автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Многоэтажные каркасные здания с несущими железобетонными центрифугированными элементами

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ _______

РГ Б ОД

1 На правах рукописи.

ПАСТУШКОВ Геннадий Павлович

УДК 624.012.41+666.982

МНОГОЭТАЖНЫЕ КАРКАСНЫЕ ЗДАИИЯ

С НЕСУЩИМИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМИ ЦЕНТРИФУГИРОВАННЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

05.23.01 — Строительные копструхции, здания

и сооружения 05.23.05 — Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Минск 1994

Работа выполнена в Б-злоруссксй' государственной политехнической академии, I '

доктор-технических наук, вден-корреспо!!Д8нт АН РБ, профессор АХВЕРДОВ И.П.,

доктор технических наук, профессор 1ЩШ1 0.11.,

доктор технических наук, профессор НОСЁРС Ф.А.

Белорусский институт промышленного проектирования (Белпромпроект).

Ваватэ состоится ¿¿/#/¿>1_1994 г.

в 14-РОчао, кв заоодаяиЕ саецкадазароЕаниого совэта Д.055.02.05 в Белорусской государственной политехнической академия до адресу: 220027, г.'Минск, проспект Францяскв Скоршш, 66, ауд. 202, корп. I.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотека академия. Автореферат разослан "¿О" 1994 у. .

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Ученый секретарь

специализированного совета, ________________

квчд.техн.наук, профессор^ И.Н.ГРОМОВ

©Пастушков Г,П., 1994

ОБЩАЯ ХАРАКГЕРИСШСА РАБОТЫ

Важное место в системе мер по ускорению научно-технического прогресса, в строительстве занимает разработка эффективных железобетонных конструкций многоэтажных зданий. При этом особое значение приобретают требования рентабельности и трансформации зданий, которые приводят ко все возрастающему применению сборных каркасов во всех областях многоэтажного строительства.

Существующие конструктивные решения каркасов ориентированы в основном на проектирование зданий традиционной прямоугольной 1 формы в плане, хотя здания должны пришшать любую форму и более полно соответствовать их функциональному назначению. В этой связи перед проектировщиками стоит задача поиска оригинальных объемно-планировочных и рациональных конструктивных решений, позволяющих создать нбвые типы промышленных и гражданских зданий на основе не только прямоугольной сетки колонн, но и криволинейных или круглых очертаний в плане.

Однако, если исходить из существующей методики проектирования, то для строительства разнообразных по функциональному назначению и объемко-плакироаочным параметрам многоэтажных зданий потребуется и большая номенклатура сборных железобетонных изделий. Для специализации, механизации и автоматизации производства необходимо резко сократить количество типоразмеров изделий массового применения, изготавливая их по гибким технологиям в универсальных переналаживаемых формах. Поэтому важное значение при разработке конструкций таких зданий имеет реализация принципа "от изделий - к проектам", т.е. выбор оптимальной номенклатуры сборных железобетонных изделий высокой технологичности.

Например, такая высокомеханизированная технология,как центрифугирование,может быть успешно применена для изготовления линейных несущих изделий эффективных лечений из высокопрочных бетонов. Центрифугирование дает'-возможность полной механиз.чции технологических процессов изготовления колонн и ригелей высокого качества. В ограниченном объеме формооснастки за счет варьирования толщины стенки сечения элементов, изменения прочности бетона и характера армирования возможно изготовление широкой номенклатуры элементов. Однако при изготовлении таких элементов необхо-

димо преодолеть ряд технологических трудностей, связанных с созданием консолей, фиксацией закладных деталей, устройством различных уширений и т.д.

Снижение трудоемкости изготовления и монтажа каркасов может быть достигнуто и за счет уменьшения количества сборных влементов, например, плит перекрытий, путем укрупнения их размеров, при этом максимальная вариантность архитектурно-планировочных решений зданий достигается применением сравнительно незначительной номенклатуры сборных изделий.

Цель настоящей работы - решение комплексной научной проблемы создания новых типов каркасов многоэтажных зданий с различной конфигурацией в плане на основе технологии изготовления и применения эффективных несущих центрифугированных железобетонных изделий и укрупненных элементов, обеспечивающих снижение материалоемкости, трудоемкости и стоимости строительства.

С 'этой целью предложено новое направление в решении сборных железобетонных каркасов многоэтажных зданий, установлен ряд закономерностей изготовления и поведения предлагаемых изделий и конструкций на различных стадиях их работы, что позволило решить вашую народнохозяйственную проблему.

Проблема решалась по нескольким направлениям, для чего был выполнен комплекс исследований, включающий:

- решение вопросов технологии изготовления на ременных и роликовых центрифугах новых типов изделий для многоэтажных зданий, ранее не встречавшихся в практике центробежного формования;

- исследования физико-механических свойств центрифугированного бетона и железобетона;

- разработку унифицированных крупноразмерных предварительно напряженных треугольных плит перекрытий и решение технологических задач их изготовления, транспортирования и монтажа;

- совершенствование конструктивных решений и форм зданий на основе предложенных изделий;

- экспериментально-теоретические исследования напряженно-деформированного и предельного состояний тонкостенных элементов, узлов их сопряжений, а также фрагментов каркасов и перекрытий зданий;

- исследование эффективности предлагаемых конструкторских

и технологических решений при строительства многоэтажных зданий.

Научнуи новизну работы составляв? и выносятся на защиту:

- результата разработки единой системы унифицированных центрифугированных изделий, на основе которой может осуществляться строительство многоэтажных зданий с различными объемно-планировочными и конструктивными решениями;

- особенности технологии формования на ременных и роликовых центрифугах изделий с различными формами поперечного сечения, арматурными выпусками, образованием консолей, утолщений у. технологических отверстий, фиксацией закладных деталей;

- зависимости для определения физико-механических характеристик центрифугированного бетона при одно-, двух- и трехслойном формовании;

- методика оценки влияния спиральной арматуры на прочность и деформативность сжатых центрифугированных элементов кольцевого сечения и обоснования выбора эффективного шага спиральной арматуры; .

- обобщенные зависимости для определения длины и прочности анкеровки стержневой арматуры в тонкостенных центрифугированных элементах;

- технологические особенности изготоплония унифицированных крупноразмерных предварительно напряженных треугольных плит и решение технологических задач их транспортирования и монтажа;

- предложения по совершенствования существующих типовых конструктивных решений каркасов с заменой линейных элементов сплошного сечения на центрифугированные;

- результаты разработки новых конструктивных решений каркасов зданий с непрямоугольной формой в плане и гибкой плакировочной схемой со сборными горизонтальными, наклонными или спиральными перекрытиями, включающими только два сборных элемента: однотипные треугольные плиты и центрифугированные колонна;

- результаты экспериментальных и теоретических исследований прочности, жесткости и трещиностойкости треугольных плит перекрытий ;

- результаты экспериментальных исследований и методики расчета разработанных стыков тонкостенных центрифугированных колонн и узлов их сопряжений с элементами перекрытий;

- рекомендации по расчету первкрнтий из треугольных плит как пространственно-деформируемых систзм с учетом снижения зквз-

валентных равномерно распределенных нагрузок при различных схемах загружения; ;

- основные закономерности деформирования колонн на промежуточных стадиях монтажного процесса и методика расчета деформаций центрифугированных колонн в стадии возведения каркасов.

Практическое значение и реализация работы заюшчевтся в том, что авторе« выполнены исследования и разработаны методики, рекомендации и предложения, позволившие внедрить экономичные центрифугированные изделия и укрупненные треугольные плиты в строительство многоэтажных зданий.

Разработанные при участии автора "Руководство по проектированию, изготовлению и применению железобетонных центрифугированных конструкций", технические условия на центрифугированные колонны и треугольные шиты перекрытий (ТУ 65 БССР 36-84-77, ТУ 65 БССР 26-317-85, ТУ 234 БССР 377-39), технологические схемы и технические решения были использованы специализированными организациями для изготовления оборудования по выпуску новых изделий, спецавтотранспортных средств и приспособлений для их перевозки и монтажа.

Технология массового изготовления эффективных центрифугированных изделий для многоэтажных зданий освоена на Оршанском комбинате СШБиК и Волжском комбинате промышленных предприятий (г.Рыбинск) , крупноразмерных треугольных плит перекрытий - на Минской заводе.эффективных железобетонных конструкций, стеновых панелей -на заводе "Ыинпромотрой" (г. Минск), Санкт-Петербургсю:м филиалом института "Оргэнергострой" осуществлено перепроектирование цилиндрической формы с возможность») изготовления предварительно напряженных центрифугированных колонн квадратного поперечного сечения длиной до 22,1 м, а ПО "Строймаш" изготовлены 2 силовые установки СМФ-342 для организации производства треугольных плит перекрытий, в том числе в условиях строительной площадки.

Осуществлено опытное проектирование и строительство семи объектов.

Предложения автора были внедрены также отделом экспериментальных конструкций "Белкромпроекта" Госстроя РБ совместно с БГПА при разработке серии типовых железобетонных конструкций массового применения 1.420.1-29 и шести серий конструкций для экспериментального строительства. Перечень серий приведен в диссертации. 4

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались более чем на 30 совещаниях и конференциях, основные из которых:

научно-техническая конференция "Безвибрационные методы формования железобетонных конструкций" (г. Минск, 1979 Г.);

X международный конгресс ФИП (г. Дели, Индия, 1980 г.); всесоюзное совещание-семинар "Новые эффективные конструкции многоэтажных каркасных зданий для промышленного и гражданского строительства*(г. Киев, 1982 г.);

всесоюзное координационное совещание "Сопротивление железобетонных элементов при действии поперечных сил" (г. Клайпеда, 1983г.);

сессии национального комитета СССР ФКП (г. Минск, 1982 г., г. Львов, 1984 г.);

всесоюзный семинар "Совершенствование архитектурно-строительных решений многоэтажных производственных зданий" (г. Харьков, 1984 г.);

II всесоюзное координационное совещание "Конструктивные решения и методы расчета зданий комбинированной системы с учетом податливости поддерживающих конструкций каркаса и основания" (г. Казань, 1985 г.);

всесоюзный семинар "Разработка и применение нопых конструкций многоэтажных зданий" (г. Киев, 1985 г.);

всесоюзное совещание-семинар "Новые эффективные конструкции многоэтажных зданий" (г. Минск, 1987 г.);

международная конференция "Железобетонные конструкции в частичном преднэпряжении" (г. Братислава« 1986 г.)} международная конференция {г. Варна, 1988 г.)} X всесоюзная конференция "Бетон и железобетон, ресурсо- и .энергосберегающие конструкции и технологии" (г. Казань, 1933 г.);

всесоюзная конференция "Фундаментальные исследования и новые технологии в строительном материаловедении" (г. Белгород, 1989 г.);

республиканская научно-техническая конференция "Совершенствование железобетонных конструкций, работающих на 'сложные виды ■ деформаций и их внедрение е строительную) практику"(г. Полтава, 1989 г.);

зональная конференция "Пул и снижения материалоемкости и

стоимости в строительстве и при реконструкции зданий"(г. Пенза, 1990 г.);

ежегодные научно-технические конференции Белорусской государственной политехнической академии (г. Шшск, 1977...1994 га)..)

Конструкции и конструктивные системы, включающие разработки по теме диссертации, демонстрировались на республиканских и всесоюзных выставках.

За комплекс выполненных исследований и их внедрение в практику строительства автор в составе коллектива специалистов удостоен премии Совета Министров Республики Беларусь 1983 года. '

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы более чем в 60 работах. По результатам работы получено 8 авторских свидетельств.

Основные исследования проводились на кафедре железобетонных и каменных конструкций и в отраслевой научно-исследовательской лаборатории строительных конструкций Белорусской государственной политехнической академии (до 1991 г. - Белорусского политехнического института).

В исследованиях принимали участие работавшие под руководством автора аспиранты, преподаватели кафедры и сотрудники ОНИЛСК.

Автор приншал непосредственное участие в разработке рабочих чертежей экспериментальных конструкций, технологии их заводского изготовления и монтажа, а также авторском надзоре за строительством объектов.

Исследования проводились с 1976 г. в соответствии с республиканской программой 0.55.16Ц и Целевой комплексной программой по строительству 0Ц.031 Госстроя СССР, а с 1980г, г- в соответствии с республиканской целевой программой 55.02.РЦ "Разработать, исследовать и внедрить новые центрифугированные железобетонные конструкции различных форм поперечного сечения широкой номенклатуры, каркасы одноэтажных и многоэтажных зданий".

Внедрение новых изделий и конструкций в практику строительства осуществлялось Белорусской государственной политехнической академией совместно со следующими ведущими научно-исследовательскими и проектными организациями: НИИЖБ, ДНИИпромзданий, Тепло-электропроект, ЦНИИЭПзернопроект (г. Москва); ПИ-1 (г. Санкт-Петербург); Белпроыпроект и Минский филиал ЦНИИЭПзернопроект (г. Минск); Горьковский Промстройпроект.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов и списка литературы. Работа изложена на 487 стр., в том числе содержит 300 страниц машинописного текста, Г78 рисунков, 30 таблиц и библиография из 337 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы исследования, сформулирована цель работы и определены ее задачи, излагаются основные научные положения, выносимые на ззпдату. Дан перечень результатов, полученных автором, приводятся сведения о практической значимости работы, ее апробации и внедрении. Показана связь проведенных исследований с комплексными и целевыми программами, направленными на решение аадачи повышения эффективности строительства за счет создания новых экономичных конструкций и технологии их изготовления. рд3р ^

В первой главе сформулированы тенденций-' современных конструктивных систем железобетонных каркасов многоэтажных зданий и отмечаются технологические особенности изготовления железобетон* пик изделий, в том числе методом центрифугирования.•

Для многоэтажных общественных и производственных зданий массового строительства, а в последние годы и для жилых зданий, широко применяются унифицированные каркасные системы, большинство из которых позволяют на основе широкой номенклатуры элементов возводить здания различного назначения с разнообразной сеткой колонн.

Осуществление строительства экономичных и надежных железобетонных каркасных многоэтажных зданий стало возможным благодаря научным исследованиям различных направлений, позволявшим полнее учитывать в расчетах физические свойства материалов, условия работы и характер деформирования элементов.

Сегодня при разработке и исследовании новых конструкций требуется системный подход, включая проектирование, производство изделий и строительство.

Комплексно действительную работу отдельных элементов, их соединений и сложных конструктивных систем зданий и сооружений

исследовали: В.Н.Байков, А.Я.Барашков, В.М.Бондаренко, А.П.Васильев, Б.Г.Гнидец, М.И.Додонов, П.Ф.Дроздов, Ю.А.Дыховичный, Ю.А.Ивашенко, Ф.А.Иссерс, Н.И,Карпенко, В.А.Клевцов, Э.Н.Кодыш, Ф.Е.Клименко, П.И.Крияошеев, Н.А.Наркаров, Н.Г.Матков, Л.Л.Пань-шин, Т.М.Пецольд, А.С.Семченков, Э.Е.Сигалов, Н.Н.Складнев, Ю.Н.Хромец, Б.Е.Улицкий, И.Гийон, Г.Гомберг, Г.Трост и др.

Дальнейшее развитие многоэтажного строительства идет по пути совершенствования конструкций и форм зданий, чему способствует улучшение физико-механических свойств строительных материалов, Применение высокопрочных бетона и сталей приводит к созданию более легких тонкостенных железобетонных конструкций и принципиально возможно лишь при совершенной технологии изготовления элементов и достаточно развитой теории их расчета.

В каркас] ых зданиях основными вертикальными несущими элементами являются колонны. На колонны нагрузка от перекрытий может передаваться через ригели (ригельный каркас) или непосредственно через плиты (безригельный каркас). Основу любой конструктивной системы сборных каркасных зданий составляет номенклатура унифицированных заводских изделий, особое место в которой принадлежит колоннам. Большое число типоразмеров колонн в некоторых системах обусловлено фиксированным расположением консолей, а вибрационная технология их формования требует значительного расхода металла на оснастку и оборудование.

Повышение экономичности сборных железобетонных колонн может быть достигнуто за счет создания тонкостенных изделий эффективных поперечных сечений из высокопрочных бетонов, для формования которых целесообразно использовать центробежное прессование.

Выполненные ранее исследования центрифугированных железобетонных конструкций были в основном, ориентированы на стойки ЛЭЛ, опоры контактных осветительных сетей, сваи-оболочки, колонны одноэтажных зданий и эстакад и др., как правило, с равномерным армированием кольцевых сечений.

Широкая разработка конструкций такого рода стала возможна благодаря исследованиям В.В.Михайлова, Ю.Я.Штаермана, Е.Э.Михел>-сона, С.А.Дмитриева, А.А.Гвоздева, И.Н.Ахвердова, В.М.Баташева, А.П.Нудзиса, А.И.Куриосова, Т.М.Пецольда, Г.И.Пирожкова,*Е.А. Чистякова, Л.К.Лукши, Р.Р.Вадлуги, !1.II.Бурмистрова,В.А.Клевцова,

С.Т.Андросова, piА.Гершанка, Л.Н.Зикеева, К.Л.Шяпалпса, О.Н.Лео-новича, В.Я.Бячинского, И.А.Ворошилова, Д.II Подобеда, В.Г.Казачка, В.В.Тарасова, Т.П.Минчени, И.И.Шплимо, А.Р.Гаралявичуса, Л.Н.Лившина, Л.М.Ананьева, Л.К.Лапчинского, Д.Д.Жукова, А.Е.Шилова, К.Вагнера, Э.Марквярто, Э.Фрейссине, Р.Лермита и др.

В 60-е годы в Беларуси под руководством И.Н.Ахвердова была разработана и широко Ьнедренв технология формования центрифугированных напорных и безнапорных труб.

Эта технология бкла положена в основу разработки, исследования и внедрения под руководством Т.М.Пецольда центрифугированных колонн для различных конструктивных схем одноэтажных производственных зданий и сооружений. В этих работах принимал участие и автор.

С 1976 года под руководством автора начата разработка, исследование и внедрение центрифугированных колонн и ригелей различной геометрической форлы сечения для новых конструктивных схем многоэтажных каркасных зданий широкого назначения. В основу идеи положен единый унифицированный сортамент центрифугированных изделий.

В обнову производства центрифугированных колонн и ригелей была положена хорошо отработанная в Беларуси технология центробежного изготовления труб с использованием скоростных ременных центрифуг с дополнениями и некоторыми изменениями. Из 14 наименований технологического оборудования, применяемого для выпуска колонн и ригелей, девять взяты из трубного производства без изменений, а пять - модифицированы.

Ременные центрифуги имеют высокие скорости вращения, бесшумность в работе, меньший износ форм-оснастки, более низкую энергоемкость и т.д. Технологическая линия по выпуску колонн и ригелей, оборудованная ременной центрифугой с приставкой и двумя спаренными центрифугами, работающими в синхронном режима, позволяет формовать изделия диаметром от 300 до 800 мм длиной соответственно до 7,6 и 1?. м. Многолетний опыт эксплуатации нескольких комплектов форм показал, что они хорошо сохранились и еще могут служить долгие годы, что объясняется отсутствием вибрации и биения форм при их вращении. Высокая долговечность форм практически свела! к нулю удельный вес металла оснастки на I м3 центрифугированных изделий.

Центробекнт; гехнслогая позволяла автоматизировать и механизировать весь технологический процесс, начиная от сверки арматурных каркасов, загрузки бетона в форш и его уплотнения путем вращения форы по заданной программе.

Применение роликовых центрифуг для изготовления несущих элементов мнох'озгагшых зданий ограничено, так как данная технология на позволяет осуществлять послойное формование бетонной смеси и получать требуемую толщину стенки изделия.

Несмотря на внешнюю схожесть с известными центрифугированными конструкциями, центрифугированные элементы многоэтажных зданий имеют ряд принципиальных отличий. Например, для сжатых колонн характерен более широкий диапазон изменения несущей способности сечений, усложняются узлы сопряжений элементов каркасов и др. Высокая несущая способность сечений может быть достигнута за счет кардинального повышения физико-механических свойств центрифугированного бетона»-а также аффективного армирования, в т.ч. высокопрочной сталью. Применение таких способов центрифугирования, как послойное формование, центробежный прокат, циклическое центрифугирование, совмещение центрифугирования бетонной смеси с вибрированием и прокаткой, реверсивное центрифугирование, модификация центрифугированного бетона при помощи комплексных химических добавок и т.п., позволяет решать задачу получения батона высокой прочности для сильнонвгруженных колонн многоэтажных зданий..

Облегчение конструкций многоэтажных зданий может быть достигнуто также за счет применения рациональных конструктивных систем перекрытий. Хорошие технико-экономические показатели удается получить при использовании предварительно напряженных элементов рациональных поперечных сечений с тонкими стенками, в т.ч. в сочетании со сборно-монолитными решениями.

Вторая глава посвящена разработке конструктивных решений каркасов многоэтажных эдакий с несущими центрифугированными элементами и выбору оптимальной по числу номенклатуры изделий. Эти исследования проведены по..:двум направлениям: совершенствование существующих типовых конструкций каркасов путем замены колонн сплошного сечения на центрифугированные и создание принципиально новых типов каркасов зданий с гибкой планировочной схемой. Основными вопросами, требующими решения при проектировании многоэтаж-

пых зданий с центрифугированными колониями, являлась разработка конструкций стыков колонн пустотелого сечения по высоте и узлов сопряжения колонн с элементами балочных и беэбалочных перекрытий (рис. I и 2).

В основу замены колонн сплошного сечения центрн$угировэнными были положены_следующие требования:

- с целью резкого сокращения типоразмеров колонн отказаться от фиксированно расположенных консолей и стволы колонн изготавливать бесконсольными (однако устройство консоли возможно в любом месте по длине ствола после его изготовления);

- при использовании длинномерных опалубочкшс форм за один цикл изготавливать одновременно несколько элементов, при этом широкая номенклатура колонн по несущей способности достигается Варьированием класса бетона, толщины стенки сечения и армированием при минимальном количестве типов сечения по наружным размерам;

- любьк^ более совершенные конструктивные решения узловых сопряжений элементов должны быть увязаны с особенностями центробежной технологии изготовления колонн и не должны приводить к увеличению их номенклатуры.

В работе рассмотрены: многоэтажные каркасные здания с типовыми балочными и безбалочкыми перекрытиями и центрифугированна-ми колоннами кольцевого, квадратного и прямоугольного поперечного сечения; двухэтажные здания с увеличенной сеткой центрифугированных колонн верхнего этажа. Показана принципиальная возможность перздячи больших усилий от элементов перекрытий на тонкостенную колонну полога сечения и приведены иоэыо конструктивные реиення стыков колонн и узловых сопряжения колонн с элементом!* перекрытий. Технико-экономический анализ показал, что для всех типовых каркасных систем оказалось эффективным применение центрифугированных колонн.

В соответствии с требованиями, предъявляемыми к современным многоэтажным зданиям, предложены новые гита кзркасов:

-•ригельные каркасы, в которых не только элементы колонн, но и ригели прямоугольной и тавровой формы сечений изготавливаются методом центрифугирования;

- безригельные каркасы с центрифугировэшими колоннами и перекрытиями из крупноразмерных ребристых (или пустотных) плит прямоугольной формы в плане; ,,

лз

([Ъм/т^д

ТВДИКЁ'

0.5Морштещл)

ЯуЬпхвЦ

п> г2

< 15

л з; 7-

Гэ

ПРОЧНОСТЬ 8 ТО)КЕ1 ПРОЧНОСТЬ Б СТВОЛЕ

_„ р. „-.КОЛИЧЕСТВО ОСШОЧ-

° нон. ьсаы В 6ЕТ0НЕ -у—Л П - ГОРИСТОСТЬ БЕТОНА

т+Г

I

I " I

**Г

У-

6 гг^

«Т»

Т]Т < 1

111

Ч I I1 I/'

!!! И'

Рис.1.Типа сечений центрифугированных изделий и принцип их изготовления

Рис.2,Типы стыкоб центрифугированных колонн (а,6 узловых сопряжений (г,д,е) и консолей <ж,з,и)(см.а.с.)

- безригельные каркасы зданий с центрифугированными колоннами кольцевого сечения и ребристыми (или пустотными) треугольными плитами перекрытия.

Большое внимание уделено безригельным каркасам с треугольными плитами перекрытий- и колоннами кольцевого сечения, так как их применение позволяет создавать здания оригинальной конфигурации в плане, монтируемые всего из двух типов элементов (рис. 3 и 4). Повышенная жесткость диска перекрытия, образованного треугольными элементами, и учет в работе каркаса вертикалыгых устоев в виде лестничных клеток, лифтовых пахт позволяют отказаться во многих случаях от диафрагм жесткости. Учитывая огромный дефицит земли в пределах городской застройки, применение этих конструкций оказалось эффективным при строительстве многоэтажных открытых и закрытых стоянок для личного и ведомственного легкового транспорта. Треугольные плиты дают возможность в этом случае относительно просто решать в сборном варианте не только горизонтальные, но и наклонные или спиральные перекрытия. Предложенный в работе универсальный клино-подвесной узел сопряжения элементов перекрытия с центрифугированной колонной кольцевого сечения Позволяет обеспечить примыкание элементов перекрытия любого направления.

Анализ конструктивных систем различных многоэтажных зданий позволил разработать единую систему унифицированных типов железобетонных изделий, изготавливаемых в универсальных переналаживаемых формах. Линейные центрифугированные изделия охватывают всю номенклатуру колонн и ригелей, но могут также применяться и в качестве других элементовгколонн одноэтажных зданий и сооружений, свай, перемычек и др. Элементы длиной до 12 м могут изготавливаться на ременных центрифугах, а более длинные - на роликовых. Размеры изделий регулируются установкой набора внладьстей длиной 100, 150, 300 и 300 мм. Анализ показал, что при наличии 8 типов опалубочных форм может бить охвачен весь сортамент линейных центрифугированных колонн и ригелей. Например, в опалубочной форме 400x400 мм длиной 12 м могут быть изготовлены конструкции 7 видов по назначению и 35 типоразмеров по длине, в том числе с изменением толщины стенки сечения.

Центрифугированные колонны изготавливаются кольцевого, квадратного и прямоугольного сечения, а ригеля - квадратного,

¿-22,5 304 о

! >\ О

I \\ «

( О

Рис.3.Возможные варианты перекрытий из треугольных плит одного типоразые-1ра___—.------

1 - ФОРМА

2 - РАМА

3 - УПРУГАЯ ОПОРА

4 - ВИБРОБМЖ

5-ПРИВОД ВИ5РЭ-БАОКЛ

6- ОТРАЖАТЕЛЬ

7- Э/.ЕКТРООбОРУ-ДОЬЛЦЙЕ

8- КРЫШКА

Рис.4.Типы треугольных плит (а) и схема установки дзя изготовления крупноразмерных треугольных плит 1-4(6)

прямоугольного и таврового сечений с круглой полостью.

При формовании центрифугированных ригелей таврового полого сечения с полками понизу используптся имеющиеся цилиндрические формы диаметрами 600, 700 и 800 мм с размещением соответстзуп-щнх вкладышей (рис. 1в). Для того, чтобы при центрифугирований не происходило биение формы, масса вкладыша подобрана-таким образом, что она равна массе удаленного бетона.

Учитывая большие габариты и мяссу треугольных крупноразмерных предварительно напряжённых плит, рекомендовано их изготавливать по стендовой технологии в силовых установках, позволявших организовать производство изделий практически нл любом полигоне заводов или строительной площадке. Силовая форма установки имеет гибкие продольные борта, откидывающийся торцевой борт и оборудована рубашкой для термообработки изделия пяром. Натяжение арматуры предусмотрено механическим способом на упоры формы. Принцип работы установки основан на обьемко-ярострянсгвенных колебаниях бетонной смеси. Основные технические характеристики установки: частота колебаний - 24 Гц, амплитуда колебаний - в вертикальной плоскости - 0,1...О,5 мм, в горизонтальной -0,6..Л,0 мм; максимальное усилие натяжения арматуры - 1100 кН.

В разработке треугольных плит перекрытий размером на ячейку кавля отражение тенденция к укрупненио сборных железобетонных элементов, поэтому были разработаны различные варианты их перевозки с использованием существующих или вновь создаваемых спецзвтотранспортных средств.

Приведенные в работе принцдаияльные технологические схемы и технические решения послужили основой для разработки технических условий на центрифугированные элементы и треугольные плиты перекрытий.

Основные технологические и конструкторские разработки предлагаемых изделий и конструкций защищены авторскими свидетельствами.

Третья глава посвящена отработке технологических приемов центробежного формования с целью получения высокопрочного центрифугированного бетона, экспериментальным исследованиям его свойств и узловых вопросов, касающихся совместной работа бетона с арматурой.

Опытные данные по прочности и деформчтивинм своПствпм цен-

трифугированного бетона, положенные в основу нормативных документов, были получены при исследовании образцов, изготовленных при однослойном формовании. Необходимое число оборотов вращения формы Л , значение центробежного давления рср , продолжительность центрифугирования ^ можно рассчитать по известным зависимостям. Однако органическим недостатком однослойного центрифугированного бетона является структурная и текстурная неоднородность по толщине стенки изделия, а также наличие фильтрационных каналов, которые являются при последующем действии нагрузки концентраторами напряжений в сечениях элементов. Задача в совершенствовании технологии центрифугирования состояла в том, чтобы получить бетон с более равномерной етрунтурой и повышенными физико-механическими свойствами. Эта задача успешно решена при послойном уплотнении бетонной смеси, которое позволило не только снизить анизотропность бетона по сечению и увеличить его прочностные и деформативнце характеристики, ко и получить изделия с необходимой толщиной стенки ^ ^г/3 . где - наружный диаметр кольцевого сечения.

Теоретические основы трещиностойкости и разрушения бетона в значительной степени базируются на научных исследованиях И.Н.Ахвердова, Ю.М.Баженова, О.Е.Берга, Л.А.Гвоздева, А.Е.Десова, В.М.Бондаренко, Ю.В.Зайцева, Ю.Н.Работнова, А.Р.Ржаницына, Й.Е.Прокоповича и др.

Теоретическая оценка влияния послойного формования на повышение прочности бетона-выполнена на основе механики разрушения композиционных материалов.

Физико-механические характеристики бетона определялись по результатам испытания центрифугированных колец диаметром 500 мм (высотой 2 о1*2), призм в виде секториальной части кольца (высотой 4В), выпилениых на камнерезном станке; вибрированных стандартных кубов и призм (рис. 5 а,б,в,г).

Значения переходных коэффициентов от прочности при сжатии вибрированных образцов к прочности центрифугированных образцов зависят от толщины стенки и числа слоев формования и оказались равными для бетонов: при однослойном формовании - Кс£ = = 1,3.. .1,4; при двухслойном -Лс/= 1.5; при трехслойнем -к1>6...1,8. Прочность трехслойного центрифугированного бетона на сжатие и растяжение повышается в 1,2...1,3 раза по срав-16

X)

бал, МПа

Зоо 20» 100

>

ог

3,5 5.5 ¿Д

з)

1м

си .

"зга:

о; 0,2 04 О.б ^ссгХ 29 37 45 .

и) Л^20

боя Г ^

МП а. 550

450 350

л

// и

— ОН —са£

35 5|5 Г/Ы.

Рис. 5. Механические свойства центрифугированного бетона и железобетона __(I, Л, Ы - соотввтствем-хо при одноу двух- и трехслойном формовании)

нении с однослойным.

Процесс образсзания и развитая микроразрушений имеет важное значение при анализа изменения сьойств, назначении состава бетона, прогнозировании долговечности. На основании проведенных исследований получены значения параметров, характеризующих гра*»* яичную область микроразрушений центрифугированного бетона в зависимости от количества уплотненных слоев, ilanpmiep, для трехслойного центрифугированного бетона, нижняя и верхняя условная границы мниротрещин выражаются эмпирическими зависимостями

Ясгс = Re (o,34- tg Rü ~ 0,079) (I)

Rax Ä Ко (0,15 С} ße +0.56): (2)

На основании анализа экспериментальных данных по статические испытаниям Сетона и условия простоты аналитической связи и возможности трансформации зависимости при учете различных факторов за исходную базовую функцию " С^ - " с ниспадающей ветвью может быть принята зависимость EKB. Установлено, что предельные деформации центрифугированного бетона, соответствующие напряжению Rg , могут быть приняты зависящими только от прочности бетона и вычислены по выражению

6в,с,+ i,7 R6) Ю-5., (3)

. До настоящего времени нет единого мнения о влиянии спирали на прочность и деформативностъ центрифугированных элементов, в том числе армированных высокопрочной сталью и послойно отформованных. Поэтому были проведены специальные экспериментальные исследования сжатых кольцевых элементов со спиральной и высокопрочной ненапрягаемой арматурой, изготовленных способом послойного центрифугирования.

Теоретическое обоснование выбора шага спиральной арматуры дано, исходя из теории разрушения композитов. При обосновании выбора минимального шага спирали учитывалось, что защитный слой в тонкостенной конструкции составляет значительную часть общей Площади сечения и поэтому отслоение защитного слоя из-за возникновения сквозной трещины между витками арматуры практически совпадает с разрушением элемента. Максимальный шаг спиральной арматуры найден из условия развития цилиндрической мгасротрещины на границе системы "арматура-бетон". Для определения ее критической длины выделяется участок колонны в виде цилиндра с ар-

натурой, находящейся по его оси. При действии на элемент сжимающей силы рост цилиндрической ыикротрещинн достигнет критической длины, при которой происходит ¡зыпучиванив арматуры.

Исследования иснвсвли, что для центрифугированных элементов с толщиной стенки 6С...100 мм оптимальный шаг спиральной •риатуры, при котором удается повысить прочность сжатых элементов н* 15...205?, составляет 40.,.60 им. Уменьшение шага спирали в зоне стыка колонн и узлах сопряжения элементов за счет аффекта обоймы в ряде случаев позволяет отказаться от бетонной пробки, что существенно снижает трудозатраты при. изготовлении изделий. Приведенная призмзнная прочность центрифугированного бетона, учитывающая работу при трехосном сжатии, определяется по выражения Кдисидера

= + (4)

где - призменная прочность многослойного центрифугированного бетона; - значение бокового давления, создаваемого обоймой; у5 - коэффициент эффективности бокового давления, для спиральной обойми определяемый по формула У-7^-0,28) •

Спиральное армирование оказывает существекноа влияние на предельные продольные деформации бетона армированных образцов (рис. 5,д), которые могут быть определены по формуле

- ¿¿и / С/,3 - 0.5 (240/15МГ -0.775}*}, (5)

где /¿2 й1г - коэффициент спирального армирования.

Применение шсоколротной стержцезой арматуры в сжатых центрифугированных элементах является важным направлением повышения их эффективности. Замена в колоннах арматуры класса А-Ш на высокопрочную позволяет снизить расход стали до 50 % и создает широкие возможности по унификации их сечений. Это подтвердили специальные исследования элементов кольцевого сечения, армированных высокопрочной арматурой класса Л-У при шаге спирали •40...80 мм (рис. 5 6?. Для образцов с высокопрочной арматурой отмечено существенное влияние коэффициента продольного армирования 'и предельные деформации бетона, которые можно вычислить по формуле

6&(4 - Ьи.сЛ ' + (56-06^1 <6>

где 0,04.

Установлено, что для тонкостенных центрифугированных элементов прочность анкеровки арматуры существенно снижается- Возникновение в местах заделки арматуры в тонкой стенке поперечных растягивающих усилий при стержнях крупных диаметров > 16 мм) требует постановки учащенной поперечной аркатуры, которая препятствует чрезмерному раскрытию раскалывающих трещин в бетоне.

В.целях единого иодхода к оценке прочности анкеровки стержневой арматуры в тонкостенном элементе без поперечного армирования за критерий предельного состояния принято условие образования в бетоне трещины раскалывания, приводящей к быстрому нарушению сцепления в зоне анкеровки. Это позволяет рекомендовать для определения прочности анкеровки следующую зависимость;

«и-

гдй - численный коэффициент, соответствующий конкретным условиям анкеровки к определяемый в зависимости от безразмерных параметров сГ/сг^ , с£. и Лап » '¡Р - коэффициент, учитывающий вид арматуры; - относительная длина анкеровки. Все остальные обозначзния приняты в соответствии со СНиП 2.03.01-84. Для элементов с поперечным армированием отмечено три стадии работы: до появления трещины раскалывания, раскрытие трещины раскалывания до определенной величины и нарушение сцепления. Разработанные предложения по расчету прочности анкеровки имеют удовлетворительную сходимость с опытными данными фис. 5 н,з,и) благодаря дифференцированному учету основных факторов, влияющих на прочность анкеровки ^¡ал/б'ап - 1,01 при коэффициенте вариации: V = 0,148).'

Программа экспериментов, креме опытных образцов кольцевого сечекия,включала также испытания натурных элементов: центрифугированных трех- и четырехэтажных предварительно напряженных колонн квадратного сечения с круглой полостью, центрифугированных ригелей квадратного прперечного сечения 400x400 мм пролетом 6 м, двухпролетных ригелей прямоугольного сечения 400x500 мм с пролетами 6 и 9 м, ригеля таврового сечения с круглой полостью пролетом 6 м. 1

1!а основании исследований рекомендуется расчет центрифугированных элементов по прочности нормальных, сечений выполнять

по общему случаю СНиЛ 2.03.01-84 с учетом эффекта послойного формования и спиральной обоймы.

Разработанные Беллромлроштом и ЕТЩ программы для ЭВМ позволяют решать задачи определения несущей способности нормальных сечений центрифугированных элементов любого профиля при любых силовых воздействиях. Имея набор опалубочных форм, арматурных изделий и конкретные усилия в сечениях элемеитои колонны, можно запроектировать оптимальную, например, по стоимости конструкцию для донных условий применения, равнопрочную по всем элементам. Изложенный в работе принцип составления рабочих чертежей многоэтажных колонн из поэтажных элементов впервые реализован при создании типовой серии 1.420.1-29.

Для тонкостенных конструкций характерна склонность к образованию продольных трещин"при сжатой и поперечном изгибе, причем указанные трещины являются не менее опасными, чем нормальные или наклонные к продольной оси элемента. В БГ11А под руководством автора бьши выполнены теоретические и экспериментальные исследования нагельного эффекта арматуры, пересекающей в элементах контакты различных видов,и рассмотрены силы сцепления, зацепления и треиия бетонов по швам сопряжения. При испытании отмечено значительное повышение несущей способности монолитных образцов с неровными поверхностями контакта после образования трещин в зоне среза по сравнению с образцами с гладким контактом. За предельное состояние контактов принято условие, при котором в наиболее напряженных фибрах, в пересекающей контакт арматуре достигаются напряжения текучести. Для практического определения расчетного сопротивления сдвигу армированных контактов предложена формула -,

= к, Ret + /гу ö> r х2fts*\j feAc ,

где /С/ - коэффициент, учитывающий сцепление и зацепление по поверхности скольжения в зависимости от типа поверхности контакта; Kz - коэффициент, учитывающий нагельный эффект арматуры; 5у - среднее значение нормальных сжимающих напряжений на расчетном участке контакта; jlij - коэффициент трения бетона по бетону; f&: Сое ~ коэффициент, учитывающий повышение сопротивления бетона местному смятию под арматурным стержнем; JJLiw- -коэффициент поперечного армирования контакта.

На основании вшолнзнних экспериментальных исследований для оценки прочности и трещиное-тойкости элементов по наклонным сечения!/, предложены зависимости, учитывающие прочность бетона, толщину стенки элемента, пролет среза, проценты продольного и поперечного армирования. Креме традиционных схем разрушения, при испытании ряда центрифугированных элементов было достигнуто разрушение в результате выхода наклонной трещины на торец элемента.

Теоретический анализ работы приопорных участков тонкостенных изгибаемых элементов показал, что необходимо проведение расчета на действие горизонтального сдвигающего усилия Мс , определяемого из прочностного расчета-нормального сечения, проходящего через вершину критической наклонной трещины.

В основу предложенной методики расчета положена предпосылка, что несущая способность наклонного сечения рассматриваемой конструкции исчерпывается- с образованием трещины в бетоне над-опорного сечения, параллельного продольной оси элемента. Условие прочности наклонного сечения при действии горизонтального сдвигающего усилия Л/с имеет следующий вид: • ■

М ^ ^ ¡<¡.,6 + Мьу,^ + , (9)

где N<,</,6 - горизонтальное сдвигающее усилие, соответствующее образованию трещины в бетоне в расчетном надопорном сечении;

Нъ^^м,' - суммарное нагельное усилие, воспринимаемое арматурой надопорного сечения; ~ усилие, воспринимаемое горизонталь-

ной арматурой, пересекающей критическую наклонную трещину. Исследование экспериментальных конструкций с данным видом разрушения показало хорошее совпадение предложенной методики с опытом .

В четвертой главе приведены результаты экспериментально-теоретических исследований новых предложенных узловых сопряжений центрифугированных элементов, технологическая последовательность изготовления изделий и сопряжений, рекомендации по. их расчету на всех стадиях работы.

Программа исследований включала проведение испытаний 48 опытных образцов, выполненных в натуральную величину, а именно:

- три серии стыков центрифугированных колонн кольцевого сечения: с установкой металлической крестовины; с ванной свар-

гг

,кой выпусков арматуры, расположенных в подрезке оголовка колонны; с трубобетоннш стыком;

- две серии стыков центрифугированных колонн, квадратного поперечного сечения с круглой полостьо: трубобетонный и контактный со сваркой по контуру торцевых металлических листов;

- две серии бесконсольных узловых сопряжений: типовых ригелей серии 1.420.12 с центрифугированными колоннами кольцевого сечения;

- серия узловых сопряжений ригелей по типовой серии 1.420.12 с колоннами кольцевого сечения с малогабаритными консолями;

- серия подвесных узловых сопряжений треугольных плит с центрифугированными колоннами кольцевого сечения;

- серия узловых сопряжений центрифугированных колони и ригелей с круглой полостью;

- четыре серии устройства консолей в центрифугированных элементах квадратного сечения: с пропуском железобетонной или металлической балки-консоли через "окна" в стволе колонны ¡с консолью в виде металлического столика, привариваемого к закладной детали колонны;

- серия сопряжения монолитной треугольной консоли с колонной квадратного сечения с круглой полостью;

- сопряжение восьмиугольной капитали с центрифугированной колонной квадратного поперечного сечения;

- три двухпролетнш рамы из центрифугированных колонн'полых ригелей.

Конструктивные особенности узлов сопряжений центрифугированных элементов многоэтажных зданий потребовали отработки технологических приемов формования на ремешгых и роликовых центрифугах изделий с арматурными выпусками, утолщениями оголовков, устройством различных технологических отверстий и требуемим закреплением закладных деталей в тонких стенках изделий, установкой дисковых заглушек из листового материала и устройством армированных пробок з нужном месте полости ствола и т.п.

С точки зрения изготовления наиболее простыми оказались контактные трубобетоникс стык,¡ колонн, обеспечивающие высокое качйстно контакта за счет пыдаялкпания из мешков цементного раствора во внутреннюю полость верхнего элемента колонны. Метод

23

центрифугирования обеспечивает высокую точность изготовления элементов и, как следствие, простоту их соединения на монтаже. Резко снижается трудоемкость соединения эа счет отказа от ванной сьарки выпусков арматуры.

Опытные образцы узловых сопряжений центрифугированных колонн с элементами перекрытий представляли собой фрагменты железобетонных каркасов, намеченных к внедрению. Для исследований были выбраны только такие сопряжения, которые позволяли изготавливать стволы колонн "бесконсольными", причем в случае необходимости устройство консоли допускалось после изготовления ствола.

Показана принципиальная возможность создания "жестких" узловых сопряжений элементов перекрытий с центрифугированными колоннами, способными воспринимать большие изгибающие моменты и поперечные силы.

Разработан и исследован "бесконсольный" вариант узла сопряжения ригелей с центрифугироватыми колоннами с ванной сваркой .выпусков арматуры, установкой ригеля на скрытый металлический столик и замоноличиванием зоны соединения бетоном. Изучен характер работы узлового сопряжения ригеля с колоннами при несимметричном загружении со сложным механизмом разрушения участка колонны по наклонному сечению. Для всех сопряжений выполнен анализ напряженно-деформированного состояния в монтажной и эксплуатационной стадиях и даны рекомендации по их расчету.

Длн расчета треугольных консолей используется расчетная схема в виде системы из наклонных сжатых бетонных полос-подко-ерв, армированных наклонной гибкой или жесткой арматурой, и продольной арматуры в виде растяжки, по аналогии с расчетной схемой, предложенной для расчета коротких консолей А.С.Залесо-вым. При этом наклон полосы определяется по линии, соединяющей точку приложения груза с точкой приложения равнодействующей давления та стенке центрифугированной колонны.

Исследован новый тип универсального "бесконсольного" клкно-подвесиого узлового сопряжения колонны с треугольными плитами перекрытия размером на ячейку. Преимущество разработанной конструкции бесконсольного узлового сопряжения - практически безмо-ментная передача вертикальных опорных реакций элементов перекрытий то колонны.

Пятая глава посвящена учету действительной работы несущих элементов в составе перекрытий и каркасов зданий.

Внедрение новых эффективных конструкций в многоэтажное строительство требует не только знаний физико-механических свойств применяемых материалов, но и ыотодики расчета отдельных элементов и монтируемых из них сложных пространственных систем на различных стадиях работы вплоть до разрушения.

Наиболее прогрессивное направление пространственного расчета основано на методах, в которых расчетная схема принимается без искажении реально'! конструкции. Для пространственных расчетов плитно-балочных перекрытий прямоугольной формы э плане использован метод сил[13. В общем случае система уравнений нмоо? вид (в левых частях уравнений записаны соответственно суммарна® продольные деформации, кривизна в горизонтальной и вертикальной плоскостях и углы поворота от Бездействия всех внутренних сил Q_ , М, N т V и внешних сил 9 ):

Z £ (й,м,ы, v, у) -О » (10)

Z yrlQ.HN.v,у) "-=0; (II)

Zl/p(q,mtj,v (12)

Z У (^.M. л/, у, <j) =OJ (13)

Расчет каркасных зданий сложной конфигурации в плане целесообразно производить методой конечных элементов с использованием стаедартьта программ "Лира" и др.

С целью экспериментальной проверки особенностей технологии изготовления и монтажа новых элементов, получения данных, подтверждающих основные теоретические положения и результаты расчетов, были испытаны фрагменты перекрытий и каркасов на крупномасштабных моделях и з натуральную величину, а именно:

- фрагмент рамного каркаса из центрифугированных элементов квадратного поперечного сечения;

- треугольные плиты перекрытий размерами 4,5x11,3 м (4 плиты в натуральную величину и 2 плиты н масштабе С t ~ !

- фрагмент каркаса, состоящий из трех треугольных плит,образующих в плане сектор с углом 67,5°, и четырех центрифугиро-ваншх колонн кольцевого сечения высотой на этаж (рис. б а);

- крупномасштабная модель шестиугольного фрагмента перекрытия из треугольных плит (масштаб С ц = 1/3);

- фрагмент каркаса здания, представляющий две ячейки сборно-

к, О

а>

-Н й» 5,2 кПа. тг{< —- V

/11 ■> гтг| ' о

г

4 ¿п в*

2ШЙЗ

паита, П2 чз системе тагекррти*

\ ОТДЕЛЬНАЯ ПЛИТА

У -6000 I 6000 |

Сечения посерхности прогавва <. П|* овдлтии _

. г. л ни симметричном ЗАгшннии

мц

6000

ш

г

тг

6000 I 6000

I ^} 1

1

ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ПРОГИБЫ

ФРАГМЕНТ РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ

' чем пгрекрытад

колонна ; 1- плита ;

3-РИГЕЛЬ; 4 -СВЛЗЬ КОИЕЧИОМ ЖЕСТКОСТИ

Рис. б. К исследованию пространственной работы натурных фрагментов каркасоз с перекрытиями из треугольных плит (а), с часторебристыми плитами (б) и и перекрытиями по серии 1.020 (в) ■■ ( пунктиотой линией показаны результаты расчета, сплошной - эксперимента) • _]_ ._•

монолитного перекрытия размером 6x6 м каждая из часторебристых пиит и шести центрифугированных колонн квадратного сечения высотой, на этак (рис. б б);

- фрагмент каркаса здания, состоящий из трех ячеек перекрытия бхб и каждая из типовых элементов по серии 1.020-33 и шести коротких элементов колонн (рис. 6 в);

- натурный фрагмент рамного каркаса пятиэтажного производственного здания с сеткой колонн 12x6 м;

- междуэтажное круглое в плане перекрытие П-этажного экспериментального здания.

Пространственные расчеты опытных конструкций на всех стадиях работы проводились как для "упругих"с.истем с введением поправочных коэффициентов в жесткостные характеристики в соответствии с кусочно-линейными диаграммами деформирования элементов и узловых , сопряжений.

Расчет многоэтажных пространственных рамных систем о учетом физической и геометрической нелинейности может производиться как проверочный,методом итераций, но он возможен только при задан«« армировании, классах бетона, определенной схеме загружания. Предложены расчетные диаграммы деформирования с назначением характерных параметрических точек для сжатых центрифугированных колонн, изгибаемя элементов и узловых сопряжений ригелей и колонн.

При расчете ребристых и пустотных плит, свободно опертых ь вершинах, по методу продельного равновесия устанавливаются места и схемы их разрушения в каждой вершине с определением положения наиболее опасных расчетных пространственных сечений с минимальным сопротивлением элемента. Установлено, что полка укрупненных ребристых плит в предельном состояния раэламыьаьтся ш меткие звенья, соединяемые по линиям излома, проходящим- как по полно, так и г.о второстепенным ребрам.

Кая известно, при проектировании перекрытий производственных зданий временные нагрузки принимаются, как правило, по максимальным значениям для данного производства, хотя занимают по площади нэ более 10 %. Для перекрктий, состоящих из треугольных плит, получены коэффициенты обоснованного снижения (К - 0,456...1,0) эквивалентных равномерно распределенных нагрузок-при различных схемах расположения нагрузки при совместной работе всех элементов перекрытия. Для упрощенного расчета дисков перекрытия из

треугольных плит на действие горизонтальной нагрузки рекомендована расчетная модель в виде фермы с раскосной решеткой. Исследованиями установлено, что для связевых каркасов с перекрытиями из треугольных плит возможна установка диафрагм жесткости на расстояниях до 30 м одна от другой.

Экспериментально-теоретическими исследованиями диска перекрытия № традиционных элементов на действие горизонтальной нагрузки установлено, что его работа обеспечивается в первую очередь надежным соединением контурных элементов ячеек - ригелей и плит-распорок. Замоноличивание швов между торцами плит и ригелями привело к снижению горизонтальных перемещений диска в "упругой" стадии более чем в 2 раза, а заполнение межплитних продольных швов - лишь на 13 %.

Для ряда многоэтажных зданий новых конструктивных схем с применением центрифугированных элементов рекомендации по определению расчетных длин колонн в нормах не приведены. К ним относятся и двухэтажные здания с укрупненной сеткой центрифугированных колонн в верхнем этаже. Для обеспечения достаточной жесткости здания в поперечном направлении устанавливаются двухэтажные стойки в виде спаренных центрифугированных элементов с повышенной изгибной жесткостью.

Теоретический анализ показал, что коэффициенты расчетных длин верхних и нижних колонн зависят только от нагрузок и кест-костных параметров соответственно первого и второго этажей. Например, для определения коэффициента расчетной .длины анкерной колонны первого этажа предложена зависимость

где ^C(a)gj - коэффициент условий работы анкерных колонн;

В sum — ' 2 И д>г,Е + КВ5+т Ва.в - суммарная жесткость колонн нижнего этажа; /V sum 2 П А/Г/з Ktsls + тЛ/а,в -суммарная нагрузка на колонны первого этажа; tn, П., К - соответственно количество ветвей рядовых и анкерных колонн второго этажа и одноэтажных колонн первого этажа.

Аналогичные зависимости получены и двдг других элементов.

В шестой главе приведены результаты исследования особенностей технологии изготовления к монтажа центрифугированных элементов каркасов и укрупненных элементов перекрытий при проведении

-2Ц[с(а,6) \ f

V dsurn ~ 0,41 Н§(NSiim-m Ыа,ь)

ГП Ва,в

(14)

опытного строительства следующих объектов:

- пятиэтажного трехпролетного производственного корпуса объединения "Горизонт" в г. Минске с сеткой колонн 9x6 ы, с нормативной временной нагрузкой на перекрытия 10 ttfh (колонны центрифугированные кольцевого сечения, элементы перекрытия - по

, типовой серии Ш-20/70);

- пятиэтажного даухлралегного производственного корпуса фабрики цветной печати в г. Минске (сетка колонн 12хб ц, размеры в плане 138x24 м, колонны центрифугированные кольцевого сечения с переменной толщиной стенки, элементы перекрытия - по типовой серии 1.420-6);

- здания второй отделочной фабрики комбината шелковых тканей с трехэтажными вставками в г. Могилеве (центрифугированные колонны кольцевого сечения, элементы перекрытия - по типовой серии Ш1-04);

- 7-этажного инкенерко-дабораториого корпуса в г. Воронеже (центрифугированные колонны - предварительно напряженные,квадратного поперечного сечения, элементы перекрытия - по серии Ш-04);

- двухэтажного корпуса ускоренных испытаний опытно-полевой базы ПО МТЗ в д. Апчак РБ (сетки колонн первого этажи 6x6 и 9x3 м, второго 12x6 ы, колонны и ригели - центрифугированные, прямоугольного поперечного сечения);

- И-зтатгаго здашт специального конструкторского бюро НПО "Гранат" в г. Ыииске (каркас здания решен в виде "трилистника" из расположенных под углем 120° трех цилиндрических объемов диаметрси 23 и с перекрытиями из треугольных плит, колонны -центрифугированные кольцевого сечения, стеновые панели - высотой на этаж, изготовлены по skock -технологии);

- шестиэтажного автоцентра скорой и неотложной медицинской . помощи горздравотдела кд 500 автомашин в г. Минске (круглый объем стоянок автотранспорта с ремонтными службами под ними - диаметром 56 м, колонны - центрифугированные,кольцевого сечения, перекрытая - горизонтальные и 6 витков соосиых спиральных перекрытий из треугольных ;;ллт размерами в плане 4,Бх11,3 м, стеновое ограждение - керамзитобетонше панели вертикальной нявсски).

Изготовление центрифугирогэнных элементов осуществлялось на технологических линиях комбината СЖЕИК в г. Оршя, заводе í® I в

г. Минске, Волжском комбинате производственных предприятий в г. Рыбинске. При проведении опытного строительства отработана технология формования центрифугированных элементов кольцевого, квадратного, прямоугольного и таврового поперечных сечений из обычного к предварительно напряженного бетона с технологическими отверстиями и уюлщенияки.

В процессе формования треугольных плит перекрытия на заводе эффективных железобетонных конструкций в г. Минске установлена высокая технологичность изготовления крупногабаритной конструкции. Трудоемкость изготовления перекрытий из треугольных плит оказалась в ?. раза ниже по сравнение-с типовыми. Изготовление новой крупноразмерной стеновой панели сложной геометрической формы высотой на этаж осуществлено по ¿ЬосА -технологии, в результате чего были получены изделия с высококачественной наружной поверхность», не требующей дополнительной обработки или покраски.

Проведенные исследования каркасов позволили оценить различные варианты конструктивных решений узловых сопряжений элементов и отобрать наиболее простые их типы с точки зрения изготовления и монтажа. "Бесконсольные" узловые сопряжения элементов и трубо-бетонныв стыки колонн обеспечивают, при прочих равных условиях, простоту изготовления изделий я максимальную точность монтака.

Для перевозки крупногабаритных треугольных плит необходимо лишь частичное переоборудование конструкций существующих транспортных средств. Дня первых объектов внедрения осуществлялась перевозка одновременно трех плит на полуприцепах ГШ 22-12 со специально разработанной опорной рамой с коэффициентом использования грузоподъемности 1,09.

Транспортировка центрифугированных колонн длиной до 12 м осуществлялась на полуприцшс-плитовоэе ГШ 19-12 без какого-либо его переоборудования. При этом применена схема опирания колонки на две точки. Транспортировка колонн осуществлялась в несколько рядов с опиракнем на деревянные подкладки.

В результате исследования факторов, влияющих на точность монтажа конструкций зданий, установлено, что точность положения колонн обусловлена погрешностями изготовления элементов, разби-вочных и монтажных работ. В работа приведены основные результаты выполнения геодезических измерений, отклонений колонн от вертикали, их статистическая обработка и сопоставление с допускаемыми

отклонениями колонн по вертикали по ГОСТ 21779-82 и СНиП 3.03.01-87.

Общий характер и направление отклонений свидетельствуят о существенной зависимости крена колени от направления монтажа укрупненных элементов перекрытий и технологической последовательности сварочных работ. В работе приведены рекомендации по технологической последовательности монтажа каркасов зданий сложных очертаний в плане.

основные вывода

1. Предложено новое направление в области многоэтажного строительства, которое связано с широким применением эффективных центрифугированных изделий и ориентировано на создание каркасных зданий различной формы в плана: от круглых до прямоугольных.

2. Для многоэтажных зданий с различными конструктивными решениями каркасов разработана единая система унифицированных цон-тркфугированных изделий, изготавливаемых в универсальных переналаживаемых фюрмах, которая может применяться и дяя других -типе» зданий и сооружений.

3. Разработана оптимальная по числу номенклатура треугольных плит перекрытия, открывающая возможность проектирования и строительства сборных каркасов зданий, не имеющих аналогов в мировой практике.

4. Предложены технологические схемы изготовления центрифугированных изделий, выполнена модернизация технологического оборудования, обеспечивающая формование на ременных и роликовых центрифугах элементов с различными формами поперечного сечения и любой длины, но с применением строго ограниченного сортамента опалубочных форм. В зависимости от типов разработанных элементов и узловых сопряжений предусмотрена их одно- или двухстадийнав из гстовленкэ.

5. Принцип работы установки для изготовления треугольных плит основан на объемно-пространственных колебаниях бетонной смеси. Предложенное решение силовой вибротермоформы позволяет организовать производство треугольных плит на любом полигоне завода или строительной площадка.

6. С позиций теории разрушения композитов теоретически обосновано и экспериментально подтверждено повышение несущей

способности центрифугированных элементов за счет использования арматуры высоких классов, эффекта обоймы, создаваемого спиральной арматурой,« аффекта послойного формования бетонной смеси.

7. Послойное центрифугирование позволяет не только улуч-сить физико-механические свойства центрифугированного бетона, но и создавать элементы с широким диапазоном изменения толщины стенки. Даны зависимости для определения параметрических точек базовой диаграммы - б ¡5 "с ниспадающей ветвью, пределов прочности г.а сжатие и растяжение, нижней и верхней условной границы минротрещинообразования, предельных деформаций и модулей упругости центрифугированного бетона при одно-, двух-и трехслойном формовании.

8. Показана высокая эффективность применения центрифугированных ¡элементов в традиционных и разработанных новых типах каркасов многоэтажных зданий.

Основные конструктивные решения предлагаемых каркасов, стыков колонн, узловых сопряжений с элементами перекрытий защищены авторскими свидетельствами (а.с. 672301, 872674, 947351, 962469, 1325141, 1337267, 1379418, 1551735).

9. Плиты треугольного очертания в плане позволяют относительно просто решать в сборном варианте не только горизонтальные, но также наклонные или спиральные перекрытия. Применение полносборного каркаса при строительстве многоэтажных зданий с гибкой планировочной схемой позволяет достичь экономии стали к бетона до 30 55, резко уменьшить количество монтажных элементов и узловых сопряжений, снизить трудоемкость изготовления и монтажа п 2 рада по сравнению с существующими типовыми решениями.

10. На основе комплексных экспериментально-теоретических исследований центрифугированных сжатых и изгибаемых элементов разработаны методы расчета, дополняющие традиционные и учитывающие особенности изготовления тонкостенных конструкций, основные из которых:

- расчет по прочности сечений, нормальных к продольной оси элемента, на базе общего случая расчета норм, учитывающий эффект послойного формования и спиральной обоймы;

- рекомендации по расчету приспорннх участков тонкостенных железобетонных элементов при разрушении от продольного сдвига в результате выхода наклонных трещин на торец элемента;

- расчет прочности янкеровки арматуры в центрифугированном бетонз с дифференцированным учетом различных факторов: прочности бетона, длины анкеровки стержня, диаметра стержня, толщины стенки изделия, процента поперечного армирования, прочностных характеристик стали;

- рекомендации по определению сопротивления и деформаций сдвига для армированных контактов с учетом нагольного эффзкта арматуры, сил сцепления, зацепления и трения для гладких и неровных поверхностей сопряжения бетонов.

11. Разработаны и исследован^' стыка центрифугированных колонн, а также узлы сопряжений колонн с круглой полостью с элементами перекрытий, экспериментально обоснованы методы их расчета и конструирования. Разработаны и внедрены методики испытания стыков и узловых сопряжений, максимально приближающиеся к реальной их работе в системе каркасов и зданий.

12. Внедрение в строительство новых конструкций оказалось возможным лишь на основе применения пространственных расчетов, в которых расчетная схема принимается без искажения реальной конструкции. Для упрощения проведения пространственных расчетов сложных конструктивных систем на различных стадиях их работы они рассматриваются как "упругие" с введением поправочных коэффициентов в яесткостные характеристики в соответствии с предложенными кусочно-линейными диаграммами деформирования элементов. Хорошая сходимость экспериментальных и расчетных данных подтверждает приемлемость данного подхода.

13. Разработанный технологическиа схемы и технические решения послужили основой разработки и изготовления оборудования для формования элементов, спецавтотранспорткых средств для их перевозки и приспособлений для монтажа.

14. Основные результаты работы внедрены в строительство 7 объектов; в технические условия и инструкции; руководство по проектированию, изготовлению и применению железобетонных центрифугированных конструкций кольцевого сечения; типовую серию железобетонных конструкций многоэтажных зданий с применением треугольных плит и центрифугированных колонн 1.420.1-29, вып. 0...6; ряда серий экспериментальных конструкций: 383030, вып. 0...4; 339018, вып. 0...4; Э90023, ьып. 0...4; 383037, вил. 1...2; £91034, вып. I — II; Э33025, выя. 0...4 и др.

15. Исследования, проведенные при внедрении предлагаемой системы конструкций многоэтажных зданий,подтвердили: универсальность их применении для зданий различной этажности и технологического типа; максимальную вариантность архитектурно-планировочных рывений при минимальной номенклатуре сборных изделий; технологичность изготовления, обеспеченную высокой степенью унификации элементов и узлов их сопряжений.Данные по расчету эффективности предложенных конструкций позволяют рекомендовать их для широкого применения.

Основные положения диссертации опубликованы в.следующих работаг.

1. Пастушков Г.П. Основные безразмерные параметры бездиаф-рагменного балочного пролетного строения и их влияние на распределение вертикальной подвижной нагрузки //Строительные конструкции и теория сооружений.- Минск: Вышэйшая школа, 1971 - С.77-85.

2. Руководство по проектированию, изготовлению и применению железобетонных центрифугированных конструкций кольцевого сечения //Раздел "Многоэтажные здания" - М: Стройиздат, IS79 -144 с. '

3. Особенности технологии изготовления центрифугированных колонн кольцевого сечения для многоэтажных промышленных зданий/ Г.П.Пастушков, В.П.Иванов, Д.П.Подобед, Б.С.Марголин// Технология безвибрационного формования железобетонных изделий: Тез. докл. республ. конф. - Минск, IS79.- С. 25-28.

4. A.c. 672301 СССР, М.Кл2, Е04 BI/I8. Железобетонный каркас многоэтажного здания/ А.А.Волков, Г.В.Выжилин, Г.П.Шстуш-ков, С.Г.Смирнов// Открытия. Изобретения.- 1979.- № 25.

5. »..о. S72674 СССР М.Кл3, Е04 BI/38. Стыковое соединение элемента безбалочного перекрытия, преимущественно капители, с колонной /А.А.Волков, Г.В.Выжигин, Г.П.Пастушков, Т.М.Пзцольд, С.Г.Смирнов// Открытия. Изобретения. - 1981 - Ji 36.

6. Опыт применения центрифугированных колонн в промышленном строительстве /Г .М.Пецольд, Г. iL Пастушков, H.A.Рак и др.// Промышленное строительство. - i960. - JP 4.- С. 32-33.

7. А.8. 947351 СССР, М.Кл? Е04 C3/34 Полый элемент сборной железобетонной колонны /Г.Н.ГЬстушков, Т.М.Пецольд, В.П.Иванов, С.Г.Смирнов, Д.И.Згкровский// Открытия. Изобретения.- 1982.-

№ 26.

8. A.C. 962409 СССР, Ы.кл? Ш BI/J8. Железобетонная пояая колонна для многоэтажных зданий /Т.П.Пгстушков, Д.И.ЗгирсвскиЙ,

B.Ф.Зверев, В.П.Иванов, С.Г.Смирнов// Открытия.- 1982.- » 36.

9. Гутковский В.А., Пастушков Г.П. К расчету прочности и деформативностн армированных контактов изгибаемых сбсрно-ыано-литных конструкций, работающих в условиях однократно статических нагружений// Строительные конструкции.- Минск: ИСиЛ, IÖ33.-

C. 143-149.

10. Пастушков Г.П., Смирнов С.Г., Ровноя С.Н. Кзркчсдае многоэтажные производственные здания о центрифугированными колоннами кольцевого сечения //Строительства и архитектура Белоруссии.- 1934.- № 3.- С. 30-31.

11. Дрозд Я.И., ГЬстушков Г.П. Предварительно напряженные железобетонные конструкции// Учебное пособив, 3-е издание -Минск "Вышэйиэя школа, 1984.- 203 с.

12. Пецольд Т,М., Пастушков Т.П., Минченя Т.П. Влияние спирального армирования на несущую способность и дефсрмативнссть сжатых элементов кольцевого сечения// Вопросы строительства и архитектуры.- Минск: ИСнА, 1986.- С. 22-24.

13. Железобетонные треугольные плиты перекрытий для ннсго-этаж!шх зданий /Г.Л.Пастушков, А.В.Зущин, С.Г.Смирнов, Б.С.Map-голин// Бел НИИ!/ГИ.- Иинск, 1936 - № 86-221.- 4 с.

14. Применение центрифугированных колонн яри строительстве энергетических объектов /Ш.И.Аврященко, Т.М.Пецольд, Г.П.Шс-тушков, В.ф.дейпунский //Энергетическое строительство,- I9S7.--№ 12.- С. 25-29.

15. Пчстушков Г.П. Унифицированные многоэтажные каркасное здания с центрифугированными колоннами. Обэорн.инф. /БелШШНТИ.-Минся, 1988.- 52 с.

16. Пастушков Г.П. Элективные центрифугированные конструкции многоэтажных каркасных зданий //Совершенствование методов расчета и конструирования современных видов строительных конструкций: Тез. докл. респуб. конф. - Ровно, 19Ш - 2 с.

17. A.c. I3794I8 Щ. Е04 BI/33 Стыковое соединение полых железобетонных колонн /А.В.Цуцик, В.П.Иванов, Г.II,Шстушков, С.Г.Смирнов// Открытия. Изобретения - 1983 - И.

13. Пастушков Г.Л., Казачек В.Г. Совершенствование конструкции и методики расчета колонн производственных зданий/Деле-

з&

зобетонкые конструкции - теория и практика: Труды иезд.конф.-Варна, 1983 - б с.

19. Сборный железобетонный каркас многоэтажного здания/ Г.П.Шсгувжов, А.В.Зущик, Д.И.Згировский, С.Г.Смирнов// Бетон и железобетон.- 1933 - № Ö. - С. 4-5.

20. Пастушков Г.П., Минченя Т.П. К вопросу повышения несущей способности колонн кольцевого сечения//Фундаментальные исследования и новые технологии в строительном материаловедении: Тез.докл. Всесовэн.конф.- Белгород, 1939.- I с.

21. Пастушков Г.Л., Смирнов С.Г. Многоэтажные каркасные здания с гибкой планировочной схемой на основе центрифугированных колонн и треугольных плит перекрытий //Тез. докл. X Всесовэн.конф. по бетону и железобетону.- М.:Стройиздат,1989.-

С. 77-79.

22. Из опыта строительства многоэтажного железобетонного гаража /Смирнов С.Г., Пастушков Г.П., Зущик A.B., Буслов П.И.// Промышленное строительство.- 1989,- $ 12 - С. 33-35.

23. ТУ 234 БССР 377-89 Шиты железобетонные треугольные предварительно напряженные ребристые размерами 11,3x4,5 и для перекрытий многоэтажных зданий/ Г.П.Пастушков, A.A.Ключник -Минск, 1939.- 20 с.

24. A.c. I55I785 КД. Е04 BI/38 Узел сопряжения ригеля с колонной /Д.И.Згировский, Г.П.Пастушков// Открытия. Изобретения.- 1990.- »II.

25. 'Саряасы производственных зданий из унифицированных преднапряхеннкх центрифугированных элементов Д.М.Пецольд,

Г.П.Пастушков, В.Г.Казачек и др,// Бетон к железобетон.- 1990.-& 4.- С. 25-27..

26. Эффективные железобетонные конструкции /С.Г.Смирнов,

B.И.Жилица, Т.М.Пепольд, Г.П.Пастушков, ТЛ.Павлякевич// Архитектура и строительство Белоруссии. - Минск, 1991.- Jf- I. -

C. 39-40.

27. Серия 1.420.1-29 Железобетонные конструкции многоэтажных зданий с применением треугольных плит и центрифугированных колонн. Вып. 0...4 /Белпромпроект, БГШ /Пастушков Г.П., Смирнов С.Г., Дубатовка И.О. и др. - Минский филиал ЦИТП, I99T.

ПАСТУШКОВ Геннадий Павлович

ШЮГОЭТШЫЗ КЛНСАС1ШБ ЗДШШ С НЕСУЩИМИ ЖБЯЕЗОШОШШ деНТтУГИГОВАШЬЫИ ЗЛШЕШШ

06,23,01 - Строительна конструкция, здания

а еоорухензя 05.23,05 - Строительные иатзркали в аэдалая

Авторэфарат диссертации на совокакие ученой отепена доктора твхннчзскях наук

,_________ , Редактор ГтВ,Щяркинв

Подпяоацо в печать 26.04,34» г

Фо^ат 60x8Бумаге тая. й 2. Офсет, начать,

_____т^тш^ъл^шлл^лтлшь-^^ш^__

Еахоруоокэя гссуднрстввнная политехническая вкадемая. Отпачатзко яз ротапринте БГЛА. 220027, Минск, пр. Ф.Скораим, 65,