книги из ГПНТБ / Шахназарян С.Х. Возведение зданий методом подъема этажей и перекрытий. Исследования, проектирование, строительство

дусматриваются отверстия для крепления плит перекры­ тий. Устойчивость возводимого каркаса в этом случае обеспечивается шахтами. Этот вариант применим как при подъеме этажей, так и перекрытий. В связи с необхо­ димостью выполнения довольно трудоемких работ по воз­ ведению железобетонных шахт в переставной пли сколь­ зящей опалубке этот вариант едва ли может получить широкое распространение.

Т р е т и й в а р и а и т. Шахты возводятся с плиты кровли в процессе ее подъема. В зоне шахт создаются временные монтажные металлические стойки для опиранпя на них подъемников и поднятых плит перекрытий. Таким образом, в подъемно-монтажный период возводи­ мое здание представляет собой две самостоятельные сис­ темы— шахта II каркас. После поэтажного возведения каркаса на стенах шахт по их контуру создаются опоры и плиты перекрытий опираются на шахты. После возве­ дения здания металлические стойки вырезаются и удаля­ ются. Недостатком этого варианта является необходи­ мость создания временных стоек и их последующее уда­ ление, а также необходимость создания дополнительных воротников в плитах перекрытий для монтажных стоек и др., что сопряжено со значительными затратами труда.

В свете изложенного среди рассмотренных трех вари­ антов предпочтение следует отдавать первому варианту.

Многоэтажные здания, решенные по рамно-связевой системе, могут иметь одну или несколько несущих шахт.

Ниже рассматриваются особенности, которые необходи­ мо учесть при проектировании таких зданий. Одним из основных требований проектирования многоэтажных зда­ ний, в особенности при наличии значительных горизон­ тальных нагрузок (сейсмика, ветер), является обеспе­ чение симметричного расположения масс и жесткостей здания. В рассматриваемом случае для выполнения это­ го требования шахту следует располагать в центральной час'ти здания. Конструктивно и технологически целесо­ образно внутри шахты разместить лестнично-лифтовые и инженерные коммуникации. При этом плиты перекры­ тий получаются без вырезов, цельные на весь этаж, т. е. более простые для изготовления. Так как жесткость зда­ ния в основном создается шахтой, то вокруг последней можно образовать любую симметричную форму каркаса с цельными плоскими плитами перекрытий, благодаря чему зданиям в плане можно придать любую конфигура-

330

дню. Однако такое решение, оптимальное с архитектур­ ной, конструктивной и экономической точек зрения, при­ водит к необходимости искусственного освещения лест­ нично-лифтовой клетки, а в зданиях более 9 этажей — обеспечения специальных мероприятий по их незадым­ ляемости. При естественном освещении п обеспечении пезадымляемости лестничной клетки с образованием воз­ душной зоны возникает необходимость вынесения лест­ ничной клетки из объема шахты и расположения ее у периметра здания. В этом случае в плитах перекрытий необходимо предусмотреть проемы для пропуска лест­ ничного каркаса. Последний проектируется так, чтобы не создавать дополнительные нагрузки на перекрытия. С целью избежания возникновения в здании несиммет­ ричной жесткости каркас лестничной клетки решается с шарнирными узлами. Вынос лестничной клетки из объема шахты приводит к конструктивным осложнениям, появ­ лению дополнительных сборных элементов и, самое глав­ ное, к значительным потерям объемов здания на осуще­ ствление переходных коммуникаций. Описанное решение было реализовано при проектировании и строительстве 10-этажных жилых зданий (см. § 9).

В зданиях с двумя и более шахтами представляется возможным размещать шахты симметрично, по контуру здания и одновременно обеспечивать естественное осве­ щение и при необходимости незадымляемость лестнич­ ных и лифтовых клеток. Конструктивное решение с дву­ мя шахтами было использовано в 12-этажных зданиях типа «спаренный трилистник» (см. § 11). Следует, одна­ ко, учесть, что при значительной ветровой нагрузке, а также при сейсмических воздействиях необходимо до­ биться одинаковых динамических характеристик шахт в здании, так как нарушение этого требования при колеба­ ниях приводит их к неодинаковым перемещениям, вслед­ ствие чего могут возникнуть крайне нежелательные из- гибно-крутильные деформации здания.

