Металлический каркас многоэтажного сейсмостойкого здания для застроенных районов и способ его монтажа

(51)7 04 9/02 КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ(76) Мальцев Григорий Васильевич Мальцев Игорь Григорьевич(56) Строительные конструкции. Современные конструкции металлических каркасов многоэтажных зданий для сейсмических районов. Обзорная информация Строительство и архитектура. Серия 11,выпуск 5, М. ВНИИИС. 1983(54) МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ КАРКАС МНОГОЭТАЖНОГО СЕЙСМОСТОЙКОГО ЗДАНИЯ ДЛЯ ЗАСТРОЕННЫХ РАЙОНОВ И СПОСОБ ЕГО МОНТАЖА(57) Полезная модель относится к области строительства и может быть использована преимущественно при строительстве многоэтажных зданий над существующими малоэтажными без их сноса и выселения жильцов. Это позволяет существенно снизить сроки и стоимость строительства. Металлический каркас многоэтажного сейсмостойкого здания, включающий колонны, ригели,вертикальные связи, диски перекрытий, согласно изобретению, в своей нижней части выполнен в виде однопролетной высокой рамы по типу портала с возможностью размещения его вне наружных габаритов существующего здания, а основные колонны над портальной частью являются преимущественно продолжением колонн портальной части. 214 Полезная модель относится к области строительства. Известен металлический каркас по трехпролетной схеме 16-ти этажной гостиницы Узбекистан в г. Ташкенте. Недостатком является характерный для рамных каркасов большой удельный расход стали,составляющий 45,5 кг/м 3 (Обзорная информация Строительство и архитектура, серия 11, Строительные конструкции, вып. 5 Современные конструкции металлических каркасов многоэтажных зданий. М., 1983, п. 3, табл. 1). Известен металлический каркас с центральным решетчатым стволом 16-ти этажного здания на Новой площади в г. Алматы. Преимуществом является малый расход стали, составляющий 21,2 кг/м 3. Недостатком - большой объем земляных и бетонных работ по устройству фундаментов (Обзорная информация Строительство и архитектура, серия 11,Строительные конструкции, вып.5 Современные конструкции металлических каркасов многоэтажных зданий. М., 1983, п. 10, табл. 1). Известен металлический каркас по двухпролетной рамной схеме с гибким первым этажом 9-ти этажного 315 квартирного дома по ул.Гоголя в г. Алматы. Недостатком является большой расход стали, равный 36,9 кг/м 3 (Обзорная информация Строительство и архитектура, серия 11, Строительные конструкции, вып. 5 Современные конструкции металлических каркасов многоэтажных зданий. М., 1983, п. 8, табл.1). Прототипом к предлагаемой полезной модели является вариант проекта вышеупомянутого 9 этажного дома с каркасом по рамно-связевой схеме первый этаж выполнен гибким по двухпролетной рамной схеме, остальные - по однопролетной со связями в виде нисходящих тяжей, сцентрированных на середину ригеля. При этом ригель, выполненный цельным на всю ширину пролета, работает как двухпролетная неразрезная балка с податливой опорой, образованной сходящимися в середине тяжами. При общем снижении металлоемкости до 25 каркас имеет, однако, повышенный расход стали на гибкий этаж и частично на ригели из-за неиспользования резерва выполнения их трехпролетными за счет расцентрации тяжей. Центрация тяжей также ограничивает планировочные возможности на этажах. Недостатком являются большие габариты фундаментов из-за жесткого соединения их с колоннами и из-за повышенных усилий на них от сейсмики по причине выполнения верхней части каркаса по жесткой связевой схеме. Общим недостатком для всех рассмотренных каркасов является необходимость предварительного сноса с площадки строительства существующих зданий. Задача предлагаемой полезной модели - снижение общей стоимости и сроков строительства,уменьшение расхода стали на каркас и бетона на фундаменты, повышение сейсмостойкости. Достигается указанная задача тем, что металлический каркас многоэтажного здания, включающий колонны, ригели, вертикальные связи, диски перекрытий, в своей нижней части выполнен в виде однопролетной высокой рамы по типу портала с возможностью размещения его вне наружных габаритов малоэтажного существующего здания, а основные колонны верхней части каркаса являются преимущественно продолжением колонн его нижней портальной части, причем колонны и ригель портала имеют повышенную жесткость, для чего колонны могут быть выполнены решетчатыми, а ригели - спаренными с вышерасположенными связями