книги из ГПНТБ / Вопросы сейсмостойкого строительства [сборник статей]

сил в их плоское™. При таком силовом воздействии ячейки каркаса претерпевают перекос, в результате которого кон­ такт между железобетонными элементами и заполнением продолжает сохраняться лишь на сравнительно небольших

сил, обусловленные спецификой технологии возведения та­ ких зданий.

При строительстве каркасно-каменных зданий II типа выполнение кладки стен на каждом этаже опережает уст­ ройство железобетонного каркаса. В этом случае стойки каркаса, как правило, изготовляются из монолитного желе­ зобетона с использованием кладки в качестве абсорбирую­ щей опалубки, а ригели — из монолитного либо сборно-мо­ нолитного железобетона. Этим достигается плотный и проч­ ный контакт между заполнением и элементами каркаса по всем плоскостям их сопряжения. В результате при действии вертикальной нагрузки кладка наравне со стойками каркаса играет роль несущего элемента, а при действии горизонталь­ ных сил совместность работы каркаса и заполнения обеспе­ чивается по всему периметру их сопряжения вплоть до пол­ ного разрушения стен*. Об этом свидетельствуют результа­ ты испытаний на перекос фрагментов каркасно-каменных стен [10]. По сравнению со стенами зданий I типа стенам зданий II типа присуща большая устойчивость из плоско­ сти. Все перечисленные обстоятельства в сумме позволяют значительно сократить расход металла при возведении зда­ ний II типа.

Помимо обычно высокой сейсмостойкости и повышенных дисипативных свойств одним из главных достоинств каркас­ но-каменных зданий является способность выходить из ре­ зонансного режима работы при сейсмическом воздействии. При отсутствии каких-либо повреждений каркасно-каменные здания представляют собой жесткие системы, для которых наиболее опасными являются короткопериодные колебания. Последние при высоком уровне силового воздействия могут привести к появлению в заполнении трещин, т. е. к его час­ тичному разрушению. Возникновение таких повреждений со­ провождается заметным падением общей жесткости стен; частота собственных колебаний уменьшается, и система вы­

ной нагрузке рассмотрен в статье Ю. В. Измайлова и А. А. Чуприны, помещенной в настоящем сборнике.

43

ных стен II. типа, появление горизонтальных и диагональ­ ных трещин в заполнении не снижает несущей способности стен, если в арматуре каркаса напряжения не превышают предела текучести.

Строительство каркасно-каменных зданий довольно ши­

сведения. В подавляющем большинстве случаев эти данные свидетельствуют о высокой сейсмостойкости каркасно-камен­ ных зданий. Так, например, хорошо перенесли Ашхабадское землетрясение железобетонные здания с кирпичным запол­ нением стен стекольного завода, винодельческого завода и текстильного комбината.

При 8—9-балльном землетрясении в Скопле (1963 г.) зда­ ния высотой до 14 этажей с монолитным железобетонным каркасом и кирпичным заполнением имели незначительные повреждения в виде отслоения штукатурки и контурных (ре­ же диагональных) трещин в заполнении. Случаи поврежде­ ния элементов каркаса были единичными. Заметим, что все эти здания рассчитывались на восприятие не сейсмической, а лишь ветровой нагрузки интенсивностью 100 кг/м2 поверх­ ности стены. Заслуживает внимания и тот факт, что здания этого конструктивно-технологического решения хорошо пе­ ренесли землетрясение даже в тех случаях, когда они име­ ли сложную конфигурацию в плане. Основываясь на этом

каменных зданий в г. Ташкенте в период землетрясения. В работе [22] отмечается, что это землетрясение вызвало по­ явление контурных и диагональных трещин в заполнении, однако эти повреждения каркасно-каменных стен не снизили их несущей способности. Анализируя поведение зданий раз­ личного конструктивного решения во время землетрясения,

О поведении каркасно-каменных зданий при 8-балльном землетрясении в г. Консепсьоне (Чили, 1960 г.) можно су­ дить по данным таблицы 4.

