Вся электронная библиотека >>>

 Железобетонный каркас >>

 

Железобетон

Сборный железобетонный унифицированный каркас


Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

 

Глава 3. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ УНИФИЦИРОВАННОГО КАРКАСА И УЗЛЫ ИХ СОПРЯЖЕНИЙ

 

 

1.  КОЛОННЫ

 

Колонны каркаса приняты сечением 400X400 мм, высотой в один или два этажа для возможности решения здания любой этажности (четной или нечетной). Принятые высоты колонны предусматривают также возможность организации технических этажей и зальных помещений.

Выбор высоты колонны, равной высоте двух этажей, обусловлен производственными возможностями предприятий Главмоспромстройматериалов, неотработанными методами монтажа высоких (трех-, пятиэтажных) колонн и, в частности, их монтажным закреплением, заведением в сетку многоэтажных колонн элементов диафрагм жесткости, ригелей и плит перекрытий и т.д.

Выбор единого поперечного сечения колонн 400X400 мм отвечает задаче сокращения номенклатуры самих колонн и (что особенно важно) примыкающих элементов — ригелей, диафрагм жесткости, стен, распорок перекрытий и т. д.

Колонны выполняются из бетона марок М 300, М 400, М 500 и М 600.

Стволы колонн армируются стержнями диаметром от 16 до 40 мм из стали класса A-III, что позволяет получать экономически эффективную градацию их несущей способности до 9400 кН.

Градация несущих способностей колонн на разных этапах освоения и совершенствования каркаса неоднократно менялась вследствие ряда причин, из которых на первом этапе определяющими были производственные возможности предприятий сборного железобетона по освоению ограниченной номенклатуры изделий, изменение нормативной базы, а также проведение комплекса научных исследований, позволяющих технически совершенствовать конструкции.

Совершенствование номенклатуры конструкций на каждом этапе проводилось на основе оптимизации путем сравнения технико-экономических показателей различных вариантов, отвечающих возможностям производства и достижения науки и техники в области сборного железобетона.

 

 

Проведенные проектные проработки и исследования показали, что наиболее рациональная номенклатура может быть получена на основе следующих предпосылок: установления оптимальной градации расчетных нагрузок для колонн (введение по высоте 16—25-этажного здания четырех-пяти марок колонн по несущей способности); установки закладных деталей в   колоннах   только  в   необходимых случаях; внедрения бетонов высоких марок — М 600 —М 800, которые особенно эффективно применять в сжатых элементах — колоннах; применения эффективных марок сталей, в частности стали класса Ат-V и др.

Указанные мероприятия не связаны с увеличением числа форм, речь идет о том, чтобы при использовании тех же форм по мере необходимости можно было применять различное армирование.

Подход к оптимизации предусматривал  сопоставление  технико-экономических       показателей различных вариантов. Получить требуемую несущую способность можно различными способами, применяя, например, бетоны разных марок и различную арматуру. Так, несущую способность в 2500 кН можно достичь при марке бетона М 200 и арматуре 4032A-III или же при марке бетона М 300 и арматуре 4016A-III. Но во втором случае расход металла сокращается в 4 раза, а суммарная  стоимость   бетона и арматуры — на 37 % •

Сущность методики оптимизации номенклатуры колонн по несущей способности состоит в выборе наиболее экономичного варианта полного комплекта колонн в результате сравнения вариантов по расходу арматуры, цемента и по стоимости этих материалов. Исследования показали, что при увеличении числа типов колонн с одного до двух расход стали сокращается в 2,8 раза; а с двух до трех — на 21 %• Дальнейшее увеличение числа типов колонн (до пяти) дает затухающие показатели экономии стали.

Оптимизирована также номенклатура связевых колонн по закладным деталям, служащим для соединения колонн с диафрагмами жесткости. В проектах каркасных зданий возможно примыкание диафрагм жесткости с одной, двух (противоположных), трех или четырех сторон колонн.

В первоначальной номенклатуре связевые колонны в целях строгой унификации и сокращения числа марок имели закладные детали по всему периметру сечения, что допускало примыкание диафрагм жесткости с любой стороны. Закладные детали на всех колоннах принимались одинаковыми по несущей способности. Такое решение представляло определенные удобства в производстве колонн, но закладные детали получались тяжелыми, что приводило к значительному расходу  стали.

Вместе с тем переход на выпуск колонн восьми различных типов в зависимости от связевых закладных деталей привел бы к большим трудностям в промышленности.

Проведенные аналитические исследования позволили выявить частоту случаев примыканий диафрагм жесткости к колоннам и таким образом выбрать типы колонн с оптимальным числом закладных деталей.

Наиболее сложной задачей при проектировании колонн является решение их стыков, работающих в условиях повышенных нагрузок. В предшествующей практике проектирования сборных железобетонных колонн преимущественное распространение нашел стык, в котором усилия передаются через стальные элементы — опорные плиты.

В частности, стыки подобного рода применяли в промышленном строительстве, в гаражном каркасе серии 02, в телецентровском каркасе. В стыках этого типа концевые участки колонн снабжены стальными обоймами, к которым приваривали продольную арматуру колонн. Во время монтажа колонны устанавливали на центрирующие металлические прокладки, стальные обоймы смежных элементов соединяли с помощью арматурных или полосовых накладок, привариваемых к обоймам. Шов между торцами колонн (толщиной, соответствующей толщине центрирующей прокладки) зачеканивали цементным раствором, а стальные обоймы обетонировали на  высоту стыка.

