CC BY
19Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 624.012.35
DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-10-3-8
В.П. БЛАЖКО, канд. техн. наук ([email protected]) АО «НИЦ «Строительство» (109428, г. Москва, ул. 2-я Институтская, 6)
Каркас сборный из Н-элементов для жилищного строительства
Приведены общие характеристики конструктивной системы полносборного каркаса из Н-элементов для строительства жилых зданий. Н-элемент - это рама из двух стоек, каждая высотой на один этаж, соединенных монолитно с ригелем. Стык стоек располагается посредине высоты этажа. Из этих элементов собираются конструктивные ячейки с продольным, поперечным или перекрестным расположением несущих рам. Стыки стоек с ригелями жесткие. Общая пространственная устойчивость каркаса обеспечивается за счет компоновки рамных элементов, а также применения различного рода связей. Плиты перекрытий сборные. Соединения Н-элементов на стяжках с применением тяжей из гладкой арматуры или винтового арматурного проката. Стыки стоек рам сборно-монолитные с применением комбинированных либо обжимных муфт.
Ключевые слова: каркас здания, рамы, индустриальное производство, железобетон, устойчивость каркаса, чрезвычайые ситуации.
Для цитирования: Блажко В.П. Каркас сборный из Н-элементов для жилищного строительства // Жилищное строительство. 2019. № 10. С. 3-8. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-10-3-8
V.P. BLAZHKO, Candidate of Sciences (Engineering) ([email protected]) JSC Research Center of Construction (6, 2nd Institutskaya Street, Moscow, 109428, Russian Federation)
Prefabricated Frame of H-Elements for Housing Construction
General characteristics of the structural system of a fully-prefabricated frame of H-elements for the construction of residential buildings are presented. H-element is a frame made of two struts, each with a height of one floor, connected integrally with the cross-bar. The joint of the struts is located in the middle of the story height. Structural cells with longitudinal, transverse or cross-arrangement of bearing frames are assembled of these elements. The joints of struts with cross-bars are rigid. The overall spatial stability of the frame is provided by the layout of the frame elements, as well as the use of various kinds of connections. Slabs are prefabricated. Connections of H-elements are on ties with the use of bars of plain reinforcement or screw reinforcing bars. The joints of struts of the frames are precast-monolithic with the use of combined or crimp couplings.
Keywords: building frame, industrial production, reinforced concrete, frame stability, emergency situations.
For citation: Blazhko V.P. Prefabricated frame of H-elements for housing construction. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2019. No. 10, pp. 3-8. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-10-3-8
В настоящее время в строительстве многоэтажных жилых домов из железобетона на основе каркасной конструктивной схемы строятся здания в сборном, монолитном и сборно-монолитном исполнении. Каркасные конструктивные системы в монолитном исполнении имеют ряд преимуществ по сравнению со сборными и сборно-монолитными, - это устойчивость системы при чрезвычайных воздействиях (ЧС), гибкость планировочных решений, сейсмостойкость. Каркасы из сборных элементов уступают по степени защиты от ЧС каркасам в монолитном исполнении, вместе с тем сборные каркасные здания быстрее возводятся, на их возведение в меньшей степени влияют погодные условия [1-8].
В настоящее время каркас здания из железобетонных элементов комплектуется из колонн,
ригелей, плит перекрытий, диафрагм жесткости, связевых плит (ИИ-20, ИИС-04, 1.020-1/83, «Арко», КУПАСС, КУБ-2,5). Узлы соединения колонн с ригелями в основном не предназначены для передачи изгибающих моментов. Пространственная устойчивость каркаса обеспечивается за счет диафрагм жесткости. Известна конструктивная система из рам Н-образной формы, состоящей из двух стоек и ригеля, монолитно связанного со стойками [11], в которой Н-рамы стыкуются друг с другом в одной плоскости, а стык стоек расположен посредине высоты этажа.
Известны конструктивные схемы, в которых применяются Н-элементы UHBS SYSTEM (Италия). Стык стоек располагается посредине высоты этажа. Данная система была запатентована в РФ [9].
Индустриальное домостроение
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
В этой системе Н-образные несущие элементы располагаются через пролет, а в промежутки на консольные выступы из Н-элементов устанавливаются ригели. При такой компоновке каркасная система UHBS SYSTEМ по уровню защищенности от ЧС воздействий мало чем отличается от применяемых в РФ. Значительно повысить устойчивость системы можно, если принять другую компоновку Н-элементов, отличающуюся от предлагаемых в [9-11]. На рис. 1-2 приведены фрагменты конструкции, в которой Н-элементы компонуются таким образом, что образуют перекрестно пространственную систему. При такой компоновке несущих элементов нагрузка от плит перекрытий распределяется на обе стойки рамы поровну и обеспечивает резервирование несущих элементов путем их дублирования. За счет пространственного располо-
жения стоек и их объединения между собой винтовыми стяжками, а также общими омоноличенными стыками в местах соединения стоек рам смежных этажей повышается устойчивость конструкции стоек в месте примыкания рам при выключении в случае чрезвычайной ситуации.
