EA010319B1

EA010319B1 - Комбинированная конструктивная система многоэтажных зданий в обычных и сейсмических условиях

Info

Publication number: EA010319B1
Application number: EA200701748A
Authority: EA
Inventors: Александр Оганесович Саакян; Рубен Оганесович Саакян
Original assignee: Зао "Впэкти"
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2008-08-29
Also published as: EA200701748A1; EA010468B1; EA200800809A1

Abstract

Изобретение относится к конструктивным системам многоэтажных зданий повышенной сейсмостойкости. Система содержит центрально-расположенную несущую конструкцию на всю высоту здания, шарнирный каркас на железобетонных колоннах, окружающих несущую конструкцию и цельные на этаж плоские плиты перекрытия, причём несущая конструкция на каждом из этажей здания составлена из совокупности примыкающих друг к другу ячеек с замкнутыми контурами поперечных сечений, образующих блок. Каждая из ячеек блока выполнена неразрезной, монолитной, сформирована из совокупности взаимоувязанных друг с другом монолитных блоков, образующих многоярусную замкнутую монолитную структуру высотой на всё здание. Монолитный блок сформирован плитами перекрытий и монолитными стенами, общими для смежных ячеек, образуя замкнутую структуру. Узлы стыка стен монолитного блока выполнены в виде соединительных элементов, армированных вертикальной арматурой на всю высоту здания. Повышается изгибно-крутильная жёсткость конструктивной системы.

Description

Изобретение относится к конструктивным системам многоэтажных зданий, возводимых в зонах высокой сейсмичности (9 баллов).

Известны комбинированные конструктивные системы, включающие вертикальные объёмнопространственные несущие конструкции в комбинации с конструкциями других конструктивных систем. В таких комбинированных конструктивных системах используются преимущества указанной вертикальной объёмно-пространственной конструкции, которая имеет замкнутый контур поперечного сечения и в отдельных случаях - конструктивное наполнение.

Так, в комбинированной конструктивной системе ядро жёсткости - каркас центрально расположенная объёмно-пространственная несущая конструкция представлена в виде полого ядра жёсткости с замкнутым контуром поперечного сечения в комбинации с окружающими это ядро колоннами шарнирного каркаса и с цельными на этаж плитами перекрытий, которые объединяют все вертикальные конструкции в одну конструктивную систему (авт. свид. 8И 853068, Е04Н 1/00, 1981).

Известна также комбинированная конструктивная система сейсмостойкого многоэтажного здания, в которой центрально расположенная объёмно-пространственная несущая конструкция представлена в виде ячеистой конструкции с колоннами, соединёнными друг с другом стальными и железобетонными связевыми элементами жёсткости в комбинации с окружающими эту ячеистую конструкцию колоннами шарнирного каркаса (патент АМ 580 А2, Е04Н 9/02, 1999).

Наиболее близкой по назначению и по технической сущности к заявляемому изобретению является комбинированная конструктивная система сейсмостойкого многоэтажного здания, в которой центрально расположенная объёмно-пространственная несущая конструкция представлена в виде ячеистой коробчатой структуры, составленной из совокупности примыкающих друг к другу ячеек с замкнутыми контурами поперечных сечений, из колонн, связевых элементов жёсткости и поэтажных плоских плит перекрытий в комбинации с окружающими эту ячеистую структуру колоннами шарнирного каркаса (заявка АМ Р20060213, Е04Н 9/02, опубликованная 01.02.2007).

Таким образом, известные решения комбинированной конструктивной системы здания основываются на обобщении опыта использования преимуществ конструкций с замкнутым контуром, в частности, имеющих ячеистую структуру. Однако они по своей несущей способности не удовлетворяют требованиям к конструктивной системе здания в городской застройке повышенной этажности - до 25 этажей, в зоне высокой сейсмичности - 9 баллов.

Задачей настоящего изобретения является повышение сопротивляемости конструктивной системы здания горизонтальным и вертикальным нагрузкам путём повышения её изгибно-крутильной жёсткости.

