Железобетонный каркас многоэтажных зданий: СП 356.1325800.2017 Конструкции каркасные железобетонные сборные многоэтажных зданий. Правила проектирования

Железобетонный каркас: сборный (основные элементы)

Железобетонный каркас применяют в процессе возведения многоэтажных зданий и частных домов. Соблюдение техники строительства и использование надежных материалов придаст прочности сооружению.

Преимущества и недостатки

Железобетонные каркасы незаменимы при сооружении высотных зданий, т.к. обладают отличной прочностью. При частном строительстве допустимо выбирать материалы с менее хорошими характеристиками. В связи с этим использование стального каркаса железобетонного при частном строительстве является экономически необоснованным.

Основные преимущества применения материала:

• высокая несущая способность;
• огнестойкость;
• длительная эксплуатация;
• малые эксплуатационные расходы;
• надежность конструкции;
• затраты на производство таких изделий намного ниже, чем на конструкции из камня или металла;
• длина пролетов позволяет создавать большие помещения без дополнительных опор (перегородок, колонн).

Недостатки материала:

• большая плотность;
• необходимость выдержки до приобретения прочности;
• высокая звуко- и теплопроводность;
• трудоемкость ремонтных работ, усиления конструкции;
• материал может покрыться трещинами из-за усадки и силовых воздействий.

Виды, где используется в строительстве

Различают 3 вида таких конструкций:

1. Монолитный. Производится путем заливки опалубки бетонным составом. Монолитные изделия не имеют ограничений по размеру, типу колонн и т.д. Они прочны, способны распределять нагрузку на балки и плиты перекрытия, благодаря чему удается сэкономить используемые материалы. Требуют использования термоизоляции, если применяются для возведения стен и перегородок. Чтобы соорудить такой вид конструкции, необходимо бетонную смесь заливать в съемную опалубку, т.к. это ускорит процесс.
2. Сборный. Применяется при сооружении промышленных зданий и в условиях индивидуального строительства. Сборный железобетонный каркас многоэтажного здания дает возможность работать при низкой температуре. Его основные элементы (колонны, ригели, основы лестничных проемов) производятся на заводе, а собираются непосредственно на строительстве.
3. Сборно-монолитный. Основой технологии является несущий каркас, который состоит из железобетонных элементов заводского изготовления (колонны, ригели, пустотные плиты). Благодаря этому представляется возможной сборка каркасов с большим расстоянием между несущими элементами. Жесткость и устойчивость конструкции достигается узлами сопряжения ригелей с колоннами. Бетонирование швов между плитами создает жесткий диск перекрытия.

Технология строительства железобетонных каркасных конструкций

От типа металлической конструкции и количества этажей зависит способ возведения здания. Различают сборные, монолитные и комбинированные конструкции.

Первый вариант имеет ряд преимуществ:

1. Отсутствие необходимости подогрева рабочего места зимой, что существенно экономит затраты на энергоресурсы.
2. Возможность оставлять железобетонные материалы на стройке, что обеспечивает непрерывность процесса сборки конструкции.
3. Уменьшение необходимости непрофессиональной рабочей силы.
4. Наличие дополнительного пространства, которое отсутствует при монолитном строительстве.
5. Элементы каркаса изготовляются на заводе, что позволяет обойтись без сварочных работ.
6. Быстрота сооружения здания.
7. Достижение прочности сразу после установки.

Среди недостатков — большой расход материала на опоры, ограничение в формах, которые по умолчанию установлены заводом-изготовителем, т.к. арматура не поддается сгибанию.

Сборные конструкции

При возведении многоэтажных домов используют следующие типы сборных каркасов:

1. Связевый. Представляет собой пространственную конструкцию и колонны, которые шарнирно прикреплены к ней при помощи ригелей. Обеспечение жесткости происходит неравномерно. Из-за шарнирного крепления колонны почти не сопротивляются горизонтальным сдвигам. Элементы сжимаются вертикальными нагрузками (несущие стены, внутренние перегородки, плиты перекрытия).
2. Рамно-связевый. Отличается от предыдущего типа жестким креплением колонн и балок.
3. Рамный. Колонны и ригели закреплены жестко. Они образуют плоские и пространственные рамы в 2-3 направлениях. Жесткость обеспечивается равномерно всеми составляющими системы. На несущую способность рамы влияет каждый элемент в отдельности, параметр снижается при увеличении шага установки колонн и с повышением высоты этажа.

Чтобы элементы каркаса было удобно транспортировать, на них устанавливаются специальные петли или проделываются отверстия. На строительной площадке детали сваривают.

Конструкция таких каркасов предполагает наличие железобетонного фундамента. На нем монтируют колонны с промежутками 6-12 м. Для фундаментных балок применяют бетон марок 200-400. Эти элементы будут служить опорой несущим стенам. Балки размещают так, чтобы уровень пола был на 3 см выше их верхней стороны. Пустое пространство заливается бетоном. Для этого подходит марка 100.

Для того чтобы пол был защищен от промерзания, а также, чтобы на нем не сказывалось влияние почвы на балки, производят гидроизоляцию. Большие конструкции возводятся при помощи колонн 1.020, приспособленных к нагрузке до 500 т, что равняется 10 этажам. Наружные стены возводят из ячеисто-бетонных блоков, уложенных в 1 ряд. Благодаря нулевой жесткости сохраняется пластичность фасада. Блоки укладывают на балки или плиту перекрытия.

При строительстве несущей конструкции из блоков маленького размера кладку можно производить в 1 или несколько слоев. На этапе конструирования подобного строения нужно убедиться, что кладка не служит опорой каркаса. Толщина стен подбирается с учетом теплоизоляционных требований. В жилых домах этот параметр должен быть равен 50 см.

Ячеисто-бетонные блоки подходят и для внутренних перегородок (между комнатами, квартирами). Эти стены являются для каждого этажа самостоящими. Во время планирования толщины перегородок и перекрытий в первую очередь учитываются требования звукоизоляции (больше 50 дБ).

Существуют нормативные документы для расчета параметра. Он зависит от используемых блоков, раствора, бетона и пр. Избавиться от посторонних звуков поможет минплита, которой заполняются пустоты. Плотность материала должна находиться в пределах 80-100 кг/м³.

Рекомендуемая толщина межкомнатных стен — 12 см, звукоизоляционный параметр — минимум 43 дБ.

Сборный каркас чаще всего применяется при возведении 2-5-этажных промышленных построек. Если строится более высокое здание, требующее больших крановых нагрузок, то целесообразно использовать стальное основание. Его составляющие (колонны, ригели и связующие элементы) бывают сплошные или решетчатые. Их изготавливают из швеллеров, уголков и прочих профилей, скрепленных при помощи сварочного аппарата.

Каркасы с опорами из камня устанавливают при возведении невысоких строений при отсутствии больших пролетов и чрезмерных нагрузок. Несущую способность повышают за счет армирования стальной сеткой, арматурой или усиливают, применяя железобетонные сердечники.

Сборно-монолитные каркасы

При применении таких каркасов можно снизить трудоемкость работ и уменьшить их срок, сохранив основные достоинства монолитных конструкций.

В этом варианте колонны и балки бетонируются в опалубке с тонкими стенками и квадратным сечением. Стыки арматуры и опалубки замоноличиваются, когда колонны и балки заливаются бетоном.

Элементы изготавливают из обыкновенного или преднапряженного бетона. При этом толщина стенок должна находиться в пределах 8-12 см. Если используется обыкновенный бетон, потребуется дополнительное армирование.

