автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Каркасные железобетонные здания с включением заполнений

| / о Со На правах рукописи

I о ¡Я^7

АВАДАХасан Мохамед Хаддуж

КАРКАСНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ЗДАНИ Я С ВКЛЮЧЕНИЕМ ЗАПОЛНЕНИЙ (ЭКСПЕРИМЕНТ, РАСЧЕТ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ)

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания

и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ..

диссертации на соискание ученой степени доктора технических нау::

Москва 1993

Диссертация выполнена в Московском государственном строительном университете

Научный консультант

Официальные оппоненты

профессор, доктор технических наук О.ВЛужин

профессор, доктор технических наук Т.Г.Маклакова

член-корреспондекг РАСН, профессор, доктор технических наук Н.Н.Шапошкиков

профессор, доктор технических наук Р.О.Бакиров

Ведущее предприятие - ЦНИИЭП жилища

Защита диссертации состоится "/?"¿^с?/-^99? г. в —- часов на заседании диссертационного совета Д 053.11.01 в Московском государственном строительном Университете по адресу: г.Москва, Шлюзовая наб., д.8, зуд. .

С диссертацией университета.

можно ознакомиться в библиотеке

Автореферат разослан"_

199 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд.тех.наук, профессор

А. К. Фролов

общая характеристика работы.

Актуальность проблемы. Возведение зданий повышенной зтаанос-ти в условиях дефицита территории сокращает площадь застройки на 30-Ш. особенно в Бейруте, что является основной из проблем градостроительства в Ливане, учитывая то, что 2/3 населения страны проаивает в городах, а в столице - 1/3 .населения страны. Вместе с тем, проектирование и строительство зданий повышенной зтаяности является сложной инаенерной задачей, связанной с рядом конструктивных и архитектурно-планировочных проблей, требувдий дальнейве-го изучения и решения.

Для возведения конструкций каркасных зданий требуштся определенные затраты на транспортировку, нонтак Спри сборном варианте), . а если имеется монолитный каркас, как зто принято в Ливане, • -то стены и перегородки- -внполняатся -из заранее -подготовленных штучных бетонных блоков, на соорувение которых требуштся затраты, как и на стеновые панели, но их вклад в обцув работу конструкции не пропорционален затратам на их возведение. В сущности, зти стены могут' быть использованы более полно, чем зто делается сейчас.

Однако, существующие конструктивные системы каркасных зданий не реалязуит всех вознояностей этих ограгдагщих конструкций с точки зрения их эксплуатации, поскольку они могут сыграть определенную роль в работе остова здания, при его сопротивлении вертикальным и горизонтальны» воздействиям, что и определило актуальность данной задачи. ' ...

Целью настоящей работы являются:

1. Экспериментальное исследование напрягенно-деформированно-

го состояния плоских блоков, состоящих из велезобетонной рамы, стеновой панели или "кирпичной кладки, при воздействии вертикальной и горизонтальной статических нагрузок;

2. Разработка методики расчета и сопоставление теоретических результатов расчета с аналогичными экспериментальными результатами;

3. Разработка программы расчета такого вида конструкции на персональной компьютере; - -

4. Конструирование новых элементов каркасных зданий для создания- соответствующего каталога.

Научная новизна работы состоит в следуищем;

- получены экспериментальные данные о напряженно-деформированном состоянии сборных и монолитных одноэтажных и двухзтааных рам с учетом их заполнения .при их загр.уаении .горизонтальной и вертикальной статических нагрузок вплоть до разрувения;

- выявлено, что такой вид рам с заполнением по предлояенной методике конструирования моает выдергать на порздок больиув нагрузку по сравнению с такими зе рамани без учета заполнения;

- разработана методика расчета плоских блоков на основании метода перемещения; .. '

- на основе метода конечных элементов, и с учетом особенности железобетона разработаны две программы расчета плоских и пространственных блоков ; для персонального -компьютера;'

. г'экспериментально и-теоретически доказано, что несущая способность такого рода ран с учетом заполнения во много раз больше, чем рам, сконструированных по принятым в настоящее время методам;

- разработан каталог новых элементов предложенного каркаса

серии (АН-П.

Практическое-значение работ заключается в той. что'каркас-^ нае здания, возведенные по предложенный методан конструирования и расчета, инеат больший аесткость и несуцуи способность с минимальная количеством конструктивнах. элементов по сравнении с су-цествушщими каталогани и сериями аналогичных зданий.

"АПРОБАЦИЯ РАБОТ. . ...... '

Садерганиек настоящей работы является развитие предлонения автора (заявка автора Н 4879907/33-108776 от 12 ноября¡1990 года, положительное решение ВНЙГПЭ от 17 октября 1991 года, авторское свидетельство N 1162931 и патент N 1805174 от 3 нарта 1993 года), работы были доловены в Кувейтском научно-исследовательскон центре в 1989 году, в арабском университете в городе Бейруте в Ливане в .1991 году .и на шбилейной научно-технической конференции МГСУ в 1996 году.

