Спосіб утворення багатоповерхових каркасів із збірних елементів

Спосіб утворення багатоповерхових каркасів із збірних елементів, що містить встановлення площинних рам з колон і ригелів, укладання по ригелях плит настилів міжповерхових перекриттів і виконання вузлів з'єднання між елементами рам і настилів, при цьому елементи рам розташовують зі зміною їхніх уні фікованих планувальних параметрів (кроку, прольоту), вичерпуючи несучу здатність елементів рам, який відрізняється тим, що додатково змінюють уніфікований об'ємний параметр - висоту поверху, для чого на колонах влаштовують додаткові вузли з'єднання і сполучають їх з проміжними ригелями, по яких також укладають настили з плит перекриттів, причому несучу здат ність колон вичерпують додатково, згідно із співвідношенням Винахід стосується типового будівництва, а саме, - утворення збірних каркасів для багатоповерхових будівель різного призначення (громадських будівель, виробничих і допоміжних будівель промислових підприємств та ін.) з використанням номенклатур елементів типових серій, переважно серії 1.020-1. Відомий спосіб утворення каркасів будівель із збірних елементів, що містить встановлення поперекових або поздовжніх рам з колон і ригелів, укладання по ригелях плит настилів міжповерхових перекриттів і виконання вузлів з'єднання між елементами рам і настилів (Типовые строительные конструкции, изделия и узлы: Конструкции каркаса межвидового применения для многоэтажных общественных зданий, производственных и вспомогательных зданий промышленных предприятий. Серия 1.020-1/87. Вып. 0-8: Указания по монтажу изделий каркаса / ЦНИИЭП торгово-бытовых зданий и туристических комплексов. - К.: КиевЗНИИЭП, 1990. - 121 с.). Недоліком способу є неповний уніфікованопараметричний ряд значень висоти поверху каркаса при великій номенклатурі типорозмірів колон. Конструкції каркасу дозволяють отримувати висоти поверху, що дорівнюють тільки 3,3; 3,6; 4,2; 4,8; 6,0; 7,2 м (остання – тільки для перших поверхів). Це звужує область застосування збірних елементів типових серій у зв'язку з недостатньою об'ємнопланувальною "гнучкістю" (варіабельністю) каркаса. Найбільш наближеним до винаходу є спосіб утворення багатоповерхових каркасів із збірних елементів, що містить встановлення площинних (поперекових або поздовжніх) рам з колон і ригелів, укладання по ригелях плит настилів міжповерхови х перекриттів і виконання вузлів з'єднання між елементами рам і настилів, при цьому елементи рам розташовують зі зміною їхніх уніфікованих планувальних параметрів (кроку, прольоту), вичерпуючи несучу здатність елементів рам (Заявка № 99116125, Україна, МПК6 Е 04В 1/18, 1/24. Спосіб утворення каркасних будівель із збірних елементів / І.I.Романенко, С.В.Радченко (Україна); Заявлено 10.11.99 p.). Технічне рішення за прототипом дозволяє, змінюючи величини уніфікованих параметрів каркасу (кроку, прольоту), забезпечувати планувальну ( ) (19) UA (11) 36567 (13) A Nconst 1 var var var 2 = q B × L M × n2 , n1 4 де N - розрахункове вертикальне зосереджене навантаження на колону, кН (кгс); n1 - кількість перекриттів, що спираються на колону, включаючи перекриття по проміжних ригелях; q - розрахункове рівномірно розподілене навантаження на перекриття, МПа (кгс/м 2); В, L - числові значення, уніфіковані за основним геометричним модулем, відповідно кроку і прольоту площинних рам; М - основний геометричний модуль, що дорівнює 0,1 м; n2 - кількість чвертей вантажної площі, що припадає на колону; * var - індекс змінності параметрів; * const – те ж, сталості. 