Збірний каркас багатоповерхових будинків з нерегулярною сіткою колон і змінною висотою поверхів

Реферат: Винахід належить до галузі будівництва і може бути використаний для спорудження багатоповерхових житлових, громадських і промислових каркасних будинків з типовою і нерегулярною сіткою колон та змінною висотою поверхів з застосуванням збірних великорозмірних елементів із залізобетону, металевих і дерев'яних конструкцій. Запропонована нова конструкція збірного каркаса багатоповерхових будинків виконується з великорозмірних, однотипних за формою і розмірами поперечного перерізу збірних залізобетонних, металевих, дерев'яних елементів, або в їх поєднанні, виготовлених за менш трудомісткою технологією на заводах, а також на місці будівництва. Збірні великорозмірні елементи з'єднуються між собою жорсткими вузлами з безконсольними колонами та ригелями таким чином, що вони утворюють двогілкові колони і двобалкові ригелі рам каркасів з нерегулярною сіткою колон, в поєднанні з різними видами перекриттів для постійної і змінної висоти поверхів. UA 116151 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід "Збірний каркас багатоповерхових будинків з нерегулярною сіткою колон і змінною висотою поверхів" належить до галузі будівництва і може бути використаний в багатоповерховому житловому, промисловому і громадському будівництві, із застосуванням збірних великорозмірних залізобетонних, металевих і дерев'яних конструкцій або з їх різним поєднанням в системах каркасів при мінімальній кількості типорозмірів і стиків. В будівництві багатоповерхових житлових, промислових і громадських будинків та будівель іншого призначення широко застосовують різні багатоповерхові багатопрогонові каркасні системи з використанням монолітного, збірного і збірно-монолітного залізобетону, а також металу і дерева. Такі конструкції каркасів для багатоповерхових будинків широко описані в технічній літературі: підручниках, монографіях, навчальних посібниках, наукових статтях періодичних видань, головні з яких приводяться в списку літератури, який додається нижче, а також патентах, а саме: 1. В підручниках по залізобетонних конструкціях в багатьох виданнях авторів Барашікова А.Я. [1], Байкова В.Н. [2], Вахненко П.Ф. [3], Голишева О.Б. [12], Муршова В.А. [4], Сахновського К.В. [5] та ін. описані різні типи монолітних, збірних і збірно-монолітних залізобетонних каркасів багатоповерхових будинків з регулярною сіткою колон від 6×6 до 6×12 м, а також каркасів з безбалковими перекриттями. 2) В підручниках по металевих конструкціях у виданнях авторів Беленя Е.И. [6], Балдина В.А. [6], Бирюлева В.А. [7], Стрелецкого Н.С. та інших описані різні типи металевих каркасів багатоповерхових будинків також для регулярної сітки колон. 3) В підручниках по дерев'яних конструкціях у виданнях авторів Іванова В.А. [9], ІвановДятлов И.Г, Деллос К.П. [8], Гете Г.К. [10] описані різні типи дерев'яних каркасів в основному для малоповерхових будинків. 4) Нетипові конструктивні вирішення різних систем каркасів багатоповерхових будинків, особливо для житлового будівництва описані також в багатьох статтях періодичних видань в Україні (журнал "Будівництво України", "Будівельний журнал" і за кордоном, а також в патентах. Серед нових конструктивних вирішень каркасів багатоповерхових будинків опублікованих у різних виданнях і патентах за останні роки можна назвати наступні: 5) В журналі "Будівельний журнал" - № 6. - 2010 на стор. 35 в статті Томаса Альтера "Кріплення Peikko за принципом конструктора" приводиться інформація про інноваційні технології компанії "Пейко Україна" (представник фінського виробництва), які забезпечують швидкий монтаж елементів каркасу багатоповерхових будинків з жорсткими з'єднаннями колон, фундаментів і ригелів багатоповерхових будинків [13]. 6. В книжці [10] (стор. 124-135, 168-200) розглядаються дерев'яні конструкції каркасів малоповерхових будинків, зокрема каркасів зі складеними двоелементними стояками, між якими пропущені головні балки рам каркасів, а також інші види каркасних конструкцій. 