Безригельный каркас с монолитным перекрытием

12.2.2. Безригельные каркасы

Безригельный каркас — конструктивная система с плоскими перекрытиями, опирающимися непосредствен­но на колонны без вспомогательных балок-ригелей.

Безригельные каркасы в архитектурном отношении имеют значительные преимущества:

— плоские перекрытия имеют общую высоту в 2-3 раза меньшую, чем перекрытия в каркасно-ригельных системах;

— перекрытия с гладкими потолками способствуют применению свободной планировки и трансформации помещений путем устройства мобильных перегородок, не связанных жестко с перекрытиями;

— консольные участки перекрытий по периметру позволяют выполнять более сложные конфигурации фа­садных плоскостей, устраивать лоджии, террасы, веран­ды без дополнительных конструктивных элементов;

— наличие гладкого потолка позволяет отказаться от дорогостоящих подвесных потолков.

Безригельные каркасы имеют и технико-экономиче­ские преимущества: упрощается монтаж опалубки благо­даря отсутствию ригелей (при монолитном способе про­изводства), уменьшается площадь последующей обра­ботки потолка и упрощаются отделка, прокладка под по­толком трубопроводов, устройство теплоизоляции и т.д.

Наряду с отмеченными преимуществами безригель­ные системы имеют недостатки, препятствующие массо­вому их распространению в практике строительства: ве­личины пролетов безбалочных перекрытий более ограни­чены, чем в традиционных ригельных системах; не во всех случаях изготовление плоских перекрытий дешевле и проще ригельных; усложнены расчет и оценка действи­тельной работы конструкций перекрытий.

Однако эти недостатки, в основном конструктивного характера, при дальнейшем совершенствовании систем могут быть устранены. Архитектурные качества безригельных систем все больше привлекают внимание архи­текторов и конструкторов. Многочисленные поиски спе­циалистов разных стран привели к различным конструк­тивным решениям. Многие варианты безригельного кар­каса прошли экспериментальную проверку и вошли в строительную практику.

Интересная каркасная безригельная система разра­ботана в бывшей Югославии — конструктивная система ИМС, нашедшая широкое применение и в других странах. Основная идея системы ИМС заключается в том, чтобы при минимальном количестве типоразмеров конструктив­ных элементов этой серии создавались разнообразные типы зданий. Действительно, на основе ИМС, помимо жилых зданий, можно проектировать общественные зда­ния и промышленные объекты. ИМС можно рассматри­вать как открытую конструктивную систему, позволяющую строить разнообразные здания, применять различные ограждающие конструкции и в процессе эксплуатации переделывать объект в зависимости от функциональных потребностей.

Сборная система ИМС (рис. 12.77) основана на плани­ровочной сетке колонн с квадратными или прямоугольными ячейками, имеющими параметры от 3х3 до 7,2х7,2 м. Каждая ячейка состоит из четырех колонн и расположен­ной между ними плиты перекрытия. В системе принят кон­структивный принцип предварительного напряжения перекрытий, осуществляемого пучками струн арматуры, протянутых через отверстия в колоннах на уровне плит пе­рекрытий и расположенных в свободном пространстве между боковыми бортами соседних плит. После обетонирования пучков струн сборные плиты превращаются в еди­ный сборно-монолитный диск перекрытия.

Рис. 12.77. Безригельный каркас ИМС (бывш. Югославия): а — общий вид; б — вариант с ребристыми плитами; в — вариант с пустотно-замкнутыми плитами; 1 — колонна; 2 — рядовая пли­та; 3 — консольная плита; 4 — бортовой элемент; 5 — арматура натяжная

Колонны — основные несущие элементы каркаса — выполняются многоэтажными (до трех этажей). Сборные плиты перекрытий применяют рядовые (с опиранием на четыре колонны) и консольные, опирающиеся только на две колонны и служащие для увеличения площади поме­щений или устройства лоджий и балконов.

Болгарский каркас (рис. 12.78) — принципиально другая безригельная система, решенная на иной конструк­тивной основе. Эта система отличается разрезкой пере­крытия на плиты, конструкцией и монтажом перекрытия.

