44. Проверка прочности жбк при обжатии, транспортировании и монтаже
Элементы сборных конструкций при подъеме, транспортировании и монтаже испытывают нагрузку от веса, при этом расчетные схемы элементов могут существенно отличаться от расчетных схем в проектном положении. Сечение элементов, запроектированное на восприятие усилий в проектном положении, в процессе транспортирования и монтажа может оказаться недостаточным. Железобетонные конструкции должны обладать необходимой прочностью при расчете на усилия, возникающие при подъеме элементов, укладке и самом транспортировании. Прочность бетона транспортируемых элементов должна быть не менее 70% проектной прочности, но не ниже прочности, требуемой при монтаже.
Нормами допускается снижать коэффициент динамичности и принимать не менее чем 1,25, если это подтверждено опытом применения таких конструкций.
Наиболее характерным примером элемента сборной конструкции, расчетная схема которого при транспортировании и монтаже существенно отличается от расчетной схемы в проектном положении, будет колонна. В этом примере колонна испытывает изгиб вместо сжатия, меняются положение сжатой зоны сечения, положение сжатой и растянутой арматуры. Чтобы получить более благоприятную расчетную схему колонны на монтаже, целесообразно переместить монтажные петли от концов к середине, тогда при подъеме колонна работает как однопролетная балка с консолями и изгибающие моменты, возникающие на монтаже, уменьшаются.
Элементы с сечениями значительной высоты и относительно малой ширины (высокие балки, фермы, стеновые панели и т. п.) транспортируют обычно в рабочем положении — на ребро, поскольку их несущая способность в горизонтальном положении мала и перечисленные меры по изменению расчетной схемы на монтаже не эффективны.
При проектировании железобетонных конструкций необходимо предусматривать конструктивные меры, чтобы обеспечить устойчивость отдельных элементов и всего здания в процессе монтажа, а также и другие требования охраны труда. При проектировании сборных железобетонных конструкций необходимо помимо класса бетона устанавливать отпускную прочность элементов заводского изготовления, т. е. кубиковую прочность бетона, при которой допускается транспортирование и монтаж элементов.
Вопрос 45 и 48
Связи. В сборных железобетонных каркасах рамно-связевой системы многоэтажных зданий колонны и ригели перекрытий образуют рЯд поперечных рам, обеспечивающих пространственную жесткость каркаса в поперечном направлении. Жесткость узлов сопряжения ригелей с колоннами достигается сваркой закладных деталей регилей и консолей колонн, а также сваркой выпусков верхней арматуры ригелей со стержнями, пропущенными сквозь тело колонны. Зазоры между колоннами и торцами ригелей заполняют бетоном.
В случае действия больших опорных моментов и при необходимости повышения жесткости узла сопряжения ригеля с колонной целесообразно выполнить соединение верхнего пояса с колонной на сварке.
Узел сопряжения ригеля с колонной.
Традиционным решением узла, общепринятым в каркасах промышленных и гражданских зданий, служит опирание ригеля на выступающую консоль. Однако такая конструкция узла мало приемлема в гражданских сооружениях с эстетической точки зрения, так как при этом значительно ухудшаются интерьеры помещений.
В отличие от традиционного типа узла в унифицированном каркасе сопряжение ригеля с колонной решено со "скрытой консолью" (рис. 10.11, а). В узле осуществляется защемление ригеля в колонне, что значительно облегчает конструкцию ригеля. Горизонтальные составляющие опорного момента в узле передаются (рис. 10.11, б): верхняя- через стальную накладку, привариваемую фланговыми швами к закладным деталям ригеля и швом встык к закладной детали колонны; нижняя - на консоль через горизонтальные фланговые швы, соединяющие закладные детали ригеля и консоли колонны. Перерезывающая сила в узле передается на колонну через консоль. Консоль рассчитана на восприятие вертикальной нагрузки, равной 20 Т.
Стремление всемерно снизить высоту консоли (чтобы сохранить высоту наиболее напряженной опорной части ригеля) потребовало значительного насыщения ее арматурой (см. рис. 10.2). Однако это не привело ни к ощутимому увеличению расхода стали на каркас, ни к заметному усложнению изготовления. Испытания показали высокую несущую способность консоли: максимально допустимая ширина раскрытия трещин 0,3 мм была достигнута при нагрузке 90 Т; максимальная величина прогиба консоли к концу испытания равнялась 3-3,5 мм ('/so-743 вылета консоли).