Рис. 3. Фрагмент стыка трех рам: 1 — стойка рамы; 2 — ригель рамы; 3 — выпуски винтовой арматуры; 4 — соединительные муфты; 5 — тяжи, пропущенные сквозь отверстия в стойках рамы
Рис. 1. Схема расположения образующих каркас Н-рам: 1 — рамы продольного направления; 2 — рамы поперечного направления; 3 — рамы перекрытия
Рис. 2. Один этаж каркаса: 1 — рамы продольного направления; 2 — рамы поперечного направления; 3 — бетон омоноличивания вертикальных стыков стоек рам; h — высота этажа
Рис. 4. Н-рама: 1 — выпуск винтовой арматуры; 2 — отверстия в стойках рамы для установки стяжных элементов; 3 — шпонки; 4 — гнезда для забивки нагелей
1
2
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
© ©О©©®®©
Рис. 5. Схема расположения рам на примере реального здания: 1 — поперечные рамы; 2 — продольные рамы
©
1
1
На рис. 3, 4 показаны отдельные узлы соединения Н-элементов между собой, на рис. 5 - отдельный Н-элемент.
Н-элементы могут отличаться величиной межосевого расстояния между стойками, а также сечением колонн и ригелей. Из таких элементов можно формировать различные конструктивные схемы, отличающиеся друг от друга по взаимному расположению Н-элементов (рис. 6). В состав каркаса можно вводить элементы в виде стеновых панелей для формирования лестнично-лифтового узла. Н-элементы в системе подразделяются на два основных вида: 1 - несущие; 2 - связевые. Несущие Н предназначены для опирания на них плит перекрытий. Связевые Н-элементы служат для придания каркасу пространственной устойчивости. По типам применяемых плит перекрытий в контексте данной системы могут рассматриваться плиты балочного опирания, а также плиты с опиранием по трем сторонам. Применяться могут плиты как сплошного сечения, так и многопустотные. В зависимости от вида применяемых плит, при одних и тех же межосевых габаритах появляются марки Н-элементов, отличающиеся друг от друга привязкой по высоте ригелей и их сечениями. В зависимо-
сти от расположения несущих Н-элементов плиты перекрытий могут располагаться как в поперечном и продольном направлениях, так и в их сочетаниях. Это иногда необходимо из-за различной ориентации вентиляционных проемов. Н-элементы способны воспринимать расчетные изгибающие моменты, возникающие при эксплуатации здания, поэтому в определенных случаях, при небольших горизонтальных нагрузках на здание можно обойтись без диафрагм жесткости. В необходимых случаях, когда несущей способности узлов соединения ригелей со стойками недостаточно, в конструктивную схему могут вводиться диафрагмы жесткости. Последние могут быть выполнены в виде сборных железобетонных панелей, стальных диагональных связей либо путем закладки пространства между стойками и ригелями армированной кладкой (кирпич, газобетонные блоки).
Если рассматривать описанную выше конструктивную систему с точки зрения возможностей гибкости планировки, то они шире, чем в известных панельных системах. По этому показателю система сопоставима с каркасом в монолитном исполнении.
С точки зрения устойчивости системы против прогрессирующего обрушения данная система обладает
Индустриальное домостроение
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 6. Схема расположения плит перекрытий и связевых плит: 1 — рядовые плиты перекрытий; 2, 3 — связевые плиты; 4 — плиты перекрытий лестнично-лифтового узла
3
2
2
1
преимуществами по сравнению с каркасными системами из отдельных элементов (колонна + ригель), а также панельными зданиями.
Сечения ригелей и стоек принимаются по расчету, в зависимости от принятого пролета и высоты здания.
Н-элементы могут изготавливаться на горизонтальных столах со съемными бортами на магнитных фиксаторах, также могут использоваться поворотные столы или кассеты.
В рассматриваемой системе используется вертикальный стык стоек, в котором в качестве арматурных выпусков применена арматура винтового профиля (можно применять и арматуру общего пользования А500С или А500СП с резьбой на концах выпусков). В настоящее время планируется выпуск винтового профиля класса Ав500П [13]. Использование этого проката и специальных комбинированных муфт позволит существенно сократить трудозатраты и стоимость вертикального стыка стоек по сравнению со сварными стыками на накладках. У комбинированных муфт нижняя часть выполнена как винтовая, а верхняя половина как обжимная. Стык
б| -
стоек сборно-монолитный. Возможно также применение чисто обжимных муфт. При этом потребуются дополнительные приспособления для временной фиксации колонны в проектном положении. За-моноличивание стыков стоек производится после установки всех Н-рам в пределах этажа. Опалубка устанавливается по периметру стоек сразу на узел, после чего производится бетонирование. В результате бетон связывает все стойки в уровне стыка в единое целое, по сути, составное сечение становится цельным.
