Здания с неполным каркасом
Бескаркасные здания
Бескаркасные здания выполняют с несущими наружными и внутренними кирпичными стенами. Они не имеют колонн. Железобетонные плиты перекрытий опираются на наружные и внутренние стены, которые передают нагрузки здания через свои фундаменты на основание. Бетонные и железобетонные элементы здания – плиты перекрытий, покрытия и фундаменты, элементы лестниц изготавливают на заводах. Степень предварительной заводской готовности меньше, чем у описанных ниже зданий каркасной конструкции. В зданиях такой конструкции сложнее осуществить рациональное планировочное решение. На их сооружение затрачивается больше строительных материалов, трудоемкость их выше, чем у каркасных зданий.
Бескаркасные здания с несущими кирпичными стенами используют для сооружения предприятий вместимостью менее 50 мест, в том числе пристроенных и встроенных в бескаркасные здания такой конструкции другого назначения (жилые дома и пр.).
Рисунок 1 Бескаркасные здания
Здания каркасной конструкции
Здания каркасной конструкции могут быть с полным и неполным каркасом.
Здания с полным каркасом целиком собираются из готовых железобетонных и бетонных элементов заводского изготовления: фундаментов, колонн, ригелей (балок), плит перекрытий и покрытий, лестничных маршей и площадок, панелей наружных и внутренних стен и перегородок. В этих зданиях нагрузки от собственной массы конструкций, людей и оборудования воспринимаются каркасом (ригели и колонны) и через колонны передаются их фундаментами на основание – грунт под зданием. Наружные панельные стены не воспринимают нагрузок здания. Они крепятся к периферийным (у наружных стен) колоннам здания. В этом случае масса панелей воздействует на основание через колонны и их фундаменты.
Рисунок 2 Здание каркасного типа (с полным каркасом). 1 — колонны основного каркаса; 2 — фахверковые колонны; 3 — поперечные навесные стены; 4 — продольные навесные стены.
Здания с неполным каркасом
Здания с неполным каркасом имеют несущие кирпичные наружные стены, которые сооружаются на стройплощадке. У них отсутствуют периферийные колонны у наружных стен, а имеются только колонны внутреннего несущего каркаса. Ригели и плиты перекрытия, перекрытия в таких зданиях опираются частично на наружные несущие нагрузки стены, частично на каркас (ригели и колонны). При этой схеме частично нагрузки от собственной массы строительных конструкций, массы людей и оборудования воспринимается наружными стенами, частично колоннами и передаются через их фундаменты на основание. В таких зданиях применяются те же железобетонные элементы заводского изготовления (колонны, ригели, плиты перекрытия и др.), что и в зданиях с полным каркасом.
Полносборные каркасные здания являются предпочтительными и преимущественным типом зданий предприятий общественного питания вместимостью 50 и более мест.
Рисунок 3 Здание каркасного типа (с неполным каркасом)
Здания с неполным каркасом и кирпичными наружными стенами используются при тех же размерах предприятий, но когда предъявляются определенные архитектурные требования к его фасадам (нетиповые решения).
Габариты каркасных зданий в плане определяются размерами пролета (расстояния между опорами балок–ригелей) и шага (расстояния между опорами плит перекрытия, т.е. балками–ригелями). Эти расстояния называют разбивочной сеткой здания (или сеткой колонн) и обозначают как произведение пролета на шаг, выраженное в метрах, например, 6х6 м; 9х6 м; 7,2х6 м и т.д. На чертежах планов здания через геометрические центры колонны проводят осевые линии. Расстояние между горизонтальными осевыми линиями является пролетом, а между вертикальными – шагом. Горизонтальные оси маркируют буквами, а вертикальные – цифрами. Для здания, как правило, должна применяться сетка разбивочных осей с одним размером пролета и шага. Изменение размера пролета или шага в здании допускается лишь крайнем случае.
Фрагмент плана здания заключенный между двумя смежными горизонтальными и вертикальными осями называют конструктивно–модульной ячейкой (КМЯ) здания. ЕЕ площадь получают путем умножения длины пролета на размер шага, например 6х6 = 36 м².
Рекомендуемые размеры сетки колонн для стандартных железобетонных изделий заводского изготовления даны в таблице, где указана площадь КМЯ
Таблица 1 – Рекомендуемыеразмеры сетки колонн
Стены
Кирпичные наружные стены выполняют в зданиях с неполным каркасом. Для этого используют глиняный (красный) или силикатный кирпич. С внутренней стороны кирпичные стены оштукатуривают, либо облицовывают плитами естественного или искусственного камня (керамические плиты и плитки). Стены также могут быть отделаны в процессе их возведения облицовочным керамическим кирпичом. Толщина кирпичных стен без штукатурки и облицовки для средней климатической зоны России принимается 0,51 м.
