Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Научно-исследовательское и экспериментально-проектное унитарное предприятие "Институт БелНИИС"
УДК 624.043.2(075.8):721.011.25
УТВЕРЖДАЮ
Директор НИЭП УП "Институт БелНИИС"
А. И. Мордич
"___" 2002 г.
ОТЧЕТ
о научно-исследовательской работе
ЭФФЕКТИВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ МНОГОЭТАЖНЫХ
ЖИЛЫХ ДОМОВ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ (12...25 этажей) ДЛЯ
УСЛОВИЙ СТРОИТЕЛЬСТВА В МОСКВЕ И ГОРОДАХ МОСКОВСКОЙ
ОБЛАСТИ, НАИБОЛЕЕ ПОЛНО УДОВЛЕТВОРЯЮЩИЕ СОВРЕМЕННЫМ
МАРКЕТИНГОВЫМ ТРЕБОВАНИЯМ
Директор института БелНИИС,
к.т.н, иностранный член РААСН А. И. Мордич
Минск 2002
2
СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ
|
Научный руководитель работы, директор БелНИИС, канд. техн. наук, с. н. с. |
А. И. Мордич |
|
Зав. лабораторией несущих конструкций |
В. Н. Белевич |
|
Научный сотрудник, к.т.н. |
В. Н. Симбиркин |
|
Вед. инженер |
Д. И. Навой |
|
Инженер |
А. Н. Миронов |
|
Инженер |
В. П. Райчев |
|
Инженер |
А. И. Чубрик |
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
1. Основные конструктивные системы многоэтажных жилых и общественных
зданий московского назначения высотой до 12...25...30 этажей 9
Отечественный опыт (б. СССР, Россия, Белоруссия) 9
Зарубежный опыт строительства многоэтажных жилых домов и общественных зданий 30
Архитектурно-строительные системы многоэтажных зданий, разработанные в Белоруссии 58
Технико-экономические показатели многоэтажных жилых домов основных конструктивных систем 70
ВЫВОДЫ 72
ЛИТЕРАТУРА 73
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Результаты натурных исследований 18-этажного жилого дома
серии Б1.020.1-7 на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок 76
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Акты проведения натурных испытаний сборно-монолитного
каркаса серии Б1.020.1-7 97
4
ВВЕДЕНИЕ
Строительство жилья для конкретного потребителя повлекло за собой существен-ное ужесточение архитектурных требований и соответственное изменение подхо-дов к конструированию жилых зданий массового назначения. К настоящему вре-мени вместо массового типового строительства на территории бывшего СССР наметился переход к индивидуальным архитектурным решениям жилых домов. В таких домах потребовалось обеспечивать свободные и трансформируемые по же-ланию потребителя на любой стадии проектирования, строительства и эксплуата-ции планировочные решения, индивидуальный облик здания, исключающий мо-нотонность территориальной застройки. Вместе с тем, современный комфорт и удобство проживания в таких домах должны сочетаться с минимальными затра-тами на их строительство и эксплуатацию. Потребность унификации строительст-ва вызывает необходимость сохранить одинаковый подход к конструированию многоэтажных жилых домов, общественных и административных зданий.
Архитектурные решения каждого здания в значительной мере определяется кон-кретной градостроительной ситуацией и кроме обязательных нормативных требо-ваний должны выражать определенные эстетические качества, учитывать при-вычки, психологические и иные факторы, присущие конкретному населенному образованию. В частности, Москва – один из крупнейших мегаполисов земли, яв-ляется политическим, экономическим и культурным центром не только России, но одним из центров и всей земной цивилизации. Поэтому к возводимым в Моск-ве гражданским зданиям и сооружениям должны предъявляться особо жесткие архитектурные и эстетические требования, обусловленные необходимостью со-хранить и преумножить национальные достижения и традиции архитектурной классики России, сохранить стиль, присущий только этому уникальному городу [8, 15]. С другой стороны, большая концентрация людей и объектов их деятельно-сти на ограниченной площади, перенаселенность города, когда на сознание людей воздействуют большие психологические нагрузки, в архитектуре города требует-ся в наибольшей мере реализовать гуманизм. В этом случае приходится возводить многоэтажные и высотные (17-25 и более этажей) здания для обеспечения ком-
5 пактности города. Но все эти здания, по нашему мнению, должны иметь не абст-
рактный, а индивидуальный облик, не вызывающий у людей чувств подавленно-
сти или раздражения. Их помещения должны быть удобными для работы или
проживания, представлять возможности для отдыха и психологической разгрузки,
иметь индивидуальную планировку и помещений по вкусу потребителя (жильца),
позволять их трансформацию с минимальными затратами на любой стадии экс-
плуатации по мере изменения вкусов или желаний потребителя.
На архитектуру городов Подмосковья несомненное влияние оказывает градо-строительная политика Москвы. В этих городах [12...15], как и на периферии Мо-сквы, можно ожидать строительство зданий высотой 12...17 этажей. Вместе с тем, по мере удаленности от Москвы, реализуя естественную потребность людей, воз-растает удельный объем строительства малоэтажных зданий (9-7-5 этажей и ме-нее). Для всех городов важнейшей также является задача рациональной организа-ции объектов их инфраструктуры (предприятий бытового обслуживания, торгов-ли, лечебных и учебных заведений, гаражей-стоянок и т.д.), которые требуется размещать компактно и максимально близко к жилью.
Каким же образом разрешить противоречивые требования – снизить стоимость строительства и эксплуатации гражданских зданий и одновременно повысить до современных их потребительские качества? Основой для их разрешения является применение таких конструктивных решений, которые при конкретном проектиро-вании обеспечивают минимальную материалоемкость здания, раскрывают прак-тически неограниченные возможности для принятия любых архитектурно-планировочных решений. Известно, что прямые затраты на возведение зданий оп-ределяются прежде всего стоимостью использованных материалов (до 65%), включают стоимость эксплуатации машин и механизмов (6...12%) и заработную плату (14...30%). Логично сконцентрировать усилия на сокращении материальных затрат. Наиболее действенным в сокращении материалоемкости зданий и соору-жений является применение многократно статически неопределимых конструк-ций вместо статически определимых. В этом случае усилия в наиболее нагружен-ных сечениях элементов конструкций могут быть уменьшены до 2-х раз, а расход
6 арматурной стали и бетона сокращается на 30...40%, практически полностью мо-
гут быть исключены сварочные работы. Последнее существенно снижает энерго-
и трудозатраты на возведение. Вместе с тем, статически неопределимые конст-
рукции позволяют решить и вторую половину задачи. Например, увеличив проле-
ты плоских неразрезных перекрытий практически без дополнительных матери-
альных затрат, можно расчистить пространство в объеме здания от вертикальных
несущих элементов, применив устанавливаемые в любом требуемом месте пере-
городки, выполнить свободную планировку помещений, устроить любой формы
консольные выпуски перекрытий из объема здания в любом месте, требуемом для
его архитектурной реализации.
Известно, что выбор конструктивной несущей системы жилого дома определяется в первую очередь его высотой, а общественного здания также и назначением [1]. С увеличением высоты зданий возрастают нагрузки на вертикальные несущие элементы, что требует развития размеров их сечений, применения более прочных материалов. Так, при высоте зданий до пяти этажей вертикальные несущие конст-рукции не перегружены, и можно применять привычные стеновые системы с по-перечными и/или продольными несущими стенами, а также и сборные конструк-ции. Для зданий высотой выше 5-ти этажей, как правило, требуется разделить функции несущих и ограждающих конструкций и иметь цельный на все здание несущий остов, воспринимающий все приложенные к нему вертикальные и гори-зонтальные нагрузки. Наружные стены и перегородки в таком случае выполняют в основном функции ограждающих конструкций, но они должны быть способны воспринять и нагрузки, действующие в пределах одного этажа (включая ветровые для наружных стен).
В качестве несущего остова для зданий высотой от 5-ти до 9-ти этажей включи-тельно наряду с рамно-связевыми каркасами допустимо применять несущие про-странственные конструкции, включающие неразрезные плоские диски перекры-тий, опертые на поперечные несущие стены, расположенные с большим шагом (7.2 м и более). В зданиях высотой свыше 9-ти этажей во всех случаях должны применяться пространственные рамно-связевые каркасы, выполняемые преиму-
7 щественно, как и в предыдущем случае, в монолитном или сборно-монолитном
железобетоне, а также с применением стальных и сталебетонных конструкций.
Конструктивное решение многоэтажного дома и применяемые материалы должны
иметь технико-экономическое обоснование.
Очевидно, что несущие конструкции многоэтажных зданий следует располагать внутри их объема, и влияние циклических температурных воздействий окружаю-щей воздушной среды на них должно быть сведено к минимуму. Для этого на-ружные стены в домах свыше 5-ти этажей во всех случаях следует выполнять ли-бо поэтажно опертыми, либо навесными на несущий остов. В целом это позволяет существенно, по сравнению с традиционными панельными или кирпичными до-мами, снизить массу наружных стен и всего здания, обеспечить однородное тер-мическое сопротивление по всей поверхности наружных стен и сократить затраты тепла при эксплуатации домов до минимума. Кроме того, исключение перемен-ных температурных воздействий на несущие конструкции исключает появление в них циклически изменяющихся температурных деформаций и усилий, а также по-вышает благодаря этому долговечность и эксплуатационную надежность здания в целом.
Обобщая все сказанное выше, можно сформулировать главные требования к кон-структивным системам современных зданий высотой до 25 и более этажей, за-ключающиеся в следующем. Системы должны:
1) представлять практически неограниченные возможности объемно-
планировочного построения и формообразования здания,
иметь минимальное материало- и энергопотребление на возведение здания и на этой основе обеспечивать минимальную стоимость их строительства, максималь-но использовать имеющуюся местную сырьевую и производственную базу,
обеспечивать высокий темп возведения зданий, всепогодность строительства при минимальных затратах на строительство в зимних условиях,
простыми средствами обеспечивать требуемую тепловую защиту и максималь-ную энергоэффективность здания при эксплуатации, возможность применения
8 современных регулируемых инженерных систем отопления и вентиляции.
С позиции этих требований рассмотрим наиболее известные конструктивные сис-темы многоэтажных зданий, применяемые или применявшиеся в отечественном и зарубежном строительстве, что позволяет определить наиболее эффективные ва-рианты строительных систем для применения в Москве и Московской области.
9
1. Основные конструктивные системы многоэтажных жилых и обществен-ных зданий московского назначения высотой до 12...25...30 этажей
1.1. Отечественный опыт (б. СССР, Россия, Белоруссия)
Ориентация строительства в б. СССР на преимущественное применение в зданиях и сооружениях сборного железобетона привело к применению с 1962...67 г.г. в зданиях высотой до 30 этажей в качестве основного вида несущей системы уни-фицированного связевого каркаса с шарнирным объединением ригелей и колонн в узлах рам [2...4]. При таком каркасе его рамы полностью исключены из работы на восприятие горизонтальных ветровых нагрузок. Для восприятия последних в не-сущей системе здания предусмотрены различной формы в плане вертикальные диафрагмы и ядра жесткости [4, 5].С применением таких каркасов реализованы например: комплексы административных (26 этажей) и жилых (25 этажей) зданий на проспекте Калинина в Москве (1967...68 г.г.). В основу компоновки каркаса положены поперечные рамы с пролетами по схеме 4.50 + 3.00 + 4.50 м и с про-дольным шагом их, равным 6.00 м. Здание общей длиной в плане около 110 м имело в середине ядро жесткости сложного профиля и в торцах в плоскости попе-речных рам – плоские диафрагмы жесткости. Унифицированный связевый каркас использован в построенных в Москве по ул. Марксистской 16-ти этажных жилых домах, в 17-ти этажных жилых домах по Бутырской улице, 25-ти этажном жилом доме с центральным монолитным ядром жесткости в Хорошево-Мневниках (1980 г.), 25-ти этажных жилых домах на Ленинском проспекте. В целом унифициро-ванный сборный связевый каркас серии 1.080-1/83 широко применялся по стране от Бреста до Владивостока для строительства в основном многоэтажных общест-венных и производственных зданий.
Каркас зданий этой серии включает сборные колонны квадратного сечения 40х40 см длиной на один, два и более этажей. Колонны в уровне дисков перекрытий снабжены короткими консолями для опирания на них сборных железобетонных ригелей. Последние имеют подрезку по концам, которыми их опирают на консоли колонн. В местах опирания ригелей их объединяют на консолях колонн шарнир-ными узлами в рамы посредством сварки. Ригели выполнены с нижними полками
10 для опирания на эти полки многопустотных плит. Многопустотные плиты, обра-
зующие настил перекрытия, омоноличены по боковым сторонам межплитными
швами и торцевыми швами, в которые уложен строительный раствор. Кроме того,
вдоль рядовых плит в створах колонн укладывают связевые плиты, закрепляемые
по концам на сварке к поперечным рамам каркаса. Наиболее распространенный
размер сетки колонн 6.0х6.0 м, но он может иметь и другие размеры. Для этого в
каждом конкретном случае требуется расширять номенклатуру сборных конст-
рукций и изделий для каркаса.
Наружные стены многоэтажных зданий серии 1.020-1/83 традиционно выполняли с применением навесных на каркас сборных панелей полосовой разрезки с про-стенками на уровне оконных проемов. По этой причине за этими зданиями закре-пилось название каркасно-панельных. В последнее время начали применять по-этажно опертые наружные стены, выполненные с применением каменной кладки (ячеистобетонные, многослойные кирпичные с эффективным утеплителем и т.п.).
В представленном сборном каркасе многоэтажного здания диски перекрытий не являются плоскими, а содержат выступающие книзу в объем помещений полки ригелей и консоли колонн (рис. 1.1). Как правило, вовнутрь помещений выступа-ют и колонны крайних рядов. Таким образом, требуется устройство подвесных потолков, что в массовом строительстве сопряжено с серьезными дополнитель-ными затратами. Эти дополнительные затраты связаны не только с прямыми за-тратами на устройство подвесных потолков, но и обусловлены потребностью раз-вивать высоту этажа и здания в целом, появлением неиспользуемых объемов зда-ний. На практике, в случаях применения этого каркаса в жилых домах, предпри-нимаются попытки "запрятать" выступающие книзу части перекрытий в ограж-дающих конструкциях (см. рис. 1б). Однако, из-за громоздкости выступающих частей, они не могут быть полностью скрыты в объеме ограждающих конструк-ций. Поэтому такой сборный каркас существенно ограничивает планировочные возможности здания. Кроме того, для получения требуемых архитектурных реше-ний жилых домов с каркасами серии 1.020-1/83 требуется увеличение количества колонн как в середине здания, так и по его периферии.
11
а)
б)
Рис. 1.1. Стадия строительства многоэтажного жилого дома со сборным каркасом
серии 1.080-1/83. Нижняя поверхность междуэтажных перекрытий
а – узел сопряжения ригелей с колоннами; б – попытка "спрятать" в наружных стенах
и перегородках выступающую в объем помещения нижнюю часть ригелей
12 Например, из-за невозможности устройства консольных выпусков ригелей за на-
ружные ряды колонн выполнение балконов, лоджий, эркеров, уступов фасадов и
т.д., сопровождается установкой дополнительных, ненужных в обычных каркасах,
колонн (рис. 1.2). Чтобы исключить температурные деформации дополнительных
колонн, вызываемые изменениями температуры наружного воздуха, балконы и
эркеры, выполненные на этих колоннах, вынуждены обустраивать дополнитель-
ными наружными стенами (см. рис. 1.2б). Таким образом, жилые здания с приме-
нением сборного каркаса оказываются неоправданно материалоемкими и, следо-
вательно, дорогими по стоимости возведения, некомфортными и неэффективны-
ми при эксплуатации.
Основной конструктивной системой для строительства жилья на территории СССР являлась полносборная стеновая (бескаркасная) система жилых зданий с применением панельных конструкций [4, 7, 8]. Жилые дома с применением этих конструктивных решений строили высотой до 20...25 этажей. В этих конструкци-ях не разделены функции несущих и ограждающих конструкций, а общая проч-ность и устойчивость здания обеспечивается совместной работой под нагрузкой его несущей системы, образованной внутренними и наружными вертикальными панельными стенами, связанными между собой в уровнях перекрытий сборными плоскими плитами. Конструкции этих домов различаются размещением внутрен-них стен (поперечное, продольное, продольное и поперечное одновременно), раз-мером шага стен (с узким шагом до 4.2 м и с широким шагом до 7.2...9.0 м). На рис. 1.3, заимствованным из книги [7], представлены примеры реализации в па-нельных конструкциях зданий высотой 17...25 этажей. Для строительства таких зданий потребовалось выполнить экспериментально-теоретические исследования, накопить данные о действительной несущей способности несущих стеновых па-нелей и, особенно, их платформенных стыков. Решались сложнейшие научно-технические задачи пространственной жесткости и устойчивости зданий. В каче-стве вертикальных диафрагм жесткости 25-ти этажных домов применяли трех-слойные сборно-монолитные стенки, в которых между двумя сборными панелями укладывали слой монолитного бетона. Диски перекрытий выполняли в виде не-разрезной трехпролетной в поперечном направлении железобетонной плиты и т.д.
13
а)
б)
Рис. 1.2. Строительство многоэтажного жилого здания с применением сборного
железобетонного каркаса серии 1.080-1/83
а – стадия монтажа каркаса, б – устройство наружной стены и лоджии
14
Рис. 1.3. Здания высотой 17...25 этажей, построенные в Москве
с применением панельных конструкций
а – общий вид 25-ти этажного жилого панельного дома по пр. Мира, б – 22-х этажный жилой
дом, в – 17-ти этажный жилой дом серии 11-44 (ДСК-1 Главмосстрой) и планировка секции ти-
пового этажа, 1 –·поперечные несущие панельные стены толщиной 140 и 180 мм,
2 – трехслойные железобетонные панели, 3 – балконы
15 На основе панельных конструктивных систем в последние годы в Москве были
продолжены попытки [8] получения более совершенных архитектурно-
конструктивных решений, из которых наибольшую известность получили ПД
1Ан ("Антей"), на основе прежней серии П44, блок-секции серии ПЗМ (Москов-
ский ДСК-3) на шаге поперечных стен 4.2 м для домов высотой до 16-ти этажей и
др.
Не останавливаясь подробно на конструкциях панельных зданий, отметим, что полносборная панельная система зданий является закрытой жесткой конструк-тивной системой, которая допускает частичную трансформацию объемно-планировочных решений таких зданий только при весьма значительных матери-альных затратах на переоснащение домостроительных предприятий. Эта система зданий внесла самый значительный и определяющий вклад в однообразие жилой застройки всех городов Советского Союза. Поэтому с учетом ее потребительских качеств и технико-экономических показателей представленных ниже, в современ-ных условиях для массового строительства ее применение нецелесообразно.
Для конструктивных систем многоэтажных зданий, выполняемых с применением сборного железобетона, имеется еще один общий недостаток, определяемый их сущностью. Это – сварные соединения железобетонных элементов, требующие при возведении здания значительных энергозатрат на сварочные работы, а также затрат на антикоррозионную защиту. В домах повышенной этажности (40 м и выше) с резко возросшими значениями горизонтальных нагрузок, появлением ди-намической составляющей в их значениях, циклическим и знакопеременным ха-рактером этих воздействий возникают проблемы обеспечения надежности и дол-говечности таких домов, существенно зависящих от долговечности и выносливо-сти сварных соединений. Наличие воздушных зазоров в стыках конструктивных элементов сборной несущей системы многоэтажных зданий, невозможность в ря-де случаев качественного заполнения и зачеканки стыков швов раствором, а так-же наличия узлов, жесткость которых определяется только жесткостью сварных соединений увеличивает податливость и снижает жесткость всей сборной несу-щей системы многоэтажного здания, что приводит также к ухудшению его экс-
16 плуатационных динамических характеристик. В результате, люди, проживающие
или находящиеся на верхних этажах таких зданий будут испытывать дискомфорт
и ощущать динамические смещения (зыбкость и вибрацию) конструкций. Все
указывает на то, что многоэтажные жилые и общественные здания повышенной
этажности с применением сборных железобетонных конструкций не могут удов-
летворять современным потребительским качествам и не могут рекомендоваться
для современного жилищного строительства.
Многоэтажные жилые дома и общественные здания с наружными стенами из мо-нолитного бетона, кирпича, мелких и крупных бетонных блоков и т.п. еще недав-но возводили высотой до 14…16 этажей. В этих домах функции несущих и огра-ждающих конструкций не разделены, и нагрузка от перекрытий передается на на-ружные и внутренние стены. В результате, с ростом этажности в стенах здания сосредотачиваются значительные усилия, требующие применять достаточно прочный материал в стенах и развивать размеры их сечений. Поэтому, при высоте свыше 5 этажей эти дома отличаются неоправданно высокой материалоемкостью и массивностью, их удельная масса составляет 2.5…3.5 т и более на каждый кв. м общей площади (для сравнения, удельная масса даже панельного дома высотой на 9…12 этажей не превышает 2 т/м2).
Вследствие значительных по величине размеров сечений вертикальных несущих элементов многоэтажных зданий высотой свыше 5 этажей, внутренние объемы их загромождены несущими стенами, и объемно планировочные решения получают-ся весьма жесткими, они маловариабельны и трудно трансформируемы. В таких домах, чтобы обеспечить их требуемую тепловую защиту, также приходится при-менять системы наружного утепления, что существенно удорожает их строитель-ство. Кроме того, при эксплуатации, из-за трудности обеспечить совместность вертикальных деформаций разнонагруженных внутренних и наружных стен, в местах их сопряжения, вследствие высокого уровня постоянной нагрузки, как правило, возникают достаточно серьезные и практически неустранимые дефекты в виде крупных косых (сдвиговых) трещин в стенах, вызывая дискомфорт у по-требителя.
17 Область рационального применения таких домов ограничены высотой до 5 эта-
жей [1], когда несущие стены не перегружены, имеют приемлемые размеры сече-
ний и позволяют получать достаточно разнообразные объемно-планировочные
решения. В этих пределах высоты конструкция домов является конкурентоспо-
собной с другими даже самыми прогрессивными конструктивными решениями,
поскольку технология возведены этих домов проста и привычна подрядчикам и
проектировщикам и практически не требует дополнительной технологической ос-
настки. Для возведения таких домов применяют традиционные материалы и изде-
лия (кирпич, раствор, многопустотные плиты, монолитный бетон, ячеистобетон-
ные камни, сборные бетонные и железобетонные блоки и элементы, и т.п.). Про-
стыми средствами решается и современная тепловая защита зданий с применени-
ем эффективных утеплителей в трехслойной стеновой кладке, наружных одно-
слойных стен из ячеистобетонных камней, конструкций наружных стен с венти-
лируемыми фасадами и т.п.