В докладе Монге на IV международной конференции по сейсмологии и сейсмостойкости (Чили, 1969 г.) было отме­ чено, что на основании обследования повреждений различ­ ных зданий при землетрясениях силой 7—9 баллов (по шка­ ле Меркалли) специальная комиссия пришла к выводу о воз­ можности строительства каркасножаменных зданий с запол­ нением из кирпича или мелких бетонных блоков даже в районах с 9-балльной сейсмичностью. На этой же конферен-

44

Т а б л и ц а 4

Сведения о повреждении зданий в г. Консепсьоне при землетрясении в 1960 г.

ции в докладе Т. Фунахаши содержались сведения о 7-этаж­ ном здании страховой компании в Токио, стены которого представляли стальной каркас с кирпичным заполнением. Это здание успешно перенесло известное Кантовское земле­ трясение 1923 года.

• При землетрясении в 1963 г, в Барке (Ливия) полностью сохранились здания с монолитным железобетонным карка­ сом и заполнением из тесаных камней, несмотря на то, что В' момент землетрясения здания не были достроены [3].

Во время Зангезурского землетрясения 1968 года многие каменные здания были разрушены [9]. Наряду с этим 6-этажные здания с монолитным железобетонным каркасом и ‘Заполнением из мелких блоков природного камня практи­ чески не получили повреждений.

Для полноты суждения о степени сейсмостойкости кар­ касно-каменных зданий заметим, что в материалах послед­ ствий землетрясений имеются немногочисленные примеры тяжелых повреждений зданий этого типа. Однако все эти примеры не являются свидетельством плохого конструктив­ ного решения, обеспечивающего совместную работу каркаса и прочного заполнения при действии сейсмических сил, а лишь подтверждают известное правило о том, что эффектив­ ность любого конструктивного мероприятия зависит в конеч­ ном счете от качества его выполнения. При детальном раз-

45

боре этих примеров приходится сталкиваться с грубыми на­ рушениями в армировании каркаса, недопустимым сниже­ нием прочности бетона, отсутствием должной связи между каркасом и заполнением и т. п.

Строительство каркасно-каменных зданий в первую оче­ редь целесообразно в районах, богатых природным камнем (Закавказье, Крым, Молдавия и др.). Использование для кладки заполнения мелких и крупных блоков известняка к туфа позволяет возводить здания с высокими технико-эко­ номическими показателями. Так, по данным Молдгипростроя„ стоимость 1 м2 жилой площади 7-этажного каркасно-камен­ ного здания составляет около 150 руб., в то время как для крупнопанельных и каркасно-панельных 9-этажных зданий этот же показатель достигает более высоких значений (см. табл. 1).

Проектные изыскания, выполненные Молдгипростроем и ОИСИ, дают основание утверждать, что при использовании камня марки 35—50 каркасно-каменные здания могут воз­ водиться высотой до 9 этажей включительно. При более высокой прочности камня этот предел может быть уве­ личен*.

Серьезным тормозом в развитии сейсмостойкого каркас­ но-каменного домостроения являлись некоторые ограниче­ ния, содержавшиеся в СНиП П-В.2-62. Так, в п. 9,21 былозаписано: «Учет несущей способности заполнений с проема­ ми в работе каркасной стены допускается в том случае, если в рассматриваемом ярусе стены кроме заполнений с прое­ мами имеется не менее 30% (от количества панелей карка­ са) сплошных заполнений». Вряд ли следует пояснять, с ка­ кими трудностями приходилось сталкиваться проектировщи­ кам в связи с необходимостью выполнения этого требования при разработке проектов современных зданий. Между тем опыты ОИСИ показали, что хотя проемы в заполнении от­ рицательно влияют на несущую способность каркасно-камен­ ных стен, тем не менее последняя всегда оказывается намно­ го выше, чем у каркаса без заполнения. Неучет этого обстоя­ тельства приводил к необоснованному увеличению сечений элементов каркаса и расхода арматуры. В силу этого рас­ сматриваемое требование находилось в прямом противоречии- с одним из основных требований в той же главе СНиП об' экономном расходовании цемента и металла и широком при­

* Некоторые данные о работе каркасно-каменных стен при действии, горизонтальной нагрузки см. в статье Н. 3. Гельмана, помещенной в этом сборнике.