Практически одинакового периода колебаний несколь­ ких шахт можно добиться при возведении стволов шахт примерно одной высоты, из бетонов, имеющих одинако­ вые упругие свойства, и при устройстве их фундаментов на однородных грунтах с одинаковой податливостью ос­ нования. Для соблюдения этих условий и обеспечения одинаковой высоты стволов шахт необходимо предъ­ явить повышенные требования в отношении качества

3 3 1

бетона и выполнять дополнительные работы нулевого цикла.

Вследствие значительной изгибноп жесткости шахт при их соединении с плитами перекрытий большой протя­ женности иа проектных отметках в шахтах могут воз­ никнуть усилия, обусловленные температурными дефор­ мациями плит, которые необходимо учесть соответствую­ щим расчетом. Для уменьшения температурных усилий рекомендуется применение податливых соединений.

В случае, когда строительный участок представлен разнородными грунтами и неодинаковыми сейсмически­ ми характеристиками (например, в пределах участка ос­ нованием фундамента одной шахты может оказаться скалистый грунт, а другой — рыхлый, пескалистый грунт), применение в здании двух и более шахт с цель­ ными плитами перекрытий на этаж нецелесообразно. К тому же, если участок расположен в пересеченной мест­ ности, возникают дополнительные производственные трудности, связанные с изготовлением пакета плит пере­ крытий значительной протяженности. В этих случаях бо­ лее целесообразно применение зданий с одиночными шахтами, где отпадает необходимость создания шахт с одинаковыми динамическими характеристиками. При этом основания двух смежных зданий застройки могут быть представлены различными грунтами и неодинако­ вой сейсмической балльностью.

При необходимости осуществления застройки значи­ тельной протяженности здания с одиночными шахтами могут быть сблокированы между собой с устройством со­ ответствующих швов между ними. При этом этажность блоков застройки предрешается только градостроитель­ ными требованиями.

Вмногоэтажных зданиях с рамно-связевым каркасом

вкачестве связей могут быть использованы вертикаль­ ные диафрагмы. Диафрагмы представляют собой пло­ ские элементы, работающие эффективно только в плос­ кости наибольшей жесткости. Поэтому для обеспечения пространственной жесткости зданий диафрагмы необхо­

димо устраивать в двух взаимно перпендикулярных на­ правлениях. Надо также иметь в виду, что диафрагмы существенно повышают пространственную жесткость здания только в случае надежного их поэтажного соеди­ нения с элементами каркаса (колоннами и плитами пере­ крытий) .

332

При подъеме этажей железобетонные диафрагмы ус­ танавливаются на плитах перекрытий и вместе с други­ ми элементами этажа поднимаются вверх вдоль колонн. При этом окончательное соединение плит перекрытий с колоннами и диафрагм с колоннами и перекрытиями может производиться только сверху вниз, по мере подъ­ ема этажей на проектные отметки. Следовательно,, в подъемно-монтажный период здания диафрагмы не мо­ гут служить связями для возводимого каркаса. В силу сказанного в процессе подъема этажей устойчивость и поперечная жесткость каркаса должна быть обеспечена другими дополнительными видами связей (тросовые от­ тяжки, раскосы и т. д.). Поэтому при возведении зданий повышенной этажности методом подъема этажей компо­ новать каркас с помощью только диафрагмы нецелесо­ образно.

Совершенно иную картину имеем при строительстве зданий методом подъема перекрытий. В данном случае соединение диафрагм с плитами перекрытий и с колонна­ ми производится снизу вверх и тем самым обеспечивает­ ся устойчивость каркаса не только в эксплуатационный период, но и в процессе его возведения.

Поскольку каркас возводится с некоторым опереже­ нием по отношению к диафрагме, подъемно-монтажную схему здания необходимо разработать с таким расчетом, чтобы обеспечить горизонтальную устойчивость каркаса при всех стадиях возведения здания. Здесь следует отме­ тить, что применение сборных диафрагм в производствен­ ных условиях связано со значительными затруднениями. Поэтому диафрагмы рекомендуется выполнять монолит­ ными. В этом случае для подачи бетона в плитах пере­ крытий в соответствующих местах должны быть преду­ смотрены проемы.

При необходимости, в основном с целью ускорения подъемно-монтажных работ, могут быть использованы металлические связи, которые по мере возведения карка­ са обетонируются, образуя диафрагму с жесткой армату­ рой. Такое конструктивное решение было использовано и пятиэтажных корпусах комплекса Ереванского поли­ технического института. При устройстве диафрагм, кро­ ме обычного способа обетонирования, может быть при­ менен также метод торкретирования и др.

