4.2. Элементы несущего остова каркасно-панельных зданий

а) Колонны несущего остова каркасно-панельных зданий

Колонны в полносборном железобетонном каркасе могут иметь длину (высоту) от одного до пяти этажей, что позволяет в каркасах зданий определённой этажности и высоты применять бесстыковые колонны (рис. 4.1 А). Такие колонны имеют поперечное сечение 300х300 мм и их устанавливают в зданиях высотой до 5-ти этажей со сравнительно невысокой полезной нагрузкой на перекрытия (до 80 МПа). Кроме бесстыковых колонн в каркасах могут применяться и стыкуемые элементы колонн высотой от одного до четырёх этажей с поперечным сечением 400х400 мм и их используют в более высоких зданиях и под более высокие нагрузки (рис. 4.1 Б). На рис. 4.2 А и 4.2 Б приведены варианты составных элементов участка унифицированного сборного железобетонного каркаса и сопряжения этих элементов одного с другим.

В зависимости от вида каркаса (поперечный, продольный, пространственный), местоположения колонн в каркасе (средние и крайние ряды) и вида стеновых панелей (самонесущие и ненесущие) колонны на уровне каждого этажа могут быть одно-, двух-, трёх- и четырёхконсольными, т. е. у них устраивают консоли для поэтажного опирания балок каркасов (чаще всего в виде варианта скрытого стыка) и ненесущих наружных стеновых панелей. Одноконсольные колонны устанавливают в крайних рядах поперечных каркасов с самонесущими стенами, двухконсольные – в крайних рядах продольных каркасов с самонесущими стенами и поперечных каркасов с ненесущими стенами, а также в средних рядах поперечных и продольных каркасов. Трёх- и четырёхконсольные колонны могут применяться в пространственных каркасах, при этом трёхконсольные – в крайних рядах с самонесущими стенами, а четырёхконсольные – в крайних рядах с ненесущими стенами и в средних рядах.

Рис. 4.1 А. Типы и номенклатура колонн сечением 300х300 мм для каркасно-панельных зданий высотой до пяти этажей.

Рис. 4.1 Б. Типы и номенклатура колонн сечением 400х400 мм каркасно-панельных зданий

Рис. 4.2 А. Составные элементы унифицированного сборного железобетонного каркаса и вариант их сопряжения: а – колонна; б – рядовая балка; в – наружная балка; г – диафрагма жёсткости и её сопряжение с колонной; д – варианты расположения в плане пространственных диафрагм жёсткости; 1 – колонна; 2 – стенка диафрагмы жёсткости; 3 – полка-консоль стенки жёсткости; 4 – закладные детали; 5 – стальные накладки.

Рис. 4.2 Б. Вариант конструкции узла опирания балки на колонну каркаса: а – общий вид узла; б – конструкция узла; 1 – колонна; 2 – балка; 3 – плита-настил (распорка) перекрытия; 4 – закладные детали; 5 – верхняя накладка; 6 – сварные швы.

Колонны неполных каркасов тоже могут быть одно-, двух-, трёх- и четырёхконсольными в зависимости от вида каркаса, т. е. направления расположения несущих балок, и местоположения колонн в каркасе (внутренние средние или торцевые). Кроме элементов колонн с консолями в каркасах (с поэтажными платформенными стыками) между элементами колонн также могут применяться бесконсольные элементы колонн высотой на этаж (рис. 4.3 А).

Рис. 4.3 А. Платформенные поэтажные стыки между элементами колонн: а – платфор-менный стык колонн с балками; 1 – опорный конец балки; 2 – закладные детали; 3 – балка; 4 – швы сварки; 5 – панели перекрытий; 6 – верхний элемент колонны; 7 – нижний элемент колонны; б – то же с панелями перекрытий;1 – панели перекрытий; 2 – монтажные отверстия; 3 – верхний и нижний элементы колонны; 4 – швы сварки закладных деталей элементов колонны с панелями перекрытий.

Рис. 4.3 Б. Варианты конструкций стыков колонн каркасов: а – сферический с передачей усилий с бетона на бетон; 1 – продольные арматурные стержни-выпуски, стыкуемые ванной сваркой; 2 – стыковые ниши; 3 – сферическая бетонная поверхность; 4 – паз для поперечного арматурного хомута; б – плоский стык без металла;1 – центрирующий бетонный выступ; 2 – ванная сварка арматурных выпусков; 3 – цементный раствор омоноличивания; 4 – стыковые ниши; 5 – продольные арматурные стержни-выпуски; 6 – арматурные сетки поперечного (косвенного) армирования.

