Безригельное каркасное здание (варианты)
Заявляемая полезная модель относится к области гражданского строительства, а именно к полносборным конструкциям многоэтажных жилых и общественных зданий с безбалочными перекрытиями. Безригельное каркасное здание содержит наружное стеновое ограждение, плиты перекрытий и колонны с поэтажной разрезкой. Узел соединения колонн включает арматурные выпуски на торце нижней соединяемой колонны, выполненные с резьбой и пропущенные через отверстия в закладных деталях плиты перекрытия, и опорный фланец на торце верхней соединяемой колонны, выполненный с отверстиями, за которыми расположены ниши для размещения концов пропущенных через эти отверстия арматурных выпусков и элементов их закрепления. На арматурных выпусках над плитой перекрытия установлены котировочные гайки для опоры фланца верхней колонны и, предварительно им, дополнительные котировочные гайки. Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что соединительную арматуру колонн используют для закрепления других, стыкуемых с колоннами элементов конструкции: плит перекрытий, стеновых панелей, обвязочных балок и т.д., которые навешиваются на арматурные выпуски колонн посредством закладных деталей с отверстием, размещенных в угловых или торцевых зонах этого элемента, и устанавливаются с опорой на дополнительную котировочную гайку выпуска, которая обеспечивает возможность регулирования положения опертого на нее элемента конструкции. 2 н.п. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области гражданского строительства, а именно к полносборным конструкциям многоэтажных жилых и общественных зданий с безбалочными перекрытиями.
Уровень техники
Известна конструкция здания, содержащего колонны поэтажной разрезки и опертые на них плиты межэтажных перекрытий (см. патент на изобретение SU 
885476, МПК: Е04В 1/38, опубл. 30.11.81 г.). Здание относится к безбалочным (безригельным) конструкциям, основным достоинством которых является отсутствие выступающих внутрь помещений частей балок, что облегчает дальнейшую отделку и планировку помещений. Плиты перекрытия устанавливают с опорой углами на четыре соседние колонны, при этом арматурные выпуски, расположенные в угловых вырезах плит совмещают с закладными пластинами, расположенными на торце нижней колонны, и соединяют с ними посредством сварки. Плиты, опертые на одну колонну, дополнительно соединяют между собой напрягаемой арматурой, соединение омоноличивают.
К недостаткам известной конструкции следует отнести сложность получения строго горизонтального перекрытия, что обусловлено отсутствием механизмов регулирования положения плит при монтаже, жесткостью соединений и накоплением погрешности установки колонн от этажа к этажу, и как следствие - получение внутренних помещений неправильной формы, что усложняет их последующую отделку.
Известно здание, содержащее перекрытие и сборные колонны, узел соединения которых включает концевые участки верхней и нижней стыкуемых колонн, установленных на одной вертикальной оси с разрывом по высоте, на торцах которых смонтированы закладные детали в виде стальных листов с отверстиями по углам, за которыми в бетонном теле колонны образованы ниши, обеспечивающие возможность закрепления соединительной арматуры, выполненной в виде шпилек, пропущенных через перекрытие и отверстия в стальных листах и закрепленных с каждого конца парой гаек (см. патент на изобретение RU 2244787, МПК: Е04В 1/38, опубл. 20.01.2005 г.). Болтовое соединение колонн обеспечивает возможность регулирования вертикального положения колонны, а горизонтальность перекрытия обеспечивается при формировании монолитного участка перекрытия между торцами колонн, т.н. монолитного ригеля.
К недостаткам упомянутого решения следует отнести большое количество монолитных, т.е. «сырых» работ, что повышает зависимость строительства от погодных условий, ведет к длительным простоям, обусловленным временем набора прочности бетона, требует применения специальной поддерживающей оснастки и дополнительного оборудования для подачи раствора на высоту.
