автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Усовершенствование и обеспечение сейсмостойкости монолитных железобетонных каркасных жилых зданий SR-LA

«в

^^анстТ'Л'сгип высшего образования и науки гг:спуплтпс]I лрмгппя

ереванский архитектурно строитемьим и

ИНСТИТУТ

На правах рукописи УДК 621 075.2.1 012.3.5

АРЗУМАИИН ХОРЕИ АКОИОПИЧ

Гражданин САР, »спирант

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ и ОПЕСПЕЧРПИЕ С Г. IIСМОСТО'ПКОСТ11 М01 ЮЛ И П1 их КЕЛЕЗОПЕТОИПЫХ КАРКАСНЫХ ЖИЛЫХ 3,11 Л И11

ЯК-ЕА

05.23.01 Строительные конструкции, здания п сооружении

А II Т О Р и Ф Е I» А Т

диссертации пи соискишисученой апепсии кандидата технических наук

Грс-нап 1993

Рабога пыполпена па кафедре «Железобетонные, каменные koiici рукцин п ссисмос1оикоешсооруженм|'ь> iípcnancKoio архитекчурпо-ароптельиого института.

¡ layMiii.iii руководитель - члсн-корреспопдснг Al 1/\11, доктор

технических наук, профессор lj.K.Kapanemu

(>ф|щпл 'н.ные оппоненты - доктор технических паук,

профессор Р.С. Мииасян

кандидат технических наук/ доцен г Ж.Н.Захаряи

Псдущня организация - Ш1ЭКТИ

а / (/—

З.нцта Д1П.ССРК1Ц1И1 сиснмпи «¡-г?.....» топи 1993 г. и ...... часор

II.i laurnainm ип.'циалилч'овашюг) Concia К.055.05.01 н Прсманском лрхи-| с i. i s |1мч с- ]ч>и i CjibuoN" инишуте но адресу: 375009, Ирспаи-9, ул. 11. |i;ma, 105

С дисссртацисм можно о:шаком пъся и библиотеке ниеппута

Auio|4.'i|n'|Mi ра.юсдан « AL. .» мая 1993 г.

Учет.(¡i секретарь ciH:ii.iia;i:i3ii[4iiiaiiiioro Concia канд. техн. наук, доцент

С.Г.Ионнисян

ОПТЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность ¡шСмты. Строительство железобетонных каркасных зданий получило широкое распрастранение, особенно, и сейсмических районах. Эго обуслоплено тем, что каркасные здания выдерживают сильные землетрясения без появления п них сушестпенных попреждеши"!,. Сказанное и наибольшей степени касается монолитных железобетонных каркасных зданий. И каркасных зданиях наиболее подверженными разрушению являются колонны и ригеля ц их соединения - узлы сопряжения. Поэтому требуется проверка каркаса (колонн и ригелей) и его уздой на сейсмические воздействия. Исходя из этого, возникла необходимоеи> рассчитать исследуемое монолитное каркасное жилое здание нц сейсмическое воздействие, интенсивностью 7 баллон для выявления их сейсмостойкости, поскольку эти здандя были спроектированы и возведены без учета сейсмической нагрузки.

Актуальность работы заключается в том, что показана возможности проектирования и строительства рассматриваемых здании и в случае сейсмических воздействий, а также даны пути их конструктивиста

говершенствования.

!

Цель работы. Изучение проектируемых и строящихся в САР моно,-Н1ТНЫХ железобетонных каркасных жилых зданий ЯЬМ.А, путем расчета и :онструнровання, для обоснования их сейсмостойкости и улучшения конструктивных решений.

Научная новизна работы заключается в том, что нами впервые в С Л !>' ассмотрены: сейсмические условия территории, предложено принять сей-мичность г.Латтакня н окружающей ее территории равной 7-ми баллам, сушествлен расчет наиболее распрастранениого монолитного железибе-01Ш01-1') каркасного жилого здания 8К-1А на сейсмические воздействия;

р.ираГчнана усгапопка для пропело**» экспериментального изучения уз-лоп (>;к см.»1 решаемого здания; обобщены результаты экспериментов идпны мнн.ретые рекомендации .по комсфуктнпному усопершсиствовапию зда-

11114.

