Сборный железобетонный каркас: преимущества возведения модульных зданий

Beton-House com

Сайт о бетоне: строительство, характеристики, проектирование. Соединяем опыт профессионалов и частных мастеров в одном месте

Промышленное каркасное здание из сборного железобетона

Около восьмидесяти лет назад впервые была запатентована технология строительства зданий из монолитного бетона в опалубке, применяемой многократно. В течение последующих лет в мире накоплен огромный опыт такого строительства.

Но лидирующие позиции занял сборный железобетон, как альтернативный вариант монолиту, так как его применение давало возможность монтировать каркасы зданий быстро. Это гораздо удешевляло стоимость объекта и решало задачу развития жилищного строительства.

В нашей публикации мы расскажем о видах и конструктивных особенностях каркасов того или иного типа, и предложим к просмотру видео в этой статье по теме: «Унифицированный сборный железобетонный каркас».

Несколько фактов из истории

В СССР метод модульного строительства стал повсеместно применяться в 50-х годах, и к 1990 году в стране была создана самая крупная в мире индустрия по производству сборного железобетона. Его, конечно, критиковали за то, что по всей стране тиражировались типовые дома. Но в условиях экономики тех лет модернизация налаженных линий домостроительных комбинатов считалась непозволительной.

• Так появился стереотип, что при возведении каркасного здания невозможно разработать никакой архитектурный дизайн, позволяющий эстетически разнообразить его внешний вид. Таким образом, большинство строений в основном напоминали бетонные коробки или пеналы.
• С переходом страны на новые рыночные отношения, снова возрос интерес к монолитному методу строительства, однообразие надоело. Рынок стал диктовать свои требования, особенно в жилищном строительстве: необходимо было улучшить планировку домов, расширить площади, сделать жильё максимально удобным и комфортным.

• Помощниками в решении данной задачи и стали каркасный и монолитный методы. В индивидуальных проектах комплексов и сооружений, монолитные конструкции можно комбинировать с кирпичными, металлическими и сборными железобетонными.
• Применение конструкций из железобетона позволяет строить масштабно целые микрорайоны, поэтому с большой долей вероятности можно прогнозировать рост его популярности в ближайшем будущем. Тем более, что суровый холодный климат основной территории нашей страны, несколько затрудняет применение монолитного способа строительства.

На заметку: Использование каркасного метода позволяет значительно снизить энергозатраты в зимнее время, ведь сборные детали изготавливают заводы. На этих предприятиях контролируется качество выпускаемой продукции такими испытаниями, которые попросту невозможны на стройплощадке.

Глава 3

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЙ КАРКАС ОДНОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ — ЧАСТЬ 1

Каркас одноэтажного здания с покрытием из плоских элементов состоит из поперечных рам, образованных защемленными в фундаментах ко­лоннами и шарнирно опирающимися на колонны стропильными фермами или балками. В продоль­ном направлении рамы связаны подкрановыми балками, балками-распорками, подстропильными фермами, жестким диском покрытия и в необхо­димых случаях — стальными связями. Жесткий диск образуют плиты покрытия, приваренные к стропильным фермам или балкам с последующим замоноличиванием швов.

Унифицированные железобетонные колонны, показанные на рассматриваемых листах, предназ­начены для одноэтажных зданий с сеткой разбивочных осей до 12 X 36 м, бескрановых и с опорны­ми кранами грузоподъемностью до 50 т.

Колонны прямоугольного сечения применяются в бескрановых зданиях высотой до 9,6 м (серия 1.423—3) и 10,84-14,4 м (серия 1.423—5) и в зда­ниях высотой до 10,8 м с опорными кранами грузо­подъемностью до 20 т (серия КЭ-01-49). В зда­ниях высотой до 18 м с опорными кранами грузоподъемностью 30—50 т подкрановая часть колонн двухветвевая (серия КЭ-01-52). Ветви связаны горизонтальными распорками через интервал 1,5— 3 м.

