Конструктивные схемы современных крупнопанельных зданий

Различные конструктивные схемы применяются из-за большого разнообразия объёмно-планировочных решений, различного уровня развития промышленности строительных материалов и производства сборных изделий, обеспеченности строек подъёмно транспортным оборудованием.

По конструктивным схемам крупнопанельные здания подразделяются на здания каркасные, бескаркасные (панельные) и с неполным каркасом.Каркасные крупнопанельные здания основной несущей конструкцией имеют каркас, состоящий из колон и ригелей, располагаемых поперёк и вдоль здания.Важным преимуществом каркасной схемы является разделение функций между несущими колонами и ограждающими несущими стенами. Разделение функции позволяет изготовлять колоны из высокопрочных материалов, а стены - из предельно лёгких материалов.Каркасная схема обладает универсальностью, что очень важно при унификации конструктивных элементов. В настоящее время разработан унифицированный каталог сборных изделий для строительства жилых и общественных зданий (серия ИИ-04). /Общесоюзная серия/К недостаткам каркасной схемы относятся большое количество монтажных элементов, большой расход стали и ухудшенный интерьер помещений из-за выступающих рёбер колон и ригелей.Каркасные здания в зависимости от расположения ригелей могут подразделятся на здания с поперечным каркасом, с продольным каркасом, с безригельным решением плиты перекрытия (с опиранием плиты перекрытия на 4 колоны) и пространственным каркасом, когда ригели располагаются в поперечном и продольном направлениях (рис. 2.1, а).

Бескаркасные (панельные) крупнопанельные здания основной несущей конструкцией имеют наружные и внутренние стены - панели.

Основное преимущество бескаркасной схемы состоит в возможности использования в качестве несущих конструкции наружных и внутренних вертикальных ограждений - стен и перегородок, которые должны обладать по условиям тепло - и звукоизоляции значительной массой и прочностью. Однако это преимущество относится только к тем зданиям, которые имеют мелкие помещения (жилые дома, гостиницы, палатные корпуса больниц и. т. п.).Не случайно эта конструктивная схема считается наиболее экономичной в жилищном строительстве, включая здания повышенной этажности. Бескаркасные крупнопанельные здания, которые могут иметь несколько вариантов расположения несущих панелей (рис 2.1, б):

а) с несущими наружными и несущими поперечными и продольными стенами [опирание настилов перекрытия производится по контуру(см. рис. 2.1, б, 1)];

б) с несущими наружными стенами и несущими поперечными стенами [опирание настилов перекрытия производится по трём сторонам (см. рис. 2.1.б, 2)];

в) с несущими наружными и несущими внутренними продольными стенами [опирание настилов перекрытия производится по двум сторонам (см. рис. 2.1.б, 3)];

Крупнопанельные здания с неполным каркасом по своей конструктивной схеме занимают промежуточное положение между каркасной и бескаркасной схемами.В домах с такой схемой используется несущая способность наружных стен и колонн, расположенных внутри здания в определенном порядке.В зависимости от расположения в плане несущих и ограждающих элементов эта схема имеет следующие три разновидности (см. рис. 2.1, в):

а) с наружными несущими стенами и внутренним поперечным каркасом (см. рис. 2.1.в, 1);

б) с наружными несущими стенами и внутренним продольным каркасом (см. рис. 2.1.в, 2);

в) безригельная схема [опирание настилов перекрытия здесь производится двумя узлами - на две колонны и одной стороной - на наружную стену (см. рис. 2.1. в, 3)].Эта схема применялась ранее в массовом жилищном строительстве, но не выдержала конструкции с более рациональным первыми двумя схемами. Существуют и другие конструктивные схемы крупнопанельных зданий как в РФ, так и зарубежном, но они не получили распространения. Характерная особенность крупнопанельных зданий заключается в том, что при их проектировании возникает противоречие между естественным стремлением к свободе и разнообразию объёмно - планировочного решения зданий, с одной стороны, и требованием сокращения типоразмеров изделий, с другой стороны. Это противоречие в значительно меньшей мере относится к зданиям из мелкоштучных элементов.При назначении размеров планировочных параметров крупнопанельных зданий, а также конструктивных размеров сборных изделий необходимо учитывать особенности конструктивного решения узлов опирания элементов перекрытия на несущие конструкции. Различные способы опирания панелей перекрытия на несущие стеновые панели или ригели, а также опирание ригелей на колонны или стены приводят к тому, что при полной унификации объёмно - планировочных параметров зданий и пои одной и той же конструктивной схеме сборные изделия имеют различные размеры.Все разнообразные случаи опирания конструкции могут быть приведены к двум принципиальным схемам (рис. 2.2.).