Технология возведения такой конструкции:

1. Колонны монтируются в выемку в ж/б плите, на которой размещаются панели с пустотами, сверху устанавливают пролетные элементы.
2. Арматурную сетку, которая расположена между панелями приваривают к армопрутьям пролетных элементов.
3. Заливают бетонную смесь.

Монолитный каркас

Монолитный каркас можно соорудить при помощи как съемной, так и несъемной опалубки. Второй тип чаще применяется для возведения невысоких частных домов. После того как опалубку заливают бетоном, она соединяется с другими элементами и выполняет роль несущей конструкции. В современном строительстве ее изготавливают из разных материалов, в т.ч. из пенопласта.

В зависимости от конструкции опалубки бывают 2 видов:

1. Щитовой. Опалубку такого типа создают из отдельных деталей, которые соединяются специальными крепежными элементами. Таким образом формируют емкость для заливки бетона, который станет основанием будущей постройки.
2. Туннельный. Опалубку приобретают в собранном виде, из-за чего такой тип конструкции подойдет не для всех монтажных работ. Купленные изделия не подлежат изменениям. Их заполняют раствором сразу после установки.

Если требуется большой объем бетона, его заказывают на предприятии. В другом случае раствор можно замесить самостоятельно.

После завершения работ по укладке бетона необходимо перейти к его уплотнению: это убережет конструкцию от образования пустот. Для выполнения задачи подойдут специальные инструменты (глубинный, а также поверхностный вибратор и пр.).

При помощи уплотнения монолитный каркас станет максимально прочным. После завершения процесса переходят к армированию конструкции. Особенности технологии позволяют реализовывать различные дизайнерские идеи.

Повышение эффективности монолитного каркасного жилья

Несмотря на то что монолитный каркас приобрел доверие строителей, его свойства постоянно улучшают: повышают прочность, снижают расход материалов. Для достижения этих целей применяют бетоны более высоких марок. Благодаря этому удается снизить расход арматуры и стоимость постройки. Каркас здания считается эффективным, если армирование превышает 3%.

Монолитную конструкцию оптимизируют следующими способами:

При возведении монолитного здания руководствуются способом, который предполагает заглубление коробки сооружения на 2 этажа. При помощи этого метода удается сделать конструкцию максимально надежной, т.к. нагрузки передаются высокопрочным пластовым почвам.

Несмотря на эффективность, эта технология редко применяется при возведении домов высотой до 3 этажей включительно. Причина заключается в высокой стоимости такого строения (сооружение деревянной опалубки, применение дорогостоящей техники и пр.). При обустройстве невысоких зданий чаще применяют сборные каркасы, которые обладают достаточной прочностью, при этом стоят намного дешевле.

Сборный железобетонный каркас многоэтажного промышленного здания. Характеристика, основные элементы и конструктивные особенности.

⇐ ПредыдущаяСтр 15 из 43Следующая ⇒

Каркас многоэтажных промышленных зданий состоит из колонн и балочных или безбалочных междуэтажных перекрытий и покрытия. В зданиях с балочными перекрытиями ригели и колонны связаны между собой в узлах сваркой закладных деталей, т. е. шарнирно, в этом случае каркас в целом воспринимает только вертикальные нагрузки.

Такая конструктивная схема здания называется связевой. Ветровые и другие горизонтальные нагрузки воспринимают перекрытия, которые передают их на торцовые стены и стены лестничных клеток. Иногда устраивают специальные стены или диафрагмы для обеспечения жесткости и устойчивости каркасного здания связевой системы.

Многоэтажные здания могут также иметь каркас рамной конструкции. В этом случае поперечными железобетонными рамами с жесткими узлами обеспечивается пространственная жесткость здания.

Балочная схема многоэтажных зданий является наиболее распространенной. При этой схеме в поперечном направлении располагаются ригели, опирающиеся на консоли колонн, а по ригелям укладываются сборные железобетонные ребристые или пустотелые настилы. Настилы, укладываемые вдоль разбивочных осей ряда колонн, имеют вырезы для пропуска колонн (рис. 84). Ригели имеют тавровое поперечное сечение. В некоторых случаях для уменьшения высоты перекрытия применяют ригели трапецеидального сечения с четвертями для опирания настилов.

Рис. 84. Многоэтажное здание с балочными перекрытиями

Колонны делают высотой на этаж, при этом стыки колонн располагаются не в уровне междуэтажного перекрытия, а на 60 см выше него. Для унификации размеров всех сборных элементов сечения колонн, ригелей и настилов перекрытий всех этажей принимают одинаковыми. Узлы и стыки сборных элементов выполняются сваркой закладных стальных частей с последующим замоноличиванием (рис. 85).

Рис. 85. Сопряжение элементов каркаса. а — ригелей и настилов; б, в — ригелей с колоннами; 1 — колонна; 2 — ригель; 3 — настил.

Стальные планки, заложенные в нижнем поясе ригелей, привариваются к планкам, заложенным в консоли колонн. Планки в консолях шире планок ригелей, благодаря чему сварные швы накладываются в нижнем положении, самом удобном для производства сварочных работ. Поверху ригели соединяются стыковыми накладками, которые обнимают колонну с двух сторон и привариваются к закладным планкам верхнего пояса ригелей. Вертикальные зазоры между торцами ригелей и колонной заполняют бетонной смесью на мелком гравии или цементным раствором. Элементы настила соединяются с ригелями сваркой закладных деталей.

Вместо ригелей могут быть применены парные прогоны, которые опираются на консоли вдоль разбивочных осей колонн. На прогоны укладываются многопустотные настилы. Швы между элементами настила замоноличиваются. Перекрытие получается с гладким потолком, что является большим преимуществом перед перекрытием с ребристым настилом.

Безбалочная схема многоэтажных промышленных зданий в сравнении с балочной обеспечивает большую полезную высоту помещений так как само перекрытие имеет меньшую высоту (рис. 86). Сетка колонн 6 X 6 м.

Рис. 86. Многоэтажное промышленное здание со сборными безбалочными перекрытиями.

Основные несущие элементы безбалочного перекрытия — это колонны с капителями, на которые опираются многопустотные надколонные панели толщиной 30 см. На надколонные панели в свою очередь опираются пролетные панели перекрытия толщиной 16 см. Капители имеют форму усеченной пирамиды с квадратным основанием и с отверстием посередине, через которое проходит колонна. Капитель выполняет роль обоймы стаканного типа, которая охватывает верхушку колонны, опирается на консоли колонны и скрепляется с ними путем приварки закладных деталей.

Поэтажный стык колонн осуществляется в пределах капители. Сборные безбалочные перекрытия сложны в монтаже и неэкономичны по расходу бетона и стали, поэтому применяются редко. Более экономичными являются сборно-монолитные безбалочные перекрытия, которые устроены следующим образом: плоская железобетонная плита с отверстием посередине для пропуска колонны служит капителью; на капители опираются межколонные предварительно напряженные многопустотные панели, на которые в свою очередь опираются пролетные панели (рис. 87).

Рис. 87. Сборно-монолитное безбалочное перекрытие. а — план; б — разрез.

По межколонным панелям укладывается арматурная сетка, которая сваривается с выпусками арматуры пролетных панелей и заполняется бетоном. Такая сборно-монолитная конструкция безбалочного перекрытия благодаря тому, что элементы не разрезаны, отличается большой жесткостью. Достоинство сборно-монолитного перекрытия — значительно меньший расход бетона и стали по сравнению со сборным; недостаток — применение монолитного бетона.



Сборный железобетонный каркас, устройство

Сборный каркас

Сборный каркас модулируется в продольном и поперечном направлениях кратно 3 м. Наиболее экономичны размеры композиционной ячейки для многоэтажного здания — 6X6 м, 6×3 м и доборная 3×3-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

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 6×6 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 200×200 до 400×400 мм. Ригели могут быть однопролетными и многопролетными сечением от 200×400 до 300×600 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.

