Соединение панелей стен и перекрытий в крупнопанельных зданиях в сейсмических районах

Обновлено: 10.05.2024

Крупнопанельные здания с железобетонными стенами и перекрытиями следует проектировать с продольными и поперечными стенами, объединенными между собой, и с перекрытиями (покрытиями) в единую пространственную систему, воспринимающую сейсмические нагрузки.

В крупнопанельных зданиях с шагом поперечных стен до 4,2 м включительно панели стен и перекрытий, как правило, следует предусматривать размером на комнату (конструктивно-планировочную ячейку). В зданиях с шагом поперечных стен более 4,2 м панели стен и перекрытий допускается предусматривать размером на часть комнаты (конструктивно-планировочной ячейки).

Соединения панелей стен и перекрытий следует обеспечивать путем сварки выпусков арматуры, закладных деталей и замоноличивания вертикальных полостей между примыкающими
панелями и участков стыков по горизонтальным швам мелкозернистым бетоном с пониженной усадкой.

Замоноличивание вертикальных полостей между примыкающими панелями стен должно осуществляться бетоном класса не ниже В15 и не ниже класса бетона панелей.

При опирании перекрытий на наружные стены здания и на стены у температурных швов необходимо предусматривать сварные соединения выпусков арматуры из панелей перекрытий с вертикальной арматурой стеновых панелей.

Толщину однослойных панелей стен и толщину внутреннего несущего слоя многослойных панелей следует принимать не менее:

· в зданиях высотой до 5 этажей включительно - 100 мм;

· в зданиях высотой более 5 этажей - 120 мм.

Армирование стеновых панелей следует выполнять пространственными каркасами или сварными сетками.

В местах пересечения стен должна размещаться вертикальная арматура, непрерывная на всю высоту здания. Площадь поперечного сечения указанной арматуры должна определяться по расчету, но быть не менее:

для зданий высотой до 5 этажей включительно, возводимых на площадках сейсмичностью 7 баллов -1 см 2 ;

в остальных случаях - не менее 2 см 2 .

В местах пересечения стен допускается размещать не более 60% расчетного количества вертикальной арматуры.

По контуру оконных и дверных проемов следует устанавливать вертикальную арматуру. При регулярном расположении проемов по высоте стены указанная арматура должна поэтажно стыковаться.

Площадь поперечного сечения вертикальной арматуры, установленной у граней проемов, должна определяться по расчету, но быть не менее указанной в п. 7.71 СНиП РК 2.03-30-2006.

При расположении непрерывной вертикальной арматуры в замоноличиваемых вертикальных полостях между панелями следует предусматривать конструктивные мероприятия, обеспечивающие совместность деформирования бетона замоноличивания с бетоном панелей
(шпонки, распределенные по высоте панели; горизонтальная арматура, пересекающая стык).

Необходимое количество связей сдвига в горизонтальных и вертикальных швах между панелями должно определяться по расчету.

В зданиях высотой до 5 этажей включительно, запроектированных с шагом поперечных стен до 4,2 м включительно, возводимых на площадках сейсмичностью 7 баллов, горизонтальные стыки могут выполняться без специальных связей сдвига, если при расчетных сочетаниях нагрузок
горизонтальные швы будут сжаты. В остальных случаях число связей сдвига в каждой панели должно быть не менее двух.

Лекция 25

Тема лекции 25.Принципы обеспечения сейсмостойкости железобетонных монолитных бескаркасных зданий

· Железобетонные монолитные конструкции бескаркасных зданий. Конструирование стен и перекрытия монолитных зданий.

· Достоинства и недостатки применения монолитного домостроения.

· Поведение монолитных зданий при землетрясениях.

Тезисы лекции

1. Принципы обеспечения сейсмостойкости железобетонных монолитных бескаркасных зданий. Конструктивные требования по назначению толщины несущих стен из монолитного железобетона. Виды бетона, применяемые для стен из монолитного железобетона. Требуемые значения классов бетона, применяемые в несущих стенах из монолитного железобетона.

2. Армирование железобетонных монолитных бескаркасных зданий. Конструктивные требования по армированию стен из монолитного железобетона.