По сравнению с рассмотренными выше конструктивными системами многоэтаж-ных зданий несомненным достижением явился каркас системы КУБ – конструк-ция универсальная безбалочная [10, 11]. Эта система, разработанная в различных вариантах (КУБ-1, КУБ-2, КУБ-2М, КУБ-МК2, и КУБ-3), включает рамно-связевый несущий железобетонный каркас (КУБ-1, КУБ-2 с модификациями) или связевый каркас (КУБ-3). Каркас в любой модификации имеет регулярную сетку колонн, равную 6 м. Внутренние и наружные стены выполняют только ограж-дающие функции. Наружные ограждения могут быть выполнены в виде самоне-сущих стен [16]. Перегородки выполняют либо из кладочных материалов, либо каркасно-обшивными из листовых изделий на металлическом каркасе из гнутых профилей.
Система предназначена для жилых, общественных и промышленных зданий, воз-водимых как в обычных условиях, так и в районах с сейсмикой до 8-9 балов в раз-личных климатических поясах. Жилые здания этой системы (рис. 1.4.) имеют плоские диски перекрытий, рассчитанные под нагрузку на них до 12 кПа. Диски перекрытий включают сборные надколонные железобетонные плиты 2800х2800
18 мм со сквозным проемом в их середине для насаживания на установленные в про-
ектное вертикальное положение колонны. Сборные колонны сечением 400х400
мм, изготовленные высотой на 2…3 этажа (рис.1.5.), в в уровнях дисков перекры-
тий имеют утончения поперечных сечений. В этих местах бетон по углам колонн
удален, оставшаяся часть бетонного сечения выполнена прямоугольной формы,
но повернута в плане относительно главных осей колонны на 900. Продольная
сквозная арматура колонн по углам обнажена.
Рис. 1.4. Конструкция многоэтажного здания конструктивной системы "КУБ", вариант КУБ-2
а – принципиальная схема каркаса; б – узел сопряжения колонны с надколонной плитой; в – стык (шов) сопряжения надколонной плиты с промежуточными плитами; г – стык сопряже-ния кромки плиты с наружной стеной; д – общий вид фрагмента здания; е – сопряжение надко-
лонной плиты с колонной после омоноличивания
19
а)
•)
m
I
U
ii-я-
5 Hi I
tt
4
Рис. 1.5. Изделия заводского изготовления для конструктивных систем КУБ-2 и КУБ-3 а - панели перекрытия для схемы КУБ-2; б -то же для схемы КУБ-3; в - колонна, лестничный марш, стеновая панель, 1 - надко-лонные плиты, 2 - надколонные плиты крайнего ряда колонн (варианты), 3 - межколонные плиты, межколонные плиты, 4 - межколонные плиты в наружных рядах колонн (варианты), 5,6 - варианты межколонных плит, в т.ч. кессонированные и применяемых в качестве несъемной опалубки
После обварки обечайки отверстия надколонной плиты, размещенной в проектное положение на колонне, в проем плиты укладывают бетон омоноличивания. Затем на кромках надколонных плит либо закрепляют межколонные плиты (КУБ-1, КУБ-2, КУБ-3) и объединяют между собой по швам омоноличивания, либо под-вешивают опалубку и бетонируют оставшиеся монолитные части диска перекры-тия (КУБ-2М и др). Смонтированные сборные плиты перекрытия могут быть так-же использованы в качестве несъемной опалубки (КУБ-2К и КУБ-2КМ) для сбор-но-монолитных перекрытий повышенной несущей способности.
20 Система КУБ разработана совместно институтами МНИИТЭП и ГипроНИИ РАН
и предназначена для строительства жилых, общественных и производственных
зданий высотой до 16 этажей. Как ясно из представленных данных, она отличает-
ся отсутствием выступающих частей из дисков перекрытий и из многоярусных
колонн. Благодаря омоноличиванию сборно-монолитных дисков перекрытий с
колоннами в несущей системе при эксплуатации реализуется многократно стати-
чески неопределимая рамная конструкция. В сочетании с вертикальными диа-
фрагмами жесткости каркас работает на восприятие вертикальных и горизонталь-
ных нагрузок по рамно-связевой схеме. КУБ-3 – связевый каркас. При условии
обеспечения требуемой прочности колонн, включая стыки нижних этажей, при
применении сборно-монолитных и монолитных диафрагм и ядер жесткости, и
решении вопроса требуемой несущей способности фундаментов, нет видимых ос-
нований для ограничения высоты здания этой системы 16 этажами. В зданиях
этой системы существенно расширены возможности для разнообразия их объем-
но-планировочных построений. Здания системы «КУБ» получили достаточно ши-
рокое распространение. Первоначально их преимущественно применяли в сейс-
мических районах, в Казахстане, советскими строителями в Монголии. Для изго-
товления сборных элементов использовали домостроительные предприятия. В на-
стоящее время их применяют в Москве, в Центральных регионах России, на Ура-
ле и др.
Вместе с тем, дома системы КУБ имеют и недостатки. Технология их возведения непростая. При монтаже надколонную плиту требуется насаживать на колонну в труднодоступном месте, что требует дополнительных затрат на обеспечение безопасности. Узел соединения надколонной плиты с колонной отличается повы-шенной металлоемкостью, требуемой на устройство обечайки и приварку опор-ных пластин. Требуется большой объем сварных работ в этом узле для объедине-ния колонны с надколонной плитой. Кроме того трудно, практически невозмож-но, обеспечить ровность и плоскостность нижней поверхности диска перекрытия, образованной отдельными сборными квадратными плитами и швами омоноличи-вания, проходящими вперекрест по всему полю диска перекрытия. Это вызывает
21 дополнительные затраты на отделку потолков либо посредством штукатурки, ли-
бо выполняя их подвесными. Выполнение каркаса с регулярной сеткой колонн
при постоянном шаге 6 м и с применением только сборных квадратных плит так-
же ограничивает возможности и по архитектурно-планировочным решениям зда-
ния, затрудняет устройство фасадов со сложной поверхностью. К недостаткам
следует отнести и необходимость опережающего возведения сначала каркаса, а
затем – наружных стен. Это замедляет темп устройства внутреннего оборудова-
ния и отделки здания.
Высокое качество потолочных поверхностей имеет место при возведении зданий методом подъема перекрытий или этажей [16…18], при котором перекрытия в ви-де плиты с отверстиями под колонны поднимают гидродомкратами снизу и фик-сируют в проектном положении на установленные заранее колонны. Однако эта технология возведения чрезвычайно сложна, требует наличия специального обо-рудования (гидродомкраты с синхронным и большим ходом штока, насосные станции, направляющие, фиксирующие и страховочные средства и т.д.), а также требуется высококвалифицированный и обученный производственный персонал. Попытки освоить эту технологию, кроме Армении, имелись в Москве и Ленин-граде, однако какого-то широкого применения, в отличие от системы КУБ, эта технология не получила. Вместе с тем, следует заметить, что с применением ме-тода подъема перекрытий многоэтажные здания повышенной этажности (до 27 этажей и выше), в Польше [19] (в Катовицах, в Вроцлове и др).
Наряду с многоэтажными каркасными зданиями системы КУБ применение в практическом строительстве получили и здания каркасной системы ИМС с пред-напряжением плоских перекрытий в построечных условиях [21...23]. Эта ориги-нальная и нетрадиционная конструктивная система была предложена в 1957 г. в Югославии проф. Б.Жежелем. Все элементы каркаса этой системы (рис. 1.6.) – плиты перекрытий, бортовые элементы и колонны объедены друг с другом в про-цессе монтажа только за счет трения и усилия обжатия [21]. При монтаже каркаса сначала устанавливают колонны. Колонны высотой на 2…3 этажа в уровне дис-ков перекрытий имеют сквозные отверстия в направлениях створов колонн для
22 пропуска сквозной канатной арматуры. На временных металлических площадках,
закрепленных на колоннах, в проектное положение сначала укладывают сборные
железобетонные плиты, снабженные вырезами по углам. Пространство между ко-
лоннами и плитами зачеканивают высокопрочным раствором. На всю ширину и
длину здания протягивают сквозную канатную арматуру с концами, выпущенны-
ми за наружные ряды колонн. На одном конце канатов (на кромке перекрытия)
закреплены (обжаты) анкера, а на другом — размещены захваты натяжного дом-
крата. Затем, после набора раствором зачеканки требуемой прочности, производят
натяжение свободных канатов на остов диска перекрытия, образованный сборны-
ми плитами перекрытий и пересекающими их колоннами. Таким образом, к осто-
ву диска перекрытия по его контуру в крайних колоннах, оказывается приложен-
ным обжимающие усилие заданной величины. После завершения натяжения про-
изводят иньецирование полимерцементным раствором отверстий с канатами в ко-
лоннах, под низ плит под зазоры, образовавшиеся в створах колонн, подвешивают
опалубку и укладывают монолитный бетон. Затем все операции повторяют на
следующем перекрытии.
Рис. 1.6. Несущий каркас ИМС с натяжением рабочей арматуры в построечных условиях
для многоэтажных гражданских зданий а – принципиальная конструкция каркаса; 1 – консольное перекрытие; 2 – перекрытие с отвер-стием для лестницы; 3 – колонна; 4 – типовое перекрытие; 5 – напрягаемая канатная арматура;
6 – фасадная распорка; б – конструкция узла примыкания плит перекрытия к колонне; 1 – контактный шов;
2 – плита; 3 – канат К-7; 4 – колонна
При размерах ячейки до 4.2х4.2 м сборные плиты выполняют размерами на ячей-ку, при размерах до 6.0х6.0 м – ячейку образуют из двух плит, объединенных в
23 середине ячейки посредством сварки по шву с зачеканкой его монолитным рас-
твором. Больший размер ячейки каркаса ИМС, как правило, не применяется. Па-
нель перекрытия может быть выполнена ребристой с подвесным потолком, либо в
виде круглопустотной плиты с усиленным контуром для восприятия сжимающих
усилий преднапряжения. Сечение колонн 40х40 см. С начала 80-х годов в Тбили-
си (ТбилЗНИИЭП), Чебоксарах и других городах были возведены каркасные жи-
лые и общественные здания системы ИМС. Причем, наибольшая высота постро-
енных в Тбилиси зданий (в сейсмической зоне) составляла 16 этажей. Значитель-
ные проектные проработки зданий этой системы для строительства в Краснодар-
ском крае проделал институт Курортпроект (Москва).
Вместе с тем, система ИМС имеет серьезные недостатки. Необходимо отметить, что в силу принятых предпосылок, конструктивное решение перекрытия не удов-летворяет требованиям п. 1.7. СНиП 2.03.01-84*. Сечения по контакту сборных плит с монолитными ригелями, в которых размещена преднапряженная арматура, являются не армированными, поскольку их не пересекает никакая рабочая арма-тура. Указанный пункт 1.7 СНиП запрещает применять такие изгибаемые конст-рукции, поскольку разрушение неармированного бетонного сечения изгибаемого элемента (перекрытия) представляет непосредственную угрозу для жизни, нахо-дящихся под перекрытием людей. Кроме того, натяжение сквозной напрягаемой арматуры при наличии значительного количества контактных мест колонн с пли-тами приводит к перенапряжениям углов сборных плит. Усилие преднапряжения, концентрируясь в крайних колоннах, может вызвать их разрушение еще на стадии передачи на них усилий обжатия. Очень большая роль в работе перекрытия под нагрузкой принадлежит сквозной напрягаемой арматуре, которая по граням ко-лонн воспринимает значительные срезывающие (нагельные) усилия от нагрузки, приложенной к перекрытию. При недостаточно тщательном инъецировании кана-лов в колоннах с канатной арматурой в этих местах может иметь место сосредо-точенная ее коррозия, вследствие возможного образования достаточно крупных усадочных трещин в монолитном необжатом бетоне по контакту с боковыми гра-нями колонн и доступа влаги к канатам. Кроме того, технология возведения кар-
24 каса системы ИМС сложна, требует специализированного технологического обо-
рудования и подготовленного персонала. С учетом сказанного каркасные здания
системы ИМС в массовом строительстве широкого распространения не получили.
Высокой надежностью отличаются плоские сборно-монолитные перекрытия "Со-чи", разработанные ЦНИИЭП зрелищных зданий и спортивных сооружений [24, 25]. Конструкция этого перекрытия была запроектирована в 1962 году для возве-дения здания санаторного корпуса в г. Сочи. Это перекрытие представляет собой плоскую сборно-монолитную плиту, опертую на колонны, размещенные в плане с шагом до 7.2 м включительно в обоих направлениях. Плита перекрытия (рис. 1.7) включает сборные многопустотные плиты с открытыми с обоих концов пустота-ми, в которых на глубину не менее 50 мм установлены заглушки. Между торцами многопустотных плит в створах колонн устроены монолитные железобетонные ригели. В поперечном направлении вдоль ригелей в створах колонн также выпол-нены монолитные железобетонные ригели с шириной, равной ширине стороны сечения колонны, а между плит размещены монолитные железобетонные балки шириной не менее 100 мм. Таким образом, сборные многопустотные плиты ока-зываются вбетонированными в монолитный диск перекрытия и окаймлены со всех сторон монолитными железобетонными балками.
Рис. 1.7. Фрагмент сборно-монолитного
плоского перекрытия "Сочи"
1 – монолитные ригели, 2 – сборные
многопустотные железобетонные панели
перекрытия, 3 – сборные железобетон-
ные колонны, 4 – приколонные монолит-
ные балки, 5 – монолитные балки между
панелями
25 Конструкция перекрытия "Сочи" пригодна для рамных и рамно-связевых карка-
сов многоэтажных зданий. Под нагрузкой оно работает как единая плита с точеч-
ным опиранием на колонны и отличается повышенной жесткостью при изгибе
(малыми прогибами) от вертикальной нагрузки. Здания с перекрытиями "Сочи"
благодаря жесткому объединению элементов характеризуются также и повышен-
ной сейсмостойкостью, общей устойчивостью и жесткостью. Каркасы с перекры-
тиями "Сочи" представляют широкие возможности для гибких и разнообразных
архитектурно-планировочных решений благодаря выполнению перекрытий пло-
скими при достаточно больших размерах сетки колонн до 7.2х7.2 м включитель-
но.
Вместе с тем, перекрытие "Сочи" недостаточно экономично, оно отличается по-вышенным расходом металла на его устройство, поскольку все монолитные риге-ли (в створах колонн) и балки между боковыми сторонами плит содержат допол-нительное армирование. Большая поверхность выступающих книзу перекрытия монолитных конструкций требует дополнительных трудозатрат на отделку их по-верхностей. Эти и другие недостатки конструкции перекрытия "Сочи" не позво-лили ей получить широкого распространения в массовом строительстве. Известно строительство зданий с перекрытиями "Сочи" в Краснодарском крае.
В последние годы все более широкое применение при строительстве многоэтаж-ных жилых и общественных зданий в отечественной строительной практике на-чинают находить монолитные железобетонные каркасы (рис. 1.8). Эти каркасы проектируют рамными и рамно-связевыми в соответствии с действующей норма-тивной документацией с учетом требований Руководства [26]. Разработанные и освоенные на практике опалубочные и опорные устройства позволяют сравни-тельно просто и с достаточно высоким темпом возводить многоэтажные дома са-мых разнообразных архитектурных и объемно-планировочных решений. Разрабо-таны и освоены малоэнергоемкие и беспрогревные технологии бетонирования, при которых бетоны достигают требуемой прочности летом на 2-е сутки, а зимой – на 5...6-е сутки. Высокое качество бетонных поверхностей потолков (см. рис. 1.8б) практически не требует дополнительных затрат на их отделку.
26
а)
б)
Рис. 1.8. Многоэтажное жилое здание с железобетонным монолитным каркасом
а – общий вид каркаса здания в стадии строительства;
б – фрагмент монолитного каркаса
27 Кроме каркасов, для многоэтажных домов из монолитного бетона может приме-
няться несущий остов с неразрезными плитами перекрытий и широким шагом по-
перечных несущих стен (до 7...8 м). В обоих случаях наружные стены выполняют
поэтажно опертыми или навесными. Многоэтажные дома с монолитным несущим
каркасом или остовом обладают высокими жесткостными качествами при дейст-
вии горизонтальных нагрузок.
В приведенном выше обзоре основных отечественных конструктивных систем многоэтажных зданий представлены те из них, которые либо получили массовое применение, либо применение их после доработки и совершенствования конст-руктивного решения возможно для строительства жилых и общественных зданий, в том числе и повышенной этажности. Вместе с тем, испытывая неудовлетворен-ность в известных конструктивных решениях многоэтажных зданий, производи-тели домостроительной продукции различных регионов проводили ее совершен-ствование самостоятельно или с участием различных научно-исследовательских и проектных организаций. Так Самарский домостроительный комбинат №81 совме-стно с Самарским Военпроектом осуществили модернизацию конструкции круп-нопанельного дома 90 серии [27]. Увеличив шаг поперечных стен до 3.6 м и заме-нив наружные панели на трехслойные, были существенно улучшены планировоч-ные возможности, обеспечены современные требования по тепловой защите зда-ний. Однако сохранились характерные для полносборных панельных зданий же-сткие планировочные решения, однообразие застройки и т.д. В статье [28] опти-мистично заявлено о создании универсальных архитектурно-строительных систем зданий в рамках программы "Свой дом", используя унификацию сборных конст-рукций. Однако и в этом случае на основе полносборных конструкций зданий гибкие и разнообразные архитектурно-планировочные решения не получены.
В статьях [29, 32] заявлено о новой строительной системе (КЗОБ), созданной спе-циалистами фирмы "Нижневартовскстроймаркетинг" на основе использования объемных блоков. Основу системы КЗОБ составляет таврообразный объемный блок, ширина которого равна 4.2 м, длина 8.4 м, высота 3.0...3.3 м. Толщина стены и плиты таврового блока составляет 16 см. При укладке блоков вплотную друг к
28 другу полкой книзу образуются помещения шириной 4.2 м и любой требуемой
длины, ограждаемые поперечными панельными вставками, монтируемыми на за-
воде. Каждый последующий этаж здания образуется монтажом таких же блоков,
но располагаемых перпендикулярно блокам нижнего этажа. Эта система, являясь
полносборной, очевидно, пригодна для условий крайнего Севера с суровыми
климатическими условиями, где применение монолитного бетона проблематично.
Она также может быть применена для зданий высотой не выше 5 этажей, из-за
наличия "сухих" контактов между сборными элементами по высоте здания, пере-
грузка которых недопустима.
В Чебоксарах специалистами АО "КЭМП" в содружестве с ведущими отраслевы-ми институтами Москвы разработана система "Скородом" [30]. Эта система зда-ний основана на применении монолитного бетона в сочетании с мелкоштучными материалами. Основой объемно-пространственного решения домов этой системы являются ячейки с поперечными несущими стенами и перекрытиями из монолит-ного бетона, образующие сотовый каркас, который предложено обустраивать лег-кими самонесущими или навесными конструкциями стен. Собственно, принцип этой системы был известен и ранее [31]. К 1990 г. в Аксае (Казахская ССР) чеш-скими и советскими организациями было введено в эксплуатацию свыше 60 тыс. м2 жилья, выполненного в многоэтажных домах с монолитным остовом, имею-щим поперечные несущие стены. Возведение зданий осуществлено с использова-нием тоннельной опалубки.
Без сомнения, такая система пригодна и для зданий с повышенной этажностью, но она отличается регулярной структурой объемно-планировочного построения (рис. 1.9) и поэтому чаще всего эту систему применяют для домов гостиничного типа и общежитий.
29
Рис. 1.9. Монолитный туннельный каркас дома
Имеются и некоторые другие предложения по конструкциям многоэтажных граж-данских зданий, в основном направленные на совершенствование представленных выше систем. Все рассмотренные выше конструктивные системы многоэтажных зданий, за исключением зданий на основе монолитных каркасов с плоскими пере-крытиями, в должной мере не обеспечивают современные потребительские каче-ства. Они практически непригодны для устройства под ними в подземной части гаражей-стоянок, выполняемых с использованием элементов того же несущего остова, что и надземной части здания.
30
1.2. Зарубежный опыт строительства многоэтажных жилых домов и общест-венных зданий
Как в отечественной, так и в зарубежной строительной практике, конструктивное решение зданий зависит от его архитектурно-пространственного построения, оп-ределяется его назначением и высотностью. На принятие конструктивного реше-ния здания в определенной мере оказывает влияние и сложившаяся производст-венная база стройиндустрии и предприятий строительных материалов, номенкла-тура и тип выпускаемой ими продукции, сырьевые источники.
Так здания небольшой этажности (до 5 этажей) чаще всего возводят с применени-ем несущих стен, выполняемых из кладочных изделий (кирпич и керамические крупнопустотные камни, ячеистобетонные камни, вибропресованные пустотные бетонные блоки и т. п.). Перекрытия таких зданий могут быть выполнены из плит пустотного настила, ячеистобетонных плит, либо сборно-монолитными из мелких блоков и т. п. В таких зданиях возможно применение неполного каркаса из сбор-ных изделий. В подземной и надземной части таких зданий могут быть также применены сборные или сборно-монолитные стеновые панели. На рис. 1.10 и 1.11 приведены примеры строительства малоэтажных жилых зданий эффективных конструкций Deskensystem (компания «H+H Industrie GMBH», «HEINRITZ + LECHNER», Германия) с использованием многопустотных плит, панелей из лег-ких керамзитных бетонов, бетонных камней и др.
Общий вид многоэтажных панельных зданий, построенных до 1990 г. в Берлине (в ГДР) представлен на рис. 1.12. В отличие от советских панельных зданий, они отличаются высоким качеством как сборных конструкций, так и возведения зда-ний в целом. Для придания некоторого разнообразия в этих зданиях введены до-полнительные архитектурные детали в виде мансардных надстроек, пристроен-ных балконов и т. п. Однако в полной мере недостатки, характерные для панель-ных домов, в них устранить не удалось. Поэтому панельные дома, конечно, могут применяться, но в «чистом» виде их применение не носит массовый характер.