Панельные наружные стены выполняют в зданиях с полным каркасом. Панели наружных стен делают однослойными из керамзитобетона. С наружной стороны их окрашивают или в процессе изготовления панелей облицовывают плитами естественного или искусственного камня. Толщина панелей для средней климатической зоны 0,3–0,35 м. Для устройства наружных стен используют рядовые горизонтальные панели длиной 3, 6 и 7,2 м, высотой 1,2 и 1,5 м (при высоте этажа 3,3 м и 4,2 м). Кроме того, используют простеночные панели (между окнами) шириной 0,6 и 1,2 м и угловые панели такой же ширины. Высота простеночных панелей 1,8 и 2,8 м, угловых ) и 1,2; 1,5; 1,8 и 2,8м.
Внутренние стены выполняют из кирпича и бетонных блоков. Их толщина без отделки соответственно равна 0,25 и 0,2 м. Внутренние стены устраивают в стационарных холодильных камерах, лестничных клетках и технических помещениях.
Перегородки выполняют из кирпича (0,12 м), керамзито–бетонных, пенобетонных или других плит (0,08–0,1 м).
Фундамент
Фундаменты наиболее часто выполняют сборными из бетонных и железобетонных блоков.Фундаменты ленточного типа устраивают под кирпичные наружные и внутренние стены. Они состоят из двух типов блоков – стенки и подушки. Подошва фундамента (опорная плоскость подушки) должна быть на 0,2–0,3 м ниже глубины промерзания грунта. Для условий средней климатической полосы России глубина промерзания грунта – 1,5 м. Значит глубина заложения фундамента от поверхности земли должна быть 1,7–1,8 м. Для внутренних стен достаточна глубина заложения фундамента 0,9–1,0 м. Ширина блоков стенки принимается близкой к толщине стен здания; стан-дартная ширина блоков стенки 0,4;0,5 и 0,6 м, а высота 0,58 м. Высота блока подушки – 0,3 м, а ширина в общем случае в одноэтажных зданиях – 1,0;1,2 и 1,4 м.
Фундаментные блоки стаканного типа устанавливают под колонны. Под фундаментальный блок стаканного типа может быть установлен блок – подушка. Глубина заложения фундаментов под наружные колонны мо-жет быть принята 1,7-1,8 м, а под внутренние – 0,9/1,0 м. Фундаменты под наружные колонны служат фундаментами под цокольные панели наружных стен.
Колонны и блоки–ригели
Каркас зданий включает два железобетонных элемента: колонны и блоки–ригели.Колонны имеют в сечении размер 0,3х0,3 м, а при тяге 9 м и 12 м и пролете 9 м – 0,4х0,4 м. Колонны в средней части здания имеют две консоли для опирания ригелей, а крайние (колонны по периметру наружных стен зданий с полным каркасом) имеют одну консоль.
Ригели – это балки таврового сечения с полкой внизу. Полка служит опорой для плит перекрытия. Размеры поперечного сечения ригеля зависят от сетки колонн: пролета–расстояния между опорами на колоннах для них и шага колонн – расстояния между рядами ригелей. Размеры ригеля в зависимости от сетки колонн:
6х3 м и 6х6 м – высота 0,45 м, ширина 0,4 м;
9х6 м и 9х9 м –высота 0,6 м, ширина 0,4 м;
12х6; 12х9; 12х12 м – высота 0,9 м, ширина 0,5 м.
Междуэтажные перекрытия в многоэтажках каркасных и бескаркасных зданиях выполняют в виде сборных настилов из железобетонных плит, опирающихся на ригели или несущие стены. Для этих целей используют плиты с круглыми пустотами длиной 3, 6 и 9 м и шириной до 3 м, а также ребристые плиты длиной 9 и 12 м и шириной 1,5 –3,0 м. В первом случае толщина плит длиной 3 и 6 м – 0,22 м; длиной 9 м – 0,3 м; во втором случае – 0,5 м.
Полы
Полы первого этажа (в зданиях без подвала) укладываются на монолитную армированную бетонную плитку толщиной 0,1 м, расположенную на грунте. Полы второго этажа располагаются на перекрытии первого этажа. Конструкция пола делится на «чистый пол» – лицевое покрытие и «черный пол» – подготовительная конструкция под укладку «чистого пола».В предприятиях массового питания конструкция «черного пола» не должна содержать пустот, а чистый пол должен быть износостойким и влагостойким (допускать влажную уборку).