Торцы колонн или их элементов выполняют усиленными поперечным армированием и снабжают выпусками продольной арматуры или стальными оголовками либо закладными деталями для соединения этих колонн (или их элементов) между собой и с другими конструкциями. После сварки соединяемых элементов стыки омоноличивают (см. рис. 4.3 Б).

б) Балки несущего остова каркасно-панельных зданий

Горизонтальными несущими элементами в каркасах каркасно-панельных зданий, на которые укладывают несущие элементы перекрытий, являются опирающиеся на торцы или на обычные или скрытые консоли колонн железобетонные балки прямоугольного сечения (одиночные или парные) или таврового сечения с одной или двумя полками в нижней части. Для опирания ненесущих навесных стеновых панелей в каркасах используют поэтажные фасадные балки, в том числе и Z-образного сечения. При этом одиночные балки прямоугольного сечения опирают или на торцы (платформенный стык) или консоли колонн, парные – на консоли колонн, а балки таврового сечения опирают на консоли (вариант скрытого стыка). Элементы перекрытий – плиты-настилы или плиты-панели – опирают по верху прямоугольных балок, а при тавровых или Z-образных балках их опирают на нижние полки балок, что позволяет уменьшить высоту этажа (рис. 4.4 и 4.13 Б).

Размеры поперечных сечений балок зависят от величины перекрываемого пролёта и величины воспринимаемых нагрузок. Так, балки таврового сечения имеют высоту 450 или 600 мм, а ширину в нижней части – от 400 до 600 мм в зависимости от вида примыкающего перекрытия.

Рис. 4.4. Варианты узлов сопряжения несущих конструкций: А и Б – опирание балок на средние (А) и фасадные колонны каркаса; В – опирание плит-настилов перекрытий на балки таврового сечения; Г – шпоночный шов между плитами-настилами перекрытий; 1 – колонна; 2 – однополочная балка; 3 – рядовая двухполочная балка; 4 – цементный раствор; 5 – закладные детали; 6 – консоль колонны; 7 – плита –настил перекрытия; 8 – наружная стеновая панель.

Рис. 4.5. Номенклатура сборных железобетонных балок одного из серийных вариантов каркаса каркасно-панельных зданий.

На рис. 4.5 в качестве примера приведена номенклатура железобетонных сборных балок одного из серийных вариантов сборного каркаса каркасно-панельных зданий.

в) Перекрытия каркасно-панельных зданий

Перекрытия в каркасно-панельных зданиях с балочными каркасами выполняют из многопустотных или ребристых плит-настилов, при этом плитами-настилами перекрывают пролёты до 9 м. Номинальная ширина многопустотных плит-настилов 1200 или 1500 либо 1800 мм, а высота 220 или 300 мм. Ребристые плиты-настилы имеют номинальную ширину 1500 мм и высоту – 220 или 300 мм. Их применяют совместно с многопустотными настилами и укладывают в местах прохода инженерных коммуникаций (так как между рёбрами плит-настилов можно устраивать отверстия для пропуска инженерных коммуникаций) или же перекрытия выполняют только из этих плит-настилов. Кроме многопустотных и ребристых плит-настилов для устройства перекрытий могут применяться плиты типа 2Т шириной 3000 мм и высотой 600 мм. Плиты-настилы и плиты типа 2Т в перекрытиях опирают на балки каркасов, при этом на прямоугольные балки их укладывают по верху, а на балки таврового сечения – на нижние полки (рис. 4.4 и 4.6).

Рис. 4.6. Вариант применения многопустотных (б, г) и ребристых (в) плит-настилов перекрытий и их опирания на балки каркаса.

Кроме плит-настилов в качестве несущих элементов перекрытий в зданиях с балочными каркасами могут применяться плиты-панели размером на перекрываемую ячейку (рис. 3.22) и опирающиеся на балки каркаса, а в безбалочных каркасах – только плиты-панели размером на перекрываемую ячейку (рис. 4.3 А) и опирающиеся своими усиленными углами непосредственно на торцы колонн каркаса (платформенный стык).

Перекрытия каркасно-панельных зданий, состоящие из балок каркасов, соединённых с колоннами сваркой, и плит-настилов или плит-панелей, соединённых сваркой с балками или колоннами, а также с замоноличенными бетоном шпоночными швами между стыкуемыми элементами образуют поэтажные горизонтальные диафрагмы жёсткости.