31
а)
б)
Рис. 1.10. Малоэтажные жилые дома
компании «H+H Industrie GMBH» из панельных конструкций
а – в законченном виде; б – в стадии строительства
32
а)
б)
Рис. 1.11. Устройство перекрытий из плит пустотного настила а – при несущих стенах; б – при неполном сборно-монолитном каркасе
33
а)
б)
Рис. 1.12. Общий вид панельных домов, построенных в Берлине
С увеличением этажности возрастает потребность в применении каркасных несу-щих систем, воспринимающих всю нагрузку, приложенную к зданию, и представ-ляющих наиболее широкие возможности для архитектурно-планировочных реше-
34 ний. В мировой строительной практике несущие пространственные каркасы мно-
гоэтажных зданий выполняют из сборного, сборно-монолитного железобетона с
преднапряжением и без преднапряжения в построечных условиях. С увеличением
высотности здания возрастает потребность в металле, могут применяться метал-
лические или сталебетонные каркасы. Рассмотрим наиболее известные системы
многоэтажных каркасных зданий [33, 34]. Наиболее массовое применение полу-
чили несущие каркасы, диски перекрытий которых образованы сборными предва-
рительно напряженными многопустотными плитами. Надо отметить, что послед-
ние являются одним из наиболее универсальных и наиболее эффективных конст-
руктивных элементов здания, применяемых практически для подавляющего коли-
чества типов перекрытий как при стеновых (см. рис. 1.11), так и каркасных систе-
мах.
Система Contiframe (рис. 1.13) разработана и получила применение в Великобри-тании для многоэтажных гражданских зданий с пролетами от 6.0 до 7.20 м. Ос-новными несущими элементами системы являются сборные многопролетные бал-ки (ригели) в одном направлении и сборно-монолитные балки (ригели) в другом направлении, опертые на сборные колонны высотой на этаж. По балкам уложены преднапряженные многопустотные плиты перекрытий. Соединения колонн – ви-лочные (рис. 1.14). Для этого использованы стальные стержни продольной арма-туры, выступающие кверху из колонн нижнего этажа, пропущенные через отвер-стия по концам балок (ригелей) и входящие в гнезда у торцов вышестоящих ко-лонн. Стыки колонн омоноличиваются одновременно с укладкой монолитного бе-тона сборно-монолитных балок. Описанный каркас в эксплуатационном состоя-нии, по мнению авторов [34], рассчитывается как монолитный и характеризуется высокой жесткостью узловых соединений. С таким мнением трудно согласиться, поскольку каркас имеет серьезные технологические и конструктивные недостат-ки, которые должно отрицательно сказаться при эксплуатации:
35
Рис. 1.13. Система Contiframe 1 – сборный элемент сборно-монолитной балки; 2 – многопустотная плита; 3 – колонна;
4 – арматурные выпуски; 5 – сборная балка
Рис. 1.14. Принципиальная схема вилочного стыка колонн
1 – центрирующая прокладка; 2 – выпуски рабочей арматуры верхней части колонны; 3 – гнезда
для размещения стыкуемой арматуры и заполнения высокопрочным полимерным составом
36
1. Применение колонн поэтажной разрезки, не только замедляет темп строитель-
ства, но создает по концам в каждом перекрытии по обоим его плоскостям (ниж-ней и верхней) контактные стыки в которых имеют место трудно прогнозируемые по величине и распределению контактные напряжения, способные вызвать раска-лывание и преждевременное разрушение колонн в этих стыках; по этой причине высотность здания с таким каркасом не может быть более 5 этажей.
Вилочный стык колонн поэтажной разрезки требует повышенной точности из-готовления как колонн, так и балок перекрытий для пропуска сквозной арматуры колонн. Отверстия в концевых участках балок для пропуска вертикальной арма-туры колонн серьезно снижают прочность опорных сечений балок и в целом узел сопряжения дисков перекрытий является неоправданно трудоемким и имеет не-высокую эксплуатационную надежность и долговечность.
Сочленения сборных балок 5 по длине в неразрезную также является весьма трудоемким и ненадежным.
Диск перекрытия в каркасе характеризуется примерно такими же потребитель-скими качествами для жилья, как и рассмотренный нами в п.1.1. каркас 1.020.-1/83.
Система Spanlight, разработанная в Лондонском политехническом центре, близка описанной и включает преднапряженные сборно-монолитные балки со сборным элементом корытного профиля. Как в системе ИМС (см. рис. 1.6.), сквозная на-прягаемая арматура, размещенная в корытных балках пропущена через сквозные отверстия в колоннах. Пролеты, перекрываемые в этой системе достигает в длину 8.5 м при конструктивной высоте балок перекрытий 800 мм, и многопустотных плит – 300 мм. Система при ее натурных испытаниях воспринимала распределен-ную нагрузку до 23.2 кПа (2.3 т/м2). Конструкция перекрытия не пригодна для жилья, но может быть использована для перекрытий в многоэтажных зданиях га-ражей-стоянок.
Сборно-монолитная каркасная система зданий PPB-Saret (Франция) также извест-на в Европе и франкоязычных странах Африки. Она разработана в двух вариан-
37 тах. Первый вариант – сборно-монолитный, когда несущие ригели каркаса с вы-
пусками арматуры кверху и по торцам омоноличены с применением монолитного
бетона в местах их опирания на колонны с образованием жестких рамных узлов
(рис. 1.15а).
а)
Рис. 1.15. Сборно-монолитная каркасная система PPB-Saret (франция)
а – вариант каркаса со сборно-монолитными узлами объединения колонн с ригелями (9 – этаж-
ное здание Алжирского национального университета, стадия строительства), б – вариант объе-
динения колонн с ригелями посредством высокопрочных болтов
1 – отверстия для пропуска арматуры замоноличивания; 2 – стальная консоль,
3 – отверстия для высокопрочных болтов
38 Затем по верху ригелей опирают плиты пустотного настила и омоноличивают,
пропустив в монолитном бетоне ригелей сквозную продольную арматуру на всю
ширину и длину здания. Такое конструктивное решение предназначено для
строительства в сейсмических районах. Второй вариант – сборный. В этом случае
объединение ригелей с колоннами предусмотрено по стальным консолям колонн
на болтах с укладкой монолитного бетона только в верхний слой ригелей (балок)
между торцами опертых на них плит. Рассмотренный каркас достаточно надежен
и эффективен по расходу материалов. Однако, перекрытие в законченном виде
представляет собой плитно-ребристую плиту, с выступающими книзу частями ри-
гелей, что существенно снижает его возможности по архитектурно-
планировочным построениям.
В странах Европы значительное развитие получила технология безопалубочного производства многопустотных плит и налажен выпуск технологического обору-дования для такого производства (Финляндия – Партек, Echo Engng, Германия – Spaencom, Англия – Spirol Int и др.) Для расширения их области применения, в последние годы разработано значительное количество вариантов сборных и сбор-но-монолитных каркасов с многопустотными плитами для многоэтажных каркас-ных зданий [35...45].
Так на рис. 1.16...1.19 представлены варианты сборных и сборно-монолитных каркасов многоэтажных зданий с использованием плит безопалубочного формо-вания. Эти варианты различаются способами крепления ригелей к колоннам, ти-пами разрезки колонн, конструкциями ригелей. Каркас на рис. 1.16 является, по существу, сборным и идентичным отечественному связевому каркасу серии 1.020-1/83. Отличие заключается только в том, что на колонне, выполненной сквозной на несколько этажей, закреплены короткие стальные консоли посредством болтов и закладных деталей (рис. 1.17) и к короткой консоли колонны прикреплен ригель не на сварке, а болтами.
Рис. 1.16. Конструкция и узлы сборного каркаса системы "Tempo – System"
а – фрагменты сопряжения колонны с диском перекрытия; б – вариант узла сопряжения
сборных ригелей и колонн посредством болтовых соединений;
в – опирание многопустотных плит на полки ригелей
1 – колонна; 2 – ригели; 3 – стальные консоли; 4 – многопустотные плиты;
5 – арматура слоя омоноличивания вдоль сборных ригелей
39
40
Рис. 1.17. Детали узлового соединения балок и колонн системы "Tempo – System"
1 – закладной элемент колонны; 2 – закладной элемент балки; 3 – консольный элемент колон-
ны; 4 – гнездо в закладном элементе колонны; 5 – фасонный выступ консольного элемента;
6 – втулка; 7 – болт; 8 – штырь с нарезкой; 9 – отверстие в закладном элементе балки
Рис. 1.18. Вариант сопряжения колонн поэтажной разрезки с дисками перекрытий
а – опирание концов балок (ригелей) на колонны;
б – сопряжение ригелей с многопустотными плитами;
1 – колонна; 2 – балка (ригель); 3 – многопустотная плита; 4 – центрирующая прокладка;
5 – неопреновый жгут; 7 – арматурные выпуски с резьбой кверху из торца колонны нижнего
этажа; 8 – арматурные выпуски книзу колонны верхнего этажа; 9 – строительный раствор;
10 – сквозная арматура шва омоноличивания вдоль ригеля; 11 – зазор
41
б)
а)
г)
Рис. 1.19. Выполнение в натуре конструкций каркасов “Partek-Brespa”
с многопустотными плитами в дисках перекрытий
а – вариант каркас с несущими ригелями из стального проката, б – сопряжение многопустотных
плит с монолитными ригелями, в – вид снизу на перекрытие сборного каркаса со сборными же-
лезобетонными ригелями, г – сводчатое сборно-монолитное покрытие здания
с многопустотными плитами
42 В отличие от серии «Saret», крепежные болты балки расположены не горизон-
тально, а вертикально. Вдоль ригелей в швах омоноличивания на всю ширину и
длину здания, как и в системе «Saret», пропущена сквозная арматура. Ригели в
этой серии выполнены с нижними полками на которые концами размещают мно-
гопустотные плиты. Шаг колонн в каркасе, как и длина многопустотных плит
предусматриваются до 12 м.
Примерно такая конструкция и такие же характеристики каркаса «Парма –Тат» [36], разработана фирмой «Lohja Parma Engng». Для этого каркаса предусмотре-ны, кроме квадратного сечения, колонны круглого сечения двухстадийного изго-товления: сначала — экструзионная железобетонная оболочка, а затем — ее за-полнение высокопрочным бетоном. При изготовлении элементов каркаса преду-смотрена технология алмазной резки. Предусмотрено болтовое соединение эле-ментов колонн между собой, а также с несущими ригелями, выполняемыми в стальной листовой оболочке.
На рис.1.17 представлены варианты узлов каркаса системы «Tempo-System» [35, 37] с колоннами поэтажной резки. В этом варианте каркаса ригели через слой рас-твора оперты концами непосредственно на верх смонтированной колонны нижне-го этажа. Ригели, как и в каркасе «Contiframe» (см. рис. 1.13), имеют вертикаль-ные сквозные вертикальные каналы для пропуска через них арматурных выпусков из верха колонн. Выпуски по концам имеют резьбу, и посредством гаек они при-жимают ригели к верху колонн. Непосредственно перед укладкой на колонны верхние каналы ригелей заполняют высокопрочным раствором. Колонну сле-дующего очередного этажа устанавливают над готовым перекрытием через цен-трирующую прокладку на слое раствора. Низ этой колонны объединяют с несу-щим ригелем посредством штепсельного стыка.
Представленные варианты каркасов чрезмерно усложнены, требуют чрезвычайно высокой точности изготовления всех несущих сборных элементов (колон, риге-лей). В этой связи нет оснований считать эти конструкции каркасов надежными и эффективными. В них, как и в каркасе серии 1.020-1/83, практически не допуска-ется перераспределение усилий под нагрузкой из-за шарнирных связей, для изде-
43 лий каркаса требуется бетон повышенной прочности. С одной стороны это приво-
дит к перерасходу цемента, а, с другой стороны, в этих конструкциях при экс-
плуатации в большей мере будут проявляться деформации усадки и ползучести.
При выполнении ригелей в каркасе из прокатной стали (см. рис. 1.19а) в большей мере реализуется плоский диск перекрытия, и улучшаются архитектурно-планировочные возможности, существенно упрощается конструкция каркаса. Но этом случае возрастает расход стали на каркас. Выполнение ригеля сборно-монолитным в виде, представленном на рис. 1.19 б, г, сближает его по показате-лем с каркасом “Saret”. А перекрытие в этом виде пригодно только для промыш-ленных и складских зданий, зданий гаражей, но не для жилья.
Применение в перекрытиях каркасов монолитных сталебетонных несущих риге-лей позволяет существенно уменьшить толщину диска перекрытия. Как и в сис-темах “PARTEK-BRESPA” с прокатным двутавровым профилем в качестве несу-щего ригеля (см. рис. 1.19 а), это уменьшение конструктивной высоты перекрытия имеет место в каркасе системы “Delta” [43]. В этом случае для сталебетонного ри-геля разработан специальный цельносварной гнутый профиль трапециевидного поперечного сечения с нижней полкой толщиной 6 мм для опирания плит пустот-ного настила (см. рис. 1.20). Обе боковые стенки профиля перфорированы, и все пространство между торцами уложенных в проектное положение плит заполнено монолитным бетоном. Сталебетонный ригель в соответствии с эпюрой моментов так же снабжен дополнительной стержневой арматурой.
Перекрытие каркаса “Delta” рассчитаны под полезную нагрузку 2.60, 3.80 и 4.65 кПа при толщине диска перекрытия, соответственно, 200, 265 и 385 мм и пролетах до 7 и 9 м. Каркас ”Delta” вполне может быть применен для многоэтажных жилых домов и общественных зданий при условии обеспечения огневой защиты нижней полки стального ригеля.
Легкий сборно-монолитный каркас “SIKON S 21”, разработан в последние годы в Чехии [40] и по своей сущности представляет разновидность каркасов “Saret” [33] и “Partek-Brespa” с их недостатками и достижениями. На рис. 1.21 представлен каркас ”SIKON S 21” в стадии строительства и готовое общественное здание с
44 применением этого каркаса.
Рис. 1.20. Сборно-монолитный каркас “Delta”со сталебетонным несущим ригелем (Финляндия), а – общий вид каркаса, б – сечение несущего ригеля и сопряжение с ним многопустотных плит
Каркасная система “Dycore” (рис. 1.22) в течение многих лет используется в США для многоэтажных административных, школьных больничных зданий, а также для зданий гаражей. Основными элементами системы являются неразрезные сборно-монолитные балки, опирающиеся на сквозные проемы в колоннах, и мно-гопустотные плиты перекрытий, в свою очередь, опирающиеся на эти балки. По-сле монтажа нижних сборных элементов балок, укладки верхней рабочей армату-ры и установки на сборные элементы многопустотных плит производят бетониро-вание верхних частей балок одновременно с укладкой слоя монолитного бетона по верху плит. В результате образуется жесткая комплексная конструкция, отли-чающаяся высоким уровнем надежности и несущей способности. Пролеты пере-крытий достигают до 7.6 м при конструктивной высоте до 508 мм, из которых 305
45 мм — высота балок и 203 мм — высота сечений многопустотных плит. Колонны
могут выполняться как сборными, так и монолитными.
Рис. 1.21. Многопустотные жилые и общественные здания системы Flexi”B” на основе легкого
сборно-монолитного каркаса SIKON S 21 [40],
а – стадия строительства многоэтажного дома, б – построенный дом с применением каркаса
SIKON S 21, в – угловые участки сборно-монолитного каркаса многоэтажного дома
Рис. 1.22. Схема перекрытий системы Dycore, 1 – колонна, 2 – многопустотная плита, 3 – нижний сборный элемент балки,
4 – монолитный бетон
Компания “Spirol Int. Ltd” [44] также производит многопустотные плиты безопа-лубочного формования, и конструктивное решение каркасов, предложенных ее разработчиками, аналогично представленным выше (“Partek”, “Parma”, и т.п.). С использованием предложенных этой компанией конструкций каркаса построены различные жилые дома, гостиницы, общественные здания (рис. 1.23). Т.е. даже не самые совершенные конструктивные решения каркасов позволяют получать дос-таточно разнообразные архитектурные решения многоэтажных зданий различного назначения.
Рассмотренные выше системы каркасов многоэтажных зданий с применением многопустотных плит близки между собой по своей конструктивной сущности. Такие конструктивные решения, кроме перечисленных выше производителей пустотных плит, освоили компании “Spaenconcom” [41], “Lakon Betoni. Echo Engng” [42] и др. в Германии, неприведенные в обзоре строительные компании США с “Dyna-Frame System”, Австралии (“Quickfloor System”), “Swedish System” реализованная для зданий высотой до 20-ти этажей, а также итальянские и испан-ские строительные фирмы.
47
Рис. 1.23. Примеры построенных многоэтажных зданий с применением в каркасах многопус-тотных плит безопалубочного формования компании “Spirol Int” (Британия),
а – гостиницы, б – жилые дома
48 Для многоэтажных жилых домов в зарубежной строительной практике широкое
распространение получила разновидность сборно-монолитных каркасов с т.н. не-
съемной опалубкой [34, 38, 39, 45]. Эти системы получили широкое применение
под названием “Filigree Wideslab System” в США, Великобритании, под названи-
ем OMNIDES — в Японии, под названием “Elemendeckenpllotten” — в Германии.
Перекрытия этой системы используют как в каркасных зданиях, так и в зданиях
стеновых систем. Область применения — жилые дома и общественные здания,
многоэтажные гаражи и т.п. Перекрытие включает сборные железобетонные пли-
ты – скорлупы, располагаемые гладкой поверхностью книзу и снабженные кверху
выпусками арматуры (рис.1.24). После размещения скорлупы в проектное поло-
жение, они образуют сплошную несъемную опалубку плиты перекрытия для ее
верхнего монолитного слоя. Скорлупы раскладывают по поддерживающим под-
мостям, либо опирают концами на несущие ригели. Поверху плит скорлуп рас-
кладывают верхнюю рабочую арматуру плит перекрытия, устраивают консольные
выпуски плит с теплоизоляцией для размещения балконов (рис. 1.25 а). Затем
производят укладку монолитного бетона верхнего слоя плиты перекрытия (рис.
1.25 б). Скорлупы несъемной опалубки должны быть заармированы так, чтобы
они были способны воспринимать всю технологическую нагрузку на них, вклю-
чая нагрузку от массы уложенного бетона до набора им прочности. Поэтому, как
правило, толщина плит-скорлуп заводского изготовления составляет 57 мм, и их
выполняют с преднапряженной арматурой. Наряду с напрягаемой арматурой, их
армируют пространственными треугольными сварными арматурными фермочка-
ми, выступающими над поверхностью плит. Эти фермочки также обеспечивают
совместную работу под нагрузкой сборной и монолитной частей перекрытия.
Иногда скорлупы несъемной опалубки изготавливают из легкого бетона, что пол-
ностью оправдано как с технологических, так и эксплуатационных позиций. Мо-
нолитный слой плит перекрытий, укладываемый одновременно с бетоном омоно-
личивания стыков балок с колоннами, позволяет получить жесткую и надежную
конструкцию.
49
б)
Рис. 1.24.Сборно-монолитные перекрытия с несъемной опалубкой,
а – плиты несъемной опалубки, б – общий вид плит несъемной опалубки уложенных в проект-
ное положение, укладка арматуры плит перекрытия, в – несъемная опалубка перекрытий со
стальными несущими балками, установка плит
50
б)
а)
Рис. 1.25. Сборно-монолитные перекрытия с несъемной опалубкой,
а – деталь сопряжения плиты перекрытия с консольной плитой балкона, б – укладка монолит-
ного бетона в плиту перекрытия по несъемной опалубке
51 Перекрытия с несъемной опалубкой могут быть выполнены плоскими без высту-
пающих книзу в объем помещения частей при достаточно больших пролетах. Это
позволяет успешно реализовать гибкие и разнообразные планировочные решения
учитывающие индивидуальные запросы застройщиков. На рис.1.26 представлены
многоэтажные здания различного назначения, построенные с применением карка-
сов с несъемной опалубкой. Высотность зданий может быть 25 этажей и более.
При пролетах свыше 11.0 м и полной нагрузке 2.4 кПа конструкционная высота
не превышает 330 мм. Еще одно преимущество этой системы заключается в том,
что для ее применения не требуется дорогостоящих опалубочных систем с водо-
стойкой фанерой.
Поскольку в отечественной строительной практике гражданского строительства применение несъемной опалубки не освоено, для строительства жилых домов с ее применением требуется организовывать производство скорлуп несъемной опа-лубки.
За последние годы впечатляющих результатов добилось строительство с приме-нением монолитных железобетонных конструкций, возводимых в условиях строительной площадки. Высокое качество опалубочных систем различных про-изводителей и рациональные составы бетонных смесей с химдобавками позволя-ют в условиях стройплощадки изготавливать железобетонные конструкции высо-кого качества и точности изготовления (рис. 1.27). Монолитные железобетонные каркасы многоэтажных зданий являются универсальными. Без дополнительных затрат до пролетов величиной до 8 м в жилых домах плиты перекрытий могут быть выполнены плоскими толщиной 27 см [46, 47]. При выполнении плит пере-крытий предварительно напряженными, их толщина при таких пролетах (8 м) может быть уменьшена до 22 см, что определяется также сопротивлением плиты продавливанию колонной. Для общественных зданий увеличение пролета вызы-вает необходимость устройства капительного сопряжения колонн с плитой, или увеличение толщины перекрытий с устройством в них кессонов.
52
а)
б)
в)
Рис. 1.26. Многоэтажные здания, построенные в Германии на основе каркасов с плоскими
сборно-монолитными перекрытиями с несъемной опалубкой
а – 17-этажный жилой дом; б – малоэтажный жилой дом (Эйзенах, Тюрингал);
в – 15-этажное административное здание (Ротенбург)
53
Рис. 1.27. Строительство многоэтажных жилых и общественных зданий на основе монолитного
каркаса с плоскими перекрытиями фирмой Enka (Турция)
а – в стадии строительства 17-этажное здание больницы в Москве; б – строительство жилого
дома с комплексом пристроенных подземных гаражей; в – строительство жилого дома с моно-
литным сотовым каркасом (Борисов, Минская обл.)