Рис. 12.78. Болгарский безригельный каркас: а — компоновочная схема; б — фрагмент разреза; 1 — колонна; 2 — основная межколонная плита; 3 — промежуточная плита; 4 — пуч­ковая арматура в специальных каналах

Главными элементами болгарского каркаса являются колонны и плиты перекрытий двух типов: основные и про­межуточные (плиты-вкладыши). Основные плиты имеют на торцах, вдоль продольной оси, пазы для прохождения колонн. Каркас монтируют следующим образом: сначала выставляют колонны, затем на них устанавливают основ­ные плиты, опирая на две точки, между ними вставляют промежуточные плиты. Монтаж осуществляется с помо­щью инвентарных металлических приспособлений, кото­рые крепятся к колоннам и основным плитам. После мон­тажа колонн и плит перекрытий осуществляется их обжа­тие пучковой арматурой, размещаемой в специальных каналах плит и в швах между плитами. После напряжения арматуры в двух направлениях замоноличивают швы и инъецируют каналы цементным раствором.

В основу каркаса положена планировочная сетка с укрупненным модулем 600 мм; шаг колонн может изменяться от 2,4 до 7,2 м как в продольном, так и в попереч­ном направлениях.

Несколько предложений по безригельным конструк­циям разработаны в Украине. Среди них — грибовидный каркас, примененный в проектах различных типов об­щественных зданий (рис. 12.79).

Рис. 12.79. Безригельный грибовидный каркас с плоскими пере­крытиями (Украина): а — на треугольной сетке колонн со стороной 3,2 м; б — на треу­гольной сетке со стороной 6,6 м; 1 — колонна; 2 — надколонная (капительная) плита; 3 — пролетная плита; 4 — доборная фасад­ная плита

Грибовидный каркас вписывается в структурную сет­ку на основе равностороннего треугольника со стороной 3,2 м и состоит из двух основных элементов: колонны и шестиугольной плиты перекрытия. Каждая плита опира­ется в центре на колонну, образуя своеобразный грибок. Примыкая друг к другу боковыми гранями, грибки объе­диняются в сотовую структуру и после сварки и замоно­личивания превращаются в единую пространственную систему. Благодаря частому шагу колонн и простран­ственной работе каркаса высота ребер плит доведена до 15 см, а вся толщина перекрытия с конструкцией пола составляет 20 см.

Из шестигранных элементов грибовидного каркаса можно создавать самые разнообразные архитектурно-кон­структивные композиции. Несмотря на художественные достоинства, эта разновидность каркаса имеет серьезный планировочный недостаток, ограничивающий его приме­нение. Частый шаг колонн, расположенных в шахматном порядке, затрудняет функциональное решение большин­ства типов зданий, особенно при широком корпусе.

Модификация этой системы привела к варианту карка­са, в котором, наряду с основными плитами перекрытий, опирающимися центрично на колонны, имеются пролетные плиты, опертые на основные (рис. 12.79 б). Введение про­летных плит перекрытий позволило резко увеличить размер треугольной планировочной сетки (с 3,2 до 6,6 м), что зна­чительно улучшило архитектурные качества каркаса.

Каркас с консольно-ригельными плитами (рис. 12.80) запроектирован для планировочной сетки 6х6 м и включает три основные сборные железобетонные эле­мента — колонну на этаж, надколонную ребристую плиту, асимметрично опирающуюся на колонну и торец сосед­ней плиты, а также плиту-вкладыш.

Рис. 12.80. Каркас с консольно-ригельными асимметрично опер­тыми надколонными плитами (Украина): а — общая схема; б — схема раскладки плит перекрытий; 1 — надколонная плита; 2 — плита-вкладыш; 3 — разрезка в местах, близ­ких к линиям нулевых моментов

Преимущества каркаса: простота узлов соединений и монтажа элементов, возможность взаимного смещения рядов колонн, т.е. трансформации планировочной сетки, и возведения зданий сложной конфигурации.

Пространственная жесткость здания обеспечивается сборно-монолитным соединением плит и колонн, работа­ющих в двух направлениях. Для восприятия горизонталь­ных нагрузок в каркасах выше двух этажей необходима установка диафрагм жесткости.

Конструкции безригельного каркаса серии 1.420.1-14 (рис. 12.81) разработаны для применения при проектировании и строительстве зданий холодильни­ков, мясокомбинатов, молокозаводов, рыбоперерабатывающих предприятий и других объектов, для которых по условиям технологии производства необходимы или предпочтительны беспустотные перекрытия, образующие в помещениях гладкие потолки.