В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого решения принято полносборное безригельное здание (см. патент на изобретение RU 2333323, МПК: Е04В 1/38, Е04В 1/20, опубл. 10.09.2008 г.), содержащее плиты перекрытий, опертые на железобетонные колонны с поэтажной разрезкой, узел соединения которых включает арматурные выпуски на торце нижней соединяемой колонны, выполненные с резьбой и пропущенные через отверстия в закладных деталях надколенной плиты перекрытия, и опорный фланец на торце верхней соединяемой колонны, выполненный с отверстиями, за которыми в теле колонны сформированы ниши для размещения концов пропущенных через упомянутые отверстия арматурных выпусков нижней колонны и элементов их закрепления. Над плитой перекрытия на каждом арматурном выпуске установлена юстировочная гайка, на которую оперт фланец верхней колонны. Наличие гаек позволяет осуществлять регулирование положения верхней колонны. Известное решение относится к так называемой системе «КУБ», предполагающей формирование межэтажного перекрытия из упомянутых несущих надколонных плит, в которых закладные детали с отверстиями для пропуска соединительной арматуры колонн расположены в центре плиты, и устанавливаемых между ними межколонных плит. Боковые выпуски арматуры плит связываются и омоноличиваются. К недостаткам упомянутого решения можно отнести сложность и высокую трудоемкость монтажа перекрытия, необходимость применения дополнительной поддерживающей оснастки, повышенную металлоемкость соединений, сложность установки всех плит перекрытия на одном уровне, а также возможность отклонения надколенной плиты от горизонтального положения, вследствие ее центрального закрепления, что приводит к проблемам формирования ровного перекрытия. Соединение элементов наружного стенового ограждения здания с несущим каркасом может быть осуществлено любым известным способом, т.к. о нем в материалах описания патента сведений не содержится.
Раскрытие полезной модели
Задачей заявляемой полезной модели является решение проблемы формирования ровного, горизонтального перекрытия и получения помещений правильной формы с одновременным упрощением процесса монтажа здания.
Поставленная задача решена за счет того, что в безригельном каркасном здании, содержащем наружное ограждение, плиты перекрытий и колонны с поэтажной разрезкой, узел соединения которых включает арматурные выпуски на торце нижней соединяемой колонны, выполненные с резьбой и пропущенные через отверстия в закладных деталях плиты перекрытия, и опорный фланец на торце верхней соединяемой колонны, выполненный с отверстиями, за которыми расположены ниши для размещения концов пропущенных через эти отверстия арматурных выпусков и элементов их закрепления, причем на арматурных выпусках над плитой перекрытия установлены котировочные гайки, на которые оперт фланец верхней колонны, согласно заявляемой полезной модели, на арматурных выпусках предварительно юстировочной гайке установлена дополнительная юстировочная гайка, при этом каждая плита перекрытия выполнена по углам с вырезами для размещения закладных деталей и установлена между четырьмя колоннами с возможностью пропуска через отверстия закладных деталей арматурных выпусков соответствующих колонн, сопрягаемых с углами плиты, и с возможностью опоры на дополнительные котировочные гайки этих арматурных выпусков.
Согласно другому варианту, в безригельном каркасном здании, содержащем наружное ограждение, плиты перекрытий и колонны с поэтажной разрезкой, узел соединения которых включает арматурные выпуски на торце нижней соединяемой колонны, выполненные с резьбой, на которой установлена юстировочная гайка, и опорный фланец на торце верхней соединяемой колонны, выполненный с отверстиями, за которыми расположены ниши для размещения концов пропущенных через эти отверстия арматурных выпусков и элементов их закрепления, и установленный с опорой на котировочные гайки. На арматурных выпусках предварительно юстировочной гайке установлена дополнительная юстировочная гайка, при этом наружное ограждение включает конструктивные элементы, навешиваемые на арматурные выпуски колонн наружного ряда посредством закладных деталей с отверстием, выполненных с возможностью пропуска через отверстия арматурных выпусков соответствующих колонн, и с возможностью опоры на дополнительные котировочные гайки последних.