Неполный железобетонный каркас

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

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

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 обеспече

Монолитный железобетонный каркас здания

Железобетонные монолитные конструкции

Каркас называется полным, если на него передаются все вертикальные нагрузки, и неполными, если часть их передается стенам, например, при наружных несущих стенах. Конструктивные схемы каркасов и методы обеспечения их устойчивости.
Каркасные здания могут иметь два, три и более пролетов с размерами для помещений чаще всего 6—8 м, для коридора — 2—4 м

Рис. 1. Схемы постановки наружного ограждения в каркасном здании
с — при монолитном каркасе; б — при сборном каркасе; в — деталь ограждения при моно­литном железобетонном каркасе; г — то же, при стальном каркасе; 1 — бортовая балка; 2 — консоль; 3 — наружная грань стойки; 4 — наружная грань балки; 5 — облицовочный кирпич; 6 — керамические блоки; 7 — плитная теплоизоляция; 8 — труба отопления; 9 — шлакобетон­ные камни; 10 — стальная колонна

Продольный шаг принимается 3—6 м. Каркасы различаются по материалу и способу изготовления: стальные, железобетонные монолитные и железобетонные сборные. Встречаются также комбинированные системы, в которых одни элементы делаются из сборного железобетона или стали, другие железобетонные монолитные.

Например, для придания зданию необходимой жесткости и обеспечения его устойчивости при стальных или сборных железобетонных колоннах перекрытия делаются иногда железобетонными монолитными. В крупных гражданских зданиях большой этажности и в зданиях с большими помещениями, имеющими разнообразные формы и размеры, применяются стальной каркас и монолитный железобетонный. В зданиях, допускающих композицию из однообразных ячеек с одинаковыми пролетами и шагом несущих конструкций, применяется сборный железобетонный каркас.

Ограждения делаются полностью или частично вынесенными на бортовых балках за грани стоек, либо ставятся заподлицо с ними с устройством отепляющих пилястр. При стальных и монолитных железобетонных каркасах рекомендуются два последних способа, не требующих большого выноса бортовых балок и скрывающих частично или полностью стойки в толще ограждения (рис. 1, а). Полностью выносное ограждение применяется при сборных железобетонных каркасах (рис. 1, б)

Температурные швы в каркасах чаще всего выполняются в виде спаренных колонн на общем фундаменте с разрезкой между ними всего здания в одной вертикальной плоскости (рис. 2, а). Размер зазора между колоннами должен обеспечить возможность горизонтального расширения элементов здания. Он заполняется в ограждающих конструкциях, так же как в массивных стенах.

Рис. 2. Схемы деформационных швов в каркасах
а и б — температурных; в и г — осадочных; 1 — шов на спаренных стойках; 2 — шов на скользящей опоре; 3 — шов с помощью вкладыша; 4 — шов между
консолями

Другой тип конструкции температурного швазаключается в опирании прогонов каркаса или обвязочных балок одной части здания на консоли стоек другой с обеспечением горизонтального сколь ния между ними (рис. 2, б). Осадочный шов в каркасном здании делает также путем спаренных колонн, но на раздельных фундаментах или в сер дине шага конструкций: при расстоянии между стойками не более 3 м на встречных консолях (рис. 2, г), при большем расстоянии — путем свободно опертого участка перекрытия, допускающего перекос (см. рис. 2)

Монолитный железобетонный каркас представляет жесткую пространственную систему, состоящую из стоек, поперечных и продольных ригелей, а также монолитных железобетонных перекрытий. По сравнению со стальным каркасом на него идет значительно меньше стали. Однако он требует возведения сложных лесов и опалубки и длительных сроков для достижения проектной прочности.

Разновидностью его является монолитный железобетонный каркас с жесткой арматурой. Он характеризуется тем, что стальной арматурой его элементов являются прокатные стальные профили, образующие стальной каркас, рассчитываемый на обеспечение 60—80% требуемой прочности. Параллельно его монтажу, с отставанием на несколько этажей, все стальные элементы обетониваются в подвижной опалубке с дополнением стержней гибкой арматуры для восприятия краевых, растягивающих напряжений в бетоне.

Монолитный железобетонный из жесткой арматуры

Каркас из жесткой арматуры используется для устройства подмостей для всех монтажных работ. По сравнению со стальным каркасом в железобетонном каркасе с жесткой арматурой экономия стали достигает 44%. Ограждения каркасных зданий нестандартного типа чаще всего делаются в виде заполнения по каркасу из мелко-штучных материалов, таких, как облегченные виды кирпича, пустотелые керамические и легко-бетонные камни: природные камни легких пород. При особых архитектурных требованиях или применении атмосферо-неустойчивых материалов ограждения выполняются разнородными с различного вида облицовками

Унифицированный Сборный Железобетонный Каркас: Виды, Монтаж

Промышленное каркасное здание из сборного железобетона

Около восьмидесяти лет назад впервые была запатентована технология  строительства зданий из монолитного бетона в опалубке, применяемой многократно. В течение последующих лет в мире накоплен огромный опыт такого строительства.

Но лидирующие позиции занял сборный железобетон, как альтернативный вариант монолиту, так как его применение давало возможность монтировать каркасы зданий быстро. Это гораздо удешевляло стоимость объекта и решало задачу развития жилищного строительства.

В нашей публикации мы расскажем о видах и конструктивных особенностях каркасов того или иного типа, и предложим к просмотру видео в этой статье по теме: «Унифицированный сборный железобетонный каркас».

Содержание статьи

Несколько фактов из истории

В СССР метод модульного строительства стал повсеместно применяться в 50-х годах, и к 1990 году в стране была создана самая крупная в мире индустрия по производству сборного железобетона. Его, конечно, критиковали за то, что по всей стране тиражировались типовые дома. Но в условиях  экономики тех лет модернизация налаженных линий  домостроительных комбинатов считалась непозволительной.

• Так появился стереотип, что при возведении каркасного здания невозможно разработать никакой архитектурный дизайн, позволяющий эстетически разнообразить его внешний вид. Таким образом, большинство строений в основном напоминали бетонные коробки или пеналы.
• С переходом страны на новые рыночные отношения, снова возрос интерес к монолитному методу строительства, однообразие надоело. Рынок стал диктовать свои требования, особенно в жилищном строительстве: необходимо было улучшить планировку домов, расширить площади, сделать жильё максимально удобным и комфортным.

• Помощниками в решении данной задачи и стали каркасный и монолитный методы. В индивидуальных проектах комплексов и сооружений, монолитные конструкции можно  комбинировать с кирпичными, металлическими и сборными железобетонными.
• Применение конструкций из железобетона позволяет строить масштабно целые микрорайоны, поэтому с большой долей вероятности можно прогнозировать рост его популярности в ближайшем будущем. Тем более, что суровый холодный климат  основной территории нашей страны, несколько затрудняет применение монолитного способа строительства.

На заметку: Использование каркасного метода позволяет значительно снизить  энергозатраты в зимнее время, ведь сборные детали изготавливают заводы. На этих предприятиях контролируется качество выпускаемой

Железобетонный монолитный каркас: применение и этапы сооружения

Монтаж железобетонных каркасов зачастую применяется в строительстве многоэтажных домов, зданий и сооружений. Используя каркасы из железобетона в частных домах с малым количеством этажей, значительно увеличивается стоимость на строительные работы, а также материалы. Поэтому прежде чем приступить к возведению зданий, необходимо внимательно ознакомиться со всеми преимуществами и недостатками выбранных материалов.