3. Здания с несущими стенами из монолитного железобетона с продольными и поперечными стенами, объединенными перекрытиями в единую пространственную систему. Конструктивные схемы зданий с несущими стенами из монолитного железобетона с наружными стенами, не участвующими в восприятии сейсмических нагрузок.

4. Здания с несущими стенами из монолитного железобетона с монолитными, сборно-монолитными или сборными перекрытиями. Особенности армирования стен из монолитного железобетона. Периферийное и полевое армирование монолитных железобетонных стен. Условия обеспечения соединений в стыках продольной арматуры вертикальных каркасов периферийного и полевого армирования.

Рис. 1.36. Схема усилий сдвига в местах пересечений стеновых панелей Крупнопанельные здания представляют сложную пространственную систему, образованную большим количеством плоских бетонных и железобетонных конструктивных элементов, объединенных различного типа связями. Рассмотрим схему взаимодействия элементов, подверженных действию горизонтальных и вертикальных нагрузок.

На рис. 1.36 приведены практически все варианты пересечений стеновых панелей. Можно видеть, что горизонтально прикладываемые нагрузки вызывают в местах пересечений усилия сдвига. От того, каким образом будут решены связи, воспринимающие эти усилия, зависит степень совместной работы сборных элементов при сейсмическом воздействии.

Рис. 1.37. Напряжения в вертикальных диафрагмах На рис. 1.26 показана схема возникающих между элементами горизонтальных диафрагм сдвигающих усилий и частично между вертикальными и горизонтальными диафрагмами при действии нагрузок в горизонтальной плоскости. Нагрузки, приложенные в плоскости вертикальных конструкций, вызывают сдвиг в горизонтальных швах. В зависимости от жесткостных свойств связей в вертикальных диафрагмах возникают различные эторы напряжений в горизонтальных швах при одновременном приложении горизонтальных и вертикальных нагрузок (рис. 1.37). В крупнопанельных зданиях узкого, смешанного и широкого (до 6,6 м) шагов поперчных стен наружные панели имеют длину, не превышающую размер шага. В результате стыки наружных панелей попадают на поперечные стены. Такие станки оказываются подкрепленными вертикальными диафрагмами. В зависимости от надежности связей стен взаимно перпендикулярных направлений будет определяться степень податливости стыков в случае изменения направления действия горизонтального усилия (на рис. 1.38 показан стык панелей, имеющий термовкладыши). Если металлические связи панелей стен недостаточны, термовкладыш может быть снят. В результате возникнет смещение конструкций в направлении действия силы.

Рис. 1.38. Возможная схема деформирования вертикального стыка Неподкрепленные или "открытые" вертикальные стыки стеновых панелей появляются в зданиях с супершироким (7,2+12 м) шагом поперечных стен. В этом случае под действием горизонтальной сейсмической нагрузки может возникнуть потеря устойчивости стен из плоскости. На потерю устойчивости будет также влиять и характер армирования стыка. Всегда следует стремиться армировать конструкцию двойной по ее толщине арматурой, что создаст внутреннюю пару сил (рис. 1.39).

Рис. 1.39. Схема усилий и деформаций открытых вертикальных стыков Стыковые соединения подразделяются на вертикальные и горизонтальные. Оба типа могут бьггь сварными (на сварке закладных деталей) и замоноличиваемыми (на сварке выпусков арматуры из панелей и замоноличивания стыка бетоном). В период 1959-1964 гг. сборные элементы соединялись связями первого типа с заделкой зоны стыка раствором. Впоследствии их сменили стыки на сварке выпусков из панелей арматуры и замо-ноличиванием полостей стыков и шпоночных выемов бетоном марки по прочности на ступень выше марки бетона стыкуемых панелей. Предлагались и другие типы связей, например, с помощью болтов (болтовые соединения), но они не получили распространения и лишь в последние годы КиевЗНИИЭП приступил к разработке проектов зданий с такими соединениями. В настоящее время проводятся экспериментальные исследования соединений на муфтах и болтах. В ЦНИИСК были предложены и изучены конструкции соединений, выполняемых с помощью стандартных монтажных болтов с последующим замоноличи-ванием бетоном. Конструкции этих соединений весьма просты в изготовлении и не требуют специальных муфт и других сложных металлических элементов.

