книги из ГПНТБ / Строительство и защита зданий на подрабатываемых территориях

Г Л А В А 3.

С Т Р О И Т Е Л Ь С Т ВО З Д А Н И Й П О В Ы Ш Е Н Н О Й ЭТАЖНОСТИ

§7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО 9-ЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ

ВУСЛОВИЯХ НАТУРНОЙ ПОДРАБОТКИ

До 1967 г. жилые и гражданские здания высотой более 5 этажей возводились на угленосных территориях Украины по проектам, раз­ работанным для обычных грунтовых условий строительства, а в целях защиты таких зданий от влияния подработки под ними остав­ лялись охранные целики. Подобная мера защиты зданий приводила

кзначительным потерям угля.

Вэтой связи в Донецке был построен и в июне — октябре 1967 г. исследован в естественных условиях подработки экспериментальный односекционный 9-этажный крупнопанельный жилой дом с по­ перечными .несущими ' С т е н а м и (на основе типового проекта 1-464А-20И).

Экспериментальный дом был подработан угольным пластом мощ­

Проектом предусматривались за­ щитные конструктивные мероприя­ тия, назначенные в соответствии с расчетом на усилия, действующие в вертикальной и горизонтальной пло­ скостях, определенные для следую­ щих параметров деформации осно­ вания: радиус кривизны 10 км, гори­

В зонтальные деформации 3 и наклоны 6 мм/м.

62

бетонные монолитные вертикальные связи. Цокольный и фундамент­ ный железобетонные пояса приняты из бетона марки 150 с армату­ рой класса А-1 и А-Ш. По низу фундаментного пояса устроен по всему периметру здания шов скольжения, состоящий из двух слоев рубероида и слоя пергамина между ними (рис.25).

Наружные'Стеновые панели размером «на комнату» приняты мно­ гослойными, состоящими из внутренней и наружной железобетон-

ных плит, соединенных между собой ребрами из легкого бетона марки 50. Между железобетонными плитами уложен утеплитель — полужесткие минераловатные плиты или легкобетонные вкладыши. Марка бетона для обоих железобетонных слоев — 200. Толщина на­ ружных сетей — 250 мм.

Панели первого — пятого этажей имели усиленные железобетон­ ные слои толщиной: внутренний — 90 и наружный — 40 мм. Пане­ ли шестого — девятого этажей имели железобетонные слои толщи­ ной: внутренний — 60 и наружный — 40 мм. С фасадной стороны панели облицованы керамической плиткой.

Внутренние стеновые панели приняты толщиной 14 см.

Панели перекрытия запроектированы в виде сплошных плоских плит толщиной 10 мм, армированных сварными сетками и опираю­ щихся по контуру на поперечные и продольные стены.

63

Наружные панели соединены между собой и с внутренними па­ нелями при помощи скоб, вставляемых без приварки в отверстия металлических планок, вваренных в петлевые выпуски из панелей. В вертикальный шов между наружными стеновыми панелями уло­ жен анкер.

Панели перекрытия и внутренние стеновые панели соединены между собой сваркой закладных деталей с помощью металлических накладок, а также приваркой к петлям из панелей перекрытия ан­ керов.

В процессе эксперимента измерялись наклоны здания и его от­ дельных элементов, проводились фотограмметрические и тензометрические измерения, фиксировались перекосы и сдвиги панельных конструкций, велись визуальные наблюдения за развитием видимых деформаций в конструкциях, а также маркшейдерские наблюдения.

Исследования стеновых панелей проводились по методике, специ­ ально разработанной лабораторией строительства и защиты зданий на подрабатываемых территориях КиевЗНИИЭП.

Для изучения напряженно-деформированного состояния стеновых панелей эспериментального дома применялись фотоупругие датчи­ ки, обладающие в условиях длительных натурных испытаний рядом преимуществ по сравнению с другими типами измерительных при­ боров.

Первое преимущество — простота изготовления и установки. Дат­ чики были изготовлены из оптически активного материала на осно­ ве эпоксидной смолы ЭД-6 горячего отвердения. В качестве отвердителя использовался малеиновый ангидрид. На поверхность пане­

Как показали испытания, эпоксидный клей весьма надежно кре­ пит тензометры к поверхности конструкции и практически не обла­ дает ползучестью под нагрузкой.