При значительной нагрузке на ригель, например 7,5 Т/пог.м, учет полного защемления ригеля в колонне приводит к значительному усложнению конструкции опорного узла, который практически сложно выполнить в сборном железобетоне. Поэтому наиболее рационально выполнение узла не с полным, а с частичным защемлением.
Связевая система каркаса исключает необходимость устройства рамных узлов в сопряжении ригелей с колоннами для обеспечения прочности и устойчивости здания в целом. Поэтому степень защемления ригеля в колонне может варьироваться в любых пределах - от шарнирного опирания до полной заделки и может быть назначена по соображениям: экономии материалов в ригеле и колонне; возможного уменьшения объема заводской и монтажной сварки; обоснованной необходимости работы системы как рамной в процессе монтажа в случае отставания на 3-4 этажа замоно-личивания каркаса; лучшего конструктивного решения узла соединения ригеля с колонной.
В расчете учитывается текучесть верхней металлической накладки, наступающая после того, когда действующие в ней усилия превысят заданный расчетный момент. Это позволяет принимать частичное защемление ригеля.
Исходя из конструктивных соображений и расчета на монтажные усилия, опорный момент принят равным 5,4 Т-м (при расчете рамы по упругой стадии величина опорного момента составляет 17 Т-м). Полученное решение оказалось наиболее экономичным как по расходу металла, так и по объему сварных соединений.
Рост расхода металла при увеличении опорного момента проявляется, главным образом, в весе закладных деталей в ригелях и в колонне, в весе монтажных накладок и в усилении продольной арматуры колонны для восприятия опорного момента ригеля. Узлы с полным защемлением ригелей оказываются весьма сложными, неконструктивными и трудоемкими: объем монтажных швов в 3,5 раза больше, чем в узле с частичным защемлением.
Разработаны два основных конструктивных варианта узла (см. рис. 10.11,би в). Увеличение плеча внутренней пары в варианте узла на рис. 10.11, в решено неудачно. Приварка стальных клиньев или стержней в зазоре между торцами ригеля и консоли колонны, вследствие необходимости подбора диаметра стержней или толщины клиньев по месту в зависимости oот величины зазора делает это соединение малонадежным при массовом исполнении. Отказ от приварки стальных прокладок в варианте узла по рис. 10.11,6, хотя и уменьшает плечо, на котором воспринимается опорный момент, но дает более четкое и надежное конструктивное решение узла.
Рассмотрим более детально работу верхней накладки, от правильного конструирования которой зависит надежность всего узла. Растягивающие напряжения в верхней накладке могут выйти за предел пропорциональности. Ограничение опорного момента величиной 5,4 Т-м потребовало удлинения верхней накладки, что учитывает поворот опорного сечения ригеля. Абсолютное удлинение верхней накладки может достичь 2 мм, т. е. в ней неизбежны деформации текучести. Выход напряжений за предел пропорциональности предъявляет повышенные требования к металлу накладок, для которых следует применять спокойную или полуспокойную сталь (ВСт. 3 или ВСт. Зпс). Изготовление накладок обязательно должно вестись механическим способом, например штамповкой. (Резка накладок секатором без зачистки кромок может привести при высоких напряжениях к образованию трещин и разрыву металла.)
Предел текучести Ст. 3 колеблется от 22 до 37 кГ1мм2. Установленное стандартом нижнее значение предела текучести 24 кГ1мм2, являющееся браковочным минимумом, весьма близко к его возможному наименьшему значению, и вероятность более низкого предела текучести практически ничтожна. Такой же обеспеченности соответствует верхнее значение предела текучести 35 кГ/мм2. Узел с "текучей" накладкой достаточно надежен потому, что сечение ее подобрано по нижнему значению предела текучести, а элементы, примыкающие к накладке и снимающие с нее усилие, и их соединения -по верхнему значению предела текучести.
