автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Усиление каркасов одноэтажных производственных зданий введением элементов жесткости

ОРДЕНА ТРУДОЗОГО КРАСНОГО ЗНАШИ Н^ЧНО-ШСЛВДОЗАШЬСКШ, ПРОЕЧШО-КОНСТРУКТОРСКЩ И ТШО1ОГШ0СКИЙ ЙНСШУТ БЕТОНА И ШЕ30ЕЕТ0НА Н И И Я Б

На правах рукописи

ВЕРЕКЕШКО Одег Юрьевич

УДК 624.016.5:69.059.5

УСЖЕНИЕ КАИСАСОВ ОДНОЭТАШШ ПРОИЗВОДСТВЕННЫ! ЗД1НИЙ ВВЕДЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ ЖЕСТКОСТИ

05.23.01 - Строительные конструкции, здания я сооружения

- . А в I о.р е |ер а I диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

' Москва 1992

^сзга вышанена в Ордена Трудового Красного Знамени Научно кгследоБагсльскс;,-,, цроекано-конструкторском и технологическом институте бетона л железобетона (НМИЕБ)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

В.АЛЕЕВЦОВ

Официальные оппоненты: - доктор технических нзрс, профессор

Т.М.ПЕЦ0ПД

- кандидат технических наук I.Н.ЗАЙЦЕВ

Ведущая организация - ЩЙШромаданяй

Зазшта состсжя . 1992 года в ^ часов.

на заседании специализированного совета К 033.03.01 по защите диссертаций на соискание ученей степени кандидата технических наук в Научно-исследовательском, проектно-конструкторском технояогжчёскоы ЕЕОГЕтуте бетона и ;:;е,тезоберока по адресу: 109428, Москва, £-428, 2-ая Институтская ул., д.6.

С диссертацией мокно. ознакомиться в библиотеке НйИЕБ_

Автореферат разослан " " 19Э2 года

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических

т^л

Т.АЛОГЕЫйК

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Вопрос более рационального использования существующих зданий производственного назначения з последнее время является одним из актуальных вопросов развитая народного хозяйства. Основную массу таких здйянй (до 70$) составляют одноэтаккые производственные здания. Продленке срока слунбы этих .зданий является важной задачей, так как экономический эффект от мероприятии по реконструкции обычно вше, чем от нового строительства. Как показывает практика передовых предприятий, затраты времени ка реконструкцию и усиление в 1,5-2 раза меньше по сравнению с затратами на новое строительство и окупаемость этих затрат происходит примерно < втрое быстрей.

Традиционные способы усиления каркасов производственных зданий предусматривают как усиление отдельных элементов соору-кения,'так и изменение первоначальной расчетной схемы. Достигается это введением дополнительных опор, связей, натяжных и распорных конструкций.

В последнее время в практике проектирования каркасоз одноэтажных'производственных зданий все большее применение находит предяояеняый ЩШПромзданлй, ]Ш~1, НИИ8Б, НШ, НШСК новый тип каркаса одноэтажного производственного здания, решенный по свя-зезой схеме с элементами жесткости. Б качестве элементов жесткости использувтея многоэтапные.вставки, связезне устои,' двухвег-вевые колонны и усиленные колонны сплошного сечения. Предназначенный для хгсоого строительства, такой принцип формирования каркаса ::о?.ат йцтъ^исггфхьзозск я для усиления существующих каркасоь

Одйеко «етодн расчета элементов каркаса, достаточно изученные для связзвнх каркасов в новом строительстве, недостаточны для проектировали строительной реконструкции. Кроме того, при использовании этого принципа для усиления'существующих каркасов возшжает целый ряд вопросов, которые не решались при исследовании каркасов с элементами жесисости, предназначенных для нового строатекьства. Проектярсвгку.е усиления каркасов одноэтажных про-' изводсхвеншх зданий введением элементов гесжосгл требует определения ряда паракзгров, ох которых зависит рациональное использование этого способа усиления. Под параметрами усиления в данном случае подразумевается разглашение элементов жесткости, расстояния мехду ними и их згесткоспшг характеристики.

Наиболее простым явл.<г; гея создание элементов жесткости за счет усиления ряда существующих колонн обоймами. Усиление производится, когда колонны находятся под нагрузкой. Б этом случае неясно, в какой мере начальные длительно дейсгвуниле усилия окажут влияние на несзкость усиленных колонн. Вопрос пз достаточно точного определения яесгкосгных характеристик элементов имеет весьма существенное значение для расчета связевых каркасов. В разделе 6 СНиГС 2.03.01-£4К 'Указания по расчету и конструирована железобетонных конструкции при реконструкции зданий и сооружений" предлагается производить расчет усиленных конструкций по методике основных разделов ШиП, что не полностью отражает особенности усиленных колонн, работающих в качестве элементов местности в связевом каркасе. .

Цель дкссертацдониоУ; работы - определение оснойных параметров усиления каркасов одкоэтакшх производственных зданий с помощью введения элементов кесткоси:, а тгкяе исследования конструкций элемеятоз гаптаосгп в звде колонн, усилении ."елезобегоккшп

обоймами.