Преимущества и недостатки

Железобетонный каркас используется в строительстве сборный и монолитный. Выделяют следующие преимущества сборного каркаса:

• При строительстве частного дома со сборным железобетонным каркасом отсутствует потребность в подогреве места работы в холодное время года. Это значительно экономит затраты на энергоресурсы.
• Используя сборный каркас, можно хранить железобетонные материалы на стройке, это обеспечивает непрерывность процесса сборки конструкции.
• Возводя дом со сборным каркасом из железобетона, уменьшается потребность в непрофессиональной рабочей силе.
• Еще одним преимуществом сборного каркаса является наличие дополнительной площади, что не наблюдается в монолитном сооружении.
• В сравнении с монолитными конструкциями сборный железобетонный каркас производится в стенах завода.
• К плюсам сборного каркаса относят быстроту сооружения здания, частного дома и других строительных объектов.
• Моментальная прочность после установки и заделки швов на каркасах.

К недостаткам относят неудобство размещения арматуры, которая неподвластна изгибанию. Помимо этого, опорные стыки сборных конструкций напрягаются при больших размерах сетки. Все эти недостатки ведут к немалому расходу материала на несущие опоры. Еще одним недостатком сборных каркасов является ограничение в формах, которые изначально установлены заводом-изготовителем.

Также недостатком железобетонных каркасов является сложность в доставке строительных элементов, это приводит к их повреждениям в процессе транспортировки до объекта стройки. Еще одним минусом таких конструкций является привлечение вспомогательной техники при сооружении здания, что приводит к дополнительным денежным затратам.

Возводя монолитное здание, нужно обеспечивать непрерывный технологический процесс доставки материалов на строительную площадку. Также при монолитных работах увеличивается потребность в использовании арматурной стали. Качественные работы монолитного сооружения требуют постоянных вкладываний на очистку опалубки.

Вернуться к оглавлению

Область применения

Чаще всего такие каркасы используют в многоэтажках.

Железобетонная конструкция актуальна в строительстве домов, состоящих из двух этажей, а также неполных каркасов в многоэтажных кирпичных домах. При конструкции каркасов с легкими ограждениями стен и перегородок из качественных материалов приводит к снижению общей массы здания, по сравнению с сооружениями с массивными стенами.

Также применяются железобетонные монолитные каркасы в промышленных общественных зданиях, а именно в больших цехах, стадионах, выставочных залах. Каркасные конструкции нашли свое применение в монтаже основы больших стеновых ограждений с застеклением.

Вернуться к оглавлению

Этапы сооружения

Сооружение железобетонного каркаса для дома состоит из следующих этапов: строится каркас из арматуры по всей длине и ширине конструкции, далее, монтируется опалубка, для установки которой применяются прочные щиты нужных размеров. Затем приступают к заливке бетона, рекомендуют доверить это дело профессионалам, так как только им известны особенности приготовления бетона с высшими качественными показателями, также специалисты лучше справятся с нюансами заливания бетонного раствора. Чтобы в результате заливки не образовались пустоты, строители используют различные уплотняющие приспособления.

После того как раствор уложен приступают к его сушке, особенно важно уделить этому этапу внимание в холодное время года, когда отсутствует естественный процесс высыхания. По окончании всех работ, связанных с сооружением каркаса, необходимо провести демонтаж опалубки и приступить к утеплению.

Вернуться к оглавлению

Монтаж каркаса из арматуры

Устанавливая железобетонную конструкцию из арматуры, не требуется много усилий и количества расходуемого металла. Однако строительство дома с железобетонными каркасами требует много этапов и стадий. Для его изготовления потребуются следующие инструменты и материалы:

• пассатижи;
• металлические уголки;
• кирпичи;
• обрезные доски;
• рулетка;
• молоток;
• прутья;
• полиэтилен;
• доски.

Начинают установку каркаса из арматуры с монтажа опалубки, которая состоит из обрезных досок. Затем по периметру опалубки крепится проволока, и короб погружают в скважину. Чтобы предать прочности бетону и удалить лишнюю воду из раствора, применяют полиэтиленовую пленку, которой застилают дно ямы и ее стены. Далее, вбивают прутья с определенным шагом на дно конструкции и выкладывают по нему кирпичи. Затем на ровную поверхность из кирпичей ставят арматуру, которую вяжут из проволоки с помощью специальных пистолетов или крючков.

Вернуться к оглавлению

Монтаж опалубки

Монтировать опалубку начинают с подготовительных работ площадок, которые включают в себя: очистку территории площадки, ее разравнивание, а также исключение впадин и бугров. Затем происходит изготовление брусков из досок, которые сбивают между собой и размещают друг от друга на метровом расстоянии. Далее, для надежности конструкции создают деревянные хомуты. Они необходимы для исключения распирания опалубки и обеспечения дополнительной устойчивости.

Вернуться к оглавлению

Заливка бетона и уплотнение

После установки каркаса из арматуры приступают к заливке бетона. Очень важно в каркасе дома – это целостность по всему периметру. Заливая раствор из бетона, соблюдают скорость, с которой должна происходить заливка траншеи, так как это влияет на равномерность гидратации. В процессе заливки смотрят на наличие в смеси пузырьков, от которых можно избавиться методом уплотнения, так как имеющиеся пустоты в растворе приводят к ослабеванию прочности основы. Для этого применяют вибрирование.

Чтобы уплотнить бетонный раствор вибрированием в строительной практике используют специальные вибраторы. Они, в свою очередь, отличаются устройствами и способом функционирования. Существует несколько вариантов вибрировать бетон:

• Применяя заливку слоями, используют вибрирование поверхности, при котором волны от поверхности бетона распространяются в середину.
• При необходимости вибрирования опалубки применяют наружное воздействие, так как волны внутри бетона могут разрушить конструкцию опалубки.
• Самый распространенный способ, применение которого возможно для различных сооружений и объемов — это глубинное вибрирование, при котором механизм опускается вглубь раствора.

На продолжительность вибрирования раствора влияет ее консистенция. Чтобы узнать время прекращения процесса, нужно обратить внимание на следующие показатели:

• Пузырьки воздуха перестали образовываться на поверхности бетона.
• Начинает появляться небольшое количество жидкого слоя бетонной смеси.
• Бетон перестал усаживаться.

Если вовремя не остановить вибрирование, это приведет к расслоению бетонного раствора.

Вернуться к оглавлению

Сушка смеси

Чтобы бетон был прочным и долговечным, при его изготовлении нужно соблюдать весь технологический процесс. Из-за наличия в растворе воды, бетон подвергается замерзанию и, соответственно, увеличивается в размере. Опытные строители нашли выход из ситуации, применяя разогрев бетона. Для создания оптимальной температуры используют следующие способы:

• электродный прогрев;
• обогрев нагревательными проводами;
• термос;
• индукционный нагрев;
• предварительный разогрев раствора.

Хорошим методом является электродный прогрев, но для достижения желаемого температурного режима лучше применять мероприятия в комплексе.

Вернуться к оглавлению

Демонтаж опалубки

Как только бетон достиг своей максимальной прочности, приступают к разборке опалубки, выполнять которую рекомендуют квалифицированным рабочим. Начинают демонтаж со снятия боковых деталей опалубки, придерживаясь определенной последовательности действий. Далее, с особой осторожностью принимаются к разборке сводов, так как в момент удаления арки сооружение держит на себе весь свой вес и при внезапной нагрузке может случиться обвал. Поэтому демонтаж конструкции проводят плавно с равномерным опусканием поддерживающих брусьев. А балочные опоры удаляются одновременно.

