EA045964B1

EA045964B1 - BUILDING FROM PANEL-FRAME ELEMENTS

Info

Publication number: EA045964B1
Application number: EA202390758
Authority: EA
Inventors: Владимир Ильич Травуш; Сергей Геннадьевич Емельянов; Виталий Иванович Колчунов; Маргарита Андреевна Амелина; Виолетта Сергеевна Московцева
Filing date: 2023-03-21
Publication date: 2024-01-23

Description

Предлагаемое изобретение относится к области строительства и предназначено для создания безопасной индустриальной быстровозводимой конструктивной системы жилых и гражданских зданий с низкой материалоемкостью, повышенной живучестью и пространственной жесткостью, обеспечивающей восприятие изменяющихся силовых потоков при особых и аварийных воздействиях, и как следствие защиту от прогрессирующего обрушения.The proposed invention relates to the field of construction and is intended to create a safe industrial prefabricated structural system of residential and civil buildings with low material consumption, increased survivability and spatial rigidity, ensuring the perception of changing power flows under special and emergency impacts, and as a result, protection from progressive collapse.

Известен каркас здания из панельных элементов (патент РФ на изобретение № 2281365, дата публикации 10.04.2006 ), который включает в себя несущие продольные и поперечные стеновые панели, которые соединены с плитами перекрытий, наружные самонесущие стены. Несущие продольные и поперечные стеновые панели дополнительно соединены друг с другом по высоте не менее чем в двух местах. Наружные самонесущие стены разработаны с поэтажной разрезкой. Плиты перекрытий над комнатами с выступающим эркером имеют утолщение приконтурной зоны, участки наружных стен комнат без эркеров выполнены комбинированными. Они состоят из несущего ригеля с терморазъемами в виде отверстий в полке ригеля и кладки из штучных изоляционных блоков.A building frame made of panel elements is known (RF patent for invention No. 2281365, publication date 04/10/2006), which includes load-bearing longitudinal and transverse wall panels, which are connected to floor slabs, and external self-supporting walls. Load-bearing longitudinal and transverse wall panels are additionally connected to each other in height in at least two places. External self-supporting walls are designed with floor-to-floor sections. The floor slabs above the rooms with a protruding bay window have a thickening of the contour zone; sections of the external walls of the rooms without bay windows are made of a combination. They consist of a load-bearing crossbar with thermal connectors in the form of holes in the crossbar flange and a masonry of piece insulating blocks.

Недостаток такого конструктивного решения - продольные и поперечные стеновые панели, выполняющиеся из конструктивного бетона, который имеет высокую энергоемкость и материалоемкость. Выполненные в сборном варианте платформенные стыки внутренних стеновых панелей по высоте имеют сравнительно низкую несущую способность, что ограничивает этажность при применении такой конструктивной системы и снижает ее конструктивную безопасность и живучесть при проектных и особенно запроектных воздействиях.The disadvantage of this design solution is the longitudinal and transverse wall panels made of structural concrete, which has high energy and material consumption. The prefabricated platform joints of the internal wall panels have a relatively low load-bearing capacity in height, which limits the number of storeys when using such a structural system and reduces its structural safety and survivability under design and especially beyond design impacts.

Известно здание из панельных элементов (патент РФ на изобретение № 2627524, дата публикации 08.08.2017), которое включает расположенные в плане над смежными комнатами во взаимно перпендикулярных направлениях многопустотные плиты перекрытия, опертые на внутренние несущие стеновые панели, имеющие проемы, верхняя зона панели армирована каркасом, который имеет выпуски из плоскости верхней грани панели, на которую опираются плиты перекрытия. В торцах верхней полки панелей перекрытий имеются вырезы для устройства шпонок, платформенные стыки стеновых панелей и панелей перекрытия замоноличиваются совместно с арматурными выпусками по верхней поверхности ригелей панелей-рамок.A building made of panel elements is known (RF patent for invention No. 2627524, publication date 08/08/2017), which includes hollow-core floor slabs located in plan above adjacent rooms in mutually perpendicular directions, supported on internal load-bearing wall panels having openings, the upper zone of the panel is reinforced a frame that has outlets from the plane of the upper edge of the panel on which the floor slabs rest. At the ends of the upper flange of the floor panels there are cutouts for installing dowels; the platform joints of the wall panels and floor panels are monolithic together with reinforcement outlets along the upper surface of the crossbars of the frame panels.

