ТВЗ Лекции 7, 8 / Лекция № 7.8.3 Возведение каркасных зданий с натяжением арматуры в процессе монтажа

Возведение каркасных зданий с натяжением арматуры в процессе монтажа

Использование преднапряженных конструкций способствует снижению расхода материалов, повышению долговечности и эксплуатационной надежности зданий. Начиная

с50-х годов XX века, в сборном строительстве активно используют конструкции, преимущественно изготовленные в заводских условиях (многопустотный настил, фермы, балки пролетных строений мостов и др.). В настоящее время объем сборного преднапряженного железобетона составляет около 30 % от выпуска. Применение преднапряжения конструкций в построечных условиях производят в крайне редких случаях.

Конструктивная система преднапряженного каркаса впервые была разработана в Югославии и имеет ряд специфических особенностей. В отличие от традиционных предварительно напряженных конструкций, особенность системы состоит в том, что все элементы каркаса выполняются из обычных сборных железобетонных конструкций, а их обжатие осуществляется за счет натяжения арматуры, размещаемой в продольных и поперечных стыках панелей перекрытий и отверстиях в колонных. В результате обжатия возникают силы трения в узлах сопряжения плит перекрытия и колонн, что обеспечивает требуемую несущую способность каркаса. Расположение преднапряженной системы во взаимно перпендикулярных направлениях позволяет создавать условия работы конструкций, достаточно стойких к восприятию как статических, так и динамических нагрузок, что особенно важно при возведении зданий в сейсмических районах. Кроме

высокой сейсмостойкости данная система имеет ряд преимуществ по сравнению с известными. Это низкий расход бетона (0,15...0,2 м3/м2), снижение трудозатрат на изготовление и возведение. Из-за отсутствия закладных деталей и арматурных выпусков резко снижается расход стали, отпадает необходимость в производстве сварочных работ. Это повышает эксплуатационную надежность и долговечность зданий. Несмотря на применение типовых сборных деталей заводского производства, из-за отсутствия внутренних несущих стен система обладает значительной гибкостью архитектурнопланировочных решений. Она позволяет возводить ширококорпусные здания с шагом ячейки расположения колонн от 3,6×3,6 м до 7,2×7,2 м. Это обеспечивает создание гибкой планировки помещений путем использования внутренних перегородок облегченной конструкции. По данной конструктивной схеме возможно возводить широкий диапазон зданий различной этажности и назначения (от 2...3 этажей коттеджного типа до 17...20 - этажных многоквартирных жилых домов, административных и промышленных зданий).

Вкачестве несущих элементов используются многоярусные колонны прямоугольного сечения, которые имеют на уровне перекрытий отверстия для пропуска напрягаемой арматуры (рис. 1). Пространство между колоннами заполняется сборными железобетонными плитами на размер ячейки. Плиты изготавливаются пустотными с усиленными продольными и поперечными ребрами, с специальной выемкой для контакта

споверхностью колонн. Наружные грани плит выполняются с учетом обеспечения при их соединении пространства для пропуска арматуры и ее замоноличивания.

По периметру каркаса располагаются специальные бортовые элементы, которые, соединяясь с плитами перекрытий, образуют пространство для пропуска напрягаемой арматуры по контуру здания. Они же служат несущими элементами для размещения наружных стеновых панелей. Для устройства консольных выпусков используются специальные плиты, которые также крепятся с помощью напрягаемой арматуры. Консольные выпуски могут служить элементами балконов и лоджий.

Система преднапряженного безбалочного каркаса снабжается внутренними железобетонными стенками, которые размещаются между колоннами и выступают в качестве элементов жесткости. Их установка производится по мере возведения перекрытий этажей

-1 -

по вертикальной оси. Они предназначены для восприятия горизонтальных нагрузок и обеспечения пространственной жесткости каркаса.

Рисунок 1. Каркасная система зданий с натяжением арматуры в построечных условиях: а - принципиальная схема; б - общий вид фрагмента здания; 1 - плита; 2 - бортовой элемент; 3 - преднапряженная арматура; 4 - колонны; 5 - внутренняя панель перегородки; 6 - монолитный участок; Р - усилие натяжения.

Технологическая гибкость данной системы состоит в возможности возведения зданий сложной геометрической формы различной этажности.

С целью снижения типоразмеров конструктивных элементов, для каждого здания принимаются ячейки одного и реже - двух типоразмеров. Максимальное использование типовых элементов сборного железобетона превращает строительную площадку в сборочный конвейер.