устройство конструкции, разновидности, описание материалов

Методик строительства жилых и промышленных зданий существует множество. И одной из самых недорогих технологий, позволяющих возводить надежные и долговечные сооружения, является каркасная. Основой зданий, построенных таким образом, является прочный остов. Для сборки таких несущих конструкций могут использоваться разные материалы. К примеру, достаточно часто возводятся здания на железобетонном каркасе.

В каких случаях может использоваться технология

Возводиться на ЖБ-каркасах могут здания абсолютно любого назначения. Эта технология отлично подходит для строительства как жилых домов, так и производственных цехов. Чаще всего на железобетонных каркасах, конечно же, возводят многоэтажные здания. Согласно нормативам, такую методику допускается использовать для строительства домов высотой до 25 этажей. Также просто идеально эта технологий подходит для возведения цехов большой площади.

В некоторых случаях методика строительства на ЖБ-каркасах может использоваться и для возведения одно — двухэтажных зданий. Чаще всего на таких остовах сооружают, конечно же, малоэтажные производственные цеха и склады. Но иногда подобную технологию используют и владельцы загородных участков при строительстве небольших жилых домов или дач. Такие сооружения получаются не только очень удобными для проживания, но и долговечными. Выглядят дома такой конструкции при этом очень солидно и презентабельно.

Разновидности

Использоваться в строительстве может всего три основных вида железобетонных каркасов:

• сборные;
• монолитные;
• сборно-монолитные.

Первый вид остовов собирается из уже готовых, изготовленных на предприятии тяжелых ЖБ-балок, колонн и связей. Монолитные каркасы этого типа заливаются непосредственно на месте возведения зданий. Под элементы конструкции остовов этого типа предварительно собираются опалубки.

Сборные железобетонные каркасы, в свою очередь, по способу монтажа могут быть:

• рамными;
• связевыми;
• комбинированными.

Преимущества и недостатки

Основным плюсом строительства зданий на железобетонных каркасах, как и на любых других, является свобода планировки. Пролеты в таких сооружениях могут быть как узкими, так и очень широкими.

Конечно же, безусловным преимуществом зданий на ЖБ-каркасе может считаться и их дешевизна. Весят такие дома меньше кирпичных, обычных панельных и блочных. Поэтому под них не нужно возводить слишком уж мощных дорогих фундаментов.

Также к преимуществам этой технологии можно отнести возможность:

• возведения очень долговечных зданий;
• обустройства помещений большой площади.

В сравнении с металлическими и деревянными каркасами, железобетонные отличаются повышенной прочностью. Также плюсом таких несущих конструкций считается, конечно же, и то, что они не относятся к разряду пожароопасных.

Некоторым недостатком сборных ЖБ-каркасов является необходимость использования дорогой спецтехники для монтажа отдельных элементов. К минусам же монолитных конструкций этого типа относят удлинение сроков строительства. Созревает бетон, к сожалению, достаточно долго — около месяца. То есть этажи зданий при использовании такой технологии сборки каркаса приходится возводить с перерывами. Строителям нужно дожидаться, пока опоры наберут достаточную прочность для того, чтобы выдержать вес тяжелых перекрытий.

Элементы железобетонного каркаса: колонны

Готовые ЖБ-изделия, предназначенные для возведения таких зданий, делают на заводах обычно из бетонов марок от 200 до 400. Для облегчения транспортировки в них еще на этапе изготовления монтируют монтажные петли (или просверливают в их толще отверстия). В зависимости от размеров и этажности сооружений, при строительстве используют колонны, балки, связи и ригели разного сечения и прочности.

К примеру, при возведении железобетонных каркасов промышленных зданий, полы в которых в последующем в процессе эксплуатации будут подвергаться серьезным нагрузкам, применяют колонны 1.020. Такие конструктивные элементы способны выдерживать нагрузку до 500 тонн.

При возведении зданий может использоваться две разновидности железобетонных колонн:

• обычные;
• используемые для цехов с мостовыми кранами.

Колонны последней разновидности состоят из двух частей: подкрановой и надкрановой. По расположению в здании оба этих типа ЖБ-изделий классифицируются на:

• крайние пристенные;
• средние, монтируемые на стыках пролетов.

Высоту колонны сборного железобетонного каркаса могут иметь в один, два или много этажей. По форме такие элементы бывают:

• консольными;
• бесконсольными;
• Т-образными;
• Г-образными.

В строительстве могут использоваться ЖБ-колонны с квадратным, круглым, кольцевым или прямоугольным сечением.

Горизонтальные элементы

ЖБ-балки, используемые при возведении сборных железобетонных каркасов зданий, классифицируются на фундаментные и межэтажные. Элементы первой разновидности обычно имеют форму двутавра. Высота их может составлять 400 или 600 мм, а ширина в верхней части — 300-400 мм. В зависимости от длины, фундаментные балки могут быть основными и укороченными. Последний тип элементов часто используется, к примеру, около температурных швов.

Межэтажные балки железобетонных каркасов домов в сечении могут быть:

• тавровыми;
• прямоугольными;
• Z-образными.

Длину они могут иметь как на пролет или несколько, так и на шаг между колоннами.

Связи

Такие элементы железобетонных каркасов зданий могут изготавливаться из цементного раствора с использованием арматуры или из стали. Необходимы они для того, чтобы обеспечивать пространственную жесткость здания. Устанавливаться связи могут как в горизонтальном, так и в вертикальном положении. В некоторых случаях они могут монтироваться также и по диагонали.

Фундаменты

Возводятся каркасные здания на сборных основаниях-блоках, представляющих собой «стакан» с плитой. Подготовку под фундаменты таких домов на сухих грунтах делают из щебня, а на влажных — из бетона марки 500.

При строительстве верхнюю плоскость оснований этого типа располагают на 150 мм ниже отметки чистового пола. Такой способ монтажа позволяет в последующем сделать засыпку котлована до установки колонн.

Под наружные стены фундаментные балки укладывают таким образом, чтобы они выходили за плоскость колонн. Под внутренние ограждающие конструкции их располагают по осевым линиям между вертикальными опорами. На заключительном этапе балки фундамента гидроизолируют двумя слоями рулонного материала.

Способы монтажа сборного каркаса

Наиболее надежной технологией возведения зданий этой разновидности является рамная. Железобетонный каркас, собранный по такой технологии, представляет собой жесткую долговечную конструкцию. Соединяются колонны и балки в таких остовах путем сварки металлической арматуры.

В рамно-связевых каркасах ЖБ-рамы воспринимают только вертикальные нагрузки. Горизонтальные в таких конструкциях приходятся на перекрытия. Последние, в свою очередь, передают нагрузки на лестничные пролеты. Также в данном случае задействованными бывают поперечные и торцевые стены.

В шарнирно-связевых каркасах нагрузки распределяются так же, как и в рамно-связевых. Единственное, крепления между элементами в данном случае используются не жесткие, а шарнирные.

Безбалочные каркасы

Такие конструкции собираются в виде сетки 6х6, 9х6 или 9х9 м. При этом наиболее популярным вариантом каркасов является первый. Основными элементами таких ЖБ-остовов являются:

• колонны с капителями;
• пролетные плиты;
• подоконные плиты.

Возводятся на таких каркасах здания гораздо реже, чем на балочных. Используют эту технологию в основном только при строительстве промышленных зданий с повышенными требованиями к чистоте. К примеру, по такой технологии часто сооружают цеха молокозаводов и хлебозаводов, а также склады-холодильники.

Возводятся каркасы этой разновидности по очень простой технологии. Межэтажные плиты в данном случае просто укладываются на капители колонн и дополнительно закрепляются.

