Каркасные панельные здания и их конструктивные схемы

Областью применения каркасных крупнопа­нельных зданий являются крупные общественные здания, независимо от их этажности, а также многоэтажные жилые дома. Каркасно-панельные здания могут решаться как с полным, так и с неполным каркасом. Основным решением явля­ется первое, позволяющее возводить здание лю­бой этажности, с использованием для стен легких навесных панелей. Неполный каркас, требующий несущих панелей, применяется лишь в зданиях небольшой высоты.

Расположение ригелей каркаса может быть как поперечным (см. рис. 6), так и продольным (рис. 106, а). Встречается также безригельный варианте опиранием крупноразмерных элементов перекрытий непосредственно на колонны (рис. 106, б).

Основным требованием к каркасу является его прочность и пространственная жесткость при высокой индустриальности и экономичности по расходу металла и стоимости. Каркасы панель­ных зданий, как правило, выполняют из сборного железобетона. При большой этажности колонны нижних этажей иногда делают монолитными с жесткой арматурой (из прокатных или сварных профилей). Стальные колонны применяют как исключение лишь в зданиях уникального значе­ния при наличии соответствующих технико-эко­номических обоснований.

По конструктивной схеме каркасы могут быть как рамного, так и рамно-связевого и связевого типов. Основной конструктивной схемой сборных железобетонных каркасов высоких зданий является связевая, при которой по сравнению с рамной схемой достигается большая жесткость, проще решаются узлы и снижается расход стали. Применяется также рамно-связевая схема, по которой, например, решен унифицированный железобетонный каркас для общественных зданий высотой до 12 этажей (серия ИИ-04).

Пространственная жесткость такого каркаса обеспечивается в горизонтальной плоскости пе­рекрытиями, выполняющими роль жестких гори­зонтальных диафрагм; в вертикальной плоско­сти — жесткостью рамных узлов (между ригелями и колоннами) и специальными железобетонными стенками, являющимися вертикальными диа­фрагмами. Эти стенки ставятся как в направле­нии, перпендикулярном плоскости рам, так и, если необходимо, в плоскости рам каркаса (рис. 107, а). В высоких зданиях желательно объе­динение вертикальных диафрагм в пространст­венную систему, пример которой приведен на рис. 107, б.

Перекрытия воспринимают горизонтальные (ветровые) нагрузки и передают возникающие усилия вертикальным диафрагмам. Необходимая жесткость сборных железобетонных перекрытий достигается замоноличиванием всех зазоров меж­ду его элементами, сваркой их закладных деталей и устройством в отдельных местах между плитами растворных шпонок (рис. 108), воспринимающих сдвигающие усилия. Большое значение имеет также введение в конструкцию перекрытия связевых плит, располагаемых между колоннами в направлении, перпендикулярном ригелям; они обеспечивают устойчивость колонн и участвуют в работе перекрытия как жесткие диафрагмы.

Колонны унифицированного каркаса, разме­щаемые по сетке 66 и 63 м, имеют попереч­ное сечение 300300 мм для зданий до 4 этажей включительно и 400400 мм для нижних этажей более высоких зданий. Они изготовляются на высоту одного или двух этажей. Колонны опи­рают на железобетонные башмаки стаканного типа, устанавливаемые в зависимости от нагрузки и местных грунтовых условий непосредственно на грунт или же на железобетонные блочные или свайные фундаменты, определяемые расчетом.

Ригели унифицированного каркаса имеют тав­ровое поперечное сечение и высоту 450 мм. На полки ригеля опирают плиты перекрытий. Рядо­вые плиты приняты многопустотные высотой 220 мм. Связевые плиты при той же высоте имеют ширину 1,2 м и предусмотрены двух типов— пустотные или корытного сечения (санитарно-технические) с отверстиями для пропуска верти­кальных труб (стояков).

Вертикальные диафрагмы жесткости выпол­няют из сборных железобетонных панелей тол­щиной 120 мм, соединяемых с элементами кар­каса и между собой сваркой закладных деталей.

Примером жилых каркасно-панельных зданий могут служить 16-этажные дома серии 1-МГ-601. Каркас таких зданий состоит из двухэтаж­ных стыкуемых по высоте колонн сечением 400400 мм со скрытыми консолями для опирания ригелей. Пространственная жесткость здания в обоих направлениях обеспечивается шарнирно-связевой схемой, т. е. совместной работой колонн, ригелей, панелей перекрытия и сборных железо­бетонных стенок (диафрагм жесткости) толщиной 140 мм, соединяемых между собой и с колоннами стальными сварными связями. Внешний вид таких зданий, возведенных в Москве, приведен на рис. 168, б.