Рис. 2.1 Конструктивные схемы крупнопанельных зданий:

а- каркасные; б- бескаркасные; в- с неполным каркасом; а.1- с поперечным каркасом;

а.2- с продольным каркасом; а.3- с пространственным каркасом; а.4- безригельный каркас;

б.1- с несущими наружными и несущими поперечными и продольными стенами; б.2- с несущими наружными и несущими поперечными стенами; б.3- с несущими наружными и несущими продольными стенами; в.1- с несущими наружными стенами и внутренним поперечным каркасом; в.2- то же, с продольным каркасом; в.3- безригельная схема; 1- ригель;

2- колонна; 3- стены.

Рис. 2.2 Системы с поперечными несущими конструкциями:

а - с малым поперечным шагом несущих стен и несущими продольными стенами;

б - с широким поперечным шагом несущих стен; в - с наружными несущими стенами и внутренним поперечным каркасом; г - с полным каркасом.

Рис. 2.3 Системы с продольными несущими конструкциями:

а - с продольными несущими стенами; б - наружными несущими стенами и внутренним продольным каркасом; в - с полным продольным каркасом.

Платформенное опирание, когда панели перекрытий укладываются впритык по верхней плоскости несущих стеновых панелей или по верху ригелей, а ригели опираются на торцы колонн. В этом случае перекрытия перерезают вертикальные несущие конструкции (см. рис. 2.2, а - в).

Консольные опирание, когда панели перекрытий укладываются в раздвижку на выступающие консоли из несущих стеновых панелей или на консольные полки ригелей, а ригели опираются на консоли колонн. В этом случае конструктивные элементы не перерезают вертикальные несущие конструкции. (см. рис. 2.2, г - ж).

В практике крупнопанельного строительства применяются обе рассмотренные системы опирания, существенное различие которых заключается в том, что если при платформенной системе цепочки горизонтальных размеров включают конструктивные размеры сборных изделий и зазоры между ними, то при консольной схеме появляется дополнительное слагаемое - толщина несущей стеновой панели, ригеля или колонны (см. рис. 2.2, в и ж).

Одной из наиболее важных проблем в конструкциях крупнопанельных зданий является качественное решение вертикальных стыков между наружными панелями, в которых температурные колебания вызывают знакопеременные усилия. Вследствие этого вертикальные стыки находятся постоянно в движении и попеременно испытывают растяжение или сжатие. Поэтому длина наружных панелей должна назначаться в зависимости от коэффициента линейного расширения материалов, из которых предполагается делать панели,и в зависимости от конструктивного решения вертикальных стыков между панелями, обеспечивающих соответствующую деформативность.

В целях уменьшения возможности образования трещин в наружных крупнопанельных стенах от переменно действующих температур наружного воздуха установлены допустимые расстояния между температурными швами в зданиях. Возводимых в различных климатических условиях, с учётом применяемы материалов для наружных панелей и конструкций связей между ними (табл. 2.1.).

Снижение веса зданий, укрупнение сборных изделии, уменьшение количества узловых соединений сокращает транспортные расходы, трудоёмкость, стоимость и сроки возведения крупнопанельных зданий. Таким образом, для дальнейшего совершенствования крупнопанельного домостроения необходимо расширение производства эффективных тепло-звукоизоляционных, отдельных и герметизирующих материалов, а также развитие производства новых видов конструкций из лёгких бетонов и различных сплавов.

Рис. 2.2 Схема опирания конструктивных элементов:

а- опирание панелей на стены; б- платформенное опирание ригелей на колонны; в- опирание панелей на стене с консолями; г- опирание панелей на полки ригелей; е- опирание ригелей на выступающие консоли; ж- то же, на скрытые консоли; 1- несущая стеновая панель;

2- панель перекрытия; 3- ригель; 4- колонны.