В многоэтажных зданиях с рамно-связевой системой каркаса в качестве связей могут быть использованы на­

333

ружные ограоісдшощие конструкции здания. Такому конструктивному решению присущи те же особенности, что п в случае использования вертикальных диафрагм. Поэтому применение таких связей при возведении зда­ ний методом подъема этажей также нецелесообразно. Однако в данном случае эти связи можно выполнять как в монолитном, так и в сборном железобетоне, так как кран без затруднения может обеспечить монтаж наруж­ ных элементов. Компоновка каркаса здания с элемента­ ми жесткости, расположенными по периметру, создает определенные преимущества по сравнению с предыду­ щим случаем в отношении возможностей свободной пла­ нировки этажей. Такое конструктивное решение было ре­ ализована при строительстве 5-этажного административ­ ного здания в Ереване (см. § 8).

В ряде случаев в практике могут быть применены не только рассмотренные выше виды вертикальных связей. Иногда в зависимости от объемно-планировочного ре­ шения проектируемого здания может оказаться целесооб­ разным одновременное использование шахт, диафрагм и т. д.

♦ * *

Выбор системы каркаса производится в зависимости от назначения здания, этажности, планировочных реше­ ний, а также условий строительства и др. на основе тех­ нико-экономического анализа.

Здания повышенной этажности с тонкими безбалоч­ ными бескапительными плитами перекрытий необходимо проектировать по рамно-связевой или связевой конструк­ тивной системе. При это.м устойчивость каркаса па воз­ действие горизонтальных сил целесообразно обеспечить с помощью шахт, предусмотренных преимущественно в же­ лезобетоне, обладающих достаточной пространственной жесткостью как в период эксплуатации, так и в период монтажа.

Прочность, жесткость и устойчивость здания и от­ дельных его несущих элементов должны быть проверены расчетом в соответствии с действующими нормативными положениями. Расчетные схемы должны соответствовать принятым конструктивным решениям и учитывать спосо­ бы подъема и закрепления конструкций в период их стро­ ительно-монтажных работ и эксплуатации здания. Необ­ ходимо учитывать, что условия работы каркаса при раз­

334

личных стадиях подъемно-монтажных работ, а также в стадии эксплуатации здания могут принципиально отли­ чаться друг от друга. В свете изложенного расчет зданий должен выполняться для двух стадий работы:

подъемно-монтажной, на основании расчетных схем, отражающих работу несущих конструкций здания на эта­ пах возведения;

эксплуатационной, для законченного здания с приня­ той конструктивной системой.

При расчетной оценке жесткости и динамических ха­ рактеристик зданий повышенной этажности с шахтами следует учесть, что шахты являются преимущественно изгибными элементами, а каркас с заполнением — сдвиго­ вым. Ненесущее заполнение каркаса существенно увели­ чивает как сдвиговую, так и крутильную жесткость зда­ ния. Наличие шахты в конструкции здания, обладающей значительной крутильной жесткостью вследствие замкну­ того сечения, является одной из основных отличительных особенностей указанных зданий при крутильных колеба­ ниях. При определении расчетных параметров рекомен­ дуется учитывать результаты экспериментальных иссле­ дований, приведенные в § 21, 22.

Для уменьшения воздействий горизонтальных нагру­ зок в зоне взаимодействия каркасов и шахт рекомендует­ ся применение демпферных устройств (см. § 23, 24), эф­ фективно поглощающих энергию колебаний.

Основные особенности проектирования и осуществле­ ния отдельных частей зданий приводятся ниже.

Фундаменты. Расчет и конструирование фундамен­ тов производится согласно действующим нормативным положениям. При этом рекомендуется учесть следующие особенности. Фундаменты под несущие шахты и примы­ кающие к ним колонны следует проектировать общими.

С целью уменьшения свободной длины колонн и воз­ можности их унификации фундаменты под колонны реко­ мендуется проектировать с удлиненными стаканами. При этом верхний обрез фундаментов должен быть несколько ниже уровня, на котором предполагается изготовление пакета плит перекрытий. Элементы конструкции фунда­ ментов (связевые балки, анкерные болты и др.) в зоне прохождения грузовых тяг (у колонн) должны быть рас­ положены на 50 мм ниже поверхности бетонной подготов­ ки, на которой бетонируется пакет плит перекрытий.