54 Строительство многоэтажных жилых домов сопровождается строительством объ-
ектов инфраструктуры: объектов торговли, бытового обслуживания и обществен-
ного питания, гаражей, объектов здравоохранения, коммунального хозяйства и
др., размещаемых либо в отдельных общественных зданиях, либо пристраиваемые
и устраиваемые в нижних и подземных этажах жилых домов. Большой диапазон
длин пролетов в монолитных каркасах (до 18…20 м) для этих целей не требует
каких-либо дополнительных затрат. Весь комплекс зданий может быть построен в
одном цикле, используя большие вариабельные возможности опалубочных сис-
тем [48…50]. На представленном рис. 1.27 видно, что с применением одних и тех
же опалубочных систем возводят 17-ти этажное каркасное больничное здание и
12-ти этажный каркасный жилой дом с пристроенным подземным гаражом. При-
чем возведение каркаса дома и строительство гаража выполняют одновременно.
Опалубку перекрытий каркасов выполняют в виде столов (см. рис. 1.27в) на кату-
чих подмостях, выкатываемых из-под готового перекрытия, либо в виде отдель-
ных мелких щитов, раскладываемых по прогонам (см. рис. 1.28). Прогоны, в свою
очередь, уложены по вертикальным стойкам подмостей. Мелкие качественно из-
готовленные щиты из водостойкой фанеры или пластика позволяют обеспечить
гладкую поверхность формуемых монолитных конструкций, получить любую
конфигурацию перекрытия в плане, обеспечить пропуск колонн через перекры-
тие. Аналогично качественное изготовление обеспечивается для вертикальных
монолитных стенок, шахт лифтов и др. деталей.
К настоящему времени разработаны и эффективные скоростные технологии фор-мования монолитных железобетонных конструкций. Освоен выпуск химических добавок к бетонам, позволяющих обеспечить высококачественную укладку бето-ных смесей без вибрации и получать бетоны требуемой прочности. Ускорители твердения бетонов позволяют существенно сократить (а при температурах до –10 0С и исключить) затраты энергии на обогрев свежеуложенной бетонной смеси. Таким образом, применение монолитных железобетонных конструкций позволяет получить серьезные технологические преимущества.
Рис. 1.28. Пример опалубки для монолитных перекрытий жилого дома
и поддерживающие подмости
а – раскладка щитов опалубки; б – поддерживание перекрытия с молодым бетоном;
в – пропуск колонны каркаса через опалубку перекрытия
55
56 Обеспечена: (1) гибкость и универсальность конструктивных решений без суще-
ственных затрат на переоснастку производства, (2) сокращаются транспортные
расходы на транспортировку сборных изделий и все основные работы выполня-
ются в одном месте — на стройплощадке, (3) химические добавки к цементам по-
зволяют существенно ослабить зависимость качества и темпа строительства от
погодно-климатических условий.
Кроме того, монолитные каркасы зданий позволяют простыми средствами суще-ственно расширить и потребительские качества домов, обеспечить разнообразные и свободные архитектурно-планировочные возможности. С конструктивной точки зрения для многоэтажных зданий [4, 9], особенно, высотой свыше 40 м, когда су-щественно возрастает влияние горизонтальных нагрузок, они в наибольшей мере характеризуются пространственной жесткостью и устойчивостью, улучшенными динамическими показателями.
К недостаткам монолитных железобетонных конструкций, выполняемых без преднапряжения, можно отнести: (1) несколько увеличенный расход стали, по-скольку в этом случае чаще всего применяют мягкие (относительно малопрочные) стали, (2) необходимость оснащения высококачественными опалубочными сред-ствами и поддерживающими устройствами.
Для многоэтажных гражданских зданий, возводимых с использованием железобе-тонных каркасов, в основном применяют три типа наружных стеновых огражде-ний. Это — (1) поэтажно опертые наружные стены, выкладываемые из штучных изделий (ячеистобетонные, керамические, бетонные камни и др.) на растворах из сухих смесей, (2) навесные на каркас стеновые панели и (3) наружное утепление или облицовочные панели, навешиваемые на наружную бетонную стенку, выпол-няемую взамен наружных рядов колонн каркаса на контуре здания. Перегородки этих зданий выполняют поэтажно размещаемыми согласно планировочным реше-ниям.
В целом анализ зарубежного опыта строительства многоэтажных жилых и обще-ственных зданий от 4-х этажей и выше указывает на то, что в этих зданиях преоб-
57 ладают каркасные конструктивные системы. Несущие каркасы этих систем вы-
полняют из сборно-монолитного или монолитного железобетона. А ограждающие
конструкции полностью освобождены от восприятия общих нагрузок, приклады-
ваемых к зданию при эксплуатации и выполняют архитектурно-декоративные, те-
плозащитные и ограждающие функции. Поэтому их выполняют способными вы-
полнить эти функции из легких и малопрочных материалов. Масса 1 м2 наружной
стены, как правило, не превышает 200...250 кг. А масса 1 м2 общей площади мно-
гоэтажного каркасного здания высотой до 14 этажей в целом находится в преде-
лах 0.9...1.3 т/м2, причем верхний предел чаще имеет место при монолитных кар-
касах. Масса 1 м2 общей площади панельного дома высотой 9...12 этажей состав-
ляет примерно 2.0 т, а кирпичного дома такой же высотой – 2.8...3.0 т/м2.
58
2. Архитектурно-строительные системы многоэтажных зданий, разработанные в Белоруссии
Опыт отечественного и зарубежного строительства многоэтажных жилых домов и общественных зданий показывает, что наиболее перспективными для этих зданий являются каркасные системы с плоскими дисками перекрытий. Каркасы таких домов должны выполнятся из монолитного или сборно-монолитного железобето-на, что позволяет без дополнительных затрат выполнить их в виде многократно статически неопределимой системы с большими возможностями по перераспре-делению усилий под нагрузкой между их элементами. Это позволяет существенно уменьшить усилия в их сечениях и, соответственно, сократить размеры сечений и количество требуемой арматуры, что приводит к снижению материалоемкости конструкций. Для восприимчивости строительного производства к таким несу-щим конструкциям они должны включать в свою систему традиционные элемен-ты и изделия (многопустотные плиты, сборные колонны, конструкции лестнично-лифтовых узлов и т.п.) и быть способными воспринять в состав несущего остова другие новые сборные изделия, которые могут заменять традиционные.
Для полного удовлетворения требований архитектуры необходимо, чтобы диски перекрытий были выполнены плоскими без выступающих из них в объем поме-щений частей несущих конструкций. В БелНИИС разработана (руководитель к.т.н. А.И.Мордич) открытая архитектурно-строительная система многоэтажных зданий (серия Б1.020.1-7) на основе сборно-монолитного каркаса с плоскими дис-ками перекрытий [51...53]. По конструкции каркас принципиально отличается от всех известных сборно-монолитных каркасов (рис. 2.1). Каркас рамно-связевый – все вертикальные и горизонтальные нагрузки, приложенные к дому, каркас вос-принимает в сочетании с вертикальными диафрагмами или ядрами жесткости. В этом каркасе (рис. 2.2) группа плит размещена в плоском диске перекрытия в пределах каждой ячейки в замкнутой горизонтальной железобетонной раме, обра-зованной монолитными железобетонными ригелями, опертыми на колонны и вы-полненными сквозными на всю ширину и длину здания.
59 Рис. 2.1. Конструкция каркаса и вариан-ты поперечных сечений несущих риге-
лей в пролетах между колоннами а – общий вид каркаса; б – несущие ри-гели прямоугольного и таврового сече-
ний с полкой в сжатой зоне; в – то же
таврового сечения с выступающими вниз ребрами;
1 – колонны со сквозными проемами для пропуска несущего и связевого ри-
гелей, 2 – сборные многопустотные плиты, 3 – монолитные несущие риге-
ли, 4 – монолитные связевые ригели, 5 – межплитные швы омоноличивания,
6 – консоли для балконов и эркеров,
7 – бетонные шпонки, 8 – ограничитель
размеров шпонки, 9 – рабочая арматура
многопустотных плит, 10 – выпуски ра-
бочей арматуры многопустотных плит
по их торцам, 11 – рабочая арматура несущих ригелей, 12 – полки тавровых
несущих ригелей, 13 – стяжки пола
Рис. 2.2. Торцы многопустотных плит с открытыми плоскостями дисков перекрытий
60 Опирание плит осуществлено на поперечные монолитные несущие ригели по-
средством бетонных шпонок, образованных в полостях плит у их торцов при бе-
тонировании ригелей. Монолитные ригели не требуют предварительного напря-
жения их рабочей арматуры в построечных условиях. Сборные многопустотные
плиты по торцам могут иметь выпуски их рабочей арматуры, анкеруемые в мо-
нолитном бетоне ригелей. Диски перекрытий могут быть также образованы ана-
логичным образом из плит безопалубочного формования без выпусков их рабочей
арматуры. Диски перекрытий являются плоскими с гладкими потолками (рис.
2.3). При пролетах длиной до 6 м в жилых домах несущие ригели выполняют вы-
сотой в пределах толщины сборных плит (220 мм). При увеличении пролетов до
7.20 м включительно ригели выполняют таврового сечения (260 мм) с полкой,
располагаемой в стяжке над концами опираемых на ригель плит (см. рис. 2.1б).
При высоком уровне нагрузки (общественные здания, гаражи и т. д.) низ несущих
ригелей может быть выполнен выступающим книзу, чтобы обеспечить требуемую
высоту их сечений. Последнее может иметь место в перекрытиях подземных га-
ражей-стоянок, располагаемых под многоэтажным жилым домом.
Рис. 2.3. Общий вид плоского перекрытия сборно-монолитного каркаса
зданий снизу. Гладкие потолки позволяют устанавливать и переставлять
перегородки в любом месте объема помещений
61 Колонны, как правило, – на два этажа, в уровне дисков перекрытий выполнены со
сквозными проемами, в пределах которых их рабочая арматура обнажена и воз-
можен пропуск через них сквозной арматуры взаимно-перекрестных монолитных
ригелей (рис. 2.4). После укладки между торцами плит, расположенных концами
на опалубке, арматурных каркасов ригелей бадьями или бетононасосами произво-
дят подачу бетонной смеси. Наряду с традиционными сборными колоннами и
диафрагмами (стенами лестничной клетки) по серии 1.020-1/83, могут применять-
ся колонны и диафрагмы жесткости, выполняемые из монолитного железобетона
(рис. 2.5).
Каркасы многократно испытаны в натурных условиях нагрузками по уровню, со-ответствующему расчетным по I-ому предельному состоянию (по прочности). При поэтапном нагружении (рис. 2.6) до указанного уровня фиксировали и заме-ряли деформации и перемещения, ширину раскрытия трещин. Все испытания при воздействии вертикальных и горизонтальных нагрузок показали, что конструкция каркаса соответствует требованиям норм и стандартов России (Приложение).
Как правило, наружные стены выполняют поэтажно опертыми на кромки дисков перекрытий (рис. 2.7). При этом колонны каркаса наружного ряда располагают в толще наружной стены, чаще всего выполняемой однослойной в виде кладки из ячеистобетонных камней (см. рис. 2.7б). Для устройства балконов и лоджий из дисков перекрытий могут быть выполнены консольные выпуски с требуемой теп-ловой изоляцией.
На рис. 2.8 и 2.9 приведен общий вид строительства многоэтажного жилого дома (Минск) и общественного здания (б) компании «Итера» на Севастопольском про-спекте в г. Москве. Одновременно с возведением каркаса можно осуществлять и возведение наружных стен (см. рис. 2.8). В этом случае для бетонирования на-ружных ригелей в качестве опалубки и подмостей можно использовать наружную стену, что позволяет обеспечить не только герметичность сопряжений стен с пе-рекрытиями, но и увеличить темп строительства и сократить затраты на устройст-во и демонтаж оснастки крайних ригелей. При применении навесных на каркас панелей может иметь место и отставание в устройстве наружных стен (рис. 2.9).
62
I
б)
Рис. 2.4. Узлы сопряжений сборных конструкций каркаса (плиты, колонны)
с монолитными железобетонными ригелями
а – уложена рабочая арматура несущего ригеля;
б – укладка бетона несущего ригеля
63
а)
б)
Рис. 2.5. Вариант устройства монолитной диафрагмы жесткости жилого здания
а – крепление арматурных сеток к колонне;
б – общий вид монолитной диафрагмы жесткости
Рис. 2.6. Несущая способность перекрытий проверена многократными натурными испытаниями
64
65
а)
б)
Рис. 2.7. Устройство поэтажно опертых однослойных наружных стен жилых домов
а – общий вид наружной стены с консолями диска перекрытия для размещения балконов;
б – размещение колонн наружного ряда в толще стены
66
Рис. 2.8. Строительство 3-х секционного 9-10 -ти этажного жилого дома серии Б1.020.1-7
6
Рис. 2.9. Возведение сборно-монолитного каркаса здания серии Б1.020.1-7
67 Представленный каркас зданий серии Б1.020.1-7 является по настоящему универ-
сальным. Этот каркас позволяет возводить и эффективные многоэтажные здания
гаражей. На рис. 2.10 представлено 7-ми этажное здание боксового гаража с кар-
касом Б1.020.1-7 в стадии строительства. В процессе производства работ он заре-
комендовал себя положительно с технологической стороны и в этом случае. В
связи с большой шириной корпуса здания (36 м) и стесненными условиями строи-
тельства, не позволявшими разместить краны по обе стороны здания, строитель-
ство его осуществлялось вполкорпуса с возведением другой половины корпуса на
себя. Краны были размещены на плане здания и обеспечивалось эффективность
возведения правой стороны корпуса с опережением и отставанием левой стороны.
Такое производство работ не потребовало дополнительных затрат на сопряжение «оборванных» монолитных ригелей, устройство ограждающих конструкций зда-ний. Низ несущих ригелей в каркасе гаража был опущен относительно низа плит на 40 мм (см. рис. 2.1в), что нисколько не снизило качество потолочных поверх-ностей гаража.
Для обеспечения высокого темпа строительства, не уступающему сборному па-нельному, элементы каркаса из монолитного железобетона выполняют с исполь-зованием разработанных в БелНИИС составов бетонных смесей с ускорителями твердения, не оказывающими агрессивного воздействия на арматуру. Эти составы позволяют летом убирать оснастку из-под перекрытия на 3-и сутки, а зимой – на 6-е. На ряду с технологией бетонирования для возведения таких зданий в БелНИ-ИС разработана и современная опорно-опалубочная система «Модостр».
Описанная конструкция каркаса реализована в многоэтажных жилых домах и об-щественных зданиях, построенных или строящихся в Белоруссии, а также в Мо-скве, Смоленске, Белгороде, Орле, Сыктывкаре и др. городах России.
Отличительной особенностью каркаса зданий серии Б1.020.1-7 является то, что при его проектировании учитываются усилия распора, возникающие при изгибе в стесненных условиях основных несущих элементов перекрытий, таких как мно-гопустотные плиты и несущие ригели.
68
а)
б)
Рис. 2.10. Здание 7-ми этажного гаража по пр. Серебрякова у ст. м. Ботанический сад (Москва)
в стадии строительства а – общий вид; б – стадия строительства, выполненного уступом на себя
В результате учета разгружающего действия распора расход стали не рабочее ар-мирование сборных плит снижен практически в 2 раза и, существенно, на 18…30% снижен расход стали на рабочее армирование несущих ригелей. По рас-ходу стали и бетона эти каркасы являются самыми эффективными из всех извест-ных.
69 В монолитных железобетонных каркасах БелНИИС по сравнению с Руководством
[26] более точно выявлены и учтены при проектировании распорные усилия, об-
разующиеся в плоскости железобетонных плит перекрытий при действии полез-
ной нагрузки. Это позволяет по сравнению с известными существенно (на
20…25%) сократить расход стали на армирование плит перекрытий и рациональ-
но разместить их рабочую арматуру. На рис. 2.11 представлено строительство мо-
нолитного каркаса 10-ти этажного жилого дома в Минске.
Рис. 2.11. Строительство монолитно-
го железобетонного каркаса много-
этажного жилого дома
а – уложенная арматура плоской пли-
ты перекрытия; б – бетонирование
перекрытия монолитного каркаса с
подачей бетонных смесей бетонона-
сосом
70
3. Технико-экономические показатели многоэтажных жилых домов основных конструктивных систем
Показатели домов основных конструктивных систем зданий на 1 м2 общей пло-щади представим в таблице. Для сопоставления приняты 9-ти этажные трехсекци-онные дома.
|
Показатели |
Ед. изм. |
Известные решения |
Предлагаемые системы |
|
КПД, серии |
Система КУБ [11] |
0.18 |
0.20 |
0.14 |
||||||
|
0.80 |
0.18 |
0.17 |
||||||||
|
Расход железобе-тона |
м3 |
0.85 |
0.15 |
0.18 |
||||||
|
в т.ч. монолитного |
м3 |
0.02 |
0.02 |
0.06 |
0.12 |
0.06 |
0.20 |
0.02 |
0.06 |
0.18 |
|
Расход стали на несущие конст-рукции |
кг |
14.5 |
14.2 |
16.8 |
12.3 |
12.3 |
19.7 |
12.0 |
13.2 |
14.8 |
|
Расход материалов на ограждающие конструкции (кир-пич, ячеистобе-тонные камни) |
м3 |
0.02 |
0.02 |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
0.85 |
0.30 |
0.30 |
|
Обеспечение сво-бодных планиро-вочных решений |
||||||||||
|
Стоимость строи-тельства |
% |
100 |
100 |
95 |
92 |
115 |
90 |
110 |
85 |
85 |
|
Необходимость в дополнительном технологическом оборудовании и оснастке |
Приведенные в таблице данные указывают на эффективность конструктивных систем, разработанных в БелНИИС и применяемых в Белоруссии и России. При применении каркасных систем зданий существенно снижается их материалоем-кость и за этот счет снижается их стоимость строительства. В целом при приме-нении новых систем зданий достигается:
71
— повышение уровня комфортности и неограниченного разнообразия объем-
но-планировочных построений, трансформация планировочных решений при строительстве и эксплуатации зданий;
снижение себестоимости строительства жилых и общественных зданий, что делает строительство жилья доступнее массовому потребителю; снижение уровня материало- и энергопотребления на строительство и содержание жилых и общественных зданий;
повышение эффективности строительного производства за счет максималь-ного использования имеющейся местной сырьевой и производственной ба-зы;
внедрение и возможность применения современных эффективных регули-руемых инженерных систем (поквартирного отопления и т.п.);
высокий темп возведения зданий, всепогодность строительства при мини-мальных затратах на строительство в зимних условиях.
72
ВЫВОДЫ
Выполнен анализ основных конструктивных систем многоэтажных зданий, применяемых в отечественной и зарубежной строительной практике. Пока-зано, что из рассмотренных известных систем зданий только в случае при-менения монолитного каркаса с плоскими плитами перекрытий обеспечи-ваются современные потребительские качества.
Система многоэтажных жилых домов и общественных зданий на основе сборно-монолитных и монолитных железобетонных каркасов, разработан-ные в БелНИИС, наиболее полно располагают современными потребитель-скими качествами и являются наиболее эффективными из известных. Они являются новыми надежными и хорошо опробированными в строительстве.
73
ЛИТЕРАТУРА
Минстройархитектура Республики Беларусь. Технические указания по эко-номному расходованию основных строительных материалов в гражданском строительстве. РДС 1.01.14-2000, Мн.:2001, – 8 с.
Дыховичный Ю. А. Конструирование и расчет жилых и общественных зда-ний повышенной этажности: Опыт Московского строительства. – М.: Строй-издат, 1970, – 248 с., илл.
Дыховичный Ю. А., Максименко В. А. Сборный железобетонный унифици-рованный каркас: Опыт Московского строительства. – М.: Стройиздат, 1985, – 296 с., илл.
Дроздов П. Ф. Додонов М. И., Паньшин Л. Л., Саруханян Р. Л. Проектиро-вание и расчет многоэтажных гражданских зданий и их элементов. – М.: Стройиздат, 1986, – 351 с., илл.
Ханджи В. В. Расчет многоэтажных зданий со связевым каркасом. – М.: Стройиздат, 1977, – 187 с., илл.
Рекомендации по расчету каркасно-панельных общественных зданий с применением ЭВМ / ЦНИИЭПТБЗ (Л. Л. Паньшин и др.) – М.: Стройиздат, 1986, – 80 с.
Дыховичный Ю. А., Максименко В. А. Оптимальное строительное проекти-рование. – М.: Стройиздат, 1990, – 303 с.
Новые направления в строительстве Москвы. Бюллетень строительной тех-ники, 1994, № 12, сс. 4…5.
Карабанов Б. В. Расчет зданий повышенной этажности с железобетонными конструкциями. Обзор. Серия инженерно-теоретические основы строитель-ства, вып. 3. – М.: ВНИИНТПИ, 1989.
Дорфман А. Э. Левонтин Л. Н. Проектирование безбалочных безкапитель-ных перекрытий. – М.: Стройиздат, 1975, 124 с., илл.
Лебедева Н. В. Ресурсосберегающие и энергоэффективные производствен-ные здания и комплексы (проблемы проектирования и опыт строительства). Обзорная информация. Серия промышленные и сельскохозяйственные ком-плексы, здания и сооружения, вып. 2, – М.: ВНИИНТПИ, 1998, с. 41, илл.
Кучушев А. К. Опыт строителей Подмосковья по организации жилищного строительства. Промышленное и гражданское строительство, 1995, № 10, с. 12…14.
Луньков Б. В. О программе «Жилище» Московской области. Промышлен-ное и гражданское строительство, 1995, № 10, с. 14…16.
Гринберг И. Е., Платонов Б. С., Устинова А. И. и др. Внедрение архитек-турно-строительных систем жилищного строительства на территории Рос-сийской Федерации при реализации государственной целевой программы «Жилище». Обзорная информация. – М.: ВНИИНТПИ, 1995, 41 с.
Федоров Е. П. Жилище XXI века. Жилищное строительство. – 1994, № 4, с. 8…9.
Шахнозарянц С. Х. Опыт строительства зданий методом подъема этажей и перекрытий в Армянской ССР. Бетон и железобетон, 1985, № 5, с. 6…8.
74
Саакян А. О., Саакян Р. О. Проектирование и исследование зданий, возво-димых методом подъема. Бетон и железобетон, 1985, № 5, с. 8…11.