46

открытыми не менее чем с одной стороны». Отсутствие в этом требовании указаний о размерах сечений включений де­ лает обязательным его выполнение даже в тех случаях, ког­ да в этом совершенно нет никакой необходимости (например, при устройстве колонн сечением 40X40 см).

Серьезно препятствует развитию каркасно-каменного до­ мостроения в сейсмических районах отсутствие метода расче­

варительно напряженной арматурой, привлекают все боль­ шее внимание специалистов сейсмостойкого строительства. На сегодняшний день уже имеется определенный опыт про­ ектирования и возведения таких зданий и сооружений как в нашей стране, так и за рубежом.

Еще в 1949 г. Я. А. Измайловым совместно с М. М. Ма-

.датовым и С. 3. Мастанзаде были разработаны и представ­ лены на Всесоюзный конкурс по сейсмостойким гражданским сооружениям предложения по увеличению сейсмостойкости стен и других элементов зданий путем их предварительного напряжения. В конструктивном отношении суть этих предло­ жений состояла в том, что арматурные стержни распола­ гались в открытых бороздах в кладке, которые после натя­ жения арматуры замоноличивались. Натяжение стержней в зданиях предусматривалось поэтажное, а в высоких соору­ жениях — поярусное. Такое конструктивное решение было осуществлено при возведении каменной подпорной стенки.

В 1962 г. авторами настоящей статьи было предложено усиливать блочные стены многоэтажных зданий предвари­ тельно напряженной арматурой, пропускаемой на всю высо­ ту стен без промежуточных анкеров. Это предложение полу­ чило применение в проекте 5-этажного здания, разработан­ ном Молдгипростроем при участии ОИСИ в 1966 г.

Недавно в Севастополе было закончено строительство двух крупноблочных зданий с простенками, усиленными на­ пряженной стержневой арматурой*. При проектировании этих зданий величина предварительного обжатия кладки на­ значалась из условия компенсации отсутствующего сцепле­ ния в растворных швах и принималась равной 2 кг/см2. Не­ смотря на столь упрощенный подход к проектированию, сам

4 7

Определенный опыт возведения зданий с предварительнонапряженными стенами накоплен в Японии, Новой Зеландии- н США. В Польше возведено панельное здание с усилением стен горизонтальными тяжами. Этот прием часто применяет­ ся и в отечественном домостроении на подрабатываемых тер­ риториях.

Отсутствие сведений о поведении зданий с предваритель­ но напряженными стенами при землетрясениях можно в из­ вестной мере компенсировать данными соответствующих ис­ следований. Наибольший объем интересующей нас информа­ ции получен ЦНИИСК им. Кучеренко и лабораторией сейс­ мостойкости зданий ОИСИ. В последнее время в этом на­ правлении начаты работы во Фрунзенском политехническом институте, в КиевЗНИИЭП и других организациях.

В опытах А. И. Рабиновича обжатие кирпичной кладки в, пределах до 1 кг/см2 повысило ее сопротивляемость динами­ ческим воздействиям более чем в два раза. Опыты ЦНИИСК с кирпичными кладками указали на прямую зависимость между интенсивностью их предварительного обжатия и со­ противлением перекосу. Аналогичные данные были получе­ ны в ОИСИ при испытаниях фрагментов предварительно напряженных стен из легкобетонных блоков и блоков пиль­ ного известняка. Информация, свидетельствующая о ценно­ сти рассматриваемого приема повышения сейсмостойкости каменных зданий, получена в ЦНИИСК при проведении ди­ намических испытаний модели секции 4-этажного крупно­ блочного дома с помощью виброплатформы.

