автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Исследование напряженно-деформированного состояния зданий из керамзитобетонных объемных блоков

О"

7'

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА и СТРОИТЕЛЬСТВА

/'г--: •.. ■ ¡-- ' ■!. ■ ,; 'лч.ч

На правах рукописи

ТОШЕВ'АЛЕКСАНДР СОТИРОВ

уда

.Л.''' '

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРШНКО-ДЕЗЮРШРОВАННОГО " ""- СОСТОЯНИЯ ЗДАНИЙ ИЗ-КЕРАМЗИТОБЕТОННЬК;^

"'''^ршшь&.Блбговд '

2 I " ..........■ • •!:. .............

' : 05.23.01 Строительные' конструкции -------:1

■ г.'^..-::;т--- г ."•:•-„ ¡1

'-ч'"1 !'••• "■ * «г'Х'х , V : "'- у ;;;т:и

.г/--: д в т о'р'"в:$ е р а.г'т«'-'. ¡"»-Л кяи :<.:.• ■."•.•диссертации' на' соискание" ученой' сгепени-0

• кандидата'технических'наук .'••гч.'-.т:.-!;;! сч

.'» ___________ " " • ,

.'М'..;;'' !.■:•.•;.:;! с' 1 ' I•;(г;>(;'м-,-,;Iг,

Москва - 1993

ш>::)ШхИЯл •■ ■ ¡ПУ :1 (.■кмялтлг- тжк эдкчуоии

Работа вшолнена в Московском институте коммунального хо зяйства и строительства

■■:;.■ г У- ■ ■

НШНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - доктор технических наук,

,, профессор,Суров К.Л.

ОВДИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ - доктор технических наук '' ' профессор Хромец Ю.Н.

- кандидат технических наук ..

Кузьмич Т.А.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ"; Научно-исследовательский и

про ектно-экспериыентальный институт ЦНИЙЭП жилища

Защита диссертации состоится в \ЪЬ°

часов на-заседании специализированногй^совега К 063.08.01 по присуждению ученой степени кандидата техни -ческих наук в Московском институте коммунального хозяйства и строительства по адресу: 109807, ГСП, Москва, Ж-29, Средняя Калитниковская ул.-д» 30,'МЙКХиС, актовый зал.

С диссертацией, можно ознакомиться..в .библиотеке Московского института коммунального;хозяйства и строительства.

Автореферат разослан " "_1994 г.

Учены* секретарь специализированного-совета Берлинов М.В.

л - ,".т:г»<-1

Осуществление дальнейшего роста- темпов жилищного строительства в нашей стране возможно в результате всестороннего развития строительной индустрии, повышения уровня индустриализация строительного производства и степени заводской готовности конструкций и деталей..

Одним из эффективныз направлений индустриального домостроения является обьемноблочный метод, обесдачаващиЯ максимальную заводскую готовность монтажных элементов, сокращение сроков строительства и повышение производительности труда.

Объемноблочноа домостроение представляет собой целый вид или метод индустриального строительства, который базируется на довольно многочисленных объемно-планировочных, конструктивных и технологических решениях.

Широкое внедрение н строительную практику объемноблочного домостроения требует с одной стороны создания к освоения производственной базы, а с другой-стороны - изучения и разработки ряда вопросов и э том числе вопроса об исследовании напряженно -деформированного состояния этих конструкций.

Перед проектными и научно-исследовательскими институтами поставлены задачи в области дальнейшего совершенствования мето -дов расчета блоков и зданий из них на основе теоретических и экспериментальных исследований по прочности, деформативности и трещиностойкости блоков и зданий из них, особенно при действии длительных нагрузок; развития исследований и проектных разрабо -ток по конструктивным решениям зданий различного назначения и этакности (вплоть до зданий в 12 - 16 этажей и более) для строительства в районах с разными природно-климатическими и геологи -ческиыи условиями и воздействиями, Такие исследования проводи -лись а ЦШШЗПжилшца, в НИИСКе, ШИСФе, ДНИИОШП, ШСИ им. Куйбы-

шева, КСкА Госстроя Белоруссии, Гнпростроииааю, Гкпрогравдан -провстроэ н других организациях.

Современные ыатоды расчета тошгсстешьк коробчатых конструкций,- в то« числе здания из объехкых элементов, развиваются на основе фундаментальных исследований, выполненных В.З. Вла -савыы, A.A. Гвоздевым, А.Л. Гольденвейзером, Б.Г. Гвдеркинам, В.В. Новожиловым, В.Ы. Бокдаренко, B.C. Васильковым.

Вопросами теоретических и экспериментальных исследований работы объемных блоков занимались многие русские и зарубежные учение, в том числе A.S. Смотров, К.К. Лихарев, Б.К. Дубров -с.Л. ЕеSevan, С.Л. Рзснчк, A.A. Гагагина, Б.П. Всльфсон, Л.Ф. Березовский, Д.С. Аваалуыов, С. Шор, Р. Кастенцев, Ф.Андрв-иан, 2. Ченг, О.С. Зенкевич, К.Ло и Л.Скордаяис и другие.

В настоящей диссертационной работе напрядонно-деформкро -ванное состояниэ объемных блоков с линейным опираниеы изучалось экспериментальны}; и теоретически» путей.

Проведены экспериментальные исследования на подели здания из объемных блоков в масатабв 1:20, выполненной из оргстекла для определения их несущей способности, декоративности «устойчивости при действии вертикальных нагрузок.