По положению в здании колонны подразде­ляются на крайние и средние. К крайним колон­нам с наружной стороны примыкают стеновые ограждения. Крайние колонны, в свою очередь, подразделяются на основные, воспринимающие нагрузки от стен, кранов и конструкций покрытия, и фахверковые, служащие только для крепления стен. Железобетонные или стальные фахверковые колонны (см. листы 2.05; 3.10) устанавливаются в торцах здания и между основными колоннами у продольных стен при шаге основных колонн 12 м и 6-метровых стеновых панелях. В ряду вы­деляются связевые колонны, соединенные стальны­ми вертикальными связями для восприятия гори­зонтальных сил.

Колонны армируются сварными или вязаными каркасами и формуются из бетона марки 200 при прямоугольном сечении, марки 300—400 — двух-ветвевые. Закладные элементы, заанкеренные в бетон или приваренные для фиксации положения к рабочей арматуре, имеются во всех колоннах в местах опирания стропильных конструкций и под­крановых балок, в крайних колоннах — на уровне

швов стеновых панелей, в связевых колоннах — в местах примыкания продольных связей. Заклад­ные стальные трубки диаметром 50—70 мм обра­зуют отверстия, используемые для строповки при распалубке и монтаже.

Закладные элементы в местах опирания под­крановых балок и стропильных конструкций со­стоят из стального листа с пропущенными сквозь него анкерными болтами. Бетон под ними усили­вается косвенным армированием сетками. Для установки железобетонных подстропильных ферм оголовки колонн снижаются на 0,6 м и выполня­ются без анкерных болтов. Стык осуществляется потолочным сварным швом. При стальных фермах и подкрановых балках опорные закладные элемен­ты несколько видоизменяются — лист усиливается плитой, рассчитанной на сосредоточенное давление опорных ребер, и меняется расстановка анкерных болтов. Стальные подстропильные фермы, крепятся к стальным надопорным стойкам (см. листы 2.07; 2.08).

Для соединения с фундаментом колонна за­водится в стакан на глубину до 0,85 м при прямо­угольном сечении и до 1,20 м — при двухветвевом. В этих пределах для связи с бетоном замоноличивания ствол колонны снабжается горизон­тальными бороздками. В двухветвевых колоннах нижняя распорка высотой 0,2 м, заводимая в ста­кан, имеет отверстия 0,2 X 0,2 м, используемые при бетонировании стыка. При дальнейшем совершен­ствовании конструкции (см. лист 3.04) представ­ляется целесообразным нижнюю распорку опустить на дно стакана для лучшей заделки и удобства бетонирования стыка.

Установка колонн выполняется самоходными подъемными кранами. К подъемному тросу ко­лонна присоединяется вставленными в отверстия для строповки захватами. Для временного крепле­ния и рихтовки колонн применяются устанавливаемые над стаканом стальные кондукторы с ручны­ми домкратами или расклинка ствола в стакане и расчалка оголовка инвентарными приспособле­ниями. Инструментальная выверка колонн произ­водится в двух направлениях по рискам, нанесен­ным на их поверхности. Стыки замоноличиваются бетоном марки стыкуемых элементов. Временные крепления снимаются после того, как бетон замоноличивания наберет 70% расчетной проч­ности.

ЛИСТ 3.01 Железобетонные колонны прямоугольного се­чения

Лист 3.02. Железобетонные двухветвевые колонны

содержание .. 1 2 3 7 ..

Конструктивные схемы каркасов

Сегодня применяются как полнокаркасные конструктивные схемы, так и с неполным каркасом. Могут, например, применить внутренний каркас из кирпичных столбов; металлический каркас и железобетонные стены; или использовать для обвязки железобетонных колонн, как на фото, стальные балки.

Железобетонный каркас промышленных зданий может включать в себя металлическую обвязку

Полный каркас состоит из:

1. колонн;
2. фундаментных стаканов;
3. ригелей;

1. диафрагм жёсткости;
2. балок;
3. плит перекрытия.

Железобетонный каркас многоэтажного здания
Все эти конструкции, сваренные между собой с помощью закладных деталей и забетонированные в местах соединения, образуют прочные железобетонные проёмы. Существует довольно много систем каркасов, которые отличаются по форме, принципу восприятия статических нагрузок, способам крепления и монтажа. Разнообразны и технологии их производства.

Составные элементы каркаса одноэтажных промышленных зданий

Как пример однопролетное здание, оборудованное мостовым краном (рис.1).

