49. Каркасно-панельное домостроение. Элементы несущего остова каркасно-панельных зданий

В крупнопанельном домостроении кроме коробчатой конструктивной системы, когда несущими вертикальными конструкциями служат панельные стены, применяют стоечно-балочные конструктивные системы, т.е. каркасные, в том числе с полным или неполным сборным железобетонным каркасом. Каркасно-панельное домостроение, как и крупнопанельное, является полносборным, т.е. все конструктивные элементы таких зданий изготавливаются в заводских условиях и из этих элементов на строительных площадках собирают дома. Как уже упоминалось, в каркасно-панельном домостроении могут применяться следующие конструктивные схемы: с полным поперечным каркасом; с полным продольным каркасом; с полным пространственным каркасом; с неполным поперечным каркасом и несущими наружными продольными стенами; с полным безбалочным каркасом и с неполным безбалочным каркасом. В конструктивных схемах с полными балочными каркасами вертикальными несущими конструкциями являются колонны, а горизонтальными несущими конструкциями - поперечные или продольные или поперечные и продольные балки. Несущими конструкциями перекрытий при таких конструктивных схемах и системах могут служить плиты-настилы или плиты-панели, опираемые на балки каркасов.

При конструктивной схеме с неполным поперечным каркасом и несущими наружными продольными стенами вертикальными несущими конструкциями служат внутренние колонны и наружные продольные стены, на которые опирают поперечные балки, а на балки укладывают несущие элементы перекрытий в виде плит-настилов или плит-панелей. При конструктивной схеме с полным безбалочным каркасом на вертикальные несущие конструкции – колонны – непосредственно опирают усиленными опорными углами плиты-панели перекрытий, а при конструктивной схеме с неполным безбалочным каркасом плиты-панели перекрытий опирают непосредственно на внутренние колонны каркаса и на несущие стены.

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 определенной этажности и высоты применять бесстыковые колонны.Такие колонны имеют поперечное сечение 300х300 мм и их устанавливают в зданиях высотой до пяти этажей и при сравнительно невысокой полезной нагрузке на перекрытия (до 80 МПа). Кроме бесстыковых колонн в каркасах могут применяться и стыкуемые элементы колонн высотой от одного до четырех этажей с поперечным сечением 400х400 мм и их используют в более высоких зданиях и под более высокие нагрузки. На рис. приведены варианты составных элементов участка унифицированого 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-, трех- и четырехконсольными, 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. Трех- и четырехконсольные колонны могут применяться в пространственных каркасах, при этом трехконсольные – в крайних рядах с самонесущими стенами, а четырехконсольные – в крайних рядах с ненесущими стенами и в средних рядах.

Колонны неполных каркасов тоже могут быть одно-, двух-, трех- и четырехконсольными 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 могут также применяться бесконсольные элементы колонн высотой на этаж.

Торцы колонн или их элементов выполняют усиленными поперечным армированием и снабжают или выпусками продольной арматуры, или стальными оголовниками, или закладными деталями для соединения этих колонн или их элементов между собой и с другими конструкциями. После сварки соединяемых элементов стыки омоноличиваются.

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.

Размеры поперечных сечений балок зависят от величины перекрываемого пролета и величины воспринимаемых нагрузок. Так, например, 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.

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 пролеты до 9 м. Номинальная ширина многопустотных плит-настилов или 1200, или 1500 или 1800 мм, а высота 220 или 300 мм. Ребристые плиты-настилы имеют номинальную ширину 1500 мм и высоту – 220 или 300 мм и их применяют или совместно с многопустотными настилами и укладывают в местах прохода инженерных коммуникаций, так как между ребрами 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.

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

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

г) Стены-диафрагмы жесткости каркасно-панельных зданий

Поскольку в каркасно-панельных зданиях отсутствуют совместно работающие несущие продольные и поперечные стены, обеспечивающие пространственную жесткость и устойчивость несущего остова зданий, то каркасы этих зданий снабжают на всю высоту здания вертикальными стенами-диафрагмами, располагаемыми вплотную к колоннам вдоль и поперек здания. В плане здания стены-диафрагмы образуют ядра жесткости, имеющие или крестообразную форму, или форму прямоугольника или двутавра, или другую соответствующую форму. Расстояние между ядрами жесткости по длине здания принимают от 24 до 36 м и их устраивают в средней части непротяженного 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. 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 жесткости при шаге или пролете между колоннами до 6 м равна расстоянию в свету между колоннами, а при больших шаге или пролете стены-диафрагмы устраивают составными по ширине. Панели стен-диафрагм могут быть глухими или с проемами. 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 путем 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.

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. 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.

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 осадочных швов при неоднородных грунтах оснований и антисейсмических швов – раздельными под каждую колонну.