Многофункциональные каркасные системы

Инновационная технология сборно-монолитного каркаса

Натурные испытания сборного каркаса с жесткими монолитными стыками на территории предприятия ООО «Нижегородский Дом и К» в г. Нижний Новгород

В настоящее время все чаще в борьбе за ускорение темпов и снижение себестоимости строительства выигрывают каркасные системы строительства зданий и сооружений, многие из которых являются сочетанием применения монолитного бетона и изделий из сборного железобетона. В целях повышения конкурентоспособности по производству сборного железобетона в стране начали все более активно применять преднапряженные железобетонные конструкции с изготовлением изделий на длинномерных стендах, позволяющие снизить себестоимость продукции — уйти от применения оборотных стальных форм, уменьшить удельные расходы цемента и металла, минимизировать затраты на тепловлажностную обработку.
В рамках модернизации на производственных площадках предприятия ООО «Нижегородский Дом и К» в г. Нижний Новгород был смонтирован длинномерный стенд по производству ригелей, армированных предварительно напрягаемой арматурной проволокой Вр1400 по ГОСТу 7348-81. В ноябре 2013 года были проведены натурные испытания ячейки каркаса.

На территории предприятия в кратчайшие сроки были изготовлены и смонтированы элементы сборного каркаса с жесткими монолитными стыками. Особенностью данного каркаса является то, что армирование ригелей производится преднапряженной арматурной проволокой Ø5 Вр1400, а не канатами К-7, которые используются в каркасной системе SCOP PPB.

Фрагмент каркаса, разработанный проектной организацией ООО «Центр многофункционального каркасного строительства», состоял из двух ячеек размерами в плане по осям колонн 7,2×6,3 м и 3,6×6,3 м с пролетом несущих ригелей 6,3 м. Общий габаритный размер фрагмента — 6,3×10,8 м. Высота ячейки от пола испытательного полигона до верха плит перекрытия составляла 2,25 м. Каркас состоял из 9 колонн сечением 300×300 мм и высотой 2,8 м. Класс бетона колонн — В30.

Колонны устанавливались в заранее смонтированные стаканы размерами 900×900 мм и поверху объединялись ригелями размером 300×250(h) из бетона В30. После укладки на ригели многопустотных плит перекрытия пустоты замоноличивались бетоном В30. Сечение ригелей с учетом монолитной части — 300×470(h) мм. Набор прочности и прогрев бетона осуществлялся при контроле строительной лаборатории завода-изготовителя. Армирование конструктивных элементов было выполнено под расчетную нагрузку 7,2 кПа

Рис. 1. Монтаж элементов сборного каркаса с жесткими монолитными стыками.

Методика испытания предусматривала поэтапное нагружение перекрытия вертикальной нагрузкой до уровня, соответствующего расчетному значению проектной нагрузки. Полная вертикальная равномерно распределенная нагрузка на перекрытие создавалась путем загрузки перекрытия штучными грузами — фундаментными блоками ФБС 9.6.6, средний вес каждого составлял 0,60 т (6 кН). Весь процесс нагружения был разбит на 10 ступеней (этапов). Блоки устанавливали только на многопустотные плиты через деревянные подкладки. Нагружение ригелей происходило вследствие передачи на них усилий от многопустотных плит перекрытия. Схема и очередность расположения блоков на перекрытии были приняты таким образом, чтобы на уровнях контрольных нагрузок по жесткости и трещиностойкости в первую очередь создать наиболее близкое к равномерному нагружение несущего центрального ригеля.

Рис. 2. Нагружение каркаса блоками ФБС 9.6.6.
Рис.3. Схема расположения прогибомеров на несущих ригелях.

В результате испытаний было проведено 12 этапов нагружения каркаса. Общее число блоков, установленных на перекрытие, — 92 шт. с суммарным весом 55,2 т. Общая равномерно распределенная нагрузка на 12-м этапе составляла 8,12 кПа. Согласно методике испытаний первые трещины должны были появиться при нагрузке 6,6 кПа, по факту моментом трещинообразования можно считать 10-й этап с нагрузкой 7,1 кПа. Прогиб наиболее нагруженного ригеля на 12-м этапе составил 2,1 мм.

Рис. 4. Прогиб центрального ригеля (показания прогибомера П-2).