Автор защищает:

- предложения по определению оптимальных соотношений меяду яесгкостныш характеристиками элементов яестхости л рядовых колонн при усиления каркасов одноэтажных производственных зданий;

- предложения по назначения рациональных схем размещения элементов жесткости в плане здания а определению предельных расстояний между ними;

- результаты экспериментальных исследований влияния начальных усилий в колоннах одноэтажных производственных зданий на прочность, жесткость и трещиностсйкосгь .элементов жесткости в виде колонн, усиленных железобетонными обойками,.

Нзуянун новизну работы составляют:

- новые данные о работе диска покрытия в составе каркаса одноэтажного производственного здания, усиленного введением элементов жесткости;

- даннве о влиянии начальных усилий в колоннах на прочность, жесткость и грещиностойность элементов жесткости в виде колонн, усиленных железобетонными оооймами;

- рациональные параметры усиления каркасов одноэтажных производственных зданий введением элементов жесткости при различных схемах размещения такта конструкций.

Практическое значение работы. В результате проведенной работы разработан и исследован эффективный способ усиления колонн и фундаментов одноэтажных производственных зданий с помошью создания элементов жесткости путем усиления отдельных колонн железобетонными обоймами. Результаты исследований были использо-взгш пр.! разработке Харьковским ПСНЙШ технических решений уси-я.'лп'й кярегаева :тю,::тштх прокводственных зданий.

- 4 - '

Атообвцпя работы й публикации. Основные результаты работы были долокены на научно-производственном семинаре "Способы и методы усиления строительных конструкций на реконструируемых предприятиях" в г.Луганск в 2990 году, на ХХПЬмеждународной кон-

■ *ч

ференции в области бетона и железобетона "Водго^Балт-91" в 1991 году, а также на подсекции НГС НИЖЕ в I989-J99I годах.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в трех печатных работах.

Объем работы. Диссертация состоит'из пяти глав, общих выводов, списка литературы из .ТО? наименований. Работа изложена на 10? страницах ¿¡стенописного текста, содержит 20 таблиц ж 80 рисунков."Исследований проводились в лаборатории гелезобе-тонных конструкций и контр' хч качества НИЙЖБ Госстроя СССР в I989-I99I годах под руководством доктора технических наук, профессора В.АДлевцова.

СОДЕРЖАНИЕ РЛЮТЦ

К настоящему времени ужа накоплен значительный опыт усиления различных хедезобетокннх конструкций и зданий. Исследованию этих вопросов'посвящены работы И.М.Литвшова, Н.М.ОяуЗриева, В.В.Гусельн2К0ва, Ю.Н.1озового, Е.Р.Хило, Б.СЛ1ошзича,Р.С.Сйюа-•ровского и других авторов, а также" коллективов Харьковского ПСНИИП, НШЕБ, ЕЖЖ, Хабаровского ИШ а других. Современная классификация способов усиления предусматривает использование двух основных групп усиления. К первой относятся мероприятия, направленные на полную или частичную передачу нагрузки на усиливающие конструкции, ко е тор ой - связанные с увеличением несущей способности существующих конструкций. Увеличенсе несущей способности конструкции ;.:оает быть достигнуто проста: увеличением по- ■

перечного сечения усиливаемого элемента, ллбо изменением первоначальной статической схемы.

Наиболее' рациональным представляется способ усиления, связанный с изменением первоначальной статической схеш, гак как он позволяет избежать строительных работ, связанных с возведением новых разгружающих конструкций и устройство?-' йундзментов под них, а также бояее полно использовать зозкогностн существующих конструкций- В диссертации приведены примеры подобных усилений.

При анализе состояния исследований связевых каркасов одно-этазиых производственных зданий отмечено5 что наиболее полно результаты этих исследований представлены в работах Р.А.Гераэкка, А.ВЛЬаноза, В.А.Клевцова, Т.М.Пецольда, Ю.И.Садовского, Е.Т.Сергеевой, М.А.Янкеяевича и других авторов, а тгкзге коллективов ШИИПромздакий, ШЫ, НИМБ, НИИСК, БПИ и датах. На настоящее время разработаны два типа таких зданий. В зданиях первого типа з качестве элементов жесткости испояьзувтса многоэтапные вставки, зо втором типе зданий - связевке усгоз, двухветвевке колонны, усиленные колонны сплошного сеченпя, колонны, усиленные вал-тами-отгяакамл и другие конструкции. Анализ рациональных схем размещения элементов жесткости э плане здания показал, что нерациональным является размещение элементов взсткости, при котором диск покрытия работает по консольной схеме, а стремление в минимальной степени изменить условия работы диска привело к появления) конструктивного реЕения, получившего наименование "крест жесткости", при котором элементы гесткостп располагаются по исям симметрии здания.

. 3 диссертации отмечается, что каркасц с элементами жестко-стл следует рассчитывать по ;тофоршрованно& схеме. При этом су-пеегг\';г уаи:т:ил„ ■. 1 ксдорях тшовкз ;<оясннн не передают изги-

бавдег-о момента на фундаменты. В диссертация приводятся пояснения этого пояошшя. В рядовых колоннах момент в заделке от вертикальной нагрузки и сечение наибольшего момента перемещается вверх по колонне. Соотношение жесткостей, при котором реаяизует-

V.