Опыт применения стыков указанной конструкции показал существенные их недостатки: значительную трудоемкость, повышенный расход металла и в ряде случаев недостаточную надежность. Так, например, при устройстве стыков такого типа расход стали на один стык составил 70 кг, трудовые затраты — около 8,5 чел.-ч, расход электродов —20 кг. Сварной арматурный каркас колонн в заводских условиях выполнялся за 5—7 мин, тогда как стальные закладные обоймы на два торца колонны изготовлялись (заготовка и сварка) в течение 2—2,5 ч.

Стыки колонн необходимо было обетонировать с применением арматурной сетки. В зимних условиях для выполнения этих работ требовались дополнительная тепловая обработка стыка и, в частности, электропрогрев. Зачеканка швов между торцами колонн осложнялась наличием предварительно приваренных в стыке накладок и практически не могла контролироваться. На практике швы часто оставались незаполненными или частично заполненными бетоном. В этих условиях исключалась четкая передача усилий, создавалась неопределенность в работе соединений.

Усилия передавались в основном через центрирующую прокладку и через накладки, приваренные к стальным обоймам. При этом часто вследствие неточного совпадения граней обойм для обеспечения примыкания к ним накладки предварительно выгибались.

При сварке рабочей арматуры с обоймой образовывались перекосы опорных плоскостей. В результате между центрирующей прокладкой и торцом обойм колонн возникали клинообразные щели с раскрытием до 10 мм, что значительно повышало деформативность стыка. Происходила концентрация напряжений в периферийной зоне, возникали случайные, неучтенные эксцентриситеты, что приводило к значительным перенапряжениям колонн.

В связи с отмеченным серьезными недостатками указанные типы стыков были исключены из рассмотрения при выборе конструкции колонн унифицированного каркаса.

Для унифицированного каркаса на первом этапе его освоения была принята конструкция стыков с передачей усилий через сферические торцовые поверхности колонн и одновременным соединением ванной сваркой выпущенных угловых стержней, армирующих ствол колонны.

Применение ванной сварки арматуры по сравнению с соединением арматуры через накладки в аналогичном типе стыка (серия ИИ-04) позволило повысить надежность стыка и значительно упростить его, сократить объем монтажной сварки, уменьшить число сеток косвенного армирования ого-ловников колонн, затрудняющих и ухудшающих условия и качество бетонирования опасных зон, уменьшить металлоемкость стыка.

Соединение четырех основных стержней повышает несущую способность и надежность стыка. Остальные стержни (меньших диаметров) обрываются в зоне стыка, а усилия от них передаются через бетон, упрочненный косвенной арматурой в пределах опорной зоны. Число сеток зависит от числа и площади не доведенных до стыка арматурных стержней. Эффективность ванной

сварки, в том числе и сварки стержней больших диаметров — 36 и 40 мм_, значительно повышена в связи с внедрением полуавтоматической ванной сварки в медных формах, позволившей надежно с минимальной трудоемкостью выполнять монтажные работы.

Опыт изготовления и монтажа колонн со сферическими торцами показал необходимость особо тщательного подхода к геометрическим размерам и точности сферических поверхностей, так как перекос сферы приводит к резкому смещению центра передачи усилий в стыке и появлению значительных эксцентриситетов в колонне. Для необходимой центрировки усилий в этих стыках после многочисленных исследований была принята форма стыка, в котором радиусы сфер создают наилучшие условия для передачи усилий. При этом радиусы кривизны сфер стыкуемых колонн принимались разными. Следует подчеркнуть особые качества стыка сферического типа, выявившиеся в процессе исследований: самоцентрирование усилия за счет некоторого смятия бетонных поверхностей при случайных эксцентриситетах, т.е. своего рода приспособляемость стыка к внецентренней нагрузке в процессе его работы при постепенном росте нагрузок.

Для уменьшения свободной длины сварных выпусков продольной арматуры колонн предусмотрен хомут диаметром 12 мм, охватывающий соединяемые рабочие стержни.

Высокую прочность стыка подтвердили выполненные МНИИТЭП и НИИЖБ многочисленные испытания (более 70 образцов), при которых разрушение образцов происходило не по стыку, а по стволу колонн. Исследования позволили также выявить фактическую несущую способность, деформативность и трещиностойкость стыков колонн со сферическими торцами в зависимости от условий их выполнения, роль бетона замоноличивания стыковых ниш, монтажного хомута и инъекции раствора между сферами.

Испытания проводили на длинных образцах колонн по 3 м со стыком, что в наибольшей мере отвечает натурным условиям. В момент испытания опытных образцов замеряли деформации бетона в зоне стыка и на околостыковых участках колонн, фиксировали появление первых трещин и последующее их раскрытие, что позволило выявить общую картину напряженного состояния и работы стыка. По показаниям датчиков замеряли относительные деформации бетона и по ним определяли действительные эксцентриситеты в нескольких характерных сечениях элементов колонн со стыком. Полученные опытные разрушающие нагрузки сопоставляли с теоретическими, подсчитанными по формулам СНиП, с учетом действительных эксцентриситетов, при наличии внецентренного и косого внецентреннего сжатия, т. е. при эксцентриситетах в двух направлениях. Опыты подтвердили, что бетон замоноличивания в стыке включается в работу почти одновременно с основным бетоном колонн, причем тем эффективнее, чем выше его прочность. В связи с этим площадь замоноличенных участков следует учитывать в расчете.