Сборно-монолитные каркасы: строительство

На таких остовах здания также сооружаются достаточно часто. Связи в таких конструкциях, как и в сборных рамных, предусматриваются жесткие. Колонны в каркасах этой разновидности используются готовые заводские. Перекрытия же заливаются непосредственно на месте в опалубке. Такая технология строительства чаще всего используется при возведении зданий малой этажности. Ее основным преимуществом является сокращение сроков и удешевление строительства.

Технология возведения монолитного каркаса

Под такие каркасы могут использоваться как плитные фундаменты, так и ленточные или столбчатые с ростверком. Заливаются в опалубке в этом случае не только межэтажные перекрытия, но и колонны. По такой технологии в большинстве случаев возводятся не слишком большие одно- или двухэтажные жилые здания.

Включает в себя методика строительства домов на монолитном железобетонном каркасе обычно следующие шаги:

• возведение фундамента по стандартной методике;
• заливку колонн;
• заливку межэтажных перекрытий.

Элементы в монолитных железобетонных каркасах одноэтажных зданий соединяются между собой жестко. Никаких шарнирных связей в таких конструкциях не используется. Соединение колонн с перекрытиями и фундаментом в данном случае производится посредством арматуры с последующим замоноличиванием цементным раствором.

Колонны в таких зданиях заливают обычно в опалубках, имеющих квадратное или прямоугольное сечение. Это делает более удобным в последующем возведение стен. Под перекрытия опалубку в таких домах монтируют на специальных телескопических заводских стойках, расположенных с небольшим шагом друг от друга. Также в данном случае могут использоваться опоры из бревен достаточно большого сечения.

Арматурный каркас в железобетонных конструкциях остовов изготавливается из толстых стальных прутьев. При его сборке может использоваться как сварка, так и обычная вязальная проволока.

Внутренние и наружные стены

В качестве материала для ограждающих конструкций домов на сборных или монолитных железобетонных каркасах в наше время в большинстве случаев используют вспененные блоки. Применение такого материала имеет ряд безусловных преимуществ. Вспененные блоки весят не слишком много. Размеры они обычно имеют достаточно большие, что позволяет выполнять кладку в максимально короткие сроки.

Также вспененные блоки стоят не особенно дорого, что также можно отнести к их плюсам. В помещениях же зданий с такими стенами обычно создается очень приятный микроклимат. Выкладывать стены между колоннами железобетонного каркаса можно как из больших блоков в один слой, так и из маленьких — в несколько.

Возводятся стены из такого материала по стандартной технологии. То есть при кладке строители для того, чтобы избежать появления мостиков холода, используют вместо цемента специальный клей. При этом каждый четвертый ряд кладки из такого материала специалисты армируют с использованием стальных прутов с предварительным штроблением.

Строительство жилых многоэтажных домов. Каркас дома железобетонный. Stock Photo

Мы жертвуем 10% дополнительных гонораров нашим спонсорам в качестве стимула для борьбы с COVID-19

Дизайнеры также выбрали эти стоковые фото

Необработанное бетонное здание

Укладка бетонной смеси

Выравнивание бетонной смеси

Конструкция железобетонная

Торговый центр Panaramic

Металлический каркас

Старая кирпичная стена с деревянным перекрытием

Стальная конструкция крыши дома Silhouette

Конструкция из железобетонных колонн на строительной площадке с голубым небом

Строящееся здание из стального каркаса с оранжевой предохранительной планкой

Строящийся тоннель метро из железобетонных труб

Необработанная бетонная стена

Сильный сварщик

Монохромный вид в голубых тонах большого строящегося здания со стальным каркасом и балками

Похожие изображения

Монолитное строительство многоэтажного жилого дома.Незавершенное строительство и каркас дома из железобетона

Строительство многоэтажного дома

Незавершенное строительство малого многоэтажного жилого дома

Процесс строительства и ремонта нового современного цементобетонного каменно-панельного монолитного каркасно-блочного дома

Строящаяся новостройка и строительная площадка жилого дома.На участке подготовительные работы под бетонирование б

.

Монтаж балок и бруса на стройке. Строительство конструкции стропильной системы нового жилого дома

Строительная площадка жилых таунхаусов

Строительная площадка ремонта жилой квартиры

Вид сверху на строительную площадку возводимого жилого дома и строительные материалы вокруг.

Строительный кран

задействован в строительстве нового многоэтажного жилого дома

Рабочие на типовой стройке. Процесс строительства многоэтажного жилого дома.

Бело-красный строительный кран на жилом доме

Строительство жилого дома

Строительство жилого дома.

.

Строительство жилых многоэтажных домов. Каркас дома железобетонный. Stock Image

Мы жертвуем 10% дополнительных гонораров нашим вкладчикам в качестве стимула для борьбы с COVID-19

Похожие изображения

Монолитное строительство многоэтажного жилого дома. Незавершенное строительство и каркас дома из железобетона

Строительство многоэтажного дома

Незавершенное строительство малого многоэтажного жилого дома

Процесс строительства и ремонта нового современного цементобетонного каменно-панельного монолитного каркасно-блочного дома

Строящаяся новостройка и строительная площадка жилого дома.На участке подготовительные работы под бетонирование б

.

Монтаж балок и бруса на стройке. Строительство конструкции стропильной системы нового жилого дома

Строительная площадка ремонта жилой квартиры

Вид сверху на строительную площадку возводимого жилого дома и строительные материалы вокруг.

Строительный кран

задействован в строительстве нового многоэтажного жилого дома

Рабочие на типовой стройке.Процесс строительства многоэтажного жилого дома.

Бело-красный строительный кран на жилом доме

Строительство жилого дома

Строительство жилого дома.

Крупные жилые кондоминиумы в стадии строительства

.

Сейсмостойкое проектирование железобетонных зданий с использованием NSGA-II

В данном исследовании получен оптимальный сейсмический расчет железобетонных (ЖБИ) зданий. Для этой цели используются генетические алгоритмы (ГА) через метод NSGA-II (генетический алгоритм недоминируемой сортировки), таким образом устанавливается многокритериальная процедура с двумя целевыми функциями. Первая целевая функция — это контроль максимального межэтажного дрейфа, который является наиболее распространенным параметром, используемым в кодах сейсмического проектирования, а вторая — минимизация стоимости конструкции.С этой целью несколько зданий из ЖК спроектированы в соответствии со Строительным кодексом Мехико (MCBC). Предполагается, что конструкции состоят из прямоугольных и квадратных бетонных секций для балок, колонн и плит, которые представлены двоичной кодификацией. В заключение, в этом исследовании представлены полностью спроектированные ЖБИ, которые также могут быть использованы непосредственно в практике строительства и гражданского строительства с помощью генетических алгоритмов. Более того, генетические алгоритмы способны находить самые адекватные структуры с точки зрения сейсмических характеристик и экономичности.

1. Введение

Научные достижения в области технологий и вычислительных ресурсов позволили в последние годы разработать новые процедуры оптимизации, такие как метод оптимизации генетических алгоритмов. Этот подход первоначально обсуждался и предлагался Холландом, и он основан на теории естественного отбора, установленной Чарльзом Дарвином [1, 2]. Основная характеристика ГА — выживание, адаптация, скрещивание и мутация видов во времени. У людей с лучшими адаптивными способностями больше шансов выжить и получить потомство.По этой причине сохраняется генетический код лучших особей, чтобы получить потомков с равными или лучшими адаптационными способностями, таким образом, виды эволюционируют.