Л/чи'шнчсскам (ц'ншм'нн- рампы. Показана возможность ла.п.чсГнис-Н1 прое». шронанн» п строительства зданий БЯ-ЬА при возможном гп'к'ми'ич'ком иозденс гнни интенсивностью 7 баллов.

< >Г<н'.ч рш\>ты. Диссертации состоит из введении, шести глав, общих (и.1т>;|<||1 и предложении, сноска пенользованнон «сратурм наименовании. Она «пложена на 115 страницах текста, содержит 8 таблиц, 53

рисункл.

ос1Ю1ШОЕсоАГ1РЖлпт:[»лг»оты

Ннедепие посвящено предмету исследования - моношнному жо.-iem-бетонпому каркасному жилому зданию SR-1A, получившему широкое внедрение в строигельсгне Сирийской Арабской Республики и, особенно, в г.Латтакия. Указывается на то, что » Сирии » прошлом происходили разрушительные землетрясения, однако территория Сирийской Арабской Республики не была отнесена к сейсмоактивным районам. На основании анализа сейсмических условий предлагается при проектировании и строительстве зданий и сооружений « Сирин, учптипать также сейсмичен не воздействия.

Указывается, что исходя из этого, проведенное исследование осуществлено с целыо совершенствования конструктивных решений и обеспечения сейсмостойкости зданий S1Î-LA, принимая сейсмичность территории г.Лаг-такия равной 7 баллам.

15 первой главе работы сделан обстоятельный анализ конпруктшшых схем многоэтажных железобетонных каркасных зданий. Рассмофсни каркасные здания рамной, рамно-связевой и связевой конструктивных схем -в основном с точки зрения их пространственной жесткости и сопротивляемости сейсмическим воздействиям. Дано подробное опт.шпе наиболее распространенных в строительстве несущих конструкций элем".:и6тт и узлов как сборных, так и монолитных железобетонных каркасом. Сопоставлены каркасные здания, спроектированные из сборных железобетонных элементов с каркасными зданиями из монолитного железобетона, с целью выявления наиболее эффективных решений каркасов с точки зрения их сейсмостойкости.

Приведены данные о поведении каркасных зданий при сп и.пых з> м-летрясениях в бывших республиках СССР, США, Японии и друшх странах. Показано, что правильно спроектированные и качественно осуществленные каркасные здания достаточно сейсмостойки. 11а основании сопоставления железобетонных монолитных каркасов со сборными карка-

сами огмечаекя большая пространственная жесткость монолитных желе-зобе тнпых каркасом, что является их преимуществом по сравнению с каркасами «и сборных железобетонных конструкции с точки зрения ссйс-

МОС ГОЙКОС1 II.

lia основании проведенного анализа доказывается обоснованность проектирования и строительства монолитных железобетонных каркаслых зааипп рамной конструктивной схемы л районах с расчетной сейсмично-сл.ю 7 баллов. Указывается, что именно эти здания имеют большое pai мраор тепие в Сирийской Арабской Республике, которые и являются предмеюм исследования настоящей диссертационной работы.

Нюрая глава работы посвящена описанию строящихся в Сирийской Арабской Гесиублике зданий и приводятся конструктивные особенности

Рис. 1

План расположения р;'м с маркировкой колонн и ригелей

Г)

исследуемою семиэтажного монолитного железобетонной! каранною :кнЮ1Х1 здании системы КГМ.А, проектируемого и и большом обьеме (и ) те ивлиемого н Сирийской Арабской Республике, н основном, г.Л.и гакин.

Здание рамной конструктииной схемы как в поперечном, ык и и про дольном направлениях в плане имеет прямоугольное очсрмние с размерами I 2x26 м.

Основной особенностью каркаса исследуемого здания является своеобразное расположение колонн прямоугольного сечения, одна часы, мнорич (с большим моментом инерции сечения) расположена к пот-речном направлении здании, дрз гая часть - н продольном. Другой особенностью здания является большая разница и размерах поперечных сечений колонн по высоте, меняющихся от 25x120 см на первом этаже до 20x10 см на верхнем этаже, неодинаковы также сечения колонн, расположенных по разным кям здания.

Если с точки зрения сейсмостойкости здания первое из вышеуказанных обстоятельств в обшем можно считать положительным, имея » виду мпномерноаь распределения жееткостен в поперечном и продольном на-фавлениях здания, то второе - в большинстве случаев нежелательно, т.к. ню приводит к большой разнице поэтажных жест костей.