В обоих вариантах заявляемого технического решения соединительную арматуру колонн, обеспечивающую соединение между собой участков высотой на этаж, используют для закрепления других, стыкуемых с колоннами элементов конструкции, по сути, последние просто навешиваются на арматурные выпуски колонн и устанавливаются с опорой на дополнительную юстировочную гайку выпуска, которая обеспечивает возможность регулирования положения опертого на нее элемента. Регулирование положения монтируемой колонны осуществляется посредством другой - юстировочной гайки, с опорой на которую устанавливается верхняя соединяемая колонна. Таким образом, предлагаемый узел соединения элементов здания обеспечивает возможность регулирования положения всех соединяемых в нем элементов. Причем в качестве механизмов регулирования используют простые винтовые механизмы.
Названия «котировочная» и «дополнительная котировочная» гайки приняты условно, для понимания сути решения. По существу это одинаковые гайки, используемые для юстировки элементов строительной конструкции.
Предлагаемое техническое решение узла соединения с колоннами каркаса может быть применено как для плит перекрытия, выполняющих функции горизонтальных несущих элементов каркаса, так и для элементов наружного стенового ограждения: стеновых панелей, обвязочных балок, балконных плит, что позволяет быстро возводить не только несущий каркас, но и все здание. Монтаж ведется насухо. Все соединения болтовые быстро монтируемые, здание собирается как конструктор, при этом обеспечено высокое качество сборки и технологичность строительства.
Возможность регулирования положения плит перекрытия позволяет компенсировать погрешности изготовления и установки несущих колонн и обеспечить формирование ровного и горизонтального перекрытия. Точность установки вертикальных и горизонтальных несущих элементов каркаса обеспечивает точность установки внутренних перегородок и формирование помещений правильной формы, что облегчает их дальнейшую отделку. Этому же способствует возможность регулирования положения элементов наружного стенового ограждения.
Узел соединения отличается минимальным набором соединительных элементов, что позволят значительно сократить количество монтажных работ, осуществляемых на стройплощадке, повысить технологичность сборки здания. Все элементы соединения конструкций располагаются в пространстве между верхней и нижней соединяемыми колоннами. После монтажа узел замоноличивают, что позволяет получить рамносвязевый каркас. Бетон омоноличивания обеспечивает фиксацию выставленного положения юстировочных гаек и, следовательно, соединяемых элементов конструкции, однако при необходимости может быть использована дополнительная фиксация, например, посредством фиксирующих гаек, (см. пример ниже).
Возможность регулирования соединяемых элементов конструкции обеспечивается не только наличием на арматурном выпуске колонны дополнительной юстировочной гайки, но и конструктивным исполнением закладной детали и ее размещением. Так, закладные детали монтируются по торцам или углам, навешиваемого железобетонного элемента строительной конструкции. Наиболее простым и технологичным является выполнение закладных деталей в виде пластины с отверстием, заанкеренной в бетонном теле строительного элемента: плиты, балки, панели. Пластина расположена таким образом, чтобы ось отверстия имела вертикальное или близкое к этому положение.
Размещение закладных деталей в вырезах (выемках) бетона, сформированных по углам плиты, позволило реализовать схему углового опирания плит перекрытий на колонны, что обеспечило простоту монтажа и удобство выполнения последующих операций по выравниванию и омоноличиванию, а также позволило исключить необходимость применения какой-либо поддерживающей оснастки.
Плиты перекрытий просто надеваются на арматурные выпуски колонн, получая опору сразу по четырем углам. Такая установка плит перекрытия, в совокупности с конструкцией узла соединения с колонной, позволила исключить необходимость соединения плит между собой, имеющее место в решении-прототипе, за счет чего значительно снизить металлоемкость конструкции, уменьшить количество монтажных работ, повысить производительность строительства.
В отличие от плит перекрытия, элементы наружного стенового ограждения навешиваются на две колонны наружного ряда. Закладные детали размещают, предпочтительно, по торцам или в зонах, примыкающих к ним, а для стеновых панелей - в верхних угловых зонах.
Предпочтительно также выполнение по торцам упомянутых элементов угловых вырезов для размещения закладных деталей, что позволит частично завести конструктивный элемент наружного стенового ограждения в створ между колоннами, за счет чего повысить теплотехнические характеристики здания.