с образованием фермы высотой на этаж. В отдельных случаях для обеспечения повышенной жесткости, колонны и ригель портальной части могут быть выполнены связанными с существующим зданием. Ригели в надпортальной части выполняются преимущественно неразрезными с опиранием концами на основные колонны и с дополнительным раскреплением в пролете связями в виде подкосов или нисходящих к ригелю раскосов-тяжей. Также ригели могут быть выполнены спаренными с образованием ферм высотой на этаж или опертыми в пролете общими для нескольких этажей стойками,установленными на ригель портала. Ригели для случая раскрепления их подкосами или тяжами выполняются двутаврового сечения. При этом для придания способности ригелям выгибаться только вверх, верхние полки прикреплены к колоннам жестко на сварке, а нижние - через податливые при растягивающих усилиях фланцы, непосредственно контактирующие своими наружными плоскостями с колоннами. Подкосы для этого выполняются также податливыми при растягивающих усилиях. Для исключения возникновения растягивающих усилий во фланцах при выгибе они могут быть выполнены из уголков. На верхних участках каркаса, где доля возникающих в дисках перекрытий дополнительных усилий от сейсмики еще невелики, фермы из спаренных ригелей могут быть расположены на соседних осях по высоте в шахматном порядке, т.е. если диск перекрытия по данной оси опирается на верхний пояс ригеля, то на соседних - на нижний. В зависимости от наличия свободных площадей около существующего здания к основному каркасу с порталом могут быть примкнуты дополнительные пролеты, причем стойки последних выполняются объединенными вертикальными связями с колоннами портала, обеспечивая им повышенную жесткость. Из рассмотренных наиболее экономичным и сейсмостойким является каркас с выключающимися связями в виде тяжей и подкосов, податливых за счет фланцев при растягивающих усилиях. В прилагаемых чертежах на фиг. 1 изображен металлический каркас многоэтажного сейсмостойкого здания для застроенных районов, поперечный разрез, на фиг. 2 - то же, при воздействии горизонтального сейсмостойкого толчка, на фиг. 3 - узел А с фиг. 2, на фиг. 4 - металлический каркас по фиг.1 с приставленными дополнительными пролетами по бокам, на фиг. 5 - узел В с фиг. 4, на фиг. 6 и 7 - варианты каркаса для спорткомплекса с многоярусным расположением спортзалов. Металлический каркас многоэтажного сейсмостойкого здания включает колонны 1 нижней пор 2 214 тальной части каркаса, ригель 2 между колоннами 1,колонны 3 верхней надпортальной части каркаса,ригели 4 между колоннами 3, вертикальные связи в виде подкосов 5, то же в виде тяжей 6, диски перекрытий 7, стойки 8 по ригелю 2 портальной части,колонны 9 дополнительно приставленных пролетов,связи 10 по этим пролетам, фланец 11 по нижним полкам двутавровых ригелей 4. На чертеже изображено существующее здание 12, над которым возводится многоэтажный каркас. Работа каркаса, включая все разновидности верхней надпортальной части, при горизонтальных сейсмических воздействиях расчетной величины обычная, т.е. все горизонтальные нагрузки от ветра и сейсмики, вертикальные от снега, временные на перекрытия, постоянные от дисков перекрытий 7,колонн 3, ригелей 2 и 4, связей 5 и 6 передаются на колонны 1 портала, а от них - на фундаменты. Для уменьшения габаритов фундаментов соединение их с колоннами 1 выполняются шарнирно, что становится возможным благодаря выполнению колонн 1 с повышенной жесткостью. Особенностью работы ригелей 3, раскрепленных в пролете подкосами 5 или тяжами 6, является то, что они становятся как трехпролетные неразрезные балки на податливых опорах с упругим защемлением концов. При этом в каждом ригеле 3 от горизонтального сейсмического толчка возникают изгибающие моменты в 6-ти сечениях, например, вместо 2-х по концам, как при обычном рамном каркасе. Этим достигается высокая эффективность работы ригелей. Угол наклона тяжей 6, а также подкосов 5 и,соответственно, точек их крепления к ригелю 4 подбираются таким образом, чтобы натянутые вертикальными нагрузками тяжи могли воспринимать сжимающие от сейсмики усилия, а разница максимальных изгибающих моментов в экстремальных точках ригеля была минимальной. При сейсмических перегрузках, когда величина усилий первого толчка может в несколько раз превышать принятые в нормах расчетные, подкосы выключаются из работы, ригели выгибаются вверх, а приподнятые при этом массы перекрытий своей