Рис. 1.40. Очертание и конструктивное решение вертикальных стыков в плане Очертания и конструктивное решение в плане иллюстрируется рис. 1.40. Как правило, надежным вертикальным соединением является соединение с развитой замоноличенной зоной. В достаточно свободном объеме зоны стыка удобно осуществляется сварка выпусков арматуры или соединения петлевых выпусков без применения сварки. В процессе замоноличивания не возникает опасность появления раковин и воздушных пробок, снижающих эффективность воспринятая стыками сдвигающих усилий.

Рис. 1.41. Решения вертикальных стыковых соединений панелей внутренних стен В последние годы получают развитие компоновка зданий в плане с поворотными секциями на 120°, 135° и т. д. или отдельными поворотными блок-вставками. Стыковые соединения внутренних и частично наружных панелей решаются с применением связей на сварке выпусков арматуры и закладных деталей. Пересечения стен под различными углами приводят к существенному развитию зон замоноличивания и увеличению объемов монолитного бетона. Развитыми зонами замоноличивания характеризуются также "открытые" стыки (рис. 1.40, г). В ряде случаев угловые стыки могут решаться с введением дополнительных специальных элементов (рис. 1.40, в), как это сделано в проектах общеобразовательной школы на 18 классов, детских садов-яслей на 140 и 280 мест в крупнопанельных конструкциях, разработанных проектным институтом "Киргизгипромстрой" для возведения в районах сейсмичностью 9 баллов. Т-образная вставка применена также для укрепления и утепления "открытого" стыка в пределах шага поперечных стен (рис. 1.40, г).

Рис. 1.42. Решения вертикальных стыковых соединений панелей Монтаж наружных панелей должен производиться встык. Соединение внахлестку в сейсмостойких зданиях не допускается.

Рис. 1.43. Решения вертикальных стыковых соединений панелей внутренних стен В настоящее время реализуется большое количество типов вертикальных замоноличиваемых стыковых соединений. По существу, каждая серия типовых проектов имеет свое решение стыка. Такое же положение сложилось и по горизонтальным стыкам. Обратимся к вертикальным стыкам, проиллюстрировав на некоторых примерах особенности их решений. На рис. 1.41—1.45 приведены стыки конструкций, принятые в сериях 1-464ДС, 92-ОР, Э-147, 76 148, с применением которых в сейсмических районах уже возведено большое количество и возводится сейчас много жилых зданий.

Рис. 1.44. Решение стыковых соединений стен и перекрытий со стенами в жилых зданиях Общим является наличие в зоне стыков свариваемых между собой арматурных выпусков или петель, а также, как правило, вертикальной арматуры. Торцы стыкуемых панелей имеют шпоночные выемы (1-464 ДС), треугольные рифления (92-ОР), треугольное очертание сложного профиля (Э-147 и 148). Это объясняется необходимостью в максимальной мере включить в работу на сдвиг через бетон замоноличивания бетон панелей. Многообразие вариантов отражает процесс совершенствования проектных решений и поиск новых. Не просматривается лишь подход с экономических позиций. Именно здесь могут и должны реализовываться унифицированные в конструктивном плане решения. Несущая способность при сдвиге должна варьироваться диаметром арматуры, прочностью бетона замоноличивания. Для крупнопанельных зданий узкого шага поперечных стен рекомендуется применять унифицированные решения, утвержденные Госгражданстроем. Аналогичная унификация должна проводиться и по другим системам зданий.

Рис. 1.45. Решения стыковых соединений стен и перекрытий со стенами Комплексное решение связей с использованием закладных деталей по высоте этажа и выпусков арматуры в верхних частях панелей с последующим замоноличиванием зоны стыка бетонов приведено на рис. 1.46. Решение заложено в типовые проекты серии 97 пяти- и девятиэтажных жилых домов, с поворотными блок-секциями с внутренним углом 135° для строительства в районах 7 и 8 баллов. Оба типа соединений используются в проектах зданий общественного назначения, разработанных ЦНИИЭП торгово-бытовых зданий и туристских комплексов в конструкциях серии 1.090.1-1 для строительства в районах сейсмичностью 7 баллов. В проектах основным типом являются сварные связи.