Данные испытания подтвердили правильность выбранной методики расчета сборного каркаса с жесткими монолитными стыками за счет того, что наиболее нагруженный центральный ригель, армированный предварительно напрягаемой арматурной проволокой Вр1400, полностью соответствовал всем требованиям действующих норм по прогибу и трещиностойкости.

20 марта  

Что показали испытания железобетонного ригеля сборного каркаса с жесткими монолитными стыками

Группа компаний МКС предложила новое конструктивное решение железобетонного ригеля для сборного каркаса с жесткими монолитными стыками. Конструкции армируются предварительно напрягаемой арматурной проволокой Вр-14000, что позволяет изготавливать их на дорожках непрерывного формования. Разработана методика испытания неразрезного ригеля в два этапа: пролетной и опорной частей по отдельности. Проведено испытание опытных образцов. Полученные результаты наглядно подтвердили правильность принятого конструктивного и расчетного решения.

В настоящее время в практике строительства многоэтажных гражданских каркасных зданий значительные объемы приходятся на сборно-монолитные ригельные системы. Их отличают возможность создания рамных и рамно-связевых схем за счет технологичного и качественного устройства жестких узлов сопряжения ригелей смежных пролетов. Простота конструкции сборной части ригеля позволяет выпускать широкую линейку типоразмеров и создавать разнообразные планировочные решения жилых зданий.
Конструктивные решения сборно-монолитных каркасов постоянно совершенствуются. В Поволжском регионе первоначальная версия серии «Сарет» возводится с различными вариантами настила: в классическом виде — из сборных тонких плит с последующей заливкой перекрытия с созданием сплошной плиты и в модернизированном — из сборных многопустотных плит. Во втором варианте существенно сокращается объем монолитного бетона. Высокой технологичностью отличается каркас «Казань — XXI век» (вариант «Казань-1000»), разработанный Мустафиным И.И. (КазГАСУ). Изготовление сборных ригелей в ненапряженном варианте и применение колонн различного поперечного сечения (прямоугольного, уголкового) позволяют расширить типологию возводимых зданий. Развивается и направление совершенствования конструктивных решений сборно-монолитных каркасов со «скрытыми» ригелями (с гладкой потолочной поверхностью). В развитии известной серии «АРКОС» с полностью монолитными ригелями предлагаются системы со сборными ригелями фигурного поперечного сечения, имеющего высоту, равную высоте плит перекрытия.
Новое направление появилось с развитием технологии безопалубочного формования сборных железобетонных конструкций. Саратовской фирмой «ИМТОС» разработана конструкция сборного ригеля корытообразного сечения, изготовляемого в предварительно напряженном варианте продольных стержней из проволоки ВР1400 без поперечного армирования. Установка поперечной арматуры производится в полую часть ригеля на строительной площадке с последующим бетонированием монолитной части конструкции. В таком варианте повышается доля монолитных работ на площадке и возникают определенные проблемы с обеспечением необходимого защитного слоя предварительно напрягаемой проволочной арматуры.
Проектным институтом компании МКС (г. Йошкар-Ола) предложен ригель с традиционной сборной частью прямоугольного сечения, но армированный проволочной арматурой. Ригель предлагается изготавливать на стендах непрерывного формования, но без использования формовочных машин, так как поперечная арматура устанавливается сразу в опалубку. Армирование ригеля показано на рис. 1.

Рис.1. Схема армирования поперечного сечения ригеля.

При внедрении серии в производство были проведены контрольные испытания сборно-монолитного ригеля. В системе каркаса ригель работает по схеме неразрезной балки. Испытание такой конструкции является достаточно трудоемким, поэтому разрабатывалась поэтапная схема испытания. Отдельно испытывались пролетная и опорная части ригеля.
Пролетная часть ригеля испытывалась по схеме однопролетной балки на действие двух сосредоточенных сил, приложенных в третях пролета (рис. 2). Расчет контрольных нагрузок для испытания по прочности жесткости и трещиностойкости проводился по ГОСТу 8829-94.

Рис.2. Схема испытания пролетной части ригеля.

