Каркасы гражданских зданий

В зданиях иногда встречаются каркасы стальные, из монолитного или сборного железобетона или из комбинации монолитных и сборных железобетонных конструкций, а в малоэтажных зданиях — в виде системы кирпичных или бетонных столбов, связанных между собой и с остальными конструкциями здания прогонами и балками.

Рис. 86. Конструктивные схемы каркасов многоэтажных зданий: а — рамная; б — рамно-связевая

Различают три конструктивные схемы каркасов: рамную (все узлы жесткие, например монолитный железобетонный каркас), связевую (узлы шарнирные, выполненные на сварке, и др.) и рамно-связевую (жесткие и шарнирные узлы). Сварные узлы чаще всего рассчитывают как шарнирные.

Схемы рамного и связевого каркасов приведены на рис. 86. На рис. 87 показаны схемы разрезки каркасов на сборные элементы и один из вариантов (платформенный) стыкования колонн и ригелей каркаса.

Схема монолитного железобетонного каркаса гражданского здания показана на рис. 88. Стальной каркас может быть сварным, клепаным или собранным на болтах. Сечения и узлы стального каркаса могут быть разнообразны (рис. 89).

 
Рис. 87. Схемы разрезки каркасного остова на сборные элементы:

а — двухпролетный каркасный остов с платформенными стыками колонн; б — однопролетный каркасный остов с платформенными стыками колонн и консольными ригелями; в — узел платформенного стыка колонн и ригелей; г — многоэтажный остов с колоннами на два этажа; д — то же, на четыре этажа; 1 — колонна; 2 — ригель; 3 — стальной оголовник; 4 — сварка; 5 — настил перекрытия; 6 — места стыков колонн
 

Рис. 88. Схема монолитного железобетонного каркаса:

1 — колонны; 2 —главная балка (прогон, ригель); 3 — обвязочная балка; 4 — второстепенные балки; 5 — плита
 

Рис. 89. Схема узлов стального каркаса:
а — сечения колонн; б — стык колонны по вертикали; в — опирание на колонну прогонов и балок; г — фасад сварной колонны; д — опорные узлы (башмаки); 1 —соединительные планки; 2 — двухветвевая колонна; 3 — прогоны; 4 — балки или связь; 5 — отверстия для крепления к фундаменту

Прочность кирпичной кладки меньше, чем прочность железобетона или стали. Поэтому при больших нагрузках на стальные или железобетонные прогоны, опирающиеся на кирпичные столбы, необходимо распределить эту нагрузку на площадь, большую опорной площади прогонов. В таких случаях прогоны укладывают на подкладные (опорные) плиты или на стаканы (вкладыши, рис. 90).

Все стальные конструкции каркаса гражданского здания, как правило, недоступны для осмотра, так как закрыты другими конструкциями: штукатуркой, облицовкой или каменной кладкой.

Современные гражданские здания возводят со сборными железобетонными каркасами. Некоторые из решений стыкования элементов сборного железобетонного каркаса показаны на рис. 91.

В зданиях с неполным каркасом связь стен с элементами каркаса осуществляют надлежащей заделкой опирающегося на кладку ригеля каркаса, а также анкеровкой в стенах ригеля и других элементов перекрытия. В зданиях с полным каркасом стены покоятся на обвязочных (а в первых этажах — на фундаментных) балках. Крупные стеновые панели соединяют G каркасом сваркой закладных частей.

Рис. 90. Детали каменного остова с железобетонными балками перекрытий:

а — заделка балки в наружную стену; б — типовое сечение железобетонной балки для малоэтажных зданий; в — стык балок на внутренней стене; г — стык балок на ригеле; д — сопряжение столба, ригеля и балок; 1 — стена; 2 — ригель; 3 — балка; 4 — опорная плита; 5 — опорный вкладыш; 6 — подьемная петля; 7 — анкер; 8 —утеплитель; 9 — раствор; 10 — связь из стального стержня на сварке или вязке; 11 — закладная деталь; 12 — сварка
 

Рис. 91. Стыки сборных железобетонных каркасов:

1 — колонна; 2 — прогоны; 3 — балка-связь; 4 — торцовый лист; 5 — центрирующая прокладка; 6,7 и 8 — закладные детали; 9 — консоль; 10— сварка; 11— обетонка; 12 — основная арматура стыка; 13 — арматура анкеровки торцового листа; 14 — армирование зоны стыка
 

Рис. 92. Виды столбов:

а — кирпичный; б — то же, с поперечным армированием; в — то же, с продольным армированием; г — столб в обойме с жесткой арматурой; д — сборные столбы из бетонных блоков; 1 — сетчатая арматура; 2 — продольная арматура; 3 жесткая арматура; 4 — бетон; 5 — фундамент

Для кладки столбов применяют отборный кирпич и растворы высоких марок. Несущая способность кирпичных столбов мала и для увеличения прочности и устойчивости их армируют поперечной или продольной арматурой или заключают в армированную растворную или бетонную обойму (рис. 92). Кирпичные столбы отличаются большими размерами в плане, плохой устойчивостью и требуют надежной связи с перекрытием.

Если в ходе эксплуатации здания изменилось его назначение и возросли эксплуатационные нагрузки или необходимо восстановить утраченную колоннами каркаса по разным причинам несущую способность, то монолитные железобетонные колонны можно усилить (рис. 93) либо путем увеличения их сечения (устройством железобетонных рубашек с приваркой их арматуры к основной арматуре колонны), либо путем изменения статической схемы и напряженного состояния конструкции (разгрузка ее установкой стальных распорок).

Стальную обойму из напряженных стоек, связанных планками на сварке, в зависимости от влажности воздуха и пожарной опасности помещения штукатурят цементным раствором по сетке или красят масляной или эмалевой краской. Кирпичные столбы усиливают устройством стальной или железобетонной обоймы.

Рис. 93. Усиление монолитных железобетонных колонн:
а — усиление рубашками; б — усиление стальными напряженными распорками (I — начало работ, II — законченная конструкция); 1 — старая конструкция; 2 — конструкция усиления; 3 — сварка старой и новой арматуры через стержни-коротыши; 4 — одиночные отверстия для бетонирования; 5 — упоры; 6 — стяжные болты

Способы защиты колонн и столбов гражданских зданий, находящихся в помещениях с активной агрессивной средой (в специальных лабораториях и-др.), рассматриваются при изучении стен и полов промышленных зданий.