Дыховичный Ю. А. Применение метода подъема перекрытий и этажей в Московском строительстве. Бетон и железобетон, 1977, № 5, с. 11…13.
Prace Naukowe Politechniki Wraclawskiej. Institut budownictwa PWZ V.42. Polska, 1985, с. 163…252.
Маркаров Н. А., Солдатов А. Е. Применение каркасных зданий с натяжени-ем арматуры в построечных условиях. Бетон и железобетон. 1993, № 6, с. 19…20.
Маркаров Н. А. Преднапряженные системы с натяжением арматуры в по-строечных условиях. Бетон и железобетон, октябрь 1997, № 5, с. 18…20.
Корнилов В. Г. О железобетонных перекрытиях. Жилищное строительство, 1989, № 4, с. 17…18.
Кимберг А. М. Эффективная конструктивная система каркасно-панельных зданий с натяжением арматуры в построечных условиях. ТбилЗНИИЭП, Тбилиси, 1988, 32 с.
Госгражданстрой СССР. Рекомендации по проектированию плоского сбор-но-монолитного перекрытия «Сочи». М.: 1969, 53 с.
Госгражданстрой СССР. ЦНИИЭП зрелищных, спортивных и администра-тивных зданий и сооружений. Рекомендации по проектированию конструк-ций плоского сборно-монолитного перекрытия «Сочи». М.: Стройиздат, 1975, 33 с.
НИИЖБ Госстроя СССР. Руководство по расчету статически неопредели-мых железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1975, 192 с.
«Волга» – новое поколение КПД. Строительная газета, № 41, 1996, с. 8.
Платонов Б. С. Унификация хорошо вписывается в «Свой дом». Строитель-ная газета, № 41, 1996, с 10.
Нижневартовск. Новая строительная система. Бюллетень строительной тех-ники, 1996, № 8, с. 6.
Чебоксары. Строительная система СКОРОДОМ. Бюллетень строительной техники, 1996, № 8, с. 7.
Красницкий В. Т. Шаповал А. Ф., Семечкин Б. Е., Кокшаров В. П. Строи-тельство блочно-монолитных домов в Аксае. Строительство трубопроводов. М., 1990, № 3, с 23…25.
Шакиров С. Первые шаги «Тавра». Строительная газета, № 57, 1996, с. 10.
Лепский В. И., Паньшин Л. Л., Кац Г. Л. Полносборные конструкции обще-ственных зданий. – М.: Стройиздат, 1986, – 236 с., илл.
Pessiki S., Prior R., Sause R., Slaughter S., Review of existing precast concrete gravity load floor framing system/ PCI Journal. – 1995. – Vol. 40, – № 2, pp. 52…67.
Juvas K., Pousi O. Tempo — A new frame system for concrete elements // Nord-isk Betong. 1990. – № 1, pp. 10…12.
Попкова О.М. Конструкции зданий и сооружений из высокопрочного бето-на. Обзор. – М.: ВНИИНТИ, 1990, 76 с., илл.
Partek – Brespa. Рекламные проспекты компании «Partek», Schnerlinger, 1996…2001.
75
Bausysteme mit Gittertragern. Fachgruppe Betonbauteile mit Gittertragern im BDB. Bonn, 1998, 40 pp.
Schwerm D., Jaurini G., Deskensysteme aus Betonfertigteilen. Informationsstelle Beton-Bauteile, 1997, Bonn, 37 pp.
Comp. «Mao prefa». Lehki konstrukcni skelet SICON S 21 v systemu FLEXI «B». D.E.S. Praha-Brno, 1996, проспект на 14 с.
Spaenconcom. Комплект технической документации по расчету и примене-нию плит безопалубочного формования на длинных стендах в конструкциях перекрытий многоэтажных зданий. 2002 г., 49 с., Берлин, выставка «Bauteck».
Lakan Betoni. Echo Engng. Проспект конструкций перекрытий с многопус-тотными плитами. 15 с., Мюнхен – RAUHA, 2000 г., Международная строи-тельная выставка.
Компания «Deltatek OY», Janti, Fin., Сборно-монолитный каркас «Delta». Проспект компании на 6 с., 1998.
Spirol Int. Ltd. Corefloor Extrusion Systems. London. Berlin, Bautech – 1997.
Weber H., Bredenbals B., Hullman H. Bauelemente mit Gittertragern. Institut fur Industrialisierung des Buens. Hannover, 1996, 24 pp.
Кодыш Э. Н., Абрамов Е. И. Монолитные железобетонные каркасные кон-струкции многоэтажных промышленных зданий. Обзор. вып. 2 – М.: ВНИИНТПИ, 1989, 73 с., илл.
Aalami B. O. Design of Post-Tensioned Floor Slabs. Concrete International: Design and Construction, V. 11, № 6, June 1989, pp. 57…67.
PERI. Опалубка и леса. Справочник, изд. 2. Франкфурт-на-Майне (Самара), изд. PERI GmbH, 2000, 260 с.
Компания «NOE». Комплект проспектов с номенклатурой опалубочных и поддерживающих устройств. Мюнхен. Международная выставка «Bau», 1999.
«FARESIN». Комплект рекламных материалов. Опалубка и поддерживаю-щие устройства с применением алюминия и водостойкий фанеры. 2002.
Мордич А. И., Вигдорчик Р. И., Белевич В. Н., Залесов А. С. Новая универ-сальная каркасная система многоэтажных зданий. Бетон и железобетон. М.: 1999, № 1, с. 2…4.
Мордич А. И., Вигдорчик Р. И., Белевич В. Н., Иващенко Ю. Унифициро-ванная открытая каркасная система зданий с плоскими перекрытиями, серия Б1.020.1-7. Архитектура и строительство. Мн.: 1999, № 6, с 24…26.
Мордич А. И. Сборно-монолитные и монолитные железобетонные каркасы многоэтажных зданий с плоскими распорными перекрытиями. Монтажные и специальные работы в строительстве. М.: 2001, № 8-9, с. 10…14.
Патент РФ № 2118430. Каркас многоэтажного здания. БИ, 1998, № 24.
Патент РФ № 2134750. Каркас здания и способ его выполнения. БИ, 1999, № 23.
76
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Результаты натурных исследований 18-этажного жилого дома серии Б1.020.1-7 на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок
Представлены результаты экспериментально-теоретических исследований сборно-монолитного железобетонного рамно-связевого каркаса 18-этажного жилого дома в процессе его проектирования и строительства. Эти результаты включают данные натурных испытаний построенного к моменту испытаний фрагмента каркаса здания на воздействие вертикальных и горизонтальных нагрузок.
Ключевые слова: каркасы, многоэтажные здания, сборно-монолитный железобетон, на-турные испытания, расчетная модель.
1. Конструктивное решение каркасного дома
В многоэтажном многосекционном жилом доме по ул. Октябрьская, 1 в г. Белгороде, включающем 18-этажные секции, в качестве несущей системы применен сборно-монолитный железобетонный рамно-связевый каркас серии Б1.020.1-7 [1], разработанный в Институте Бел-НИИС. Каркас включает колонны квадратного сечения 40х40 см и плоские диски перекрытий толщиной 220 мм. Диски перекрытий 18-этажной секции здания выполнены (рис. 1) примерно трапециевидной формы в плане с наибольшими расстояниями между осями крайних рядов ко-лонн, равными 23,0х26,1 м.
В перекрытиях каркаса традиционные сборные многопустотные плиты оперты на несущие ригели посредством бетонных шпонок, размещенных в открытых по торцам плит полостях на 100± 10 мм и выполненных заодно с несущими ригелями. Из торцов плит сделаны выпуски их рабочей арматуры из стали класса AT-V на длину 150± 5 мм, размещенные в теле монолитных железобетонных несущих ригелей. Сборные преднапряженные плиты размещены группами в каждой ячейке перекрытия между соседними несущими и связевыми ригелями, и объединены между собой межплитными швами омоноличивания. Все поперечные (несущие) и продольные (связевые) ригели расположены в створах колонн, пропущены сквозными на всю ширину и длину секции. Продольное рабочее армирование ригелей выполнено в соответствии с распреде-лением усилий сталью класса A-III без предварительного напряжения. Кроме сборных плит и монолитных ригелей, в дисках перекрытий предусмотрены монолитные участки со сквозными проемами для пропуска вертикальных инженерных коммуникаций, а также при устройстве кон-солей перекрытий за крайние ряды колонн для размещения на них балконов, эркеров и т.п.
77
bti
1-Д-^Ы
13:
3_
Рис. 1. Конструкция сборно-монолитного каркаса многоэтажных зданий серии Б1.020.1-7, реализованный в 18-этажной секции жилого дома в Белгороде.
1 - колонны, 2 - сборные многопустотные плиты, 3 - монолитные железобетонные несущие ригели, 4 - связевые ригели, 5 - монолитные участки перекрытий, 6 - консоли для размещения балконов и эркеров, 7 - теплоизоляционные прокладки, 8 - монолитное ядро жесткости.
Пространственную работу рамно-связевого каркаса, восприятие вертикальных и горизон-тальных нагрузок, действующих на многоэтажное здание при его возведении и эксплуатации, обеспечивают совместно пространственные рамы каркаса с жесткими узлами сопряжения ко-лонн с дисками перекрытий в сочетании с монолитным железобетонным ядром жесткости, об-
78 разованным стенками толщиной 200 мм. Ядро жесткости с размером в плане 9,8х7,1 м разме-щено с эксцентриситетом относительно центра тяжести перекрытия. Это означает, что при дей-ствии горизонтальных нагрузок, кроме изгиба в вертикальной плоскости, стенки ядра жестко-сти и каркас в целом будут испытывать закручивание, сопровождаемое сдвиговыми деформа-циями в плоскостях дисков перекрытий.
При действии вертикальной нагрузки на перекрытие сборные плиты работают в условиях поперечного изгиба с кручением. Кроме того, в многопустотных плитах, опертых на несущие ригели с упором в последние, возникает продольный реактивный распор. Он обусловлен на на-чальных этапах нагружения сопротивлением несущих ригелей сначала повороту опорных сече-ний плит и, затем, с ростом нагрузки после образования в них поперечных трещин, также про-дольному удлинению оси плит. Такое сопротивление обеспечивается в каждом перекрытии ра-ботой на растяжение связевых ригелей, в основном воспринимающих указанный распор, а так-же сопротивлением колонн поперечному изгибу от действия распора. Реактивные распорные усилия, действующие в сечениях элементов перекрытий, вызывают появление в их сечениях изгибающих моментов обратного знака, частично погашая тем самым первичные усилия от действия нагрузки. Учет этих усилий позволяет существенно сократить расход стали на арми-рование перекрытий.
Следует также отметить, что сечения вертикальных несущих элементов (колонн и стенок ядра жесткости) в системе несущего каркаса обладают существенно различающимися жестко-стными параметрами. Поэтому ригели перекрытий в пролетах, опирающихся с одной стороны на стенку ядра жесткости, а с другой стороны – на колонну, работают в неодинаковых по высо-те здания условиях вследствие неравномерных осадок их опор вследствие различного по вели-чине укорочения при сжатии колонн и стенок ядра жесткости. При высоте здания в 18 этажей такие различия становятся существенными и требуют искусственного регулирования усилий в сечениях ригелей перекрытий верхних этажей.
Рабочая арматура колонн и ядра жесткости выполнена из стали класса A-III (А400). Бетон всех конструктивных элементов каркаса, кроме колонн нижних этажей, предусмотрен по про-екту класса В25, бетон колонн нижних этажей предусмотрен класса В35. В доме приняты по-этажно опертые наружные стены в виде штучной кладки на кромках перекрытий мелких блоков из ячеистого бетона неавтоклавного твердения с облицовкой фасадов силикатным кирпичом в один слой.
Все рабочие чертежи конструкций секции дома разработаны в отделе экспериментального проектирования БелНИИС.
79
2. Методика натурных испытаний
В соответствии с конструктивными особенностями каркаса и условиями его работы как единой пространственной несущей системы 18-этажного здания были предусмотрены испыта-ния каркаса на действие вертикальной нагрузки, прикладываемой к дискам перекрытий, и гори-зонтальной нагрузки, прикладываемой к каркасу в плоскости дисков перекрытий. Испытания было решено провести в две стадии.
На первой стадии испытания нагружению был подвергнут диск перекрытия над вторым ярусом (первым этажом) каркаса (рис. 2). При этом вертикальное нагружение произведено на три ячейки перекрытия, наиболее невыгодные по условиям их работы при эксплуатации, - в пределах осей 5 и 6 между осями Б и Д. В этих ячейках неразрезные несущие ригели по двум осям (Г и Д) в нагружаемом пролете были заделаны одним концом в стену ядра жесткости, а другим концом оперты на колонны и пропущены сквозь них в смежные пролеты. Поэтапно воз-растающую (с шагом 0,1...0,2 от наибольшей испытательной) до уровня расчетной по первой группе предельных состояний распределенную испытательную нагрузку (gt=5,0...5,25 кПа для разных ячеек) прикладывали сначала в крайних испытуемых ячейках, а затем в таком же поряд-ке до того же уровня нагружали среднюю ячейку между осями В и Г.
После окончания вертикального нагружения поверху в плоскости перекрытия в створе ко-лонн по оси В было приложено сосредоточенное, также поэтапно (по 30 кН) возрастающее го-ризонтальное усилие с максимальным значением 88 кН. Эта величина представляет собой сум-марное значение расчетной распределенной по горизонтали на уровне 18-го этажа здания вет-ровой нагрузки (с учетом пульсационной составляющей) согласно СНиП 2.01.07-85 для г. Бел-города, увеличенной на 17,3%. Таким образом были максимально возможно ужесточены усло-вия работы сборно-монолитного диска перекрытия при испытаниях на действие вертикальной и горизонтальной нагрузок. При этом созданы условия не только для опытной проверки трещи-ностойкости и деформативности перекрытия и каркаса в целом при совместном действии вер-тикальной и горизонтальной нагрузок, но и обеспечена проверка прочности всех стыковых со-единений монолитных ригелей со сборными колоннами и многопустотными плитами на воз-действие сдвиговых усилий при закручивании каркаса. Причем наибольшие величины нагру-зок, приложенных к каркасу при испытаниях, не достижимы при реальных условиях эксплуата-ции здания.
80
±
I
88кН
^
<г
J
С А
^
1 ) 4
1 1-
(В
-л-
Рис. 2. Схема нагружений каркаса дома при испытаниях.
1 – колонна каркаса, 2 – диски перекрытий, 3 – стенки ядра жесткости, 4 – наруж-ная стена здания, 5 – силовой канат (трос), 6 – динамометр, 7 – упорная стальная ферма, 8 – прогибомеры.
Вертикальную равномерно распределенную нагрузку на перекрытие создавали штучными грузами в виде фундаментных бетонных блоков ФБС24-6-3 массой 925 кг каждый, укладывае-мых по многопустотным плитам на деревянных брусках. Общий вид испытания перекрытия полной вертикальной нагрузкой представлен на рис. 3.
81
Рис. 3. Общий вид испытания каркаса полной вертикальной нагрузкой
Горизонтальную нагрузку от электрической лебедки с максимальным тяговым усилием 245 кН прикладывали, как это представлено на рис. 2, посредством стального каната, охваты-вающего колонну на пересечении осей В и 6. Лебедка была закреплена на земле и пригружена фундаментными блоками общей массой 15 т (рис. 4). Усилие, действующее в канате, регистри-ровали посредством динамометра.
Рис. 4. Общий вид приложения горизонтальной нагрузки. На тяговом канате ви-ден динамометр.
Регистрацию деформаций и перемещений элементов по всем характерным сечениям и стыкам выполняли на каждом этапе нагружения посредством индикаторов часового типа с це-ной деления 0,01 и 0,001 мм и с базой различной длины, прогибомеров ПАО-6, установленных до начала нагружения. Ширину раскрытия трещин и швов в стыках сопряжения монолитных и
82 сборных элементов перекрытия измеряли посредством переносного микроскопа МПБ-2, а в труднодоступных местах – заранее установленными индикаторами.
На второй стадии испытаний предусмотрено приложить вертикальную нагрузку в том же порядке и в тех же ячейках, что и при первом испытании, но на перекрытие над 17-м этажом. Это позволит получить дополнительные экспериментальные данные о влиянии разновеликих вертикальных деформаций колонн и стенок ядра жесткости на условия работы под нагрузкой перекрытий верхних этажей.
В настоящей статье представлены экспериментальные результаты, полученные при испы-таниях на первой стадии. Перед испытаниями были проведены обследования конструкций зда-ния и установлено, что к этому времени возведено два яруса каркаса, включающие один под-земный и один надземный этаж. Одновременно с каркасом на высоту до нагружаемого пере-крытия возведены наружные стены, кирпичная стена по оси Г и забетонировано монолитное ядро жесткости. Над испытуемым перекрытием завершена подготовка к бетонированию стенок очередного яруса ядра жесткости. Прочность сборных элементов на день обследования соот-ветствовала проектной, кубиковая прочность бетона монолитных ригелей и ядра жесткости со-ставляла в среднем R =21 МПа (т.е. 70% от проектной прочности R=30 МПа для бетона класса В25). Дефектов в несущих элементах первых двух ярусов каркаса, влияющих на его несущую способность, не обнаружено.
3. Результаты испытаний
При воздействии на диск перекрытия вертикальной нагрузки развитие деформаций основ-ных несущих элементов перекрытия происходило практически по линейной зависимости от ее величины. В подтверждение этому, на рис. 5 представлены графики развития прогибов середи-ны испытуемых ячеек перекрытий под нагрузкой, а на рис. 6 – графики развития прогибов не-сущих ригелей нагружаемых ячеек. Можно отметить, что при нагружении двух ячеек перекры-тия середина ненагруженной средней ячейки получила прогиб, равный 0,5 мм (линия 2 на рис. 5), при нагружении средней ячейки остальные две ранее нагруженные ячейки также получили дополнительный прогиб в пределах 0,25...0,30 мм (линии 1 и 3 на рис. 5).
83
|
I |
||||||
|
II |
||||||
|
—1 |
||||||
|
-Ш-2 |
||||||
0
0.5
1
1.5 2
Прог ибы, мм
2.5
3
3.5
Рис. 5. Вертикальные перемещения середины ячеек перекрытий каркаса под нагрузкой. Арабскими цифрами обозначены перемещения: 1 – угловой ячейки, 2 – средней ячейки,
40 30 20 10 0
3 – ячейки, примыкающей одной стороной к ядру жесткости. I – уровень нагрузки, соответствующий расчетной по 1-му предельному состоянию, II -уровень нагрузки, соответствующий расчетной по 2-му предельному состоянию.
|
I |
||||
|
I I |
||||
|
2 |
||||
|
-А-3 |
||||
0
2.5
0.5 1 1.5 2
Прогибы, мм
Рис. 6. Вертикальные перемещения середины пролета несущих ригелей между осями 5 и 6 под нагрузкой. Арабскими цифрами обозначены перемещения ригелей: 1 – по оси Б, 2 – по оси В, 3 – по оси Г, 4 – по оси Д. I – уровень нагрузки, соответствующий расчет-ной по 1-му предельному состоянию, II - уровень нагрузки, соответствующий расчетной по 2-му предельному состоянию.
При величине приложенной вертикальной нагрузки, соответствующей (совместно с на-грузкой от собственной массы перекрытий) уровню контролируемой по деформациям (уровень II-II на графиках) после выдержки в течение более чем 30 минут приращения прогибов в плитах (см. рис. 5) и несущих ригелях (см. рис. 6) не отмечалось. Кроме того, прогибы середины про-лета несущих ригелей не получили заметных дополнительных приращений и при вынужденной выдержке во времени при действии полной расчетной нагрузки.
84 В целом это указывает на включение в совместную работу сборных и монолитных эле-ментов диска перекрытия, на перераспределение усилий, действующих в элементах нагружен-ных ячеек перекрытия, на его ненагруженные участки и включение их в работу. В результате величины наибольших достигнутых прогибов в основных несущих элементах перекрытия даже при уровне нагрузки g=5,0...5,25 кПа, соответствующей вместе с нагрузкой от собственной мас-сы расчетной по 1-му предельному состоянию (по прочности), были незначительными и со-ставляли в плитах перекрытий 3,1 мм, в несущих ригелях 2,3 мм, в связевых ригелях 1,3 мм. Это значительно меньше допустимого прогиба для этих элементов при действии на них нагруз-ки, соответствующей расчетной по 2-му предельному состоянию (по деформациям) и состав-ляющей величину g=3,3 кПа. Величина допустимого прогиба для этих изгибаемых элементов согласно СНиП 2.01.07-85 (Дополнение 10. Прогибы и перемещения) составляет l/200=5200/200=26 мм.
Общая картина деформированного состояния диска под действием полной вертикальной испытательной нагрузки представлена на рис. 7.
Рис. 7. Схема деформированного состояния нагруженных ячеек перекрытия при максимальной испытательной нагрузке.
Представленные графические зависимости опытных перемещений (прогибов) элементов под действием испытательной нагрузки имеют четкую закономерность и подтверждают досто-верность полученных экспериментальных данных.
Представленные закономерности развития прогибов несущих ригелей под нагрузкой под-тверждаются графиками развития деформаций наиболее нагруженных элементов перекрытий – несущих ригелей – по их верхней и нижней поверхностям (рис. 8). Нетрудно видеть, что на на-чальных этапах нагружения имеет место скачкообразное развитие деформаций, что, по-видимому, связано с обмятием контактных стыков и швов между сборными плитами и моно-литными ригелями. Однако с увеличением нагрузки проявляется устойчивое приращение де-формаций.
85
40
30 20 10
0
-15 -10 укорочение
-5
0
5
10 удлинение
15 20
e*10-5
Рис. 8. Относительные продольные деформации по верхней (слева) и нижней (справа) граням наиболее нагруженных при испытаниях несущих ригелей в пролетных сечениях: 1 - по нижней грани ригеля по оси В, 2 - то же по верхней грани, 3 - по верхней грани ригеля по оси Г. I - уровень нагрузки, соответствующий расчетной по 1-му предельному состоянию, II - уровень нагрузки, соответствующий расчетной по 2-му предельному состоянию.