ся этот характер распределения усилий,"■является, для рассматриваемых каркасов оптимальным. В общем случае для каркаса одао-этазэтго производственного здания при заданном количестве и рас--положении рядовнх колонн оптимальным с точки зрения расхода материалов является решение, при котором суша корней квадратных из абсолютной величины моментов, действующих в расчетных сечениях минимальна.

Рассмотренный, пуш.ц.'Л формирования каркаса мокет быть использован при усилении ^аов одаоэтанных производственных зданий, но цри этом возникает ряд вопросов, которые не решались при исследовании каркасов с элементами местности, предназначенными для нового мроительства.

Таким образом, основные задачи работы формулируются следующим образом:

1. Определение оптимальных соотношений меэду яесткостннш характеристиками глементоз жесткости и рядовых колонн.

2. Определение рациональных схем размещения элементов • кесткости и предельных расстояний'¿¡езду ними на основании ана- . лиза влияния расположения элементе® несзкости на усилия в диске покрытия.

3. Исследование влияния на жесткость колонн, усиленных обойма;.ш, начальных усилий, действующие в усиливаемых колоннах.

4. Исследование прочности элементов жесткости в виде колонн, усиленных обоймами.

Для решения поставленных задач во второй главе дкссертз-

ции была разработана методика теоретических и экспериментальных исследований параметров усиления одноэтажных производственных зданий введением элементов жесткости в виде колонн, усиленных под нагрузкой.

Проведенный анализ эксплуатационных нагрузок, действующих на каркас одноэтажного производственного здания, и возможного характера их изменения, связанного с изменением условий эксплуатации показал, что при реконструкции возмогло увеличение как горизонтальных, гак и вертикальных нагрузок. Кроме этого может возникнуть необходимость снижения усилий вследствие снижения несущей способности колонн или Фундаментов.

Для исследований в диссертации были приняты три схемы размещения элементов несткости в плане здания - по торцам здания, по контуру здания и з виде "креста яемкости". Для определения экесткостных характеристик элементов жесткости при усилении каркасов одноэтажных производственных зданий пользовались упрощенной методикой расчета связевого каркаса, ранее разработанной в ПЙ-1 для нового строительства. К2ркас здания принимается в виде набора консольных стершей с постоянной эквивалентной жесткостью, которые имитируют элементы жесткости и рядовые колош В пределах температурных блоков стеркни шарвирно связаны бесконечно яеотким ригелем, имитирующем плиты покрытия и стропильные конструкции.• #

Рассматривая консольный стержень при действии продольной •М и поперечной 3 нагрузках я используя дифференциальное уравнение изогнутой оси стергня, была установлена зависимость между прогибом сгершя / и возникающей реакцией Р г /У

■ щ

М; ( I )

где * = а ; г '

ШИП? ~ отпорность стершя, численно равная поперечной реакции, возникающей при единичном смещении верха сгершя. \

Рассматривал связевой каркас одноэтажного здания и удовлетворяв условию равновесия при бесконечно кестком диске покрытия, запишем

М ■

1ч■ ; (2) __

КI

где М/ - суммарна! горизонтальная нагрузка на каркас; ■ П1 - количество соответственно рядовых колонн или элементов яестколта.

Изгибающие моменты в расчетных сечениях колонн определяли с использованием зависимости

(3)

Расчет производился в следующей последовательности. Используя данные о внешних нагрузках, а такке геометрические ж кесткос-тные характеристика элементов .каркаса, определяли по формуле (2) прогиб верха каркаса, и с использованием формулы (3) определяли усилия в заделках колонн. При этом усилия в колоннах каркаса распределялись пропорционально изгибным ?.:сстк остям рядовых колонн и элементов гесткостк. Еесткостные характеристики элементов жесткости назначали в зависимости от требований усиления, связанных с особенностями изменения нагрузок и условна сохранения несущей способности элементов каркаса.

Используя эту методику определяли аэсгкостные характеристики элементов кесткостп при усилении каркасов одноэтажных производственных здаяи£. Прп отсм следует рагделкгь понятно осга-калано:-: ."гсткостн при определении этих хергктеристи?. в новом

строительств, и понятие минимальной жесткости, определяемой при усилении каркасов одноэтажных производственных зданий. Сшсл рационального использования принципа концентрации материалов в связевых.каркасах, предназначенных для нового строительства, и возможность варьировать параметрами колонн каркаса до возведения здания, приводит к возможности подбора кесткостных характеристик элементов жесткости ( Ьез ) л рядовых колонн ( Вы ) ким образом, чтобы в заделке рядовых колонн получалось состояние, близкое к безмоментному, то есть рядовые колонны работают практически как центрально-сжатые.

При проектировании усиления принципы формирования каркасов одноэташых производственных зданий не отвечают принципам формирования связевого каркаса и, следовательно, требуется другой подход к определенно жесгкосгных-харакгеристпк элементов кесткости. Так как в рядовых колоннах традиционных-каркасов не предполагается возникновения отрицательной отпорносги, которая является важным условием оптимального использования связевой схемы каркаса в новом строительстве, то при проектировании усиления достаточно будет назначить жесткостнне характеристики элементов жесткости таким образом, чтобы несущая способность рядовых колонн осталась такой же, как и до увеличения нагрузки.