Для обеспечения совместных деформаций Н-эле-ментов они объединяются между собой с помощью тяжей из упомянутой выше винтовой арматуры и винтовых гаек. Также могут применяться тяжи из арматуры гладкого профиля с резьбой на концах. Зазоры между смежными плоскостями колонн заполняются раствором. На этих плоскостях для повышения несущей способности стыка на сдвиг предусматриваются углубления.
В расчетном отношении данная пространственная конструкция представляет собой совокупность рамных элементов, соединенных горизонтальны-
^^^^^^^^^^^^^ И02019
Научно-технический и производственный журнал
1
Y
Рис. 7. Фрагмент расчетной модели из трех рам: 1 — вертикальные связи в стыке стоек рам; 2 — связи в плоскости ХОУ в уровне ригелей; 3 — связи в плоскости ХОУ в уровне стыка стоек
ми связями, податливость которых принимается в зависимости от их конструктивного исполнения. Податливость перекрытий в своей плоскости учитывается в зависимости от конструктивного решения стыков перекрытий между собой и с ригелями. На рис. 7 приведен фрагмент расчетной схемы для трех рам.
Предлагаемая конструктивная система может с успехом применяться для строительства в сейсмоактивных районах. Данная каркасная система содержит замкнутые силовые ячейки (стойка + стойка + ригель + ригель); заполнение этих ячеек армированной кладкой позволит увеличивать несущую способность сооружения на сдвиг, что важно для
Список литературы
1. Власов В.А., Клименов В.А., Овсянников С.Н., Околичный В.Н., Балдин И.В. Опыт применения муфтовых соединений в полносборной домостроительной системе КУПАСС // Жилищное строительство. 2017. № 10. С. 28-34.
2. Казин А.С. Индустриальное домостроение: вчера, сегодня, завтра // Жилищное строительство. 2018. № 10. С. 22-26.
восприятия сдвиговых усилий, возникающих в момент сейсмических толчков. Нужно отметить, что для проектирования таких систем имеется нормативная база, а изготавливать рамы можно на существующих заводах КПД.
Выводы
Каркасная система, построенная на базе Н-эле-ментов, во многих отношениях лучше, чем известные каркасные и панельные системы. Н-система универсальна, имеет высокую степень заводской готовности, неприхотлива к климатическим условиям сборки, изделия могут перевозиться автотранспортом и по железной дороге. Производство многопустотных плит перекрытий, для комплектации каркаса освоено во многих регионах страны. На рис. 5, 6 показан пример компоновки Н-элементов для 12-этажного здания и схема расположения плит перекрытий.
Фасад здания может решаться путем заполнения каркаса блоками из газобетона с последующим устройством вентилируемого фасада либо из легких навесных панелей. Система [9] в 2014 г. рассматривалась в ЦНИИЭП жилища на предмет ее внедрения. Предложенная авторами конструктивная версия оказалась сложной как по решению узлов, так и по технологии изготовления. Поэтому от внедрения этой системы отказались. Авторы системы запатентовали ее в РФ, но, судя по прекращению поддержания патента, так и не смогли ее внедрить. Предлагаемая конструктивная система принципиально отличается от [10], она проще и приспособлена к сложным условиям строительства, может с успехом применяться для быстрого восстановления жилого фонда, разрушенного в результате чрезвычайных ситуаций. Важно также, что соединения элементов осуществляются без применения сварки. Транспортировка Н-элементов может осуществляться панелевозами или на железнодорожных платформах. Вес Н-элемента при его длине 7,6 м и высоте 3 м не превышает 4 т.
References
1. Vlasov V.A., Klimenov V.A., Ovsyannikov S.N., Oko-lichny V.N., Baldin I.V. Experience of using coupling joints in the full-assembly house-building system KUPASS. Zhilishchnoe Stroitefstvo [Housing Construction]. 2017. No. 10, pp. 28-34. (In Russian).
2. Kazin A.S. Industrial housing: yesterday, today, tomorrow. Zhilishchnoe Stroiteistvo [Housing Construction]. 2018. No. 10, pp. 22-26. (In Russian).
Индустриальное домостроение
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
3. Коршунов А.Н. Крупнопанельные дома нового поколения // Жилищное строительство. 2018. № 3. С.44-46.
4. Коршунов А.Н. Проектная «Универсальная система крупопанельного домостроения» для строительства в Москве. Панельные дома могут быть как социальным, так и элитным жильем // Жилищное строительство. 2017. № 5. С. 11-15.