Рис. 12.81. Безригельный каркас серии 1.420.1-14: а — схема формирования каркаса; б — двухэтажная колонна с высотой этажа 4,8 м; в — капитель; г — армирование капители; д — межколон­ная плита; е — армирование межколонной плиты; ж — пролетная плита; з — сопряжение капители с колонной; и — сопряжение межколон­ной плиты с капителью; 1 — колонна; 2 — капитель; 3 — межколонная плита; 4 — пролетная плита; 5 — выпуски арматуры; 6 — пазы; 7 — строповочное отверстие; 8 — закладные детали; 9 — подъемная петля; 10 — арматурный каркас; 11 — арматурные сетки; 12 — стальные монтажные столики; 13 — бетон замоноличивания; 14 — арматурные вставки; 15 — обетонировка монтажных столиков

Типовые конструкции многоэтажных производствен­ных зданий разработаны для схем со следующими пара­метрами: сетка колонн 6×6м; этажность — 3-5; высота этажа — 4,8 и 6 м; высота подвала — 3,6 м.

Несущие конструкции здания представляют собой сборный железобетонный каркас, решенный по рамной схеме с жесткими узлами (рис. 12.81 а). Каркас состоит из четырех элементов: колонн, капителей, плоских меж­колонных и пролетных плит сплошного сечения. Размеры элементов перекрытий (в плане) 3х3 м; колонны квад­ратного сечения размером 450х450 мм без консолей, разрезка многоэтажная.

По периметру всех сборных элементов перекрытия предусмотрены пазы для образования бетонных шпонок. Жесткие соединения сборных элементов каркаса выпол­няются с помощью сварных соединений с последующим тщательным заполнением пазов бетоном. Шпоночные сопряжения элементов являются основной отличитель­ной особенностью конструктивного решения безбалочных каркасов данной серии.

Сборно-монолитная система КУБ-2,5 (каркас уни­версальный безригельный) позволяет строить жилые дома, здания общественного назначения в едином конст­руктивном ключе, по единой технологии изготовления и монтажа строительных конструкций. Система представ­ляет собой связевый каркас, состоящий из многоэтажных неразрезных колонн прямоугольного сечения и сплошных плит перекрытий (рис. 12.82). КУБ-2,5 соответствует уровню прогрессивных современных индустриальных каркасных конструкций. Отличительная особенность си­стемы — монтаж плит перекрытия на колонну и соедине­ние плит перекрытий между собой производятся без под­держивающих элементов.

Рис. 12.82. Сборно-монолитный безригельный каркас КУБ-2,5: а — монтажная схема; б — стык колонн; в — узел «колонна-плита»

Конструкция стыков колонн исключает сварку, так как стык колонн сечением 400х400 мм предусматривает принудительный монтаж, при котором фиксирующий стержень нижнего торца колонны должен войти в патру­бок верхнего торца нижней колонны.

Конструкции каркаса предполагают высоту этажей 2,8; 3,0; 3,3 м при основной сетке колонн 6×6м. При не­обходимости высоту этажа можно увеличить до 6 м, а шаг колонн — до 12 м.

Конструкции КУБ-2,5 применяются при возведении общественных зданий в 1-3 этажа большой пролетности с техподпольем и жилых зданий в 4-22 этажа.

Монолитные безригельные каркасы проектируют на основе квадратной или прямоугольной сетки колонн, при этом соотношение между большим и меньшим про­летами ограничивается как 4/3. Наиболее рациональна квадратная сетка колонн 6×6 м.

В монолитных безригельных каркасах сплошная же­лезобетонная плита опирается непосредственно на ко­лонны с капителями (рис. 12.83). Капители обеспечивают жесткое сопряжение плиты с колоннами и прочность пли­ты на продавливание по периметру колонны, уменьшают расчетный пролет плиты. Капители колонн конструируют в виде усеченной пирамиды с углом наклона граней 45° или двойной усеченной пирамиды ломаного очертания.

Рис. 12.83. Монолитный безригельный каркас: а — капители колонн и их армирование; б — расположение рабо­чей арматуры в плите (план); в — фрагмент разреза каркаса с изображением армирования плиты; 1 — рабочая арматура; 2 — конструктивная арматура

Толщину монолитной плиты принимают из условия ее необходимой жесткости в пределах 1/32-1/35 от величи­ны наибольшего пролета. Плиты армируют плоскими или рулонными сварными сетками. При этом пролетные из­гибающие моменты воспринимаются сетками, уложенны­ми в нижней зоне, а опорные — в верхней зоне плиты.

Один из эффективных вариантов монолитного безри­гельного каркаса для зданий с мелкоячеистой планиро­вочной структурой — вариант с узкими колоннами в виде коротких стенок-диафрагм без капителей (рис. 12.84).