. Условием сохранения несущей способности каркаса после увеличения горизонтальных.нагрузок является сохранение величин изгибающих моментов в заделке рядовых колонн на том уровне, какими они были до увеличения зтих нагрузок. Анализируя уравнение (3) для определения изгибающих моментов в заделках кояонн можно заметить, что^для рядовых колонн, у которых яесткость и отпор-носгь не изменяются, при неизменной нормальной силе -У и длине колонн £. для сохранения значения М достаточно сохранить зна-

- ю - -

чение смещения верха колонн / таким, каким оно было до увеличения горизонтальных нагрузок. Используя значение прогиба / при действии эксплуатационных нагрузок до их увеличения и варьируя несткостными характеристиками элементов жесткости через параметр '¿I в форлуле (2) молено определить увеличение сухарной горизонтальной нагрузки и определить усилия в элементах жесткости цри различных кесткостных параметрах. Построю графики зависимостей \ч/- и М--^- и интерполируя их можно определить параметры элементов кесткости. для любого требуемого увеличения горизонтальных нагрузок.

Положения расчета были проверены применительно к усиленно каркасов двухпрояетных одноэтажных зданий с колоннами серии 1.423.1-5/87 высотой 10,8; 12 и 14,4 и с шагом колонн 12 м. Полученные результаты могут.быть распространены на широкий класс схем каркасов, так как цри большем числе пролетов эффект от введения элементов жесткости возрастает. В диссертации приведены графики зависимости, полученные в результате расчета. Проведенные расчеты показали, что для увеличения суммарной горизонтальной нагрузки в 2 раза для всех схем размещения элементов жестко-

о

сти минимальное отношение находится в пределах 2-4. Это меньше, чем' опттааяьное соотношение кесткостей, полученное для нового проектирования связевых каркасов. Кроме того, следует иметь в виду, что по данным опыта проектирования связевых каркасов при обеспечении требуемой прочности элементов жесткости, кесгкость этих конструкций оказывается во многих случаях вшае, чек минимальная с точке зрения распределения усилий меяду рядовыми колоннами к элементами жесткости.

При увеличении зергикальных нагрузок и соответственно нор-мадьных сил, условие сохранения несушей способности рядовых ко-

лонн каркаса мохет быть обеспечено снижением изгибающих моментов в расчетных сечениях этих колонн. Анализ изменения несущей способности сечения колонн проводился с использованием графика несущей способности, построенного в соответствии с требованиями СНнЛ 2.03,01-84х для первого предельного состояния. Рассматривая предельное состояние, отвечающее новой нормальной силе, определяли соответствующее ей значение изгибающего момента. Зная условие сохранения несущей способности, определяли жесткостяке характеристики элементов жесткости, при которых выполняется это условие. Для этого варь$фуя несткослнымп характеристиками элементов кесткости через параметр к в форвдле (2) строили графики зависимости к кш.1 определяли минимальные жесткостннз характеристики элементов жесткости, обеспечивающие сохранение несущей способности рядовых колонн при увеличении вертикальных нагрузок. Расчеты, проведенные в диссертации применительно к каркасам одноэтажных двухпрояеигнх зданий с колоннами серил 17423.1-5/8? высотой 10,8; 12 и 14,4 м с шагом колонн 12 м показали, что при усилении, связанном с увеличением вертикальных нагрузок в 1,7-2 раза, отношение находится в пределах 2-4. Эти результаты ссзпадаит с данными, полученными при расчете усиления, связанного с увеличением горизонтальных нагрузок, а меньше, чем оптимальное соотношение кесткостей, полученных для нозого строительства. Кроме этого, в диссертации отмечено, что после определения минимальных соотношений каждого случая размещения

он

элементов кестносги требуется проверить их несущуи способность.

При реконструкции, связанной с увеличением высоты здания, кроме расчетной длины колонн увеличивается гакяе л расчетная нагрузка от действия ветра. Из-за увеличения высоты колонн снижается их отпорноогь, что ведет к возрастанию прогиба верха

каркаса. В результате значительно возрастаат изгибающие моменты 'в заделках кол сея. Для сохранения несущей способности рядовых колонн -з этом случае необходимо сохранить величины усилий такими же, что и бши до увеличения высоты здания.' Определив расчетом значения этех усилий, кесткостные характеристики элементов яесткости, удовлетворявшие условию сохранения несущей способно. сти рядовых кодгая определяли исходя из расчетных зависимостей (2) и (3). Резудьтатк расчетов отражены на графиках, приведенных в диссертации. Проведенные расчеты показали, что при увели-. чения высоты ко.тонн каркаса в 1,2-2 раза минимальное соотношение кесткостных характеристик элементов жесткости и рядовых колонн находится з пределах 2-11.

