проекта, что позволяет в конечном итоге оптимизировать расход материалов и уменьшить стоимость квадратного метра здания [69].

Ключевым этапом возведения каркасных и каркасно-монолитных зданий является бетонирование стыков между сборными железобетонными элементами. Требования к прочности конструкции здания в целом вызывают необходимость предъявлять особое внимание к этим узлам особенно при производстве работ в зимних условиях.



Глава 2. Конструктивные, организационные и технологические особенности возведения сборно-монолитных каркасов

2.1 Сборно-монолитные каркасы с применением сборных многоярусных колонн и сборно-монолитных (или пустотных) перекрытий

Рис. 2.1. Сборно-монолитный каркас

Основой сборно-монолитной технологии является несущий каркас, состоящий из трех основных железобетонных элементов: вертикальных опорных колонн, предварительно напряженных ригелей и плит перекрытия. Узел соединения "колонна-ригель-плита" является монолитным. Весь каркас собирается без применения сварки. Дополнительно, по результатам расчета в каждом конкретном случае, в него могут включаться диафрагмы и связи жесткости (рис. 2.1, 2.2) [42].

Рис. 2.2. Сборно-монолитный каркас

Колонны сечением 250х250 мм для удобства транспортировки разрезаются на элементы длинной до 12 м. Колонны выполняются секционными (рис.2.3). Длина секции колонны ограничивается технологическими возможностями транспортировки и монтажа. Стыковка колонн осуществляется без сварки при помощи «штепсельного» стыка. Материал колонн-тяжелый бетон класса В15-В30 (рис.2.4). Продольное армирование выполняется стержнями Д16-25 мм класса АIII ГОСТ 5781-82. При транспортировке колонн только автотранспортом допускается длина колонн до 17 м [43,110].



Рис.2.3. колонны высотой на 2 этажа

Для сопряжения колонн с ригелями, в массиве колонн на уровне перекрытий предусматривается участки с оголенной арматурой, усиленной крестовыми арматурными связями. Стыковка осуществляется за счет пропуска дополнительных арматурных стержней через тело колонны. Высота этажа допускается любая. Это обусловлено гибкой технологией изготовления колонн. Сечение колонн может увеличиваться за счет перестановки борта опалубки.

Рис. 2.4. Установка колонн

Ригели изготавливаются из железобетона с предварительно напряженной арматурой (Рис. 2.5). Сборные предварительно напряженные ригели сечением 250х250 мм служат ребрами монолитного перекрытия, с которым сопрягаются выпусками арматуры. Сечение ригелей выбираются в диапозоне от 20 до 60 см, в зависимости от места их установки. При этом ширина ригеля принимается равной ширине колонны примыкания, его высота рассчитывается в зависимости от воздействующих на ригель нагрузок.

Рис. 2.5. Ригели

В верхних зонах ригелей конструктивно выполнены выступающие замкнутые хомуты, обеспечивающие с помощью соединительных элементов связь ригеля со сборно-монолитной плитой перекрытия. После омоноличивания плиты перекрытия возникает тавровое рабочее сечение, где сборный ригель является ребром тавра, а его верхней полкой служит примыкающий участок плиты перекрытия (рис. 2.6).

Рис.2.6. Узел сопряжения колонны и ригелей



Материал ригелей-тяжелый бетон класса В30, продольное армирование осуществляется предварительно напрягаемыми канатами диаметром 12 мм К7. В торцах ригелей выполняются пазы для сопряжения с колоннами. Арматура узла сопряжения пропускается через тело колонны и вводится в пазы ригелей. Омоноличивание узла сопряжения производится мелкозернистым бетоном класса В30.

Перекрытие состоит из предварительно напряжённых железобетонных плит толщиной 60 мм, служащих несъемной опалубкой, и монолитного армированного слоя толщиной 100-140 мм укладываемого сверху (Рис.2.7). Сцепление монолитного слоя со сборной плитой-опалубкой осуществляется за счёт шероховатой верхней поверхности плиты, выполняемой в заводских условиях путём обнажения крупного заполнителя. Материал плит - тяжёлый бетон класса В35. Продольное армирование предварительно напрягаемой проволокой диаметром 5мм ВрII.

Рис.2.7. Плита перекрытия и перекрытие в процессе армирования

Для усиления сцепления монолитного слоя со сборной плитой- опалубкой и совместности их работы под нагрузкой верхняя поверхность плиты-опалубки выполняется шероховатой при формовке.

При бетонировании монолитного слоя плита-опалубка, включая и ригели, подпирается системой инвентарных опор. Неразрезность диска перекрытия достигается за счёт укладки арматурных сеток на стыках плит и над ригелями. Монолитный слой перекрытия выполняется из тяжёлого бетона класса В15-В25.

Устойчивость каркаса для зданий высотой до 6 этажей достигается за счёт жёстких узлов сопряжения ригелей с колоннами. Для зданий большей этажности возможно введение диафрагм или ядер жёсткости. Наружные стены могут быть различной конструкции. Возможна передача веса стен на каркас (при навесных стенах). Стены могут быть и самонесущими, передающими нагрузку на фундаменты, минуя каркас. Свобода в выборе конструкции стен позволяет применять каркасные здания в различных климатических и геологических условиях.

Гибкая технология изготовления элементов каркаса, позволяющая применять железобетонные изделия любой длины, не накладывает ограничений на планировку зданий. Шаг колонн сечением 250x250 мм при ригелях сечением 250x200 мм может быть от 1.5 до 7.2 м. При увеличении пролётов и нагрузок увеличивается сечение элементов каркаса, что так же позволяет выполнить технологическое оборудование завода. Высота этажа ограничений не имеет и зависит только от гибкости колонн, поэтому применение каркаса возможно для зданий различного назначения: жилых, общественных, производственных, административно-бытовых.

Сборно-монолитный каркас имеет смешанную конструктивную схему с продольными и поперечными ригелями. Он предназначен для применения в строительстве многоэтажных жилых, общественных и вспомогательных зданий промышленных предприятий с высотой этажа от 2.8 до 4.5 метров с неагрессивной средой, возводимых в 1-5 районах России по весу снегового покрова и 1-6 районах по скоростному напору ветра (согласно СНиП 2.01.0785* «Нагрузки и воздействия»).



2.2 Технология изготовление элементов сборно-монолитного каркаса в заводских условиях

Для формования преднапряженных и не преднапряженных железобетонных изделий используют высокотехнологичные стенды типа "СРВХ-11.

Стенд позволяет с минимальной степенью переналадки изготовить все основные элементы сборно-монолитного каркаса здания: вертикальные опорные колонны, преднапряженные ригели и плиту несъёмной опалубки, а также бетонные плиты, перемычки, фундаментные блоки, дорожные плиты, наружные стеновые панели.