Рис. 12.84. Монолитный безригельный каркас с колоннами в виде коротких стенок-диафрагм: а — фрагменты фасада и плана каркаса здания коридорного типа; б — возможные формы сечений колонн; в — формы колонн пере­менного сечения по высот

Колонны такого вида позволяют использовать их в качестве ограждающих элементов при одновременном уменьшении пролетов плит и увеличении жесткости кар­каса. Колонны могут быть не только плоскими, ориенти­руемыми на плане в разных направлениях, но и простран­ственными (рис. 12.84 б), логично вписывающимися в планировочную структуру здания.

Данная система является открытой, позволяет созда­вать разнообразные объемно-планировочные решения жилых, учебных, административных и других зданий со средними по величине пролетами — до 7,5 м.

Армирование перекрытия безригельного каркаса

Первый раз разрабатываю безригельный каркас. Просьба поделиться примером армирования плиты перекрытия, порекомендовать литературу и т.п. Рассказать о специфике конструирования при сейсмичности 7-9 баллов. P.s сборник норм краснодарской экспертизы читал, белорусские рекомендации читал. Тихонова читал.

Просмотров: 7238
Регистрация: 17.06.2014
Сообщений: 12,205
__________________
Не откладывайте на завтра! Положите на всё уже сегодня.(с)

Инженер-проектировщик, конструктор, руководитель группы.

Регистрация: 16.05.2008
Сообщений: 725
Сообщение от Бахил

Бахил, куб 2.5 и куб 25 это одно и тоже? И где можно посмотреть?

а какие недостатки?

Последний раз редактировалось Askarov, 13.08.2014 в 09:33 .
Регистрация: 30.12.2013
Сообщений: 61
У меня монолитный каркас

Инженер-проектировщик, конструктор, руководитель группы.

Регистрация: 16.05.2008
Сообщений: 725

Слышал о том что, в монолитном каркасе поперечную арматуру при толщине 200 мм. нормально не установишь.

Регистрация: 30.12.2013
Сообщений: 61
Сообщение от Бахил

насколько я знаю Куб 2,5 это сборно-монолитный каркас (может я что то путаю?). у меня нет сборных конструкций.

Регистрация: 17.06.2014
Сообщений: 12,205

Куб пожалуй единственная серия доведённого до ума безригельного каркаса. Переделать сборный на монолитный очень просто.

__________________
Не откладывайте на завтра! Положите на всё уже сегодня.(с)
Регистрация: 30.12.2013
Сообщений: 61

На сайте dwg.ru есть что угодно.но хорошего примера по безригельному каркасу и програмки калькулятора по для расчета на продавливание не нашел. Если есть просьба поделится.

Главный помощник заместителя ассистента

Регистрация: 11.10.2013
Сообщений: 6
Как пример

DWG 2007

armirovanie_otgibami.dwg (186.8 Кб, 2924 просмотров)

Регистрация: 30.12.2013
Сообщений: 61
Спасибо, пример по расчету на продавливание у вас не найдется?

Главный помощник заместителя ассистента

Регистрация: 11.10.2013
Сообщений: 6
Расписанного ручками примера под рукой нет, есть вот это.

Prodavlivanie1.pdf (1.78 Мб, 583 просмотров)

Краткие заметки о расчете ЖБК на Q.djvu (165.6 Кб, 443 просмотров)

__________________
Каждый должен заниматься своим делом!
Регистрация: 30.12.2013
Сообщений: 61

часто сверлю, потом затыкаю

Регистрация: 14.12.2011
Русский Севастополь
Сообщений: 515
Сообщение от PKB1178
Спасибо, пример по расчету на продавливание у вас не найдется?

Ни когда не делал, не расчитывал БР каркас, хотя много читал и есть море примеров. И делать не буду! Ибо это преступление — делать БР каркас в сейсмозоне. Там в зоне опирания столько непросчитываемого и непрогнозируемого. И ЛИРА тут не критерий. ЛИРА вообще ни чему не критерий.

Регистрация: 30.12.2013
Сообщений: 61
Сообщение от Brasero

Ни когда не делал, не расчитывал БР каркас, хотя много читал и есть море примеров. И делать не буду! Ибо это преступление — делать БР каркас в сейсмозоне. Там в зоне опирания столько непросчитываемого и непрогнозируемого. И ЛИРА тут не критерий. ЛИРА вообще ни чему не критерий.

