Принципы решения стыков элементов сборных конструкций многоэтажных зданий
При возведении сборных конструкций многоэтажных зданий, как и в случае одноэтажных зданий, значительное внимание необходимо уделять стыкам элементов. Для стыкования колонн по их высоте в многоэтажных каркасных зданиях применяют замоноличенные жесткие стыки с плоскими торцами и с ванной сваркой арматурных выпусков (рис. 11.19, а). Для компенсации части площади сечения бетона, исключенной из работы (в подрезках размещены выпуски арматуры), концевые части колонн усиливают поперечными сварными сетками (рис. 11.19, б) или устанавливают по оси колонны арматурный сердечник (рис. 11.19, в). Для надежного сцепления арматурных выпусков с бетоном замоноличивания суммарная высота подрезок должна составлять не менее 300 мм и не менее восьмикратного диаметра выпусков. Ванную сварку выпусков производят после того, как завершены установка и выверка колонны. Замоноличивание полостей стыка осуществляется бетоном класса не менее В22,5 под давлением.
В многоэтажных каркасно-панельных зданиях связевой системы сборные железобетонные колонны работают практически на центральное сжатие. Поэтому стыки таких колонн можно выполнять облегченными — без сварки продольной арматуры, но с усилением концов стыкуемых элементов поперечными сетками (рис. 11.19, г). Центрирование таких колонн на монтаже производят с помощью выступающих штырей 7, заделанных в специальные гнезда 9. Для удобства выверки колонн при их установке в шов помещают центрирующие прокладки с отверстием.
В многоэтажных зданиях стыки ригелей обычно размещают непосредственно у колонны, причем ригель может опираться на железобетонную консоль колонны или же на специальный монтажный (съемный) металлический столик. Для восприятия растягивающих усилий в верхней части стыка ригелей устанавливают соединительные стержни, привариваемые при монтаже к выпускам продольной арматуры ригеля или к закладным деталям.
Распространенные варианты узла сопряжения ригеля с колонной показаны на рис. 11.20. Изгибающий момент, действующий в стыке ригеля, вызывает горизонтальные растягивающие усилия в верхней части стыка и горизонтальные сжимающие — в его нижней части. Растяжение в верхней части во всех случаях воспринимается соединительными стержнями, которые привариваются к выпускам арматуры или закладным и изделиям ригеля. Эти стержни могут быть забетонированы при изготовлении колонны с выпусками длиной 120 мм (рис. 11.20, б); их можно также заводить при монтаже в специальные отверстия, предусмотренные при изготовлении колонны (рис. 11.20, а). Точность стыкования может быть повышена за счет ванной сварки в инвентарной медной форме, что важно при большом числе стыкуемых арматурных стержней (рис. 11.20, б).
В нижней части стыка сжатие воспринимается монтажными сварными швами и стальными закладными деталями (рис. 11.20, а) или же бетоном замоноличивания (рис. 11.20, б).
Стыки с консолями применяют в основном при больших нагрузках (в промышленных зданиях). В других случаях можно применять бесконсольные стыки, в которых поперечная сила воспринимается бетонными шпонками (рис. 11.20, в). Эти шпонки образуются при замоноличивании полости между углублениями на поверхностях колонны и торца ригеля.
Более детально различные варианты бесконсольных стыков представлены на рис. 11.21 и 11.22. Так, в сейсмических районах используется замоноличенный бесконсольный стык ригеля с колонной со шпонками, показанный на рис 11.21. В этом случае усилия среза воспринимаются бетонными шпонками. Верхняя арматура ригелей стыкуется с помощью отрезков стержней, пропущенных сквозь трубки, заделанные в колонну при ее изготовлении. Выпуски арматуры по низу ригелей привариваются к закладным деталям колонн.
Новая конструкция бесконсольного сопряжения ригеля с колонной с применением сварных деталей в виде раскосных стержней (рис. 11.21, б), заменяющих прокатные профили, разработана в НИИЖБ для железобетонных каркасов многоэтажных зданий различного назначения. Этот стык дает значительную экономию металла и трудозатрат. Раскосы могут быть также выполнены в виде петель, выступающих из ригеля, что позволяет осуществлять навеску ригелей при монтаже на выпуски верхней арматуры. Верхняя арматура соединяется ванной сваркой, как и в предыдущих вариантах.