7) В монографії [1] (стор. 33-38, 495-511) розглядаються різні конструктивні системи типових каркасів багатоповерхових будинків, а також запропоновані автором нові системи збірномонолітних каркасів, з використанням типових збірних елементів колон і нетипових двобалкових ригелів для різних сіток колон і великих навантажень на перекриття. 8) "Каркас багатоповерхового будинку" (RU 2272108): по МПК класи: Е04В 1/18 - будівельні конструкції з довгомірних несучих елементів, колон, балок каркасів; Е04В 1/20 - з бетону або інших матеріалів; Е04В 1/32 – Е04В 1/36 і Е04С 3/00 - довгомірні несучі елементи будівельних конструкцій. Винахід належить до галузі будівництва і може бути використаний при зведенні багатоповерхових будинків житлового і громадського призначення. 9) Відомий каркас багатоповерхового будинку - патент (RU 2020210), Е04В 1/18 від 16.01.92 p., що містить колони з отворами на рівні плит перекриттів, ригелі одного напрямку з ненапруженого арматурного і монолітні ригелі перпендикулярного напрямку з напруженою арматурою, пропущеною в отворах колон. 10) В патентах України за останні 10 років аналогів не виявлено. Переважна більшість систем і конструкцій відомих каркасів багатоповерхових будинків з використанням різних матеріалів (залізобетону, металу і дерева) мають ряд недоліків таких як: 1. Велика різнотипність збірних елементів, і стиків, особливо при нерегулярній сітці колон і змінній висоті поверхів. 2. Складність в монтажі і з'єднанні елементів у вузлах, де виникають найбільші зусилля. 3. Різнотипність заводської технології виготовлення збірних елементів. 4. Обмеженість щодо застосування збірних каркасних конструкцій для багатоповерхового житлового будівництва. 5. Неможливість застосування великорозмірних однотипних збірних елементів і їх виготовлення за новітньою технологією або на місці будівництва. 1 UA 116151 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6. Більшість відомих типових конструкцій каркасів непридатні для виконання їх в збірнорозбірному варіанті з можливістю повторного використання або в збірно-монолітному варіанті. 7. Непридатність систем каркасів для можливого використання або заміни окремих збірних елементів, виконаних із інших різних матеріалів: залізобетону, металу і дерева та ін. Більшість цих недоліків відомих систем і конструкцій каркасів можна віднести до каркасів, які умовно можна вважати прототипами, а саме каркаси описані в поз. 10 і 11 списку літератури, приведеного в заявці. Пропонований винахід, а саме: "Збірний каркас багатоповерхових будинків з нерегулярною сіткою колон і змінною висотою поверхів" дозволяє позбутися вказаних недоліків і при його запровадженні в будівництво можна досягти високих техніко-економічних показників за рахунок: 1) можливості застосування каркасів для нерегулярної сітки колон і змінної висоти поверхів, 2) можливості застосування великорозмірних однотипних збірних елементів, які можуть виготовлятись не тільки на заводах, а також на місці будівництва, 3) однотипності збірних елементів і стиків ригелів і колон каркасів, виконаних із залізобетону (прямокутного перерізу), різних прокатних профілів з металу і дерев'яних прямокутних суцільних або клеєних елементів, 4) легкості в монтажі і з'єднанні збірних великорозмірних елементів ригелів і колон в однотипних вузлах рам, в яких не стикують збірні елементи по довжині, 5) можливості застосування таких систем каркасів для багатоповерхового житлового, громадського, промислового та інших видів будівництва, 6) придатності конструктивного вирішення каркасів для можливої заміни окремих елементів і поєднанням їх із залізобетонними, металевими, а також дерев'яними елементами, 7) можливість виконання каркасів в збірно-розбірному варіанті для повторного використання, а також в збірно-монолітному варіанті при великих навантаженнях і нерегулярних сітках колон, 8) заміна форми поперечного перерізу ригелів