ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Значительная часть крупнопанельных зданий возводится на свайных безростверковых фундаментах. В этом случае плиты цокольного этажа опираются непосредственно на оголовки. Но контуру они пригружены внутренними стенами. В связи с этим работа цокольных перекрытий имеет некоторые особенности.

Имеется ряд экспериментальных исследований, посвященных изучению работы дискретно опираемых балок-стенок, которые показали, что при определенных условиях прочность панелей, опираемых дискретно на оголовки свай, вполне достаточна для восприятия нагрузок, действующих в крупнопанельных зданиях.

Для изучения работы плит, опираемых дискретно на оголовки свай, были проведены экспериментально-теоретические исследова­ния, в ходе их проведения решались следующие задачи:

- изучение особенностей трещинообразования, деформативности и характера разрушения плит перекрытий, опираемых дискретно по контуру на оголовки свай, с учетом их защемления в платфор­менном стыке;

- выявление возможных отличий работы плит с дискретным и сплошным опиранием по контуру;

- обоснование возможности отказа от дополнительного контурного армирования дискретно опираемых плит при наиболее распространенных в проектной практике шагах свай, не превышающих 2 м.

Прототипами для опытных плит послужили плиты перекрытий панельных зданий серий 90 и 121, размерами 3,6х3,6 м, в которых максимальный шаг свай обычно не превосходит 2 м. Опытные образцы плит: изготавливались в 1/2 натуральной величины с коэффи­циентами армирования, равными коэффициентам армирования плит-прототипов.

Были изготовлены две серии плит по два образца в каждой. Для первой серии аналогом послужили плиты толщиной 160 мм, для второй - 120 мм. Особенностью эксперимента было то, что в каждой серии вместе с основным образцом плиты испытывался контрольный образец - аналог со сплошным опиранием по контуру. Это дало возможность сравнить работу плит перекрытия цокольного этажа с рядовыми междуэтажными перекрытиями.

Для экспериментального исследования плит был спроектирован и изготовлен специальный стенд. .Его конструкция позволяла имитировать как дискретность опирания по контуру, так и работу платформенного стыка.

Нагружение плит производилось до полного образования механизма разрушения, когда начинал происходить непрерывный рост деформаций и плиты «садились» на страховочные балки испытательного стенда. Величина прогибов достигала при этом приблизи­тельно 1/33 - 1/35 короткого пролета. Ширина раскрытия нижних трещин составляла от 1,7 до 3,9 мм, верхних надопорных - от 1,5 до 3 мм. В то же время образовавшиеся на первых этапах нагружения волосяные трещины в промежутках между; оголовками свай при разрушении имели ширину раскрытия не .более 0,05 - 0,07 мм.

Эксперименты показали, что характер разрушения дискретно опираемых плит и плит со сплошным опиранием при шагах свай до 2 м практически аналогичен. Это может служить основанием для отказа от установки дополнительного контурного армирования в плитах с дискретным опиранием на оголовки свай при их шагах, не превышающих 2 м. Жесткость плит с дискретным опиранием даже несколько выше, чем у аналогов со сплошным опиранием по конту­ру, что объясняется меньшей величиной основного рабочего проле­та, поскольку ширина оголовков свай на опоре значительно превос­ходит ширину опирания на внутреннюю стеновую панель.

На основе полученных результатов были внесены дополнения в методику расчёта плит методом предельного равновесия с учетом новых значений расчетных пролетов, расчетной схемы плит в зависимости от ее относительной гибкости. Внесены предложения об отказе от контурного армирования плит перекрытий, опираемых диск­ретно на оголовки свай при шагах, не превышающих 2 м, и их уни­фикации с рядовыми междуэтажными плитами крупнопанельных зданий.

Для уяснения характера работы нижнего участка балки-стенки, входящего в составное тавровое сечение, рассмотрен наиболее невыгодный из возможных случаев, когда балка-стенка опирается непосредственно на оголовки свай, что также встречается в практике строительства. Исследования балки-стенки выполнялись численными методами.