Дополнительная установка монтажного хомута диаметром 12 мм на арматурных стержнях в зоне стыка значительно улучшает его работу, предохраняя стержни от преждевременной потери устойчивости и приближая их работу к работе арматуры в монолитном сечении колонны.

Вычисленные (для возможности сравнения несущей способности опытных образцов, испытанных при различных фактических эксцентриситетах) условно приведенные к центральному сжатию разрушающие нагрузки превосходят расчетную (при центральном сжатии) нагрузку в разрушавшихся по стыку образцах в 1,78—2,54 раза и в образцах, разрушавшихся по стволу,— в 1,7—1,87 раза. Абсолютная деформация стыка при нормативной нагрузке существенно зависит от способа его выполнения: при отсутствии бетона замоноличивания она составляет около 1 мм, при замоноличи-вании стыков ниш бетоном марки М300—0,25 мм, а при инъекции в стык цементного раствора (в замоноличенных стыках) — всего около 0,15 мм. Замеренная (на базе 300 мм) абсолютная деформация ствола колонны при нормативной нагрузке составляла около 0,25 мм.

Таким образом, замоноличивание и инъекция раствора оказывают существенное влияние на деформативность рассматриваемых стыков. Инъецирование стыков повышает трещиностойкость околостыковых участков ствола колонн: первые трещины в инъецированных образцах появлялись при нагрузках, равных 1,5—1,68 нормативной. Можно сказать, что инъецирование сферических бетонных стыков, по существу, превращает их в монолитные. При этом околостыковую зону колонн рассчитывают на усилия с повышающим коэффициентом не 1,5 (как при сборных «сухих» стыках), а только 1,2, что позволяет значительно сократить объем косвенного армирования.

Наряду с рядом положительных качеств указанный тип стыка имел и определенные недостатки. Так, для создания форм требовались сложные работы по фрезеровке торцовых участков формы; длительная эксплуатация форм приводила вследствие возникающих люфтов к смещениям сфер, усложнялось косвенное армирование торцов колонн из-за необходимости применения сеток различной конфигурации.

Накопленный опыт производства таких колонн и их монтажа позволил предположить возможность замены сферических поверхностей плоскими, имеющими в средней части центрирующий бетонный выступ. Исследованиями было выявлено, что бетонные элементы, армированные сетками, при центральном сжатии могут выдерживать весьма большие напряжения (до 300 МПа), превышающие призменную прочность бетона более чем в 10 раз. При этом усилия, которые передает прокладка, распределяются равномерно по всему сечению бетона. Эти свойства и были использованы при конструировании замоноличенных стыков с подрезками и ванной сваркой продольной арматуры. На основе экспериментальных исследований было   принято   следующее  конструктивное решение стыка: концы элементов колонн усилены армированием поперечными сварными сетками и заканчиваются плоскими торцами с центрирующей бетонной площадкой, выступающей на 20— 25 мм, снабженной сеткой. Размеры подрезки бетона назначены с учетом выполнения сварки выпусков арматуры. После установки колонн и выверки выпуски арматуры соединяют полуавтоматической ванной сваркой в съемных медных формах. Узкий шов между торцами элементов колонн и подрезки, в которых расположены выпуски арматуры, замоноличивают либо бетоном с зачеканкой его в щель и заполнением подрезки с применением вибраторов, либо раствором под давлением.

В 1966—1967 гг. в НИИЖБ были проведены испытания колонн с плоскими стыками рассмотренного типа. Опытные образцы стыков колонн замоноличивали бетоном с уплотнением внутренней и наружной вибрацией.

В этом случае форму изготовляли в виде раструба для подачи бетона и укладки его вибраторами. В других образцах замоноличивание выполняли цементно-песчаным раствором с подачей его ручным насосом под давлением. При этом раствор одновременно заполнял как шов между торцами элементов колонн, так и зоны подрезки в стыке. Таким образом, образцы обеих серий отвечали двум возможным технологиям выполнения стыков в натуре.

Разрушение стыков характеризовалось одновременным раздроблением бетона по контуру сеток косвенного армирования (защитного слоя), бетона замоноличивания и потерей устойчивости продольной арматуры. Исследования показали достаточно высокую прочность, трещиностойкость и жесткость замоноличенных стыков колонн с плоскими торцами, в которых характер передачи усилий близок к работе монолитной колонны. При этом опытные разрушающие нагрузки были выше теоретических. Для расчета концевых участков колонн за счет замоноличивания возможно снижение расчетного коэффициента от 1 до 1,25 против 1,5, регламентированного СНи-П для сборных железобетонных колонн с «сухим» стыком.

Интересные данные получены по влиянию сварки арматурных стержней на напряженное состояние бетона в торцовых зонах колонн. Испытания НИИЖБ показали, в частности, что наличие центрирующей прокладки благоприятно сказывается на снижении реактивных начальных напряжений в бетоне вследствие обмятия бетонного торца колонны.

На основании полученных средних остаточных деформаций сваренных стержней в зоне стыка: е0= 1/200 = 0,0045—45-Ю-5 можно составить приближенное представление о возможных значениях остаточных сварочных напряжений в бетоне элементов колонн с центрирующей прокладкой.