Таким образом, оба варианта заявляемой полезной модели позволяют получить одни и те же положительные технические результаты, а именно: упростить монтажные работы, обеспечить возможность регулирования положения всех соединяемых элементов узла, за счет чего добиться формирования ровного перекрытия и правильных углов соединения вертикальных и горизонтальных элементов строительной конструкции, исключить накопительную погрешность, обеспечить более высокую точность возведения конструкции здания.
Все закладные детали, а также соединительные элементы строительных конструкций: колонн, плит, балок, устанавливаются в заводских условиях в процессе изготовления последних, что повышает сборность конструкции, снижает трудоемкость монтажа в условиях стройплощадки.
Краткое описание чертежей
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг.1 - схематично изображен фрагмент полносборного многоэтажного здания гражданского назначения, вид в плане;
на фиг.2 - фрагмент с фиг.1;
фиг.3 - изображена плита перекрытия, изометрия;
фиг.4 - сечение А-А с фиг.1, показан узел соединения колонн с плитами перекрытий;
на фиг.5 - иллюстрирован процесс монтажа узла соединения колонн с плитами перекрытия, изометрия;
на фиг.6 - сечение Б-Б с фиг.1, показан узел соединения крайних колонн со стеновой панелью и плитой перекрытия;
на фиг.7 - показано соединение обвязочной балки с колоннами;
на фиг.8 - тоже, вид С с фиг 7.
Осуществление полезной модели
Каркасное здание содержит (см. фиг.1-2) наружное стеновое ограждение 1, плиты 2 межэтажных перекрытий и железобетонные колонны с поэтажной разрезкой. Узел соединения верхней 3 и нижней 4 стыкуемых между собой колонн включает арматурные выпуски 5 на торце нижней колонны 4, выполненные с винтовой резьбой, и опорный фланец 6 с болтовыми отверстиями 7 и над фланцевыми нишами 8. Каждая плита 2 перекрытия выполнена (см. фиг.3) по углам с прямоугольными вырезами, или иначе - выемками бетона 9, в каждой из которых установлена закладная деталь в виде пластины 10 с отверстием 11.
В простейшем случае опорный фланец 6 представляет собой стальной лист в форме поперечного сечения колонны 3, выполненный с отверстиями в угловых зонах, за которыми в бетонном теле колонны сформированы ниши 8. В другом случае опорный фланец 6 может быть выполнен в виде закладной детали типа стального башмака, заанкеренного в теле колонны, в котором сформированы и отверстия 7 и ниши 8 (см. фиг.4). В колоннах с большой площадью поперечного сечения предпочтительно выполнение опорного фланца в виде комплекта закладных деталей, смонтированных по углам колонны.
Деление колонн на «верхнюю» и «нижнюю» принято условно, т.к. верхняя колонна 3 при монтаже перекрытия следующего этажа будет выполнять функции нижней колонны 4. Таким образом, каждая колонна (и 3 и 4) выполненная высотой на этаж, имеет на своем верхнем торце арматурные выпуски 5, а на нижнем торце - опорный фланец 6. Колонны поступают с завода в полной готовности, на арматурных выпусках 5 уже установлены (снизу верх к концу выпуска): дополнительная юстировочная гайка 12, фиксирующая гайка 13, юстировочная гайка 14 и фиксирующая гайка 15.
Полная заводская готовность обеспечивает высокую производительность сборочных работ на стройплощадке и гарантирует соответствие друг другу элементов болтового соединения и качество их взаимодействия. Монтаж здания осуществляют следующим образом.
На фундамент здания (на чертежах не показан) устанавливают согласно проектной сетке колонны 4 нижнего ряда. На выступающий над верхним торцом колонны 4 арматурный выпуск 5, на котором установлена гайка 12, надевают плиту 2 перекрытия, обеспечивая прохождение стержня 5 арматуры через отверстие 11 пластины 10, причем монтаж ведется одновременно на четыре соседние колонны.
