Железобетонные каркасные здания

Новосибирский Государственный  Архитектурно-Строительный

Университет (Сибстрин)

 

 

 

 

 

Учебно-исследовательская  работа

по учебной дисциплине

«Железобетонные конструкции»

на тему:

«Железобетонные каркасные здания»

 

 

 

 

Выполнил: Студент гр. 524

Молчанов М.А.

Проверил: Федорова Д.Б.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск 2014

Содержание

 

Глава 1. Каркасные железобетонные конструктивные системы 3

Глава 2.Сборный железобетонный каркас 16

2.1. Сборный каркас 16

2.2.Поперечно  стоечно-ригельный железобетонный  каркас 16

Глава 3. Обследование зданий и сооружений - дефекты строительных конструкций  зданий с железобетонным каркасом 22

3.1 Основные  причины повреждений и дефектов  зданий с железобетонным каркасом 22

3.2. Характерные дефекты железобетонного каркаса 25

Примеры 31

Список  литературы 33

 

 

Глава 1. Каркасные железобетонные конструктивные системы

Каркасные железобетонные конструктивные системы в общем случае состоят из трех основных конструкций, образующих несущую систему здания:

• вертикальных линейных конструкций - колонн;
• горизонтальных плоских конструкций - дисков перекрытий;
• дополнительных вертикальных плоских или пространственных конструкций - устоев.

Колонны воспринимают усилия от вертикальных и горизонтальных нагрузок и передают их на фундаменты, в которые, как правило, жестко защемлены. Устои  выполняют функцию вертикальных диафрагм жесткости и устанавливаются  при недостаточной жесткости  каркаса в горизонтальной плоскости  в одном или двух направлениях. Устои опираются на фундаменты. Стеной-диафрагмой называют стену многоэтажного здания. Плоские сборные устои состоят  из рам, заполненных специальными железобетонными  стенами-диафрагмами, называют рамодиафрагмами или дискорамами, а при заполнении стержневыми или решетчатыми связями - ферморамами. Съемные решетчатые связи применяют в период монтажа здания для предотвращения потери устойчивости каркасом. Пространственные устои открытого в плане профиля (углового, швеллерного, двутаврового и др.) получаются в результате соединения нескольких плоских устоев. Устой замкнутого сечения называют ядром жесткости и выполняют обычно из монолитного железобетона в скользящей опалубке. Диски выполняют функцию жестких горизонтальных диафрагм, объединяющих колонны и устои в единую пространственную несущую систему и передающих на них вертикальные и горизонтальные нагрузки. В зависимости от конструкции дисков перекрытий каркасы делятся на балочные, состоящие из балок и плит, и безбалочные (безригельные), состоящие только из плит (Рис.1).

Рис.1. Одноэтажные  железобетонныекаркасы производственного зданияс мостовым краном:

а, б - варианты с фермой и балкой покрытия;

в, г - схемы поперечной и продольной рамы

По способу изготовления железобетонные каркасные конструкции  разделяются на:

• сборные, состоящие из сборных колонн, дисков и устоев, изготавливаемых заранее и соединенных между собой на монтаже;
• монолитные, состоящие из монолитных колонн, дисков и устоев, изготавливаемых в проектном положении на месте возведения каркаса;
• сборно-монолитные, состоящие из сборных элементов и монолитного железобетона.

В зависимости от степени  податливости стыка колонн с элементами диска перекрытия применяют жесткое  сопряжение, называемое заделка, нежесткое - шарнир и податливое сопряжение.

Пространственные системы  в общем случае разделяются на отдельные плоские каркасные  системы в продольном и поперечном направлении. В зависимости от способа  обеспечения прочности, жесткости  и устойчивости здания плоские каркасные  системы разделяются на рамные, связевые и рамно-связевые. В рамной каркасной  системе вертикальная и горизонтальная нагрузки воспринимаются колоннами, объединенными  с дисками перекрытий. В связевой каркасной системе вертикальная нагрузка воспринимается колоннами, объединенными  с дисками перекрытий, а горизонтальная - вертикальными устоями. В рамно-связевой каркасной системе вертикальная и часть горизонтальной нагрузки воспринимаются колоннами, объединенными  с дисками перекрытий, а остальная  горизонтальная нагрузка - вертикальными  устоями.

В пространственном каркасе  рамно-связевой системы горизонтальная жесткость в одном направлении  обычно обеспечивается рамами с жесткими узлами, а в другом направлении, где  прочность и жесткость сопряжении недостаточна, - за счет установки вертикальных устоев.