Особенно важно качество сборных элементов, их соответствие геометрическим размерам проектных значений с учетом системы допусков, а также соответствие конструктивных элементов физико-механическим характеристикам. Достаточно жесткие требования по допускам геометрических размеров предъявляются практически ко всем конструктивным элементам: фундаментам, плитам перекрытия, колоннам, стенкам жесткости, бортовым и консольным элементам, лестничным маршам и т.п.

Об ограниченном количестве типоразмеров сборных элементов свидетельствует номенклатура изделий, применяемая для возведения многоэтажных жилых зданий (рис. 2). В зависимости от проектного решения могут использоваться: одно-, двух- и трехъярусные колонны; плиты перекрытия на ячейку или составные из двух элементов; лестничные марши, объединенные с площадкой; стенки жесткости сплошного сечения и с проемами и т.п.

- 2 -

подготовки (рис. 3). Воротник на колонне служит также опорой для плит перекрытий, поэтому его установка должна осуществляться с максимальным соблюдением допусков.

Рисунок 3. Технологические схемы установки, выверки и временного крепления элементов каркаса подземной части здания: 1 – фундаменты стаканного типа; 2 – 3-х ярусные колонны; 3 – клиновый вкладыш для временного крепления колонн и выверки в проектное положение; 4 – металлический воротник; 5 – подкос с регулируемой длиной; 6 – панель диафрагмы; 7 – фиксатор; 8 – монтируемая панель перекрытия; 9 – бортовая балка в процессе монтажа.

Выверка колонн в проектное положение производится путем фиксирования нижней части с осевыми рисками на фундаменте с помощью клинового захвата и верхней части за счет изменения длины подкоса.

Точность установки колонн в проектное положение имеет существенное значение при возведении перекрытий последующих этажей и ярусов. Поэтому монтаж колонн подвальной части должна осуществляться минимальными отклонениями от проектных значений. Для контроля вертикальности колонн используют геодезические приборы.

Для омоноличивания стыков колонн с фундаментами используются быстротвердеющие бетонные смеси на мелком заполнителе с добавками, ускоряющими набор прочности.

Наращивание колонн вышележащих этажей осуществляется несколькими методами, в зависимости от конструкции стыков. Конструктивное решение стыков зависит от этажности здания, шага колонн и действующих нагрузок. Для многоэтажных жилых зданий допускается облегченный стык, основанный на пропускании арматурных стержней выше- и нижестоящей колонны в специальные отверстия в бетоне (штепсельное соединение). Каждая колонна имеет в обоих концах четыре анкера и четыре отверстия. При стыковке поверхность нижней колонны покрывается слоем цементно-песчаного раствора. После установки колонны осуществляется цементирование каналов с анкерами. Таким образом, достигается требуемая монолитность и равнопрочность стыка.

Для промышленных зданий высотой более 5 этажей стыковка колонн осуществляется с использованием объемных металлических элементов, свариваемых с арматурными стержнями. При этом верхний торец колонны имеет корытообразную форму, в которую погружается нижний торец монтируемой колонны с металлическим воротником. Для обеспечения плотного контакта торцевых элементов перед наращиванием колонн осуществляется подливка раствором. После выверки в проектное положение осуществляется сварка стыкуемых элементов (рис. 4).

Характерной особенностью стыков колонн является то, что они располагаются выше уровня перекрытия на 150...200 мм. Это обеспечивает не только удобство ведения работ по их устройству и выполнению последующих монтажных операций, но и восприятие максимальных моментов и поперечных сил. Создание равнопрочных стыков является основой повышения надежности и долговечности зданий.

Монтаж диафрагм жесткости производится после установки колонн и набора требуемой прочности стыков. Их установку осуществляют строго по оси симметрии колонн с сохранением проектных зазоров. Как правило, диафрагмы устанавливаются в местах разграничения квартир, секций домов, а также используются для формирования лестничных клеток. Их выверка и временное крепление осуществляются с применением подкосов и фиксаторов и мало отличаются от технологии монтажа элементов круп-

- 4 -

нопанельных зданий. Диафрагма жесткости считается смонтированной только в том случае, если произведена заделка стыков торцевых элементов с плоскостью колонн.

Рисунок 4. Стыки колонн для возведения многоэтажных а) жилых и б) промышленных зданий.

Монтаж элементов перекрытия включает установку плит, рамных конструкций лестничных клеток, лифтовых шахт, бортовых балок и т.п. Основным требованием при монтаже плоских элементов является тщательное соблюдение монтажного горизонта, что достигается различными технологическими приемами. Наиболее простым и менее трудоемким является использование опор временных элементов воротников. Это обеспечивает проектное положение плит перекрытия. При использовании составных плит из двух или трех элементов применяют специальные подмости с опорными площадками, снабженными механическими домкратами (рис. 5), позволяющие с минимальными трудозатратами произвести выверку плит в проектное положение. Подобные приспособления используют при возведении надземной части зданий для монтажа консольных элементов - балконных плит, лоджий и т.п. При этом временные опоры сохраняются до окончания производства работ по натяжению арматуры и ее омоноличиванию.