Потолки
Потолки – могут быть отделаны путем оштукатуривания, окраски, оклейки рулонными или плитными материалами, облицовки листовыми материалами, а также деревянными, пластмассовыми и металлическими рейками.
В помещениях для посетителей иногда устраивают подвесные потолки. Они располагаются на расстоянии 0,3–0,5 м от перекрытия. В пространстве между перекрытием и подвесным потолком возможно располагать трубопроводы, воздуховоды вентиляционных систем, светильники и электрические коммуникации.
Покрытие и кровля в современных зданиях устраиваются совмещенными (бесчердачными). Кровля при этом делается малоуклонной (1,5-3%) с внутренним отводом атмосферных осадков через систему ливневой канализации с водосборными воронками на кровле. По периметру кровли здания устраивают парапетную стенку, возвышающуюся над кровлей на 0,5–0,9 м.
Покрытие включает ряд слоев:
– железобетонная плита покрытия – 220мм,
– пароизоляция (2 слоя рубероида на мастике) – 5 мм,
– теплоизоляция (керамзит или пенопалистерол) – 100–150 мм,
– цементная армированная стяжка – 50мм.
Лестницы
Лестницы монтируют из двух железобетонных элементов стандартных размеров: площадки и марша. При высоте этажа 3,3 м лестницы делают двухмаршевые, а 4,2 м –трехмаршевые. Ширина стандартных маршей 1,05 м; 1,2 м и 1,35 м. Площадка должна иметь на меньшую чем марш ширину. Размер ступеней марша: проступь 0,30 или 0,31 м, подступенок 0,15 или 0,14 м. Количество ступеней в марше определяется высотой подъема – расстоянием между площадками. Высота подъема в первом случае 1,65 м – 11 ступеней (двухмаршевые лестницы), во втором – 1,40 м (трехмаршевые лестницы) – 10 ступеней. Для главных лестниц ширина марша должна быть не менее 1,2 м, служебных 1,05 м.
Стены лестничных клеток выполняют панельными (толщина 0,15 м), кирпичными (0,38 м) или из бетонных блоков. Входы на лестничные клетки должны быть обеспечены естественным освещением.
Окна и двери
Окна и двери являются элементами конструкции наружных и внутренних стен, а также перегородок.Окна и витрины служат для освещения и вентиляции помещений. Конструкция окон (коробка и створки–переплеты) выполняются из дерева, металлопластика, стеклопластика и металлодеревянными. В створки окон может устанавливаться оконное стекло или стеклопакеты (одно– и двух камерные). В первом случае переплетов бывает два ряда и окна могут быть со спаренными или раздельными переплетами. Во втором случае окно имеет один ряд переплетов.
В здании желательно иметь не более двух (в крайнем случае, трех) типоразмеров окон.
В залах ресторанов и кафе допустимо использование витрин.
Двери в предприятиях общественного питания применяют преимущественно деревянные. В отдельных случаях возможно использование пластмассовых дверей (входные двери, двери санузлов, бытовых помещений и пр.).
В зданиях применяются распашные двери с притвором в четверть (вращающиеся и откатные не применяются). Наружные двери должны быть не менее 1,2 м. Максимальная ширина входных дверей – 2,4 м (загрузочная). Двери в производственные и складские помещения площадью более 10 м² должны иметь ширину 1,2 м, а менее 10 м² – 0,9 м.
При использовании грузовых тележек с поддонами ширину дверей назначают 1,8 м. Двери административно–бытовых помещений имеют ширину 0,8 м. Высота входных дверей, дверей для приема грузов и в производственные помещения – 2,3 м, в остальные помещения – 2,0 м.
После выбора принципиальной конструктивной схемы здания и основных конструкций (частей) здания приступают к определению количества конструктивно–модульных ячеек, соответствующего величине полезной площади предприятия.
Здание с полным каркасом:
А — аксонометрия; Б — план перекрытий; В — план этажа; 1- колона; 2 — ригель; 3 — плита перекрытия; 4 — навесные стеновые панели
Большепролетные несущие конструкции
Источник
Проектирование сборных элементов перекрытия, колонн и фундаментов здания с неполным каркасом
Проектирование сборных элементов перекрытия, колонн и фундаментов здания с неполным каркасом
Компоновка перекрытия выполняется такой, чтобы перекрыть расстояние
между внутренними поверхностями противоположных стен. При этом ребра плит опираются на полки ригелей и не могут совпадать с колоннами (сечение колонн — 400 × 400 мм). Поэтому раскладку плит рекомендуют начинать с середины, от колонн, таким образом, чтобы ребра одной плиты опирались на
ригели смежных пролетов. Полка этой плиты имеет вырез, охватывающая колонну.