Средние значения остаточных сварочных напряжений (реактивных) могут достигать а0=450-10-6-2,1 • 105 МПа. При этом наибольшие растягивающие напряжения в момент сварки стержней довольно велики: а™ах = 1400-10-6-2,2-105=294 МПа, что составляет почти 65 % предела текучести. Наименьшие значения напряжений: о-£"п=820-10-6-2,Ы05 = 172 МПа, что составляет 33% предела текучести. Если предположить, что в начальный период сварки стержней центрирующая прокладка в месте сопряжения обжата не полностью, т.е. площадь сжатой зоны равна хотя бы половине площади прокладки (Рп=144 : 2 = 72 см2), то возможно подсчитать примерное значение усилий, которыми предварительно обжимается бетон в месте стыка на разных стадиях: Р0=9450-72 = =680 кН; Pmiri = 17200-72=1240 кН;   Ртах=2940-72=2120   кН.

При значительных нагрузках в колоннах 12 000 кН и более и неизменном сечении колонн 400X400 мм (в целях сохранения номенклатуры примыкающих элементов каркаса) стержневое армирование не обеспечивает требуемой несущей способности. В связи с этим были разработаны технические решения с армированием колонн жесткими металлическими сердечниками (рис. 3.8), нашедшие применение на ряде строек Москвы.

Стыки колонн, сложность устройства которых непосредственно связана с величиной действующих усилий, выполнялись с помощью фрезерования торцов металлических сердечников, соединяемых встык. Конструкция сердечника принималась наиболее компактной, соответствующей стандартному сечению колонны 400X400 мм. Сердечники изготовлялись на заводах металлоконструкций из прокатной стали.

Разработаны различные сечения составных сердечников: из толстой полосы сечением 230X115 мм, прокатываемой на Кузнецком металлургическом комбинате, пакет полос толщиной 40—60 мм, наборное сечение («капуста») из угловой стали. Сердечники двух первых типов по сложности изготовления примерно равноценны. В первом из них меньше сварки, но значительно затруднена правка в случае серповидности полос (достаточно часто встречающейся); во втором -г- правка проще, но больше сварных соединений. Существенным недостатком сердечников первого типа является также неполное использование прочности металла, так как в толстой полосе предел текучести и расчетное сопротивление уменьшается на 10—20 % поо сравнению с прокатом нормальных толщин. Наборное сечение из уголков достаточно просто в изготовлении, но менее компактно.

Наиболее предпочтительны сердечники в виде полос нормальной толщины. В условиях широкого применения автоматической сварки большая протяженность сварных швов не может считаться серьезным недостатком.

Концы сердечников обрабатываются на торцефрезерных станках, что обеспечивает максимальную простоту соединения колонн. Для сердечников могут быть использованы низколегированные строительные стали марки 14Г2 или 10ХСНД. Использование таких сталей экономически целесообразно, несмотря на то, что сердечники из них обходятся дороже, чем из стали СтЗ.

Проведенные в 1966—1967 гг. в ЦНИИСК испытания образцов сборных железобетонных колонн с металлическими сердечниками (с высоким—до 30%—насыщением бетона арматурой) показали, что бетон в средней по высоте зоне колонны активно включается в работу, в то время как бетон в опорных сечениях работает хуже, причем в этих сечениях возникали растягивающие усилия, которые приводили крайнему появлению трещин в бетоне. При на-гружении колонны напряжения по ее длине выравнивались, а затем наблюдалась обратная картина — среднее сечение испытывало большие напряжения, чем опорные сечения, в которых происходила разгрузка вследствие постепенного исчерпания несущей способности бетона, работающего на смятие.

Результаты испытаний показали, что несущая способность опорных участков колонн (около стыков) должна быть увеличена, в частности, приваркой к сердечнику фасонок и дополнительным сетчатым армированием бетона в опорной зоне. Стыки колонн на монтаже должны быть замоноличены с установкой соответствующих хомутов.

Позднее, в 1975—1976 гг., в целях экономии металла и решения вопросов строительства на основе унифицированного каркаса зданий с большими нагрузками на перекрытие (12,5; 16 и 27 кН/м2) и значительными усилиями в колоннах была принята попытка решить проблему путем развития сечения колонны и введения в систему специальных ригелей и настилов перекрытий. В связи с этим в дополнение и развитие номенклатуры КМС 101-1 была разработана номенклатура КМС 101-2, которая должна была обеспечить строительство многоэтажных зданий различного назначения, возводившихся ранее из серий 02 («гаражная»), ИИ-60, телецентровского каркаса, консольного каркаса серии НК-170 и некоторых других.

Конструкции номенклатуры КМС 101-2 составили единую систему с конструциями остальных разделов номенклатуры КМС 101.

Было предусмотрено соединение несущих конструкций номенклатур КМС 101-1- и КМС 101-2 с устройством стыков по вертикали и по горизонтали. Ширина колонн (400 мм) и ригелей (200 мм поверху) принята единой, что позволило опирать панели перекрытия обеих номенклатур на рядовой ригель номенклатуры КМС 101-2, а также опирать на него лестничные марши номенклатуры КМС 101-1.

Благодаря наличию в КМС 101-2 колонн сечением 400X400мм и единой конструкции стыков колонн возможно в зданиях с «легкими» перекрытиями из изделий номенклатуры КМС 101-1 в необходимых случаях устраивать «тяжелые» перекрытия из изделий номенклатуры КМС 101-2.