тяжестью стараются обратно выпрямить ригели и вернуть здание в исходное вертикальное положение. Здание работает по принципу игрушки Ванька Встанька. Ускоренному рассеиванию (диссипации) энергии толчка и затуханию колебаний может способствовать создание в ригелях участков активного энергоположения ЭП, например, по типу узла В на фиг. 5, выполненного в соответствии с изобретением по а. с.1399440, по которому энергопоглощающий участок каждого ригеля расположен вблизи его средней части и выполнены в виде двутаврового сечения ригеля меньшей высоты с гибкой затяжкой в уровне основной нижней полки. Преимуществом предлагаемой полезной модели является существенная экономия времени и средств за счет отсутствия такого этапа строительства, как снос существующих зданий и передислокация субъектов их эксплуатации. Кроме этого, применением приведенных конструктивных схем для верхней части каркаса может быть достигнута экономия стали до 40 , при этом обеспечивается повышенная сейсмостойкость. Для этой, т.е. надпортальной части каркаса, может быть применена и обычная рамная схема с продлением средних стоек 8 на фиг. 4 до верхних этажей здания. Но этот вариант менее экономичен, чем связевый. Существенным преимуществом является его универсальность для объемно-планировочных решений. Например, в верхней части каркаса могут быть получены помещения, полностью свободные от колонн и связей, причем высотой до нескольких этажей с устройством в них киноконцертных залов,аудиторий, спортзалов, включая многоэтажных. При этом на 1-м этаже, после снесения с течением времени существующего там здания, может быть устроен большепролетный зал с трибунами. Преимуществом является также целесообразность строительства таких зданий в новых незастроенных районах. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ 1. Металлический каркас многоэтажного сейсмостойкого здания, включающий колонны, ригели,вертикальные связи, диски перекрытий, отличающийся тем, что он в своей нижней части выполнен в виде однопролетной высокой рамы по типу портала с возможностью размещения его вне наружных габаритов существующего здания, а основные колонны над портальной частью являются преимущественно продолжением колонн портальной части. 2. Металлический каркас по п. 1, отличающийся тем, что в портальной части колонны выполнены с повышенной жесткостью, преимущественно решетчатыми, в том числе треугольного очертания,а ригели - спаренными с вышерасположенными связями с образованием фермы высотой на этаж. 3. Металлический каркас по п. 1, отличающийся тем, что в надпортальной части ригели выполнены неразрезными с опиранием концами на основные колонны и с дополнительным раскреплением связями в виде подкосов, либо в виде нисходящих к ригелю раскосов - тяжей. 4. Металлический каркас по п. 1, отличающийся тем, что в надпортальной части ригели выполнены спаренными при помощи вертикальных связей с образованием ферм высотой на этаж. 5. Металлический каркас по п.1, отличающийся тем, что в надпортальной части ригели в пролете между колоннами оперты на общие для нескольких этажей стойки, установленные на ригель портала. 6. Металлический каркас по п. 1, отличающийся тем, что в надпортальной части фермы из спаренных ригелей на соседних осях по высоте выполнены в шахматном порядке. 7. Металлический каркас по п.п. 1 и 3, отличающийся тем, что в надпортальной части ригели выполнены двутаврового сечения, а для придания способности ригелю к выгибу только вверх, а зданию - способности к самовозвращению после сейс 3 214 мического толчка в исходное вертикальное положение, верхние полки ригелей соединены с колоннами жестко на сварке, а нижние - через податливые при растягивающих усилиях фланцы, контактирующих своей наружной поверхностью с колонной, причем подкосы соединены с ригелями также при помощи подобных фланцев. 8. Металлический каркас по п.1, отличающийся тем, что к основному каркасу с однопролетной портальной частью приставлены дополнительные пролеты, причем их колонны, по крайней мере в пределах высоты портала соединены вертикальными связями с основными колоннами каркаса. 9. Способ монтажа металлического каркаса,включающий монтаж элементов каркаса, отличающийся тем, что каркас по крайней мере в пределах высоты портала собирают за пределами торца существующего здания, затем последовательно надвигают по уложенным на фундаменты рельсам на существующее здание, после этого монтируют конструкции верхних этажей.