Остаток ширины здания не перекрывается плитами, бетонируется монолитно. Чаще всего этот остаток бетонируют у стены.
Компоновка перекрытия показана на фрагменте (рис. 3)
Расчет сборной плиты перекрытия промышленного здания
Принимаем бетон класса Б20 –Rb=11.5kH/см 2 , Rbt=0.09kHсм.
Арматура класса А400с-Rs=37.5kH/см.
1.2. Нагрузка на 1 м 2 перекрытия
|
Наименование нагрузки Характеристическое γf
|
кН/м 2 
0.02х20
|
0,52
Звукоизоляция (пенобетон) 
( 1.8…2.5 кН/м 2 ) 1,936
4 Временная 7 1.2 
q=8,4
Всего: g=q+v=12кН/м
1.3. Статический расчет плиты перекрытия
Принимаем размеры поперечного сечения ширина опорных полок высоту плиты принимаем hпл = 35 см
Расчетный пролет плиты определяем:
l0 = 5600 – 250 – 30×2 – 120 = 5170 мм .
Погонная нагрузка q = q1м 2 × bпл = 12×1.5 .≈ 18кН/м.
Мmax = ql0 2 /8 = 18×5,17 2 / 8 = 60,14кНм,
1.4 Конструктивный расчет плиты
Сечение П-образной плиты рассматривают как таврового с полкой в сжатой зоне.
Расчетный сечение плиты :
1)Положение нейтральной оси
= 240,89 кНм 2 > Mmax = 60,14 кНм 2 .
Нейтральная ось расположена в пределах полки, поэтому сечение
рассчитываем как прямоугольное.
Аs = М / ζ Rs h0=6014 / 0.98×37.5×31 = 5,28см 2 .
Рабочую арматуру принимаем 2Ø20А400С (Аs = 6,28 см2) и располагаемв двух каркасах (по одному каркасу в ребре плиты).
Верхнюю арматуру в каркасах принимаем конструктивно 2Ø12А240С.
1.5 Расчет плиты в наклонных сечениях
Поперечную арматуру принимаем при сварке с рабочей арматурой (Ø8А240С). Шаг хомутов в приопорных зоне Sw1 ≤ h / 2, в середине пролета — Sw2 ≤ 0.75h. Принимаем Sw1 = 200 мм, Sw2 = 300 мм.
В работе на поперечную силу вместе с ребрами участвует и часть
b1 = b + 3hf = 16 + 3х5 = 31 см, (Рис. 7)
поэтому несущая способность сечения на поперечную силу увеличивается на
коэффициент влияния поперечного армирования
φw1 = 1 + 5νµw = 1 + 5х13,5х0.00253 = 1.212;
коэффициент φb1 = 1 – 0.01Rb = 1 – 0.01х11.5 = 0.885 ( Rb – в МПа).
2. Определяем несущую способность бетона
проверка: h0 2
|
Qb = , де φb3 = 2,0; с = с0 = 60 см. 
2(1+ 0.113) 0.09´16´ 31 2
|
Потому что Qb = 52,154кН ≥ Qmax = 46,53 кН, нет необходимости рассчитывать хомуты
5. Несущая способность поперечной арматуры
6. Несущая способность сечения
Окончательно оставляем предварительно принятую поперечную арматуру.
1.6 Статистический расчет ригеля.
Конструктивная длина ригеля равна (рис. 9).
lконстр. = 6300 – 200 – 50+100 = 6150 мм.
Расчетное погонная нагрузка
– Постоянная g = g1м 2 l + γf ×( собственный вес нижней части ригеля) =
= 3.08×6 + 1.1(0.3×0.55)25 = 23.02 кН/м;
– Переменная v = v1м 2 l = 8,4×6 = 50,4кН/м;
– Полная q = g + v = 23,02 + 50,4= 73,42кН/м.
Для расчета крайней пролета рассматривают две расчетные схемы, из которых определяют изгибающие моменты и поперечные силы.
Расчетная схема ригеля многопролетной балки .
М1 = (0.08×23.02 + 0.1×50,4) 6,25 2 = 270,72 кНм;
МБ = (–0.107×23,02 – 0.117×50,4)6,25 2 = –321,09 кНм;
QБ = (–0.6×23,02 – 0.617×50,4)6,25 = – 280,605 кН.