Выполнены теоретические исследования ИЕ-рязенно-деформи -рованного состояния объемных блоков на действие различных ви -дов загруления с учетон пространственной работы элементов объемных блоков путей использования метода конечным элемента в перемещениях, с учетом нэлинеПнзстн деформирования «аториала к реологических факторов, исследованы вопросы устойчивости стенок объемных блоков.

Цель н залачи работы. Целью настоящей диссертационной ра -боты явилось совершенствование методов расчета и конструктив -та резенкй объег-иых блоков. В диссертации поставлены еяедущие

задачи исследования:

- экспериментальные исследования нагрязенно-дефэрмиро -ванного состояния объемных блоков на »¿одел;:;

- совераенствование инженерной методики расчета верти -кального столба здания из объемных блоков на вертикальные и горизонтальные нагрузки с учетом деформация сдвига и вертикального обжатия на основе метода конечных элементов в перемеще -ниях, вклн5чает;вй в себя определение коэффициентов матрицы жесткости системы по плоской рамной схеме;

- уточнение методики расчета конструкции объемного блока с учетом пространственной работы при использовании метода ко -нечных элементов в перемещениях, включая рассмотрение различ -них схем загруженил, выявление наиболее опасного сочетания нагрузок и оптимального варианта членения блока на конечные элементы с оценкой корректности инженерного метода расчота системы объемных блоков по вломэнтарпой рамной схема;

- исследование влияния неялинейных и реологических фак -торов на напряженно-деформированное состояние объемных блоков;

- исследование вопросов вопросов устойчивости системы объемных блоков;

- сравнение теоретических данных с результатам/, экспериментальных исследований.

♦Неучнур новизну работы составляют:

- проведенные исследования напряйенно-деформировашгаго состояния железобетонных объемных блоков с линейной схемой описания путем постановки численных экспериментов на 53''.;

- новая методика опенки устойчивости, системы объемных блоков, экспериментально подтвержденная опытами на модели из оргстекла;

- оценка влияния нелинейных и реологических факторов на

- о -

напрляенно-дефорыярованное состояние систеш обгешых блоков, выполненных кз ке^-акзитобетона;

- коррекция г-лтри-у хесткости КЭ, отпатагпая влияние на -линейных и сволог;т8сккх факторов;

- учет реальных законов дофориирования' жыезобетонного влемента путей определения интегральных модулей дефэриации применительно к расчету объемных блоков.

Практическое значение.. Выполненные исслздовання ииесг из-посредственное народнохозяйственное значение, так как связаны со строительством кклых доиав. Проведенные испытания модели систоыы из объемных блоков ПО "Тантал", випускаешх Саратовский заводом оЗьвылоблочиого домостроения, показали достаточную не -суцув способность испытанных блоков для строительства но толь -ко пятиэтажных домов, но и позволили рекомендовать указанные блоки к серийному производству для зданий бользей этажности (3-IZ этшкзя) при од!юв]»«енном уменьшении расхода стали.

Применение разработанной методики исследований на основе ттода конечно'« элемента в переиезеняях повькает точность рас-чота, что позволяет проектировать более оконокичные конструк -или повьазнноя надежности. Теоретические результаты подтверждается вполне удовлетворительной сходилостыэ и совладение« с данными натурных испытаний, проведенных ранее лабораторией легко -бетонных конструкций йШБ для ПО Тантал".

Внедрение туззультатов. ¡¿атериалы проведенных исследований, связанные со статическими испытаниями кераюнгобэтонкых ойьои -них блоков гида "колпак" с линейным описанием, выпускаемых Са -ратовским заводом объэино-блочяого домостроения, подтвердили возиокность серийного въкуска объеиных блоков данного типа для строительства хилых зданий в г. Саратова л других.

Результаты работы учтены при корректировке проектов вкспе-

риментальных объемноблочных аилых 5-9 - меленых жнлкг домов с целью сокращения расхода стали до уровня значительно более низкого, чем контрольные показатели для ОЦЦ, утверждение Госгразс-данстроем (25 кг/м^ общей приведенной площади для 5-3 - етажных домов во Л и Ш ктятических районах).

Алробаиия работы. Основные положения диссертация были доло лены автором на UI научно-технической хонферетдии ВЗ'£И-!ИКХиС в 19Э1 г.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано две статьи лично и в соавторстве с другими авторами.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем 215 ctj в том число таблиц - 13, рисунков - на 72, наименований библи -ографии - 102 (на 9 стр.), приложение - на 10 стр.

Работа гшолиена в Московском институте коммунального хо -злйства и строительства Министерства науки высшей ягоды и тех -ничзской политики Р2 под руководством доктора технических наук, профессора К.Л. Сурова.

Часть исследований проведена в лаборатории леггебетонных конструкций Н/ШНБ*Госстроя PS ., .* ~ ... .'T-v ' "

Содержание работы:

В первой главе изложены материалы, аналнзиругпяв зарубеа ный и отечественный опыт применения обгемно-блочного домострое ния. Приведены характеристики конструктивных схем оСъемно-блоЧ' ного здания и конструктивных решений объемных блоков I зарубе* ный и отечественный опыт применения объемно-блочного домострое ния. Приведэны характеристики конструктивных схем ой-гмноблоч ных зданий к конструктивных реяений объемных блоков з зарубе* ной практике. .Дана характеристика основных технически направ

лений отечественного опита строительства зданий из объемных блоков, рассмотрены конструктйвно-планй'ровочные решения зданий из объемных блоков и основные конструктивные схемы самих объемных блоков. Кроме этого приведен краткий обзор существующих исследо -ваний и инженерных методов расчета замкнутых призматических обо -лочех типа объемных блоков, включающий краткий анализ различных аналитических, экспериментальных и численных методов исследований, разработанных в трудах отечественных и зарубежных ученых.