Рис. 1.46. Решение стыковых соединений внутренних стеновых панелей Один из вариантов стыков на сварке закладных деталей приведен на рис. 1.47. В качестве соединительных элементов принят уголковый профиль, привариваемый к закладным деталям из. отрезков швеллеров на торцах панелей. Бессварной тип замоноличиваемого стыка представлен на рис. 1.48. Торцы панелей с равным по высоте шагом выполнены с трапецеидальными шпоночными выемами с петлевыми выпусками в зону замоноличивания. Шаг петлевых выпусков в подобных стыках следует назначать в соответствии с требованиями норм. Вертикальная непрерывная по высоте здания арматура размещается в центре круглых петель и в четырех точках при петлях П-образной формы. Фрагменты с П-образными петлями и четырьмя пропущенными в них стержнями арматуры подверглись испытаниям в ЦНИИЭП жилища статическими знакопеременными сдвигающими нагрузками. Образцы показали высокие прочностные характеристики, вполне сопоставимые с эталонными на сварке выпусков арматуры. Отмечалась хорошая корреляция и по деформациям сдвига. Сделан вывод о надежности петлевых бессварных стыков в части воспринятая циклической знакопеременной статической нагрузки. Говорить о степени их сейсмостойкости на основании полученных результатов можно с достаточной осторожностью, поскольку динамические знакопеременные воздействия могут существенно изменять и качественную картину, и количественные характеристики стыков.

Рис. 1.47. Пример решения вертикальных стыковых соединений панелей внутренних стен Рис. 1.48. Примеры решений бессварных вертикальных стыковых соединений Горизонтальным стыковым соединениям исследователи уделяют значительно больше внимания, что объясняется их ролью в системе здания по воспринятию сдвиговых усилий в растянутой и сжатой зонах вертикальных диафрагм. Горизонтальные стыковые соединения включают участки растворных монтажных швов и шпоночные элементы, которые являются основными участками соединений. В конструктивном отношении они решаются самым различным образом, начиная с жестких включений в виде отрезков профильного (уголков, швеллеров, двутавров), листового металла, железобетонных выступов и кончая гибкой арматурой с замоноличиванием бетоном. Опорные стороны стеновых панелей выполняются с открытыми и закрытыми (не входящими на боковые поверхности панелей) шпоночными выемами, зубчатыми, с регулярными шпонками, гладкими поверх-носятми. Многообразие решений затрудняет обзор и сопровождение его иллюстративным материалом. Подробно наиболее распространенные решения шпоночных соединений описаны в ряде работ, из которых можно рекомендовать [78,43].

Расчет конструкций на горизонтальные сейсмические нагрузки следует производить с использованием ЭВМ.

Настоящие Рекомендации знакомят со способом усиления и восстановления бетонных и железобетонных элементов, поврежденных трещинами. По сравнению с традиционным способом он прост в применении, экономичен и нетрудоемок.

Рекомендации предназначены для инженерно-технических работников, занятых проектированием и строительством крупнопанельных жилых домов.

Рекомендации разработаны канд. техн. наук Ю.В. Барковым и инж. В.Ф. Захаровым на основе авторского свидетельства № 1432169 (Бюллетень открытий и изобретений, 1988, № 39).

ЦНИИЭП жилища оказывает техническую помощь в освоении и использовании способа усиления и восстановления несущей способности бетонных и железобетонных элементов крупнопанельных домов, поврежденных трещинами.

За консультацией и оказанием технической помощи при внедрении способа усиления конструкций обращаться по адресу: 127434, Москва, Дмитровское шоссе, 9, корп. Б, ЦНИИЭП жилища отдел, эксплуатационных свойств жилых зданий, тел. 216-89-18.

Анализ повреждений конструкций крупнопанельных зданий при различных аварийных случаях показал, что выполняя конструктивные мероприятия, можно восстановить несущую способность панелей и обеспечить их эксплуатационную надежность. Однако хотя строители и производят усиление элементов в соответствии с предписаниями проектных организаций, при этом часто применяются недостаточно обоснованные конструктивные решения. В одних случаях они разработаны с излишним запасом и требуют большого расхода материалов и трудозатрат, а в других - недостаточно эффективны. Поэтому так часто применяются металлические или железобетонные обоймы, которые помимо высокой стоимости и трудозатрат уменьшают жилую площадь.