При действии на перекрытие полной испытательной нагрузки интенсивностью 5,2 кПа (525 кГс/м2) наибольшие продольные относительные деформации бетона по верхней грани несущих ригелей в середине их пролета составили (15... 18)-10 5, что значительно меньше предельной сжимаемости бетона гсл = (300...350) -105 для изгибаемых элементов. При этой же нагрузке средние относительные деформации удлинения по нижней грани несущих ригелей находились в пределах (15...20) -10 5, что практически означало только достижение начала тре-щинообразования в их растянутой зоне. Действительно, видимые поперечные трещины по нижней грани несущих ригелей имели незначительное раскрытие (до 0,1 мм).
Представляет интерес рассмотреть условия работы сечений несущих ригелей в зонах отрицательного момента по граням колонн и стенки ядра жесткости. На рис. 9 представлены замеренные значения ширины раскрытия трещин по верхней грани несущих ригелей в указанных сечениях.
40
86
I
удлинение, мм
Рис. 9. Ширина раскрытия трещин (абсолютное удлинение бетона) по верхней грани не-сущих ригелей в сечениях у колонн или у стенок ядра жесткости. 1, 2 – раскрытие тре-щин ригеля по оси В, 3, 4 – то же по оси Г (см. рис. 2). I – уровень нагрузки, соответст-вующий расчетной по 1-му предельному состоянию, II - уровень нагрузки, соответст-вующий расчетной по 2-му предельному состоянию.
Можно отметить, что значения ширины раскрытия трещин корреспондируются между со-бой в случаях примыкания ригеля к стенке ядра жесткости и к колоннам. Выпадают из этих значений только величины раскрытия трещин в сечениях несущего ригеля у колонны на пере-сечении осей Г и 6. Это может быть объяснено повышенной жесткостью заделки неразрезного ригеля в этом месте вследствие близкого размещения (на расстоянии 1,8 м) следующей колон-ны. В целом при действии нормативных (эксплуатационных) нагрузок, равных 3,3 кПа, ширина раскрытия трещин составила 0,08...0,10 мм, и только у указанной колонны Г/6 ширина раскры-тия трещины достигла 0,2 мм. Однако и это значение раскрытия трещины находится в допус-тимых пределах. Согласно СНиП 2.03.01-84*, предельно допустимая ширина раскрытия трещин при действии кратковременных нагрузок равна 0,4 мм, и с учетом требований ГОСТ 8829-94 контролируемая при испытаниях ширина трещин составляет 0,4х0,7=0,28 мм.
Прогибы и относительные деформации в сечениях связевых ригелей под нагрузкой были незначительны по величине, что объясняется работой их на восприятие в основном усилий про-дольного распора, создаваемого под нагрузкой многопустотными плитами, работающими в ус-ловиях стесненных деформаций.
При вертикальной нагрузке на диск перекрытия интенсивностью 2,33 кПа в ячейке, огра-ниченной осями Г-Д и 5-6, по верхней поверхности перекрытия вблизи колонны на пересечении осей Г и 6 произошло раскрытие шва по контакту торца плиты с несущим ригелем. Длина рас-крытия шва от колонны к середине пролета составила 15...20 см. От действия нормативной на-грузки (3,3 кПа) ширина раскрытия этого шва составила 0,20 мм, длина не изменилась. При дальнейшем нагружении швы раскрылись по верхней поверхности диска перекрытия и в других местах (рис. 10), и ширина их раскрытия находилась в пределах 0,10...0,20 мм.
87
f) i &)
Рис. 10. Картина трещин в диске перекрытия при действии полной испытательной нагрузки. 1 - трещины по верху диска перекрытия в несущих ригелях и раскрытие швов между торцовыми (боковыми) поверхностями сборных плит, монолитными ригелями и монолитными участками, 2 - трещины по нижней грани несущих ригелей, расположенных по осям В и Г.
Замер деформаций стыков торцов плит с несущими ригелями показал, что во всех случаях понизу в этих стыках действуют сравнительно небольшие деформации сжатия (до 20⋅10-5 ). Это свидетельствует о работе многопустотных плит в составе диска перекрытия на изгиб с упо-ром в несущие ригели.
Полученные данные в целом показывают, что при вертикальной нагрузке на диск пере-крытия, соответствующей расчетной по 1-ой группе предельных состояний, деформации в наи-более опасных сечениях элементов перекрытий и в стыках были незначительными по величине и весьма далеки от значений, означающих достижение ими предельных состояний.
При совместном действии приложенной горизонтальной сосредоточенной силы с наи-большим значением 88,2 кН и вертикальной испытательной нагрузки горизонтального смеще-ния каркаса в уровне диска перекрытия относительно точек, закрепленных на местности, а так-же взаимных смещений торцов сборных плит относительно несущих ригелей не обнаружено. Вместе с тем, некоторый перекос ячейки перекрытия, ограниченной осями 5 и 6, В и Г, в этом случае при испытаниях был зафиксирован. Так, если деформации одной диагонали этой ячейки от угла ядра жесткости на пересечении осей 5 и Г до колонны на пересечении осей 6 и В не от-мечены, то другая диагональ этой ячейки длиной 8,246 м от колонны на пересечении осей 6 и Г
88 до колонны на пересечении осей 5 и В получила удлинение, равное 0,18 мм, что соответствует относительному удлинению 2,2⋅10-5 .
По результатам статических испытаний построенного натурного каркаса здания на совме-стное действие вертикальных нагрузок, соответствующих расчетным по 1-ой группе предель-ных состояний, и горизонтальных нагрузок, превышающих уровень расчетных нагрузок, можно заключить, что эти нагрузки не вызвали в каркасе, его элементах и стыках необратимых повре-ждений, чрезмерных деформаций, раскрытия трещин и швов, превышающих допускаемые дей-ствующими нормативными документами и стандартами значения.
Отсутствие взаимных горизонтальных смещений торцов многопустотных плит относи-тельно боковых граней несущих ригелей указывает на то, что в горизонтальной плоскости диск перекрытия работает под нагрузкой как единая монолитная конструкция. При этом бетонные шпонки и выпуски рабочей арматуры сборных плит из их торцов при расчетных нагрузках практически не включаются в работу на сдвиг в плоскости диска перекрытия вдоль шва между торцами плит и несущими ригелями. В этом случае не могут реализоваться расчетные случаи раздвижки и смещения сборных плит, рассмотренные в работе [2], поскольку при этом должны быть разорваны все связевые ригели и разрушена анкерная связь выпусков рабочей арматуры плит, размещенных в монолитных несущих ригелях, что в принципе невозможно.
4. Теоретический анализ результатов испытаний
Приведенные выше экспериментальные данные указывают на то, что в пределах нагруже-ний сборно-монолитного железобетонного каркаса многоэтажных зданий серии Б1.020.1-7 вплоть до уровня расчетных нагрузок по 1-ой группе предельных состояний (по несущей спо-собности) его деформирование происходит по линейной зависимости от величины приложен-ной нагрузки (см. рис. 5, 6, 8, 9). Для рассматриваемого сборно-монолитного каркаса это может объяснено тем, что при образовании трещин в сечениях отдельных элементов и уменьшении при этом жесткости их сечений по отношению к начальной, вследствие увеличения деформа-тивности этих элементов в более интенсивную работу на восприятие нагрузки включаются смежные менее нагруженные элементы. Действительно, если в сечениях несущих ригелей от-мечалось появление трещин, то на всех стадиях нагружения в сечениях сборных многопустот-ных плит, связевых ригелей и колонн трещины отсутствовали. В результате, при испытаниях с ростом нагрузки не наблюдалась интенсификация приращений общих перемещений перекры-тия и каркаса в целом.
Таким образом, проведенные испытания подтверждают цельность и пространственный характер работы под нагрузкой каркаса как многократно статически неопределимой системы с достаточно большими возможностями по перераспределению усилий между его элементами
89 при силовых воздействиях, а также указывают на возможность оценивать его работу под на-грузкой методами линейно упругого расчета.
Для расчета каркаса зданий серии Б1.020.1-7 в институте БелНИИС предложена про-странственная оболочечно-стержневая конечно-элементная модель [3], которая проверена на результатах многочисленных экспериментальных исследований и наиболее полно соответству-ет реальной конструкции каркаса. На рис. 11 представлена расчетная модель железобетонного сборно-монолитного каркаса серии Б1.020.1-7 в пределах одной его ячейки.
В расчетной модели каркаса (рис. 11,б) колонны и монолитные ригели представлены
стержневыми элементами общего вида, многопустотные плиты перекрытий, а также диафрагмы
жесткости – изгибно-плосконапряженными конечными элементами (элементами плоской обо-
лочки). Последние являются общим случаем плоских конечных элементов, они имеют в узле
шесть стандартных степеней свободы (3 линейные и 3 вращательные) и способны восприни-
мать продольные и поперечные силы и изгибающие моменты в двух ортогональных направле-
ниях, а также крутящие моменты. В используемом программном комплексе семейства MicroFE
(разработан в ООО ЕВРОСОФТ, г. Москва) такие элементы построены на основе смешанного
метода и отличаются более высокой точностью по сравнению с традиционными элементами
метода перемещений, что подтверждено численными исследованиями. Для аппроксимации
многопустотных плит применяют ортотропные конечные элементы, т.е. элементы, имеющие в
двух направлениях различные жесткостные характеристики, определяемые по фактическим се-
чениям многопустотных плит.
а) б)
Рис. 11. Принципиальная схема расчетной конечно-элементной модели сборно-монолитного каркаса серии Б1.020.1-7. а) – конструкция каркаса, б) – расчетная модель каркаса. 1 – колонны; 2 – монолитные ригели; 3 – сборные многопустотные плиты; конеч-ные элементы: 4, 5 – 3D стержни, моделирующие колонны и ригели соответственно; 6 – элементы плоской оболочки, моделирующие многопустотные плиты; 7 – связевые элемен-ты (3D стержни); А…В – типы сопряжений элементов (табл. 1)
90 Сопряжения элементов перекрытий в расчетной модели приняты жесткими, за исключе-нием соединений, обозначенных буквами на рис. 11,б. Их характеристики даны в табл. 1.
Расчетную модель каркаса здания в целом составляют из совокупности описанных выше моделей ячеек этого каркаса. Фрагмент (на 1 этаж) расчетной модели испытанного каркаса зда-ния представлен на рис. 12.
Нагрузки, действующие на здание, рассматривают в расчетных моделях, как правило, в виде узловых сил или равномерно распределенных по площади или длине нагрузок, приложен-ных в тех же геометрических местах, где они действуют на реальные конструкции, без какого-либо их переноса или приведения к более простым видам нагружения.
Таблица 1 Характеристики сопряжений элементов перекрытий
Примечание. Буквы R и T в последней колонке таблицы обозначают вращательные вокруг соответст-вующей оси (X, Y) и линейные вдоль указанной оси (X, Y, Z) степени свободы.
Обозначение
сопряжения на
рис. 1
А
Б
В
Наименование
Сопряжение многопустотной плиты с поперечным (несу-щим) ригелем
Сопряжение плиты перекры-тия с продольным (связевым) ригелем
межплитный
Продольный шов
Чем обеспечивается соедине-ние
Бетонными шпонками в по-лостях плит, выпусками ниж-ней арматуры из плиты в ри-гель
бетонной
Непрерывной шпонкой
Бетоном швов
замоноличивания
Шарниры в расчетной
модели по степеням
свободы
RX
TX (растяжение), TY, RY
TX (растяжение), TY, TZ, RY
Рис. 12. Фрагмент на 1 этаж расчетной модели каркаса
17-этажного жилого дома по ул. Октябрьской в г. Белгороде.
Поскольку наибольшую значимость для оценки достоверности принятой расчетной моде-ли каркаса имеют опытные значения физических параметров, полученных при натурных испы-
91 таниях, было решено сопоставить опытные значения прогибов элементов перекрытий при вер-тикальной нагрузке с результатами расчетов. Численно исследовано три варианта условий со-пряжения многопустотных плит между собой (тип В, см. рис. 11) и с монолитными ригелями (типы А, Б, см. рис. 11): вариант I - полностью шарнирные сопряжения типов А, Б и В, вариант II - жесткое сопряжение плит по торцам с несущими ригелями (тип А) и шарнирные сопряже-ния по боковым сторонам плит (типы Б и В), вариант III – полностью жесткие сопряжения эле-ментов перекрытий всех трех типов. В табл. 2 приведены в сопоставлении с опытными резуль-таты расчета вертикальных перемещений элементов диска перекрытия с указанными варианта-ми сопряжений при максимальной фактической вертикальной нагрузке, приложенной в каждой ячейке каркаса при испытаниях.
Представленные в табл. 2 данные показывают, что при шарнирном сопряжении плит и ри-гелей (вариант I) расчетные значения перемещений последних в два и более раза превышают опытные, примерно в такой же мере переоценивается и величина прогибов плит. Использова-ние в расчетной модели жесткого сопряжения торцов плит с несущими ригелями (вариант II) несколько уменьшает различие в опытных и расчетных величинах прогибов, однако в этом слу-чае, так же как и в первом, принятие полностью шарнирного сопряжения по боковым граням плит приводит к недооценке жесткости настила сборных плит в поперечном направлении и, со-ответственно, к завышению нагрузки, передающейся на несущие (поперечные) ригели, и к за-нижению нагрузки, передающейся на связевые (продольные) ригели. Более близкими с опыт-ными имеют результаты расчета по модели с абсолютно жесткими сопряжениями элементов перекрытий между собой (вариант III). Однако в этом случае расчетные величины прогибов не-сколько недооцениваются по отношению к фактическим, причем это наблюдается в равной ме-ре для всех элементов перекрытий. Таким образом можно заключить, что сопряжения элемен-тов перекрытий в сборно-монолитном каркасе не являются ни жесткими, ни шарнирными, а уп-руго податливыми, т.е. они имеют конечную, не равную нулю, жесткость.
Вместе с тем отметим, что использование в проектной практике расчетных моделей кар-касов с ненулевой изгибной жесткостью шпоночных сопряжений, в которых отсутствует рабо-чее армирование, приводит к возникновению в них расчетных усилий соответствующего на-правления. В ряде случаев расчет, выполняемый с учетом этих усилий, противоречит требова-ниям действующих норм проектирования, запрещающих передавать на бетонные элементы расчетные изгибающие моменты (п. 1.7 СНиП 2.03.01-84*). Поэтому в межплитные швы у кон-цов плит следует располагать армирование в виде стержней, заанкеренных одним концом в теле несущих ригелей, площадь сечения которых достаточна для восприятия указанных усилий. Та-кое армирование и было предусмотрено в рабочих чертежах перекрытий дома. Вместе с тем расчетная модель с шарнирными сопряжениями элементов перекрытий может быть использо-вана для более осторожного проектирования перекрытий.
92
Таблица 2 Опытные и расчетные значения перемещений элементов каркаса при полной испытательной вертикальной и горизонтальной нагрузках
|
Вертикальные перемещения (прогибы), мм |
Расчетное го-ризонтальное перемещение при сопряже-нии элементов по варианту I, мм |
||
|
Элемент |
опытные yexp |
расчетные значения перемещений при вариантах сопряжений элементов перекрытий |
|
вариант I ycal,I |
ycal,I yexp |
вариант II ycal,II |
ycal,II yexp |
вариант III ycal,III |
ycal,III yexp |
||||
|
Ригели несущие по осям |
5-6/Б |
0,29* |
2,35 |
- |
2,25 |
- |
0,91 |
- |
0,20 |
|
5-6/В |
1,90 |
3,97 |
2,09 |
4,00 |
2,10 |
1,69 |
0,89 |
0,16 |
|
|
5-6/Г |
2,30 |
3,88 |
1,69 |
3,87 |
1,68 |
1,48 |
0,64 |
0,05 |
|
|
5-6/Д |
0,79 |
2,16 |
2,73 |
2,12 |
2,68 |
0,66 |
0,84 |
0,01 |
|
|
Ригели связевые по осям |
5/Б-В |
0,75 |
0,57 |
0,76 |
0,45 |
0,60 |
0,62 |
0,83 |
0,18 |
|
6/Б-В |
- |
0,70 |
- |
0,57 |
- |
0,73 |
- |
0,18 |
|
|
5/В-Г |
1,71 |
1,28 |
0,75 |
0,95 |
0,56 |
1,21 |
0,71 |
0,10 |
|
|
6/В-Г |
- |
1,49 |
- |
1,14 |
- |
1,41 |
- |
0,10 |
|
|
6/Г-Д |
1,10 |
1,05 |
0,95 |
0,84 |
0,76 |
0,91 |
0,83 |
0,03 |
|
|
- |
|||||||||
|
Плиты перекрытий в ячейках |
5-6/Б-В |
1,65** |
4,44 |
- |
4,20 |
- |
1,82 |
- |
0,18 |
|
5-6/В-Г |
3,10 |
6,50 |
2,10 |
5,95 |
1,92 |
2,66 |
0,86 |
0,10 |
|
|
5-6/Г-Д |
2,35 |
4,39 |
1,87 |
4,10 |
1,74 |
1,50 |
0,64 |
0,03 |
Примечания. * - под ригелем размещена наружная стенка, кладка которой препятствовала перемещениям ригеля под нагрузкой;
** - опытные значения прогибов занижены из-за влияния стены, расположенной по оси 5-6/Б, на перемещения ригеля.
В этом случае будет иметь место некоторое превышение расчетных значений вертикальных пе-ремещений над опытными, что позволит предъявить к перекрытию каркаса на стадии проекти-рования более жесткие требования по перемещениям, и при любой реальной ситуации по на-грузке гарантировано обеспечение требований норм по перемещениям.
Анализируя данные табл. 2, обратим внимание также на то, что к рассматриваемой (по-следней) стадии нагружения несущие ригели (самые нагруженные элементы перекрытия), как указывалось выше, в своих наиболее напряженных сечениях (у колонн и в середине каждого пролета) имели трещины. Это должно было привести к увеличению значений опытных проги-бов по сравнению с упругим расчетом, но этого, как следует из табл. 2, не произошло. Одного объяснения этому фактом перераспределения усилий между элементами перекрытия недоста-точно. Кроме перераспределения усилий на менее нагруженные элементы перекрытия и на со-седние ненагруженные ячейки, существенный вклад в уменьшение деформативности несущих ригелей с трещинами вносят образовавшиеся в них реактивные продольные распорные усилия [5,6]. Эти распорные усилия погашают величины моментов, действующих под нагрузкой, как в пролетных, так и в опорных (у колонн) сечениях ригеля, т.к. они вызывают появление в них вторичных моментов обратного знака. Наличие реактивного распора при изгибе сборных мно-гопустотных плит в стесненных условиях деформирования также приводит к образованию в их пролетных сечениях изгибающих моментов обратного знака. Эти эффекты не могут быть учте-ны программным комплексом в упругом расчете, и требуется разработка дополнительных про-граммных средств для учета указанных реактивных усилий, действующих в элементах пере-крытия с трещинами под нагрузкой.
Однако в целом представленная расчетная модель позволяет достаточно строго описывать процесс деформирования под нагрузкой несущей системы здания, напрямую учитывать совме-стную работу ее элементов, включая влияние дисков перекрытий как горизонтальных диафрагм жесткости на сопротивление каркаса горизонтальным нагрузкам, их взаимодействие с верти-кальными диафрагмами жесткости, которое хорошо известно, например, из работ проф. П.Ф. Дроздова [4]. Поэтому эта модель может применяться для статических и динамических расче-тов, а также расчетов на устойчивость каркасных зданий серии Б1.020.1-7 при любых видах внешних воздействий, включая силовые (вертикальные постоянные и временные нагрузки, сне-говые, ветровые и др. нагрузки), температурные, кинематические (осадки фундаментов) и сейс-мические воздействия.
Проведенный расчет на совместное действие на каркас наибольших по величине прило-женных вертикальных и горизонтальных нагрузок показал, что имели место относительно не-большие горизонтальные смещения диска нагруженного перекрытия. Наибольшие смещения получили ригели по осям Б и В (до 0,20 мм), наиболее удаленные от ядра жесткости, в середине которого (по оси Д) перемещение было минимальным и равным 0,01 мм. Как следует из пред-ставленных в табл. 2 данных, горизонтальные перемещения диска перекрытия от приложенной сосредоточенной горизонтальной силы в створе оси В обусловлены в первую очередь поворо-том диска перекрытия в своей плоскости относительно ядра жесткости. Следует отметить, что
94
при расчете не было учтено влияние на работу под испытательной нагрузкой имевшихся на-
ружных стен по периметру здания, а также стен, выполненных к моменту испытания по оси Г
(см. рис. 2). Наличие и включение в работу на сдвиг наружных стен совместно с ядром жестко-
сти безусловно практически погасило при испытаниях общие горизонтальные перемещения
диска перекрытия. Поэтому при расчете многоэтажных каркасных зданий необходимо учиты-
вать возможное сопротивление горизонтальным нагрузкам поэтажно опертых стен. В то же
время требуется регулировать конструктивными решениями величины усилий, возникающих в
ограждающих конструкциях, чтобы исключить их перегрузку и возможные механические по-
вреждения при эксплуатации.
В целом результаты сопоставления опытных и расчетных данных указывают на возмож-
ность применения принятой расчетной модели для оценки перемещений всего каркаса здания
на воздействие расчетных нагрузок и сопоставления их с требованиями норм. В табл. 3 приве-
дены величины горизонтальных перемещений каркаса по высоте здания без учета включения в
работу поэтажно опертых стен при действии расчетной ветровой нагрузки по двум направлени-
ям, параллельным главным осям здания, а на рис. 13 представлена их графическая интерпрета-
ция.