Краткие выводы по анализу методов расчета

1. В литературе имеется достаточное количество предложений, принципиальное приминание которых для стативеского расчета объемных блоков не вызывает возражений. Обциы для всех методов является моделирование конструктивного элемента в виде изотропной тон -костенной конструкции, подчиняющееся всем законам теории упругих пространственных систем,

2. Вместе с тем реальные свойства железобетона и сложность действиетльной геометрии блок-комнвгы ставят указанные методы в неравноценное положение. Интегральные методы с непрерывными аналитическими функциями для поля перемещений и поля напряжений, равно как и аналитические приемы Галескина и пр. не применяются ввиду Сользой громоздкости вычислений. Внедрение ЭВМ в строи -тельную механику открывает возможность комбинированного учета реальных свойств материалов и особенностей геометрии и создает реальную основу для создания инженерных методов расчета объем -икх элементов.

3. В настоящее время перспективными для резания подобных задач строительной механики и теории сооружений являются диск -ретныз приемы расчета в виде метода коночных элементов;

4. До настоящего времени при рассмотрении конкретных задач рассмотренного т:ша нэ были достаточно проработаны ни строгие, ни инженерные решения. Отвечая запросам практики в настоя-цей работе формулируется специфика и рассматривается алгоритм расчета лолезобетонных объемных блокоз типа "колпак" с линейным опиранием при использовании метода конечного элемента в переме -щсниях.

5. В связи с тем, что с учетом реальной диаграммы напряхо -ния - деформации для бетона задача является нелинейной, а стан -дартные программы ЬЗСЭ предусматривают расчет только в линейной постановке, такая стандартная программа иохот быть зациклена с пересчетом значения жесткостных характеристик КЭ после каждого цикла вычислений.

6. Задача об устойчивости стенок О.Б. до настоящего времени в научно-технической литературе в долиной кора не рассмотрена. Её рассмотрение явилось одной из задач настоящего исследования.

Втосая глппп посвящена экспериментальным исследованиям на модели в масштабе 1:20 из оргстекла систекы объемных злементоз. Приведена цель и задачи экспериментальной работы, дана харак -теристика объекта исследования, изложена методика проведения испытания (модель потеряла устойчивость при нагрузке 24 кН).

В результата испытаний модели системы объемных блоков по -лучены феноменологические зависимости, позволяющие оценить об -щуп и местнув устойчивость зданий из тонкостенных хелезобетсн -пых объемных блоков.

Из рассмотренных в глава графиков ыояно сделать следу щхе выводы:

I. Существенная разница в деформациях для моделей с проемами и без проемов проявляется только вблизи от проемов (раз -личиа в 3 База).

\

2. В отдалении от проемов (геометрическое место расчетной

точки)и,наличие или отсутствие проемов в блоке мало влияет на напряженное состояние участка станки блока при его платформенном опирании.

3. Для натурного фрагмента здания рассматриваемого как коробчатый стержень, с такими параметрами Эйлерова сила будет иметь значение Л » Л д/ м ж 20^*24 = 9600 кН, что при 12-ти втажах соответствует весу одного ОЩЦ с учетом полезной наг -рузки Р = в 950-3/12 « 800 кН, что в 5-6 раз превышает его реальное значение. Соответственно число этажей может быть

В третьей главе дается анализ и обоснование принятой ыо -тодики расчета, в основу которой положен метод конечных влеман-тов в перемещениях в линейной постановке, реализованной по программе для ЭВМ "Лира". Сформулированы основные исходные предпосылки и гипотезы. Приведена методика расчета многовтаж -ного здания из объемных влементов, вклечапдая исследование напряженного состояния вертикального столба объемноблочного здания от вертикальной и горизонтальной нагрузки с учетом деформаций сдвига и вертикального обжатия. Проводэны значительные по объему численные эксперименты на Э31.!, выявляющие оптимальную раз -резку блоков на конечные елементы, корректность различных расчетных схем, наиболее опасные сочетания грузовых воздействий. Рассмотрены как рамная, так и объемная расчетные схемы.

Расчетами установлено большое влияние различных конструк -тиеных особенностей блоков, а также условий возведения зданий на напряженное состояние исследуекыз конструкций, которое должно быть отражено в расчетах. Это приведет к необходимости расчетов на различные загружения с использованием принципа суперпозиции.

Иетодои конечного элемента (ШЗ) пространственный блок домостроения рассчитывался два*да. В первом случае блок рассматривался как пространственная конструкция, разбитая на пластинчатые конечные злекенты, у которых вынужденные единичные перемещения углов, выраженные полиномами типа:

ц.--а0+£ си

удовлетворяет бигарьяническому уравнение.-

Во втором случае рассмотрена рама, которая вырезалось ДЕуия вертикальным.« поперечными сеченияки из средней зоны блока. Расчет в обоих случаях выполнялся для 9-ти втачного зда -нип. Для расчета использовалась программа "ЛИРА", разработанная К11ИАСС Госстроя, расчеты выполнялись на БЭС - 1061.