ВНЕДРЕНИЕ. "" -

Результаты диссертационной работы, представленные в,виде метода расчета комбинированных систем и способа возведения каркасных зданий, были использованы для проектирования и строительства ^одиннадцатизтажного дона из монолитного яелезобетона в городе Сайде, четырехзтааного дома на юге Ливана и восьмиэтажного дома в городе Бейруте.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСИТСЯ:

- способ формирования плоских блоков;

- методика проведения и результаты испытания сборных и моно-

литных рай с заполнением и без их при статистических горизонтальной и вертикальной нагрузках:

- предлонения пЬ расчеты плоских и пространственных блоков . на персональной компьютере, с учетом специфики работы материала;

- предлоагния по конструировании элементов нового каркаса.

ОБЪЕМ И СТРНКТНРЙ РАБОТЫ.

Диссертационная работа состоит из введения,- четырех глав, общих выводов, списка цитированной литератора к прило гений.'

Объем диссертации 488 страниц, основной текст изложен на 311 страницах машинописного текста, 177 рисунков, список использованной литераторы содержит 212 наименований.

ОСНОВНОЕ содериние РйБОТН.

ВВЕДЕНИЕ.-Лана формулировка концепции- диссертации, кратко-описываются суцествущие схемы каркасных зданий, их преимущество перед другими систенами.

Здесь ае приведена аннотация диссертационной работы, выноси-ной на защиту.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ излагаится основные тенденции в развитии наличного строительства в Ливане, функциональные, санитарно-гигиенические и физико-технические требования к кшшх "зданиям с учетом природно-климатических и: других местных условий страны.

. Строительство хилых домов в Ливане ведется искличительно из . монолитного яелезобетона с учетом разных факторов, влиявщих на проектирования жилищ, а именно социальных требований, демографии населения и структуры яилого Фонда, эстетики, природно-климати-

ческих условий.

Многозтакные нилые дона Ливана-в основном иневт в своей составе помещения, предназначенные для общественного обслуживания лидей, т.е. являвтся частьи система общественных учреждений, предназначенных для обслуживания - города.- Эти доиа в основном строятся односекционными и галерейными, квартиры в таких донах часто состоят, из пяти комнат.

В этой не главе освецаагся объемно-планировочные и конструктивные решения нногоэтааннх гранданских зданий, их конструктивные схемы и их отноиение к архитектуре нилых донов. Следует отнетить, что в настоящее время в мире существует несколько конструктивных систем многозтагных зданий. Две главных из них - это полносборная и монолитная, первая из них представляет два вида конструктивных систем этих зданий: бескаркасная, которая составляет наибольшую часть от строящихся зданий, и .каркасная конструктивная система. -•

Выбор конструктивной системы здания определяет функциональную роль каждого из ее элементов.

Материал конструкции и технику их возведения определяит при выборе строительной системы здания, несуцие конструкции которых состоят из взаимосвязанных вертикальных и горизонтальных элементов.

Как указывается в работе В.П.Торкатпка, помимо основных конструктивных систем суцествушт комбинированный системы, это системы с неполным каркасом. Система каркасно-диафрагмовая, система каркасно-стволькая и даркасно-блочная система.• В работе Т.Г.Маклаковой описываится смешанные конструктивные системы сочетания двух или нескольких конструктивных систем в здании по его высоте и протяженности.

В другой работе Т.Г.Наклаковой описнвавтся конструктивные схемы зданий, при выборе которых должны учитываться экономические

л- ' ' ' ..........

и архитектурные требования по отновенив к конструктивным системам зданий. Так ке этот вопрос освящается в работах В.Н.Богомолова, А.К.Бурова, Н.И.Тосунова, где указывается на>три вида строительных систен, которые являится главными с точки зрения исполь- . зования материалов и технологии возведения основных несущих конструкций. С технологической точки-зрения строительные системы разделяются на полносборные, монолитные, сборно-монолитные.

В-работах П.Ф.Дроздова, А.Н.Печенова,' В.Н.Ливана, Ю.А.Дыхо-вичного, О.Н.Попковой рассматриваятса конструктивные основы ино-гозтааных гилнх" зданий и их конструктивные реиения. В этих ае работах отмечаится каркасно-панельные здания и их основные конструктивные схемы, которые разделяются на три вида: рамная,-рак-но-связевая и связевая.

Для расчета конструкций широко используется метод конечных элементов, универсальность которого заюшчаатся б тон, что этим методом можно рассчитать прямоугольные, треугольные или в общем случае многоугольные пластинчатые конечные элементы в' совокупности со стерлневыми элементами.

, Описание данного метода хорошо освецается в трудах А.В.Александрова, Н.Н.Иаповникова, Д.Е.Аргирис, О'.К; Зенкевича, Р.Н.Клафа," П.И.Базарова и др. \

ВО ВТОРОЙ. ГЛАВЕ излоаены этапы изготовления велезобетонннх моделей с заполнениями "и без них и методика испытания' этих' моделей при вертикальной и горизонтальной нагрузках. Приведены схемы загрухения и схемы испытательной установки, а- также' результаты

- ? -

испытаний моделей с соответствующей их обработкой, проведенной в лаборатории НИИ Гидропроекта.