Рис. 2.3 Конструкции свай с забивным трубчатым ростверком:

1 - сваи сечением 30х30 см; 2 - монолитный оголовок; 3 - трубчатая насадка.

9. Фундаменты.

В практике массового крупнопанельного строительства используются следующие конструктивные решения фундаментов:

1) блочные (ленточные и прерывистые);

2) крупнопанельные (ленточные и ленточно - столбчатые);

3) свайные;

4) столбчатые (будут рассмотрены в разделе «Каркасные здания»).

Для местных и транзитных инженерных сетей и других коммуникаций в жилых домах устраиваются подполья или специальные траншеи (местные заглубления).

Блочные (ленточные и прерывистые) фундаменты рассматривались вами в прошлом семестре и мы на них останавливаться не будем.

Крупнопанельные (ленточные) выполняются из крупноразмерных элементов - панелей (рис. 2.4).

При конструктивной схеме с поперечными несущими стенами подземную часть выполняют или из панелей сплошного сечения, или из фундаментных рам (рис 2.4, а), которые устанавливаются на фундаментные блоки - подушки. В этих случаях следует особое внимание уделять на сопряжение фундаментных рам с цокольными панелями, которые выполняются путём сварки арматурных петель с последующим из замоноличиванием.

При конструктивной схеме с продольными несущими стенами фундаменты целесообразно выполнять из крупноразмерных фундаментных элементов (рис 2.4, б), которые являются опорами для панелей наружных и внутренних стен. Фундаментные элементы ставятся на тщательно выровненную песчаную подсыпку толщиной 80х100 мм. В продольном направлении эти элементы разбиваются таким образом, чтобы стыки их не совпадали со стыками наружных стен. Фундаментные элементы сопрягаются между собой через арматурные петли, расположенные в торцах с последующим замоноличиванием бетоном [9].

Применение ленточных фундаментов (блочных и крупнопанельных) вызывают значительный объём земляных работ, из которых около 25% приходится выполнять в ручную. Стены подполья и фундаменты требуют большого расхода бетона при недостаточном использовании его прочности. Продолжительность работ по устройству нулевого цикла 5-этажного дома при ленточных или столбчатых фундаментах составляет почти половину времени, затрачиваемого на монтаж коробки здания [2].

Свайные фундаменты. Решению задачи по уменьшению времени на нулевой циклу в наибольшей степени отвечает применение фундаментов из железобетонных свай. Сваи в строительстве используют уже в течении многих лет, однако применялись они главным образом при сложных гидрогеологических условиях.

Теперь речь идёт о массовом применении в гражданском строительстве коротких свай (длиной 3-7 м) и о замене ими ленточных фундаментов при обычных грунтах. Для устройства фундаментов в здании большой этажности целесообразно использовать специально сваи - оболочки, рассчитанные на восприятие больших сосредоточенных нагрузок или монолитно - ленточные, перекрёстные или плотные фундаменты.

Сваи оболочки «Беното» применяются при необходимости передать большие нагрузки на прочные грунты (скальные, прочные глины и др.) Опоры могут воспринять нагрузки 400-700 т (одна свая), поэтому они применяются в качестве фундаментов для жилых и общественных зданий повышенной этажности (16-40 этажей), для высоких башен и т. п. Верхняя часть этих опор примерно на высоту 5-6 м армируется сварными каркасами. По верху опор устраивают железобетонные монолитные сваи - ростверки. Погружение свай - оболочек в грунт может осуществляться вибропогружателями.

Исследованиями последних лет установлено, что применение фундаментов с короткими забивными сваями технически и экономически целесообразно не только при неблагоприятных грунтах, но и при обычных сжимаемых грунтах, где нижние концы свай достигают относительно плотных грунтов.

Свайные фундаменты из коротких свай применяют при массовом строительстве не только крупнопанельных зданий, но также крупноблочных и каменных жилых и общественных зданий. Такие фундаменты рекомендуются применять взамен ленточных фундаментов на естественном основании при глубине заложения 1,7-2 м от поверхности планировки. В силу небольшой пространственной жесткости крупнопанельные здания чувствительны к неравномерным осадкам, в следствии чего происходят нарушения соединений в узлах, раскрытие стыков и т. п. Применение свайных фундаментов особенно эффективно в этих случаях и способствует сведению к минимуму осадок, повышению надёжности и долговечности зданий.