При расчете блока как пространственной система рассматривалось «3 втажя - 1-ый, 2-ой, 3-и Я. Влияние шести вьпюлеяапуос этажей и чердачного втаха учитывалось путем введения дополни -тельной нагрузки, прикладывавшейся сверху третьего этаха для у*еньл19нип объема вычислительных работ блоки 1-ого, 2-ого и 3-его втажей членились на конечные алементы (КЗ) разних габа -ритов.

Для 1-ого етаха принималось более мэлкоа членение хонст -рукции на КЗ. При этом учитывалось, что прочностные характеристики конструкций определяйся работой наиболее нагруженного 1-ого этажа. При этом вертикальные и горизонтальные ребра в блоке первого атажа учитывались стержнеЕнми КЗ, которые по ли -нии, проходящей по центру тяжести их сечения сопрягались с плоскими КЗ. В блоках 2-ого и 3-го атакей влияние ребер учиты -вадось путем введения в расчет изгибной жесткости элементов конструкции с учетом влияния ребер. При расчете 3-х атахного . стодба из объемных блоков как пространственной систоун принч -

мали, что плита пола жестко сопрягалась со стенами блока, а стены жестко сопрягались с фундаментными конструкциями, которые принимались недеформирувмыни, и со стенами выпвлежащнх этажей.

При расчете блока как пространственной системы кспользо -вано 3 типа КЗ: прямоугольный плоский КЗ пластины-оболочки (тип КЗ—41); пространственный стержень (тип - КЭ-5); пустотный КЗ (тип КЗ-200). Плоскости блока представлены КЭ-41, вертикальные и горизонтальные ребра КЭ-5. Выполнено четыре варианта расчетов пространственных трехэтажных блоков.

Первоначально рассчитывался 3-х втажный блок на действие собственного веса, при »ток вес блока одного этажа о плитой пола принимался равный 115,3 кИ (суммарный вес 345,9 кН). Затем был рассчитан трехэтажный блок на комплексное действие собст -венного веса с нагрузкой на плитах перекрытия (11,53 + 0,25 х х 19,32)х3 « 16,36 х 3 « 490,8 хН; на действие нагрузки от шести выше расположенных этажей 081,6 кН (6 х 16,36 "981,бкН) и на действие нагрузки от чердачного етаяа (276,8 кЮ. Сушшр-ная нагрузка от 9-ти втажного дома с чердачным помещением составляла 1749,2 кН. Нагрузка от выло расположенных этажей и чердачного помещения заменялись вертикальной касательной наг -рузкой, приложенной к верхнему ряду конечных элементов стен (к. ш 45 см), при атом принималось равномерное распределение нагрузки по периметру верхнего ряда КЗ. Кроме того, в пределах етого варианта расчета рассматривалось различное загружение междуэтажных перекрытий.

Третий вариант расчета выполнялся на нагрузки, принятые во втором расчете, однако, менялось распределение касательных нагрузок, приложенных к верхнему ряду КЗ, без изкянения их суммарной величины. Из первого расчета определяется характер распределения нормальных вертикальных напряжений в.сопряжении

блок» первого этажа с фундаментными конструкциями. Распредели -ние нагрузки от выше лежащих этажей на третий эта* принималось

в соответствии с эпюрой распределения нормальных напряжений

между первый этаком и фундаментом.

В четвертом расчете вес первого блока был увеличен до 140,0 кН. При этой вес первого блока с нагрузкой на плиты пола составил 188,05 кН. Нагрузка от утепления чердачного перекры -тия принималась равной 23,2 кН (0,12 х 19,32 - 23,2 кН); нагрузка от конструкций чердачного этажа принималась равной 70 кН (50Î веса блока). Нагрузка от 3-х этажей равнялась 564,2 кН. Нагрузка от 6-ти выше расположенных этажей и чердачного этажа составляла 1221,5 кН. Полный вес 9-ти этажей с чердачными конструкциями принят равным 1785,7 кН. В этом расчета нагрузка от выше расположенных этажей также заменялась касательной контурной нагрузкой, приложенной к верхнему ряду конечных элементов. Однако, их распределение по периметру здания принималась в соответ -ствии с эпюрой нормальных сил в нижней части блока первого эта -жа, полученной в первом варианте расчета.

При выполнении пространственного расчета блока ШЭ прини -малось что плоские КЭ сопрягаются со стержневым КЭ по линии, проходящей через центры тяжести поперечных сечений стержневых элементов. При этом, естественно, снижается изгибные жесткости стен и плит пола. Чтобы избежать искажения жесткостных характе -ристик стен н плит пола блоков, в четвертом варианте расчетов изгибные жесткости стержневых элементов увеличились. Влияние эксцинтриситетов мевду центрами тяжести тавровых сечений стен и равнодействующими внешних нагрузок в пространственном расчете блоков ШЭ не учитывалось.