При испытании фиксировались нагрузка, создаваемая винтовым домкратом ДВ-25, прогиб в середине пролета, осадка опор и характер трещинообразования. Общий вид испытания представлен на рис. 3. Испытываемый образец был загружен до контрольной нагрузки по прочности при С=1,6, при которой ширина раскрытия трещин превысила 1 мм. На рис. 4 показан график вертикальных перемещений среднего сечения испытываемой конструкции. Испытанный образец соответствовал требованиям по прочности жесткости и трещиностойкости.

Рис.3. Общий вид испытания пролетной части ригеля.
Рис.4. Характер прогиба пролетной части ригеля при испытании.

На втором этапе проведено испытание нагружением опорной части ригеля. В данном случае образец изготавливался как сборно-монолитная конструкция. К части колонны устанавливались два фрагмента сборных ригелей. После установки надопорной арматуры из 3Ø14 А400 бетонировалась монолитная часть ригелей. Схема испытания образца и общий вид испытания приведены на рис. 5. Загружение проводилось двумя сосредоточенными силами. При испытании фиксировались нагрузка, характер образования и раскрытия трещин. Для анализа стадий работы измерялись вертикальные перемещения консольных балок. На рис. 6 показан общий вид испытания, на рис. 7 — график зависимости «нагрузка — прогиб концов балок». На графике определены характерные этапы работы узла: до образования трещин (нагрузка 3000 кгс) и после образования трещин (изменение наклона графика).
Узел был загружен нагрузкой F=10500 кгс (что превысило значение контрольной прикладываемой нагрузки по проверке прочности при С=1,3 9086 кгс). При этом присутствовали признаки разрушения конструкции. Таким образом, узел выдержал испытание по прочности.

Рис.5. Схема испытания опорной части сборно-монолитного ригеля.
Рис.6. Общий вид испытания опорной части ригеля

При нагрузке F= 3000 кгс появилась первая трещина. При приложении нагрузки F=5500 кгс (контрольное значение по трещиностойкости 5523 кгс) после выдержки раскрытие трещин не превысило контрольное значение. Опорная часть ригеля соответствовала требованиям по трещиностойкости.

Рис.7. Характер прогиба балок опорной части ригеля при испытании.

Проведенные контрольные испытания по двухэтапной методике (отдельно пролетной и опорной частей) показали: ригель соответствует требованиям по прочности, жесткости и трещиностойкости.
Планируется внедрение проектного решения для производства на  комбинате строительных материалов г. Йошкар-Олы.

20 марта  

Исследование НДС железобетонных каркасных систем при прогрессирующем разрушении

В практике проектирования многоэтажных зданий сегодня требуется обеспечить безопасность здания от прогрессирующего разрушения. В европейских странах и США вопросу прогрессирующего обрушения уделено огромное значение.

Вопрос о методике расчета монолитных каркасов на ПО окончательно еще не решен. На сегодняшний день отсутствует методика расчета на ПО различных видов каркасов в пространственной постановке. Конечно, современные программные комплексы (Lira, SAP 2000) позволяют проводить расчеты здания при запредельных нагрузках, но достоверность методики расчета не подтверждена экспериментальными исследованиями.

С 2009 года действует стандарт организаций СТО — 008 — 02495342 — 2009 «Предотвращение прогрессирующего обрушения железобетонных монолитных конструкций зданий. Проектирование и расчет», который устанавливает правила проектирования железобетонных монолитных конструкций жилых, общественных и производственных зданий, подлежащих защите от прогрессирующего обрушения при аварийных ситуациях.

В соответствии с данными нормами требования по защите от прогрессирующего обрушения предъявляются к  объектам, разрушение которых может привести к большим социальным, экологическим и экономическим потерям.

С целью апробации методик стандарта организации были проведены численные и экспериментальные исследования монолитных каркасов.

В рамках численного эксперимента был проведен расчет на ПО и анализ 2 фрагментов каркаса здания (один с центральной колонной, друг без нее) размерами в плане 12×12м, сеткой колонн 6×6м, высотой этажа 3м. Расчет проводился в ПК «Lira». Рассматриваемый фрагмент каркаса с сеткой колонн 6×6 метров является типовым, он находит значительное применение в современном монолитном домостроении.