Конструктивное решение коротко-свайных фундаментов в крупнопанельных зданиях показано на рис. 2.5.

Особенностью новой конструкции свайных фундаментов является исключение поперечных несущих конструкций в пределах технического подполья и расположение ростверков непосредственно под цокольным перекрытием (под полом первого этажа). Такое решение позволило резко уменьшить объём потребного бетона(см. рис. 2.5, а). Новым также является однорядное расположение свай под поперечными несущими стенами с шагом 2-2,5 м (см. рис. 2.5, а). По сваям укладывается сборный ростверк, соединённый с оголовками свай через специальную сборно-монолитную подушку.

Заслуживает внимание предложение использовать сваи с трубчатыми насадками (см. рис. 2. 3). Трубчатая насадка позволяет на 30 - 40% увеличить несущую способность сваи и получить значительную экономическую выгоду. Повышение несущей способности одиночной сваи после забивки трубы (устройства трубчатого оголовка) происходит за счёт увеличения силы трения вдоль боковой поверхности сваи и в результате уплотнения грунта под подошвой трубчатого ростверка.

Необходимые сведения о конструкциях свай из прошлого семестра [9].

Железобетонные сваи по форме разделяются на призматические и цилиндрические с острием и без острия. П виду поперечного сечения сваи бывают сплошные квадратные, квадратные с круглой полостью, круглые или трубчатые (сваи - оболочки, рис. 2.5, а). Минимальная длина квадратный свай принимается 3 м с градацией длиной в 1 м. Длина квадратных свай с круглой полостью принимается от 4до 6 м с градацией через 0,5 м. Сваи - оболочки изготовляют длиной от 4 до 7 м. Сваи железобетонные длиной до 7 м называют короткими. Сваи квадратные сплошного сечения при обычном армировании изготовляются из бетона марки не ниже 200, а трубчаты сваи - из бетона М 300; напряжённо-армированные сваи изготовляют из бетона марки не ниже 300, а сваи - оболочки - из бетона марки 400.

Такое решение впервые было применено при проектировании и строительстве крупнопанельных домов серии 1-464, которые уже снята с производства - со строительства.

В каркасных и крупнопанельных зданиях с перечными несущими стенами, при которых ростверк работает совместно с этими стенами, он опирается на сваи через оголовки или насадки. Ростверками м. б. железобетонными монолитными, сборно-монолитными и сборными (см. рис. 2.5). Ростверк должен жёстко связывать головы свай, поэтому верхние концы арматуры, которые обнажаются после нарушенного забивкой бетона, входят в толщину ростверка или в оголовок насадки. По виду армирования сборные ж. б. ростверки м. б. с обычным армированием и предварительно-напряжёнными. Сборные ж. б. ростверки изготовляют из бетона М не ниже200, а монолитные - из бетона М 150.

Рис 2.4 Сборные ленточные фундаменты крупнопанельных зданий [9]

а - с поперечными несущими стенами; б - с продольными несущими стенами; в - сопряжение фундаментных элементов; 1 - фундаментная рама; 2 - фундаментный блок-подушка (трапециевидного сечения); 3 - цокольная панель; 4 - стяжка жёсткости (сплошная панель); 5 - стеновая панель; 6 - панель перекрытия; 7 - арматурные петли; 8 - замоноличивание бетоном; 9 - стальная закладная деталь; 10 - крупноразмерный фундаментный элемент.

Рис. 2.5 Размещение свай под крупнопанельным зданием с поперечными несущими стенами.

а - план размещения свай; б, в - варианты оголовки для стержневых и трубчатых свай. 1 - сваи; 2 - ростверк; 3 - отмостка; 4 - арматура головы сваи; 5 - оголовок (насадка); 6 - цокольная панель; 7 - замоноличивание; 8 - стальная закладная деталь для соединения ростверка с оголовком; 9 - трубчатая свая; 10 - стержень диаметром 18 -22 мм для сопряжения оголовки (насадки) с ростверком.

Рис. 2.5, а. Виды железобетонных забивных свай.