Во всех вариантах пространственных расчетов блоков ЫКЗ принималось, что плиты пода жестко сопрягаются со стенами, а стены

первого этажа сопрягаются с жесткими недефоршрованными конст -рукциями цокольного этажа. В реальных конструкциях жесткость сопряжения плиты пола со стенами определяется особенностями стыков между этими элементами. В выполняемых расчетах сопряже -ние между элементами блоков разных этажей также принималось жестким. Программа расчета путем введения слоя КЗ, учитывающего деформативность раствора в стыках между блоками разных этажей позволяет учитывать изменение напряженного состояния конструк -ции в зависимости от условий её монтажа. При расчете МКЭ рамы, ее ширина принималась равной 85 см, (т.е..расстоянию в осях между вертикальными ребрами блока). В расчете рассматривались 9-ти этажные рамы.

Расчеты велись по 4-м схемам. В соответствии с первой схе -мой предусматривалось жесткое сопряжение между блоками разных этажей, плит пола со стенами и блока первого этажа с фундамент -ными конструкциями. Во второй расчетной схеме принято, что бло -ки разных этажей соединяются между собой шарнирно, блок первого этажа с фундаментными конструкциями и плиты пола со стенами со -единяются жестко. В третьей схеме блоки между собой и с фунда -ментами соединяются жестко, плиты пола к стенам присоединены при помощи шарниров. В четвертой схеме предусматривается шарнирное сопряжение между плитами пола и стенами, а также между блоками разных этажей, при этом блок первого этажа присоединен к фундаментам жестко.

Различные условия сопряжения элементов 9-ти этажной рамы соответствуют различным условиям работы конструкций на стадии их возведения и эксплуатации. По-видимому» можно принять, что при установке блока вышележащего этажа на нижележащий работа растворного шва из свежеуложенного бетона равноценна шарниру и т.д.

По всем схемам расчет выполнялся на нагрузки от собствен -го веса плит пола 1500 Н/м^, на длительно действующую нагруз-' на плите пола 900 Н/м2, на действие кратковременной нагрузки 1 плите пола 1600 НЛ£ и действие собственного веса рамы с ючетной нагрузкой на плитах пола. Вес рамы одного этажа со :еми нагрузками на плите пола составил 193,36 кН.

Принималось, что собственный вес блока одного этажа с пли-ой пола составлял 140,00 кН (расчетная нагрузка), собственный

п

ее плиты пола принят равным 1500 Н/м , суммарная длительная и ;ратковременная нагрузка на плиты пола составляла 2500 Н/м^. 1агрузка от конструкций чердачного этажа условно принималась авной весу одного этажа 250 кН равномерно распределенной по периметру блока, при этом нагрузка на блок составляла 250:18,25 х х 0,85 = 11,2 кН. Нагрузка от утеплителя на чердачные перекры -тия составляла 1200 кН/м^. Суммарная нагрузка от 9-ти этажей и технического этажа, которая передавалась на фундамент, составляла 1933,6-9 + 11200-2 + 1200-0,85 = 19971,4 Н (199,7 кН). Вес одного блока с плитой пола и нагрузкой на ней составлял"183,05вН.

По данным главы сделаны выводы:

I. Расчет блоков домостроения МКЭ, в соответствии с при -мененной программой, позволяет получить интересные материалы о распределении нормальных вертикальных напряжений и сил (С?г и А^г) в стенах блока, в местах проемов и утолщений, выявить напряженные состояния фасадной стены, плит пола и потолка. Вместе с тем, моментные состояния продольной и торцевой стен блока в расчетах отражены не полно. В частности, не учитываются моменты, возни -кащие в следствии внутреннего сопряжения ребристых стен с . верхним и нижним горизонтальными ребрами, окаймляющими блок. Эти эксцентриситеты существенно влияют на несущую способность блока, однако учесть их в МКЭ затруднительно, поскольку в этом

случав требуется членение конструкции на КЭ чрезвычайно небольших размеров.

2. Расчет блоков ШЗ рекомендуется проводить в две стадии: на первой стадии из расчета блоков определять закономерности распределения реакции отпора в сопряжении блока первого этажа с фундаментными конструкциями. Загрузка группы блоков выше ле -жащими этажами учитывается в повторном детальном расчете, с введением в рассмотрение полученных ранее эпюр реакций (отпора).

В четвертой главе проводится экстерполяция методики расчета зданий из объемных блоков с линейным опиранием с учетом пространственной работы его элементов на случай учета физически -нелинейных и реологических факторов, путем апробации цикличной схемы расчета, в которой каждый цикл представляет собой линей -ный расчет с корректированными значениями жесткостных характе -ристик конечных элементов. С целью учета реального; деформиро -вания бетона (керамзитобетона) применен интегральный модуль деформации, значение которого базировано на экспериментальных и теоретических данных ряда авторов. Приведено сопоставление экспериментальных и теоретических данных, показавшее вполне удовлетворительную сходимость.

Спираясь на данные натурных статических испытаний ОБ и • ориентируясь на характер работы этих конструкций в условиях реального нагружения, установлена допустимость линейной постановки задач, так как работа стен блоков, вплоть до достижения контрольных нагрузок близко соответствовала закону деформиро -вания. Первоначальное применение линейной постановки задачи обусловлено необходимостью (выявления характера НДС коробчатой конструкции ОБ и находится в соответствии с предпосылками, по-) ложенными в основу МКЭ в перемещениях. Теоретический учет влияния, фактически нелинейного деформирования материала из которогс

изготовлены исследуете С'и (керьмзито-бетон В 12.Ь) мелеет быть ису-чсстплен рлечетлым пути:.; с г,о.-:о";ьк> ингегратьной линеариза -пни нелинейных деуо^/ативных записи!,-,остей з катадом сечении ¡ссн— струкции. К тому г.о, по данным ргдя экспериментальных исследэ -винил па «Б о'илэ обнаружено, что па наружных л внутренних по -ЕОрХНОСТТХ СТ2Н Н5".«ЯГГиЯ ТОЛЬКО СЛМаУДИе НЗП;ПГ.СН1П, что спо -

собстзуег закрит.ю горизонтальных и ноююннюс трет,;»!, образа -пяшыхеп п стадии изготовления конструкции до приложения вор -".'икальинх нагрузок и ] соко ипсепяю^нх *остхость ео отдельных участков.