Сущность изобретения состоит в том, что в комбинированной конструктивной системе сейсмостойкого многоэтажного здания, содержащей центрально расположенную вертикальную объёмнопространственную несущую конструкцию на всю высоту здания, шарнирный каркас на железобетонных колоннах, окружающих объёмно-пространственную несущую конструкцию и цельные на этаж плоские плиты перекрытия, причём вертикальная объёмно-пространственная несущая конструкция на каждом из этажей здания составлена из совокупности примыкающих друг к другу ячеек с замкнутыми контурами поперечных сечений, образующих блок, согласно изобретению, каждая из ячеек блока выполнена объёмной, неразрезной, монолитной, высотой на этаж, а вертикальная объёмно-пространственная несущая конструкция здания сформирована из совокупности взаимоувязанных друг с другом объёмных неразрезных монолитных блоков, образующих многоярусную замкнутую монолитную структуру высотой на всё здание.

Сущность изобретения состоит также в том, что объёмный неразрезной монолитный блок сформирован плитами верхнего и нижнего перекрытий и монолитными стенами, общими для смежных ячеек, образуя замкнутую неразрезную структуру, а узлы стыка стен неразрезного монолитного блока выполнены в виде соединительных элементов, армированных вертикальной непрерывной арматурой на всю высоту здания и поперечной арматурой в виде кольцевых хомутов.

Ещё одной сущностью изобретения является то, что в варианте осуществления вертикальная объёмно-пространственная несущая конструкция имеет в поперечном сечении форму многоугольника, а поперечная арматура соседних стен смежных ячеек увязана в соединительном элементе под углом друг к другу, отличным от прямого.

К сущности изобретения относится также и то, что стены монолитных блоков над местами проёмов образуют с верхней плитой перекрытия перемычку таврового сечения, причём высота перемычки над проёмом включает толщину перекрытия, а толщина стен, составляющих внешний контур объёмнопространственной несущей конструкции, превышает толщину внутренних стен в 1,3-2 раза.

Сущность изобретения состоит также в том, что цельные на этаж плоские плиты перекрытия выполнены в монолитном железобетоне и на колонны шарнирного каркаса опираются по всей поверхности поперечного сечения этих колонн, которые, в свою очередь, также выполнены в монолитном железобетоне с верхней и нижней плитами перекрытия и армированы непрерывной вертикальной арматурой на всю высоту здания.

- 1 010319

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 схематически показан общий вид системы на этапе окончания возведения очередного этажа;

на фиг. 2 - то же показано в плане;

на фиг. 3-5 показаны поперечные разрезы разновидностей узлов стыка стен неразрезного монолитного блока, на которых представлены соответственно угловой, промежуточный и центральный соединительные элементы;

на фиг. 6 показан поперечный разрез соединительного элемента стен монолитных блоков для варианта осуществления, когда объёмно-пространственная несущая конструкция имеет в поперечном сечении форму многоугольника;

на фиг. 7 представлен фрагмент продольного разреза предлагаемой конструктивной системы, на котором показаны стыки колонн шарнирного каркаса и соединительных элементов стен неразрезного монолитного блока с плитой перекрытия;

на фиг. 8 и 9 в двух проекциях показана схема армирования вертикальной несущей конструкции с проёмами в стенах неразрезных монолитных блоков;

на фиг. 10 показан поперечный разрез перемычки таврового сечения, над проёмом в стене монолитного блока.

Предлагаемая конструктивная система содержит центрально расположенную вертикальную объёмно-пространственную несущую конструкцию 1 на всю высоту здания, шарнирный каркас на железобетонных колоннах 2, окружающих объёмно-пространственную несущую конструкцию, и цельные на этаж плоские плиты 3 перекрытия. Вертикальная объёмно-пространственная несущая конструкция на каждом из этажей здания составлена из совокупности примыкающих друг к другу ячеек 4 с замкнутыми контурами поперечных сечений, образующих этажный блок 5. Каждая из ячеек 4 выполнена объёмной, неразрезной, монолитной, высотой на этаж, а вертикальная объёмно-пространственная несущая конструкция здания сформирована из совокупности взаимоувязанных друг с другом объёмных неразрезных монолитных блоков 5, образующих многоярусную замкнутую монолитную структуру высотой на всё здание.