В ряде стран при ремонте различных железобетонных конструкций применяется метод инъекции в трещины клеящих эпоксидных составов. Имеется и подобный отечественный опыт, примененный при восстановлении уникальных зданий и сооружений. Но широкого распространения этот метод не получил из-за несовершенства применяемого оборудования и специфики трещинообразования в панелях. В ряде случаев, чтобы заполнить эпоксидным составом полости трещины, создают искусственное ее раскрытие, что является весьма трудоемким процессом.

Поэтому предлагаемые методы усиления панелей, поврежденных трещинами, позволяющие восстановить эксплуатационные свойства и несущую способность элементов конструкций, должны быть просты, технологичны в исполнении при минимальных затратах.

Предлагаемый способ усиления конструкций, поврежденных трещинами, отвечает этим требованиям; он экономичен и менее трудоемок по сравнению с многими методами усиления элементов конструкций крупнопанельных зданий.

1.1. Рекомендуемый способ усиления бетонных и железобетонных элементов предназначен для разработки проектных решений по усилению конструкций крупнопанельных зданий, поврежденных трещинами при аварийных случаях.

1.2. Способ усиления бетонных и железобетонных элементов может быть применен строительными организациями, осуществляющими строительство, ремонт и эксплуатацию крупнопанельных жилых домов.

1.3. Рекомендуемый способ усиления бетонных и железобетонных элементов поврежденных трещинами, рассчитан на применение в строительстве крупнопанельных домов различных серий, несущие конструкции которых представляют собой плоские панели и плиты перекрытия сплошного сечения. Конструктивное решение усиления несущих элементов крупнопанельных домов - внутренних стен и плит перекрытий, для которых разработаны рекомендации, позволяет исключить дальнейшее раскрытие и развитие трещин, повысить трещиностойкость и восстановить несущую способность конструкций при воздействии монтажных и эксплуатационных нагрузок.

1.4. Способ усиления разработан с учетом положений норм [ 1, 2, 3].

1.5. При усилении конструкций выполняются следующие работы:

- обследуются повреждения конструкций;

- определяется расчетом количество узлов усиления;

- проект усиления согласуется с проектной организацией;

- производится устройство узлов усиления;

- осуществляется контроль за качеством работ и соблюдением правил по технике безопасности.

2.1. Конструктивное решение узла усиления панельных конструкций, поврежденных трещинами в крупнопанельных домах, заключается в следующем. Вдоль трещины, разделяющей панель на отдельные части, в ряде сечений, перпендикулярных направлению трещины, сверлят симметрично относительно трещины по два сквозных канала под углом 40-50° к плоскости элемента, в которые затем устанавливают металлические стержни, имеющие отгибы на одном конце и резьбу - на другом; отгибы стержней соединяют между собой электросваркой, после чего на стержнях с противоположных сторон затягивают гайки. За счет установки стержней с двух сторон обеспечивается равномерное обжатие сечения с трещиной (рис. 1).

Рис.1. Конструктивное решение способа усиления элементов:

а - элемент с трещиной и узлами усиления; б - конструкция одностороннего усиления и схема усилий; в - конструкция двухстороннего усиления и схема усилий; 1 - элемент с узлами усиления; 2 - трещина; 3 - сквозной канал; 4 - металлический стержень усиления; 5 - гнездо; 6 - отгибы стержней, соединенные на сварке; 7 - гайка с шайбой; 8 - сварной шов h_ш = 6 мм; l _ш = 30 - 40 мм; S - усилие от натяжения стержня, передаваемое через шайбу; Т - вертикальная составляющая от усилия, воспринимаемая отгибами стержней; N - горизонтальная составляющая, создающая обжатие сечения с трещиной

2.2. Полости каналов, в которых установлены стержни, заполняются цементным раствором.

2.3. Крепления концов металлических стержней узла усиления в элементах могут выполняться скрытыми или открытыми в зависимости от назначения элемента и условий эксплуатации. Открытые крепления покрываются антикоррозийными составами.

При устройстве скрытого крепления узла усиления в конструкции делаются углубления (гнезда), которые затем заполняются цементным раствором с добавлением пасты ПВА.