Второе преимущество — нечувствительность датчиков к атмо­ сферным воздействиям и электропомехам. Дело в том, что оптичес­ ки активный материал на основе эпоксидных смол обладает прак­ тически неизменными свойствами при воздействии на него различ­ ных атмосферных агентов. Напряжения в датчиках из этого материала не подвержены изменениям в результате воздействия различных электро- и радиопомех. Эти свойства фотоупругих дат­ чиков оказались особенно ценными при проведении длительных (до 6 месяцев) натурных испытаний.

Третье преимущество : —отсутствие необходимости в электриче­ ских коммуникациях и громоздкой аппаратуре для снятия отсчетов.

64

Таким образом, по разности хода лучей в фотоупругом датчике и характеристике материала покрытия и исследуемой конструкции легко определить напряжения (деформации) «а поверхности кон­ струкции.

Разность хода лучей измерялась компенсационным клином-пла­ стинкой из фотоупругого материала с «замороженной» картиной полос, портативным полярископом одностороннего просвечивания системы ИГД им. Скочинского с компенсатором Берека и односто­ ронним полярископом конструкции Харьковского инженерно-эконо­ мического института с .компенсацией по методу Сенармона.

Для определения напряженно-деформированного состояния сте­ новых панелей были использованы линейные датчики без «заморо­ женной» картины полос. Такие датчики располагались прямоуголь­ ной розеткой, что давало возможность определить не только нор­ мальные напряжения в сечениях панелей, но и величину и направ­ ления главных деформаций в каждой из исследуемых точек по фор­

где ei, Е2 — главные деформации в точке;

01,2—угол наклона главных площадок,

s i , е п , £ ш — относительные деформации фотоупругих датчиков со­ ответственно по направлениям I , I I , I I I .

Знак в формуле для tg6i,2 принимается в зависимости от ориен­ тации розетки.

Главные напряжения в точках панели можно в этом случае опре­ делить по формулам:

°i = г - ^ — ( e i + Fa): 1 — fl

где Е, р, — модуль продольной упругости и коэффициент Пуассона материала панели.

В качестве основного объекта исследований выбрана панель пер­ вого этажа шириной 2,6, высотой 2,7 с размерами оконного проема 1,3X1,4 м. Фотоупругие тензометры наклеивались в узлах сетки, наибольший размер ячеек которой не превышал 40 см. База фотоупругих тензометров составляла в среднем 45 мм и колебалась в пределах 38—47 мм. Всего на поверхности панели первого этажа было выбрано 55 точек.

Чтобы определить влияние горных работ на напряжения в пане­ лях по высоте их расположения, датчики были установлены также

66

на шестом и девятом этажах. В этих панелях их было наклеено по 8 шт. на осях простенков и перемычек.

Приборы на конструкции были установлены после окончания мон­ тажа здания.

Датчики по всем этажам наклеивались на внутренние поверхно­ сти панелей, что с одной стороны упростило процесс их установки и снятия показаний по приборам, а с другой — позволило избежать резких колебаний температуры на поверхности конструкций. Разни­ ца температур при различных сериях наблюдений учитывалась специальными компенсационными формулами.

Отсчеты по приборам производились каждые 10 дней, а в период наиболее интенсивных сдвижений поверхности — еженедельно.

Обработка результатов эксперимента включала:

для первого, шестого и девятого этажей:

—построение эпюр нормальных напряжений в сечениях панелей;

—определение главных напряжений и направлений главных пло­ щадок для панелей;

—построение графиков изменения нормальных напряжений — по

простенкам и 'перемычкам и главных напряжений — в различных частях панелей;

для первого этажа:

—построение траекторий главных напряжений для панели;

—определение касательных напряжений на контуре панели (в монтажных швах);

—построение графиков изменения касательных напряжений в монтажных швах в процессе подработки здания.

Одной из задач исследования было установить характер распре­

ЦНИИСК им. Кучеренко по расчету крупнопанельных зданий ПО' вышенной этажности.