Недостаток такого конструктивного решения заключается в том, что в описанной конструкции имеется жесткое сопряжение верхних и нижних панелей-рам за счет установки конструкции арматурного каркаса, образующего между плитами перекрытия монолитный армированный пояс, но не обеспечивается жесткого сопряжения верхней стойки панели-рамы и конструкции ригеля нижележащей панели-рамы, вследствие чего конструкция такого платформенного стыка не обеспечивает защиту здания от прогрессирующего обрушения при внезапном удалении одной из стоек панелей-рам.The disadvantage of this design solution is that in the described design there is a rigid coupling of the upper and lower panels-frames due to the installation of a reinforcement frame structure that forms a monolithic reinforced belt between the floor slabs, but there is no rigid coupling between the upper rack of the panel-frame and the underlying crossbar structure panel-frame, as a result of which the design of such a platform joint does not protect the building from progressive collapse when one of the racks of the panel-frame is suddenly removed.

Наиболее близким к заявляемому решению является здание из панельных элементов индустриального изготовления (патент РФ на изобретение № 2506385, дата публикации 10.02.2014,), в котором несущие панели здания выполнены в виде несущих железобетонных панелей-рам, внутреннее пространство которых заполнено легким бетоном. Ригель выполнен с терморазъемами и имеет арматурные выпуски, панели перекрытия располагаются в плане над смежными перекрываемыми комнатами во взаимно перпендикулярных направлениях. Платформенные стыки стеновых панелей и плит перекрытия замоноличиваются совместно с арматурными выпусками, выступающими из верхней поверхности ригелей стеновых панелей-рам.The closest to the proposed solution is a building made of industrially manufactured panel elements (RF patent for invention No. 2506385, publication date 02/10/2014), in which the load-bearing panels of the building are made in the form of load-bearing reinforced concrete frame panels, the internal space of which is filled with lightweight concrete. The crossbar is made with thermal connectors and has reinforcement outlets; the floor panels are located in plan above the adjacent rooms to be covered in mutually perpendicular directions. Platform joints of wall panels and floor slabs are monolithic together with reinforcement outlets protruding from the upper surface of the crossbars of the wall panel frames.

Недостаток данного конструктивного решения здания заключается в том, что установленный в бетоне арматурный каркас, замоноличенный между торцами плит перекрытия, не обеспечивает жесткого соединения плит перекрытия между собой и стойками стеновых панелей при особых воздействиях, что является важным фактором для повышения живучести и обеспечения защиты здания от прогрессирующего обрушения.The disadvantage of this structural solution of the building is that the reinforcement frame installed in concrete, embedded between the ends of the floor slabs, does not provide a rigid connection between the floor slabs and the wall panel racks under special influences, which is an important factor for increasing the survivability and ensuring the protection of the building from progressive collapse.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение состоит в создании безопасной индустриальной конструктивной системы жилых и гражданских зданий с повышенной несущей способностью, пространственной жесткостью и живучестью, воспринимающей изменения силовых потоков при внезапных запроектных воздействиях.The technical result to which the invention is aimed is to create a safe industrial structural system of residential and civil buildings with increased load-bearing capacity, spatial rigidity and survivability, which can withstand changes in power flows under sudden beyond-design influences.