В результате численного эксперимента были получены изополя перемещений, как в линейной постановке, так и с учетом физической нелинейности железобетона. Были использованы законы физической нелинейности, представленные в ПК «LIRA». Было выявлено, что прогиб с учетом физической нелинейности численно в ≈5 раз больше чем в упругой стадии. Был рассмотрен вариант гипотетического разрушения фрагментов каркаса (вывод из работы средней колонны), получены значения разрушающих нагрузок

В рамках экспериментальных исследований был произведен расчет и конструирование 2-х масштабных моделей. Расчеты проводились в ПК «Lira» с учетом физической нелинейности железобетона. Опалубка моделей была выполнена из влагостойкой фанеры, толщиной 1см. Армирование плиты моделей выполнено с учетом распределения моментов по плоскости плиты сварными сетками 1мм (ячейка 2020мм). Армирование колонн выполнено из 44 Вр-I.

Для проверки метода расчета представленного в [1] были испытаны 2 масштабных фрагмента монолитного каркаса здания 1,21,2м в масштабе 1:6,7. Сетка колонн принята 0,6×0,6м, толщина плиты перекрытия 3см, высота верхних и нижних колонн 30см (один с центральной колонной, другой без нее). При испытании равномерно распределенная нагрузка заменялась загружением через траверсу одним домкратом системой 16 сосредоточенных сил.

В результате эксперимента было получено, что модель №1 (с центральной колонной) разрушилась при нагрузке по динамометру в 2500кгс или 1940кг/м2, модель №2 (без центральной колонны) разрушилась при 1600кгс, что соответствовало 1240кг/м2 распределенной нагрузки.

Результаты испытаний масштабных моделей можно рассматривать при оценке стойкости к прогрессирующему обрушению реальных фрагментов каркаса. На основе теорем физического подобия, возможен перенос значений критических и разрушающих нагрузок на реальные фрагменты каркасов зданий. Так как характер армирования и размеры каркаса соответствуют эксплуатационной нагрузке 800кг/м2, можно сделать вывод о том что, реальный запас поврежденного и неповрежденного фрагментов соответственно равен 2,45 и 1,55. Прочность фрагмента при рассматриваемом варианте разрушения обеспечена без дополнительного армирования.

Результаты эксперимента подтверждают значительный запас за пределом несущей способности железобетонных монолитных конструкций, такой вывод можно сделать после сравнения результатов эксперимента с результатами расчетов в ПК «Lira». В итоге можно сделать вывод о том, что результаты расчетов на прогрессирующее обрушение в ПК «Lira» достоверны. Необходимо отметить, что выполнять их необходимо с учетом физической и геометрической нелинейности железобетона.

20 марта  

Эффективность применения панели со скрытым каркасом в сборно-монолитных зданиях

Одним из основных приоритетов, продленной на 2011-2015 годы целевой программы «Жилище» является обеспечение граждан доступ-ным жильем. Данные социологических исследований на 2009 год пока-зывают, что жилищная проблема стоит перед 60 % российских семей, в той или иной степени не удовлетворенных жилищными условиями, при этом для 32 % семей жилищная проблема является наиболее острой и требует решения в ближайшие 3 года. При этом каждая четвертая се-мья имеет жилье, находящееся в плохом или очень плохом состоянии. Общая потребность населения России в жилье составляет около 1570 млн. кв. метров, для удовлетворения этой потребности необходимо увеличить жилищный фонд на 46%. Есть множество способов решения жилищной проблемы, один из них — внедрение в строительство высоко-эффективных технологий домостроения.

На сегодняшний день, объективную оценку эффективности кон-струкции жилых и общественных зданий можно получить в результате сравнения показателей: экономической эффективности, скорости мон-тажа конструкций, технологичности и других факторов. Под экономи-ческой эффективностью в первую очередь необходимо понимать воз-можность снижения себестоимости и металлоемкости.

В рамках исследования был проведен анализ ряда конструктивных систем, наиболее часто встречающихся в современном строительстве.

Кирпичные здания. Этажность кирпичного здания ограничена. Рас-ход материалов, в среднем составляет 1,5 м3 на 1 м2, из них железобетон до 0,14 м3 или до 65% от сборного каркаса. Сроки строительства, в среднем в 2 раза больше, чем для сборного каркаса. В масштабах стра-ны, при перспективе массового строительства кирпичных зданий обра-зуется устойчивый дефицит кирпича и последует рост цен на него. Сто-имость кирпичного завода средней мощности 60 млн. штук кирпича в год превышает 1,6 млрд. рублей.