Прототипом рассчитываемого образца послужила рядовая внутренняя стеновая панель крупнопанельных зданий серий 90 и 121 ЦНИИЭП жилища размерами 5,7 х 2,65 м с обычным армированием толщиной 12 и 16 см. Проектный класс бетона панели - В12,5 с расчетными характеристикамиr _b= 5,74 МПа,r _bt= 0,51 МПа. Обычное конструктивное армирование панели выполнялось верти­кальными каркасами из проволокиЖ5 Вр-1, установленными с шагом 700 мм, и горизонтальными стержнямиЖ4 Вр-1, установленны­ми и шахматном порядке с шагом 500 мм. По верху и низу панели установлены горизонтальные каркасы, состоящие из 2Ж4 Вр-1. Со­противления арматурыrs= 410mПa,rsn= 490 МПа. Панель опиралась через растворный шов толщиной 20 мм на оголовки свайных фундаментов диаметром 600 мм, расположенные с шагом 1,9 м.

Расчет панели проводился в упругой и неупругой стадии.

При расчете балки-стенки в упругой стадии использовались два способа:

1. Методика руководства по проектированию и строительству крупнопанельных жилых домов на безростверковых свайных фундаментах.

2. Компьютерное моделирование с использованием программы «Радуга», разработанной в ЦНИИЭП жилища.

За расчетную принималась нагрузка в уровне внутренней стены первого этажа для 9-этажного здания, включавшая вес внутренних стен, постоянную и временную нагрузки на перекрытия, а также ветровой напор с некоторым запасом. Величина нагрузки составляла для стен толщиной 12 см - 233 кН/м, для стен толщиной 16 см - 255 кН/м.

Значения полученных напряжений превосходят прочность бетона на растяжение (rbt= 0,51 МПа). Даже учет стержней конструктивного армирования согласно методике не дает удовлетворительного результата. Поэтому было необходимо учесть упруго-пла­стический характер работы железобетона путем расчета балки-стенки с учетом нелинейного характера работы железобетона.

Программа «Радуга» имеет модуль, позволяющий провести расчет с учетом пластики деформирования железобетона на основе теории д.т.н. П.И. Карпенко и получить более достоверную картину напряженно-деформированного состояния балки-стенки за счет определения напряжений: отдельно для бетона и арматуры, а также деформаций и перемещений КЭ.

По результатам расчета балки-стенки в неупругой стадии установлено, что общая несущая способность панели лимитируется ее прочностью не в пролете между оголовками, а на опоре.

Анализ работы дискретно опираемой балки-стенки показывает, что характер напряженно-деформированного состояния стеновой панели толщиной 12 и 16 см в основном аналогичен, но при этом имеются и некоторые отличия.

Во-первых, панели толщиной 16 см горизонтальные растягивающие напряженияd_хв бетоне нижних КЭ, расположенных в пролете между оголовками, для всех этапов нагружения не превышают прочности бетона на растяжение, в то время как в панели толщи­ной 12 см имеет место незначительное превышение прочности бето­на на растяжение в нижней пролетной области панели. Но выключение из работы растянутого бетона не приводило к разрушению панели. Она продолжала воспринимать увеличивающиеся нагрузки за счет перераспределения усилий, а также за счет включения в работу арматурных стержней.

Во-вторых, панель толщиной 16 см обладает большей прочностью. Ее разрушение начинается при нагрузке 18 этажей, в то время как разрушение панели толщиной 12 см происходит тогда, когда нагрузка соответствует 15-этажному зданию.

Разрушение панели в обоих случаях происходит от раздавливания бетона над средней опорой. Следует отметить, что растягивающие напряжения в арматуре даже при разрушающих нагрузках не достигают расчетного сопротивления (rs= 410 МПа).

Перемещения узлов панели при нагрузках, когда прочность обеспечена, незначительны. Они не превышают максимально допустимых значений, оговоренных нормами, составляя приблизительно 1/3000 пролета.

Численные исследования дискретно опираемой на оголовки свай стеновой панели показали, что при толщине 12 см она может воспринимать нагрузку 15-этажного здания, а при толщине 16 см - 18-этажного здания без установки дополнительного армирования в нижней части при шагах свай до 2-х метров. Для практических расчетов высоту здания рекомендуется принимать равной соответственно 12 и 15 этажам.