Для достижения технического результата в здании из панельно-рамных элементов индустриального изготовления несущие стены, выполненные в виде панелей-рам, соединяются с плитами перекрытий и между собой по высоте стоек рам не менее, чем в двух местах. Кроме того, согласно изобретению, несущие панели-рамы здания выполнены в виде сборно-монолитных железобетонных перевернутых Побразных элементов и L''-образных элементов, ригели которых имеют арматурные выпуски для создания в пространстве между торцами плит перекрытия монолитного участка ригеля, в котором устанавливаются арматурные продольные и поперечные стержни и, дополнительно отдельные арматурные стержни, соединяющие продольную арматуру ригелей, установленную в монолитном участке ригелей и стойки вышерасположенных панелей-рам. Задачей предлагаемого изобретения является повышение защиты каркаса от прогрессирующего обрушения при внезапном изменении направления силовых потоков от особого воздействия в виде удаления одной из стоек панели-рамы, а также упрощение технологии возведения и снижение материалоемкости всего каркаса здания.To achieve a technical result in a building made of industrially manufactured panel-frame elements, load-bearing walls made in the form of panel-frames are connected to the floor slabs and to each other along the height of the frame posts in at least two places. In addition, according to the invention, the load-bearing panel frames of the building are made in the form of precast monolithic reinforced concrete inverted shaped elements and L''-shaped elements, the crossbars of which have reinforcing outlets to create in the space between the ends of the floor slabs a monolithic section of the crossbar in which the reinforcing bars are installed longitudinal and transverse rods and, additionally, separate reinforcing rods connecting the longitudinal reinforcement of the crossbars installed in the monolithic section of the crossbars and the rack of the overlying frame panels. The objective of the proposed invention is to increase the protection of the frame from progressive collapse in the event of a sudden change in the direction of power flows from a special impact in the form of removing one of the racks of the panel frame, as well as to simplify the construction technology and reduce the material consumption of the entire building frame.

- 1 045964- 1 045964

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид каркаса здания в 3D;The essence of the claimed invention is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows a general view of the building frame in 3D;

на фиг. 2 изображен фрагмент фасада наружной стены с открытой частью каркаса;in fig. 2 shows a fragment of the façade of an external wall with an open part of the frame;

на фиг. 3 изображен продольный разрез каркаса по 1-1;in fig. 3 shows a longitudinal section of the frame 1-1;

на фиг. 4 изображен фрагмент опирания многопустотных панелей перекрытия на ригель перевернутого П-образного элемента (разрез 2-2) на фиг. 5 изображено опирание обвязочного ригеля наружного контура на перевернутый Побразный элемент поперечной панели-рамы каркаса здания (разрез 3-3);in fig. Figure 4 shows a fragment of the support of hollow-core floor panels on the crossbar of an inverted U-shaped element (section 2-2) in Fig. Figure 5 shows the support of the outer contour strapping crossbar on an inverted Shaped element of the transverse panel-frame of the building frame (section 3-3);

на фиг. 6 изображено межэтажное соединение П-образных элементов по вертикали (разрез 4-4);in fig. Figure 6 shows the vertical interfloor connection of U-shaped elements (section 4-4);

на фиг. 7 изображено соединение перевернутых П-образных элементов и L''-образных элементов (разрез 5-5);in fig. 7 shows the connection of inverted U-shaped elements and L''-shaped elements (section 5-5);

на фиг. 8 изображен перевернутый П-образный элемент каркаса здания и разрез этого элемента;in fig. 8 shows an inverted U-shaped element of the building frame and a section of this element;

на фиг. 9 изображен L''-образный элемент каркаса здания и разрез этого элемента.in fig. Figure 9 shows an L''-shaped element of the building frame and a section of this element.