Крупнопанельное домостроение. По данным компании «ПАТРИОТ» производственный комплекс для технологии КПД с мощностью ввода 250 тыс. м2 жилья в год потребует свыше 4 млрд. руб. капитальных за-трат. Для быстровозводимого масштабированного завода ЖБИ [1] ана-логичной производительности затраты составят 261 млн. руб., что в 15 раз меньше. Расход железобетона в технологии КПД в 2 раза превыша-ет расход железобетона для сборного каркаса. Это сильно затрудняет широкое применение технологии КПД, несмотря на ее достоинства.

Технология монолитного каркаса с плоскими перекрытиями. По данным Росстата, за первый квартал 2011г объем монолитного строи-тельства домов составлял 11,5 млн. м2, а доля монолитного жилья сре-ди новостроек в Москве в 2010г. составляет 73% (Рис.1). При этом рас-ход железобетона в 1.5 раза выше, чем для сборного каркаса. Трудоём-кость монолитного каркаса в 3 раза выше, чем сборного или 6.10 часа на 1 м2 против 2.15 часа на 1 м2 для сборного каркаса. В холодное вре-мя года строительство на основе монолитного каркаса затруднено, и темпы строительства резко снижаются. Существует широко распро-страненный взгляд на то, что для монолитного каркаса не существует капитальных затрат. Однако стоит учесть износ машин и механизмов, а именно: БСУ, миксеров, бетононасосов, комплектов эффективной опа-лубки. По разным оценкам, износ перечисленных машин и механизмов составит от 600 до 800 руб. на 1 м2 застройки. Причем, значительная часть этих затрат не имеет срока окупаемости — это постоянные за-траты технологии.

Рис. 1. Распределение предложения жилья в новостройках Москвы по ти-пу объекта, июнь 2010 г.
Технология сборно-монолитного домостроения. Большинство зда-ний и сооружений можно построить из сборного железобетона. Идеаль-но данный способ строительства подходит для зданий и сооружений прямоугольных в плане, так как они обладают определенной степенью регулярности, повторяемости в пролетах, шаге конструкций. Подобная производительность достигается благодаря тому, что изделия изготав-ливаются в заводских условиях и монтируются на строительной пло-щадке. Процесс строительства не зависит от погодных условий, и может осуществляться при температуре до -20°С. Параметры изделий получа-ется точно такими, какими они были запланированы в проекте.

Сборный железобетон предлагает широкий выбор методов улучше-ния конструктивной эффективности. Например, использование его для балок и конструкций перекрытий дает более длинные пролеты и сниже-ние толщины конструкций. Для заводских цехов и торговых залов про-леты перекрытий кровли могут достигать длины 40 м и более. Для кры-тых автостоянок сборный вариант позволяет разместить на той же площади большее количество автомашин, благодаря увеличению дли-ны пролета и уменьшению площади сечения колонн. При строительстве офисных зданий последнее время стремятся создать большие открытые пространства, в которых желаемая планировка помещений достигается с помощью легких перегородок. Преимущества этого — не только гиб-кость в планировке и перепланировке, но и увеличение срока службы здания благодаря повышению его адаптируемости. Таким образом зда-ние гораздо дольше сохраняет свою коммерческую ценность.

В 2010 году на основе французского каркаса SCOP PPB [2] был раз-работан сборно-монолитный каркас здания по патенту №97405[3]. Каркас здания, состоит из колонн и перекрытия, которое образованно плитами перекрытия, несущими ригелями и связевыми ригелями. В кар-касе применена перевязка загнутых выпусков армирующих канатов в монолитных узлах ригель — колонна, а  узел ригель-плита перекрытия выполнен с бетонными шпонками. Монолитная часть ригеля заполняет-ся бетоном. В качестве ограждающих конструкций сборно-монолитного каркаса предусмотрено несколько вариантов стенового заполнения — из мелкоштучных материалов и навесная панель [4]. Как показала прак-тика строительства, применяемые варианты наружных стен имеют ряд недостатков: применение каменной кладки приводит к удорожанию и увеличению сроков строительства, навесная панель — экономически не эффективна в сборно-монолитном каркасе и не технологична вслед-ствие наличия сварочных работ на стройплощадке.