Технико-экономические показатели изделий номенклатуры КМС 101-2 не уступали показателям общесоюзной серии ИЙ-70 для промышленного строительства, обладая наряду с этим значительно большей универсальностью.

Для обеспечения использования ригелей и плит перекрытия унифицированного каркаса сечение колонн в дополнение к 400X 400 мм было принято 700X400 и 550X400 мм (700 и 550 мм в направлении опирания ригелей).

По указанным типам колонн был выполнен специальный комплекс научных исследований.

До 1975 г. колонны унифицированного каркаса ввиду незначительности изгибающих моментов рассчитывались по СНиП П-В.1-62 на центральное сжатие. После утверждения СНиП 11-21-75 «Бетонные и железобетонные конструкции» в расчете колонн появились значительные изменения, обязывающие, в частности, расчет колонн производить на внецентренное сжатие. В расчет вводится случайный эксцентриситет не менее чем 7боо длины элемента, V30 высоты сечения, или 1 см.

Таким образом, продольное усилие рассматривается действующим всегда внецентренно с эксцентриситетом не менее случайного.

Существенное значение имело также введение в новой редакции СНиП требования о снижении расчетного сопротивления бетона сжатию при длительном действии нагрузки: учитывающий это снижение коэффициент /лб принят равным 0,85. Одновременно был исключен коэффициент 1,1, учитывающий заводское изготовление колонн. В новых нормах исключена также величина изгибного сопротивления бетона Ra и несколько увеличено значение Rnv.

Все эти требования при расчете стволов колонн значительно снизили их несущую способность.

Моспроектом-1 совместно с НИИЖБ были рассмотрены различные варианты увеличения несущей способности колонн, в том числе за счет повышения марки бетона и введения стальных сердечников. Изменился подход к расчету стыков колонн. Расчетные сопротивления бетона колонн и бетона замоноличивания учитываются с коэффициентом условий работы соответственно т%=0,9 и т3б =0,8. При наличии косвенного армирования только в бетоне колонны расчет производится либо с учетом этого вида армирования, но без учета расчетного сопротивления бетона замоноличивания, либо наоборот. К тому же в стыке колонны учитывается только стыкуемая арматура.

Для колонн Единого каталога прочность стыка колонн с учетом этих расчетных положений оказалась необеспеченной (неравнопрочной стволу колонны).

В связи с этим были разработаны колонны со сваркой всех рабочих стержней и с армированием бетона замоноличивания сетками косвенного армирования. Однако это решение привело к значительному увеличению трудоемкости работ (число свариваемых стержней в колонне 700X400 мм достигло 8 шт.) и ухудшению качества бетонирования стыка, поэтому было решено вернуться к ранее разработанной конструкции стыка колонн с угловой подрезкой и сваркой четырех угловых стержней.

Для обеспечения прочности стыка без учета бетона замоноличивания была пересмотрена конструкция косвенного армирования торцов колонн.

Увеличение марки бетона до М 600 и усиление косвенного армирования позволили повысить несущую способность стыка до величины, равной несущей способности ствола колонны.

Для обеспечения передачи усилия несвариваемых стержней и уменьшения трудоемкости работ на монтаже было рассмотрено решение о размещении стержней не с края колонны, а в центре и образовании сердечника с фрезерованными торцами при сохранении общего количества арматуры. При этом усилие от сердечника к сердечнику в стыке элементов передается непосредственно, без сварки. Реактивные усилия, возникающие при сварке угловых стержней, создают значительное обжатие в соединении сердечников, что улучшает условия передачи действующих в них усилий. Соединение стержневых сердечников с торцевыми пластинами предполагалось осуществить путем заделки в гнезда на эпоксидной смоле, что позволило бы уменьшить объем сварки и исключить необходимость приторцовки.

Начиная с 1981 г. в стыках колонн под тяжелые нагрузки применяют торцовые листы, к которым приваривают половину продольных стержней арматуры колонны. Остальную часть стержней обрывают в зоне стыка и анкеруют в бетоне поперечными сварными сетками.

Привариваемые к торцовому листу стержни рассчитывают с полным расчетным сопротивлением арматуры на сжатие. Расчетное сопротивление обрываемых продольных стержней, примыкающих к торцовым листам, принимают сниженным с коэффициентом условий работы торцов несвариваемой арматуры /rz0=0,5. Оставшаяся часть усилий компенсируется поперечным армированием сетками.

Проведенные НИИЖБ исследования показали возможность обрыва продольной сжатой арматуры колонн в контактных стыках без снижения прочности стыков и самих колонн при достаточной длине анкеровки стержней в бетоне, армированном поперечными сетками.

Максимальный процент продольной арматуры колонн, которую можно оборвать в стыке без снижения прочности колонны и стыка, определяется по выражению из которого видно, что максимальная величина процента обрываемой продольной арматуры зависит от значений расчетных характеристик бетона и арматуры, объемного коэффициента косвенного армирования, размеров поперечного сечения колонны и сеток косвенного армирования.

При необходимости дальнейшего повышения несущей   способ ности колонн и стыков их соединений   возможно   введение поперечного армирования в виде сварных сеток, что позволяет coxpaj нить унифицированное сечение колонн (400X400 мм) при использовании высоких марок бетона в сочетании с продольной обычно, (А-Ш)  и особенно высокопрочной арматурой класса   A-IV, A-Vj (смешанной), работающей на   сжатие с повышенным   расчетны сопротивлением (до 500 МПа) и выше.