Возможно вы и правы. Но СП 14.13330 считает возможным устройство БК. Есть четкие указания по конструированию. Заказчики нет нет умеющие читать попадаются.

Регистрация: 22.04.2009
Сообщений: 672

Безригельный каркас в сейсмически опасном районе возможен.
1. Найдите в СНиП таблицу где расписано при какой бальности и этажности какие типы несущих конструкций допустимо применять и проверьте;
2. В безригельном каркасе важно правильно сделать связи (диафрагмы жесткости), если удачно расставите связи, то на сейсмику будут работать именно они, а не узел сопряжения плиты и колонны;
3. Правильно просчитать на продавливание с учетом сейсмики;
И т.д. согласно нормативным документам по строительству в сейсмически опасных районах.

Не забудьте что сейсмичность района и сейсмичность площадки разные величины (зависит от категории грунта по сейсмическим свойствам)
Сам видел в крыму, в ялте такие каркасы

Регистрация: 30.12.2013
Сообщений: 61
Сообщение от roman111

Не забудьте что сейсмичность района и сейсмичность площадки разные величины (зависит от категории грунта по сейсмическим свойствам)

плавали. знаем

Безригельный преднапряженный каркас со сборно-монолитным перекрытием (БПК-СМ)

Данная конструктивная схема позволяет использовать совместно сборные конструкции и монолитные железобетонные конструкции с высокой эффективностью использования конструкционных материалов. Все сборные железобетонные конструкции заводского изготовления – типовые многопустотные преднапряженные плиты. При устройстве перекрытий с использованием схемы сборно-монолитного перекрытия значительно сокращается расход арматуры и опалубки. Толщину ригелей можно подобрать как в соответствии с толщиной используемых многопустотных плит, так и не зависимо от них. Данная схема является одной из наиболее экономичных конструктивных схем на основе технологии БПК.

Данная конструктивная схема наиболее актуальна при строительстве жилых зданий, офисных помещений, малых и больших торговых сооружений (магазинов, торговых комплексов, коммерческих складских помещений и т.д.).

Использование конструктивной схемы сборно-монолитного перекрытия на основе технологии БПК позволяет получить помещения площадью до 144 кв.м. и даже более с абсолютно свободной планировкой.

Технические характеристики

• Максимальный пролет — 12 м
• Толщина плиты перекрытия — 22 ÷ 30 см
• Расход арматуры (общий) — 15 ÷ 22 кг/м 2

Примечания

В 2003 году НИИЖБ были проведены испытания стыка примыкания монолитного участка плиты с многопустотной плитой сборно-монолитного перекрытия. Испытания показали следующее:

1. Величина усилия, сдвига, при котором происходило разрушение образцов, превышает предельно допустимую величину с учетом коэффициента безопасности в от 2,0 до 2,2 раза.
2. На пустотных плитах перекрытия расчленения верхней полки от нижней не происходило. Горизонтальных трещин не наблюдалось.

Типовая ячейка БПК-СМ

Вид перекрытия (разрез 1-1)

Вид перекрытия (разрез 2-2)

Вид перекрытия (разрез 3-3)

Фрагмент БПК-СМ

Монолитные железобетонные конструкции

Монолитный железобетонный безригельный каркас — наиболее распространенная в США конструктивная система для жилых домов повышенной этажности. Подсчитано, что около 90% всех жилых домов выше 10 этажей возводится с применением такого каркаса. Это объясняется многими причинами:

1) снижением общей высоты здания и, таким образом, сокращением объема всех инженерных конструкций, уменьшением площади фасадов и, наконец, снижением ветровой нагрузки, что приводит к минимизации элементов, воспринимающих горизонтальные силы, и фундаментов;

2) освоением подрядчиками методов производства работ по возведению таких конструкций;
3) упрощением отделки с применением окраски или декоративной штукатурки для потолков;

4) применением бетона, что автоматически обеспечивает требуемую степень огнестойкости. Проектная толщина плиты перекрытия удовлетворяет большинству требований строительных норм по огнестойкости;

5) свободным выбором архитектурно-планировочных решений, которые не лимитируются необходимостью применения жесткой сетки колонн, поскольку в этой системе может использоваться разношаговый каркас со свободным расположением колонн. Места установки перегородок не зависят от ригелей, выступающих ниже плиты перекрытия.

Автор: Eugene P. Holland / Юджин Холланд. Источник: «Housing». John Wiley & Sons. New York. 1976 / «Проектирование жилых зданий». Стройиздат. Москва. 1979