Разработан также каркас многоэтажного здания с бесконсольными стыками колонн согласно рис. 11.21, в. Из колонны выступает сварной тавр с толщиной стенки 18 мм, на который опираются выпуски из полосовой стали сварных пластин (гребенки). Соединение осуществляется сваркой опорной арматуры ригеля с выпусками колонн и установкой сварных замкнутых хомутов диаметром 12 мм с замоноличиванием бетоном. Приведенные бесконсольные сопряжения, хотя и требуют особо тщательной укладки на монтаже малых объемов бетона замоноличивания, но обеспечивают жесткое соединение ригеля с колонной, соответствующее рамной работе конструкции, обеспечивают сокращение расхода стали и трудозатрат.
На рис. 11.22 представлен бесконсольный стык колонн с безбалочными перекрытиями по новой серии 1.420-6. При этом стык колонн расположен непосредственно в перекрытии или выше уровня перекрытия на 70...80 см. В последнем случае упрощается выполнение стыка колонн с перекрытия.
Предварительное напряжение в стыках колонн и ригелей улучшает совместную работу сборных элементов и повышает несущую способность, жесткость и трещиностойкость за счет превращения однопролетных свободно опертых элементов в статически неопределимые неразрезные конструкции. Конструкции с подобными преднапряженными стыками по материалоемкости, стоимости и эксплуатационным качествам успешно конкурируют с монолитными, а по методу возведения приближаются к сборным. В качестве примера можно привести конструкцию со сборными ригелями пролетом 18 и 24 м и ребристыми плитами, которая после монтажа и натяжения надопорной арматуры стыков (с последующим замоноличиванием) превращается в неразрезную (одновременно в двух направлениях).
Арматура стыков ригелей размещается по верху приопорных выступов и крепится к закладным деталям, выполненным в виде пластин, приваренных к отогнутым стержням. При электротермическом способе натяжения арматуры в стыках осуществляется приварка анкерных коротышей на стержни к упорам пластин; затем в образовавшийся зазор (после удлинения нагретых стержней) устанавливают асбестоцементные прокладки требуемой по расчету толщины, с учетом потерь напряжения от деформаций и смещения анкеров.
В бескаркасных зданиях конструкция стыков панелей друг с другом и с перекрытием зависит от материала панели, от усилий, возникающих в панелях иод действием нагрузки (вертикальний, горизонтальной), и т. д. К конструкциям стыков панелей стен предъявляются помимо прочностных также требования по водо-, звуко- и воздухонепроницаемости, теплоизоляции и т. д.
Сжимающие усилия, возникающие в горизонтальных стыках, передаются на слой цементно-песчаного раствора. Растягивающие усилия, возникающие в стыках, передаются на стальные связи; с этой целью в панелях должны быть предусмотрены закладные изделия.
Вертикальный стык решается следующим образом (рис. 11.23, а): при монтаже двух соседних наружных стеновых панелей в паз между ними вводят внутреннюю стеновую панель; образуемый промежуток заполняют легким бетоном плотностью р = 800...1000 кг м3 или тяжелым, но с термовкладышем, оклеенным слоем гидроизола на битумной мастике. В стык между панелями вставляют жгут из пористой резины (упругая прокладка).
В горизонтальных стыках (рис. 11.23, б) усилия среза воспринимаются за счет сил трения и сцепления с раствором, заполняющим стык между панелями. Если усилия среза велики, то предусматривают специальные шпонки. В вертикальных стыках усилия среза также рекомендуется передавать на шпонки. Заделка швов снаружи обычным раствором может привести к образованию трещин, поэтому целесообразно применять эластичные мастики. Снаружи вертикальный шов следует промазывать мастиками и, кроме того, применять упругие герметики, играющие роль компенсаторов при деформациях панели.
Для обеспечения теплоизоляции и звуконепроницаемости стыка между панелями кроме герметиков необходимо укладывать утеплитель. В наибольшей степени этим требованиям удовлетворяет пенополистирол; применяется также легкий бетон, пенобетон и др.