В каркасе с крупной модульной ячейкой на первом этапе его применения узел примыкания ригеля к колонне решен по принципу гнездового опирания (рис. 10.12). Предпосылкой к выбору такого решения послужили высокие опорные реакции, передаваемые ригелем на колонну, достигающие 60 Т, которые трудно воспринять обычной консолью, притом малой высоты. Недос-
татком гнездового опирания является необходимость значительного усиления дополнительным армированием "шейки" колонны, ослабленной подрезками для опирания ригелей. Это резко увеличивает расход стали на колонны, что, несмотря на простоту такого решения, заставляет вести поиски других вариантов узлов. В частности, намечается осуществить конструкцию узлов этого типа каркаса, аналогичную первому типу унифицированного каркаса, с соответствующим значительным усилением армирования консоли и увеличением ее рабочей высоты. В этом узле также предусмотрено частичное защемление ригеля в колонне, что позволило значительно уменьшить его деформативность и снизить за счет этого расход стали.
Ригели в первом типе каркаса (унифицированном) - предварительно напряженные высотой 45 см, таврового сечения, что определяется стремлением осуществить надежное опирание плит перекрытий и одновременно обеспечить наименьшую возможную высоту выступающей вниз части ригеля. Ширина ригеля понизу принята по архитектурным соображениям равной ширине колонны (благодаря этому в интерьере ригель с колонной воспринимается как единая рама).
Ригель широкомодульного каркаса, нагрузки на который составляют до 22 Т/пог.м, выполняется аналогичной конструкции, но высотой 60 см.
Стенки жесткости. В конструировании стенок жесткости наметились два направления. В первом случае диафрагмы жесткости представляют собой единую систему, состоящую из колонн и жестко связанных с ними сборных железобетонных стенок (рис. 10.13,а). Такая диафрагма жесткости работает на восприятие как вертикальных, так и горизонтальных ветровых нагрузок по схеме консольной составной балки, защемленной в фундаменте. Горизонтальные нагрузки передаются на нее перекрытиями, представляющими собой жесткие горизонтальные диски, вертикальные - ригелями или настилами перекрытий. Благодаря жестким соединениям стенок с колоннами вертикальные усилия с колонн перетекают на стенки жесткости, вовлекая их в эффективную работу на вертикальные и горизонтальные нагрузки.
Другое направление состоит в создании конструкции диафрагм жесткости, которые в статическом отношении могут рассматриваться как стержневые решетчатые системы (рис. 10.13,6).
Вертикальные нагрузки, возникающие в связевой системе от ветровых усилий, воспринимают в этом случае только колонны. (Такая система принята, например, в 16-этажных каркасно-панель-ных жилых домах серии МГ-601Д.)
Для унифицированного каркаса принята первая из описанных систем. В ней наиболее эффективно используется работа конструкции на прочность, повышается жесткость связевой системы (примерно в 2 раза) и соответственно уменьшаются деформативность и перекосы.
В горизонтальных стыках стенок предусмотрены также жесткие сварные соединения, так как деформативность горизонтального шва между стенками жесткости в этом случае должна быть соизмеримой с деформативностью стыков колонн.
Для обеспечения надежной передачи усилий с перекрытий на диафрагму жесткости как от горизонтальных, так йот вертикальных нагрузок в конструкцию перекрытий введены специальные элементы- распорки, которые привариваются к колонне и передают усилия с диска перекрытий на связевую систему. Для опирания настилов перекрытий на стенки жесткости предусматриваются дополнительные балки, которые приваривают-
ся к панелям стенок жесткости и образуют, таким образом, полки. В последнее время в развитие этой конструкции запроектированы стенки жесткости крестового сечения (рис. 10.13,в), в которых перекрытия опираются на полки, а горизонтальные стыки для удобства их выполнения вынесены выше уровня перекрытий. Номенклатурой предусмотрено пять типов стенок жесткости. Стенки с проемами дополнительно армируются по периметру проемов с учетом концентрации напряжений в угловых зонах.
Применение в отдельных случаях в системе унифицированного каркаса монолитных стенок жесткости (плоских) здесь не рассматривается, так как такое решение отличается высокой трудоемкостью, неиндустриально и не отвечает особенностям сборного железобетонного каркаса.