МНИИТЭП совместно с НИИЖБ и объединением Крымжеле-зобетон были изготовлены такие колонны под тяжелые нагрузки (до 12 000 кН) со стыками на ванной сварке и возведены опытные каркасы зданий (до 10 этажей) в Москве и Симферополе.

При наличии несвариваемой высокопрочной арматуры (диаметром 28—30 мм), в том числе составленной в виде арматурных сердечников с поперечным армированием, смешанное армирование особенно эффективно, поскольку прочность и деформативность бетона с поперечным армированием при сжатии повышается почти в 2 раза, а напряжения в сжатой арматуре достигают   условного предела текучести сго,2.

Расчеты сечений с высокопрочной арматурой A-V, Ат-VI В колоннах под высокие нагрузки показывают возможность снижения расхода арматуры до 40 % по сравнению с расходом арматуры класса А-Ш. Стыки колонн в этом случае решаются приваркой стального листа (6 = 12—16 мм) по контуру.

Следующая разновидность — колонна унифицированного сечения с большим процентом армирования (тха=12,5 %) с установкой но торцам стальных листов (6=40 мм), частично привариваемых к арматуре. Однако возможность применения колонн со столь высоким процентом гибкого армирования обусловливается преимущественно работой арматуры (до 75 % расчетной нагрузки), поэтому в расчетах колонн необходимо учитывать снижение Ra.c на 10 %. Приварка всех стержней к листу технологически трудно выполнима, поэтому часть стержней обрывается и анкеруется в бетоне с сетками. При этом учитывается работа торцов несвариваемой (обрываемой) арматуры со стальными листами с коэффициентом условий работы т0=0,5.

В настоящее время колонны с несущей способностью до 5000 кН включительно имеют арматурные выпуски для соединения друг с другом и вырезы бетона в торцах; колонны под нагрузки более 5000 кН имеют плоские стальные торцы.

Изменения конструкции стыка колонн происходили по мере накопления знаний о фактических условиях работы стыка, а также по мере роста технологических возможностей производства и технической оснащенности строительно-монтажных организаций.

Стык колонн с плоскими листами в торцах имеет внешнее сходство со стыком колонн гаражного каркаса серии 02 и телецентров-ского большепролетного каркаса, однако характеризуется рядом принципиальных отличий, в числе которых наличие тонкого слоя цементной пасты в стыке, приварка стержней колонны к торцовым листам с помощью ванной сварки, повышенная точность в изготовлении, обеспечивающая перпендикулярность плоскости стыка оси колонны (допуск Г), и меньшая толщина опорного листа.

Следует также отметить последовательный рост удельной несущей способности сечения колонн и их стыков по отношению к предыдущим решениям.

Стволы колонн армируются пространственными каркасами, в которые входят продольная арматура, хомуты, сетки косвенного амирования и закладные детали. Хомуты располагаются «вразбежку», т. е. каждый хомут повернут по отношению к соседнему на 90—180°. В местах установки закладных деталей хомуты могут смещаться так, чтобы их шаг не превышал 350 мм.

Отпуск колонн с завода может производиться по достижении бетоном 70 % (не менее) проектной прочности при условии гарантии последующего набора прочности в соответствии с требованиями ГОСТа.

Узел сопряжения ригеля с колонной. Традиционным решением узла   сопряжения   железобетонной колонны и ригеля для гражданских и промышленных зданий до внедрения унифицированного каркаса было опирание ригеля на выступающую ниже ригеля KOH-J соль, открытую в интерьере

Такое конструктивное решение неприемлемо в гражданских зданиях с повышенными требованиями к эстетическому оформлению интерьеров. В телецентровском каркасе принято опирание ригелей на подрезки колонн, что приводило к образованию ослабленной шейки и соответственно значительной металлоемкости стыка

В отличие от принятых ранее решений, в унифицированном каркасе ригель опирается на колонну с помощью консолей, скрытых в его подрезке  

В узле осуществляется частичное защемление ригеля, обеспечивающее необходимую жесткость рам на монтаже, а также несколько облегчающее конструкцию ригеля.

Опорный момент ригеля строго фиксирован, что достигается специальной конструкцией верхней монтажной детали — «рыбки», имеющей участок, на котором развиваются напряжения, соответствующие площадке текучести. Фиксированный опорный момент, одинаковый для всех конструктивных элементов, обеспечивает и наиболее благоприятные условия для унификации изделий. «Рыбка» воспринимает верхнюю горизонтальную составляющую опорного момента, нижняя составляющая воспринимается приваркой закладной детали в опорной части ригеля к консоли колонны. Исходя из конструктивных соображений и расчета рам на усилия, возникающие на монтаже, опорный момент ригеля принят равным для легкого каркаса 54 кН-м, что оказалось наиболее экономичным по расходу стали и объему сварных соединений.