2.4. На основе расчетных и опытных данных установлены следующие рациональные параметры соединительных конструкций применительно к элементам и панелям крупнопанельных зданий наиболее распространенных серий:

- сквозные каналы Ø 12 мм;

- соединительные стержни из круглой стали Ø 10 мм, класса А-1;

- длина стержней - в зависимости от толщины элемента;

- длина отгиба принята 30 мм, длина сварного шва не менее 40 мм, высота сварного шва 5 мм, длина резьбы 40 мм.

В прил. 2 приводятся рабочие чертежи металлических стержней усиления ( рис. 1.П.2) и шаблона для сверления сквозных каналов ( рис. 2.П.2).

2.5. Количество устанавливаемых узлов усиления определяется расчетом в зависимости от типа и назначения конструкций, действующих усилий и величины нагрузки.

В разделах по усилению внутренних стен и плит перекрытий приводятся соответствующие методики расчета усилений элементов.

2.6. Узлы усиления в зависимости от типа конструкции и вида нагрузки могут выполняться либо с одной стороны (одной грани) элемента, либо с двух сторон. Так, при усилении внутренних стен усиление, как правило, выполняется с двух сторон с некоторым шагом, определяемым количеством узлов и длиной трещины. При усилении перекрытий узлы усиления выполняются с одной стороны с расположением стержней со стороны растянутого волокна плиты (см. рис.1).

3.1. Трещины во внутренних стеновых панелях условно могут быть разделены на четыре типа (табл. 1), для которых разработаны схемы усиления.

Таблица 1

Типы трещин во внутренних стеновых панелях

1.Количество узлов усиления устанавливается расчетом.

2.Направления соединительных стержней в смежных узлах изменяются ортогонально (на 90°)

Минимальное количество узлов соединения не менее четырех

3.2. Выполнение усилений внутренних стеновых панелей предлагаемым способом рекомендуется в случаях повреждений их наклонными трещинами. При повреждениях внутренних стен вертикальными трещинами необходимость усиления устанавливается в зависимости от статической схемы работы конструкции в системе здания. При повреждении внутренних стен горизонтальными трещинами их усиление выполняется путем устройства железобетонных сбойм.

3.3. Рекомендуемое усиление для внутренних стеновых панелей выполняется путем устройства узлов усиления, описанных в п. 2.1, с двух сторон (граней) стены с тем, чтобы создать равномерное обжатие сечения с трещиной, что позволяет надежно воспринимать сдвигающие и растягивающие усилия (рис. 2).

Рис.2. Усиление панелей внутренних стен, поврежденных трещинами:

а - фрагмент здания; б - конструктивные узлы усиления; г, д - конструктивные усиления; 1 - элемент стены; 2 - трещина; 3 -сквозной канал; 4 - металлический стержень; 5 - гнездо; 6 - отгибы стержней; 7 - гайка с шайбой

3.4. Количество устанавливаемых узлов соединений при усилении внутренних стеновых панелей определяется из расчета несущей способности одного узла и величины нагрузки, приходящейся на внутренние стены.

3.5. Расчетная несущая способность одного узла усиления при работе на сдвиг составляет 500 кг и установлена экспериментально. Этой нагрузке соответствует граница линейной зависимости диаграммы "нагрузка-деформация", полученной при испытании узлов усиления. Предельная нагрузка узла усиления составляет 800 кг.

3.6. Количество узлов усиления внутренних стеновых панелей определяется с учетом трения вдоль трещины, при коэффициенте трения принимаемым равным 0,9:

n = 0,15· P· l·cos·α, (1)

где Р - расчетная нагрузка, т/пог. м, (см. прил. 1);

α - угол наклона трещины к вертикали ( α от 20° до 45);

l - длина горизонтальной проекции трещины, м.

В прил. 1 приведен пример расчета усиления панели внутренней стены, поврежденной трещиной.

3.7. Минимальное количество узлов усиления внутренних стеновых панелей при длине трещины более 1,5 м должно быть не меньше 4 (по два - с каждой стороны).

4.1. Трещины в плитах перекрытий условно разделены на пять типов, для которых разработаны схемы усиления (табл. 2).

Таблица 2

Типы трещин в панелях перекрытий

1. Количество узлов соединения определяется расчетом.