Каркас конструктивной системы здания из индустриальных панельных элементов включает несущие продольные (1) и поперечные (2) панели-рамы, панели перекрытия продольного (3) и поперечного (4) направления, платформенные стыки П-образных элементов (5) и ^-образных элементов (6) панелей рам. Панели-рамы выполнены из перевернутых П-образных элементов и ^-образных элементов, соединенных между собой в направлении оси их ригелей (7) и по высоте стоек (8), ригели (7) Побразных элементов и Т-образных элементов, соединены между собой по выпускам продольных арматурных стержней (9) ригелей. Стойки (8) перевернутых П-образных элементов (5) панелей-рам в верхней зоне имеют выступы, а в нижней зоне сквозное отверстие на высоту монолитной части ригеля. Сборная часть ригеля L''-образных элементов (6) в зоне опирания выполнена с подрезками и имеет шпонки (10). Сборная часть ригеля панелей-рам имеет сверху арматурные выпуски (11). В стойках панелей-рам и опорных частях ригелей также имеются арматурные выпуски (12), соединяемые между собой. В зоне опирания ригелей (7) и стоек (8) установлены центрирующие прокладки штемпельного типа (13) и косвенная арматура в виде сеток (14). Стойки панелей-рам по высоте соединяются между собой вертикальными связями-накладками (15). Панели перекрытий (3), (4) имеют многосвязное поперечное сечение с крупными полигональной, овалоидальной или другой формы пустотами, шпонки (16) на продольных бортах панелей. Платформенные стыки стеновых панелей-рам (1), (2) и панелей перекрытия (3), (4) замоноличиваются совместно с арматурными выпусками (11), имеющимися по верхней поверхности сборной части ригелей стеновых панелей-рам (1), (2).The frame of the building's structural system from industrial panel elements includes load-bearing longitudinal (1) and transverse (2) frame panels, floor panels in the longitudinal (3) and transverse (4) directions, platform joints of U-shaped elements (5) and ^-shaped elements (6) frame panels. The frame panels are made of inverted U-shaped elements and ^-shaped elements, interconnected in the direction of the axis of their crossbars (7) and along the height of the racks (8), crossbars (7) of the U-shaped elements and T-shaped elements are interconnected on releases of longitudinal reinforcing bars (9) crossbars. The uprights (8) of the inverted U-shaped elements (5) of the frame panels in the upper zone have protrusions, and in the lower zone there is a through hole to the height of the monolithic part of the crossbar. The assembled part of the crossbar of L''-shaped elements (6) in the support area is made with undercuts and has keys (10). The prefabricated part of the panel-frame crossbar has reinforcement outlets on top (11). The racks of the panel frames and the supporting parts of the crossbars also have reinforcement outlets (12) that are connected to each other. In the support area of the crossbars (7) and racks (8), stamp-type centering gaskets (13) and indirect reinforcement in the form of meshes (14) are installed. The racks of the panel-frames are connected in height to each other by vertical connections-overlays (15). Floor panels (3), (4) have a multi-connected cross-section with large polygonal, oval or other shaped voids, keys (16) on the longitudinal sides of the panels. Platform joints of wall panels-frames (1), (2) and floor panels (3), (4) are monolithic together with reinforcement outlets (11) located on the upper surface of the prefabricated part of the crossbars of wall panels-frames (1), (2) .