 
Рис.2. Железобетонные каркасы:

а, б - балочной конструкции с ребристым и гладким потолком; 

в, г - безбалочной конструкции с капителями и без капителей

В пространственной каркасной  системе отдельные плоские каркасные  системы могут иметь одинаковое и различное конструктивное решение: рамное, связевое или рамно-связевое. При одинаковой жесткости плоских  конструктивных систем в одном направлении  пространственная работа каркаса обеспечивается самостоятельной работой отдельных  плоских каркасных систем. При  различной жесткости плоских  конструктивных систем, особенно, когда  вертикальные жесткие элементы располагаются  не в каждой плоскости, пространственная работа каркаса обеспечивается за счет работы жестких в своей плоскости  горизонтальных дисков перекрытий и  покрытий, передающих горизонтальные усилия между вертикальными плоскими устоями различной жесткости.

Каркасы рамной системы применяют  в производственных и общественных зданиях, требующих для нормального  функционирования свободной планировки помещений в обоих направлениях. В этих условиях применимы и каркасы  рамно-связевой системы с увеличенным  шагом колонн и решетчатыми устоями  в виде фермерам.

Каркасы связевой системы  с вертикальными устоями в  виде дискорам удобны для жилых, административных и общественных зданий с небольшими помещениями, регулярно расположенными на этажах. В этих зданиях требуются гладкие потолки. Поэтому применяются балочные каркасы с выступающими вниз ригелями и плитами с гладкой нижней плоскостью или безбалочные перекрытия с абсолютно гладким потолком, облегчающие планировку помещений и улучшающие интерьеры.

Безбалочные и балочные каркасы с гладкой нижней поверхностью плит применяются и в производственных зданиях, где каркасы с ребристыми перекрытиями не допускаются.

В каркасных зданиях обычно применяют сборные навесные железобетонные панели наружных стен. Однако имеются  решения и с несущими наружными  стенами в виде железобетонных панелей  вертикальной разрезки или из кирпича. В составе каркасов обычно применяют  также сборные перегородки, лестничные марши, сантехкабины, лифтовые шахты, вентиляционные блоки и т.п.

Сборные железобетонные одноэтажные  и многоэтажные каркасы балочного  типа являются наиболее распространенным типом каркасных зданий в практике отечественного строительства.

 
Рис.3. Схемы разрезки каркаса на сложные (а-г) и линейные (д, е) монтажные элементы

Одноэтажные сборные железобетонные каркасы балочного типа для зданий промышленного назначения со значительной высотой и пролетами, в том  числе и с мостовыми кранами, обычно выполняются в поперечном направлении по рамной конструктивной схеме, образуемой колоннами, защемленными в фундаментах, и балками или  фермами, шарнирно опирающимися на колонны (Рис.2). В продольном направлении  каркасы выполняются по связевой конструктивной схеме, образуемой колоннами, ребристыми плитами покрытия, опирающимися на балки или фермы, и вертикальными элементами, жесткими в горизонтальном направлении и образуемыми соседними колоннами, соединенными стальными решетчатыми связями.

Сборные многоэтажные железобетонные каркасы для удобства изготовления, транспортирования и монтажа  разрезают на элементы (Рис.3):

• укрупненные Н- и П-образные и крестообразные элементы;
• Т-образные колонны и ригели-вставки;
• линейные с одноэтажными колоннами с неразрезными и разрезными ригелями;
• линейные с однопролетными ригелями и одно-, трехэтажными колоннами.

Первые три способа  разрезки предназначены для рамных каркасов с заделками в узлах, применяемых в сейсмических районах (Рис.4, а). За рубежом имеются примеры  разрезки рам на пространственные элементы (Рис.4, в, г). Однако такие каркасы  не получили широкого распространения  из-за сложности изготовления, особенно при различных высотах этажей и пролетах рам.

Каркасы с крестообразными  колоннами и преднапряженными ригелями-вставками целесообразны для рам больших пролетов: 9 м (серия ИИ-04, вып. 14) и 12 м (каркас РЭК 12х12) (Рис.4, б).

Рис.4. Фрагменты  сборных каркасов с укрупненными монтажными элементами:а - плоскими крестообразными элементами; б - Т-образными колоннами и ригелями-вставками (РЭК 12х12);

в - пространственными крестообразными элементами;

г - пространственными Н-образными элементами

Рамный каркас с совмещенным  жестким стыком колонн и ригелей  с колоннами типа УК-1 (Рис.3, д) был  разработан в 1958-60гг. институтом общественных зданий для зданий до 5 этажей и с  сеткой колонн до 6х6 м.

Наибольшее распространение  получили каркасы с разрезкой  на одно-, трехэтажные колонны с  вынесенным стыком ригелей с колоннами (Рис.3, е). К ним относятся:

• рамные каркасы ИИ-50 и ИИ-60 для строительства промышленных зданий, разработанные в 50-е годы, которые были переработаны в серию ИИ-20 ЦНИИПромзданий в 1964г., а в 80-е годы в серию 1.420;
• рамно-связевый каркас серии ИИ-04 для общественных и административно-бытовых зданий 1964г.;
• связевые каркасы КМС-101 и ИИ-04 (Рис.5а, б), которые в дальнейшем были модернизированы, соответственно, в серии ТК1-2 и 1.020-1/83 межвидового применения для гражданских и промышленных зданий.