Задачей исследования является усовершенствование существующе-го решения наружного стенового заполнения сборно-монолитного кар-каса [3], связанного с отсутствием сварочных работ при монтаже пане-ли, совмещением функции несущей и ограждающей конструкции, по-вышением степени полносборности каркаса, значительным снижением сроков строительства здания, повышением производительности труда и качества производства работ. Для достижения указанного технического результата предлагается применить в качестве наружного ограждения — теплоэффективную несущую стеновую панель со скрытым каркасом (Рис.2, 3). Панель состоит из: наружного фасадного слоя, несущей ча-сти панели — скрытого каркаса, который образуют интегрированные ригели и колонны и утеплителя. Для предотвращения мостиков холода, поверхности интегрированных ригелей и колон утепляются любым плитным утеплителем. Надежное соединение внутреннего и наружного слоев достигается за счет дискретных связей, устанавливаемых при формовке изделия. Изделие армируется как обычной стержневой арма-турой, так и предварительно напряженной высокопрочной проволокой или канатами. В качестве утеплителя в панели используется теплоэф-фективный ячеистый бетон малой плотности, а также любой известный плитный утеплитель. Выпуск стеновых панелей может осуществляться преимущественно на длинномерных силовых стендах, что позволит значительно экономить на бортоснастке.

Рис. 2. Сборная панель со скрытым каркасом. Общий вид. (1, 2- элементы скрытого каркаса панели- интегрированный ригель и колонны, 3- заполнение кар-каса эффективным утеплителем)
Рис. 3. Сборная панель со скрытым каркасом. Горизонтальное сечение.
( 2- элементы скрытого каркаса панели- интегрированный ригель и колонны, 3- заполнение каркаса теплоэффективным ячеистым бетоном, 4- плитный утепли-тель, 5- дискретные связи для связи наружного и внутреннего слоев панели)
Сборный ж/б каркас с жесткими монолитными стыками [3] хоть и решает одну из основных и главных задач в проектируемых и строя-щихся зданиях — свободные объемно-планировочные решения, быстро-ту монтажа самого каркаса с обеспечением гарантированной надежно-сти и долговечности зданий, но при этом составляет в общей себестои-мости объекта всего чуть более 1/3. В тоже время как большая доля трудоемких мокрых отделочных работ (связанных в первую очередь с применением в качестве ограждающих конструкций мелкоштучных материалов) остается на стройплощадке и крайне негативно влияет на замедлении сдачи объектов в эксплуатацию с зачастую недостаточным качеством отделочных работ и соответственно завышенной их себесто-имостью.

Только комплексное решение вопроса по разработке особой кон-струкции несущей трехслойной стеновой панели в составе сборной многофункциональной каркасной серии (совместно с технологией орга-низации ее производства на универсальных длинномерных силовых стендах) в состоянии обеспечить наибольший конечный эффект и пред-ложить новую каркасно-панельную систему с разнообразной пласти-кой фасадов и безграничной вариабельностью объемно-планировочных решений.

20 марта  

Экспериментальное исследование модели монолитного железобетонного каркаса с плоскими перекрытиями

В настоящее время применение монолитных каркасов с  плоскими перекрытиями является одним из самых востребованных при строительстве многоэтажных жилых, административных, общественных зданий и других сооружений, как в России, так и за рубежом. Такое конструктивное решение каркаса обладает повышенной материалоемкостью, но имеет определенные технологические преимущества при возведении (простота устройства опалубки, армирования и бетонирования).

В тоже время оценка напряженно-деформированного состояния безбалочных безкапительных перекрытий, особенно инженерными методами, является достаточно сложной задачей. Согласно СП 52 103-2007 [1], монолитные каркасы рекомендуется рассчитывать методом конечных элементов с использованием сертифицированных программных комплексов (Lira, STARK ES, Мономах). В результате расчета можно получить полную картину НДС (армирование, прогибы) в «упругой» стадии работы каркаса (жесткостные характеристики элементов неизменны). Учет нелинейной стадии работы элементов после образования трещин существенно усложняет задачу. Инженерная методика расчета представлена методом заменяющих рам [2, 3, 4]. Данный метод также усложняется при расчете перекрытия с учетом перераспределения усилий, имеет трудности при оценке конструкций по II группе предельных состояний (по деформациям, трещиностойкости). Предложения по расчету безбалочных безкапительных каркасов методом предельного равновесия на основании схемы излома плит перекрытия аналогично перекрытиям с капителями [5] пока отсутствуют, что связано с недостаточным количеством экспериментальных данных по испытанию безбалочнх каркасов с плоскими перекрытиями. Также немного данных об экспериментальных проверках расчетов перекрытий численными методами.