За счет перераспределения усилий расчетные изгибающие моменты в
пролете и на опоре
Этот момент МБ попадает пиковым значением в колону, ав ригеле на границу с колоной.
Армирование
1.8 Расчет прочности ригеля в наклонных сечениях
Расчет выполняется на Qmax = QБ лев = 280,615 кН.
1) Примим хомуты: 2Ø8А400С (Аsw = 1,01см 2 ).
Шаг хомутов приймим Sw1 = 200 мм.
2)Для определения достаточности размеров поперечного сечения балки
откуда коэффициент поперечного армирования:
коэффициент влияния поперечного армирования
φw1 = 1 + 5νµw = 1 + 5х6.67х0.00196 = 1.065;
коэффициент φb1 = 1 – 0.01Rb = 1 – 0.01х14.5 = 0.885 ( Rb – в МПа).
3) Определяем несущую способность бетона
проверка: h0 2
|
Qb = , де φb3 = 2,0; с = с0 = 114 см.
|
2х0,105х25х60 2
|
Поскольку Qb = 166,1кН Qmax = 280,615кН.
Окончательно оставляем предварительно принятую поперечную арматуру.
Шаг поперечной арматуры в крайних четвертях пролета Sw1 = 20 см, в
середине пролета Sw2 = 30 см.
1.9 Конструирование ригеля. Экономическое армирование
Пролетную рабочую арматуру располагаем в двух каркасах КР-1.
Верхнюю арматуру в этих каркасах принимаем конструктивно — 2Ø12А400С (Аs = 2,26 см 2 ).
Опорную рабочую арматуру располагаем в каркасах КР1. Эта арматура имеет рекомендуемую длину четверти пролета и стыкуется с верхней конструктивной арматурой. Армирование полок ригеля выполняют гнутыми каркасами КР2.
При конструировании ригеля рационально располагать продольную рабочую арматуру согласно эпюры изгибающих моментов.
Для определения границ обрыва этой арматуры строим эпюры расчетных изгибающих моментов и моментов фактической несущей способности под схемой армирования ригеля (рис. 12)
Определяем фактическую несущую способность различных сечений ригеля.
1. Несущая способность сечения со всей пролетной арматурой (Аs=12,69)
2. Несущая способность сечения с оборванной арматурой 2Ø22А400С
ξ = 37,5×7,60 / 1.45×25×60 = 0.13; ζ = 0.93;
Msect = 0.93×37,5×7,60×60 = 15903 кНсм = 159 кНм.
3. Несущая способность опорного сечения с 2Ø25А400С (Аs=9,82см 2 )
ξ = 37,5×9,82 / 1.45×25×60 = 0.169; ζ = 0.905;
Мsect = 0.905×37.5×9,82×60 = 19995,97 кНсм = 200 кНм.
4. Несущая способность в верхней части ригеля 2Ø12А400С (Аs=2,26см 2 ):
ξ = 37.5×2,26 / 1.45×25×60 = 0.038; ζ = 0.98;
Мsect = 0.98×37.5×2,26×60 = 4983,3 кНсм = 49,83 кНм.
Арматура, которая обрывается в пролете (2Ø25А400С), имеет длину больше теоретической на величину w = 20Ø = 20х22 = 1100 мм с каждого края.
1.10 Расчет колонны здания
В данном проекте колонну рассчитывают как условно центрально
Нагрузка на колонну
Для расчета принимаем следующие дополнительные данные:
— Число этажей n = 4;
— Высота каждого этажа Hпов = 3,6 м;
— Место строительства — г. Чернигов;
Для срока эксплуатации здания 50 лет коэффициент надежности для
снеговой нагрузки γf = 1.0.
Проектирование сборных элементов перекрытия, колонн и фундаментов здания с неполным каркасом
Компоновка перекрытия выполняется такой, чтобы перекрыть расстояние
между внутренними поверхностями противоположных стен. При этом ребра плит опираются на полки ригелей и не могут совпадать с колоннами (сечение колонн — 400 × 400 мм). Поэтому раскладку плит рекомендуют начинать с середины, от колонн, таким образом, чтобы ребра одной плиты опирались на
ригели смежных пролетов. Полка этой плиты имеет вырез, охватывающая колонну.
Остаток ширины здания не перекрывается плитами, бетонируется монолитно. Чаще всего этот остаток бетонируют у стены.
Компоновка перекрытия показана на фрагменте (рис. 3)
Источник