Балочный каркас серии 1.420 включает сетки колонн 6х6,9х6 и 12х6 м, высоты этажей 3,6; 4,8 и 6 м, нагрузку до 25 кН/м². В составе каркаса разработаны  варианты перекрытий из ребристых плит с опиранием на полки ригелей l-образного сечения и на ригели прямоугольного сечения; сечения колонн приняты 40х40 и 40х60 см.

В рамном каркасе серии  ИИ-04 стык ригеля с колоннами впервые  решен со скрытой консолью колонн. Предел применимости чисто рамной схемы  ограничен величиной узлового момента 176 кНм. Сетки колонн в каркасе приняты 6х6; 6х4,5 и 6х3 м с высотами этажей 3,3; 4,2 и 2,4 м и решались с помощью ригелей таврового сечения высотой 45 см, многопустотных и ребристых плит с нижней полкой и колонн сечением 40х40 и 30х30 см.

Жесткость рамных каркасов в направлении из плоскости рам  создается за счет защемления межколонных  связевых плит на опорах или с помощью  специальных балок, жестко соединяемых  с колоннами (Рис.4а, в).

 
 
Рис.5. Фрагменты  связевых каркасов:

а - КМС-101; б - ИИ-04; в - 1.020-1;

1 - колонны; 2 - ригели; 3 - связевые  плиты; 4 - рядовые плиты; 5 - металлические  связи; 6 - диафрагмы; 7 - стены; 8 - лестничные  марши

При совершенствовании рамных каркасов и разработке связевых каркасов стык колонн, осуществляемый с помощью  многопроходной сварки тяжелых металлических  оголовников, был заменен на плоский безметальный стык с ванной сваркой выпускаемых продольных арматурных стержней (см. раздел Колонна железобетонная); а сам стык для удобства монтажа вынесен над уровнем перекрытия (Рис.5а, б), что позволило вести сборку каркасов индустриальными методами с помощью одиночных и групповых кондукторов. Отказ от металлических оголовников и снижение опорных моментов в связевых каркасах (КМС-101 и ИИ-04) до 55 кН м позволило значительно упростить армирование ригелей и колонн и провести унификацию арматурных изделий.

В связевых каркасах межвидового  применения 1.020-1/83 принят шарнирный  стык ригеля с колоннами, а в каркасе  ТК1-2 опорный момент снижен до 25 кНм. В эти каркасы наряду с круглопустотными плитами включены плиты 2Т пролетом 9 и 12 м и ребристые П-образные плиты. В серии 1.020-1/83 плиты 2Т опираются на ригели в подрезку (Рис.5в).

Конструкции стыков ригелей  и колонн сборных рамных и связевых каркасов даны в разделе "Рама железобетонная". Объединение плит и ригелей сборных  каркасов в жесткие диски перекрытий осуществляется путем сварки закладных  деталей примыкающих элементов  и замоноличивания бетоном швов между ними. Поскольку заделка швов является обязательным требованием, то сборные каркасы правильнее называть сборно-омоноличенными.

Монолитные каркасы балочного  типа были предложены в 1982г. во Франции. Они выполняются в виде монолитных одноэтажных и многоэтажных рам  с жесткими узлами и дисков перекрытий с настилом в виде ребристой или  сплошной монолитной плиты (Рис.1а, б).

В сборно-монолитных каркасах применяются обычно сборные колонны  и монолитные или сборно-монолитные диски перекрытий, которые рассмотрены  в разделах "Сборно-монолитные железобетонные конструкции", "Перекрытия железобетонные", "Рама железобетонная", "Балка  железобетонная", "Плита железобетонная". К сборно-монолитным относится сейсмический рамно-связевый каркас ИИС-04, разработанный  ТбилЗНИИЭПом, а также каркас "Радиус" трех модификаций АО "Инрекон" с выступающим и без выступающего вниз ригеля.

Помимо каркасов балочного  типа широкое применение имеют безригельные каркасы или каркасы с безбалочным перекрытием (Рис.1в, г). Безригельные каркасы включают колонны и перекрытия, состоящие из отдельных сборных плоских плит или сплошной плоской монолитной плиты. Сборные плиты разделяются на подколенные, устанавливаемые в месте расположения колонны, с отверстием для пропуска колонны; межколонные, располагаемые в пролете между надколенными плитами, и средние плиты (Рис.6а). Для усиления надколенных плит могут предусматриваться специальные дополнительные элементы - капители (Рис.1в). Жесткие соединения сборных элементов каркаса образуются путем сварки закладных деталей, сварных или безсварных соединений арматурных выпусков и последующего замоноличивания сопряжений.