В состав каркаса входят следующие основные элементы:

1. Колонны, расположенные с шагом Ш вдоль здания; основное назначение колонн поддерживать подкрановые балки и покрытие.
2. Несущие конструкции покрытия (стропильные* балки или фермы), которые опираются непосредственно на колонны (если их шаг совпадает с шагом колонн) и образуют вместе с ними поперечные рамы каркаса.
3. Если шаг несущих конструкций покрытия не совпадает с шагом колонн (например, 6 и 12 м), в состав каркаса вводят расположенные в продольных плоскостях подстропильные конструкции (также в виде балок или ферм), поддерживающие промежуточные несущие конструкции покрытия, расположенные между колоннами ( рис.1,б).
4. В некоторых (редких) случаях в состав каркаса вводятся прогоны, опирающиеся на несущие конструкции покрытия и располагаемые на расстояниях 1,5 или 3 м.
5. Подкрановые балки, опирающиеся на колонны и несущие пути мостовых кранов. В зданиях с подвесными или напольными кранами подкрановые балки не нужны.
6. Фундаментные балки, опирающиеся на фундаменты колонн и поддерживающие наружные стены здания.
7. Обвязочные балки, опирающиеся на колонны и поддерживающие отдельные ярусы наружной стены (если она не по всей своей высоте опирается на фундаментные балки).
8. При расстоянии между основными колоннами каркаса, в плоскостях наружных стен 12 м и более, а также в торцах здания устанавливают вспомогательные колонны (фахверк), облегчающие конструкцию стен.

Рис. 1. Каркас одноэтажного однопролетного здания (схема):
а — при одинаковом шаге колонн и несущих конструкций покрытия; б — при неодинаковом шаге колонн и несущих конструкций покрытия; 1 — колонны; 2 — несущие конструкции покрытия; 3 — подстропильные конструкции; 4 —- прогоны; 5 — подкрановые балки; 6 — фундаментные балки; 7 — обвязочные балки; в — продольные связи колонн; 9 — продольные вертикальные связи покрытия; 10 — поперечные горизонтальные связи покрытия; 11 — продольные горизонтальные связи покрытия.

В стальных каркасах обвязочные балки также относят к фахверку (рис. 2, а). Каркас в целом должен надежно и устойчиво работать под действием крановых, ветровых и других нагрузок.

Рис. 2 Схемы фахверка

а — фахверк продольной стены, б — торцовой фахверк, 1 — основные колонны, 2 — колонны фахверка, 3 — ригель фахверка, 4 — ферма покрытия

Вертикальные нагрузки Р от мостового крана (рис.3), передаваемые через подкрановые балки на колонны с большим эксцентриситетом, вызывают внецентренное сжатие тех колонн, против которых расположен в данный момент мост крана.

Рис. 3. Схема мостового крана

1 — габарит крана, 2 — тележка, 3 — мост крана, 4 — крюк, 5 — колесо крана; 6 — крановый рельс; 7 — подкрановая балка; 8 — колонна

Торможение тележки мостового крана при ее движении вдоль кранового моста (поперек пролета) создает горизонтальные поперечные тормозные силы Т1 действующие на те же колонны.

Торможение мостового крана в целом при его движении вдоль пролета создает продольные тормозные силы Т2, действующие вдоль рядов колонн. При грузоподъемности мостовых кранов, достигающей 650 т и выше, передаваемые ими на каркас нагрузки бывают очень велики. Подвесные краны движутся по путям, подвешенным к несущим конструкциям покрытия, и через них передают свои нагрузки на колонны.

Ветровые нагрузки при различных направлениях ветра могут действовать на каркас как в поперечном, так и в продольном направлениях.

Для обеспечения устойчивости отдельных элементов каркаса в процессе его монтажа и совместной пространственной их работы при воздействии на каркас различных нагрузок в состав каркаса вводят связи.

Бетон-Каркас

Здания из унифицированных конструкций. Из унифицированных (взаимозаменяемых) стальных и железобетонных конструкций строят здания одно-, многоэтажные и смешанной этажности; производственные здания с одним или несколькими пролетами.

Одноэтажные промышленные здания по объемно-планировочным и конструктивным решениям отличаются от общественных большими размерами помещений (крупные пролеты между рядами опор), наличием кранового оборудования, бесчердачными покрытиями (плоскими или скатными пологими). При значительных нагрузках от несущих элементов покрытия и кранового оборудования несущий остов промышленного здания должен обладать большой пространственной жесткостью. Как правило, его выполняют каркасным.