36567 варіабельність будівель, скорочуючи при цьому номенклатуру елементів каркаса, в яких вичерпують надлишок їхньої несучої здатності. Однак це рішення недостатньо варіабельне, бо, як і рішення за аналогом, забезпечує неповний ряд значень висоти поверху каркаса у зв'язку з відсутністю, наприклад, висоти поверху, яка дорівнює 2,1 м (для підвальних приміщень), 2,5 м (для житлових приміщень) або 3,0 м (для різноманітних громадських будинків) та інших на будь-яких місцях за висотою та планом будівлі. Виготовлення додаткових типорозмірів колон збільшує і без того занадто велику номенклатуру елементів, а відсутність повного уніфікованого ряду значень висоти поверху і довільної комбінаторності їхні х значень за висотою та на плані будівель обмежує область застосування каркасу і спричиняє надлишки будівельного об'єму. В основу винаходу покладене завдання щодо удосконалення способу утворення багатоповерхових каркасів із збірних елементів шляхом збільшення варіабельності ("гнучкості") об'ємно-планувального уніфікованого параметра - висоти поверху - при використанні колон типових серій, що забезпечує розширення області застосування елементів каркасів цих серій і вилучення надлишків будівельного об'єму будівель різного призначення. Поставлене завдання досягається у запропонованому способі утворенням багатоповерхових каркасів із збірних елементів, який містить встановлення площинних рам з колон і ригелів, укладання плит настилів міжповерхових перекриттів і виконання вузлів з'єднання між елементами рам і настилів, при цьому елементи рам розташовують зі зміною їхніх уні фікованих планувальних параметрів (кроку, прольоту), вичерпуючи несучу здатність елементів рам, згідно з винаходом, додатково змінюють уніфікований об'ємний параметр висоту поверху, для чого на колонах влаштовують додаткові вузли з'єднання і сполучають їх з проміжними ригелями, по яких також укладають настили з плит перекриттів, при цьому несучу здатність колон вичерпують додатково, згідно з співвідношенням: ( ) Nconst 1 var var var 2 = q B × L M × n2 , n1 4 величини зосередженого навантаження від ригелів різного прольоту, по яких розкладено плити настилів різної довжини в залежності від кроку рам. Це дозволяє обирати типорозміри колон за несучою здатністю, які спроможні сприймати навантаження від проміжних за висотою колон перекриттів. Можливу нестачу несучої здатності колон компенсують зменшенням величини зосереджених навантажень на колону за рахунок зменшення величин прольоту рами, її кроку, прольоту і кроку одночасно, а також нормативного корисного навантаження на перекриття, що є рівномірно розподіленим і міститься в розрахунковому навантаженні. Таким чином, забезпечують можливість неодноразового навантаження типової колони проміжними перекриттями, доводячи сумарне навантаження на неї до граничного розрахункового значення, що є відповідним обраному типорозміру колони за несучою здатністю. Типорозмір колони за уніфікованою довжиною обирають таким чином, щоб сума висот проміжних поверхів дорівнювалась уніфікованій довжині обраного типорозміру. При цьому можлива не збільшено-модульна уніфікована (тобто кратна, наприклад, 0,6 м) довжина, а, зокрема, 2,5 м від підлоги до стелі (для житлових приміщень). Для цього на колонах влаштовують додаткові вузли з'єднання їх з проміжними ригелями і виконують проміжні міжповерхові перекриття з такими ж варіабельними планувальними параметрами (кроку, прольоту) і нормативного корисного чи розрахункового навантаження. Без здійснення означених конструктивно-технологічних операцій отримання позитивного ефекту, що досягається запропонованим винаходом, неможливе. З іншого боку, досягнення позитивного ефекту передбачає наявність типових номенклатур збірних елементів каркасів будівель з розвинутими збільшено-модульними уніфікованими рядами об'ємно-планувальних (стандартного кроку, прольоту, висоти) і вантажно-силових (розрахункового рівномірно-розподіленого навантаження) параметрів. Винахід пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 подано схему утворення