типових конструкцій на двобалкові, створює умови для вільного пропуску по висоті поверхів і по довжині між збірними елементами ригелів різних комунікацій, а також для перетворення ригелів в збірно-монолітну конструкцію Пподібного профілю для кращого сприйняття крутних моментів при великих прогонах. Збірний каркас запропонованої системи з нерегулярною сіткою колон і змінною висотою поверхів для багатоповерхового житлового, громадського, промислового та інших видів будівництва виконується з однотипних великорозмірних збірних елементів колон і ригелів із застосуванням різних матеріалів: залізобетону, металу і дерева. Збірні елементи каркаса, виготовленні з одного із цих матеріалів, або ж в різних можливих комбінаціях, з'єднуються між собою в однотипних вузлах рам, а по довжині в зонах нульових моментів (в прогонах). На Фіг. 1 показана схема каркаса багатоповерхового будинку в поперечному розрізі для нерегулярної сітки колон і змінної висоти поверхів. На Фіг. 1 показано, для прикладу, чотири можливі комбінації величин прогонів в межах осей від 1 до 11 при ширині будинку 24 м, а саме: 1) -7.5+9.0+7.5 м 2) -6.0+6.0+6.0+6.0 м 3) -6.0+12.0+6.0 м 4) -4.5+4.5+7.5+3.0+4.5 м. Такі каркаси багатоповерхових будинків виконуються з однотипних великорозмірних елементів: двогілкових колон, складених із збірних елементів 1, 2, об'єднаних розпірками 3, 4 і двобалкових ригелів, складених з великорозмірних збірних елементів 5, 6. Двобалкові ригелі рам у вузлах об'єднуються з двогілковими колонами на рівні розпірок 3 або 4, чим досягається зміна висоти поверхів; наприклад ригель середнього прогону 6-1 для сітки колон 7,5+9,0+7,5 м. може бути піднесений до висоти 6.0 м. Конструктивне вирішення вузлів рам каркаса, в яких з'єднуються між собою двогілкові колони і двобалкові ригелі показане на: Фіг. 2 - для залізобетонного каркаса, виконаного з однотипних великорозмірних збірних елементів прямокутного перерізу (Н6); Фіг. 3 - для металевого каркаса, виконаного з однотипних великорозмірних прокатних профілів (швелерів) 1, 2, 11, 12); Фіг. 4 - для дерев'яних каркасів, виконаних з однотипних великорозмірних елементів колон 13, 14 та ригелів, із клеєних елементів прямокутного перерізу 15 або складених з двох суцільних елементів прямокутного перерізу 16. 2 UA 116151 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Приклад поєднання збірних елементів каркаса, виконаних з різних матеріалів показаний на розрізі 3-3 Фіг. 3, в якому збірні елементи двогілкових колон 1, 2 залізобетонні, а ригелі 11, 12 металеві з прокатних профілів. Конструктивне вирішення об'єднання елементів у вузлах рам каркасів, виконаних з різних матеріалів, прийняте однаковим, додаткові елементи яких розміщені скрито між двогілковими колонами і двобалковими ригелями. При цьому до вузлових розпірок 4 зверху (Фіг. 2 і Фіг. 3) приварене ребро 7, а на бокових гранях колон кутники 8, на яких обпираються консольні кутники 9, 10, приварені до закладних деталей ригелів, і з'єднані монтажними болтами з елементами 7, 8. Конструктивне вирішення вузлів рам дерев'яних каркасів (Фіг. 4) виконується із заміною елементів 7, 8, 9 і 10 на закладну деталь коробчастої конструкції, що включає вузлову розпірку 4 і бокові вертикальні 17 та горизонтальні листи 18 для прикріплення їх на болтах 19, 20 до елементів двогілкових колон 13, 14 та двобалкових ригелів 15, 16. Принципові схеми вузлів для об'єднання великорозмірних збірних елементів ригелів по довжині розміщених в прогонах в зонах нульових моментів показані на: Фіг. 5 - для залізобетонних конструкцій: Фіг. 6 - для дерев'яних конструкцій і Фіг. 7 для металевих конструкцій. Монтаж нових запропонованих конструкцій каркасів для багатоповерхових будинків з нерегулярною сіткою колон і змінною висотою поверхів передбачається виконувати у такій послідовності: 1. Встановлення і закріплення у фундаментах збірних одноповерхових елементів колон 1 і двоповерхових елементів колон 2 з об'єднанням їх за допомогою проміжних 3 і вузлових розпірок 4 в двогілкові конструкції. 