Сборный каркас модулируется в продольном и поперечном направлениях кратно 3 м. Наиболее экономичны размеры композиционной ячейки для многоэтажного здания — 6X6 м, 6x3 м и доборная 3x3-и, которые хорошо увязываются с размерами и формой помещений таких зданий, как школы, детские учреждения, административные здания, столовые, библиотеки и др.
Жилые здания хорошо компонуются в тех же осевых размерах: для продольного шага жилой секции 6+3+6 м для ширины здания 6+6 м. Каркас проектируется по стоечно-ригельной или безригельной схемам. Выбор схемы, а также формы стоечно-ригельного каркаса (продольной или поперечной) связан с вопросами экономического и композиционного порядка.
Поперечный стоечно-ригельный железобетонный каркас, решенный в виде жестких рам, не требует в поперечном направлении диафрагм жесткости, тогда как при продольном или безригельном каркасе они обязательны. С другой стороны при безригельном каркасе потолок помещений освобождается от выступающих ригелей и сокращается количество монтажных элементов. Выбор продольного или поперечного стоечно-ригельного каркаса связан также с весом перекрытий и размерами осевой сетки. При поперечном каркасе с сеткой 6X3 м перекрытия имеют пролет 3 м и получаются значительно легче, чем при сетке 6x6 м или при продольном каркасе с любой сеткой (рис. 1).
Рис. 1. Пролеты в сборных перекрытийв каркасном здании
а — при стоечно-ригельном поперечном каркасе с осевой сеткой 6 X 6 м; б — то же, с осевой сеткой 6X3 м; в — при стоечно-ригельном продольном каркасе с осевой сеткой 6X6 м; е — то же, с осевой сеткой 6X3 м
Стойки каркаса изготовляются в один или несколько этажей сечением от 200x200 до 400x400 мм. Ригели могут быть однопролетными и многопролетными сечением от 200x400 до 300x600 мм. При расчете каркаса только на вертикальные нагрузки соединения стоек и ригелей не рассчитываются на восприятие моментов и делаются шарнирными или частично защемленными, при этом возможно применение многоэтажных стоек (рис. 2, а и в),
Более просты в изготовлении и монтаже унифицированные стойки на один этаж с платформенным опиранием ригелей или перекрытий (рис. 2, б и г). При соответствующем расчете и конструировании полного каркаса и его стыков без излишней затраты средств можно иметь жесткие в своей плоскости рамы, вполне обеспечивающие в этом направлении устойчивость здания средней этажности. Неполный каркас в любом случае конструируется со связевой системой устойчивости
Рис.2. Схемы каркасно-панельного здания
а — с полным поперечным стоечно-ригельным каркасом с шарнирным сопряжением элементов; 6 — то же, с платформенным опиранием; в — с неполным поперечным стоечноригельным каркасом; г — то же, с безригельным каркасом; 1 — стойка; 2 — ригель; 3 — перекрытие; 4 — наружные ограждающие панели; 5 — платформенный стык; 6 — частично защемленный стык; 7 — стык стоек; 8 — наружные несущие панели
Для удобства монтажных работ при строительстве железобетонного каркаса соединение многоэтажных стоек делается на 500—600 мм выше верха ригелей с помощью стальных оголовников, привариваемых к арматуре стоек и свариваемых по контуру. Ригелиопираются на выпускные закладные консоли и тоже привариваются к ним и к столикам (рис. 3, а и б).
Платформенный стык осуществляется путем опирания ригелей (при стоечно-ригельном каркасе) или непосредственно перекрытий (при безригельном) на стойки нижележащего этажа и стоек вышестоящих на этот узел сверху. Оголовники стоек свариваются с закладными пластинками элементов перекрытия (рис. 3, в и г).
Внутренние стены, выполняющие роль диафрагм жесткости, ставятся друг на друга по всей высоте здания. Они делаются из железобетона по типу несущих поперечных стен и прочно соединяются с элементами каркаса. Горизонтальные стыки панелей проверяются на действие нормальных и скалывающих напряжений.
Рис.3. Детали каркаса
а — стык стоек; б — частично-защемленный стык ригеля со стойкой; в — платформенный егык в стоёчно-рнгёльном каркасе; s— платформенный стык перекрытий со стойкой в безри-гельном каркасе; 1 — стойка; 2 — ригель; 3 — сварка; 4 — закладные стальные части; 5 — панель перекрытия; 6 — стальной оголовник стойки; 7 — обетоненная консоль из двутавра; 8 — раствор; 9 — обетонка стыка
Ограждающие панели при полном железобетонном каркасе делаются самонесущими или навесными в зависимости от этажности здания, материалов и конструкции панелей. Разрезка стены на отдельные элементы может быть различна по размеру и форме, а сами элементы различаются по материалу, фактуре и цвету.