Лсдояьзуекая в диссертации методика расчета позволяет такге провести еаализ возмездного применения данного способа усиления, связайного со снижением несущей способности рядовых колонн каркаса зэ-за наличия дефектов и повреждений. Учитывая перераспределенЕЗ усилий между элемента},® жесткости л рядовыми колоннами, мс2но добиться снижения усилий в колоннах с пониженной несущей способность® и теги, самым повысить несущу» способность каркаса в целом. Проведенные расчеты привели к следующим вызодэм, Дредпожагаешй предельный случай ( Ми = 0) в кояок-нах каркасов, не запроектированных по связвзсй схема с оптимальной яесткостьа рядовых колонн, не достигал. Однако проведенные меро-прилтпя по ззедеякю в состав каркаса элементов гесдкосги позволяют значительно снизить изгко'аэдпе моменты з заделках колонн., что дает зозиогзтетх, е некоторых случаях ус;ш£зать не все колонны каркаса и иапользозагь колонны со енкненьой несущей способностью з дгльнеГязй эксплуатации. Предел использования таких колонн завксаг от степени гх повреждении Расчеты показал::, что

для снижения пзгибаших моментов в 4 раза требуется ввести элементы жесткости с соотношением , находящихся в пределах 4-10 в зависимости от схемы размещения элементов яесткостк. Возможно и более значительное снижение изгибающих моментов в колоннах, что осуществляется увеличением и проверяется дополнительным расчетом.

После введения в состав каркаса элементов кесткости с требуемыми характеристикаш, основным распределяющим звеном горизонтальных загрузок становится диск покрытия, в котором возникают значительные горизонтальные усилия. Диск покрытия имеет конечную несущую способность и поэтому регламентирует предельные расстояния меэду элементами жесткости. Несущую способность диска покрытия ояределяэт прочность узлов сопряжения плит и стропильных конструкций, а такие предельные горизонтальные нагрузки на : плиты. Усилия могут быть определены, исходя из расчетной схемы, разработанной в ЩййПрокзданяй и представляющей неразрезную балку нд упруго-оседаощлх опорах, однако форадлк для ргсчета должны быть видоизменены в связи с разной гесткосгъю поперечных рам. Кроме того, данная расчетная схема пе учитывает податливости узлов сопряжения плит покрытия и самих плит. Поэтому для определения усияий в уз.чах сопряжения плит и стропильные конструкций при действии горизонтальных нагрузок в пяоскостз диска покрытия в диссертации пользовались расчетной кодэлью, разработанной в НЙЖБ. Расчетная схема пластинчато егзряне^ая, в которой балки стенки имитируют плпгн покрытия, а стершзвнз элементы - стро -пильные конструкции л коло::нь;. Схема плоская, но соответствуй-щнм назначением гестаостных характеот-юпя эле^еятоз учитывается прострачстзеяннй характер ргботи плкт покрытия.

Тслдгну бнль:и-сгег"л'1 зкаквалеятко:* несгкостп нагягчвяи пз

условна равенства деформаций пространственно работаицей ребристой плиты и балки-стенки. Собственную деформатпвность плиты СЛ4 определяли пространственным расчетом плиты с использованием ВК JIKPA. Податливость шшт в своей плоскости принята при закреплении по четырем углам Спя - 3,9 •10"^ г/кН, по трем углем См -= 7,55-Ю-^ к/кН. Пои бетоне плит класса 325 эквивалентная толщина балок-стенок составляет соответственно 0,0122 м и 0,0063 м.

Нагружая схему единичной нагрузкой в предполоненли упругой работы и сравнивая полученные усилия в узлах сопрякениа с предельными, в диссертации определена несущая способность диска покрытия и предельные расстояния ыезду элементами кесткости для любого соотношения кесткости элементов кесткости я рядоькх колонн.

По этой методике была исследована работа диска покрытия в составе каркасов одноэтажных производственных зданий с размерами блоков 43 х 72 м, 48 х 108 и 48 х 144 м и высотой колонн 12 и при расположении элементов жесткости по контуру здания, по горцам здания и в виде "креста кесткости". В диссертации основной анализ выполнен по методике НШ2Б с использованием БК ЯйРА, ко одновременно расчет производился с использованием более прос-■ той к наглядной методики ЩИШромзданий, так как этот способ -имеет большее применение при проектировании. Анализ результатов показал, что усилия при расчете диска покрытия по методике ЩШШром-

Bís

здании увеличиваются до определенной величины соотношения jr^- ,

Dtt

после чего стабилизируются. При этом максимальное увеличение усилий происходит при расположении элементов несткости по торцам здания при длине блока 72 к в 9 раз, при длине блока 108 м в 10 раз и при длине блока 144 м в II раз.

При'расчете по ВК ПИРА характер изменения усилий несколько

иной и зависит от расположения элементов жесткости. При расположении элементов жесткости по торцам здания и в виде "креста жесткости" усилия несколько выше, чем при расчете по методике ЦНШ-Промзданий, так как в этой методике не учитывается податливость плит покрытия, увивающая работу диска. При расположении элементов жесткости по контуру здания усилия в диске покрытия несколько ниже, чем при расчете по методике ЦНИИПромзданий. При таком расположении элементов жесткости значительно уменьшается деформатив-ность диска покрытия, так как нагрузку воспринимают непосредственно элементы жесткости, расположенные в месте приложения нагрузки. Вследствие этого снижаются усилия в диске.покрытия.