Объёмный неразрезной монолитный блок 5 сформирован плитами 3 верхнего и нижнего перекрытий и монолитными стенами 6, общими для смежных ячеек 4, образуя замкнутую неразрезную структуру.

Узел стыка стен 6 неразрезного монолитного блока 5 выполнен в виде соединительного элемента 7. Соединительные элементы 7 армированы вертикальной непрерывной арматурой 8 на всю высоту здания и поперечной арматурой 9 в виде кольцевых хомутов. Нижние концы вертикальной арматуры 8 заделаны в фундамент 10 здания. Стены 6 армированы вертикальной непрерывной арматурой 11 на всю высоту здания и поперечной арматурой 12. Нижние концы вертикальной арматуры 11 заделаны в фундамент здания. Стены 6 и соединительные элементы 7 изготовляются на проектных отметках с применением индустриальной опалубки.

В вариантах осуществления зданий вертикальная объёмно-пространственная несущая конструкция может иметь в поперечном сечении форму многоугольника. Соответствующая многоугольная форма несущей конструкции присуща и зданиям сложной, в том числе лучевой конфигурации, где многоугольник может быть как выпуклым, так и вогнутым. В этих случаях, поперечная арматура 12 соседних стен 6 смежных ячеек увязана в соединительном элементе 7 под углом друг к другу, отличным от прямого (фиг. 6), что в случае сборной колонны было бы трудно осуществимо.

Проёмы 13 в стенах 6 обуславливают необходимость армирования перемычек над проёмами, как это показано на фиг. 8. При этом перемычка над проёмом включает толщину перекрытия 3 и имеет тавровое сечение, как это показано на фиг. 10. Это повышает изгибно-крутильную жёсткость предлагаемой конструктивной системы.

Толщина стен 6, составляющих внешний контур блока 5, может превышать толщину внутренних стен. Так, если по действующим нормам минимальная толщина стены составляет 16 см, стена, входящая во внешний контур блока, может иметь толщину до 25 см и более, т.е. превышать в 1,3-2 раза, в зависимости от требуемой жёсткости несущей конструкции.

Цельные на этаж плоские плиты перекрытия 3 выполнены в монолитном железобетоне, армированы продольной 14 и поперечной 15 арматурой (фиг. 7, 8 и 10) и на колонны 2 шарнирного каркаса опираются по всей поверхности поперечного сечения этих колонн. Плиты перекрытия изготовляются на проектных отметках с применением индустриальной опалубки.

Колонны 2 шарнирного каркаса выполнены в монолитном железобетоне с верхней и нижней плитами 3 перекрытия, армированы поперечной 16 и вертикальной 17 арматурой, нижние концы которой заделаны в фундамент здания. Колонны шарнирного каркаса изготовляются на проектных отметках с применением индустриальной опалубки.

Поскольку все элементы предлагаемой конструктивной системы изготовляются на проектных отметках, нет необходимости в мероприятиях по обеспечению устойчивости системы в процессе возведения здания. Это даёт экономию стали и ускоряет процесс. Экономия арматурной и профильной стали достигается также за счёт отсутствия отверстий и проёмов в плитах междуэтажных перекрытий. Отпадает также необходимость в базе строительной индустрии по изготовлению отдельных сборных элементов.

- 2 010319

Благодаря тому, что в вертикальной объёмно-пространственной несущей многоячеистой структуре могут быть размещены не только вертикальные коммуникации (лестничные клетки, лифтовые шахты, энергоснабжение, вентиляция и др.), но и полезные площади здания (жилые комнаты, коридоры и др.), то обеспечивается возможность сосредоточить на ячеистой структуре до 70% вертикальных нагрузок здания. Эта вертикальная нагрузка служит в качестве пригруза ячеистой структуры и облегчает восприятие горизонтальной сейсмической нагрузки интенсивностью в 9 баллов.