Рельефно выступающая простеночная панель позволяет полностью или частично скрыть стойки каркаса (рис. 4, а). При панелях на целый шаг каркаса или более стойки делают полностью выступающими в помещение (рис.4, б—г). Материалы и конструкции панелей применяются такие же, как при поперечных несущих стенах. Самонесущие панели устанавливаются с гибкой анкеровкой к элементам каркаса или перекрытиям (рис. 4, б), а навесные — с жесткой анкеровкой (навеской) или непосредственным опиранием на элементы железобетонного каркаса (рис. 4, в и г).
Рис. 4. Детали узлов сопряжений панелей с каркасом
а — решение с пилястрами; б — с самонесущими панелями на комнату (разрез и планов — с навесными панелями на комнату; г — с навесными панелями поясной разрезки; / — панель стены; 2 — стойка каркаса; 3 — панель пилястры; 4 — эффективный утеплитель; Б — ригель каркаса; 6 — легкий бетон; 7 — теплоизоляция; 8 — раствор; 9 — пороизол; 10 — синтетическая мастика; 11 — пароизоляция; 12 — стальные уголки; 13 — стальной анкер; 14 — декомпрессионная полость; 15 — тяжелый бетон; 16 — перекрытие; 17 — сварка; 18 — стальной оголовник стойки; 19 — стальные закладные части; 20 — подклинка; 21 — простенок
Вертикальные швы между панелями и каркасом тщательно уплотняются эффективными теплоизолирующими полосами и покрываются слоем легкого раствора, наносимого для прочности по сетке.
При неполном железобетонном каркасе для наружных стен применяются несущие панели. Разрезка стены на панели при поперечном стоечноригельном каркасе может быть как на комнату и более, так и с простеночными элементами. При этом нужно иметь в виду, что на опорах ригелей создаются большие сосредоточенные нагрузки, что требует повышенной прочности панелей. При продольном или безригельном каркасе панели делаются не менее чем на комнату, а опирание перекрытий дает нагрузку более распределенную по периметру наружных стен. Несущие панели рекомендуется делать однослойными из легкого бетона, так как в многослойных панелях при опирании ригелей или перекрытий на их железобетонную основу создаются тепловые мостики, ведущие к промерзанию мест опирания.
В одноэтажных зданиях железобетонные каркасы выполняются в виде рам с жестким защемлением стоек в фундаментах и с шарнирным соединением с фермой или балкой покрытия, распертых в продольном направлении.
Фундаменты под сборный железобетонный каркас делаются в виде отдельных опор стаканного типа (рис.5, а и б), обеспечивающих жесткую заделку колонн.
Сборные фундаментные балки изготовляются трапецеидального сечения шириной по верху 520, 500 и 300 мм и высотой 450 мм. При большей ширине нижней части стены укладываются две узкие балки рядом. Монолитные железобетонные балки в целях экономии бетона имеют тавровое сечение и опираются на уступ фундамента колонны. Верх фундаментной балки устанавливается на 50 мм ниже пола первого этажа.
Колонны сборного железобетонного каркаса (рис. 6, а и б) изготовляются прямоугольного сечения одноветвевые и двухветвевые — при больших крановых нагрузках более экономичные и менее деформативные.
Подкрановые, обвязочные и фундаментные балки делаются обычно разрезными. Подкрановые балки выполняются железобетонными или металлическими. Железобетонные подкрановые балки изготовляются тавровогосечения высотой от 800 до 1200 мм для кранов грузоподъемностью от 5 до 30 т пролетом в 6 м; двутавровые или в виде шпренгельной фермы — пролетом 12 м.
Для кранов большей грузоподъемностью сечение железобетонных балок и их вес настолько увеличивается, что они становятся неэкономичными и заменяются стальными, имеющими двутавровый прокатный или сварной профиль с усилением верхней полки.
Крепление железобетонных подкрановых балок(рис. 6, в) осуществляется при помощи закладных деталей, причем на время монтажа устанавливаются съемные болты.
При опирании стальных подкрановых балок на кирпичные столбы они крепятся к столбу и к железобетонной (бетонной) подушке хомутами.
В конце подкранового пути устанавливаются упоры, которые предохраняют кран от падения и защищают стены от ударов крана при запоздалом его торможении.
Обвязочные балки имеют прямоугольное сечение с небольшим выступом для опирания кладки, отепляющей балку.