Таблица 3 Результаты расчета на воздействие ветровой нагрузки жилого дома по ул. Октябрьской в г. Белгороде
|
Этаж |
Высота, м |
Значения при действии ветра вдоль буквенных осей здания |
Наибольшее смещение края |
||
|
смещения ядра жест-кости f1,sw, мм |
наибольшего смещения края диска перекрытия f1,e, мм |
разности ∆=f1,sw - f1,e, мм |
диска перекрытия f2,e, мм, при действии ветра вдоль цифровых осей здания |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
18 |
53.22 |
26.3 |
30.3 |
4.0 |
15.7 |
|
17 |
51 |
25.3 |
29.4 |
4.1 |
15.0 |
|
16 |
48 |
23.9 |
28.0 |
4.1 |
14.0 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
15 |
45 |
22.4 |
26.4 |
4.0 |
13.0 |
|
14 |
42 |
20.9 |
24.8 |
3.9 |
12.0 |
|
13 |
39 |
19.3 |
23.1 |
3.8 |
11.0 |
|
12 |
36 |
17.7 |
21.4 |
3.7 |
9.9 |
|
11 |
33 |
16.1 |
19.6 |
3.5 |
8.7 |
|
10 |
30 |
14.4 |
17.7 |
3.3 |
7.7 |
|
9 |
27 |
12.8 |
15.9 |
3.1 |
6.7 |
|
8 |
24 |
11.1 |
14.0 |
2.9 |
5.8 |
|
7 |
21 |
9.5 |
12.1 |
2.6 |
4.8 |
|
6 |
18 |
7.9 |
10.2 |
2.3 |
4.0 |
|
5 |
15 |
6.4 |
8.4 |
2.0 |
3.2 |
|
4 |
12 |
5.0 |
6.6 |
1.6 |
2.4 |
|
3 |
9 |
3.6 |
4.9 |
1.3 |
1.7 |
|
2 |
6 |
2.4 |
3.4 |
1.0 |
1.1 |
|
1 |
3 |
1.3 |
2.0 |
0.7 |
0.7 |
|
0 |
-0.1 |
0.6 |
0.9 |
0.3 |
0.3 |
|
-1 |
-2.36 |
0.3 |
0.4 |
0.1 |
0.1 |
|
-2 |
-5.35 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
95
а)
18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 -2
0 5 10 15 20 25 30 35 f 1,e , мм
б)
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
0.5 1 1.5 f 1,e, H - f 1,e,H-1 ,
2
мм
в)
18 16
14 12 10 8 6 4 2 0 -2
01
2345 ∆, мм
Рис. 13. Деформации (горизонтальные смещения) каркаса здания при воздействии ветровой нагрузки. а – общие горизонтальные смещения каркаса при воздействии боковой ветровой нагрузки, б – поэтажное приращение прогибов по высоте здания, в – разница горизонтальных смещений угла здания на пересечении осей 2 и Б и угла ядра жесткости на пересечении осей 3 и Г при боковом расчетном ветре.
Результаты расчета, приведенные в табл. 3 и на рис. 13, представляют определенный практический интерес для конструирования многоэтажных каркасных зданий. Так (см. рис. 13,б), приращение прогибов (и, соответственно, горизонтальный сдвиг) имеет наибольшее зна-чение на средних этажах (от 5-го до 11-го). Это означает, что на этих этажах должны быть при-няты конструктивные решения, обеспечивающие восприятие горизонтальных сдвиговых де-формаций и исключающие вероятность повреждения здесь колонн от действия значительных по величине поперечных сил. Горизонтальные смещения ядра жесткости (в) «опаздывают» по сравнению с наибольшими горизонтальными смещениями дисков перекрытий, и разница этих деформаций возрастает к верху здания. Это указывает на то, что в плоскости дисков перекры-тий верхних этажей также возникают сдвиговые деформации и усилия, но большой практиче-ской опасности для данного здания они не представляют, поскольку приращение «закручива-ния» каркаса на каждом этаже относительно ядра жесткости по расчету не превышает 0,2...0,3 мм, и только приращение «поворота» перекрытия над 5-м этажом относительно перекрытия четвертого этажа достигло 0,4 мм. Фактически при эксплуатации эти значения перемещений при расчетных сочетаниях горизонтальных и вертикальных нагрузок будут во многом погаше-ны включением в работу на закручивание ядра жесткости и оболочки дома, образованной на-ружными поэтажно опертыми стенами, что подтверждено результатами натурных испытаний, представленными выше. Поэтому для оценки реальной жесткости каркаса при действии гори-зонтальной нагрузки в расчете следует учитывать сопротивление сдвигу поэтажно опертых стен многоэтажного здания.
96
5. Выводы
Сборно-монолитный железобетонный каркас многоэтажных зданий серии Б1.020.1-7, выполненный высотой на 18 этажей, удовлетворяет требованиям нормативных документов по несущей способности, жесткости и трещиностойкости, имеет достаточно большие резервы на-дежности. Каркасы зданий серии Б1.020.1-7 могут применяться при их высоте свыше 9-ти эта-жей.
Расчет каркасов зданий серии Б1.020.1-7 можно выполнять методом конечных элемен-тов, используя разработанную в БелНИИС расчетную модель, посредством программного ком-плекса ProFEt&Stark_Es в соответствии с рекомендациями настоящей статьи.
Требуется продолжить совершенствование методов расчета каркасов, обеспечивающее дальнейшее повышение точности расчета, а также их эффективности и сокращение материало-емкости.
Литература
Новая универсальная каркасная система многоэтажных зданий/ Мордич А.И., Вигдор-чик Р.И., Белевич В.Н., Залесов А.С.// Бетон и железобетон. – 1999. – №1. – С. 2-4.
Семченков А.С., Третьяков Б.И., Макаренко С.К. Расчет прочности сборных дисков пе-рекрытий связевого каркаса// Бетон и железобетон. – 1987. – №10. – С. 21-23.
Симбиркин В.Н. Расчетные модели метода конечных элементов сборно-монолитных и монолитных каркасов зданий// Современные архитектурно-конструктивные системы зданий и сооружений, новые строительные материалы и технологии: Сб. трудов. – Мн.: Стринко, 2000. – С. 103-108.
Дроздов П.Ф. Конструирование и расчет несущих систем многоэтажных зданий и их элементов. – М.: Стройиздат, 1977. – 223 с.
Мордич. А.И. Сборно-монолитные и монолитные каркасы многоэтажных зданий с пло-скими распорными перекрытиями// Монтажные и специальные работы в строительстве. – 2001. – №8-9. – С. 10-14.
Мордич А.И. Несущая способность и деформации железобетонных балок и плит при наличии продольного распора// Архитектура оболочек и прочностной расчет тонкостенных строительных и машиностроительных конструкций сложной формы: Материалы научной кон-ференции/ М.: Изд-во Российского ун-та дружбы народов, 2001. – 220 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Акты проведения натурных испытаний сборно-монолитного каркаса серии Б1.020.1-7
97
98
МЕТОДИКА
проведения контрольных натурных испытаний
статическим нагружением фрагментов сборно-монолитного
рамно-связевого каркаса с плоскими дисками перекрытий
в условиях строительства многоэтажных домов-представителей
серии Б1.020.1-7
СОГЛАСОВАНО:
Зам. Директора НИИЖБ
Госстроя РФ, д.т.н.
РАЗРАБОТАНО:
Директор НИЭП ГП Институт БелНИИС
Минстройархитектуры РБ, к.т.н.
Т.А.Мухамедиев
« » 2001 г.
А.И.Мордич
« » 2001 г.
Зав.лабораторией теории железобетона НИИЖБ, д.т.н., проф
Зав.лабораторией несущих конструкций БелНИИС
А.С.Залесов
« » 2001 г.
В.Н.Белевич
«____» 2001 г.
Минск 2001
99
1. Введение
Настоящая методика разработана на основании письма №90 от 10.04.01 Управления правового регулирования в строительстве Департамента строительства и транспорта Правительства администрации Белгородской об-ласти Российской Федерации и с учетом требований ГОСТ 15.901-91 «Система разработки и постановки продукции на производство. Конструкции, изделия и материалы строительные», ГОСТ 15.309-98 «Система разработки и постановки продукции на производство. Испытания и приемка выпускаемой продукции», ГОСТ 15.311-90 «Постановка на производство продукции по технической доку-ментации иностранных фирм» и ГОСТ 8829-94 «Изделия строительные железо-бетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытаний нагружени-ем. Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости». Кроме ука-занных стандартов, при разработке настоящей методики учтены результаты экспериментальных исследований и накопленный в БелНИИС опыт проведения натурных испытаний в лабораторных и построечных условиях каркасных систем на объектах г.г.Москвы, Минска, Гомеля, Светлогорска.
Методика предусматривает проведение в условиях строительства многоэтажных зданий серии Б1.020.1-7 натурных испытаний фрагментов сбор-но-монолитного каркаса с плоскими перекрытиями из многопустотных плит, разработанного в НИЭП ГП – институт БелНИИС Минстройархитектуры РБ. Методика включает общие положения, программу испытаний, контрольно-измерительные приборы и порядок оценки несущей способности конструктивных элементов, узлов их сопряжений и каркаса в целом при испытаниях на действие вертикальной и (в случае необходимости) горизонтальной кратковременных статических нагрузок.
Основные положения данной методики разработаны применительно к контрольным испытаниям 10-этажного и 18-этажного жилых домов-представителей, возводимых в г.Белгороде по рабочим чертежам, разработан-ным в НИЭП ГП - институт БелНИИС (г.Минск).
Цель испытаний - оценка несущей способности наиболее ответст-венных и нагруженных при эксплуатации элементов, узлов и в целом рамно-связевого сборно-монолитного каркаса при механических нагружениях его уси-лиями, соответствующими эксплуатационным нагрузкам и воздействиям. Ис-пытания являются основанием для принятия решения по вводу испытанных зда-ний серии Б1.020.1-7 в эксплуатацию и их последующему строительству в г. Бел-городе и Белгородской области, осуществляемому ЗАО «БелгородстройПлюс» и ООО «БелгородстроймонтажЗаказчик».
2. Описание конструкции каркаса серии Б1.020.1-7
2.1. Примененный в зданиях сборно-монолитный рамно-связевый каркас МВБ-01 разработан в БелНИИС в результате выполненного комплекса научно-исследовательских работ, экспериментального проектирования и строительст-ва (Патент России №1776734. Каркас многоэтажного здания и способ его воз-ведения. МКл.5 Е04 В 1/18, 23.11.92, БИ №43, Патент РФ №2118430. Каркас мно-
100
гоэтажного здания МКИ6 Е04В1/18, Е04Н 9/02., БИ № 24, 1998.) Патентообла-датель БелНИИС.
2.2. Принципиальная конструкция каркаса представлена на рис.1. Каркас состоит из колонн и плоских дисков перекрытий. Последние образованы много-пустотными плитами и скрытыми в пределах толщины перекрытий и располо-женными в створах колонн монолитными несущими и связевыми ригелями. При-чем ригели в уровне каждого этажа пропущены сквозь колонны и жестко связа-ны с ними. Монолитный бетон ригелей объединяет опертые на них сборные мно-гопустотные плиты в диск перекрытия посредством сопряжения на бетонных шпонках, а также выпусках рабочей арматуры по торцам плит, заанкеренных в несущих ригелях.
Рис.1.Конструкция сборно-монолитного каркаса МВБ-01 многоэтажных зданий серии Б1.020.1-7
1 – колонны, 2- многопустотные плиты
3 – несущие ригели, 4 – связевые ригели, 5 – консоли для устройства балконов, эркеров
2.3. В каркасе сборные железобетон-ные колонны на 1-2 этажа сечением 40 х 40 см жестко защемлены в фундаментах. Мно-гопустотные плиты толщиной 220 мм с круглыми пустотами оперты концами на бе-тонные шпонки несущих ригелей, разме-щенные в открытых пустотах плит на глубину 100± 20 мм, и сопряжены с ригеля-ми выпусками рабочей арматуры из торцов плит на длину 150±5 мм, заанкерен-ными в теле ригелей. Ригели выполнены без предварительного напряжения рабо-чей арматуры.
2.4. Основные положения, принципы проектирования зданий на основе каркаса и рабочие чертежи конструктивных элементов сведены в серию Б1.020.1-7 «Сборно-монолитная каркасная система МВБ-01 с плоскими перекрытиями для зданий различного назначения», утвержденную приказом Министра архитектуры и строительства Республики Беларусь №79 от 31 марта 1999 г. и введенную в дей-ствие приказом НИЭП ГП – институт БелНИИС №32П от 28 апреля 1999 г.
3. Несущие конструкции каркаса домов-представителей, подлежа-щих испытаниям
3.1. Односекционный 18-этажный жилой дом по ул.Октябрьской в
г.Белгороде
3.1.1. Каркас строящегося 18-этажного здания жилого дома в г.Белгороде
полностью соответствует описанной выше конструкции. Каркас запроектирован в
соответствии с “Указаниями по проектированию каркаса» серии Б1.020.1-7,
101
вып.0-1 «Сборно-монолитная каркасная система МВБ-01 с плоскими перекры-тиями для зданий различного назначения».
Пространственная жесткость здания на действие горизонтальной на-грузки обеспечивается рамами несущего каркаса с жесткими узлами и вертикаль-ным ядром жесткости в виде прямоугольной в плане монолитной железобетонной лестнично-лифтовой клетки, со стенками, размещенными в створах колонн по осям «Г»-«Е»/3-5 (см. схему испытаний на рис.2). Рабочая арматура колонн, мо-нолитных ригелей и ядра жесткости - из стали класса А-Ш без предварительного напряжения.
С учетом этажности и конфигурации здания в плане, влияющих на со-отношение вертикальных и горизонтальных нагрузок, определяемых в соответст-вии со СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» и действующих на здание при эксплуатации, несущий каркас подлежит испытаниям на эти усилия.
3.2. Двухсекционный 10-этажный жилой дом по ул.Губкина в г.Белгороде
Конструкция несущего каркаса строящегося двухсекционного 10-этажного жилого дома по ул.Губкина также полностью соответствует описанному в п.2.1..2.3 техническому решению. План перекрытия с размещением в диске пе-рекрытия сборных многопустотных плит, колонн, монолитных ригелей представ-лен на рис.3.
Каркас строящегося 10-этажного здания жилого дома запроектирован в соответствии с “Указаниями по проектированию каркаса» серии Б1.020.1-7, вып.0-1 «Сборно-монолитная каркасная система МВБ-01 с плоскими перекры-тиями для зданий различного назначения».
Пространственная жесткость здания на действие горизонтальной на-грузки обеспечивается рамами несущего каркаса с жесткими узлами и сборными железобетонными вертикальными диафрагмами жесткости лестнично-лифтовых клеток, со стенками, размещенными в створах колонн по осям «Б», 3-4 и 7-8,. Ра-бочая арматура колонн, монолитных ригелей и диафрагм жесткости - из стали класса А-Ш без предварительного напряжения.
В данном каркасе плиты перекрытий в ячейках, ограниченных осями 1-2/Б-В и 9-1-/Б-В, расположены ортогонально относительно остальных, в резуль-тате чего монолитные ригели в этих ячейках совмещают функции несущих и свя-зевых ригелей. Испытаниям на действие вертикальной нагрузки подлежат наибо-лее невыгодно расположенные относительно других ячейки каркаса, ограничен-ные осями 1-3/1 и В-Г,.
4. Программа испытаний
4.1. Вертикальное нагружение
4.1.1. Перед испытаниями каркаса следует исследовать качество сборных железобетонных изделий и технологию строительства объектов подрядными ор-ганизациями, осуществить обследование технического состояния конструкций визуальным осмотром, зафиксировать характерные дефекты и повреждения, влияющие на несущую способность элементов и каркаса в целом, определить
102
прочность бетона на сжатие неразрушающими методами, установить измеритель-ные приборы согласно схемам.
Испытанию вертикальным нагружением подлежат наиболее невыгод-ные по условиям работы конструкций три ячейки каркаса 18-этажного дома (включая 2 угловые ячейки) в осях “Б-Д” и “5-6” диска перекрытия над 2-м эта-жом и две ячейки 10-этажного дома в осях 1-3/1-«В-Г». Эти ячейки выделены ко-сой штриховкой на схемах (рис.2, рис.3).
Под загружаемым перекрытием должны быть убраны верхние ряды кладки перегородок и наружных стен для обеспечения свободных вертикальных перемещений перекрытия под нагрузкой. При этом, в 18-этажном здании по осям 3-5 в пролете между осями “Г” и “Е”, а также по оси «Г» монолитные железобе-тонные диафрагмы ядра жесткости должны быть выполнены на высоту, превы-шающую отметку нагружаемого перекрытия.
Испытания вертикальной нагрузкой фрагмента каркаса из трех ячеек 18-этажного дома предполагается осуществлять поэтапно последовательным на-гружением вначале двух ячеек (через одну), затем всех трех - ступенями до уров-ня наибольшей временной распределенной нагрузки, соответствующей расчетной по второму предельному состоянию для данного объекта (qn =5 кПа [500 кГс/м2] ), по методике, соответствующей ГОСТ 8829-85.
Испытания фрагмента каркаса 10-этажного жилого дома предусмат-ривается осуществить одновременным и поэтапным нагружением вертикальной равномерно распределенной нагрузкой до величины, указанной в п.4.1.3 двух яче-ек диска перекрытия 6-го этажа, ограниченных в осях «1-3/1» - «В-Г», либо им симметричную в осях «7/1-10» - «В-Г».
Полезную вертикальную равномерно распределенную нагрузку (см.схемы испытаний на рис.2 и рис.3) на перекрытие предусматривается созда-вать штучными грузами в виде фундаментных блоков, например ФБС 24-6-3 мас-сой 1000 кг, ступенями, составляющими примерно 0,1..0,2 от максимальной ис-пытательной нагрузки. Блоки следует укладывать на диски перекрытий ячеек кар-каса через деревянные прокладки, уложенные поперек плит равномерно с шагом, равным ¼ пролетов продольных ригелей. Нагружение перекрытия и раскладку грузов следует осуществлять поочередно и равномерно по всей грузовой площади каждой испытываемой ячейки, причем непосредственно на монолитные ригели нагрузку не прикладывать, а их нагружение должно происходить передачей уси-лий через стыки сопряжений с ними от плит перекрытия.
На каждой ступени нагружения фрагмента следует давать выдержку 10-15 минут для обследования состояния конструкций, снятия показаний по ме-ханическим приборам, фиксации и измерения ширины раскрытия трещин. При достижении уровня нагрузки, соответствующей контрольной по жесткости, вы-держка должна быть не менее 30 минут (как предусмотрено в ГОСТ 8829-94).
4.2. Горизонтальное приложение нагрузки
4.2.1. Испытание каркаса 18-этажного дома на действие горизонтального усилия предусматривается осуществить путем приложения нагрузки к диску пе-рекрытия в уровне второго этажа в створе крайнего ряда колонн по оси «Б». Такие испытания целесообразно проводить в сочетании с вертикальной нагрузкой после
103
достижения ею требуемого уровня, достаточного для оценки несущей способно-сти конструкций каркаса по жесткости и трещиностойкости.
К диску перекрытия в зоне размещения колонны на пересечении осей 2-«Б» вдоль оси «Б» в уровне второго этажа предполагается приложить горизон-тальную нагрузку величиной примерно 100 кН (10 тонн). Величина нагрузки оп-ределена расчетом исходя из нормируемой ветровой нагрузки на 1 п.м. периметра этажа (СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»). При этом величина горизон-тального перемещения диска в уровне второго этажа не должна превышать 1,9 мм.
Из условий наиболее невыгодной работы диска перекрытия на сдвиг в своей плоскости относительно ядра жесткости, приложение горизонтальной на-грузки предусматривается осуществить по оси «Б». Эту нагрузку предполагается создавать с помощью лебедки, заанкеренной в грунте, а передачу усилия на диск осуществлять с помощью стальных канатов, пропущенных сквозь отверстия для термовкладышей в монолитном ригеле и наклонного упора (см.вид сбоку на схе-ме испытаний рис.2). В качестве упора может служить стальная ферма (стрела подъемного крана) или колонна, способные воспринять сжимающее усилие вели-чиной не менее 20 тонн. При этом упор должен быть закреплен нижней частью в фундаменте колонны в осях «Б»/6, а в верхней части на уровне диска перекрытия иметь вращающийся блок для запасовки каната. Для обеспечения устойчивости и наклонного положения упора, его следует раскрепить дополнительными стойками и подкосами. Для равномерной передачи усилия на бетон диска под канатом сле-дует установить стальные пластины толщиной 20 мм со скругленными боковыми гранями. При невозможности создания усилия лебедкой, необходимо иметь под-весную платформу, способную выдерживать из фундаментных блоков груз мас-сой не менее 13 тонн.
Горизонтальную нагрузку следует прикладывать поэтапно, ступенями по 2 тонны на каждой ступени. На каждом этапе нагружения следует давать вы-держку под нагрузкой в течении не менее 10 минут, производить обследование состояния стыков сборных и монолитных конструкций, снимать показания по приборам.
5. Контролируемые параметры и измерительные приборы
Усредненную прочность на сжатие бетона монолитных ригелей, плит перекрытий и колонн на день испытаний следует определять испытаниями на сжатие до разрушения контрольных кубов с ребром 150 или 100 мм, формуемых одновременно с бетонированием конструкций, а при отсутствии кубов – с помо-щью эталонного молотка Кашкарова. Прочность бетона конструкций на день ис-пытаний должна составлять не менее 70% от проектной.
Для измерения вертикальных и горизонтальных перемещений элемен-тов каркаса, деформаций бетона несущих конструкций, а также их сопряжений в характерных сечениях предусматривается установка механических приборов – прогибомеров Аистова 6ПАО с ценой деления 0,01 мм, Максимова с ценой деле-ния 0,1 мм и индикаторов часового типа ИЧ-10, ИГМ с ценой деления 0,01 и 0,001 мм соответственно.
104
Измерительные приборы, как правило, следует размещать в сечениях, подверженным действию максимальных усилий от нагрузки согласно расчетным схемам, принятым при проектировании. В процессе испытаний следует измерять прогибы несущих и связевых ригелей, плит перекрытий – в серединах пролетов, деформации бетона – в пролетных и приопорных сечениях по сжатой и растяну-той граням. Схемы расстановки приборов приведена на рис.2, рис.4-7.
Горизонтальные перемещения диска следует измерять относительно неподвижных точек, закрепленных на местности в створах осей 2, 4, 6 и «Б», «В», «Г» на расстоянии не более 1 м от края перекрытия. В качестве точек закрепления могут быть деревянные столбы высотой, доходящей до уровня испытуемого пере-крытия.
Контроль за появлением трещин в элементах каркаса и их узловых сопряжениях следует осуществлять визуально, а ширину раскрытия трещин изме-рять с помощью переносного микроскопа МПБ-2 с ценой деления 0,05 мм.
Контроль за величиной нагрузки из штучных грузов и создаваемого горизонтального усилия следует осуществлять с помощью пружинных динамо-метров, подвешиваемых между грузом и подъемным либо натяжным механизмом.