Рассмотрим более детально работу верхней накладки, от правильного конструирования которой зависит надежность всего узла. Растягивающие напряжения в верхней накладке могут превысить предел пропорциональности. Ограничение опорного момента значением 54 кН-м потребовало удлинения верхней накладки, которое учитывает возможность поворота опорного сечения ригеля. Абсолютное удлинение верхней накладки может достичь 2 мм, т. е. в ней неизбежны деформации текучести. Выход напряжений за предел пропорциональности предъявляет повышенные требования к металлу накладок, для которых следует применять спокойную или полуспокойную сталь (ВСтЗ или ВСтЗпс). Изготовление накладок обязательно должно вестись механическим способом, например штамповкой (резка накладок секаторами без зачистки кромок может привести при высоких напряжениях к образованию трещин и разрыву металла).

Предел текучести стали СтЗ клбелется от 220 до 370 МПа. Установленное стандартом нижнее значение предела текучести 240 МПа, являющееся браковочным минимумом, весьма близко к его возможному наименьшему значению, и вероятность более низкого предела текучести практически ничтожна. Такой же обеспеченности соответствует верхнее значение предела текучести 350 МПа. Узел с «текучей» накладкой достаточно надежен потому, что ее сечение подобрано по нижнему значению предела текучести, а элементы, примыкающие к накладке и снимающие с нее усилие, и их соединения — по верхнему значению предела текучести.

Стремление максимально возможно сократить высоту консоли колонн для обеспечения оптимальной высоты опорной части ригеля потребовало значительного насыщения консоли арматурой. Однако это не привело ни к существенному увеличению расхода стали на армирование консоли, ни к заметному усложнению изготовления колонн.

В унифицированном каркасе длина и высота скрытой опорной консоли, рассчитанной на нагрузки до 550 кН, приняты равными 150 мм, что значительно меньше соответствующих размеров, принимаемых для коротких опорных консолей   (длина 250—300 мм] высота 400—500 мм), армированных гибкой арматурой.

Наряду с определением прочности самой консоли важное значение приобретает передача усилия с консоли на ствол колонны. Листовая конструкция, приваренная к продольной арматуре колонны, на первый взгляд, кажется более надежной, чем стержневая, которая не приваривается к продольной арматуре, и поперечная сила с консоли передается через сравнительно небольшие площадки под стержнями каркасов.

Испытания обоих типов консолей показали, что листовая конструкция оказала не менее интенсивное раскалывающее действие на бетон, чем стержневая. Это объясняется тем, что при сосредоточенной передаче усилий через сварные швы с несущих стальных листов на продольные арматурные стержни колонны последние начинают оказывать поперечное давление на окружающий бетон. Таким образом, с точки зрения характера передачи усилия с консолей на ствол колонны листовая конструкция не имеет преимуществ перед стержневой, не связанной непосредственно с арматурой колонны.

При увеличении нагрузки на ствол колонны ее разрушение происходило вне зоны примыкания консолей, поэтому при высоком качестве бетонирования колонны в зоне примыкания консолей достижение предельного состояния консолей не влечет за собой уменьшения несущей способности ствола колонны.

Узел опирания колонны на фундамент. Опирание колонны на фундамент первоначально было осуществлено через сборный железобетонный башмак, имеющий гнездо для установки и крепления колонны.

В этом узле передача усилий, достигающих 6000 кН, происходит через прочный растворный шов, который, будучи заключенным в обойму, работает на смятие. При этом не требуется соединения арматуры.

В последующем был осуществлен переход на другой тип узла, обеспечивающий унификацию всех узловых соединений колонн, простоту изготовления и монтажа.

Подбор типов колонн при проектировании каркаса. В целях экономии металла на закладных деталях осуществляется «адресная» поставка колонн, при которой проектные организации совместно с заводами ЖБИ выделяют и исключают неиспользуемые в данном конкретном проекте закладные детали (в соответствии со схемами установки типовых закладных деталей).

При этом вся система колонн делится на типовые, безадресные, с типовыми закладными деталями одного вида в строго фиксированных положениях (и соответственно количестве) и «адресные» для конкретных объектов с надлежаще обоснованными комбинациями типовых деталей, устанавливаемых в заранее определенных и строго фиксированных местах.

В набор колонн унифицированного каркаса входят также фасадные    колонны с увеличенной консолью на фасаде, обеспечивающей опирание на нее фасадных элементов перекрытий, имеющие в консоли отверстие для пропуска стояков отопления; фасадные колонны с длинными консолями (в сторону фасада) для образования балконов и лоджий; колонны с повышенной высотой консоли для опирания ригелей тяжелого каркаса (высотой 600 и 900 мм), имеющих соответствующие подрезки на опорах, и др.

Подбор типовых отдельно стоящих колонн для конкретных условий объекта состоит в сопоставлении действующих усилий с несущей способностью колонн, указанной в рабочих чертежах. При этом учитывается наличие изгибающих моментов, передаваемых колоннам в узлах примыкающими элементами, и возможность случайного эксцентриситета от смещений и переломов осей колонн в стыках. Изгибающие моменты в плоскостях ригелей определяются вертикальными нагрузками на консолях колонн и моментами защемления ригелей.

Моменты защемления ригелей определяются приложенными к ним   нагрузками,  ограничиваются   пределом   текучести   стальных верхних соединительных деталей и должны приниматься по предельным расчетным значениям.

Изгибающие моменты в плоскости, перпендикулярной ригелям, определяют по расчетным схемам в предположении свободного отирания панелей перекрытий. При этом учитывают возможность неравномерного загружения пролетов перекрытия полезными нагрузками.