Равновисиоя постановка задачи

Ограничении, «ткладываоне равновесной постановкой, т.е. неучегом э1^хжта зшшздыпеппл деформации, в какой-то керо оп -¿аьдиппотсп стибилыюстиэ внолсИ нагрузки и введение« в рас -С(.'0Т])0НИ0 длительного модуля деформации Сетона, виесто «¡шт -ковромеыюго.

Б тех ко случаях, когда избиения длнтилыюго модуля де -г^оргачии пи лозпадрщ' опенить особенностей условий переплел;« -деления усилий, достаточно найти значении усилий для начально -ГО ЗаГ.уЖУПИЯ при Ер = И для условия восы.-и длительного

стационарного загружена при Е¡яь = £ , 410 позволяет инженеру оценить результаты рисчита сверху и снизу. Однако, при длительна:: да Летели нагрузки, в связи с пластическими де^орг-а -и.гми '¡етопа, следует учитывать нелинейность депортирования конструкции путем загнкливан:»» линейного речения, с пересчетов значения жесткостей для всех КО в каждом :;;:кле и продолгением расчетов до сходимости итерационного процесса.

Расчетная модель

В расчет вводится сплолнап £мзическая модель из заданного материала. .-¡етод конечного элемента предусматривает сохранение

условий сплсынисти при ]^счлаиен»1и а^ди на конечные элеиенти. /ля лЬ тре^инообразованио в условиях ре&чьного нагруженил при наличии арматуры не исключает иозшкностн линейно!! постановки задачи в ¿жкиах одного п1«ксннзго цикла, что вытекает из физической подели fl.il. .'-^аасва, согласно которой ])абота растяну -той зоны иетона с тычинами учитывается интегральным ксэффици-ентои

Рассиотронпе вопроса о расчета иБЕЦ v:eтoдaм КЭ с позиций нелинейной теории дефори-.цювашш железобетона, т.е. с учетом как нелинейности диаграмм (о~Е , так и реологических процессов приводит к необходимости зацикливания процесса вычислений по линейной теории на основе п^граккы "ЛИРА", с пересчетом «зсткостных характеристик 1(13 длп какого промежуточного цикла, пока .¡-езуЛьтати расчетов для последнего л предпоследнего цик -лов но совпадут достаточно близко.

Указанный перссчат можно производить с помощью уравнения, вы^жию^ого иолнуо относительную единичную дефоришию удтерн -али и нокогороК точке, которая явллотсп обратной величиной по отношению и текущему значению переменного секущего модуля де -формации.

Уравнение для полной относительной единичной деформации, как известно является одним из уравнений адсаннческого состояния материала и представляет собой в определенном смысло, фо -ио-.'.зиологическуп зивисниосгь, обобщенную с помощью понятых ¡'.сходных предпосылок. Одной из этих предпосылок 5га1пется до -гудение прнпц/ла суперпозиция длк деформаций. Возможность применения этого прин'яио пр.шенитольно к к бетону освецона пап -р-г.-ер, в ¡оботах В.;». Ьондароикэ^ о также у Л. Болоцкова, ¿:.Ь.. Нрокоповича и Д1,уг;ас.

На основании излеченного, выражение для полной относи -

тельной единичной деформации, по аналогии с известными запися -ыи, и с учетом коррекции произведенной К.Л. Суровым для неод -ноосных напряженных состояний, в качестве заданной функции от интенсивности напряжения, может быть представлено в виде:

С ,, , , С (Ш

где о \Ь'>1-а ) - единичная деформация от усадки бетона (табудк -руемал величина, которой ¿' большинстве случаев можно пренебрегать); ,о.г I А 2.-.0.0

- интенсивность напряжений;

Я. - тоже, когда максимальное из трех главных напряжений достигает предела прочности

_ вромл загружония и вромя наблюдения; ^ - объемный коэффициент армирования, влияние которого выражается во введении для напряжений множителя

В- / /и» (множитель К.Д. Сурова).

с ° а .

Выражения для мгновенного модуля деформации Е>т / и для деформации ползучести С ('(¡.}'1. ) подробно исследованы в ряде работ и определятся по апробированным зависимостям, а именно:

мгновенный модуль деформации по И.Х. Аратгняну:

£0а)=Е°(°°)/(1<-}е'*1) (а

гп ** —'

мера ползучести бетона (7 )

с 7и0 пен мал,) м

Оункция удельной деформации ползучести по И.Б. Пронсновкчу и И.И. Улицно^:

-¿¿('-^ )

ти<Ш)й/1'Се хше ') «>

«

В приведениях выражениях величины ( ^Р, ), ^у ;Сс^

табулируются в зависимости от класса бетона и влажности среды (см. приложение и инструкции НИИ2Б по учету ползучести и др. источники), а множитель К', введенный К.Л. Суровым отражает влияние неодноосности напряженного состояния и определяется по формуле:

К-¿7?АНб)

где - главные напряжения.