2. Встановлення збірних великорозмірних елементів 5 і 6 двобалкових ригелів із з'єднанням їх з вузловими (Фіг. 2 і Фіг. 3) розпірками 4 колон до деталей 7, 8 за допомогою кутників 9, 10 на монтажних болтах і з проварюванням, а також в стиках по довжині в зонах нульових моментів (Фіг. 5, Фіг. 6, Фіг. 7). 3. Спорудження збірних, монолітних або збірно-монолітних перекриттів (Фіг. 8) з об'єднанням їх між собою і з ригелями для спільної роботи. 4. Монтаж методом нарощування збірних елементів колон 2 з об'єднанням їх з розпірками 3, 4 і стиками до раніш встановлених елементів в двогілкові конструкції. 5. Монтаж збірних великорозмірних елементів двобалкових ригелів (наприклад: залізобетонних 5, 6, металевих 11, 12 або дерев'яних 15, 16) і перекриттів. Перекриття в запропонованих нових системах каркасів багатоповерхових будинків можуть виконуватись в багатьох конструктивних, технологічних і архітектурних вирішеннях з застосуванням монолітного, збірного або збірно-монолітного залізобетону, а також металевих і метало-дерев'яних конструкцій, а саме: - із збірних ребристих або пустотних плит перекриттів в промислових будинках (Фіг. 8б); - із збірних і збірно-монолітних кесонних або складчастих конструкцій в громадських будинках при збільшеній сітці колон (Фіг. 8а); - із збірних плоских суцільних, багатошарових або пустотних плит, а також монолітних конструкцій в житлових будинках із нерегулярною сіткою колон і перекриттями в різних рівнях. Однією з основних переваг запропонованих нових конструктивно-технологічних вирішень каркасів багатоповерхових будинків є те, що вони відповідають вимогам збірно-розбірності, які можуть виникати при проектуванні і необхідності їх демонтажу з різних причин. Такі каркаси можуть бути запроектовані як збірно-розбірні, в яких вузли виконують не зварними, а на болтах, не міняючи в принципі конструктивних вирішень. Ще одна особливість запропонованих нових вирішень каркасів багатоповерхових будинків полягає в тому, що всі великорозмірні однотипні елементи колон і ригелів передбачено виготовляти не тільки на заводах і виробничих базах на одній технологічній лінії, а також на місці будівництва самими забудовниками в одній збірно-розбірній формі стендовим способом. Це ж стосується також каркасів із застосуванням металу, дерева, або їх можливих комбінацій. Позначення елементів і розмірів Фіг. 1 - поперечний розріз будинку. Фіг. 2 - конструкція вузла з'єднання двобалкових великорозмірних збірних залізобетонних елементів ригелів рам з двогілковими колонами; Фіг. 3 - конструкція вузла з'єднання двобалкових металевих збірних елементів ригелів рам з двогілковими залізобетонними або металевими колонами; 3 UA 116151 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Фіг. 4 - конструкція вузла з'єднання двобалкових великорозмірних дерев'яних елементів ригелів рам з двогілковими дерев'яними колонами; Фіг. 5 - конструкція стику з'єднання по довжині двобалкових великорозмірних збірних залізобетонних елементів ригелів в прольоті в зоні нульових моментів; Фіг. 6 - конструкція стику двобалкових великорозмірних дерев'яних елементів ригелів рам в зоні нульових моментів; Фіг. 7 - конструкція етика двобалкових великорозмірних збірних металевих елементів ригелів рам в зоні нульових моментів. Фіг. 8 - Каркаси і перекриття багатоповерхових будинків: а - з нерегулярною сіткою двогілкових колон і безконсольним обпиранням у вузлах двобалкових ригелів; б - з типовими консольними колонами і двобалковими збірно-монолітними ригелями і ребристими або кесонними перекриттями. 