Для проведения зксперииента были запроектированы шесть моделей рам с заполнениями и без них в масштабе 1:4.

Физико-механические характеристики материалов моделей ран м их заполнений соответствовали натурным ранам и заполнении, т.е. не менялись ни класс материала, ни его состав, ни его модуль упругости.

Первые две рамы ииаитировали нонолитндв и сборнуи рамы без заполнения, третья иодель была изготовлена как и первая, с той лишь разницей, что з ней учтены заполнения в виде кирпичной кладки с проемом по середине пролета, над проемом лежала яелезобетон-ная перемычка сечением 8 сн и длиной 38 см.

Четвертая модель была изготовлена такге, как и вторая ыо-,дель, т.е. .сборная из железобетона, но с отличием.в том, что-в этой модели учтено такае заполнение в виде сборной келезобетонной стеновой панели с проемом по середине пролета.

размеры первых четырех моделей ран следзвдие:

пролет - ?50см; высота - {15 см; сечение колонн и ригелей -12 х 8 см. Размеры стеновой панели:пролет - 126 см; высота - 63 см; толщина - 8 сн. Размеры проема: ширина 36 см; высота - 44 см.

В сборной модели рамы стеновая панель прикреплялась к колоннам рамы через закладные детали в трех местах, закладные детали были изготовлены из ивеллеров. - ■■

л -

Пятая-сборная '-иодель выполнялась из двух ярусов, первый из-них - рама с заполнением в виде аелезобетонной стеновой панели с проемом, а второй ярус - рама с заполнением в виде сплошной стеновой панели, стеновые панели обоих ярчсов прикреплялись к колон-

нам в трех местах каждая и армировались сетками. Закладные детали в стеновых.панелях изготовлены такае.из ивеллеров номер 8, .

Шестая модель двухэтажной монолитной рамы с заполнением, выполненным в виде стены из кирпичной кладки. - Ниеняя стена была с проемом, под которым левада перемычка высотой S см, вириной 8 ск, длиной 38 см.

Геометрические размеры пятой и вестой моделей следующие:

Для раны;- высота - i50 см; пролет--'150 см; сечение колонн -12 х 8 см; сечение ригелей - 12 х 8 см. Для стены: высота - 63 см; пролет - 126 см; толтцика - 8 см.

Элементы всех ран были армированы стераневыми каркасами, состоящими из четырех продольных стгргней арматуры класса й—III. диаметром 8 мм при поперечной арйатуре классом fl-I, диаметром 6 мм в виде хомутов, иаг которых у опор равен 6 см и 12 см в пролете. . - ■ • - - - - • . • •

Стеновая панель армировалась двумя сетками из арматурной проволоки диаметров 5 нк класса BP—Г с шагом 100 х 100 мм.

Бетон всех ноделей рам был классом В-25, а для стеновых панелей был взят бетон класса В-20.

Для всех рам колонны имели прямоугольные сечения с шириной равной толщине стеновой панели, ригели такае были сделаны прямоугольным сечением с шириной равной толчине стеновой панели.и вирл-не колонны. Стеновая панель имела следувчие параметры: по высоте на этаа с вычетом высоты;ригеля, а по длине (пролету) на расстояние мехду колоннани в свету. '.

ИСПЫТАНИЕ МОНОЛИТНОЙ РАНЫ. Загружение рамы производилось в следующем порядке: в начале при нулевой горизонтальной нагрузке

вертикальная нагрузка передавалась равными этапами по 0,75 кН. На кагдом этапе снимались отчет по датчикам сопротивления и часовым индикаторам, приклепленных на элементах рамн. Когда вертикальная нагрузка на ригель достигла 5,3 кН, подача этой нагрузки была прекращена. При постоянной вертикальной нагрдзке величиной 5,3 кН-стали загрукать горизонтальной нагрузкой зтапаии величиной 3 КН до нагрузки 21 кН. Максимальный прогиб при таких нагрузках в середине пролета ригеля Н=0,33 нн, а'боковое снесение и^4,о ни,-

относительная деформация бетона растянутой зоны середины пролета

с -5 ' ■ . ■

ригеля с =20хЮ при постоянной нагрузке Рг =21кН возобновилось заг-ьт

руяение вертикальной нагрузкой такне .этапами по 4 кН каадый до нагрузки равной 35 кН, при которой испытание было прекращено, так как трещины раскрылись в ригели и колоннах-. При Р^- =21 кН и Р5 =35 кН, максимальный прогиб в середине ригеля составил И=5,3 нк, горизонтальные смещения 11=7,28 мм, максимальная относительная деформация бетона растянутой зоны середины пролета ригеля составляет 6^=583x10?"

ИСПЫТАНИЕ Ш0ШН0Й РАМЫ с кирпичным заполнением. Загрунения вертикальной нагрузкой рамы происходило этапами до величины 160 кН, при которой происходило отделение правой колонны от кирпичной кладки, прогиб в середине пролета ригеля составил Н=0.15 мм. Максимальная деформация сжатия бетона нияней зоны середины ригеля составила £¡,=6x10а деформация растязения в четверти

1 п -5

пролета С£,т =110x10 ..боковое смещение 11=0.08 «и.