Выражения для силовых функций § {¡9. А. Л 3 ((¿.А.А )

ГП о* с с * О

определяются по зависимостям, предложенным В.Ы. Бондарвнко, с заменой в них величии (9,11,, на величины«*?.. Я,. ДДЯ не -одноосных напряженных состояний.

где коэффициенты % ГП П табулируется в зависимости

/г? ? п 7 '

от класса бетона, причем имеется ввиду условно-измененный класс, соответствупций значении параметра Я¿ вместо Й-б^вк

Следует отметить, что в случае режимного загрухения конструкции в выражении (4.4) для полной относительной единич -.ной деформации слагаемые Д,)

заменяется на сумму:

Щ^щЩХьХШсЪл.,) <»

(р) (р)

(3 данной работо такие случаи загружения не рассматриваются). lia основании изложенного переменный фибровый вроыекный модуль деформации некоторого конечного элемента будет определяться Еырахениом:

Интегральный модуль вводимый в расчет по рекомендации В.М.Бон-даренко определяется введенной для временного фибрового модул* поправочного коэффициента, характеризующего - моментальное отклонение функции:

где

Sc'EcIE;„H> m:

При использовании ККЭ вычисленное по изложенной мотодико но -которое значение интегрального модуля деформации распространя ется на весь прилегающий коночный злеиокт. Из данной главы следуют выводы:

I. Из сопоставления эпюр изгибающих моментов, продольных и поперечных сил, а также прогибов по результатам линейного и нелинейного расчета видно, что нелинейные факторы повлияли на напряженно-деформированное состояние СЕД, вызвав перераспределение усилий в пределах до 20£, что является благоприятным обстоятельством.

Соответствующие вычисления показывают, что критическая •

нагрузка для пластин-граней блока на I0-2QÏ ниже, чем для блока в целой.

При этом необходимо иметь ввиду, jro при вычислении цнди рической жесткости пластин "О = к следует прин

мать значения модуля деформации бетона по Е.С. Фрайдельду:

г ^ _

3. Это значение может быть уточнено за свет введения в р смотрение и силовых функции S' ,S^ при некотором фиксиров ном уровне нагрукения.

В пятой глазз дана технико-экономическая оценка здания в ряемой системы из объемных блоков СО "Т&ктад" (г. Саратов), сопоставлении с рядом аналогов.

Объемный блок рассмотренной конструкции по сравнении с д. ыи конструкциями хилых домов обладает рядом преимуществ. Так льный расход металла составляет на ОВД г. Саратова 24,6 кг/и1 ОВД, г. Минска 26,6 для ОВД г. Краснодара 28,6, дал Итинскоп вода

КПД 26.5КГ/М2. Удельный расход цемента для ОВД г. Ыинсю 420кг/м^, для завода КПД-ЗООкг/м^. Удельный расход оснастки j ОВД г. Саратова составляет 9т/м^, для ОВД г. Минска 1Б,2т/м^ ОВД Краснодара 20,2 т/м . Построечная заводская и сукмар<ая : дозшсость (чал. в час) строительства хилых домов для объемно] блочного ДСК г. Минска составляет 15,3:11,5 и 26,8; для круп» цельных домов 21,2, 8,3 и 30,0; для монолитных домов 21,8, 4, 26,2 и для кирпичных домов 28,6, 4,4, 33,0.

Продолжительность строительства 9-гк этажного 108 квартир го хилого дома составляет для кирпичных домов 12 месяцев, дл? крупнопанельных-3 месяцев, для объемнобдочшх домов конструкт применяемой в г. Иннске-5 месяцев и объемно-блочных домов коь рукции, применяемой в г. Саратове-3 месяца. В разработанном г екте расход стали в сравнении с аналогом снижен на 200 кг длf одного блоха. Предполагается вьшус -

кать 20 блоков в смену или 40 в сутки. В настоящее время на Елшансном заводе ОВД г. Саратов, ведется выпуск блоков, разработана конструкция для строительства 2-х этажных ксттзжхей. Проведено испытание блоков натуральной величины для 4-5 эта^н^х зданий. 3 1992 г. с использованием выполненных расчетов л рз -зультатов, проведенных исследований предполагается разрабо -тать рабочие чертежи экспериментального объемного блока из корамзитобетона для 9-ти этажных зданий и испытать его з 1993 г. Это позволяет в г. Саратова вести смешанную застройку жилых кварталов из 5-ти и 9-ти этажных зданий, монтируемых из объемных блоков.

Из данных главы следуст выводы:

Строительство хилых домов из ОЕйД рассмотренного типа высотой до 12-ти этажей существенно экономически целесообразно как с точки зрения уменьшения сроков строительства, так и с точки зрения уменьшения расхода материалов бетона и стали.

Дальнейшее улучшение технико-экономических показателей СЕ'ЭД повидимоцу можно достигнуть за счет применения напряга -еной арматуры в ребристых панелях-поддонах.