Математически метод GA состоит в генерации начальной совокупности (обычно случайной) возможных решений, представленных двоичной кодификацией. Самые слабые или наиболее несоответствующие особи удаляются, а самые сильные выживают и воспроизводятся. Уровень адаптации каждого человека измеряется значением, присвоенным одной целевой функции [3].Типичный генетический алгоритм использует три основных оператора: отбор, скрещивание и мутация: (i) Отбор индивидуумов: он основан на квалификации каждого индивидуума в соответствии с его адаптацией и определении того, какие из них выживают и переходят к следующему поколению. (Ii) Скрещивание : цель скрещивания — создать новых особей с обменом генетической информацией (обычно бинарной кодификацией) среди наиболее адаптированных, аналогичных той, которая используется естественным организмом при половом размножении. (iii) Мутация: используется для внесения случайных изменения в популяции поколения.Мутация может быть полезной, поскольку позволяет внести разнообразие в популяцию.

После выполнения предыдущих шагов получается новое поколение, и процесс повторяется до достижения желаемого количества поколений. В настоящее время этот метод применяется во многих областях, и его результаты зависят, в частности, от сложности проблемы, количества возможных решений, численности населения. Комбинация ГА со структурным и сейсмическим проектированием может создать инструмент для улучшения обычного структурного проектирования; необходимое вычислительное время для получения удовлетворительных результатов невелико даже без предварительно разработанных элементов опытным проектировщиком.С помощью этого инструмента можно получить оптимальные решения, удовлетворяющие критериям прочности и смещения конструкции при гравитационных и случайных нагрузках. GA широко использовались в строительстве и строительстве. Например, генетические алгоритмы были применены при отборе записей для сейсмического анализа структур [4]. Проектирование стальных конструкций проводилось от ферм [5–8], пространственной башни с 25 балками [9] до оптимальной конструкции стальных каркасов путем их сравнения с традиционной конструкцией [10–14].Для железобетонных конструкций существует большее количество возможных решений по сравнению со стальными зданиями из-за разного количества арматурной стали в секциях. В этом случае большинство разработанных исследований сосредоточено на конструкции балок [15–17], а некоторые — на конструкции рам [18]. Этот метод также применяется для конструкций из композитных балок [19] и многоэтажных железобетонных композитных зданий [20]. Большинство исследований, направленных на проектирование RC-структур, основаны на оптимизации единственной целевой функции; однако большинство реальных проблем преследует несколько целей, которые необходимо решить.Например, здание, подверженное землетрясению, должно соответствовать требованиям сопротивления и смещения. Таким образом, необходимо использовать многокритериальные алгоритмы, как, например, в случае SPEA2, MOMGA-II, PAES, NSGA-II. Келесоглу [21] предложил метод проектирования пространственной фермы, сводящий к минимуму вес и смещения конструкций. Барраза [22] разработал стальные рамы с использованием методов NSGA-II и PSO, которые стремились минимизировать вес и использовать функцию дрейфа для достижения оптимальных результатов.В железобетонных каркасах большинство исследований проводилось для 2D-моделей или только для таких элементов, как конструкция балок, в некоторых случаях стремясь минимизировать стоимость и максимальное смещение [23] или минимизировать затраты на ремонт или замену конструктивных элементов. члены [24]. Целью данного исследования является проиллюстрировать применение GA для многокритериального проектирования трехмерных зданий с железобетонным каркасом при землетрясениях, полученных статическим методом в соответствии со Строительными нормами Мехико. Важно отметить, что, основываясь на обзоре литературы авторов, нет исследований, направленных на создание полностью спроектированных ЖБИ, которые также могут быть использованы непосредственно в практике строительства и гражданского строительства с помощью ГА.

В настоящей работе используется подход NSGA-II с учетом двух целевых функций: стоимости конструкции и максимального межэтажного дрейфа (MID), помимо переменных ограничений, которые помогают быстро получить конструктивно жизнеспособные результаты. Для настоящего исследования базы данных 2048 колонн, 2048 балок и 1024 плит были сделаны с их стоимостью и прочностью с помощью MCBC. Поперечные сечения представлены двоичной кодификацией из 11 бит для лучей и колонн и 10 бит для плит для имитации генетической информации людей (главы 3 и 5).В следующей главе дается краткое описание метода NSGA-II.

2. Генетический алгоритм недоминируемой сортировки (NSGA-II)

Метод NSGA-II, предложенный Deb et al. [3], а также Деб и Гулати [5] используется в этом исследовании для многокритериальной оптимизации проектирования трехмерных конструктивных бетонных зданий в условиях сейсмических сил. Основная идея подхода NSGA-II состоит в том, чтобы найти набор решений, которые подходят для различных целей, и получить несколько удовлетворительных решений [25].Например, предположим, что необходимо минимизировать все целевые функции в многокритериальной задаче. На рисунке 1 показаны все возможные решения задачи оптимизации; Обратите внимание, что недоминируемые решения соответствуют тем, которые не хуже других решений, учитывая все цели, или если решения лучше других, по крайней мере, по одной целевой функции, и эти решения представляют собой границу Парето или оптимальные решения Парето (POS) . В целом, NSGA-II реализуется с помощью эффективного метода сортировки, основанного на индивидуальном ранжировании путем недоминирующей сортировки и сортировки на расстоянии, которая оценивает плотность популяции решений одного ранга.Типичные шаги подхода NSGA-II следующие: (1) Начальная родительская популяция P0 генерируется случайным образом, а недоминируемая сортировка реализуется на P0, где каждый человек ранжируется на основе отношения доминирования в объективном пространстве (2). ) Индивидуумы в каждом ранге снова сортируются на основе расстояния скопления людей, на котором оценивается плотность населения. Для получения дополнительной информации о дистанции скопления см. [5]. (3) Индивидуумы, выбранные в результате турнирного выбора, сохраняются в промежуточном пуле спаривания, который имеет высокую вероятность появления более ранжированных и менее загруженных решений.(4) В пуле спаривания генетические операции, такие как скрещивание и мутация, генерируют дочерние популяции Qt, где нижний индекс » t » обозначает количество поколений. (5) Интегрированная популяция Rt создается путем объединения Pt и Qt, и приспособленность значения присваиваются всем индивидам с помощью недоминирующей сортировки и сортировки на большом расстоянии. (6) Наконец, индивиды с лучшей приспособленностью отбираются элитарной сортировкой, и они становятся родителями индивида Pt + 1. (7) Шаги 2–6 повторяются (в то время как t max являются POS.

Важно сказать, что с помощью этих правил отбора алгоритм работает только с лучшими людьми, которые были созданы, и обещает получить наилучшие возможные решения. В этом исследовании двумя целевыми функциями являются стоимость и максимальный дрейф между этажами. Для этого предположения необходимо определить внешние условия, к которым оцениваются индивиды, рассчитать уровень их адаптации и классифицировать их в соответствии с недоминантностью.Эти условия меняются в зависимости от индивидуальных свойств и достигаются, как указано в следующей главе.

3. Параметры проектирования и база данных для элементов RC

Несмотря на то, что несколько исследований были направлены на получение оптимального дизайна с помощью генетических алгоритмов, как уже обсуждалось ранее, в большинстве из них используются стальные конструкции (особенно фермы) и снижается только максимальное смещение и общий вес без учета того, можно ли построить окончательную систему или проект в реальном мире (конструктивная осуществимость).Более того, обычно исследования выбирают определенные нагрузки. Таким образом, существует огромный пробел для получения сейсмостойких конструкций, спроектированных с помощью ГА. Для обеспечения безопасности зданий при землетрясениях с помощью генетических алгоритмов в данном исследовании спроектированы три RC-конструкции с учетом всех проектных параметров, предложенных MCBC. Например, безопасность конструкции должна быть проверена на предмет влияния комбинаций постоянных, переменных и случайных воздействий с учетом следующих уравнений: где, и — постоянные, активные и сейсмические нагрузки, соответственно.