Колонны. Функциональное назначение колонн: слу-

335

жить направляющими при перемещении вдоль них пере­ крытий; являться опорами для временного и постоянного закрепления перекрытии, а также установки на них подъ­ емников. Колонны могут быть железобетонные пли стальные. Размеры поперечного сечения колони назнача­ ются в соответствии с действующими нормативными тре­ бованиями с учетом характеристик используемых подъ­ емников; условий работы колонн при различных стадиях возведения здания, а также в эксплуатационный период. При применении электромеханических подъемников, ус­ танавливаемых в обхват колонн, с расстоянием между осями грузовых тяг 690 мм оба размера поперечного се­ чения колонн не должны превышать 450 мм.

Колонны зданий повышенной этажности по высоте не­ обходимо разделять на монтажные ярусы. Длину ярусов колонн следует назначать с учетом применяемого типа подъемников. При этом необходимо, чтобы их гибкость в процессе подъема не превышала допустимой. При подъ­ еме кровельной плиты гибкость первой секции железобе­

можно принимать до 60 и верхних секций до 55 по срав­ нению с предельной гибкостью А,=40, регламентирован­ ной действующими нормативными положениями (см. §5). При назначении длины ярусов колони необходимо учи­ тывать также условия их изготовления, транспортирова­ ния и монтажа.

Количество стыков колонн по высоте здания рекомен­ дуется назначать минимальным (см. § 11). Исходя из ус­ ловий, обусловленных подъемно-монтажной схемой, сты­ ки колонн следует устраивать между перекрытиями эта­ жа. При этом расстояние от верхней поверхности кровельной плиты до торца колонны должно позволять размещение подъемника, установленного в обхват, и кон­ дуктора, необходимого для наращивания колонны верх­ него яруса.

При определении горизонтальных нагрузок, действую­ щихна колонны в процессе монтажа здания, рекомендует­ ся учитывать нагрузку от трения ветра о верхнюю и ниж­ нюю поверхности плит перекрытий. При подъеме плиты кровли, когда колонны работают по консольной схеме, изгибающий момент в заделке от совместного действия продольной сжимающей силы и поперечной ветровой на­

336

грузки следует определять как сумму момента при дей­ ствии сосредоточенной горизонтальной силы от ветровой нагрузки на поднимаемое покрытие и момента при дей­ ствии равномерно распределенной ветровой нагрузки не­ посредственно на колонну.

. Изгибающие моменты в колоннах от вертикальных нагрузок могут возникнуть только после окончательного соединения перекрытий с колоннами. Величины этих мо­ ментов обусловлены нагрузками, прилагаемыми на пере­ крытия после закрепления узла. Их значения можно зна­ чительно снизить, если перекрытия с колоннами соеди­ нять после загрузки перекрытий основной вертикальной нагрузкой.

Для временного п постоянного закрепления перекрытий при помощи штырей в колоннах необходимо предусматри­ вать сквозные прямоугольные отверстия, перпендикуляр­ ные плоскости размещения грузовых тяг подъемников. Места расположения отверстий в колоннах опреде­ ляются согласно подъемно-монтажной схеме здания. Рас-, стояние между отверстиями для штырей при методе подъема перекрытий следует назначать с учетом толщи­ ны пакета одновременно поднимаемых плит, высоты шты­ ря, а также технологического допуска порядка 5 см, не­ обходимо для свободного размещения штыря. При мето­ де подъема этажей необходимость в устройстве дополни­ тельных отверстий отпадает, так как для временного крепления перекрытий в основном используются отвер­ стия, предусмотренные на проектных отметках для окон­ чательного закрепления. Размеры отверстий, ослабляю­ щих сечение колонн, следует назначать минимальными. Участки колонн, ослабленные отверстиями для установ­ ки стальных штырей, необходимо проверять расчетом и при необходимости усиливать горизонтальными сварны­ ми сетками.

При соответствующем обосновании для повышения несущей способности тяжело нагруженных железобетон­ ных колонн целесообразно применять жесткую арматуру. Колонны зданий повышенной этажности, воспринимаю­ щие большие усилия, рекомендуется проектировать из высокомарочного тяжелого бетона.