2. Минимальное количество узлов - два

4.2. Усиление плит перекрытий, поврежденных трещинами, приведенных в табл. 2, производится в том случае, если величина прогиба в плите перекрытия не превышает допустимого значения прогиба (1/200 от расчетного пролета плиты). Если же прогиб пли ты больше допустимого, ее усиление производится с предварительным выправлением прогиба. Выправление прогиба производится по специальным рекомендациям.

4.3. Рекомендуемое усиление для плит перекрытий производится путем устройства узлов усиления, описанных в п. 2.1, но при этом узлы усиления располагаются с одной стороны, т.е. отгибы соединительных стержней в узнал усиления помешаются в растянутой зоне сечения плиты перекрытия (рис. 3).

Рис.3. Усиление панелей перекрытий, поврежденных трещинами:

а - фрагмент здания; б - конструктивный узел усиления; в - конструкции усиления перекрытия при скрытии деталей; г - то же, но без скрытия деталей; 1 - элемент перекрытия; 2 - трещина; 3 - сквозной канал; 4 - металлический стержень усиления; 5 -гнездо; 6 - отгибы стержней, соединенные на сварке; 7 - гайка с шайбой

Стержни усиления после натяжения обеспечивают обжатие растянутой зоны сечения с трещиной, что позволяет восстановить трещиностойкость и жесткость конструкции, а также повысить несущую способность плиты перекрытия.

4.4. Количество устанавливаемых узлов усиления для плит перекрытий определяется из расчета в зависимости от величины несущей способности одного узлового соединения, определяемого экспериментальным путем, и величины нагрузки. Величина несущей способности на изгиб одного узлового усиления из стержней диаметром d = 10 мм, класса А-1 для элемента толщиной 16 см составляет М_у = 0,25 тм. Для плиты перекрытия размером 3,2×5,7 (серия КПД 121) количество узлов определяется величиной максимального изгибающего момента (в сечении по центру плиты - М _m = 0,096 р l 2 _п тм [ 4] и несущей способностью одного узла ( М _y = 0,25 тм):

где l _п - расчетный пролет плиты (короткая сторона), м;

р - нормативная нагрузка на перекрытие, т/м 2 .

В прил.1 приводится пример расчета усиления плиты перекрытия, поврежденной трещиной.

5.1. Работы по усилению элементов, поврежденных трещинами, выполняются в следующей последовательности:

- в соответствии с проектом усиления конструкций производится разметка мест установки стержней усиления путем нанесения поперечных меток вдоль трещины;

- по размеченным сечениям электроперфоратором производится сверление сквозных каналов диаметром 12 мм, наклонных под углом 40-50° к вертикали, по два в каждом сечении;

- для обеспечения при сверлении точности направления каналов используется шаблон (см. рис. 2.П.2),с помощью которого выполняются направляющие отверстия на глубину 40-50 мм, после чего шаблон убирается. Шаблон крепится к конструкции с помощью прижима;

- на концах отверстий для скрытия креплений стержней (если это требуется по проекту) выполняются гнезда, для чего применяются скарпели;

- металлические стержни усиления с отгибами и резьбой вставляются в каналы со стороны сверления, после чего производится стыковка и электросварка отгибов;

- после электросварки отгибов навинчиваются гайки с усилием натяжения примерно до 25 кг;

- выполняется затирка трещин и заполнение открытых гнезд в конструкциях полимерцементным раствором (состав в прил. 2). При открытых деталях креплений стержней усиления на них наносится антикоррозийные покрытия.

5.2. Контроль качества работ и их приемка производятся представителями строительной организации, осуществляющей усиление конструкций, и проектной организацией.

5.3. При приемке работ контролируется:

- соответствие проекту мест расположения узлов усиления;

- направление сквозных каналов, их диаметр, симметричность расположения относительно трещины;

- глубина гнезд в бетонных конструкциях для скрытия узлов крепления (при скрытых узлах усиления);

- величина защитного слоя до металлических частей узлов крепления;

- качество и параметры сварных швов в соединениях;

- затяжка гаек стержней усиления;

- качество заделки гнезд и затирки трещин полимерцементным раствором;

5.4. Контроль качества работ производится визуально и инструментально: угол наклона сквозных каналов проверяется шаблоном; глубина гнезд - мерной линейкой или шаблоном; симметричность расположения отверстий - линейкой или шаблоном; усиление затягивания гаек - стандартным гаечным ключом; качество затирки трещин и гнезд проверяется с помощью контрольной рейки для штукатурных работ.