• . - В диссертации отмечено, что при расчете по БК ЯИРА был обнаружен следующий результат: при определенном соотношении усилия в ,диске покрытия начинают снижаться. Это молено объяснить следующим образом. При работе диска покрытия в составе обычного каркаса без элементов жесткости его расчетную схему можно представить в виде неразрезной балки на упруго-оседающих опорах - вариант ЦНИИПромзданий. После введения в состав кгркаса элементов жесткости по горцам или до контуру здания схему диска покрытия можно представить в виде неразрезней балки на упруго-податливнх и жестких опорах. По мере увеличения соотяояения Ув^ влияние упруго-податливых опор на распределение усилий з диске покрытия У2,".еньшается, а кроме того, постепенно чеподекянъ'в. опоры препятствуют ке только смешения, но и повороту и таким образом превращаются в заделку. После отого происходи! постепенное снижение усилий э диске покрытия.

При расположении элементов жесткости в зуде "креста жесткости" бака на упруго-оседающих спорах превращается в балку с жесткой опорой в середине ие-за расположения здесь нескольких

- IS - x

элементов жесткости и шарнирной опорой в горце здания из-за

меньшей отпорности торцевых поперечных рам. По мере увеличения Ate

отношения элементы жесткости, находящиеся в торцевых поперечных рамах ограничивают поворот и приближаются к заделке. После этого такке происходит постепенное снижение усилий в диске покрытия. Проведенные расчеты показали, что чем больше длина блока и соответственно расстояние между элементами хесткосги.тем больие возрастают усилия в диске покрытия при введении в состав каркаса элементов жесткости. Это справедливо с точки зрения работы диска покрытия как балки на упругоподатдивых и жестких опорах. Так se от длины зависит соотношение , при котором начинается снижение усилий, в диске покрытия. При этом при большей

длине блока усилия начинают снижаться при большем соотношении Bis ätc -

Следует заметить, что при усилении, связанном с изменением горизонтальных нагрузок, кроме увеличения усилий в узлах сопряжения из-за введения элементов жесткости, усилия увеличиваются и от измененной горизонтальной нагрузки. В диссертации приведены расчеты диска покрытия при увеличении горизонтальной нагрузки в два раза. Сравнение полученных усилий с предельными показало, что для двухцролетных зданий ширшой 48 м при любом соотношении кесткостей элементов жесткости и рядовых колонн, при длине здания до 144 м усиление монет производиться введением элементов яесгкости по контуру 'здания и в виде "креста жесткости". Вводить элементы жесткости только по торцам можно при длине здания до 72 м.

В диссертации отмечено, что особенностью работы связевых каркасов одноэтажных производственных зданий является распределение усилий в элементах каркаса в зависимости от. изгибной нест-

кости рядовых колонн и элементов жесткости, а также интенсивное возрастание изгибающих моментов в элементах жесткости. При усилении элементами жесткости становятся колонны, усиленные под нагрузкой. Для оценки влияния уровня начальных усилий, действующих в колоннах каркасов одноэтажных производственных зданий, на жесткость усиленных колонн, были проведены экспериментальные исследования таких конструкций. При этом за напряженно-деформированное состояние колонн, соответствующее длительному характеру их работы, было принято состояние, соответствующее снижению иэ-гибной жесткости колонн до величия, регламентированных в СНиП 2.03.01-84 х и учитывающих длительность действия нагрузки. Всего было изготовлено три партии опытных образцов. Сечения образцов были приняты прямоугольными, с размерами сечений образцов I серии ¿ = 15 см, h = 15 см, 2 и 3 серии 6 = IS,5 см, /! ~ =«•16.5.см. Длина образцов была 200 см. Всего было изготовлено 4 образца в I серии , и по G образцов во 2 и 3 серии. В качестве рабочей арматуры в образцах всех серий приняты стержни диаметром 8 мм класса Ж, расположенное симметрично по два стержня с каждой сторонн сечения. Процент армирования образцов I серии -= 0,96$, образцов 2 и 3 серии= 0,77%. Два образца из I серии, и по 4 из 2 и 3 серии была усилены железобетонными обоймами. Усиление образцов пролаз одул и попарно - под действием нагрузки (образцы с индексом УСН) и без нагрузки (образцы с индексом УШ). Толшпна обоймы для образцов I серии была принята Ó = 4 см, для образцов 2 и 3 серии S = 5,25 см. Армирование обоймы усиления производгля стергаямп диаметром 8 мм класса Ш, расположенных симметрично по два егерям с каждой стороны. Испытания образ- ' цоз производили на'установка, запроектированной в КТБ НКК2Б созкзстно с лабораторией К 2 HMFS, Установка позволяет прово-

дигь испытания образцов при переменной во времени продольной нагрузке и знакопеременных горизонтальных нагрузках как в кратковременном, так и длительном режимах.

Бри испытаниях образцов замерялись прогибы, средние относительные деформации бетона на гранях образцов и средние деформации арматуры. По результатам показаний приборов были вычислены опытные значения кесткости сечений по величине изгибавшего момента и соответствующих кривизн, которые определялись делением разности средних деформаций на гранях образцов, на высоту сечения.