Рисунок 5. Технология монтажа составных плит перекрытия с применением подмостей: 1 - колонны; 2 - составные плиты перекрытия; 3 - консольный элемент; 4 - подмости с механическими домкратами; 5 - кронштейны для временного крепления консольных плит.

Проектное положение бортовых балок обеспечивается использованием специальных консолей на воротниках, а их временное крепление осуществляется с помощью фиксаторов.

- 5 -

Монтаж стеновых панелей заглубленной части здания производится известными технологическими приемами с устройством и герметизацией стыков и последующей гидроизоляцией.

Возведение надземной части зданий. После устройства перекрытий подвальной части выполняют цикл работ по монтажу конструкций первого и второго этажей. При наличии нескольких захваток достигается непрерывность и ритмичность монтажного потока.

Всоответствии с технологическим регламентом допускается возведение двух перекрытий без омоноличивания стыков и натяжения арматуры, что дает возможность более оперативного планирования технологии производства работ.

Вкачестве захватки принимается секция жилого дома. Процесс монтажа сборных элементов этажа осуществляется непрерывным потоком в следующей технологической последовательности (рис. 6): первоначально монтируются элементы внутренних стен, а затем перекрытий, лестничных клеток, консольных элементов балконных плит, бортовых элементов и т.п.

Рисунок 6. Технологические схемы и последовательность монтажа элементов безбалочного каркаса: а - фрагмент стройгенплана; б - поперечный разрез на период монтажа элементов каркаса.

Для установки консольных элементов балконных плит используются временные опоры, обеспечивающие их геометрически неизменяемое положение на период временного крепления.

Установка бортовых элементов производится на консольные выпуски воротников, а их временное крепление осуществляется с использованием специальных анкеров.

По завершении работ на захватке производится цикл работ по укладке напрягаемой арматуры и ее натяжению. Эти работы выполняются отдельным строительным потоком. При этом звено монтажников продолжает монтаж конструкций на очередной захватке.

До укладки напрягаемой арматуры необходимо выполнить работы по омоноличиванию стыков колонн с плитами перекрытий, а также заделку стыков стенок жесткости с колоннами.

Технологическим регламентом предусматриваются достаточно жесткие условия создания стыковых соединений. Это обстоятельство исключительно важно для обеспечения несущей способности каркаса, т.к. создаваемые за счет натяжения силы трения между плитами перекрытий и колоннами, а также между диафрагмами и колоннами зависят от степени заполнения стыков при омоноличивании и физико-механических характеристик материала.

Для обеспечения стыковых соединений требуется использование композиционных материалов достаточно высокой прочности. Так, для устройства стыков между колоннами

- 6 -

и плитами перекрытий, зазор между которыми составляет 3...4 см, требуется заполнение раствором, прочность которого после твердения должна быть не менее 30 МПа. Процесс натяжения арматуры допускается при достижении прочности не менее 22 МПа.

Подобное решение принимается для диафрагм жесткости. Зазор между плоскостью колонн и торцевых элементов диафрагм жесткости (внутренних стен) заполняется высокопрочным раствором, обеспечивающим их плотный контакт с плоскостью колонн. Омоноличивание стыков обеспечивает требуемые условия передачи горизонтальных нагрузок при натяжении арматуры и пространственную жесткость каркаса.

Наиболее ответственным этапом в технологии производства работ является установка напрягаемой арматуры, ее натяжение и омоноличивание. Комплекс работ включает раскрой и установку пучков, первичное натяжение, инъецирование отверстий в колоннах, вторичное натяжение и омоноличивание швов.

В качестве напрягаемой используется канатная (пучковая) арматура. Ее параметры устанавливаются расчетным путем. Для многоэтажных жилых зданий используются канаты Ø15,2 мм в количестве 2-х элементов. Они устанавливаются в продольном и поперечном направлениях через соответствующие отверстия в колоннах и полостях в стыках между перекрытиями (рис. 7). Натяжение и защита канатов от коррозии представляют важнейшие операции для обеспечения надежности и долговечности конструкций.