В сборном строительстве существенное зна­чение имеет схема членения каркаса на отдельные составные части. Существуют различные схемы, но за последние годы чаще других применяются следующие:

колонны высотой в один или два этажа сты­куются между собой вне узла сопряжения их с ригелем. Стык делают на высоте 0,6 м от уровня пола или на уровне пола, как это принято в уни­фицированном каркасе;

колонны каждого этажа перекрываются риге­лем, опирающимся непосредственно на их верхние торцы, а колонны следующего этажа опи­раются на эти ригели.

Весьма ответственными местами сборного кар­каса являются его узлы, в которых стыкуются между собой отдельные элементы. К этим стыкам помимо требований надежности, долговечности и простоты предъявляется ряд требований монтаж­ного характера: они должны допускать зимнюю сборку, приобретать прочность сразу после сборки, обеспечивать при монтаже точность вза­имного положения элементов. Этим требованиям удовлетворяют стыки, осуществляемые при по­мощи сварки стальных закладных деталей.

Типовой вариант стыка двух колонн, рабо­тающих на центральную нагрузку, приведен на рис. 109. Концы колонн снабжены стальными сварными оголовниками, приваренными к арма­туре. Верхний оголовник во избежание внецентренной передачи нагрузок имеет стальную цен­трирующую прокладку толщиной 3 мм. После установки и выверки верхней колонны оголовники сваривают по периметру стыка, после чего ме­сто стыка обертывают стальной сеткой и замоноличивают цементным раствором.

При опирании колонн друг на друга через ригели стык осуществляют сваркой стальных де­талей, имеющихся как в верхних и нижних тор­цах колонн, так и в обоих опорных плоскостях концов ригелей (рис. 110). Такой стык называют «платформенным». Он требует мало металла, прост в монтаже и обладает достаточной жестко­стью. По тому же принципу решается платформенный стык при безригельном варианте зда­ния с той разницей, что на верхний торец колонны опирают углы крупных плит перекрытия (раз­мером «на комнату») и на эти же углы устанавли­вают колонну вышележащего этажа (рис. 111).

Типовой узел примыкания ригеля к колонне, разработанный для унифицированного рамно-связевого каркаса, решен опиранием ригеля на «скрытую» (невидимую в законченном виде) кон­соль колонны, для чего в концах ригеля с ниж­ней стороны предусмотрены четверти. Сопряже­ние достигается сваркой стальных закладных де­талей ригеля и колонны (рис. 112), после чего все швы и зазоры между стыкуемыми элементами заполняются раствором и место стыка оштукату­ривается.

Стеновые панели в полнокаркасных зданиях, как правило, применяются навесные и значи­тельна реже (только в зданиях небольшой высо­ты) — самонесущие.

Типовые конструкции стыков навесных пане­лей — горизонтального и вертикального — при­ведены на рис. 113. Крепление панелей к элементам каркаса производится при помощи спе­циальных закладных деталей и болтовых соеди­нений, которые допускают возможность некоторых температурных деформаций стен независимо ­от каркаса здания. Панели в зависимости от их положения могут крепиться к колоннам (рис. 114), ригелям и крайним связевым плитам.

Крыша зданий, как правило, делается совме­щенной и конструктивно решается аналогично крышам бескаркасных зданий.

Наиболее целесообразным типом лестницы для каркасно-панельных зданий является железобе­тонная со сборными укрупненными элементами, состоящими из марша с двумя полуплощадками (см. рис. 87, б), опирающимися на ригели кар­каса, основные или дополнительные.

Основания каркасно-панельных зданий, осо­бенно при их значительной высоте, испытывают большие сосредоточенные нагрузки. Проведен­ными исследованиями установлено, что в этих условиях наиболее рациональными типами фун­даментов являются свайные, железобетонные «сплошного или трубчатого сечения.

Внутренняя отделка и санитарно-техническое оборудование крупнопанельных зданий решается на уровне последних достижений строительной техники. Так, например, отопление помещений часто осуществляется специальными железобетонными панелями с вмонтированными в них в процессе изготовления регистрами (трубами, в виде змеевиков) с подключением последних к общей сети центрального водяного отопления.

В современном индустриальном строитель­стве оборудование санитарных узлов (уборных, ванных) обычно размещается в специальных санитарно-технических кабинах, доставляемых на стройки в готовом виде и устанавливаемых на место в процессе монтажа здания. Корпус ка­бины может быть монолитным, сборно-монолит­ным железобетонным или же выполняться в кар­касе из угловой стали с заполнением из гладких асбестоцементных листов толщиной 8—12 мм (рис. 115).

Такие кабины выпускаются заводами с пол­ной внутренней отделкой, с готовыми полами, установленными санитарными приборами и смонтированными трубопроводами и электропро­водкой, которые остается лишь присоединить к основным коммуникациям здания.