Расчетная схема колонн предусматривает их работу как неразрезных внецентренно сжатых стержней на сочетание продольных сил и изгибающих моментов.

Проверка на косое внецентренное сжатие производится при эксцентриситете е0 в двух направлениях, превышающих случайные эксцентриситеты. В остальных случаях проверку прочности выполняют раздельно для двух направлений в плане.

 

 

 колонны, подкрановые балки в зданиях с мостовыми кранами ...

При монтаже железобетонных колонн стреловыми кранами (237) рекомендуется колонны 2 предварительно раскладывать рядом с фундаментами в зоне действия ...
bibliotekar.ru/spravochnik-30/96.htm

 

 Монтаж колонн. Колонны монтируют с помощью групповых или ...

Колонны первого этажа устанавливают в стаканы фундаментов в такой последовательности. По данным геодезической проверки выполненных работ наносят риски осей ...
bibliotekar.ru/spravochnik-30/87.htm

 

 Изготовление опалубки колонны. Обивка опалубки досками

Обшивка досками опалубки колонны обычно производится с использованием колонного замка. Чаще всего опалубка делается в готовом виде на рабочем столе и в ...
bibliotekar.ru/spravochnik-69/19.htm

 

 Строительство колонн. ЦЕНТРАЛЬНО-СЖАТЫЕ КОЛОННЫ

Колонны предназначены для передачи нагрузки от балочных клеток, ферм покрытий, рабочих площадок и других конструкций на нижележащие или на фундаменты. ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-108-metallokonstrukcii/12.htm

 

 Колонны стыковые сечением 400x400 мм серии 1.020-1/83 и 1.20-1/87

Номенклатура колонн включает в себя группы: стыковые колонны многоэтажной разрезки и стыковые колонны одноэтажной разрезки. Стыковые колонны подразделяются ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-70-3/88.htm

 

 Изготовление модели колонны с каннелюрами. Вырезание каннелюр

Наиболее просто вытягивать ровную колонну. Сложнее вытягивание колонны с энтазисом, так как в этом случае приходится изготовлять качающийся или сдвигающийся ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-9/81.htm

 

 КОЛОННЫ. Конструкция колонн безбалочных перекрытий

Конструкция колонн безбалочных перекрытий принципиально ничем не отличается от конструкции колонн обычных балочных перекрытий. ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-154-perekrytiya/3.htm

 

 Возведение колонны. КОНСТРУКЦИЯ ОГОЛОВКОВ, СТЫКИ И ДЕТАЛИ КОЛОНН

Оголовки предназначены для передачи усилия от ферм или балок на стержень колонны. Различают оголовки сплошных и сквозных колонн ( 65). ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-108-metallokonstrukcii/15.htm

 

 Строительство колонн. ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫЕ КОЛОННЫ

Внецентренно сжатой колонной считается колонна, в расчетном сечении которой действуют продольная сила N и изгибающий момент М. Такие колонны широко ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-108-metallokonstrukcii/13.htm

 

 Фундаменты под железобетонные колонны производственных зданий ...

При подготовке монолитных фундаментов под установку железобетонных колонн также проверяют положение опорных частей по высоте и относительно разбивочных осей ...
bibliotekar.ru/spravochnik-30/95.htm

 

К содержанию книги:  Сборный железобетонный унифицированный каркас

 

Смотрите также:

 

 Железобетонные плиты. Перекрытия из железобетона

Железобетонное перекрытие — прочное, долговечное, несгораемое, но тяжелое. ... Сварной каркас проще, его изготовляют из прямых стержней, скрепленных между ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-8/75.htm

 

 Основания и фундаменты

Каркасы проектируют железобетонными, металлическими и смешанными. .... Однако металлический каркас значительно дороже железобетонного, требует большого ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-35/16.htm

 

 Способы монтажа зданий. МОНТАЖ ЗДАНИЙ ПРИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОМ КАРКАСЕ

Каркасы проектируют железобетонными, металлическими и смешанными. ... Фундаменты. Под колонны каркаса зданий устраивают фундаменты из.
www.bibliotekar.ru/spravochnik-129-tehnologia/71.htm

 

 Основные элементы и конструктивные схемы зданий

Каркасные типы зданий различают по следующим признакам: 1) по материалу — железобетонный каркас (монолитный, сборный, сборно-монолитный), ...
bibliotekar.ru/spravochnik-35/15.htm

 

 МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ МИНЕРАЛЬНЫХ РАСПЛАВОВ - ситаллы и ...

сущей частью является железобетонный каркас, а стеклянные блоки за. полняют световое пространство каркаса. Конструкции можно успешно ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-32/31.htm

 

 МОНТАЖ ОДНОЭТАЖНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ С ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМ КАРКАСОМ ...

Прогрессивные методы монтажа промышленных зданий с унифицированными ... Сборный железобетонный унифицированный каркас для . ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-129-tehnologia/32.htm

 

 Теплопроизводительность системы отопления. Потери тепла через ...

Если у ограждения отдельные слои неоднородны (железобетонный каркас с утепляющим заполнителем, пустотелые блоки, утепляющие вкладыши и др. ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-139-santehnika/3.htm

 

 Железобетон и сборные железобетонные изделия, монолитные, сборные ...

Каркас состоит из монолитных или сборных колонн прямоугольного сечения и многопустотных плит, объединенных железобетонными несущими и связевыми ригелями. ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-104-stroymaterialy/73.htm