Для расчета сейсмических нагрузок MCBC предполагает, что эффект землетрясения в конструкции должен быть получен путем моделирования горизонтальных сил, действующих на каждую из точек, где предполагается сосредоточить массу на каждом этаже. Сейсмические силы складываются с учетом двух горизонтальных направлений землетрясения, таким образом, структура анализируется с учетом 100 процентов и 30 процентов двух ортогональных направлений. Уравнение (2) используется в настоящем исследовании для оценки расчетных сейсмических сил вдоль выбранных зданий ЖБИ.где — горизонтальная сила, действующая на этаж, — коэффициент сейсмичности, — вес уровня, умноженный на его высоту, — коэффициент сейсмического поведения или пластичность, — сумма весов всех этажей и представляет собой сумму веса, умноженные на их высоту всех историй.

В большинстве сейсмических кодексов используется концепция проектного спектра, определяемая делением спектра упругой реакции на коэффициент уменьшения или поведения Q . Значение Q зависит от параметров, которые напрямую влияют на способность конструкции рассеивать энергию, а именно от пластичности, добавленного вязкого демпфирования, резервов прочности, связанных с ее избыточностью, и чрезмерной прочности отдельных элементов [26].В регулировании MCBC фактор поведения может принимать значения 1, 2, 3 или 4 для анализа упругости в соответствии с используемой конструктивной системой. Кадры, которые будут разработаны в этой работе, соответствуют коэффициенту поведения, равному 3.

Значения уравнений (3) — (5) получены из таблицы 1, где c — максимальное значение псевдоускорения. (Sa) проектный спектр в единицах Sa / g, a ₀ — начальное значение спектра, T _a и T _b — периоды характеристик, а r — показатель степени.

Уравнения, используемые для расчета проектных спектров Sa:

Проектируемые здания расположены в районе озера в Мексике. Город, соответствующий зоне III _b и представленный следующим спектром (Рисунок 2).

Важно отметить, что жилые дома состоят из таких конструктивных элементов, как плиты, балки и колонны.По этой причине была разработана большая база данных, в которой учитываются затраты на материалы и оплату труда каждого из них. Для представления генетической информации каждого раздела используется двоичный код. 1-битный код может представлять 2 раздела, так как он может иметь только 2 различных конфигурации: 0 или 1. Количество индивидов, которые может представлять двоичный код, зависит от количества битов и получается выражением: 2 ^бит . Если мы работаем с 10 битами, первая секция представлена, и всего может быть представлено 1024 (2 ¹⁰ ) секций.

В случае бетона считается прочность на сжатие 250 кг / см ² и предел текучести арматурной стали 4200 кг / см ² . Основные характеристики балок, колонн и перекрытий, выбранных для создания базы данных, следующие:

Балки . Высота поперечных секций варьируется от 1,5 до 2,2 от основания с использованием кратного 5 см, начиная с основания 20 см. Гофрированные стержни с номерами от 3 до 8 используются с одинаковым распределением в нижней и верхней частях.Стержни № 2 и 3 используются как хомуты с разным расстоянием между ними. Всего рассмотрено 2048 разделов.

Колонны . Использовались квадратные колонны с поперечным сечением от 20 см до 95 см. Для армирования используются гофрированные стержни с номерами от 3 до 10, а площадь продольной арматуры варьируется от 1% до 4% от поперечного сечения. Штанга № 3 используется как хомут с разным расстоянием между ними. Всего использовано 2048 секций.

Плиты . Предлагалась высота от 10 см до 25 см с разным усилением в верхней и нижней частях.Применяются гофрированные прутки № 3 и 4. Всего рассмотрено 1024 раздела.

Полная стоимость рамы получается путем умножения цены единицы каждого элемента конструкции на его объем.

4. Целевые функции

Целью настоящего исследования является сейсмический расчет железобетонных зданий с использованием многокритериального генетического алгоритма. Параметр, используемый для определения эксплуатационных качеств зданий, — это максимальный межэтажный снос. По этой причине в данном исследовании первая целевая функция направлена ​​на проектирование рам с MID, близким к пределу, допустимому, предусмотренному Кодексом Мексики, чтобы гарантировать адекватные сейсмические характеристики.В качестве второй задачи предлагается минимизировать общую стоимость объема материалов в каркасе. Предлагаемые математические выражения, которые вычисляют дрейф пика и целевые функции затрат, представлены где и являются целевыми функциями дрейфа и стоимости, соответственно, а все члены представляют собой разработанные ограничения или штрафные функции, которые описаны ниже. Из-за большого количества ограничений, которые существуют в предлагаемом исследовании, целевые функции должны были быть откалиброваны и оценены, чтобы получить такую, которая обеспечивает эволюцию людей с лучшими результатами.Выбранные показатели в уравнениях позволяют алгоритму быстро отбрасывать те, которые не соответствуют ограничениям перекрытия и соединения. По этой причине алгоритм работает с теми людьми, которые зависят от других 2 ограничений. Затем программа ориентирована на тех людей, которые должны удовлетворять критериям сопротивления и контроля максимального межэтажного дрейфа.

Функция F ​​ ₁ имеет цель найти самые легкие участки, сравнивая максимальный межэтажный снос с целевым сносом (TD), как показано в уравнении (9).В этом исследовании TD составляет 0,012, как это предлагается в Строительных нормах Мексики:

Если MID больше TD, то используется следующее выражение: где I _MID — целевая функция MID. Если TD и MID равны, I _MID будет равно 1. Следовательно, значения, близкие к 1, представляют собой кадры со смещениями, близкими к пределу, допустимому, установленному правилами MCBC.

Более того, с помощью функции F ​​ ₂ предполагается получение наиболее экономичных сечений с учетом материальных и трудовых затрат на строительство: где,, и — арматура, бетон, труд и общие затраты соответственно.

Другие параметры используются в качестве проектных ограничений, если они не удовлетворяют требованиям смещения, прочности, жесткости или конструктивной осуществимости. Эти параметры начинаются со значения, равного 1, и получаются с помощью следующих уравнений.

Если плита тоньше минимальной или на 2 см толще требуемой, где C _плита — функция ограничения для плиты, Mst — минимальная адекватная толщина плиты, а St — толщина плиты.Если балки демонстрируют чрезмерную деформацию, где — функция ограничения смещения, — допустимая деформация и — максимальная деформация балок.

Если соединение балка-колонна или колонна-колонна невозможно выполнить в инженерном строительстве,

.

Железобетонный каркас. Строительство новостройки. Stock Image

Мы жертвуем 10% дополнительных гонораров нашим вкладчикам в качестве стимула для борьбы с COVID-19

Похожие изображения

Строительство жилых многоэтажных домов. Каркас здания железобетонный.

Строится стальной каркас новостройки на железобетонных опорах

Железобетонный каркас строящегося здания.

Процесс строительства и ремонта нового современного цементобетонного каменно-панельного монолитного каркасно-блочного дома

Железобетонный каркас строящегося здания с железными прутьями и работающим строительным краном на синем фоне

Заливка цемента для железобетона поверх арматуры на действующей строительной площадке во время строительства нового здания

Строительство зданий по монолитной технологии.Железобетонный каркас здания, арматура, опалубка на

Вертикальный вид в перспективе строительства нового здания, соединенного железобетонными и металлическими балками, с открытым голубым небом

Арматурные стержни для железобетона при строительстве

Железобетонный каркас строящегося здания.

Монолитно-бетонный каркас новостройки

Строящееся здание

Строительство фундаментной плиты нового дома из железобетона

Монолитное строительство многоэтажного жилого дома.Незавершенное строительство и каркас дома из железобетона

.