При постоянной вертикальной нагрузке величиной 160 кН производилось испытание модели на горизонтальнуш нагрузку, которая также подавалась этапами до величины 144 кН, при которой накси-

мальный прогиб по середине пролета составил Н=0,53 мн, -а в четверти пролета Н=0,335 мм, максимальная деформация сжатия бетона нижней зоны середины пролета ригеля =-38x10 , а деформация растяжения в четверти пролета £^=538x105. боковое смещение 11=6,02 м.

При постоянной горизонтальной нагрузке величиной Рг =144 кН, возобновилась подача вертикальной нагрузки зтапаки до величины Рц =350 кН, при которой модель исчерпала свов несущув способность, в результате чего испытание было остановлено. Прогиб в середине пролета ригеля раны составил Н=1,69 ми, в четверти пролета Н=2,13 мм, максимальная деформация сжатия бетона нижней зоны середины

с - У -

ригеля ц =-73x10 , а в четверти пролета максимальная деформация

¿-г г

кг=705х10 , боковое смещение 11=8,38 мм.

ИСПЫТАНИЕ СБОРКОЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ РЙИК БЕЗ ЗАПОЛНЕНИЯ проводилось. таким.о.бразом: в первой очереди при горизонтальной нулевой нагрузке рама была загружена только вертикальной нагрузкой этапами до 4,5 кН, при которрй максимальный прогиб по середине пролета ригеля равен й=0,31 мм, а четверти пролета й=0,2 мм, боковое смещение и=0,09 мн, относительная деформация растяжения бетона нижней зоны ригеля равна¿¡_=48х!0"\ а в четверти пролета £^12x105 При постоянной .вертикальной нагрузке Р8 =45 кН. Этапами подавалась горизонтальная нагрузка до величины 14 кН, для такой нагрузки максимальный прогиб в-середине пролета ригедя составил й-0,45 хы, а в четверти пролета Н=0,38 мн, боковое сиещение рамы и=13,01 мм, относительная деформация растяжения бетона нижней части середины пролета ригеля б^бЕЗхЮ"5, а относительная деформация сжатия бето-

¿-5

¿=20x10 .

После прекращения подачи горизонтальной нагрузки, величина

которой составила Рг =14 кН. возобновилась подача вертикальной нагрузки этапами до величины Ре =41x3 кН, после чего испытание было прекращено, т.к. появилось множество сильно раскрытых трещин в элементах рамы. Максимальный прогиб в середине пролета ригеля рамы составил Н=8х4 мм, а в четверти пролета Н=7 нк, а боковое смещение и=14,66 мм.

. ИСПЫТАНИЕ СБОРНОЙ ЕЕЛЕЗОБЕТОННОЙ РАНН С ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ СТЕНОВОЙ ПАНЕЛЬЮ С ПРОЕМОМ ПО СЕРЕДИНЕ проводилось при нулевой горизонтальной нагрузке вертикальная нагрузка подавалась на раму этапами до нагрузки равной Рв =320 кН, максимальная относительная деформация сжатого бетона нижней зоны середины пролета ригеля £ь=-?0х105, а деформация растяжения в черверти пролета 6^=117x10, боковое смещение составило и=0,96 мм, прогиб в середине пролета ригеля Н=0,87 мм. а в четверти пролета Н=1,22 ммч После прекращения подачи вертикальной нагрузки началось загруаение рамы горизонтальной нагрузкой этапами до величины 220 кН, после этого подача этой нагрузки была прекращена, ' а затек возобновилось загру-жение рамы вертикальной нагрузкой этапами до величины ^ =560 кН, в этот момент подача вертикальной нагрузки была прекращена. Для величины горизонтальной нагрузки Рг =220 кН и вертикальной нагрузки Рг =560 , кН максимальный прогиб в середине пролета ригеля рамы Н=3.?8 мм, а в четверти пролета Н=4,74 ма, а боковое смещение 11=3x9 мм, максимальная деформация сжатия бетона нижней зоны сере-

С

дины пролета ригеля.ц,=-209x10 а деформация растяжения в четверти пролета <5^=515x1 О*5.

испытание двнхярнснои сборной железобетонной рахн со сплошной железобетонной стеновой панелью б верхней ярясе и со

СТЕНОВОЙ ПАНЕЛЬЮ С ПРОЕМОМ ПО СЕРЕДИНЕ В НИ1НЕН ЯРНСЕ. Испытание этой рамы началось с нулевой горизонтальной нагрузки, вертикальная нагрузка передавалась на раку этапами до величины рь =320 кН, после чего было начато загрукение горизонтальной нагрузкой этапами до величины Рг=125 кН, при которой появились первые трещины в'нигней части ниянего яруса, при пгостоянной горизонтальной нагрузке Рг=125 кН, загруяение вертикальной нагрузкой возобновилось этапами до величины Р4 =750 кН, под совместным воздействием Рг =125 кН и Рв =750 кН в верхнем ярее максимальный прогиб в середине пролета ригеля рамы Нь=3.? ми, в четверти пролета Н&=5,ОВ ым, максимальная относительная деформация сжатия бетона никней зоны середины пролета =-54x10 5, боковое смещение и=7,64, а в нижнем ярусе максимальный прогиб в середине пролета ригеля Нн=3,38 мм, в четверти пролета Ни=3,77 ым, боковое смещение и=8,31 мм, относительная деформация сжатия бетона нижней зоны

середины пролета ригеля £,=-23x10-*. ; ь

■ испытание монолитной двнхзрусн0й железобетонной рамн со сплошной кирпичной стеной в верхней ярнсе и кирпичной стеной с проемом по середине в нижнем ярнсе.