Установку обвязочных балок по высоте целесообразно согласовывать с расположением окон, чтобы они одновременно могли служить и оконными перемычками. Крепление балки (рис. 6, г) осуществляется при помощизакладных металлических планок и накладок, которые свариваются между собой. На время монтажа устанавливаются съемные болты.
Поперечная жесткость каркаса при воздействии ветровых нагрузок обеспечивается жесткостью колонн, заделанных в фундаментах; кроме того, для обеспечения совместной пространственной работы всех конструкций здания стыки элементов покрытия замоноличиваются с обязательной сваркой закладных деталей балок или ферм.
Рис.5. Сборные железобетонные фундаменты
а — фундамент стаканного типа: план и разрез; 6 — фундамент стаканного типа с опорными плитами; в — схема размещения фундаментных балок; 1 — колонна; 2 — цементный раствор — 50 мм; 3 — петли для подъема; 4 — фундаментная балка; 5 — стена;
6 — бетонный столбик
При проектировании сборных железобетонных каркасов одноэтажных производственных зданий необходимо также обеспечить жесткость и устойчивость конструкции и в продольном направлении. Для этого устраивают специальные связи, используемые для восприятия ветровых нагрузок и тормозных усилий кранов. Связи подразделяются на вертикальные и горизонтальные. Между колоннами в продольном направлении для обеспечения жесткости каркаса устраиваются крестовые или портальные связи
Крестовые связи применяются при шаге колонн 6,0—12,0 м и высоте до головки подкранового рельса 6,0—14,0 м; портальные — при шаге колонн 12,0—18,0 м и высоте до головки подкранового рельса 8,0—14,0 м. Портальные связи дают возможность устроить ворота для прохода транспорта. Вертикальные связи изготовляют из прокатных профилей на сварке и крепят к колоннам при помощи закладных деталей. Эти связи следует размещать в середине температурного блока, чтобы они не препятствовали температурным деформациям конструкций. В крайних пролетах температурного блока, ограниченного температурными швами или торцом здания, между несущими элементами покрытий устанавливаются вертикальные связи в виде диафрагм, прикрепляемых к поясам балок или ферм покрытия и к верху колонны. Во всех средних пролетах по верху колонн устанавливаются распорки.
Рис. 6. Элементы железобетонного каркаса одноэтажного производственного здания
а — колонна прямоугольного сечения; б — двухветвевая колонна; в — деталь соединения подкрановой балки с колонной; г — деталь крепления обвязочной балки-ригеля к колонне; 1 — фундамент; 2 — колонны; 3 — фундаментная балка; 4 — бетонный столбик под фундаментную балку; 5 — стена; 6 — парапетная плитка; 7 — отмостка; 8 — подкрановая балка; 9 — консоль подкрановой балки-10 — анкерные болты для крепления подкрановой балки; 11 — сварка; 12— обвязочная балка-ригель; 13 — монтажный болт; 14 — стальные накладки, приваренные к монтажным петлям обвязочных балок и к закладным деталям в колоннах; 15 — бетон
Горизонтальные связи устанавливаются по нижнему поясу ригелей поперечных рам, расположенных по торцам здания. Совместно с несущими элементами покрытий и настилами они образуют пространственный блок, воспринимающий ветровую нагрузку на торец здания. Эти связи выполняются из прокатной стали и устанавливаются на двух крайних ригелях покрытия, образуя ветровую ферму.
По верхнему поясу ригелей поперечных рам при беспрогонном покрытии горизонтальные связи не устраиваются, так как крупнопанельные настилы покрытия, прикрепленные сваркой к ригелям, обеспечивают требуемую жесткость конструкции. При прогонной системе покрытия жесткость в горизонтальной плоскости получается меньшей, чем в беспрогонной, поэтому под прогонами по всей ширине крайних пролетов температурных блоков устраивают горизонтальные связи крестовой системы.
Фонарные фермы объединяют в жесткий пространственный блок вертикальными связями по крайним стойкам в плоскости остекления и горизонтальными — в плоскости покрытия фонаря.
Здания с железобетонным каркасом протяженностью больше 60 м разрезаются на отдельные участки деформационными швами, разделяющими их от верха покрытия до подошвы (осадочные швы) или до верха фундамента (температурные швы). В месте образования деформационного шва шаг колонн уменьшается с 6 ж до 5,5 м, причем на оси шва устанавливаются уже не одна, а две колонны на расстоянии 1 м друг от друга. По колоннам с обеих сторон шва устанавливаются самостоятельные стропильные фермы, на которые опираются прогоны или плиты крупнопанельных настилов с консольными свесами.