Из кадцой серии предварительно были испытаны по два эталонных образца для определения разрушающей нагрузки Ми . Величина ' Яи в дальнейшем использовалась при установке уровня предварительной нагрузки. На первых этапах испытаний в сечении образцов, которые впоследствии усиливали, имитировали напрякенно-деформированное состояние, соответствующее длительному действию эксплуатационных нагрузок. В образце К1УСН из первой серии уровень предварительной нагрузки составил = 0,45 Жг и поддерживался с помощью специальных гаек на установке для испытаний, в течение 100 суток. Длительная нагрузка в'.образцах 2 и 3 серий имитировалась с помощью циклического приложения продольной нагрузки. Загрукение циклической нагрузкой прекращалось после того, как деформации бетона образца стабилизировались. Уровень предварительной нагрузки образцов 2 серии составил для образца"К2УСК1 ^ = 0,65 А'и , для образца К2УСН2 - ¿'с/ - 0,8 Уц .В образцах 3 серии уровень предварительной нагрузки составил для образца КЗУСН1 - Ма' = 0,5^ , для- образца КЗУСН2 - № = 0,7Ми . Полученные в диссертации результаты свидетельствуют, что ласт-кость образцов при действии длительных продольных нагрузок снижается в 2,£2-2,72 раза, что соответствует расчетным предпосыл-

кам исследований. Хорошее совпадение опытных значений жесткостей с теоретическими позволили считать эти теоретические значения для усиленных образцов критерием для оценки влияния изучаемого фактора на жесткость усиленных образцов.

После того, как характер начальных усилий в образцах пришел в соответствие с условиями длительной работы колонн, образцы были усилены железобетонными обоймгми. Одновременно с этими образцам были изготовлены образцы-близнецы, усиленные без действия предварительной нагрузки. После набора бетоном усиления проектной прочности образцы I и 2 серии были разрушены поперечной нагрузкой, приложенной в середине образца. При такой схеме испытаний сечение в середине образца только перемещается, но не поворачивается (в силу симметрии образца и прикладываемой нагрузки), что равносильно наличию в этом месте смещающейся заделки. Образцы 3 серии, усиленные под нагрузкой, после набора бетоном усиления проектной прочности, догружались продольной нагрузкой до уровня ^ = 0и затем разрушались поперечной нагрузкой. Их близнецы, усилению без нагрузки, сначала нагружались продольной нагрузкой до величины ^ = 0,9М/ л такяе разрушались поперечной нагрузкой.

Трещины образовывались в средней части образцов. Ширина их раскрытия достигала 0,4 мм. При оценке трециностойкости усиленных образцов в диссертации был проведен анализ зависимости нагрузки, яри которой образовывались трещины, от уровня предварительной нагрузки. Анализ показал, что трещиностойкость образцов, усиленных под нагрузкой, несколько выие, чем у образцов, усиленных без нагрузки. На характер трещшообразования повлияли начальные напряжения в ядре образцов, усиленных под нагрузкой, так каз; деформации растяжения, возникавшие при действии попереч-

ной нагрузки, частично компенсируются деформациями сжатия в ядре колонны, что повышает трещкностойкость образцов, усиленных под нагрузкой. Однако повышение трешностойкосги образцов, усиленных под нагрузкой, наблюдается до уровня предварительной нагрузки Mtf*0,7J/u , после чего трещиностойкость стабилизируется.

Кесткости усиленных образцов анализировались при трех уровнях нагрузки - при эксплуатационных нагрузках ( » ),

при нагрузках, близких к предельным, к при разрушающих нагрузках. Анализ, проведенный в диссертация показал, что характер изменения жесткости сечений усиленных образцов I серии различается несущественно. Низкий уровень предварительной нагрузки в образцах этой серки (D,4J/# ) при усилении образца Н1УСН незначительно влияет на кесткость сечений усиленных образцов.

Жесткость, соответствующая предельному моменту в сечении соста-

ле*р 7 о

вила для образца K3JCH - да = 2,02-10 кН-см', для образца

К1УШ - = 2,08-Ю7 кН-сл?.

В образцах второй серии вяияние начальных напряжений на кесткость сечений усиленных колонн более заметно. В образцах первой группы 2 серии СК2УСН1 иК2УЫ1), характер изменения жесткости почти одинаков. Однако ъ стадии, предшествующей разрушению, жесткость образца К2УCHI. усиленного под нагрузкой, снижается более интенсивно. Жесткость, соответствующая предеяь-

Uf п

ному комеиту, составила дня. образца '.К2УСН1 - Ёи =2,32 «10 кН-с ■ для К2УВЕ1 ~6и - 3,04*107 кН-см2. Б образцах второй хруппы 2 серии характер изменения жесткости усиленных образцов различается более заметно. Зто связано с более высоким уровнем предварительной нагрузки (0,8~ti' ) по сравнению с уровнем нагрузки образцов первой группы (0,65 Л/ц ). Вообще, при увеличении про-

дольной нагрузки жесткость колонн, усиленных без нагрузки, с пинается менее интенсивно. Это подтверждается сравнением в диссертации жесткостей сечения образцов К2ЛЗН1 и К2УБН2. Они составлю 7 2 л 7 ляюг соотаетсгвенно Ви = 3,04*10 кН»см и ои = 3,30*10'

кН*с\^. Однако высокий уровень предварительной нагрузки, действующей на колонну до ее усилении, сникает жесткость сечений усиленной под нагрузкой колонны. Жесткость образца К2УСН2, усилен-

й) о о

ного при нагрузке 0,8 Ми составила Ви = 2,20*10' кН*сиг. Это связано со значительным снижением модуля упругости ядра усиленной колонны з результате действия длительных нагрузок до усиления.