Испытание этой рамы началось тогда, когда горизонтальная нагрузка равна нули, а вертикальная передавалась на раму этапами до значения Рь =320 кН. В дальнейшем эта величина считалась постоянной, потом началось загруяение горизонтальной нагрузкой до величины Рг =200 кН. тогда трещины стали появляться в кирпичной кладке и в ригеле нижнего яруса, в таком положении загруаение бы-

;

ло прекращено, величина Рг=200 кН сохраняется постоянной, после этого возобновилось загрухение рамы вертикальной нагрузкой до величины 500 кН, после чего измерительные приборы были сняты, далее продоляалось вертикальное загружение-до нагрузки Рь =750 кН. В этом время произошло раздробление бетона под опорами, после чего испытание было прекращено. При Рг =200 кН и Р^ =500 кН в верхнем ярусе рамы, максимальный прогиб в середине пролета Н^=1,6 мы, а в четверти пролета Нь =3.2? мы, боковое снещение рамы' 1)Ь=5,15 мм, максимальная относительная деформация растянутого бетона нияней зоной середины пролета( ригеля 6^=4x10 а в нижнем ярусе максимальный прогиб в середине пролета ригеля Км=2,6 мм, в четверти пролета йн = 2,8 мм, боковое сиещение 11=4.42 мм.

Максимальная относительная -деформация сжатого бетона нияней

с -5

зоны середины пролета ригеля ц=-55x10 .

Анализируя результаты испытания можно отметить, что несущая способность раны с заполнением в несколько раз больше, чем обычной раны без заполнения.

_ В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ расснотрен расчет испытанных моделей в упругой стадии с учетом особенности железобетона. -Для этой цели предложен метод конечных элементов для расчета плоского и пространственного блоков.

В состав плоского блока входят рама, состоящая из стержней (ригель, колонна) и прямоугольная стеновая панель, пространственный блок состоит из четырех плоских блоков.

При расчете ^элементов новой система рассматривается плоский блок, элементы которого работают в условиях плоского напряженного состояния и соединены между собой в узловых^точках. При использо-

вании МКЗ в форме метода перемещения на каждый узел расчетной схемы стержневых элементов накладываются три связи, препятствую-' щие повороту узла и его линейным смещениям по, направлению осей глобальной системы координат, а для плоской пластины, работающей на саатие (растяжение), на ее узловые точки накладываются только два линейных смещения.

Для определения усилий в стержневых элементах рассматривается случай, когда на концах элемента действуют два момента Н^ , И] . -

Углы поворота и удлинение^ рассматриваются с учетом особенности железобетона.

коэффициент, учитывающий снижение жесткости железобетонного -элемента, при длительном действии-нагрузки под влиянием ползучести бетона сжатой зоны, жесткость элемента с учетом особенностей железобетона равна:

Е^ЕьЭ«*

р = 0.85 - коэффициент, учитывающий снижение жесткости-железобетонного элемента под влиянием неупругих деформаций в бетоне растянутой зоны;

«омент инерции приведенного сечения элемента.

3

1 (№-0,тЯь)- « Ч. /. 1ц г* {, к'3

УЫ.= 0.003кГ| Л4 УМя-о" 2, 1>

Ь - ширина железобетонного элемента: к - высота железобетонного элемента;

^ - предельная прочность бетона на сжатие; ()• - коэффициент армирования; . . А^- площадь.поперечного сечения бетона; I - граничная высота сжатой зоны бетона. Деформация железобетонного элемента с учетом его ползучести и усадки под воздействием продольных сил равна: = + д 11г + Д ¿¿з

где деформация от действия продольной силы равна: ЛI Мс

"'МьАеИ+М)

- продольная сила, действующая на элемент;

- коэффициент упругопластических деформаций при сжатии; Ас - площадь поперечного сечения элемента;

СХ- - соотношение модулей упругости арматуры и бетона;

" 4

Деформация, возникающая в железобетонном элементе от усадки желе зобетона равна:

л ■? ¿сг ' к

мт^тгтг '

1^0,5 - коэффициент упругопластических дефорнаций при растяжении, когда напряжение в бетоне достигает свои предельную величину.

£сг - относительная деформация бетона, возникающая от свободной усадки;

Деформация железобетонного элемента, возникающая от ползучести бетона равна: ' __' ^

Считывая значение д^д^д^з полдчин:

I.. ^ Ali_

.IkbO+toHf+g) ' ■

коэффициент, учитывавший деформационные свойства железобетона, этот коэффициент зависит от трех фактороЕ, зто коэффици-. ент армирования, упругопластические свойства бетона и физикомеха-

нические характеристики бетона и арматуры. ......