В Новой Зеландии при строительстве зданий с предвари­ тельно напряженными стенами высотой до 6 этажей из лег­ кобетонных блоков была осуществлена экспериментальная проверка сопротивляемости динамическому воздействиюфрагментов таких стен. Судя по описанию, содержащемуся в работе [28], этот опыт был весьма упрощен; его количе­ ственные результаты не опубликованы, однако в указанной1

но напряженных стен динамическому воздействию. В част­ ности указывается, что после расшивки раствором швов, кладки, поврежденных во время первого испытания, несущая< способность фрагментов стен полностью восстанавливалась. Полагаем, что расшивка поврежденных швов в кладке вряд пи могла сказаться на ее несущей способности; скорее всегопоявление трещин в растворных швах не привело к ее сни­ жению. Этот вывод подтверждается результатами исследо­

ваний, выполненных ОИСИ.

Усиление каменных стен напрягаемой арматурой позво­ ляет увеличить их высоту сверх 5 этажей — предела, уста­ новленного для каменных зданий, возводимых на сей­

48

смически активных территориях. В районах, где камень про­ должает оставаться одним из основных стеновых материа­ лов, реализация этой возможности может существенно улуч­ шить технико-экономические показатели строительства.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.Альтшулер Е. М., Душное Ю. П., Тучнина В. Г. Об эффективности

объемно-блочного домостроения. ЦНТИ Госгражданстроя. М., 1971.

2. Ашрабов А. Б., Рассказовский В. Т., Мартемьянов А. И. Проекти­ рование, возведение и восстановление зданий в сейсмических районах. Изд. «Узбекистан», 1968.

3. Быховский В. А., Чураян А. Л. Краткий обзор последствий ряда разрушительных землетрясений, происшедших за последнее время. Сб.: «Совершенствование методов расчета и конструирования зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах». Изд. «Мецниереба»,. 1967.

4. Васильев Б. Ф., Арнапольский И. С., Антонов В. А. Конструктив­ ные решения многоэтажных промышленных зданий для сейсмических районов. «Промышленное строительство», 1970, № 10.

5.Временные технические нормы проектирования и строительства зда­ ний и сооружений в сейсмических районах Социалистической Федератив­ ной Республики Югославии, 1967.

6.Динеску Т., Рэдулеску К., Шандру А. Применение скользящей опа­ лубки в строительстве. Изд. «Картя Молдовеняекэ», 1970.

7.Дроздов П. Ф. О проектировании многоэтажных каркасов зданий

нерного обследования зангезурских землетрясений 1968 года. Сб.: «Объе­ диненная сессия научно-исследовательских институтов Закавказских рес­

13.Лисогор С. М. Современные методы и тенденции развития объем­ но-блочного строительства в зарубежных странах. ЦНТИ Госграждачстроя, 1971.

14.Медведев С. В. Инженерная сейсмология. Госстройиздат, 1962.

15.Некоторые данные об уровне развития строительства жилых до­ мов из крупноразмерных элементов в Европейских странах и Японии за

период 1968—1969 гг. Экспресс-информация ЦИНИС, в. 8, зарубежный, опыт. М., 1972.

16.Немчинов Ю. И. Исследование динамических характеристик зда­ ний повышенной этажности. Автореферат диссертации. М., 1968.

17.Поляков С. В., Лордкипанидзе Р. С., Решетов В. И. Современные сейсмостойкие здания с железобетонными несущими конструкциями в Румынской Народной Республике. «Бетон и железобетон», 1963, № 2.

18.Проектирование сейсмостойких зданий (под редакцией С. В. По­ лякова). Стройиздат, 1971.

J9. Родин Ю. М. Миллионы новоселий. Стройиздат, 1971.

20. Сейсмостойкие сооружения за рубежом (под редакцией В. Н. На­ сонова). Стройиздат, 1968.