Рисунок 7. Схемы размещения напрягаемой арматуры в элементах каркаса: а – узел сопряжения колонн, плит перекрытия и бортовых балок; б, в – стыки колонн и размещение напрягаемой арматуры; г – схема размещения напрягаемой арматуры в стыках плит перекрытия; д – узел сопряжения панелей перекрытия и колонн; 1 – поперечная напрягаемая арматура; 2 – продольная; 3 – участок омоноличивания колонн с плитами перекрытия; 4 – монолитный участок сопряжения плит перекрытия.

Раскрой пучков осуществляется на специальном стенде. Длина раскроя пучка, напрягаемого с двух сторон, равна расстоянию между внешними поверхностями гильз, увеличенное на длину захвата гидравлического натяжного устройства (пресса). Действительная длина тросов должна быть несколько больше из-за отклонения трассы пучка от прямой линии. Пучки устанавливаются в конструкцию протягиванием через соответствующие отверстия в колоннах. В концах устанавливаются прокладки, гильзы и клинья. Для фиксации канатов используются специальные анкеры. Для пучков, расположенных в коротком направлении, натяжение осуществляется с одной стороны. В продольном направлении здания пучки натягиваются с двух сторон с помощью двух гидравлических домкратов.

Перед натяжением пучков должен быть выполнен цикл работ по омоноличиванию стыков колонн с плитами перекрытия, а также диафрагмами жесткости. При этом, как отмечалось, должна быть достигнута необходимая прочность соединений. Натяжение пучковой арматуры осуществляется по специально разработанной программе. Она должна содержать данные о последовательности предварительного натяжения, величине усилий в пучках, относительном удлинении, а также о последовательности и применяемых усилиях в отдельных полях. Для производства работ по натяжению используются специальные полуавтоматические гидравлические домкраты. Гидродомкраты облегченного типа, вес которых составляет от 14 до 45 кг, обеспечивают усилия натяжения от 120 до 450 кН. Они

- 7 -

Технология возведения зданий и сооружений. Лекция 7.8.3

представляют собой механизмы двухстороннего хода и могут использоваться как в малоэтажном, так и многоэтажном строительстве жилых зданий.

Натяжение пучков осуществляется со специальных навесных подмостей, на которых размещается рабочий с гидравлическим домкратом (рис. 8, б). Усилие натяжения определяется по данным манометра, по результатам предварительной тарировки. После установления домкрата на пучок рабочий выполняет операцию захвата и натяжения троса. При этом определяется общее удлинение пучка. Усилие натяжения и удлинение пучка являются общими параметрами, характеризующими цикл натяжения.

При натяжении с короткой стороны здания первоначально осуществляется анкеровка пучков в гильзах и последующее натяжение с противоположной стороны. В данном случае величину удлинения пучков рассчитывают пропорционально его длине.

Технологическая последовательность натяжения арматуры зависит от размеров здания и, как правило, производится симметрично с крайних рядов колонн к центру здания. В такой же последовательности осуществляется натяжение поперечных элементов короткой стороны.

Для более полного использования эффекта предварительного напряжения применяют двухстадийное натяжение.

Вторая стадия натяжения состоит в опускании напряженного пучка в центре пролета на величину эксцентриситета (рис. 8, в). Этот прием позволяет увеличить степень натяжения пучков и повысить несущую способность каркаса. Технологический прием дополнительного натяжения осуществляется путем сдавливания пучка вниз до получения необходимого эксцентриситета. Затем производится его фиксация в проектное положение путем установки анкера из стержневой арматуры в специальное пространство в ребрах перекрытия.

Рисунок 8. Технология натяжения продольной и поперечной арматуры: а - технологическая последовательность натяжения продольной и поперечной арматуры; б - схема размещения люльки и гидравлического домкрата; в - схема дополнительного натяжения арматуры путем ее опускания; 1 - навесная люлька; 2 - гидродомкрат; 3 - напрягаемая арматура; 4 – гильза.

Контроль натяжения арматуры проводится двумя способами: по величине давления на манометре насоса и удлинению тросов. Отклонение от расчетных параметров должно быть не более ± 8 %. Измерение удлинения производится на каждом пучке. Данные измерений вносятся в акт по производству работ.

Антикоррозийная защита преднапрягаемой арматуры осуществляется путем инъецирования каналов через колонны, заделкой швов между колоннами и плитами, замоноличиванием швов межканального пространства и обетонированием концевых анкеров.

Защита будет эффективной и долговечной при соблюдении технологического регламента производства работ, составов инъецируемых и бетонных смесей, а также минимальных сроков нахождения элементов напрягаемой системы под воздействием атмосферных осадков. При неблагоприятных климатических воздействиях необходимо применять меры по временной защите пучков.

Процесс устройства наружного стенового ограждения может осуществляться параллельно возведению каркаса здания или после его окончания. Наиболее рациональным

- 8 -