Исследования показали, что при отношении высоты стены к ее

всего периода подработки напряжения в бетоне панелей шестого и девятого этажей были не меньше, а в большинстве случаев даже больше, чем в панели первого этажа. Так, в период наиболее интен­ сивных сдвижений поверхности дополнительные напряжения в па­ нелях верхних этажей превосходили дополнительные напряжения в панели первого этажа в 1,5 раза, главные сжимающие — в 1,5—2, а главные растягивающие в 2,5 раза.

Таким образом, на основании полученных экспериментальных данных можно утверждать, что панели верхних этажей подрабаты­ ваемых крупнопанельных зданий повышенной этажности «еправиль-

Рис. 26. Изменение нормальных напряжении стеновых панелей в про­ цессе подработки:

f — подокониая часть; 2 — правый простенок; 3 — левый простенок; -/ — надокон­ ная перемычка.

68

по рассматривать как создающие только нагрузку и не участвующие

ввосприятии дополнительных усилий, вызванных подработкой. Важно отметить, что изменение напряжений в панелях всех эта­

жей подчиняется в общем одной и той же закономерности, но эк­ стремумы кривых изменения напряжения для панелей верхних эта­ жей сдвинуты во времени по 'сравнению с панелью первого этажа примерно на месяц в сторону отставания.

Рис. 27. Деформации поверхности в процессе подработки:

1 — скорость оседания; 2 — наклоны; 3 — кривизна; 4 — горизонтальные дефор ­ мации.

С целью выяснения влияния различных 'параметров деформаций поверхности при подработке здания на напряжения в его конструк­ циях были построены графики изменения кривизны, горизонталь­ ных деформаций, наклонов, а также скоростей оседаний в процес­ се подработки (рис. 27).

Анализ графиков и кривых показал, что горизонтальные дефор­ мации основания не оказали заметного влияния на напряженно-де­ формированное состояние стеновых панелей. Произошло это, по-ви­ димому, вследствие того, что величины эти на оси «А» в течение всего эксперимента были незначительными е < 2 - 1 0 - 3 , а кривая из­ менения горизонтальных деформаций е(Г) не согласуется с графи­ ками ни формой, ни знаками (кривая однозначна). Можно предпо­ ложить, что наибольшее влияние на напряжения в панелях оказы­ вали наклоны и кривизна 'поверхности. Об этом свидетельствуют несколько повышенные, по сравнению с панелью первого этажа, ве­ личины напряжений в панелях верхних этажей (в случае решающе-

69

и характеризуются плавным нарастанием напряжений в начальный период подработки (июнь, первая половина июля), резким, дости­ гающим максимальных значений в последующий период (в панелях шестого ,и девятого этажей — во второй половине сентября). В ок­ тябре величина напряжений практически уже не изменялась и на­ пряжения в панелях не возвращались к исходному состоянию.

Как свидетельствуют графики (см. рис. 28 и 29), остаточные до­ полнительные напряжения в панелях, вызванные подработкой, со­ ставили в среднем около 20—25% максимальных дополнительных напряжений (в панелях верхних этажей — до 30%). Это обстоя­ тельство особенно следует иметь в виду при проектировании зда­ ний с учетом их повторной подработки.

Дополнительные напряжения в панелях всех этажей в начальный период подработки характеризовались небольшими абсолютными величинами. При этом во всех точках панели первого этажа в ос­ новном имели место сжимающие напряжения, в то время как в па­ нели шестого этажа растягивающие напряжения наблюдались при­ мерно в 25% точек, а в панели девятого этажа во всей верхней поло­ вине наблюдалось растяжение.

В дальнейшем, примерно с 4—12 июля и до конца подработки, во всех исследованных панелях нормальные напряжения были сжи­ мающими (табл.11).

Распределение дополнительных нормальных напряжений в сече­ ниях панели первого этажа в течение всего эксперимента характе­ ризуется заметной концентрацией напряжений в углах проемов панели (коэффициент концентрации в среднем 1,5—2,0).

Это обстоятельство дает основание рекомендовать усиление зон вблизи проемов панелей .путем постановки в этих зонах дополни­ тельных арматурных стержней.

70