Колонны здания опираются на монолитные железобетонные огдель-иле фундаменты. Ригеля рам прямоугольного сечения (размерами 30x50 м) расположены как в поперечном, так п продольном направлениях злаки. Сами перекрытия здания монолитные часторебристые, пысогой ечення 25 см. Для создания гладкого потолка между железобетонными ре-рами шириной 1 1 -19 см расположены легкие пустотелые бетонные блоки, 'олщина монолитной железобетонной плиты 7 см. Перекрытия в своих лоскостях имеют достаточную жесткость для восприятия и распределения )ризонтальпых сейсмических воздействий на вершкальные несушке коп-рукции. Наружные стены здания навесные, осуществленные .13 :п:обетонши-х пустотелых блоков, опирающихся на перекрытия.

Армирование всех конирукцнй осуществлено вязанными сетками и ►.аренами, соблюдая требования строительных норм Сирийской Арабской Республики.

II треп.сп главе работы вкратце изложены основные положения расчета железобетонных конструкций, разработанные в бывшем СССР (СМиП 2.0.1.01 81, СПиМ 2.01.07-85, СНнП 11-7-81 н др.) и п Сирийской Араби.он Республике.

Указывается на то, что еще в 1950-ые толы в бывшем СССР перешли к расчету строительных конструкций (в первую очередь железобетонных) по новому, передов»":., „ <;юду - расчету по предельным состояниям, а в ряде арабе...¡х стран (в том числе Сирийской Арабской Республике) к анало! пчному методу перешлк в 1977 году, принимая единые нормативные положения - "арабский код", при этом одновременно сохраняя для расчета железобетонных конструкций и метод допускаемых напряжений. По "арабскому коду" основы метода расчета по существу те же самые, что по предельным состояниям, принятые м бывшем СССР.

Преимущества и недостатки методов расчета по предельному состоянию и по допускаемым напряжениям общеизвестны. Значительная разница имеется в основных положениях и правилах по определению и учету постоянных и временных нагрузок и воздействий, а также их сочетании.

Что касается норм проектирования и строительства в сейсмических районах, то таковых в Сирийской Арабской Республике не было. В сирийских нормативных документах указывалось, что при надобности расчета на сейсмическое воздействие можно пользоваться нормами развитых зарубежных праи. Расчет исследуемого здания системы 5К-1.А в Сирийской Арабской Республике произведен по методу допускаемых напряжений без уче1а сейсмического воздействия.

О

Четвертая глава рабсил посвящена 1133чсршю сейсмических условий территории Сирийской Арабской Республики, расположенном в заналноГ! Азии у побережья Средиземною Западная часть этой территории, где находятся большие юрода Сирии: Дамаск, Алеппо, Хомс, Хамам 11 Латтл-кпя, известна как зона Сирийских разломов и имеет высокую сейсмичность. И связи с этим, приводится краткое описание разрушительных землетрясений, происшедших п Сирии в проймем, где указывается, ■по н результате эгпх землетрясении имели место достигающие больших размеров разрушения, которые приводили к многочисленным человеческим жертвам. Отмечается, что несмотря на это, территория Сирийском

Рис. 2

Карта Сирийской Арабской Республики

Арабском Республики не была оiнесена к сеисмоакшиной области и нре проектировании и строительстве здании и сооружении сейсмические воздействия не учитывались.

Начиная с 1093 г. в САР, в соответствии с новыми норнами, начали учии.шать сейсмические воздействии, и как первый шаг, при проектировании ответственных сооружении, высотой выше 6 ли лажей.

Исходя из того, что территории Сирии, как и терригорня Армении, вводит и одну н ту же Средиземноморско-Трапсазнагскую главную сейс-. мнческую зону, приводятся результаты проведенных П.К.Карапепш исследований с нельм определения сейсмических условий, уссшоилсшш сейсмичности Армении н нх использования для территории Сирии.

Л л я Латтакии расчетная сейсмичность нами принимается равной 7 баллам и исследуемое SR-1A здание рассчитывается и на сейсмическое воздействие.

11 пятой главе работы приведены расчетные схемы и результаты расчета монолитного железобетонного каркаса здания системы SR-I.A на особое сочетание нагрузок с учетом горизонтальных сейсмических воздействий но нормам проектирования, действующим в Армении.