Регулируют положение юстировочных гаек 12, обеспечивая горизонтальность положения плиты 2 и ее расположение на одном уровне с соседними плитами перекрытия. Фиксируют выставленное положение плиты 2 гайкой 13 (см. фиг.4).
Для обеспечения собираемости конструкции диаметр отверстия 11 плиты больше диаметра арматурного выпуска 5 колонны, что позволяет установить плиту на колонну и выровнять ее в плане, поэтому котировочные гайки 12 и 14, обычно устанавливают в паре с подкладной шайбой, обеспечивающей увеличение опорной поверхности.
Для облегчения процесса выравнивания плит может быть применено приспособление в виде опорной пластины 16 с отверстиями, соответствующими положению арматурных выпусков 5 колонны. Пластина 16, предварительно установке плит, одевается на выпуски 5 арматуры до опоры на гайки 12, посредством которых производится ее установка по уровню. После чего пластина 16 может быть снята, однако предпочтительнее ее оставить и производить установку плит 2 на нее. Наличие такой пластины способствует уравновешиванию нагрузки и повышает прочность соединения.
После установки всех четырех плит перекрытия, стыкуемых с нижней колонной 4, осуществляют установку верхней колонны 3 (см. фиг.5), пропуская выпуски 5 арматуры через соответствующие отверстия 7 фланца 6 до опоры на котировочные гайки 14, при этом концы выпусков арматуры 5 размещаются в нишах 8. Осуществляют выравнивание положения колонны 3 в плане по высоте и отклонению от вертикали вращением котировочных гаек 14. Фиксируют положение колонны затяжными гайками 15, надеваемыми на концы арматурных выпусков 5. Собранные узлы замоноличивают. Все элементы соединения оказываются скрытыми внутри сборной колонны. Омоноличенный узел делает каркас рамно-связным и обеспечивает возможность немедленного продолжения монтажа вышележащих конструкций.
Установка плит ведется с применением обычного грузоподъемного оборудования. На сегодняшний момент удалось достигнуть максимального размера сетки колонн 3.2×5.6 м, что обусловлено существующими ограничениями на вес плиты - 6 тонн (для монтажа плит с большим весом требуется применение специальной техники). Шаг колонн может быть увеличен, например, за счет совершенствования технологии изготовления плит.
Соединение стеновых панелей с колоннами осуществляется аналогичным образом. Трехслойная стеновая панель 17 с внутренним слоем, размещаемым в створе между соседними колоннами, и средним слоем утеплителя 18, примыкающим к наружным граням колонн, навешивается (см. на фиг.6) на арматурные выпуски 5 сразу двух колонн 4 крайнего ряда. Для этого на боковых торцах внутреннего слоя панели смонтированы закладные детали 19, через отверстие которых пропускают арматурные выпуски 5, при этом деталь 19 опирается на котировочную гайку 12. Вращением гайки 12 обеспечивают точную установку стеновой панели 17 по уровню. Несквозной стык наружных панелей обеспечивает стабильную теплозащиту здания.
Закладная деталь 19 представляет собой пластину с отверстием, усиленную вертикальным элементом для увеличения площади контакта пластины с бетоном омоноличивания.
На три других арматурных выпуска колонны 4 аналогичным образом производят навешивание еще одной стеновой панели и двух плит 2 перекрытия. После чего производят установку и закрепление верхней колонны 3, как это было описано выше.
В случае выполнения стенового ограждения в виде поэтажно опертых стен, например из кирпичной кладки, аналогичным образом производится закрепление на крайних колоннах обвязочных балок 20 (см. фиг.7). Обвязочные балки, являющиеся одновременно несущим горизонтальным элементом и частью стенового ограждения, устанавливают в створе между колоннами, при этом их опорная, для стеновой кладки, полка выступает за наружные грани колонн. Элемент соединения балки 20 с колонной представляет собой жестко закрепленную в торце этой балки параллельно ее опорной поверхности пластину 21 с отверстием для навешивания на арматурный выпуск 5 колонны. Три других арматурных выпуска колонны служат для закрепления еще одной обвязочной балки 20 и двух плит 2 перекрытия.