Работоспособность представленной конструктивной системы здания из панельных элементов обеспечивается следующим образом. Стойки несущих стеновых панелей-рам соединяются выпусками арматуры и связями-накладками с вышележащей панелью. Стойки панели-рамы по высоте соединяются между собой по вертикали с помощью закладных элементов не менее, чем в двух местах с каждой стороны стойки. Стойки перевернутых П-образных элементов и L''-образных элементов замоноличиваются в проемах и соединяются между собой посредством конических или цилиндрических штепсельных стыков и выпусков арматуры. Стойки перевернутых П-образных элементов панелей-рам имеют выступы в верхней зоне, а в нижней зоне сквозное отверстие на высоту монолитной части ригеля, а и^образные элементы выполнены с подрезками с устроенными шпонками в приопорной части свободного конца ригеля. Такое решение в совокупности всех элементов обеспечивает восприятие и передачу вертикальных и горизонтальных нагрузок с одного элемента каркаса здания на другой, повышение статической неопределимости каркаса здания и его общую устойчивость в случае особого воздействия - аварийного выключения из работы отдельных конструкций каркаса; обеспечивает создание замкнутых поэтажных конструктивных элементов системы высокой жесткости, которые образуют общую совместно деформируемую пространственную конструктивную систему, адаптивную к изменению знаков внутренних усилий, вызываемому внезапным удалением одной из несущих конструкций.The performance of the presented structural system of a building made from panel elements is ensured as follows. The racks of load-bearing wall panels-frames are connected by reinforcement outlets and ties-overlays with the overlying panel. The height of the panel-frame racks are connected to each other vertically using embedded elements in at least two places on each side of the rack. Racks of inverted U-shaped elements and L''-shaped elements are embedded in the openings and connected to each other by means of conical or cylindrical plug joints and fittings. The uprights of the inverted U-shaped elements of the frame panels have protrusions in the upper zone, and in the lower zone there is a through hole to the height of the monolithic part of the crossbar, and the U-shaped elements are made with undercuts with keys arranged in the supporting part of the free end of the crossbar. This solution, in the totality of all elements, ensures the perception and transfer of vertical and horizontal loads from one element of the building frame to another, increasing the static indetermination of the building frame and its overall stability in the event of a special impact - emergency shutdown of individual frame structures; ensures the creation of closed floor-by-floor structural elements of a high-rigidity system, which form a common jointly deformable spatial structural system, adaptive to changes in the signs of internal forces caused by the sudden removal of one of the load-bearing structures.

Предлагаемая индустриальная сборно-монолитная конструктивная система жилых и гражданских зданий имеет пониженную материалоемкость, высокую несущую способность при внезапном изменении силовых потоков и пространственную жесткость здания, как при эксплуатационных нагрузках, так и при особых аварийных воздействиях, в том числе, вызванных внезапным гипотетическим удалением одной из несущих конструкций, повышает живучесть конструктивной системы при всех видах воздействий, включая особые и аварийные, обеспечивает возможность индустриального производства основных несущих элементов каркаса здания: панелей-рам и панелей перекрытия, сокращает их материалоемкость, сроки и стоимость защитных мероприятий от прогрессирующего обрушения. Таким образом, описанное техническое решение здания позволяет обеспечить пространственную жесткость каркаса здания, пониженную материалоемкость и совместную работу всех элементов каркаса при перераспределении силовых потоков, вызванных внезапным удалением одной из несущих конструкций.The proposed industrial prefabricated monolithic structural system of residential and civil buildings has a reduced material consumption, high load-bearing capacity in case of sudden changes in power flows and spatial rigidity of the building, both under operational loads and under special emergency impacts, including those caused by a sudden hypothetical removal of one of the load-bearing structures, increases the survivability of the structural system under all types of impacts, including special and emergency ones, provides the possibility of industrial production of the main load-bearing elements of the building frame: frame panels and floor panels, reduces their material consumption, time and cost of protective measures against progressive collapse. Thus, the described technical solution of the building makes it possible to ensure spatial rigidity of the building frame, reduced material consumption and the joint work of all frame elements during the redistribution of power flows caused by the sudden removal of one of the load-bearing structures.

Claims

A building made of panel elements, including a reinforced concrete frame made of load-bearing longitudinal and transverse wall panels-frames, the crossbars of which have reinforcement outlets, the floor panels have a multi-connected cross-section with polygonal or oval-shaped voids, at the ends of the upper flange of the floor panels there are cutouts for installing dowels, and platform joints of floor panels and frame panels are monolithic together with reinforcement outlets protruding from the crossbars of the frame panels, the external self-supporting walls of the building are made of layers, characterized in that the frame panels are made of inverted U-shaped elements and L''-shaped elements, interconnected in the direction of the axis of the crossbars and along the height of the racks, the racks of inverted U-shaped elements of the panel-frames have protrusions in the upper zone, and in the lower zone there is a through hole to the height of the monolithic part of the crossbar, L''-shaped elements are made with undercuts with arranged with keys in the supporting part of the free end of the crossbar, posts of U-shaped elements and L-shaped elements are embedded in the openings and connected to each other by means of conical or cylindrical plug joints and fittings.