С целью оценки нелинейной методики расчета в ПК Lira, определения схемы излома плиты монолитного железобетонного каркаса с плоскими перекрытиями было проведено испытание модели фрагмента каркаса размером в плане 1,21,2м (масштаб 1:6,7 к натурному перекрытию толщиной 200 мм и сеткой колонн 4×4 м).

Сетка колонн модели принята 0,6×0,6м, толщина плиты перекрытия 30мм, сечение колонн 60×60 мм, высота верхних и нижних колонн 300 мм. Модель была выполнена из мелкозернистого бетона с кубиковой прочностью 22,3МПа. Армирование плиты модели (рис. 1) выполнено двумя сварными сетками 1мм (ячейка 2020мм). Продольное армирование колонн выполнено из 44 Вр-I. Предел текучести проволоки Ø1 мм составил 350 МПа, модуль деформаций 16720 МПа. Испытание модели фрагмента каркаса проводились в условиях шарнирного опирания нижних колонн, верхние колонны были раскреплены распорками, препятствующими горизонтальным перемещениям верхних оголовков. Загружение фрагмента каркаса нагрузкой производилось при помощи механического домкрата грузоподъемностью 5 т. Нагрузка от домкрата распределялась на плиты перекрытия через систему балок. Всего усилие распределялось на 16 точек (по четыре на каждую ячейку). Общий вид испытательной установки представлен на рис. 2.

Рис.1. Схема армирования модели.
Рис. 2. Общий вид испытательного стенда с установленной моделью

Загружение конструкции производилось поэтапно ступенями по 250кгс (173,6 кгс/м2). На каждом этапе фиксировались вертикальные перемещения в основных точках индикаторами ИЧ-10 (рис. 3) и характер развития трещин.
Первые трещины (рис.5б) появились на этапе с общей нагрузкой 1000кгс (694,4 кгс/м2) на верхней поверхности плиты у угловых колонн, по осевым линиям между колоннами, а также на нижней поверхности по свободным краям плиты. Далее трещины на верхней поверхности стали отделять одна от другой панели плиты перекрытия по осевым линиям. При общей нагрузке 1750 кгс (1215,3 кгс/м2) вокруг центральной колонны трещины на верхней поверхности образовали форму ромба (углы трещин≈45°). В итоге разрушение произошло от концентрации трещин в районе центральной колонны после достижения нагрузки по динамометру 2500кгс (1940кг/м2)

Рис.3. Схема установки приборов измерения прогибов (ИЧ-10).

Полученные в процессе испытания данные о прогибах по основным сечениям (1-1 и 2-2) представлены на рис. 4. Графики даны при нагрузке 2250 кгс (1562,5 кгс/м2), составляющей 90% от разрушающей. Перемещения увеличиваются от краев плиты к середине пролета и незначительно снижаются на границе ячеек перекрытия.

Рис.4. Графики прогибов по основным сечениям.
Рис. 5а. Картина разрушения нижнего слоя плиты.
Рис. 5б. Картина разрушения верхнего слоя плиты.

Расчеты проводились в ПК Lira с учетом физической нелинейности железобетона, в последовательности:

  1. Сборка схемы и расчет без учета физической и геометрической нелинейности железобетона в ПК Lira.
  2. Экспорт результатов расчета модели в ПК ЛИР-АРМ. Подбор армирования.
  3. Передача результатов подбора арматуры обратно в ПК Lira. Смена жесткостей элементов на подобранные в ПК ЛИР-АРМ. Расчет с учетом физической нелинейности железобетона.
  4. Анализ картин разрушения и этапов образования шарниров пластичности. Определение разрушающей нагрузки.
    Выводы:
  5. Результаты эксперимента на масштабной модели подтверждают значения прогибов, полученных в ПК Lira с учетом физической нелинейности.
  6. Выявлено, что достоверный прогиб железобетонных монолитных конструкций при расчетах в программных комплексах возможно получить лишь с учетом физической нелинейности железобетона.
  7. Армирование одинаковыми сетками верхней и нижней зоны плиты модели каркаса, препятствует реализации пластического шарнира на нижней поверхности по геометрическим центрам панелей перекрытия.
  8. Значения разрушающих нагрузок для модели при численном расчете на 7% (175кг) меньше чем при эксперименте. Значения прогибов каркасов, рассчитанных в ПК Lira в среднем в 2,2 раза меньше, чем в результате эксперимента.
20 марта  