Балконная плита 22 отличается от плиты 2 перекрытия наличием только двух угловых вырезов с закладными деталями (см. фиг.1). Соединение балконной плиты 22 с колоннами крайнего ряда аналогично соединению с колонной плиты перекрытия (фиг.4).
Приведенные примеры поясняют сущность заявляемой полезной модели, но не исчерпывают всех возможностей ее конкретной реализации.
Здание, выполненное согласно заявляемой полезной модели, характеризуется небольшой трудоемкостью и малым сроком возведения (до 2 месяцев), что обеспечивает низкую себестоимость строительства.
1. Безригельное каркасное здание, содержащее наружное ограждение, плиты перекрытий и колонны с поэтажной разрезкой, узел соединения которых включает арматурные выпуски на торце нижней соединяемой колонны, выполненные с резьбой и пропущенные через отверстия в закладных деталях плиты перекрытия, и опорный фланец на торце верхней соединяемой колонны, выполненный с отверстиями, за которыми расположены ниши для размещения концов пропущенных через эти отверстия арматурных выпусков и элементов их закрепления, причем на арматурных выпусках над плитой перекрытия установлены юстировочные гайки, на которые оперт фланец верхней колонны, отличающееся тем, что на арматурных выпусках предварительно юстировочной гайке установлена дополнительная котировочная гайка, при этом каждая плита перекрытия выполнена по углам с вырезами для размещения закладных деталей и установлена между четырьмя колоннами с возможностью пропуска через отверстия закладных деталей арматурных выпусков соответствующих колонн, сопрягаемых с углами плиты, и с возможностью опоры на дополнительные котировочные гайки этих арматурных выпусков.
2. Здание по п.1, отличающееся тем, что закладная деталь плиты перекрытия выполнена в виде пластины с отверстием.
3. Безригельное каркасное здание, содержащее наружное ограждение, плиты перекрытий и колонны с поэтажной разрезкой, узел соединения которых включает арматурные выпуски на торце нижней соединяемой колонны, выполненные с резьбой, на которой установлена юстировочная гайка, и опорный фланец на торце верхней соединяемой колонны, выполненный с отверстиями, за которыми расположены ниши для размещения концов пропущенных через эти отверстия арматурных выпусков и элементов их закрепления, и установленный с опорой на котировочные гайки, отличающееся тем, что на арматурных выпусках предварительно юстировочной гайке установлена дополнительная юстировочная гайка, при этом наружное ограждение включает конструктивные элементы, навешиваемые на арматурные выпуски колонн наружного ряда посредством закладных деталей с отверстием, выполненных с возможностью пропуска через отверстия арматурных выпусков соответствующих колонн и с возможностью опоры на дополнительные юстировочные гайки последних.
4. Здание по п.3, отличающееся тем, что конструктивный элемент наружного ограждения выполнен в виде стеновой панели.
5. Здание по п.4, отличающееся тем, что стеновая панель выполнена в виде трехслойной стеновой панели с внутренним слоем, размещенным в створе между колоннами с примыканием среднего слоя утеплителя к наружным граням колонн, при этом закладные детали закреплены в боковых гранях внутреннего слоя панели.
6. Здание по п.3, отличающееся тем, что конструктивный элемент наружного ограждения выполнен в виде обвязочной балки.
7. Здание по п.6, отличающееся тем, что обвязочная балка выполнена по торцам с угловыми вырезами для размещения закладных деталей.
8. Здание по п.3, отличающееся тем, что конструктивный элемент наружного ограждения выполнен в виде балконной плиты с двумя угловыми вырезами для размещения закладных деталей.
9. Здание по любому из пп.3-8, отличающееся тем, что закладная деталь выполнена в виде пластины с отверстием, смонтированной с вертикальным расположением оси отверстия.
10. Здание по п.9, отличающееся тем, что закладная пластина усилена вертикальным прочностным элементом.