Для того, чтобы получить усилие в элементах конструкции, необходимо составить систему уравнения, удовлетворявший следующим условиям:

равновесие Р-А • S ; совместности Д = А; • Z )

и соотношение между усилиями и деформациями, Д- B-S, где:

Р - вектор внешних сил; д- вектор деформации; S - вектор внутренних усилий, Z - вектор перемещения узлов элемента; Б -матрица физических и геометрических характеристик яелезобетонного элемента; ft; flT - матрица уравнения равновесия узлов.

Пусть fiTB"!fiT= R - матрица жесткости элемента. Решая данную систему относительно вектора перемещения Z получим:

— Н -1 Т**"

S = -R В Й Р.

Матрица'жесткости плоского стержня защемленного на концах имеет вид:

R = IVLjl . / ; , *

I- i...6 . J-- 1-.S

Для получения усилий в пространственном элементе .использует-

ся такая яе система уравнения. Разница лишь в ток, что в узле пространственного зленента имеется шесть перемещений,.вместо трех . для плоского элемента.

В этой же главе получена матрица жесткости для прямоугольного пластинчатого железобетонного элемента с учетов усадки и ползучести железобетона. Перемещение узлов данного элемента складывается из перемещений, возникающих от действия внеиних сил И; У-,, от ползучести ; и^' и от усадки бетона'!^ ; ^ , где и^ =. Яг- "и Л, где:

А - коэффициент Пуассона.

Вектор перемещения и^ ] + [Уц + ^ НО,2 1]

Е1 М

п.

1 ^Чс-и

•Цт • Ь

где:

т) - коэффициент армирования;-^ = 0,8 - коэффициент надежности:

- расчетное сопротивление бетона на сяатие:

- расчетное сопротивление арматуры:

~ площадь приведенного сечгниа элемента;

Определение усилий в пластинчатых элементах производится через матрицу жесткости Я.

В этой же главе .описывается програима расчета на персональном компьитере, сущность которой заключается в том, что все узлы

в машинной представлении разделяются на два типа:

1. Для. раин - в узле три степени свободы (для плоской задачи) и шесть для пространственной задачи.

2. Для пластины - в узле две степени свободы (для плоской задачи) и четыре для пространственной задачи.

На конструкцию действует в общем случае как нагрузка в узлах, так и нагрузка на элементе, на узловой нагрузке можно оперировать' непосредственно, а нагрузка на элемент учитывается путем замены этой нагрузки ее реакциями на концах элемента.

Б программа последовательность ввода этих условий такова:

С начала удовлетворяется условие совместности менду узловыми перемещениями и деформации элементов £=РТ х I, затем соотношения менду внутренними усилиями и перемещениями 5=Бйтх I и. наконец, уравнения равновесия узлов, которые записывавтся и решаются относительно неизвестных перемещений узлов АВ йт 1=Р или И=Р, где И - матрица жесткости ансамбля, которая является квадратной матрицей и симметричной.

Процесс формирования матрицы жесткости ансамбля элементов разделяется на несколько этапов:

- этап подготовки файлов;

- этап планирования:

- этап вычисления матриц жесткости отдельных элементов (1?^ ); - - этап формирования И-из матриц жесткости отдельных элементов.

. Исходной информацией.для матрицы жесткости, отдельного элемента в локальной системе координат являются:

- координаты узлов;

- типы стержней,

- топология системы,

- жесткостные характеристики элементов, Т, I, I, где:

Е - модуль упругости материала: I - момент инерции элемента;

Р - площадь поперечного сечения элемента;^- коэффициент Пуассона (для пластины); I - толщина элемента (для пластины).

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ рассматриваются элементы нового каркаса, выбор схемы и компановки которого производится с учетом назначения и объемно-планировочного реиения здания, технологических решений и технико-экономического анализа. В результате включения ограждающих конструкций в работу каркасных зданий меняется характер работы их конструкций, изменяется также принцип формирования систем этих зданий с точки зрения их образования.

При учете работы вертикальных конструкций совместно с несущими элементами- каркаса, все -конструктивные системы стержневой-систены конструкции приобретав иной характер, особенно по отношении к их расчету и подбору сечения.В результате включения ограждающих конструкций в'работу здания -появляется; плоский . блок, состоящий из двух колонн, стеновой панели, соединенной между ними и ригеля,, лежащего на стеновой панели и соединенного'с колоннами по краям. Также появляется и пространственный блок, который состоит из множества плоских блоков, расположенных по периметру здания.

Плоский блок но8но принять за диафрагму жесткости с определенной жесткостью, а пространственный' блок - за ядро жесткости (также с определенной жесткостьа), в результате чего меняется характер работы всех зданий каркасных систем, а также меняется принцип формирования этих систем с точки зрения их образования.

В этой ке главе также рассмотрена система типизации в строительном проектировании, которая содержит разработку новых типовых элементов конструкций и узловых соединений, в этой не части диссертации рассматривается модульная система, представляющая собой совокупность правил координации размеров объемно-планировочных и конструктивных элементов зданий и строительных изделий на базе 100 мм.