В образцах 3 серии особенностью испытаний было то, что образцы, усиленные над нагрузкой, после усиления догружались продольной силой до уровня 0,9 Ми . Образец КЗТОП. усиливался при нагрузке 0,5 Ми . Жесткость сечений, соответствующая предельному значению момента в сечении усиленной колонны составили

для образца К^СШ - = 5,03-Ю7 кН-а/, для образца

.схр 7 2

К37Ш1 - Вц = 5,11*10' кК-смг.- В образцах второй группы 3 серии (предварительная нагрузка для образца КЗУШ2 составила 0,7Ми ) жесткость сечения образца КЗУСН2 снижалась более интенсивно, чем КЗУШ2 . Это подтверждает кастор влияния предварительной нагрузки на жесткость сечений усиленных образцов.

Анализ для нагрузок, близких к эксплуатационным, а также при нагрузках, близких к предельным, в диссертация проводился с помощью зависимости отношения лйсткостей образцов, усиленных под нагрузкой, к жесткости образцов, усиленных без нагрузки, от уровня предварительной нагрузки. По результатам проведенного в диссертации анализа был сделан вывод о том, что при работе усиленной под нагрузкой колскны в составе каркаса жесткость-ее моя-

но определять как у колонны, усиленной без нагрузки, с учетом поправочного коэффициента 0,85.

Проведенные экспериментальные исследования показали также некоторое снсженке несущей способности образцов, усиленных под нагрузкой. В диссертации сделан вывод, что расчет прочности образцов, усиленных железобетонными обоймаш под нагрузкой .при разрушении их поперечной нагрузкой можно производить как образцов, усиленных без нагрузки с введением поправочного коэффициента 0,95.

В пятой главе диссертации приведены примеры практической реализации результатов исследований.

В.Ы В О Д Ы

1. ПроЕедекные исследования показали, что принцип формирования каркаса одноэтажного производственного здания,по сзязевой схеме с элементами жесткости мовет быть применен при усилении существующих каркасов. Данное решение позволяет уменьшать трудоемкость работ по усилению, а также ведет к экономии бетона и арматуры.

2. Данный способ усиления каркасов одноэтажных производственных зданий применим при увеличении вертикальных и горизонтальных нагрузок, при увеличении высоты колонн здания, а также' для снижения усилий в конструкциях, имеющих дефекты и пэврежде-.

ния.

3. Степень снижения усилий на рядовые колонны и фундаменты зависит от соотношения эквивалентных жесткостей элементов жесткости и рядовых колонн. £есткостные характеристики элементов жесткости определяется расчетом согласно приведенной в диссертации методике и зависят з каждом случае от вида увеличивав-

щихся нагрузок и схемы размещения элементов жесткости.

4. Возможность осуществления усиления введением элементов жесткости определяется несущей способностью диска покрытия. Для расчетов диска покрытия может быть использована расчетная схема, приведенная в диссертации.

5. При соответствии конструкций плит покрытия и узлов их сопряжений со стропильными конструкциями существующим требованиям, предельная длина здания, при которой можно проводить усиление с помощьа введения элементов жесткости, в общем случае устанавливается расчетом. Для двухцролетных зданий шириной 48 м при любом соотношении аесткосгей рядовых колош и элементов жесткости при длине здания до 144 м усиление может производиться введением элементов жесткости по контуру здания и в виде "креста жесткости"; вводить элементы жесткости только по торцам можно при длине здания до 72 ы.

6. Наиболее простым способом создания'элементов жесткости при усилении каркасов одноэтажных производственных зданий является устройство железобетонных обойм.

7. Проведенные исследования показали, что создание'злемен-, тов жесткости путем устройства обойм можно производить без разгрузки усиливаемых колонн.

8. При усилении обоймой под нагрузкой жесткость усиленной колонны может определяться по Формулам норм проектирования как колонны усиленной без нагрузки, но с введением коэффициента условия работы 0,85.

9. Расчет прочности колонн, усиленных железобетонными обоймами под. нагрузкой можно производить по Формулам норм проектирования как колонн усиленных без нагрузки, но с введением козфйщпента условия работы 0,95.

Основные пояснения диссертационной работы опубликованы в следующих печатных работах:

1. Веремеенко 0.83. Определение жесгкостных. характеристик элементов жесткости при усилении железобетонных каркасов одно-этанных производственных зданий за счет введения связей по торцам //Способы и методы усиления строительных конструкций на реконструируемых предприятиях. Тезисы научно-производственного семинара. - Луганск, 1990. - С.11-15.

2. Веремеепко О Л). Определение несущей способности диска покрытия при усилении каркасов одноэтажных производственных зданий взедением элементов жесткости //Способы и метода усиления строительных конструкций на реконструируемых предприятиях. Тезиоы научно-производственного семинара. - Луганск, 1990. -С. 8-11.

3. Веремеенк о О.Ю. Усиление наркасов одноэтажных производственных зданий введением элементов жесткости /'Материалы ЮШ1 Международной конференции в области бетона и железобетона (16-23 мая 1991 г.). Волго-Балт-91. - М.: Стройиздат, 1991. -С .243-244. .