После окончания испытаний и разгрузки в обратном порядке диска перекрытия каждой ячейки следует фиксировать промежуточные деформации элементов каркаса при неравномерном нагружении ячеек, а также остаточные де-формации при полностью снятой нагрузке после выдержки в течении 30 минут.
6. Оценка результатов испытаний
В процессе проведения испытаний ведется журнал наблюдений, запи-сываются в таблицу показания механических приборов. По полученным результа-там испытаний выполняется обработка, анализ и сопоставление фактических па-раметров с контрольными, определенными расчетом системы в предположении упругой работы материалов, а также сопоставление их с предельно допустимыми значениями в соответствии с требованиями действующих Норм проектирования.
Оценку несущей способности элементов и каркаса в целом по жестко-сти и трещиностойкости следует производить по достигнутым при действии нор-мативных нагрузок величинам прогибов и ширины раскрытия трещин, значения которых не должны превышать предельно допускаемых и регламентируемых ГОСТ 8829-94, а также СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конст-рукции» и СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия. (Дополнения. Раздел 10. Прогибы и перемещения)».
На основании анализа материалов испытаний составляется протокол с выводами о пригодности конструктивной системы к эксплуатации и акт с реко-мендациями о возможности постановки на производство сборно-монолитного каркаса с плоскими перекрытиями из многопустотных плит и его освоения под-рядными организациями для массового строительства многоэтажных зданий се-рии Б1.020.1-7.
7. Мероприятия по технике безопасности
105
Зона проведения испытаний должна быть ограждена и обозначена флажками и предупреждающими надписями. Крайние кромки диска перекрытия, на котором предусматривается перемещение персонала, должны быть снабжены ограждениями с перилами.
Для обеспечения безопасности проведения испытаний под нагружае-мым перекрытием следует установить временные страховочные опоры. В качест-ве временных опор могут служить стойки технологической оснастки, либо бревна диаметром не менее 200 мм, установленные под перекрытием с шагом 0,5-0,7 м в третях пролетов. По высоте стойки либо бревна должны не доходить до низа пе-рекрытия на 5-10 см.
При загружении перекрытия штучными грузами находиться под пере-крытием строго запрещено! Расстроповку штучных грузов на последних этапах нагружения перекрытия следует осуществлять после установившихся показаний прогибомеров под несущим ригелями.
При создании горизонтальной нагрузки на перекрытие находиться в зоне, очерченной радиусом длины троса опасно из-за возможного обрыва. Зона размещения натяжного троса должна быть укрыта дощатыми коробами.
106
А К Т
проведения натурных испытаний сборно-монолитного каркаса
серии Б 1.020.1-7 с плоскими перекрытиями из многопустотных плит
в условиях строительства 18-этажного жилого дома
по ул. Октябрьской в г. Белгороде
11 мая 2001 г. г.Белгород
Мы, нижеподписавшиеся
Мордич А.И. – директор института БелНИИС,
Белевич В.Н. – зав. лабораторией несущих конструкций БелНИИС,
Слисенко Г.С. – зам.генерального директора ЗАО «Белгородстрой Плюс» по техническим вопросам,
- Захарченко В.Я. – генеральный директор ООО «Белгородстройпроект»
в присутствии
начальника Управления правового регулирования в строительстве Департа-мента строительства и транспорта Правительства администрации Белгородской области РФ – начальника ГАСН области Кельина В.Е.,
заведующего кафедрой строительных конструкций Белгородской государст-венной технологической академии строительных материалов, профессора Дон-ченко О.М.,
зам.начальника Управления правового регулирования в строительстве Пра-вительства администрации Белгородской области РФ – зам.начальника областной инспекции ГАСН Игуменцева А.И.,
эксперта отдела Государственной вневедомственной экспертизы проектов и смет Доценко В.Н.,
главного специалиста инспекции ГАСН г.Белгорода Овчаренко Н.И.,
в соответствии с х/д № 72/2-01 от 10 апреля 2001 года провели натурные испыта-
ния сборно-монолитного каркаса с плоскими перекрытиями строящегося 18-ти этажного жилого дома по ул. Октябрьской в г. Белгороде. Рабочие чертежи дома разработаны НИЭП ГП «Институт БелНИИС» - ООО «Белгородстройпроект». Испытания каркаса выполнены в соответствии с разработанной в БелНИИС и со-
107
гласованной в НИИЖБ Госстроя РФ Методикой проведения в условиях строи-тельства контрольных натурных испытаний статическим нагружением сборно-монолитного рамно-связевого каркаса многоэтажных домов серии Б 1.020.1-7.
Цель испытаний – оценка несущей способности рамно-связевого сборно-монолитного каркаса при статических нагружениях его вертикальными и гори-зонтальными усилиями, соответствующими эксплуатационным нагрузкам и воз-действиям.
Методикой предусмотрено проведение испытаний вертикальным нагружени-ем равномерно распределенной нагрузкой диска перекрытия каркаса в осях «Б-Д»/5-6 (см. рабочие чертежи каркаса). Кроме вертикального нагружения, преду-смотрено испытание каркаса на действие горизонтальной сосредоточенной на-грузки, приложенной к диску перекрытия в уровне второго этажа в створе ряда колонн вдоль оси «Б». В связи с наличием в этом створе выполненной наружной стены, способной полностью воспринять приложенное горизонтальное усилие, последнее было приложено в створе колонн по оси «В», где отсутствовала стена.
Перед испытанием каркаса в наиболее характерных сечениях его элементов – колонн, плит перекрытия и монолитных ригелей, а также в местах их сопряжений – были установлены индикаторы часового типа с ценой деления 0.01 мм или 0.001 мм и прогибомеры 6 ПАО. Образование трещин в элементах каркаса фиксировали визуально, а ширину их раскрытия измеряли микроскопом МПБ-2 с ценой деле-ния 0.05 мм, а в недоступных местах – по стыку монолитных ригелей с колоннами – индикаторами ИЧ-10.
Испытательную равномерно распределенную вертикальную нагрузку на пере-крытие создавали штучными грузами в виде фундаментных блоков ФБС2.4-6-3 и передавали на диск перекрытия каркаса через деревянные прокладки, уложенные поперек плит. Нагрузку увеличивали ступенями, составляющими примерно 0,2 от расчетной по прочности. Нагружение перекрытия и раскладку грузов осуществ-ляли поочередно. Вначале поэтапно нагружали две крайние ячейки, затем - сред-нюю, причем непосредственно на ригели нагрузку не прикладывали, а их нагру-
108
жение происходило через сопряжения с плитами. На каждой ступени нагружения выдержка составляла не менее 20 минут для обследования состояния конструк-ций, фиксации и измерения ширины раскрытия трещин, регистрации показаний приборов.
После достижения вертикальной испытательной нагрузкой уровня, требуемо-го для оценки несущей способности каркаса по трещиностойкости и деформатив-ности – 3,3 кПа (330 кГс/м2) и регистрации образовавшихся в элементах каркаса трещин и прогибов, величину вертикальной нагрузки поэтапно довели до значе-ния 5,0..5,2 кПа (500..525 кгс/м2). Величина наибольшей испытательной верти-кальной нагрузки примерно соответствовала уровню расчетных нагрузок на кон-струкцию по прочности. После завершения нагружения каркаса вертикальной на-грузкой, к нему поэтапно в плоскости перекрытия над первым этажом вдоль оси «В» приложили горизонтальное усилие с наибольшей величиной, равной 90 кН (9,0 тс).
При визуальном освидетельствовании конструкций каркаса до испытаний, дефектов и повреждений, влияющих на несущую способность, в элементах карка-са не отмечено. Усредненная прочность бетона монолитных ригелей в возрасте 16 дней после бетонирования, определенная по контрольным кубам согласно данным лаборатории института «Белгородстройпроект», составила на день испытаний R = 21 МПа, или 70% от проектной прочности R = 30 МПа, соответствующей классу бетона В25.
В результате испытаний было установлено следующее:
1. При действии на перекрытие каркаса равномерно распределенной ис-
пытательной нагрузки равной q=3,3 кПа (330 кГс/м2), что в соответствии со СНиП
2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» соответствует нормативной для жилых по-
мещений, максимальные прогибы в середине пролета изгибаемых элементов со-
ставили:
в несущем ригеле по оси «Г» с максимальной длиной 5,2 м - f=2,20 мм;
в связевом ригеле длиной 6,4 м по оси 5 в ячейке 6,4х5,2 м - f=1,35 мм;
в середине ячейки каркаса, ограниченной осями «В»-«Г»/5-6 -f=2,50 мм
2. При действии на перекрытие равномерно распределенной нагрузки,
равной 5,2 кПа (525 кГс/м2), наибольшие относительные деформации сжатого бе-
109
тона по верхней грани несущих ригелей составили εmax=33х 10-5, что значительно меньше предельной сжимаемости бетона перед разрушением [ ε ult]=(300-350)х10-5 для изгибаемых элементов.
3. При нагрузке 3,3 кПа (330 кГс/м2) в местах сопряжения несущих мо
нолитных ригелей с колоннами, характеризующихся максимальным значением
отрицательного опорного изгибающего момента, ширина раскрытия трещин на
уровне рабочей арматуры составила в стыках: «Б»/6 - 0.01 мм, «В»/6 - 0.06 мм,
«В»/5 - 0.06 мм, «Г»/6 - 0.08 мм.
Наибольшая ширина раскрытия трещин составила аcrc= 0,08 мм, (согласно
табл.2 СНиП 2.03.01-84* предельно допустимая ширина раскрытия трещины при действии кратковременных нагрузок равна 0,4 мм, и с учетом требования п.Б12 ГОСТ 8829-94 контролируемая ширина трещин должна составить 0,4х0,7=0,28 мм). Полученная наибольшая ширина раскрытия трещин не превышает значения контролируемой.
В пролетных сечениях несущих ригелей перекрытия по их нижней грани максимальная ширина раскрытия трещин не превышала 0,10 мм. В связевых ригелях и многопустотных плитах видимых трещин по нижней грани не обнаружено.
4. При максимально достигнутом уровне испытательной нагрузки, рав
ной 5-5,20 кПа (500-525 кГс/м2) прогибы в тех же элементах, указанных выше в
п.1, составили соответственно:
в несущих ригелях - f=2,3 мм,
в связевых ригелях - f=1,71 мм,
в плитах перекрытий - f=3,1 мм,
что не превышает предельно допустимого прогиба для изгибаемых элементов
[f]=1/200=5200\200=26 мм, (п.2 -табл.19 СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» (Дополнение. Раздел 10. Прогибы и перемещения).
При нагрузке на диск перекрытия, равной 2,33 кПа (233 кг/м2), в ячейке, ограниченной осями «Г»-«Д» - «5-6», по верхней поверхности перекрытия в контактном шве плиты с ригелем вблизи колонны по оси Г/6 образовалась трещина. Длина ее распространения от колонны к середине ригеля составила 15-20 см, ширина раскрытия аcrc=0,1 мм. При действии вертикальной нагрузки, соответствующей нормативной (3,3 кПа), наибольшая ширина раскрытия этой трещины составила 0,2 мм, что меньше контролируемой (см.выше п.3).
При действии на диск перекрытия горизонтального усилия, равного 90 кН (9 тс) смещений каркаса относительно точек, закрепленных на местности, а также сдвигов между смежными элементами перекрытия не зафиксировано.
Отчет о проведенных испытаниях с полными техническими данными и анализом результатов будет представлен до 1 августа 2001 г.
110
ВЫВОДЫ
На основании проведенных испытаний и полученных результатов можно заклю-чить, что несущий каркас серии Б1.020.1-7 18-этажного жилого дома по ул.Октябрьской в г.Белгороде удовлетворяет требованиям СНиП 2.03.01-84*, ГОСТ 8829-94 по жесткости и трещиностойкости, имеет требуемые запасы проч-ности и может использоваться по назначению.
Директор института БелНИИС А.И.Мордич
Заведующий лабораторией В.Н.Белевич
несущих конструкций БелНИИС
Зам.генерального директора Г.С.Слисенко
ЗАО «Белгородстрой Плюс»
Генеральный директор В.Я.Захарченко
ООО «Белгородстройпроект»
Присутствовали при испытаниях и подтверждают соответствие проведенных ис-пытаний Методике, согласованной с НИИЖБ Госстроя РФ,
Начальник Управления правового Кельин В.Е.
регулирования в строительстве Департамента строительства и транспорта Правительства
111
администрации Белгородской области РФ – начальник ГАСН области
Заведующий кафедрой строительных конструкций Белгородской государственной технологической академии
строительных материалов, профессор
О.М.Донченко
Зам.начальника Управления правового регулирования в строительстве Правительства администрации Белгородской области РФ – зам. начальника областной инспекции ГАСН
А.И.Игуменцев
Эксперт отдела Государственной вневедомственной экспертизы проектов и смет
В.Н.Доценко
Главный специалист инспекции ГАСН г.Белгорода
Н.И.Овчаренко
11 мая 2001 г.
г.Белгород
112
АКТ
проведения натурных испытаний сборно-монолитного каркаса
серии Б1.020.1-7 с плоским перекрытиями из многопустотных плит
в условиях строительства 8-этажного жилого дома
по ул.8 Марта в г.Орле
г.Орел 31 октября 2001 г.
Мы, нижеподписавшиеся
■ Зав. лабораторией несущих конструкций института БелНИИС - Белевич В.Н.
Заместитель генерального директора по строительству ЗАО «Орелстройин-вест» - Зубенко В.И.
Главный конструктор ОАО «Гражданпроект» - Петров В.Н.
Главный специалист конструктор ОАО «Гражданпроект» - Баев В.А.
■ Главный инженер проекта ОАО «Гражданпроект» - Кузнецов Е.Д.
в присутствии
. Главного специалиста Управления госэкспертизы, лицензирования и ценообразования в строительстве по Орловской области - Тимошенко Г.Ф.
. Начальника ИГАСН - Государственного строительного инспектора России -Григорьева Г.Н.
. Заместителя генерального директора ЗАО «Жилстрой» - Семенюка Н.И.
. Главного конструктора ЗАО «Жилстрой» - Гладких СМ. провели натурные контрольные испытания нагружением кратковременной вертикальной равномерно распределенной нагрузкой диска перекрытия сборно-монолитного каркаса серии Б1.020.1-7 на строящемся 8-этажном жилом доме по ул.8 Марта в г.Орле, возводимого подрядными организациями ЗАО «Жилстрой» по рабочим чертежам, разработанным институтом БелНИИС и «Гражданпроект» г. Орел.
Цель испытаний - оценка несущей способности рамно-связевого сборно-монолитного каркаса при его статическом нагружении вертикальной равномерно распределенной нагрузкой на перекрытие, соответствующей эксплуатационной нагрузке.
113
Испытания несущего каркаса проведены в соответствии с разработанной в Бел-НИИС программой и согласованной в НИИЖБ Госстроя Российской Федерации Методикой проведения контрольных натурных испытаний каркаса статическим нагружением в условиях строительства от 19 апреля 2001 г.
Программой предусматривалось проведение испытания нагружением вертикаль-ной равномерно распределенной нагрузкой диска перекрытия каркаса над подва-лом, ограниченного в осях «А»-«С»/10-11 и «А»-«Б»/11-13.
Перед испытаниями каркаса был выполнен осмотр технического состояния его несущих элементов в зоне приложения нагрузок, при котором были выявлены ло-кальные отслоения бетона в нижних полках многопустотных плит перекрытия, примыкающих к несущим ригелям по осям 10, 11 и «Б».
Для измерения контролируемых деформаций - вертикальных перемещений (про-гибов), деформаций сжатия-растяжения бетона в характерных сечениях несущих элементов в зонах действия наибольших изгибающих моментов, по верхним и нижним граням были установлены измерительные приборы - прогибомеры 6ПАО и индикаторы часового типа ИЧ-10 и ИГМ на базе с ценой деления 0,01 и 0,001 мм соответственно. Образование трещин в конструкциях и их узловых сопряже-ниях фиксировали визуально, а ширину раскрытия трещин измеряли переносным микроскопом МПБ2 с ценой деления 0,05 мм. В недоступных для измерения ши-рины раскрытия трещин местах, а именно: по стыку монолитных ригелей с ко-лоннами - ширину измеряли индикаторами ИЧ-10, установленными на ригелях и упертыми в боковые грани колонн.
Усредненная прочность бетона монолитных ригелей, определенная по результа-там испытаний контрольных кубиков в возрасте 30 дней после бетонирования мо-нолитных ригелей составила на день испытаний 32 МПа, что соответствует про-ектному классу В25 по прочности на сжатие.
Полезную равномерно распределенную вертикальную нагрузку на перекрытие создавали штучными грузами в виде фундаментных бетонных блоков ФБС. Массу блоков контролировали по показаниям стрелочного динамометра, подвешенного
114
между крюком и грузом. Нагрузку на перекрытие прикладывали к плитам испы-туемых ячеек диска через деревянные прокладки, уложенные поперек плит с рав-номерным шагом вдоль их пролетов. При этом непосредственно к ригелям на-грузку не прикладывали, а их загружение происходило посредством шпоночных соединений с плитами перекрытий.
На каждой ступени нагружения, составляющей 0,2 от максимальной испытатель-ной нагрузки, давали выдержку в течении 15-20 минут, в процессе которой осу-ществляли обследование технического состояния несущих элементов каркаса, об-наружение, фиксацию и измерение ширины раскрытия трещин, регистрации пока-заний по механическим приборам.
При достижении максимальной нагрузки на перекрытие, соответствующей экс-плуатационной и равной q=5.0-5.05 кПа, выдержка под нагрузкой согласно требо-ваниям ГОСТ 8829-94 составляла не менее 30 мин.
В результате проведенных испытаний было установлено следующее:
1. При действии на перекрытие каркаса вертикальной равномерно распределенной
испытательной нагрузки, равной 5,0 – 5,05 кПа (500 кГс/м2), соответствующей
расчетной по 2-й группе предельных состояний, наибольшие прогибы в середине
пролетов несущих конструкций составили:
в несущем наиболее нагруженном монолитном ригеле по оси 10 в пролете между осями «А-Б» (см.рабочие чертежи - f=6,95 мм, что составляет 1/1035 пролета ригеля, что значительно меньше допустимого 1/200;
в середине пролета плит перекрытий в ячейке, ограниченной осями 10-11/А-Б - f=11,3 мм что составляет 1/637 пролета плиты, что меньше допустимого 1/200;
в остальных элементах нагружаемых ячеек диска перекрытия каркаса проги-бы были значительно меньше.
2. Первые трещины при нагружении перекрытия обнаружены при уровне нагруз-
ки 2,43 кПа (248 кГс/м2 ). При действии нормативной нагрузки 5,0-5,05 кПа наи-
большая величина раскрытия трещины поверху несущего ригеля, расположенного
по оси 10 в примыкании к колонне по оси «Б» составила на уровне рабочей ар-
матуры 0,25 мм. Согласно табл.2 СНиП 2.03.01-84* предельно допустимая шири-
на раскрытия трещины при действии кратковременных нагрузок составляет 0,4
115
мм и с учетом требования п.Б12 ГОСТ 8829-94 контролируемая ширина трещин должна составлять 0,4х0,7=0,28 мм. Полученное значение ширины раскрытия трещины не превышает предельно допускаемую ширину, что является основани-ем считать конструкцию каркасной системы выдержавшей испытания по трещи-ностойкости.
По нижней грани перекрытия в несущих ригелях на стадии нормативной на-грузки, равной 5,0-5,05 кПа наибольшая ширина раскрытия трещин составила 0,1 мм, что меньше допускаемой. В многопустотных плитах в ячейке, ограниченной осями 10-11/А-Б образовались трещины вдоль пустот плит с шириной раскрытия 0,1 мм по нижней грани и 0,3 мм по верхней в месте примыкания плиты к связе-вому ригелю по оси «Б». Поперечных трещин в плитах не обнаружено.
Образования трещин по контактам торцов плит с несущими ригелями не зафик-сировано. Отмеченные перед испытаниями локальные отслоения бетона по ниж-ним полкам плит дальнейшее развитие не получили. Наибольшие деформации растяжения бетона в этих местах составили ε=7х10-5, что не превышает предельной растяжимости бетона, составляющей не менее ε=15х10- 5.
Наибольшие относительные деформации сжатия бетона по верхней грани наи-более нагруженного ригеля при действии максимальной испытательной нагрузки (5,0-5,05 кПа) составили ε=27х10-5, что значительно меньше предельной сжимае-мости бетона (ε=300-350х10-5). По верхней грани плит перекрытия деформации сжатия бетона составили ε=19х10-5 что также меньше предельной сжимаемости бетона (ε=300-350х10-5).
6.По результатам испытаний Заказчику до 1 декабря 2001 г. предоставляется на-учно-технический отчет с данными о поверке приборов.
ВЫВОДЫ
На основании проведенных испытаний и полученных результатов можно заклю-чить:
1. Несущий каркас серии Б1.020.1-7 8-этажного жилого дома по ул.8 Марта в г.Орле удовлетворяет требованиям СНиП 2.03.01-84*, ГОСТ 8829-94 по жестко-сти и трещиностойкости, имеет достаточный запас прочности и может использо-ваться по назначению.
2.Сборно-монолитная каркасная система рекомендуется к освоению подрядными организациями для массового строительства в Орловской области.
Испытания провели:
116
Зав. лабораторией несущих конструкций института БелНИИС
Белевич В.Н.
Заместитель генерального директора
по строительству ЗАО «Орелстройинвест»
Зубенко В.И.
Главный конструктор ОАО «Гражданпроект»
Петров В.Н.
Главный специалист конструктор ОАО «Гражданпроект»
Баев В.А.
Главный инженер проекта ОАО «Гражданпроект»
Кузнецов Е.Д.
Присутствовали при испытаниях и подтверждают соответствие проведенных ис-пытаний Программе по Методике, согласованной с НИИЖБ Госстроя РФ:
Главный специалист Управления госэкспертизы, лицензирования и ценообразования в строительстве по Орловской области
Тимошенко Г.Ф.
117
Начальник ИГАСН – Григорьев Г.Н.
Государственный строительный инспектор России
Заместитель генерального директора Семенюк Н.И.
ЗАО «Жилстрой»
Главный конструктор Гладких С.М.
ЗАО «Жилстрой»