г) Стены-диафрагмы жёсткости каркасно-панельных зданий

Поскольку в каркасно-панельных зданиях отсутствуют совместно работающие несущие продольные и поперечные стены, обеспечивающие пространственную жёсткость и устойчивость несущего остова зданий, то каркасы этих зданий снабжают на всю высоту здания вертикальными стенами-диафрагмами, располагаемыми вплотную к колоннам вдоль и поперёк здания. В плане здания на каждом этаже в одном и том же месте стены-диафрагмы образуют ядра жёсткости, имеющие крестообразную форму, форму прямоугольника или двутавра либо другую соответствующую форму (рис. 4.2 А д). Расстояние между ядрами жёсткости по длине здания принимают от 24 до 36 м и их устраивают в средней части непротяжённого здания или в средней части температурно-деформационных отсеков. Стены-диафрагмы устраивают из железобетонных панелей толщиной не менее 140 мм и высотой на этаж, и они имеют вверху двух- или односторонние полки-консоли для опирания несущих элементов перекрытий (рис. 4.7 А и рис. 4.7 Б).

Рис. 4.7 А. Вариант поперечных сечений двух- и одноконсольных железобетонных панелей стен-диафрагм жёсткости.

Рис. 4.7 Б. Вариант примыкания вышестоящей панели стены-диафрагмы к нижестоящей и опирания на стены-диафрагмы многопустотных плит-настилов перекрытий: 1 – нижесто-ящая панель стены-диафрагмы; 2 – то же вышестоящая; 3 – полки-консоли; 4 – много-пустотные плиты-настилы перекрытия; 5 – цементный раствор.

Поскольку стены-диафрагмы в местах их установки в каркасе выполняют роль балок для опирания несущих элементов перекрытий, то по высоте стены-диафрагмы располагают таким образом, чтобы уровни их полок-консолей соответствовали поэтажным опорным уровням балок каркасов.

Ширина панелей стен-диафрагм жёсткости при шаге или пролёте между колоннами до 6 м равна расстоянию в свету между колоннами, а при больших шаге или пролёте стены-диафрагмы устраивают составными по ширине. Панели стен-диафрагм могут быть глухими или с проёмами. Элементы составных стен-диафрагм между собой и стены-диафрагмы с колоннами и между собой соединяют сваркой закладных деталей, а швы между соединяемыми элементами заполняют раствором.

д) Температурно-деформационные швы в каркасно-панельных зданиях

Температурно-деформационные швы в каркасно-панельных зданиях устраивают путём установки в месте шва на всю высоту здания парных поперечных рам, т. е. парных колонн и опираемых на них парных балок по всей ширине здания. Расстояние между осями колонн в температурно-деформационных швах назначают в зависимости от размеров поперечного сечения колонн и толщины элементов наружных стен, заводимых в зазор между колоннами. Это позволяет использовать ограниченное количество типоразмеров доборных конструктивных элементов наружных стен, перекрытий и покрытий при устройстве температурно-деформационных швов (рис. 4.8).

Элементы перекрытий и покрытий в зоне температурно-деформационного шва опирают на полки двухполочных балок перекрытий и покрытий или на привариваемые к закладным деталям однополочных балок опорные элементы, например, в виде прокатных уголков (рис. 4.8 А). Для обеспечения возможности скольжения элементов перекрытий и покрытий в зоне шва по полкам балок или опорным элементам между ними укладывают с одной из сторон двухслойные рубероидные прокладки.

Рис. 4.8. Вариант решения температурно-деформационного шва: А – в плоскости перекрытия; Б – стык наружных стеновых панелей; 1 – защитное покрытие; 2 – эластичная мастика; 3 – упругий шнур-прокладка; 4 – колонна; 5 – кирпичная кладка; 6 – цементный раствор; 7 – балка; 8 – плита-настил перекрытия; 9 – бетон замоноличивания; 10 – два слоя рубероида; 11 – доска; 12 – просмолённая пакля; 13 – стальные уголки; 14 – штукатурка

е) Фундаменты каркасно-панельных зданий

Конструктивные решения применяемых в каркасно-панельных зданиях фундаментов зависят от физико-механических характеристик грунтов основания, площадки строительства и величины передаваемых на основание нагрузок. Фундаменты под колонны могут быть сборными железобетонными стаканного типа, свайными в виде куста свай под колонну с монолитными плитами-ростверками или сплошными в виде монолитной плиты. Под наружные самонесущие стены устраивают ленточные сборные или свайные ростверковые фундаменты.

Фундаменты под парные колонны в зонах температурно-усадочных швов устраивают общими, а в зонах устройства осадочных швов при неоднородных грунтах оснований и антисейсмических швов – раздельными под каждую колонну.