а - сплошные квадратного сечения; б - квадратные с круглой полостью; в - трубчатые (сваи-оболочки); г - башмак трубчатой сваи; 1 - стержневая арматура; 2 - хомуты; 3 - арматурная сетка; 4 - стержень диаметром 22 - 25 мм; 5- петли для подъёма; 6 - спиральная арматура.

10. Внутренние стены бескаркасных зданий [2].

Конструктивные решения панелей внутренних стен должны удовлетворять требованиям прочности, жёсткости, звукоизоляции и противопожарным требованиям. По нормам звукоизоляции в жилых зданиях однослойные (акустически однородные) межквартирные перегородки из тяжёлого бетона должны иметь поверхностную плотность 350 - 400 кг\м², а двойные (из гипсобетона, разделённые воздушной прослойкой) - 250 - 300 кг\м². Для повышения общей жёсткости здания и улучшения звукоизоляции необходимо заводить панель поперечной стены в замоноличенный стык в месте соединения поперечных стен с наружными панелями.

Внутренние крупнопанельные несущие стены применяются однослойной конструкции, они могут быть разделены на плоские - сплошные и тонкостенные - ребристые (рис. 2.6). Внутренние панели должны иметь полную заводскую готовность, из поверхности д. б. подготовлены под окраску или оклейку обоями. В панели д. б. вмонтированы трубы и закладные детали, необходимые для отопительной системы, и предусмотрены каналы для скрытой сменяемой электропроводки и слаботочных сетей.

Наиболее рациональными для применения в массовом крупнопанельном строительстве являются конструкции поперечных стен из бетонных слабо - армированных панелей.

Ранее при строительстве крупнопанельных 5-этажных домов применялись внутренние несущие стены в виде балок-стенок (серия К-7), из вибропрокатных скорлуп (серии 1-466 и П-32). Однако их применение оказалось нецелесообразным исходя из экономических и эксплутационных качеств.

Поперечные несущие стены 5-этажных домов при узком шаге (в пределах от 2,6 до 3,4 м) применяются толщиной 14 см, а при широком шаге (6 или 6,4 м) - 16 см.

Многочисленные замеры звукоизоляционных качеств межквартирных перегородок показали, что бетонные панели толщиной 12 см не полностью удовлетворяют нормативным требованиям. Их индекс изоляции воздушного шума ниже нормы. Поэтому толщину бетонных поперечных стен и увеличили до 14 см.

Главным требованием соединений между панелями внутренних стен наряду с прочностью является надёжная их изоляция воздушного шума. В практике строительства звукоизоляция внутренних стен в местах соединений панелей часто оказывается неудовлетворительной в следствии плохого выполнения монтажных работ (стеновые панели устанавливаются насухо, без раствора, в результате чего образуются щели, отсутствуют упругие прокладки в стыках между панелями).

Для звукоизоляции крупнопанельных стен следует заводить панели - перегородки в толщину наружной стены (в борозды) на 3-5см и в местах взаимных пересечений устраивать вертикальные колодцы шириной не менее 8 см, доступные для бетонирования; стыки с открытыми швами необходимо заполнять упругими прокладками с последующим замоноличиванием.

Повышение этажности здания в первую очередь влияет на работу несущих внутренних стен. Для выполнения технико-экономических показателей этих стен ЦНИИЭП жилища был проведён анализ многоэтажных крупнопанельных зданий с узким и широким шагом поперечных несущих стен.

Были рассмотрены бетонные и железобетонные конструкции стен. Анализ прочности показал, что бетонные панели толщиной 14-16 см при марке бетона 20 м. б. применены для 9-этажных зданий с узким шагом. При повышении марки бетона до 300 панели таких толщин м. б. применены в 12-14-этажных домах с узким шагом и 9-этажных с широким шагом.

Таким образом, бетонные панели нашли применение в крупнопанельных зданиях с узким шагом. При широком шаге использование бетонных панелей нецелесообразно. В этом случае необходимо переходить на железобетонные несущие панели. В связи с тем, что интенсивность загружения несущих панелей по высоте здания изменяется, желательно иметь в 14-16-этажных домах панели двух разных толщин.

Рис 2.6. Конструкции однослойных панелей внутренних несущих стен:

а - из тяжёлого бетона М 150; б - из лёгкого бетона М 75; в - с рёбрами по контуру из тяжёлого бетона М 200.

Поиск по сайту: