автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность и деформативность перемычек с вутами в диафрагмах высоких зданий

Введение

Глава I. Работа перемычек в зданиях большой этажности (обзор литературы)

1.1. Прочность и деформативность перемычек и их влияние на напряженно-деформированное состояние несущих систем зданий

1.2. Выводы по главе I. Цели и задачи исследования

Глава 2. Экспериментальные исследования перемычек с вутами и без них

2.1. Выбор формы вута

2.2. Конструкция опытных образцов и материалы

2.3. Характеристики материалов опытных образцов

2.4. Испытательная установка

2.5. Методика испытания, установки приборов, режим загружения

Глава 3. Статистическая обработка результатов экспериментов .*.*.

3.1. Анализ результатов экспериментальных исследований вутовых и прямых перемычек в диафрагмах жесткости

3.1.1. Образование трещин в прямых перемычках.

3.1.2. Проверка гипотезы нормального распределения

3.2.1. Образование трещин в перемычках с вутами .*.

3.2.2. Проверка гипотезы нормального распределения

3.3.1. Разрушение прямых перемычек

3.3.2. Проверка гипотезы нормального распределения

3.4.1. Разрушение вутовых перемычек

3.4.2. Проверка гипотезы нормального распределения

3.5.1. Статистическая обработка и оценка парных зависимостей по экспериментальным данным для безвутовых перемычек

3.6.1. Применение метода наименьших квадратов для статистической обработки зависимости в перемычках с вутами

Глава 4. Расчет монолитных перемычек диафрагмы по предельным состояниям первой и второй группы

4.1. Сопоставление расчета по СНиП по первому предельному состоянию с результатами опытов

4.1.1. Прочность прямых перемычек

4.1.2. Прочность перемычек с вутами

4.1.3. Сопоставление несущей способности перемычек с вутами и без вутов

4.2.2. Образование, наклонных трещин в перемычках с вутами . НО

4.3. Выводы по главе

Глава 5. Влияние вутов на работу диафрагм высотного здания

5.1. Выводы по главе

За последнее время во всех развитых странах выявилась тенденция к увеличению этажности зданий. Это вызвано бурным ростом населения городов, ограниченностью их территории, отрешением к сокращению городских коммуникаций.

Ядра и диафрагмы жесткости многоэтажных зданий представляют собой вертикальные конструкции с оконными или дверными проемами на каждом этаже. Вместе с междуэтажными перекрытиями они образуют несущую систему, обеспечивают пространственную жесткость, устойчивость здания в стадиях возведения и эксплуатации, воспринимают всю или часть вертикальных и горизонтальных нагрузок. Кроме того, применение ядер и диафрагм жесткости в рамно-связевых каркасах приводит к более благоприятному распределению внутренних усилий в рамной части каркаса, что создает условия для унификации ригелей и стоек рам.

В случае связевых каркасов достигается наибольшая унификация ригелей.

Конструктивно ядра и диафрагмы жесткости выполняются монолитными или сборными.

В сборном варианте ядра и диафрагмы жесткости состоят из панельных элементов высотой на этаж, поставленных друг на друга (в панельных зданиях) или из стенок, расположенных между колоннами каркаса (в каркасных зданиях).

Жесткость таких сборных конструкций и распределение внутренних усилий зависит от податливости соединений - горизонтальных стыков и вертикальных швов.

Монолитные ядра и диафрагмы изготовляются в построечных условиях в переставной или скользящей опалубке, отсутствие конструктивных швов позволяют получить более жесткую конструкцию, чем аналогичную по размерам сборную. Монолитная конструкция легко обеспечивает непрерывность передачи нагрузки по вертикали благодаря непрерывности армирования элементов (колонн и т.д.).

Ввиду большой ответственности диафрагм и ядер жесткости их армирование назначают таким, чтобы не допустить образование трещин в вертикальных несущих элементах.

Образование трещин в надпроемных перемычках существенно увеличивает их податливость и, соответственно, снижает жесткость несущей системы.

В несущей системе здания перемычки выполняют роль связей сдвига между вертикальными элементами (столбами) и обеспечивают их совместное деформирование.

Изучение работы перемычек в составе монолитных ядер и диафрагм является важным вопросом, особенно актуальным в условиях Сирийской Арабской Республики.

Повышение жесткости и трещиностойкости перемычек увеличивает жесткость несущей системы в целом, это возможно достичь путем создания вутов в местах примыкания перемычек к простенкам (столбам) .

Для традиционного варианта невысоких перемычек без вутов в этих местах появляются первые нормальные трещины, что свидетельствует о работе перемычки на изгиб.

Введение вута повысит трещиностойкость перемычки и приведет к снижению концентрации напряжений.

В зависимости от соотношения геометрических размеров вутовая перемычка может иметь иную схему разрушения, чем прямая.

Целью диссертационной работы является исследование прочности и деформативности перемычек с вутами для увеличения жесткости и трещиностойкости зданий большой этажности.

Задачи экспериментальных и теоретических исследований данной работы:

1. Выбор формы и размеров вута перемычек.

2. Выбор рационального армирования перемычек с вутами.

3. Уточнение податливости вутовой перемычки при однократном статическом нагружении как в упругой стадии, так и при работе с трещинами.

4. Изучение напряженно-деформированного состояния перемычек с вутами и для сравнения без вутов на всех стадиях деформирования, включая предельную.

5. Исследование схем разрушения перемычек с вутами и без вутов в условиях частичного стеснения деформирования.

6. Влияние вутов в перемычках на сопротивление диафрагм жесткости горизонтальным нагрузкам.

Практическое значение работы заключается в том, что применение предлагаемой конструкции перемычек с вутами позволяет увеличивать прочность перемычек, устройство вутов увеличивает их тре-щиностойкость, тем самым увеличивает пространственную жесткость, устойчивость здания в стадиях возведения и эксплуатации.

На защиту выносятся:

1. Выбор формы вута в надпроемных перемычках и их армирование. Результаты анализа влияния вутов на поведение диафрагмы.

2. Методика и результаты экспериментального исследования напряженно-деформированного состояния перемычек с вутами и без вутов на всех стадиях деформирования, включая предельную и исследования схем разрушения перемычек с вутами и без вутов в условиях частичного стеснения деформирования.

3. Полученные аналитические зависимости деформирования перемычки И - °< ( Q - S ).

4. Расчет диафрагмы многоэтажных зданий с вутами и без-вутовыми перемычками с использованием характеристик податливости перемычки § при упругой и неупругой работе перемычки.

Диссертационная работа выполнена на кафедре железоюетонных конструкций ордена Трудового Красного Знамени МИСИ им.В.В.Куйбышева под руководством доктора технических наук, профессора Дроздова Павла Филаретовича.

Выводы по работе

1. Вуты с дополнительным армированием наклонных граней значительно увеличивают прочность и трещиностойкость наиболее нагруженного опорного сечения, что увеличивает соответственно несущую способность и трещиностойкость перемычек и диафрагмы в целом.

2. Применение вутовых перемычек в исследованных фрагментах монолитных ядер и диафрагм высоких зданий в 2,2 раза уменьшает деформации перемычек по сравнению с прямыми перемычками таких же размеров и армирования.

3. Вутовые перемычки имели в 3,83 раза больший момент тре-щинообразования и в 1,74 раза большую несущую способность, чем прямые перемычки.

4. Зависимость прогиба от момента (нагрузка) для вутовых и прямых перемычек нелинейна с начала до конца загружения, она аппроксимирована уравнениями регрессии М - (X и Моп

Пи ОН по формулам (3.8) и (3.25).

5. Вуты в местах примыкания перемычек к столбам уменьшают концентрацию напряжений в этом узле при сжатии столбов и при изгибе перемычек, что благоприятно оказывается на поведении диафрагм.

6. Вутовые перемычки уменьшают изгибающий момент | в заделке диафрагмы в два раза сравнительно с моментом в том же сечении при прямых перемычках.

7. Нормальная сила в заделке столбов диафрагмы с вутовыми перемычками увеличивается в 1,48(полтора) раза по сравнению с той же силой при прямых перемычках.

8. По результатам опытов прогиб диафрагмы с вутовыми перемычками на 25% меньше, чем прогиб диафрагм с прямыми перемыч -ками.

9. Частичное стеснение деформации перемычек шарнирными стяжками, дополнительно введенными в испытательную установку, приблизило работу перемычек к их действительной работе в здании на всех стадиях, включая предельную. Это дополнительное устройство облегчило выявление схем разрушения перемычек с вутами и без них.

10. Анализ возможных форм вутов показал, что наиболее целесообразна прямолинейная их форма, с армированием У'-образными стержнями и перпендикулярными к этим стержням хомутами.

11. Бутовые перемычки разрушались по наклонной трещине, соединяющей концы вутов. Прямые перемычки разрушались с первичным образованием нормальных трещин в узле примыкания перемычки к столбу.

1. Аншин Л.З. Расчет вертикальных диафрагм многоэтажных зданий. "Строительство и архитектура", М., 1969, $ 3.

2. Аншин Л.З. Исследование работы вертикальных диафрагм жесткости с учетом жесткости перемычек. В сб.: ЦНИИЭПжилища "Работа конструкций жилых зданий из крупнор аз мерных элементов", № 3, под ред. Г.А.Шапиро. М., Са^ойиздат, 1971.

3. Аграновский В.Д., Лишак В.И., Соколов М.Е. Экспериментальные исследования перемычек бескаркасных зданий цри перекосе. В сб. Монолитное домостроение. М., ЦНИИЭПжилища, 1979.

4. Аграновский В.Д. О расчете прочности железобетонных перемычек на поперечную силу. В сб. Монолитное домостроение. М., ЦНИИЭПжилища, 1982.

5. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. 3-е изд., исцр., М., Стройиздат, 1978, с.251-300.

6. Байков В.Н. Определение внутренних усилий статически не-оцределимых железобетонных балок и црогибов с учетом неуцругих свойств материалов. "Бетон и железобетон", 1965, № 4.

7. Барков Ю.В., Гельфанд Л,И. Исследование работы панельных зданий повышенной этажности на вдпномасштабной модели. В кн.: Работа конструкций жилых зданий из крупноразмерных элементов. М., Стройиздат, 1971, вып.З.

8. Барков Ю.В. и др. Определение предельной нагрузки для диафрагм с проемами в многоэтажных зданиях. В кн.: Работа конструкций жилых зданий из крупноразмерных элементов. М., Стройиз-дат, 1974, вып.4.

9. Баженов Ю.М. Способы определения состава бетона различных видов. М., Стройиздат, 1975, с.271.

10. Барков Ю.В., Глина Ю.В. Экспериментальные исследования работы монолитных зданий при испытании крупномасштабной модели. В сб. Исследование работы конструкций жилых зданий, вып.5, М., ЦНИИЭПжилища, 1974.

11. Баженов Ю.М. Технология бетона. М., Высшая школа, 1978, с.455.

12. Бондаренко В.М., А.И. Судницын. Расчет строительных конструкций. Железобетонные и каменные конструкции. М., 1984,с.176.

13. Гвоздев А.А. Расчет несущей способности конструкций по методу цредельного равновесия. М., Госстройиздат, 1949.

14. Гвоздев А.А. К воцросу о статическом методе расчета элементов конструкции. Строительная механика и расчет сооружений, 1964, № 3, с.20-21.

15. Гвоздев А.А. 0 перераспределении усилий в статически неопределимых железобетонных обычных и предварительно напряженных конструкциях. М., Госстройиздат, 1965.

16. Гельфанд Л.И. К расчету стен многоэтажных зданий с учетом неупругой работы их элементов и основания. В кн.: "Работа конструкций жилых зданий из крупноразмерных элементов". М., Стройиздат, 1974, вып.4.

17. Глина Ю.В. 0 податливости перемычек бескаркасных монолитных зданий «С б. М ,ЦНИЙЭПжшшца, 1979.

18. Дроздов П.Ф. Исследование работы железобетонных конструкций в пространственных несущих систем крупнопанельных и кар-касно-панельных зданий. Дис. докт. техн. наук. М., 1967.

19. Дроздов П.Ф. Расчет железобетонных конструкций монолитных зданий. "Бетон и железобетон", 1983, № 9.

20. Дыховичный А.А. Статически неопределенные железобетонные констрзгкции. Киев. "Буд вельник", 1976, с. 15-25, с.108.

21. Енделе М., Шейнога И. Высотные здания с диафрагмами и стволами жесткости. М., Стройиздат, 1980.

22. Железобетонные конструкции. Спец. курс (учебное пособие для вузов) В.И.Байков, П.Ф.Дроздов, И.А.Трифонов и др. под ред. В^Н.Байкова. М., Стройиздат, 1981.

23. Залесов А.С., Ильин О.Ф. Трещиностойкость наклонных сечений железобетонных элементов железобетонных конструкций. М., Стройиздат, 1976.

24. Зайцев Л.Н., Чиприн В.Д. Приближенный метод определения напряженного состояния стержневого элемента. Строительная механика и расчет сооружения. М., 1977, I.

25. Зайцев Ю.В., Овсянников К.Л., Промыслов В.Ф. Проектирование и монтаж железобетонных конструкций. М., 1980, с.335.

26. Иванова В.М., Калинина В.Н., Нешумова Л.А.Решетникова И.О. Математическая статистика. М., "Высшая школа", 1981, с.371.

27. Инструкции по проектированию конструкций панельных жилых зданий. ВСН-32-77. М., Госгражданстрой и Стройиздат, 1978.

28. Комар А.Г., Дубровин Е.Н., Крежнепко Б.С.,Заленский B.C.

29. Испытание сборных железобетонных конструкций. М., "Высшая школа", 1980, с.269.

30. Кузмичев А.Е. К расчету сборно-монолитных конструкций по образованию трещин. "Бетон и железобетон", 1974, № 8, с.34-36.

31. Кузьмичев А.Е. 0 расчете прогибов железобетонных сборно-монолитных конструкций. "Бетон и железобетон", 1975, № 2,с.26-27.

32. Курдюкова Т.В. Особенности нелинейного деформирования и предельного состояния конструкции монолитных диафрагм жилых зданий. В сб. ЦНИИЭПжилища "Работа конструкции жилых зданий из крупноразмерных элементов". М., 1981, с.24-35.

33. Лишак В.И. Расчет бескаркасных зданий с применением ЭВМ. М., Стройиздат, 1977, с.175.

34. Лишак В.И., Валь В.Г. Современные методы расчета бескаркасных зданий на горизонтальные нагрузки (обзор). М., Гос-гражданстрой, 1972.

35. Лукаш П.А. Основы нелинейной строительной механики. М., Стройиздат, 1978, с.21-202.

36. Лапатто А.Э. Справочник по проектированию элементов железобетонных конструкций. Киев, "Буд вельник", 1978, с.256.

37. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул. М., "Высшая школа", 1982, с.224.

38. Лесохин Е.З. Расчет прочности балок-стенок при действии поперечных сил. "Бетон и железобетон", М., Стройиздат, 1984, $ 3.

39. Лотар Закс. Статистическое оценивание. М., Статистика,1976.

40. Линович Л.Е. Расчет и конструирование частей гражданских зданий. Киев, "Буд вельник", 1972.

41. Мыльников С.А. Определение расчетного сочетания эксплуатационных нагрузок при проектировании несущих стен мнолитных зданий. М., ЦНИИЭПжилшца, 1979.

42. Методические рекомендации по определению прочностных и структурных характеристик бетонов при кратковременном и длительном нагружении. М., НИИЖБ, 1976, с.14-52.

43. Методические рекомендации по учету влияния ползучести бетонов при расчете сборно-монолитных стержневых конструкций. НИИСК, Киев, "Буд вельник", 1983, с.50.

44. Новое в проектировании бетонных и железобетонных конструкций под ред. А.А.Гвоздева. М., Стройиздат, 1978, с.52-61, 135-187.

45. Оминтаев Г.Ш. Экспериментальное исследование работы перемычек железобетонных диафрагм. В сб. ИНИИСК. Строительные конструкции под ред. Полякова С.В., вып. 2. М., 1969.

46. Орловский Б.Я., Магай А.А. Основы проектирования гражданских и промышленных зданий. М., Стройиздат, 1980.

47. Обозов В.И. К расчету на ЭВМ железобетонных диафрагм с проемами. "Строительная механика и расчет сооружений", 1971, № 6.

48. Паньшин Л .Л. Расчет многоэтажных зданий как пространственной системы с учетом нелинейной деформации связей. В кн.: "Работа конструкций жилых зданий из крупноразмерных элементов", М., Стройиздат, 1971, вып.З.

49. Руководство по проектированию железобетонных пространственных конструкций покрытий и перекрытий. НИИбетона и железобетона Госстроя СССР. М., 1979, с.378-381, 421.

50. Рекомендации по определению податливости перемычек бескаркасных монолитных зданий ЦНИИЭПжилища. М., 1981.

51. Семендяев К.А., Бронштейн И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. Перевод с немецкого языка, изд. "Тойбнер", Лейпциг, 1979. М., "Наука", 1980.

52. СНиП-П-56-77. М., Стройиздат, 1977.

53. Стенин П.А. Сопротивление материалов. М., "Высшая школа", 1983.

54. Саакян А.О., Саакян P.O., Шахназарян С.Х. Возведение зданий и сооружений методом подъема. М., Стройиздат, 1982.

55. Соколов М.Е., Аграновский В.Ю. Прочность и трещиностой-кость железобетонных перемычек панельных стен при действии поперечных сил. "Бетон и железобетон", М., 1971, й II.

56. Соколов М.Е., Щустерман М.Я. Экспериментальные исследования работы перемычек наружных стеновых панелей. В сб. ЦНИИЭПжилища. Работа конструкций жилых зданий из крупноразмерных элементов. II 3, М., Стройиздат, 1971, с.215-223.

57. Сегалов А.Е., Балан Т.А. О способах учета симметрии при расчете железобетонных перемычек с трещинами. Б сб.НИЖБ "Прочность, жесткость и трещиностойкость железобетонных конструкций" под ред. А.А.Гвоздева, М., 1979, с.72-82.

58. Сергеев Д.Д. Проектирование крупнопанельных зданий для сложных геологических условий. М., Стройиздат, 1973.

59. Сегалов А.Е. 0 расчете железобетонных перемычек с учетом трещинообразования методом конечных элементов. Труды Куйбышевского инженерно-строительного института, 1976, вып.4.

60. Сенин Н.И. Экспериментальные исследования железобетонных ядер жесткости высотных зданий. ЦНИИС Госстроя СССР, НТЛ, раздел Б, выпуск 6, 1978, per. $ IIII.

61. СНиП-П-21-75. Строительные нормы и правила. Бетонные и железобетонные конструкции. М., Стройиздат, 1976, с.87.

62. СНиП-П-6-74. Строительные нормы и правила. Нагрузки и воздействия. М., Стройиздат, 1976, с.27.

63. Торяник М.С. и др. Примеры расчета железобетонных конструкций. М., Стройиздат, 1979, с.240.

64. Хамралиев А.А. Преднапряженные перемычки над проемами в монолитных ядрах и диафрагмах высотных зданий. Автореферат диссертации, МИСИ, Москва, 1984.

65. Якубовский В.В. Железобетонные и бетонные конструкции. М., "Высшая школа", 1970, с.728.