Основным кодулем.для системы нового каркаса в плане, также, как и для ныне принятого каркаса, является модуль 500 мм. Для вертикальных размеров принят такой же модуль.

Привязка конструктивных элементов к модульным разбивочньш осям происходит с учетом возможного использования строительных изделий одних и тех же типоразмеров. В системе нового каркаса привязка конструктивных элементов к модульных осям здания выполняется следующим образок: оси внутренних и внешних (фасадных) колонн, ригелей, стеновых панелей и диафрагм'жесткости каркаса сов-' мещавтся с модульными осями здания, перекрытия привязываатся как в обычном каркасе, т.е. внутренние грани панелей перекрытий привязывают к модульной оси с генеральным размером равным полумодулн 300 мм. ,

При подборе сечения конструктивных элементов и типа узлов каркаса нового типа учитывались.следующие основные положения:

1. Минимальное число типоразмеров и марок отдельных элементов и их минимальное влияние на число марок элементов других групп;

2. Простота и универсальность узлов сопряжения конструктив- • ных элементов.

Основными элементами каркаса в соответствии с принятой сис-

темой разрезки конструкции являптся колонны, ригели, диафрагмы жесткости, плиты перекрытия, лестничные марши/ наружные ограждающие конструкции, элементы фундамента, каждые из которых имеит различные модификации, определяемые условиями з которых используется изделие.

В силу комбинации несущей и ограждающей конструкции появляется три основных вида конструктивных систем каркасных зданий, это: ядро-рамная система, ядро-связевая система, двухядровая система с промежуточными диафрагмами. Ядро-рамная система получается на оснозе рамной системы каркасного здания, которая сохраняется и к ней добавляется пространственный блок жесткости. В результате чего вертикальная и горизонтальная нагрузки будут одновременно восприниматься рамани и вновь образованным ядром жесткости.

Ядро-связевая система получается на основе связевой системы, к которой 'также добавляется вновь образованное ядро жесткости, при этом горизонтальная нагрузка, действующая на здание долкна восприниматься в основном диафрагмами жесткости с учетом существующих блоков жесткости, полученные в результате включения ограждающих конструкций з работу остова зданий.

Двухядровая система получается на основе сэязевой" системы, именщей ядро жесткости путем включения пространственного блока в работу конструкции, - при ее сопротивлении горизонтальным и вертикальным воздействиям. _

Эти системы в отличие от ныне принятых систем более эффективны,, так как . они-' имевт- большуа жесткость без дополнительных затрат, а конструктивная схема нового каркаса остается такой же, как и у обычного каркаса, что не требует от проектировщиков никаких изменений относительно расположения несущих элементов, архи-

тектурно-планировочного решения, - заделки стыков и строительных материалов. -

Структура нового подхода отвечает применяемым конструктивный схемам, видам строительных работ, назначении оборудования и используемым материалам.

Б этой же главе'рассматриваются конструктивные элементы кар- -каса серии (АКГ - I). которые предназначены к применению в жилых и общественных каркасно-панельных зданиях; конструктивными элементами которого является колонны, толщина которых должна быть равной толщине стенозой панели, а ширина назначается из того, что площадь поперечного сечения колонны должна отвечать расчету по несущей способности. Колонны имевт прямоугольное сечение и бывают двух типов: консольные и бесконсольные.

Ригели бывают трех видов: 1 - ригель таврого сечения с полкой по низу, не входит в состав плоского блока; 2 - ригели прямоугольного сечения, короткая сторона которых равна толщине стеновой панели. Высота назначается из несущей способности поперечного сечения .ригеля; 3 - ригели фасадные, которые имеат тавровое сечение и используется в наружных частях зданий и расположены они таким образом, что стойка ригеля несущая имеет ширину равную толщине стеновой панели, полка ригеля будет с наружи для закрытия стыков колонн наружной стеновой панели и перекрытия.

Соединение всех видов ригелей с колоннами происходит через закладные детали, а соединение ригелей двух последних типов со стеновой панелью происходит через слой цементного раствора.

Перекрытиями в каркасе серии (АН - I) являштся многопустотные плиты, которые бнвашт трех видов: 1 - связевая, коюрая опирается на ригель и приваривается к нему, ширина которой подбира-

у - 23 -

ется по необходимости исходя из существующих параметров во время компановки здания, такие плиты такве бывают с отверстиями для канализационных и вентиляционных целей; 2 - межколонная плита перекрытия имеет ширину равную ширине консоли колонны, длина ее равна пролету в свету между колоннами; 3 - консольная плита перекрытия применяется в балконах и лодвиях, она подбирается так, чтобы длина ее консольной части била равна ширине балкона или лоджии. Толщина всех тех видов перекрытия равна 220 мм.