Наиболее распространены одно- и многопролетные здания с рамно-пролетным каркасом (рис. 1, а, б), с зенитными или прямоугольными фонарями и мостовыми кранами. Основные элементы каркаса такого типа: колонны 3, 4 и балки 6 (см. рис. 7, а) покрытий или стропильные фермы 13 (см. рис. 1, б), которые образуют плоские поперечные рамы, устанавливаемые на расстоянии 6… 12 м друг от друга (с шагом 6 или 12 м). Эти элементы каркаса бывают стальными или железобетонными. Расстояние между опорами (колоннами) одной рамы (пролет каркаса) равно длине стропильной балки или фермы. В связи с этим длину балки (фермы) называют пролетом.

Рис. 1. Производственные многопролетные здания с железобетонным рамно-пролетным каркасом: а – со стропильными балками в покрытии, б – с фермами в покрытии; 1– фундаменты, 2 – фундаментные балки, 3 – колонны крайнего ряда, 4 – колонны среднего ряда, 5 – подкрановые балки, 6 – балки покрытия, 7 – плиты покрытия, 8 – зенитные фонари, 9 – воронка водостока, 10 – рулонное покрытие кровли, 11– панели стен, 12 – оконные переплеты, 13 – стропильные фермы, 14 – подстропильная ферма, 15 – вертикальная связь

На поперечные рамы опираются продольные элементы каркаса: подкрановые балки 5, по которым прокладывают пути для мостовых кранов; панели стен или ригели стенового каркаса (фахверка), используемого для крепления оконных переплетов 12 и стеновых ограждающих панелей; плиты покрытий 7 или прогоны кровли, по которым укладывают кровельное покрытие – листы профилированной стали или панели из асбестоцементных листов и других материалов; фонари 8 для естественной аэрации и освещения зданий. Объем здания, ограниченный конструкциями двух соседних рам – четыре колонны, две фермы (балки) с другими опирающимися на них конструкциями, образует ячейку каркаса здания. Пространство, ограниченное одним рядом ячеек по всей длине здания, называют пролетом здания.

В многопролетных зданиях при необходимости редкого расположения колонн по средним рядам стропильные фермы 13 опирают на подстропильные фермы 14, устанавливаемые по продольным рядам колонн.

Железобетонные плиты 7 покрытий опирают непосредственно на балки 6 покрытия или на верхние пояса стропильных ферм и прикрепляют к ним монтажной сваркой закладных деталей опорных ребер (не менее трех опор).

Стены зданий часто устраивают из навесных крупноразмерных железобетонных, асбестоцементных и других панелей, прикрепляемых непосредственно к колоннам каркаса. Для устойчивости и пространственной жесткости каркаса здания к поясам ферм и между колоннами прикрепляют стальные вертикальные 15 и горизонтальные связи.

Фонари располагают вдоль пролетов здания. Боковые вертикальные поверхности П-образных фонарей делают остекленными открывающимися или глухими, чтобы обеспечить не только освещение, но и проветривание помещений.

Несущие каркасы зданий высотой до 18 м при шаге колонн 6 и 12 м и пролетах 6, 12, 18 и 24 м в большинстве случаев выполняют из сборных железобетонных конструкций или из смешанных конструкций: колонны – железобетонные, фермы покрытий – стальные. При пролетах большей высоты или при величине пролетов 30, 36 м и более каркасы зданий возводят из стальных конструкций. Ограждающими конструкциями в обоих случаях могут быть железобетонные плиты покрытий и панели стен или панели из стального листа с утепляющим слоем из минерально-волокнистых плит или пенопластов.

Для различных габаритов зданий применяются свои наиболее целесообразные конструктивные схемы и виды конструкций. Отличие их между собой состоит в покрытиях, для которых приняты следующие виды конструкций: при пролетах 12 м и менее – балки, при пролетах 12 и 18 м – балки с шагом 6 м, плиты покрытий размером на пролет или фермы (в зависимости от необходимости прокладки коммуникаций в пределах покрытия и др.), при пролетах 24 м – фермы.