В. И. КОНОВОДЧЕНКО, Г. М. МИХАЙЛОВ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ И ДЕФОРМАТИВНОСТИ СТЫКОВ ОБЪЕМНО-БЛОЧНЫХ ЗДАНИЙ

За последние годы объемно-блочное домостроение в на­ шей стране получает все более широкое развитие. В ряде крупных городов страны, в том числе и в сейсмических райо­ нах, построены сотни домов из объемных блоков. По пяти­ летнему плану намечено строительство нескольких крупных заводов объемно-блочного домостроения в разных районах страны. Некоторые данные об эффективности внедрения это­ го вида конструкций зданий в сейсмостойком строительстве приведены в работе [1]. Поэтому вопросы, связанные с ис­ следованием сейсмостойкости зданий из объемных блоков, & настоящее время являются весьма актуальными.

Ввиду отсутствия специального метода расчета объемно­ блочных зданий, они пока конструируются по тем же прин­ ципам, что и крупнопанельные дома. Соединение объемных элементов осуществляется путем замоноличивания стыкон бетоном и раствором. Вместе с тем особенность конструкций домов из пространственных элементов позволяет применять более простые, например болтовые, соединения объемных блоков [2]. С целью изучения особенностей работы стыковразличного конструктивного решения в ЦНИИСК им. Куче­ ренко в 1971 г. были проведены испытания натурных фраг­ ментов вертикальных стыков объемных блоков ребристой: конструкции, выпускаемых в г. Сочи в формовочных ма­ шинах системы канд. техн. наук П. И. Бронникова*. За­ дача этих исследований состояла в определении прочности и податливости вертикальных стыков при сдвиге. Установление величин податливости стыков диктуется необходимостью

* Испытания стыков объемно-блочных зданий ранее никем не произ­ водились.

51

учета деформативности соединений при расчете зданий на сейсмические воздействия.

Податливость соединений характеризуется коэффициен­ том Кд, который выражается отношением допустимой дефор­ мации сдвига к соответствующей ей нагрузке.

Было проведено две серии испытаний стыков: I — замоноличенные и II — болтовые соединения. Каждый образец состоял из двух одинаковых частей, представлявших собой

части приняты следующими: длина — 1950 мм, ширина — 450 мм и толщина (по ребру) — 100 мм. В образцах I се­ рии в ребрах были выполнены пазы, в которых имелись вы­ пуски арматуры 0 5 В-1 в виде петель, расположенных с ша­ гом 200 мм. В каждой составной части образца с одной сто­ роны были предусмотрены утолщения, предназначенные для восприятия и передачи нагрузки на стык. Образцы изготав­ ливались из керамзитобетона проектной марки 200. Конст­ рукция опытных сборных элементов фрагментов объемных блоков показана на рис. 1. Общая высота образца в сборе равна 2300 мм, высота рабочей зоны стыка — 1500 мм.

В зависимости от конструкции армирования стыков об­ разцы I серии были разбиты на пять групп. Описание и принцип формирования стыков каждой группы приводятся в таблице 1 и на рисунке 2. Для замоноличивания исполь­ зовался тяжелый бетон состава 1: 2: 4, с осадкой конуса 10 см. Бетонирование производилось с вибрированием в вер­ тикальном положении образцов. Предел прочности бетона замоноличивания к моменту испытаний в возрасте 30—40

ребрах каждого элемента были выполнены по три отверстия для болтов. Со стороны стыка они имели овальное очерта­ ние с размерами по осям 120X80 мм, с тыльной стороны стыка — круглое диаметром 50 мм. Такая конфигурация отверстия была принята из условия использования специаль­ ного приспособления конструкции П. И. Бронникова для заполнения зазоров вокруг болтов раствором*.

Образцы II серии были разделены на 3 группы в зависи­

равными 500 и 1000 кг. При этом максимальное усилие наз­ начено опытным путем из условия трудоемкости завинчива­

52