багатоповерхового каркасу із збірних елементів; на фіг.2 наведено фрагмент конструктивного рішення площинної рами, поперековий або поздовжній переріз; на фіг. 3 подано вузол А - опертя на типову колону проміжного ригеля через додаткові з'єднання колон з ригелями. Спосіб утворення багатоповерхових каркасів містить встановлення площинних рам 1, які складаються з колон 2 і ригелів 3 типової номенклатури, виконання вузлів з'єднання 4 колон з ригелями, укладання по ригелях плит зв'язкових 5 і рядкових 6 настилів і виконання вузлів з'єднання 7, 8, 9 цих плит між собою (7), з ригелем (8) і з колонами (9), забезпечуючи сталість рам каркасу в цілому. Рами 1 розташовують впоперек або поздовж будівлі. За висотою колони 2 в площині рами 1 влаштовують додаткові вузли з'єднання 10 (наприклад, у вигляді стальних таврових полиць, що приварюють до закладних деталей колон з подальшим обетонуванням їх у вигляді консолі), з'єднують їх також з проміжними ригелями 11 (з тієї ж номенклатури елементів, що і ригелі 3), по яких укладають плити настилів 12, 13 (з тієї ж номенклатури елементів, що і плити 5, 6), і також з'єднують їх у вузлах 7, 8, 9. (1) де N - розрахункове вертикальне зосереджене навантаження на колону, кН (кгс); n1 - кількість перекриттів, що спираються на колону, включаючи перекриття по проміжних ригелях; q - розрахункове рівномірно розподілене навантаження на перекриття, МПа (кгс/м 2); В, L - числові значення уніфіковані за основним геометричним модулем, відповідно, кроку і прольоту площинних рам; М - основний геометричний модуль, що дорівнює 0,1 м; n2 - кількість чвертей вантажної площі, що припадає на колону; * var - індекс змінності параметрів; * const – те ж, сталості. Номенклатура збірних елементів каркасу містить типорозміри колон, які розраховані на різні 2 36567 Проміжні ригелі 11 з плитами настилів 12, 13 утворюють проміжні міжповерхові перекриття, які поділяють один типовий поверх на два (або три) додаткових поверхи. Варіабельні планувальні параметри каркасу - крок Вvar і прольот Lvar, а також об'ємний параметр - висоту Hvar обирають відповідними до типорозмірів збірних елементів 2, 3 і 4, 5, а також збірним елементам 11, 12 і 13 з типових номенклатур з урахуванням їх типорозмірів за несучою здатністю, відповідно до розрахункового рівномірно розподіленого навантаження на перекриття q, вичерпуючи несучу здатність всіх елементів до граничного стану. Несучу здатність колон 2 при цьому вичерпують (до граничної несучої здатності) додатково, згідно зі співвідношенням: ( ) Nconst 1 var var var 2 = q B × L M × n2 , n1 4 раметрів В, L (наприклад, 9,4; 9,3; 9,2 м) досягається вичерпування надлишку її несучої здатності, оскільки при цьому підвищується загальне навантаження, що припадає на неї. При роботі з проміжними (додатковими) перекриттями (поз. 11, 12, 13) колоною 2 з одного поверху утворюється два (або три) поверхи. При цьому навантаження N на колону від усіх перекриттів становить N = n1q × F , де F - вантажна площа на колону від одного перекриття, м 2; n1 - кількість перекриттів, включаючи проміжні. Тоді задана несуча здатність Q колони 2, що є відповідною фактичному навантаженню на неї, дорівнюватиме (1) де N - розрахункове вертикальне зосереджене навантаження на колону, кН (кгс); n1 - кількість перекриттів, що спираються на колону, включаючи перекриття по проміжних ригелях; q - розрахункове рівномірно розподілене навантаження на перекриття, МПа (кгс/м 2); В, L - числові значення уніфіковані за основним геометричним модулем, відповідно, кроку і прольоту площинних рам; М - основний геометричний модуль, що дорівнює 0,1 м; n2 - кількість чвертей вантажної площі, що припадає на колону; * var - індекс змінності параметрів; * const – те ж, сталості. Багатоповерховий каркас, що утворений запропонованим