1 - одноповерхові збірні елементи двогілкових колон; 2 - двоповерхові збірні елементи двогілкових колон; 3 - збірні проміжні металеві розпірки двогілкових колон; 4 - збірні вузлові металеві розпірки двогілкових колон; 5 і 6 - збірні великорозмірні елементи двобалкових ригелів рам; 7 - ребро з'єднання елементів вузлових розпірок 4 з ригелями; 8 – кутники, приварені до елементів колон для обпирання ригелів; 9 і 10 – кутники, приварені до елементів ригелів для обпирання на розпірки 4 двогілкових колон; 11 і 12 - великорозмірні металеві збірні елементи двобалкових ригелів рам (зі швелерів); 13 і 14 - дерев'яні елементи двогілкових колон; 15 і 16 - великорозмірні дерев'яні збірні елементи двобалкових ригелів рам; 17 і 18 - металеві листи для болтових з'єднань двогілкових дерев'яних колон з розпірками 4. 19 і 20 - монтажні болти з'єднань дерев'яних елементів двобалкових ригелів рам з двогілковими колонами. 21 - монтажний стик випусків арматури великорозмірних збірних елементів залізобетонних ригелів рам; 22 - пакет пластин односторонньо приварених до випусків арматури; 23 - розпірки в стиках великорозмірних збірних елементів ригелів рам; 24 - болтові з'єднання в стиках дерев'яних елементів ригелів рам; 25 - болтові з'єднання в стиках металевих елементів ригелів рам; 26 - стики двобалкових ригелів рам в прогонах. b - ширина прямокутного перерізу збірного елемента; h - висота перерізу збірного елемента ригеля; hk - висота перерізу збірного елемента колони; с - відстань між елементами двогілкових колон; d - довжина стику збірних елементів ригеля. Джерела інформації: 1. Барашиков А.Я., Будинкова Л.М., Кузнецов Л.В. и др. Железобетонные конструкции. Київ: Вид-во "Вища школа", 1984, - 352 с. 2. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. "Железобетонные конструкции. Общий курс - Москва. Госстройиздат, 1985, - 728 с. 3. Вахненко П.Ф., Павліков A.M., Горик О.В. та ін. Залізобетонні конструкції.-Київ: Вид-во "Вища школа", - 1999, - 508 с. 4. Мурашев В.И., Сигалов Э.Е., Байков В.И. Железобетонные конструкции. - Москва: Госстройиздат., 1962, 659 с. 5. Сахновский К.В. Железобетонные конструкции. - Москва: Госстройиздат, 1959, 839 с. 6. Беленя Е.И., Балдин В.А., Веденников Г.С. и др. Металлические конструкции. Общий курс. Учебник для вузов. - М. Стройиздат, 1985, - 500 с. 7. Бирголев В.В., Кошин И.И., Крилов И.И. и др. "Проектирование металлических конструкций. Специальный курс. - Ленинград: Стройиздат, - 1990, 432 с. 8. Иванов-Дятлов И.Г., Деллос К.П. и др. "Строительные конструкция - Москва "Высшая школа", 1986, - 544 с. 9. Иванов В.А. "Деревянные конструкции". - Киев: Стройиздат УССР, - 1962, - 412 с. 10. Гете Г.К., Хоор Д., Мелер К., Наттерер Ю. Атлас деревянных конструкций. - Москва: Стройиздат, 1985, - 272 с. 11. Гнідець Б.Г. Залізобетонні конструкції з напружуваними стиками і регулюванням зусиль. Львів: Вид-во НУ "Львівська політехніка", 2008, - 548 4 UA 116151 C2 5 10 15 12. Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П. "Проектирование железобетонных конструкций". Справочное пособие. - Киев. - "Будівельник" 1985,496 с. 13. Томас Альтер. "Кріплення Реікко за принципом конструктора", - Будівельний журнал, №6. - Спецвипуск, 2010. Український інформаційно-аналітичний щомісячник. Київ, 2010. - с.35 14. Меркулов О., Дермановський І. "Дерев'яно-каркасний будинок. Технологія доступного житла. - Будівельний журнал, - №11. - 2008. Український інформаційно-аналітичний щомісячник. - Київ, 2008,- с.18-19 15. Kobiak I. Stachurski W. Konstrukcje zelbetowe. t.3. - Warszawa: Arkady. - 1989. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Збірний каркас багатоповерхових будинків житлового, промислового, громадського або іншого постійного або тимчасового призначення, для нерегулярної сітки колон і змінної висоти поверхів, який виконаний з однотипних за формою і розмірами поперечного перерізів збірних залізобетонних, металевих і дерев'яних елементів або в їх поєднанні, виготовлених за стандартною технологією і з'єднаних між собою жорсткими вузлами на зварюванні або на болтах так, що вони утворюють двогілкові колони і двобалкові ригелі рам каркасів, розміщених в поперечному напрямку будинків з нерегулярною сіткою колон і змінною висотою поверхів в поєднанні з різними видами перекриттів. 5 UA 116151 C2 6 UA 116151 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7