Наружные стеновые панели в зданиях.с'конструкциями по серии С АН — I) должны быть спроектированы из однослойных панелей, выполненных на основе керамзитобетона с плотностьп 1000 кг/мЗ. класса (В 10). В случае отсутствия керамзитобетона в Ливане стеновые панели делаются из тяжелого бетона низких марок класса (В 12.5) на крупном заполнителе. Исходя из климатических условий Ливана толиина наружной стены должна быть равной 200 ни. Высота такой стеновой панели равна высоте этажа минус высоты ригеля, который опирается на эту панель. Стеновая панель должна быть с консолями по длине, ее длина вместе с ними равна вагу между колоннами по осям для фасадных колонн, когда проектная ось проходит по середине колонны. Длина панели, т.е. ее несущей части, равна расстоянию в свету между колоннами, толщина консольной части равна 100 ан, s ее длина равна половине ширина колонны - это для пролетной панели, а в угловой панели длина консольной части равна ширине или толщине колонны в зависимости от ее расположения, высота консоли равна высоте стеновой панели минус высота полки на-руяного ригеля. Стеновая панель мокет быть с дверным и оконными проемами вместе или отдельно. Соединение стеновой панели с колоннами происходит через закладные детали. Фундаменты каркасно-па-

нельных зданий серии (АН - 1) могут быть сборными, монолитными и сборномонолитными стаканного типа под отдельно стоящими колонными и ленточными под плоскими блоками, лестничные марши такие, как в обычном каркасе.

В этой же главе предусмотрена маркировка элементов нового каркаса, которая определяет параметры изделий, их несущую способность,- в том числе класс бетона, армирования, закладные детали и

ДР'. ' ' ; '

Буквенная часть маркировки обозначает наименование элемента, цифровая часть указывает размеры и несувди способность.

Тут же излагается принцип возведения каркасных зданий по предловенноыу способу, где рекомендуется сначала после фундамента возводить колонны, между ними монтировать стеновув панель (перегородку), а потом возводить ригель, который опирается на стеновув панель через.слой цементного раствора и соединяется с колоннами через выпуск арматуры или с помощью закладных деталей, а в последний очередь монтировать плиты перекрытий.

В диссертации также содержатся приложения, в состав которых входят патент автора, включающий в себе описание работы, каталог новых предлагаемых конструктивных элементов, их маркировка и применение, прилагается описание программ расчета плоской., и пространственной задачи с рекомендациями по их использованию и запуску, а также примеры расчета плоской и пространственной задач.

ОБЩ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Нчет работы несущих рам каркаса с включением заполнений повлечен за собой коренное изменение в ныне принятой каркасной конструктивной системе, т.к. появляются три новые конструктивные системы - это ядро-рамная; ядро-связевая; двухядровая.

2. При сопротивлении горизонтальным воздействиям в результате ' включения' ограндавщих конструкций в работу остова каркасного многоэтажного здания конструкция превращается в замкнутый контур, состоящий из соединенных неаду собой плоских блоков, в состав каждого входят ригель, колонна и заполнение. Такое решение приводит к увеличении общей жесткости здания.

3. На основе метода'конечных элементов разработан метод расчета железобетонных конструкций, учитывающий в упругой стадии Ползучести й усадки железобетона.'

4. При сравнении прогибог в середине и в четверти пролета экспериментальных ран (с заполнением и без заполнений) с такими же прогибами,.полученными теоретическим расчетом аналогичных рам, установлено расхождение результатов в пределах 25%,

5. Теоретически и экспериментально показано, - что в обычной ране, для подбора арматуры ригеля, необходимо получить максимальное значение полозительного момента в середине пролета и отрицательного на опоре. В раме с заполнением для подбора соответствуи-щей аркатура необходимо взать ааксмаяьннй пияозитеяьннй момент по пролету ригеля, т.к. момент по середине пролета данного ригеля получается минимальным.

6. Разработанный, с учетом условий Ливана, каталог элементов конструкции нового каркаса имеет преимущество перед другими при-

нятыми каталогами за рубежом с точки зрения количества элементов, простоты их изготовления в заводских условиях, универсальности применения, т.к. элементы предложенного каталога могут применяться одновременно на всей территории Ливана без исключения, в независимости социальных и других условий. Зтот фактор открывает новый путь для применения сборного железобетона, использование которого в данный момент практически отсутствует на ближнем востоке. в том числе и в Ливане.

7. Принцип проектирования зданий на основе каталога нового каркаса, с точки зрения модульной системы, относительно очень прост, по сравнении с ныне принятыми каркасами Привязка конструктивных элементов к модульным разбивочным осям с учетом максимального использования строительных изделий одних и тех не типоразмеров, системы типизации, позволяющей создать основу для сборного строительного производства в Ливане.

8. При конструировании элементов каркаса с целью сохранения комфорта интерьера и удобства монтажа ригели, колонны и заполнения должны иметь одинаковув толщину, а ригели и колонны в отдельности должны иметь прямоугольную форму, стеновая панель должна иметь высоту на этаж.

9. "Главным достоинством новых предложений по включению заполнений в работу рам каркаса является увеличение внутреннего интерьера помещения, свободная планировка здания в целок, минимальное количество сборных элементов, экономия арматуры и уменьшение расхода бетона, что важно в строительстве и в частности для условий Ливана, где цена на стройматериалы высоки.