Ячеистые структуры сами по себе являются многократно статически неопределимыми системами, а предлагаемая объёмно-пространственная монолитная несущая конструкция, составленная из совокупности примыкающих друг к другу ячеек с замкнутыми контурами поперечных сечений, образующих ячеистую блочную структуру, имеет ещё большую статически многократную неопределимость и здания на основе этой несущей конструкции более жизнеспособны при сильных землетрясениях. Воздействия, приводящие к локальным разрушениям несущих конструкций, например, в случаях пожара, взрыва и т.п., не приводят к прогрессирующему разрушению конструкций здания.

Изгибно-крутильная жёсткость предлагаемой конструктивной системы повышается также за счёт отсутствия податливости в соединительных узлах стыка стен.

Улучшенные динамические характеристики предлагаемой системы, её повышенная пространственная и изгибно-крутильная жёсткость, позволяют применить её в зданиях городской застройки повышенной этажности - до 25 этажей, в зоне высокой сейсмичности - 9 баллов.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Комбинированная конструктивная система сейсмостойкого многоэтажного здания, содержащая центрально расположенную вертикальную объёмно-пространственную несущую конструкцию на всю высоту здания, шарнирный каркас на железобетонных колоннах, окружающих объёмнопространственную несущую конструкцию и цельные на этаж плоские плиты перекрытия, причём вертикальная объёмно-пространственная несущая конструкция на каждом из этажей здания составлена из совокупности примыкающих друг к другу ячеек с замкнутыми контурами поперечных сечений, образующих блок, отличающаяся тем, что каждая из ячеек блока выполнена объёмной, неразрезной, монолитной, высотой на этаж, а вертикальная объёмно-пространственная несущая конструкция сформирована из совокупности взаимоувязанных друг с другом объёмных неразрезных монолитных блоков, образующих многоярусную замкнутую монолитную структуру высотой на всё здание.
2. Комбинированная конструктивная система сейсмостойкого многоэтажного здания по п.1, отличающаяся тем, что объёмный неразрезной монолитный блок сформирован плитами верхнего и нижнего перекрытий и монолитными стенами, общими для смежных ячеек, образуя замкнутую неразрезную структуру.
3. Комбинированная конструктивная система сейсмостойкого многоэтажного здания по п.2, отличающаяся тем, что узлы стыка стен неразрезного монолитного блока выполнены в виде соединительных элементов, армированных вертикальной непрерывной арматурой на всю высоту здания и поперечиной арматурой в виде кольцевых хомутов.
4. Комбинированная конструктивная система сейсмостойкого многоэтажного здания по п.3, отличающаяся тем, что для зданий сложной, в том числе лучевой, конфигурации вертикальная объёмнопространственная несущая конструкция имеет в поперечном сечении форму многоугольника, а поперечная арматура соседних стен смежных ячеек увязана в соединительном элементе под углом друг к другу, отличным от прямого.
5. Комбинированная конструктивная система сейсмостойкого многоэтажного здания по п.2, отличающаяся тем, что толщина стен, составляющих внешний контур объёмно-пространственной несущей конструкции, превышает толщину внутренних стен в 1,3-2 раза.
6. Комбинированная конструктивная система сейсмостойкого многоэтажного здания по п.2, отличающаяся тем, что стены монолитных блоков над местами проёмов образуют с верхней плитой перекрытия перемычку таврового сечения, причём высота перемычки над проёмом включает толщину перекрытия.
7. Комбинированная конструктивная система сейсмостойкого многоэтажного здания по п.1, отличающаяся тем, что цельные на этаж плоские плиты перекрытия выполнены в монолитном железобетоне и на колонны шарнирного каркаса опираются по всей поверхности поперечного сечения этих колонн.
8. Комбинированная конструктивная система сейсмостойкого многоэтажного здания по п.7, отличающаяся тем, что колонны шарнирного каркаса выполнены в монолитном железобетоне с верхней и нижней плитами перекрытия и армированы непрерывной вертикальной арматурой на всю высоту здания.