ЗАКЛОЧЕНИЕ

I. Изучение литературных источников о проектировании, расчете и строительстве зданий из объемных блоков размером "на комнату" приводит к еыводу о том, что вопросы устсйчи -вости для таких зданий до настоящего времени разработаны недостаточно. Что касается вопросов пропности, то можно за -метить, что с одной стороны - предлагалось несколько различных методик расчета (наиболее универсальный способ - использование !5СЭ), а с другой - что методика должна иметь специ -

фику в зависимости от конструкции объемного блока. Это приводит к необходимости проведения с помолью 23М расчетного эксперимента, с- целыз сравнения результатов, полученных по разным методикам.

2. Вопрос об общей и местной устойчивости зданий из объемных блоков весьма сложен и повидимому чисто теоретическим путец полностью решен быть не может. В связи с этим представилось це -лесообразным ввести в рассмотрение феноменологические зависимости, основанные на данных зкспериментальккх исследований модели фрагмента здания из оргстекла в масштабе 1:20. При этом сравнивались данные о деформациях модели с проемами и без проемов. Оказалось, что влияние проема распространяется только на узкую зону, при -легапцую к юс контуру.

В итоге представилось допустимым оценить критическую силу для столба из объемных блоков в " П " этажей, как Эйлерову силу кЛ^ь/И") для консольного стержня с приведенным ко-

робчатым сечением, с феноменологическим поправочным новффици -ентом " К- " и с использованием в качество расчетной величины длительного секущего модуля деформаций по С.Е. Фрайфельду:

£. = </( 11Е, ■ (0. +С (ОН) о 7 Ь

Кроме того, представилось необходимым наряду с общей проворить местную устойчивость стенок объемных блоков. При этом в наихудшем положении оказывается продольная стенка ОБ с дверным прое -мом, примыкающем к углу. Для этой стенки с небольшой погрешностью, подходит расчетная схема вваде пластинки с двумя противо -легааими шарнирно-опертымк сторонам; (сЕерху и снизу), одной защемленной и одной - свободной от закреплений стороной. Решение задачи об устойчивости такой пластинки в упругой стадии имеется у И.О. Папковича. Оно может быть использовано, если включить в расчетную формулу Еременный модуль С.Е.Фрайфельда

- ZO -

ENSOTO модуля упругости.

Анализ полученных результатов расчета говорят о той, что критические наг;г/зкл для рассматриваемой пластики и для столба из объе^иых блоков численно близки, друг к другу.

J. Численный эксперимент с рассмотрением различных расчетных схем ОБ, при различных комбинациях загружения, говорит о том, что использование плоской ракюй расчетной схемы допустимо даже в линейной постановке (погре:шосгл - до I0-12Í в запас проанссти).

4. Численный эксперимент подтверждает, что неучет фнзи -нолн.нег.иост:: ггг,?"-;* 'осс-ютл ьБ и ,,,еологич<:»г,ких сактоsos

(ползучести бетона), приведет к погрешностям б расчете до 20£ (и более), но главны» образов, за счет неучета перераспрсдсле -ния усилий. Учет упомянутых факторов может быть произведен за счет зацикливания линейного расчета, производимого методом КЭ (вычислительный комплекс ".LIPA") с пересчетом дифференциальных значений жестко тных характеристик для каздого КЭ и для каждого цикла.

5. Стационарный режим загружения влияет на несуща способность СБ умеренно, вызывая глав»гьги образом, перераспределение усилий на 20-25^ (с короткого направления X но длинное направление У , уменьшение опорных моментов у поддонов блоков при увеличении пролетных и т.п.).

6. Технико-экономические показатели ОБЗД рассмотренного типа (НО "Тантал") представляются выгодный! по сравнению, например с блоками, приуеияе:шуи в г. ».ннске (имеет место сниже -ние расхода стали и уменьшение трудоемкости работ на 202.

7. Устойчивость зданий из СККд конструкции ПО "Тантал" может быть гарантирована при наличии 12 - 24 этажной застройки, хотя пока возводятся только 4-х - 5-ти этажные здания.

8. Дальнейшее снижение, расхода стали на ОЕЗД типа "Колпак" (30-40 кг на блок) очевидно может быть достигнуто за счет применения в панелях-поддонах предварительно-напряженно й армату -ры (по крайней мере 8 коротком направлении).

9. Слабым мостом зданий из ОЕЗД является низкая степень звукоизоляции между отдельными помещениями (по известной фор -муле расчета звукоизолирующей способности, она получается

D - 13,5 ЦР + 13 - 13,5 Ц 140 ч- 13 - 44,2 дб, в то время как по нормам мезду квартирами требуется 50 дб). В связи с этим для блоков, у которых та или иная стенка является меяквар-тирной, следует предусматривать дополнительнее звукоизолирующее покрытие. Эти же рекомендации относятся к потолочным панелям.

£0. Как показывает расчета и эксперименты, проведенные лабораторией легких бетонов НИШБ в 1990 году, разрушение объемных блоков происходит по опорному узлу (исчерпания несущей способности по 1-му случаи внецантренного сжатия с раздробде -ниеы сжатой зоны бетона). Повышение несущей способности блока может быть достигнуто за счет усиления армированйя этого узла.

"Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

' I. Тошев A.C., Коробов Л.А. Исследование новых конструкций объемных блоков домостроения из керамзитобетона. / Новое в /. технологии, расчеты и конструирование железобетонных конструк-/ ций. - Москва 1994. - 43-16.

2. Суров К.Л., Тошев A.C. "Оценка устойчивости стенок железобетонных блоков для жилипного строительства. /19-я Научно-техническая конференция МИКХиСа. - Москва 1992 г. стр. 5.