Здание рассчитано по программе "ЛИРА - СМ ШШАСС". Расчетная сейсмичность здания принята 7 'аллов. При расчете исходили из проектных размеров конструкций осуществленных зданий. Прочностные характеристики материалов, нагрузки, коэффициенты надежности, сочетаний и др. данные, необходимые для расчета, приняты по соотве тствующий строительным нормам бывшего СССР, с частичным учетом некоторых требований норм САР. !

Указанный расчет проведен с целью выявления способности зданий системы SR-LA воспринимать сейсмические воздействия 7-ми бального землетрясения. При 1)том рассмотрены случаи расчетного сейсмического воздействия II и III категории повторяемости, возможного изменения коэффициента, учитывающего затухание колебаний в пределах 1.0 - 1.12 и

облегчения 'веса перекрытия на 20%, за счет уменьшения толщины слоев. Полученные .результаты показывают, что при всех рассмотренных случаях требуется некоторое усиление каркаса, в основном ригелей.

На основании анализа полученных результатов даны предложения по усилению элементов и узлов каркаса. Выяснено, что железобетонный каркас исследуемого здания системы БЯ-ЬА при частичном усилении, которое не связано с опалубочными размерами конструкций и технологий их возведения, вполне может воспринимать горизонтальную сейсмическую нагрузку от Т-ми бального землетрясения. Усилению в основном подлежат прпопорные участки ригелей поперечных рам первых четырех этажей здания. В связи с этим предлагается:

- арматуру 3014, расположенную в верхней зоне приог.орных участков ригелей в! но осям ДВ и СО рамы С-1 заменить стержнями 3016, а в ригелях Сз, расположенных по оси ВС, арматуру 3016 заменить арматурой 3022;

- арматуру 3016, расположенную в верхней зоне прпопорных участков ригелей Сз по оси ВС рамы С-2, заменить стержнями 3018, а в ригелях Зь расположенных по оси ОС, арматуру 3014 заменить арматурой 3016.

- арматуру 3014, расположенную в верхней зоне приопор! ых участив ригелей по-осям АВ и ОС рамы С-3, заменить стержнями 3016. а в я гелях вз, расположенных по оси ВС. арматуру 3016 заменить арматурой 3018.

Кроме указанного, исходя из конструктивных соображений, рекомен-уется увеличить поперечную арматуру колонн и ригелей ла участках линою 1.511, примыкающих к узлам, я также сами узлы рам.

Шестая глава работы посвящена усовершенствованна» конструкций :следуемого здания системы !>Й-ЬЛ.

Для выявления действительной работы жестки4' рамных узлов иссле-/смого злшия при горизонтальных сейсмических воздействиях была ставлена программа экспериментальной' исследования, разработана и

I 1

ТП-. !

ш

у*

о________

>чсл 3 —

-Ш.

___II;

I 1|»о-ю . I!

I

-П

г

Ч'Л !

ш

-ил-: =>

• 1I

г-г

I I 1! •

1 -

«пд 1-1

I

I •

с

т ;

„|.. | „Ы

Разрез 2-2

г.

} ,г'г

I: "А\1

Нил 3 -3

1.Ш

I!

7о«

~ Т~ узел 4_

'И

'л*! • _ Т

МО

V

■ V • 1--

(2<л _ I .

*-

' " . Рис, 3 !

:' '""„.' Разработанная установка для испытания жестких узлов

1 о

гконструнрована ор'лгинальнля испытательная установка. Рассмотревшей гакже резулзтатыа аналогичных экспериментальных работ, осуществленных в ЛМ11ЖГ» п ЛрмННМСС.

На основании анализа, приеденных работ уточнено и усовершенствовано армирование рамных узлов исследуемого здания, имея п виду, что при шмамнческом воздействии неоднократно повторяющихся знакопеременных усилий (нагрузка типа сейсмических) разрушение железобетонных кестких рамт.ых узлов в основном происходит вследствие исчерпания (рочности бетона на сжатие. Даются практические рекомендации по армированию узлов проектируемых здании SR-LA с учетом сейсмических юздеиствпп.