Перекрытия. Плиты перекрытий следует проектиро­ вать преимущественно неразрезными из легкого железо­ бетона следующих типов: безбалочные плоские плиты, сплошные или с пустотами; безбалочные кессонные (или

срегулярно расположенными вкладышами); ребристые

сплитами, опертыми по контуру или балочными.

Выбор типа перекрытия производится в зависимости от величины пролетов, полезной нагрузки и с учетом ар­ хитектурных требовании.

При компоновке зданий плиты перекрытии рекомен­ дуется проектировать с консольными выносами по пери­ метру. Вылет консолей следует принимать исходя из ар­ хитектурно-планировочных решений и целесообразности выравнивания величин опорных и пролетных моментов. Обычно вылет консолей не превышает Ѵз— lU длины край­ него пролета по каждому направлению сетки колонн. Для возможности размещения воротников п устройства опор­ ного узла перекрытия минимальный вылет консоли целе­ сообразно назначить не менее 40 см от наружной грани колонны.

При назначении размеров сетки колонн п вылетов консолей перекрытий следует учесть, что собственная масса поднимаемого пакета плит перекрытий, а при мето­ де подъема этажей собственная масса поднимаемого пе­ рекрытия вместе с массой обстройки этажа в пределах грузовой площади, приходящейся на одну колонну, не должна превышать грузоподъемности одного подъем­ ника.

Перекрытия в стадии подъема и временного закрепле­ ния к колоннам работают как конструкции на шарнир­ ных опорах. Расчет безбалочных плит перекрытий, шар­ нирно опертых на колонны, рекомендуется производить в соответствии с действующими нормативными положе­ ниями с учетом пластических деформаций и перераспре­ деления усилий.

Консоли перекрытий, примыкающие к шахтам, долж­ ны быть рассчитаны с учетом дополнительных усилий, возникающих из-за перемещения их края при повороте горизонтальных сечений шахт при их изгибе, согласно формуле, приведенной в § 11.

Расчет на продавливание опорных участков перекры­ тий со стальными воротниками следует производить со­ гласно «Рекомендациям по конструктивным решениям многоэтажных промышленных зданий, возводимых мето­ дом подъема перекрытий (этажей)», выпущенных ЦНИИ-

промзданий в 1972 г.

Максимальные усилия, возникающие в плитах пере­ крытий и воротниках в подъемно-монтажный период, не

338

должны превышать усилий, воспринимаемых ими в экс­ плуатационный период. Поэтому при подъеме пакета из нескольких плит перекрытий (более двух) для создания условий, при которых каждая плита пакета работала бы на нагрузку от своей собственной массы, необходимо обес­ печить непосредственный контакт между воротниками пакета (см. §11).

В случае бетонирования пакета плит на перекрытии подвального этажа расчет последнего рекомендуется про­ изводить на нагрузки, определяемые с учетом жесткости плит пакета, в зависимости от возраста бетона каждой ранее изготовленной плиты (см. § 7).

При расчете и конструировании кровельной плиты не­ обходимо учитывать, что в подъемно-монтажный период она используется как производственная площадка для установки на ней опалубки для возведения стволов шахт, складирования сборных железобетонных элементов лест­ ниц, колонн и др., а также для размещения крана, осу­ ществляющего механизацию работ.

При применении электромеханического подъемного оборудования размеры поднимаемых перекрытий ограни­ чиваются только температурно-усадочными и конструк­ тивными условиями, так как при этом ограничения, свя­ занные с выполнением подъемно-монтажных работ, отпа­ дают. В зданиях, где в пределах одного отсека перекры­ тия располагаются две или большее количество шахт, расстояния между шахтами следует назначать с учетом температурно-усадочных усилий, возникающих в плитах перекрытий.

При отсутствии возможности изготавливать перекры­ тия сразу целиком их следует разделять на секции конст­ руктивными швами. Конструктивные швы могут преду­ сматриваться также для подъема секций покрытия в на­ клонном положении.

В зданиях большой протяженности, разделенных тем­ пературными или конструктивными швами на отдельные монтажные секции, для обеспечения устойчивости каж­ дой секции следует предусматривать самостоятельные связевые элементы. В монтажной секции связевые эле­ менты могут быть образованы также временными верти­ кальными конструкциями, демонтируемыми после замоноличивания швов.

Проемы в перекрытиях (для пропуска несущих шахт инженерных коммуникаций и др.) следует располагать