способом, працює наступним чином. Площинні рами 1 (поперекові або поздовжні), що складені з колон 2 і ригелів 3, сполучені між собою вузлами з'єднання 4, утворюють зв'язкову конструктивну схему, яка сприймає вертикальні навантаження; горизонтальні навантаження (вітрові та ін.) сприймають діафрагми жорсткості у зв'язкових кроках каркасу (на фігура х не наведено). При типовому рішенні каркасу рівномірно розподілене навантаження q від перекриття (поз. 3; 5; 6) прольотом L і кроком В передається на колону 2 заввишки Н. Несуча здатність колони 2 є відповідною до кількості чвертей вантажних площин n2 з цим навантаженням в залежності від її розташування у плані, тобто æH Bö 1 n 2 ç × ÷ = H × B × n2 è2 2ø 4 Q= 1 H × B × n2 4 1 f q ×F , n1 (5) якщо qqt = n1qf , де qt , qf - відповідно, типове розрахункове і фактичне розрахункове (може бути також із уніфіковано-параметричного ряду значень) навантаження. Додаючи модульний М вираз кроку В і прольоту L каркаса, отримують, що в чвертях вантажних площин N= 1 f (B × L ) 2 q M × n2 n1 4 (6) Звідкіля: несуча здатність колон при варіабельності (індекс - var) параметрів В, L, q і сталості (індекс - const) заданого навантаження на неї N вичерпується, згідно з додатковим (до основного за варіабельністю Вvar, Lvar) співвідношенням: ( ) Nconst 1 var var var 2 = q B × L M × n2 n1 4 (1) Наприклад, є середня типова колона під навантаження (тобто з несучою здатністю Q) у робочому перерізі N = 100 тс для рами з планувальними параметрами В = 6 м, L = 6 м і вантажним параметром q = 1200 кгс/м 2. При колоні з об'ємним параметром (висотою) Н = 6 м кількість поверхів n1 отримується із співвідношення (1) 10 5 1 = 1200 (60 × 60 )01 2 × 4 n1 4 (2) і за висотою каркаса, тобто n2 (4) Звідкіля: n1 = 10 5 = 2,3 . 1 ×1200 × 36 Приймаємо n1 = 2 поверхи. Та ж колона з проміжними перекриттями, тобто при n1 = 3, матиме величину навантаження q на перекриття, яке також визначають за співвідношенням (1) (3) За різних значень планувальних параметрів В, L і вантажного параметра q з будь-яким з типових значень об'ємного параметра Н забезпечується розрахунковий граничний стан колони 2. За рахунок підвищення значень збільшено-роздрібних па 10 5 1 var 2 = q (60 × 60 ) × 0,1 × 4. 3 4 3 36567 Звідкиля: qvar=926 кг/м2. Найближче значення типового розрахункового навантаження в її уніфіковано-параметричному ря-ду дорівнює 800 кгс/м 2. Відповідно до основного співвідношення варіабельності геометричних та вантажних параметрів рами (за прототипом) отримуємо уніфіковано-роздрібне модульне значення кроку що задовольняє несучу здатність колони Q. При висоті типової колони, наприклад, H = 6 м Hvar ® 3+3; 3,3+2,7; 2,7+3,3; 2,4+3,6; 3,6+2,4 м, де 2,4; 2,7; 3,0; 3,3; 3,6 - додатковий уніфікований збільшено-роздрібний ряд значень висоти поверху, відповідно, нижче- і вищерозташованого. Запропонований спосіб утворення багатоповерхових каркасів із номенклатур збірних елементів типових серій (переважно серії 1.020-1/87) дозволяє розширити область застосування елементів каркасів і виключити надлишки об'ємів у будівлях різного призначення (при вилученні перевитрат матеріалів). Спосіб може бути застосований при забезпеченні різнозамінності збірних конструкцій методом конструктивно-технологічної інверсії, коли в галузі будівництва типовим виробам уніфікованих збільшено-модульних розмірів при їх виробництві надають збільшено-роздрібні модульні розміри з відповідним конструктивним корегуванням. Bvar 925 = 6 800 925 × 800 = 6.9 м. 6 Таким чином, відповідно до додаткового співвідношення (1) забезпечують тотожність (з точністю до величини збільшеного модуля 3М) Звідкиля: Bvar = 10 5 1 2 = 800 × (60 × 60 ) × 0,1 × 4, 3 4 3,33×105 (кгс) = 3,17×105 (кгс) Фіг. 1 4 36567 Фіг. 2 Фіг. 3 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5