В этой же главе разработан вариант усиления каркаса с помощью крестообразных гибких связен в виде затяжек из арматурных стержней, неположенных в плоскостях рам и закрепленных к колоннам сварными оедпненпямп. При наличии таких связей отпадает необходимость усиле-п!я ригелей рам, так как они, перераспределяя усилия, возникающие от оризонтальных сейсмических воздействии, разгружают последние.

Рассмотрен тг.кже вопрос соединения перегородок с несущими конст-»укцнями, не оказывающего какого-либо нлинния на жесткость каркаса.

СНЖЩЕ НЫПОДЬШ 111» ЕДЛ О Ж Е1111Я

Обобщая результаты проделанной работы, можно сделать следующие выводи:

1. Проектирование и строительство многоэтажных каркасных зданий из монолитного железобетона в Сирийской Арабской Республике обосновано по конструктивным, экономическим, технологическим, архитектурным и другим соображениям.

2. Территория САР не была отнесена к сепсмоактшщым зонам. Однако она, особенно ее западная часть, в прежние времена подвергалась сильным землетрясениям, «следствие которых происходили большие разрушения, поэтому необходимо провести специальные исследования территории САР для выявления ее сейсмоактивности а закономерностей происхождения землетрясений с ц»лыо составления карты сейсморайопи-роваиия. До проведения таких работ необходимо иметь хотя бы предварительные данные о сейсмичности территории САР. Предлагается сейсмичность территории г.Латтакия и окружающей ее территории принять 7 баллов.

3. Здания, строящиеся па сейсмоактивной территории САР; следует рассчитывать на действие кроме основного сочетания нагрузок, также на особог сочетание нагрузок с учетом сейсмического ЕоздеГствия. "¡Гак как в настоящее время в САР пет норм проектирования в сейсмических районах, считаем целесообразным при проектировании и строительстве зданий на сейсмоактивных территориях временно (до соответствующих /сирийских строительных норм) пользоваться действующими нормами проектирования - СНиП 11-7-81, с у четом местных условий. ^

4. Сопоставления конструктивных решений спроектированных и построенных в САР' каркасных зданий системы 5К-1А без учета сейсмических воздействий с расчетными данными, полученными в работе с учетом сейсмических воздействий по СНиП 11-7-81, показывают, что:

а) Сечения верхней растянутой арматуры приопорных участков ригелей в! и вз рам С-1, С-2, С-3 на первых четырех этажах не 14

удовлетворяют требования расчета с учетом сейсмических воздействии, следовательно, эти участки необходимо уенлн и», арматура, расположенная ч приопорных сечениях ригелей остальных этажей, а также в пролетных сечениях всех ригелей, удовлетворяет требованиям сейсмического расчета;

б) Продольная п поперечная арматура, расположенная во всех стоиках рам О-1, Ь-2, С-3 удовлетворяет требованиям сейсмическою расчета.

Для обеспечения прочности и сейсмостойкости исследуемо!« монолитного железобетонного каркасного здания системы по резулыатам проведенной работы предлагаются следующие мероприятия:

1. Ригели рам на первых четырех этажах каркаса усилить, увеличив сечение арматуры верхних зон их приопорных участков в среднем на 45%

2. Па основании результатов экспериментальных исследовании и но конструктивным соображениям необходимо:

а) ипогм. сконструировать все нриузловые участки рам каркаса. С целью повышения прочности участков ригелей и колонн, примыкающих к узлам рам на расстоянии, равным 1.511, армировать замкнутой поперечной арматурой шагом не более, чем 100 мм;

б) узлы рам армировать замкнутой поперечной арматурой шагом 70... 100 мм, диаметром 8 мм, имея в виду, что жесткие узлы рам находится в сложном нанряжепо-деформировапном состоянии;

в) верхние растянутые стержни приопорных участков ригелей, прп-м икающие к крайним колонам (узлам), продолжить и углубить и колонну не менее, чем на величину длины анкеровки эт их стержней.

Как вариант усиления каркаса прсд/агастся, не изменяя существующую по проекту рабочую арматуру ригелей, в плоскости поперечны,; рам расположи н> гибкие (в виде затяжек) крестовидные связи, которые мри сейсмических воздействиях буду г ра:н ружа п. основные тссущне кенеч рук-ции.

4. Осуществить предложенным в работ: способом наложное соединение перегородок с несущими конструкциями. у'