Разработка нового конструктивного решения сборно-монолитного каркасно-панельного здания

Аннотация: Актуальность производства, строительства и проектирования сборно-монолитных каркасов способствует совершенствованию и разработке принципиально новых конструктивных решений, основанных на анализе недостатков существующих серий. Основная проблема рассматриваемых систем — применение большого объема мелкоштучных материалов при устройстве ограждающих конструкций и перегородок, как следствие увеличение количества «мокрых процессов», замедление темпов строительства. Предлагаемое техническое решение — каркасно-панельное здание, в конечном счете, должно быть направлено на снижение себестоимости квадратного метра жилья и модернизацию жилого фонда.

Развитие индустриального строительства — важнейшая задача по возрождению экономической мощи регионов, которая определяет развитие еще 30-40 сопутствующих отраслей экономики и дает возможности для снижения себестоимости строительства жилья на основе инноваций и наукоёмких разработок в строительном и производственном сегментах.
На сегодняшний день, в Поволжском регионе приобрели актуальность сборно-монолитные каркасные системы, в основе которых лежит французская технология SCOP PPB, в России больше известная как «Сарет» [1]. Строительство зданий, в которых в основе несущей системы является сборный или сборно-монолитный каркас — наиболее выгодно с экономической точки зрения. Основные преимущества каркасных зданий: высокие темпы монтажа, невысокая себестоимость квадратного метра площадей за счет применения рациональных сечений элементов каркаса (колонн, ригелей и многопустотных плит перекрытия), высоких классов бетонов (В35, В40) и предварительно-напряженной арматуры. Развитие системы «Сарет» привело к созданию и практическому применению в Татарстане каркасов «Казань — XXI век» (вариант «Казань-1000»), отличающихся наличии ригелей в ненапряженном варианте и колонн с различной конфигурацией сечения [2, 3]. Одно из направлений совершенствования сборно-монолитных каркасов, связанное с повышением технологичности возведения разрабатывается в Йошкар-Оле (ООО «Центр Многофункционального Каркасного Строительства») [4, 5].
Практически во всех вариантах каркасного здания каркас составляет чуть более 1/3 от общей себестоимости объекта, то есть большая часть стоимости приходится на материалы и работы по возведению наружных стен и внутренних перегородок. Таким образом, к недостаткам здания с каркасной системой можно отнести: наличие большого количества мокрых процессов, связанных с отделочными работами, наличие в качестве ограждающих конструкций и перегородок мелкоштучных материалов (обыкновенный кирпич, керамические блоки или блоки из ячеистых бетонов). В качестве ограждающих конструкций для полнокаркасной системы применяются навесные наружные стеновые панели. Применение сборных панелей решает задачу увеличения полносборности здания, но наличие сварки закладных деталей и устройство стыков существенно усложняет процесс монтажа и ведет к удорожанию строительства.

В рамках данного исследования ставится задача усовершенствования существующего решения наружного стенового заполнения сборно-монолитного каркаса, связанного с отсутствием сварочных работ при монтаже панели, совмещением функции несущей и ограждающей конструкции, повышением степени полносборности каркаса, значительным снижением сроков строительства здания, повышением производительности труда и качества производства работ. Для достижения указанного технического результата предлагается применить в качестве наружного ограждения — теплоэффективную несущую стеновую панель со скрытым каркасом.
Панель состоит из: наружного фасадного слоя, несущей части панели — скрытого каркаса, который образуют интегрированные ригели, колонны и утеплителя. На рис.1 представлен поперечный разрез несущей стеновой панели. На рис.2 представлена схема горизонтального узела стыка наружных панелей и многопустотных плиты перекрытия. Для предотвращения мостиков холода, поверхности интегрированных ригелей и колон утепляются любым плитным утеплителем. Надежное соединение внутреннего и наружного слоев достигается за счет дискретных связей, устанавливаемых при формовке изделия.

20 февраля