5. Клюева Н.В., Колчунов В.И., Рыпаков Д.А., Бух-тиярова А.С. Жилые и общественные здания из железобетонных панельно-рамных элементов индустриального производства // Жилищное строительство. 2015. № 5. С. 69-72.
6. Николаев С.В. СКПД - система строительства жилья для будущих поколений // Жилищное строительство. 2013. № 1. С. 2-4.
7. Николаев С.В. Архитектурно-градостроительная система панельно-каркасного домостроения // Жилищное строительство. 2016. № 3. С.15-25.
8. Овсянников С.Н., Семенюк П.Н., Овсянников А.Н., Околичный В.Н. Объемно-планировочные, конструктивные и инженерные решения каркасной универсальной полносборной архитектурно-строительной системы // Жилищное строительство. 2017. № 6 . С. 11-19.
9. Патент РФ 2479702. Многоэтажный панельный дом повышенной стойкости к ударным и сейсмическим воздействиям / Блажко В.П., Харитонова Г.В. Заявл. 16.11.2011. Опубл. 20.04.2013. Бюл. № 11.
10. Патент ИЗ РФ 258 5330. Универсальная домостроительная система / Худяков С.А., Айсверт Р.В., Сальваторе Порто (1Т), Дмитрусенко М.С. Заявл. 30.09.2014. Опубл. 20.04.2016. Бюл. № 11.
11. Патент ПМ РФ 62622. Сборная железобетонная каркасная конструкция многоэтажного здания, рамная конструкция каркаса, элемент перекрытия / Шапиро А.В., Волков А.Ю., Козицкий Б.Ф. Заявл. 19.07.2005. Опубл. 27.04.2007. Бюл. № 12.
12. Савин С.Ю., Федорова Н.В., Емельянов С.Г. Анализ живучести сборно-монолитных каркасов многоэтажных зданий из железобетонных панельно-рамных элементов при аварийных воздействиях, вызванных потерей устойчивости одной из колонн // Жилищное строительство. 2018. № 12. С.3-7.
13. Тихонов И.Н., Блажко В.П., Тихонов Г.И., Каза-рян В.А., Краковский М.Б., Цыба О.О. Инновационные решения для эффективного армирования железобетонных конструкций // Жилищное строительство. 2018. № 8. С. 3-10.
8| -
3. Korshunov A.N. Large-panel houses of the new generation. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2018. No. 3, pp. 44-46. (In Russian).
4. Korshunov A.N. Project "Universal system of coarse-panel housing construction" for construction in Moscow. Panel houses can be both social and elite housing. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2017. No. 5, pp. 11-15. (In Russian).
5. Klyueva N.V., Kolchunov V.I., Rypakov D.A., Bukh-tiyarova A.S. Residential and public buildings of reinforced concrete panel-frame elements of industrial production. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2015. No. 5, pp. 69-72. (In Russian).
6. Nikolaev S.V. SKPD - housing construction system for future generations. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2013. No. 1, pp. 2-4. (In Russian).
7. Nikolaev S.V. Architectural and town planning system panel-frame house building. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2016. No. 3, pp. 15-25. (In Russian).
8. Ovsyannikov S.N., Semenyuk P.N., Ovsyanni-kov A.N., Okolichny V.N. Volume planning, constructive and engineering solutions of the frame universal a full-assembly architectural and construction system. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2017. No. 6, pp. 11-19. (In Russian).
9. Patent RF 2479702. Multi-storey panel house of high resistance to shock and seismic effects / Blazh-ko V.P., Kharitonova G.V. Declared 16.11.2011. Published 20.04.2013. Bulletin No. 11. (In Russian).
10. Patent IZ RF 258 5330 Universal house-building system. Khudyakov S.A., Aisvert R.V. Salvatore Porto (IT), Dmitrusenko M.S. Declared 30.09.2014. Published 20.04.2016. Bulletin No. 11. (In Russian).
11. Patent PM RF 62622 Prefabricated reinforced concrete frame construction of a multistory building, frame construction of a frame, elament overlap. Vol-kov A.Y., Kozitsky B.F. Declared 19.07.2005. Published 27.04.2007. Bulletin No. 12. (In Russian).
12. Savin S.Y., Fedorov N.V., Yemelyanov S.G. Analysis of the survivability of precast-monolithic frames of multi-storey buildings from reinforced concrete panel-frame elements under accidental effects caused by the loss of stability of one of the columns . Zhil-ishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2018. No. 12, pp. 3-7. (In Russian).
13. Tikhonov I.N., Blazhko V.P., Tikhonov G.I., Kazary-an V.A., Krakovsky M.B., Tsyba O.O. Innovative solutions for effective reinforcement of reinforced concrete structures. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2018. No. 8, pp. 3-10. (In Russian).
^^^^^^^^^^^^^ |l0'2019