5.5. Допускаемые отклонения при производстве работ:

- угол отклонения от проекта при сверлении отверстий ±5°;

- несимметричность расположения отверстий относительно трещины ±5 мм;

- заглубление гнезд ±5 мм;

- величина защитного слоя +5 мм.

5.6. Перед началом работ должен быть проведен инструктаж по технике безопасности и технологии производства работ [ 5].

5.7. Прежде чем приступить к работе, необходимо провести профилактический осмотр электрифицированного инструмента, токопроводящих проводов и защитно-включающих устройств.

5.8. После окончания работ составляются акты на скрытые работы.

А. Усиление внутренней стены

Исходные данные

По результатам обследования панель внутренних стен 1-го этажа крупнопанельного 9-этажного дома серии 121 повреждена наклонной трещиной под углом α = 45° (рис. 1.П.1).

Рис. 1.П.1. Усиление панели внутренней стены, поврежденной трещиной:

а - план дома; б - схема усиления

Трещина по табл. 1 в панели относится к типу 1. Конструкция усиления должна препятствовать сдвигу частей панели по трещине. Вертикальная нагрузка на внутреннюю стену определяется по табл. 1.П.1, равна 26 т/пог.м.

Таблица 1.П.1

Нагрузки на внутренние стены в крупнопанельных домах серии 1-464, 121, 1-468, 83, 84 и др.

Особенности проектирования железобетонных конструкций промышленных и гражданских зданий в сейсмических районах

Вся территория СССР в зависимости от силы землетрясения делится на районы, для которых установлена возможная интенсивность землетрясения с оценкой по 12-балльной шкале.

Здания и сооружения в районах со сейсмичностью от 7 до 9 баллов должны рассчитываться на действие сейсмических сил, которые, как правило, принимаются действующими горизонтально. По СНиП II-А. 12-62 «Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования» здания и сооружения разделяются на четыре группы, для которых установлена расчетная сейсмичность.

Особенностью расчёта является учет динамических характеристик как самого землетрясения, так и проектируемого здания. Весь расчет состоит из трех частей:
а) определения расчетных значений вертикальных и действующих на все здание горизонтальных (сейсмических) нагрузок;
б) распределения нагрузок между отдельными плоскими конструкциями, расположенными в направлении действия горизонтальных сил;
в) определения расчетных усилий и проверки прочности сечений и стыков надземных конструкций и фундаментов. При этом расчет производится на одновременное действие сейсмических сил, собственного веса конструкций, снеговой и временной нагрузок на перекрытия.

Кроме правильного расчета, сейсмостойкость зданий и сооружений в значительной степени определяется архитектурно планировочными и конструктивными мероприятиями, обеспечивающими их пространственную связанность, жесткость и устойчивость.

Опыт показал, что сборные железобетонные конструкции могут успешно применяться в сейсмических районах.

План здания должен быть возможно простым, в виде прямоугольника, лучше всего квадрата, без выступов и входящих углов. При более сложном плане необходимо устраивать специальные антисейсмические ш в ы, разделяющие здание от верха до низа на ряд примыкающих друг к другу самостоятельных отсеков (также без входящих углов), могущих совершать независимые колебания. В пределах отсека высоту здания рекомендуется делать одинаковой. Подвалы, как правило, располагаются под всем отсеком.

Температурно-усадочные и осадочные швы совмещаются с антисейсмическими швами. Если антисейсмический шов совпадает с осадочным, то он устраивается и в фундаменте.

Антисейсмические швы осуществляются при помощи парных рам, парных стоек и парных стен; ширина шва должна назначаться в соответствии с высотой и типом здания или сооружения. Для зданий высотой до 5 ж ширина его должна быть не менее 3 см\ для зданий большей высоты ширину шва следует увеличивать на 2 см на каждые 5 м высоты. В каркасных зданиях его величина определяется расчетом, но не должна быть менее удвоенной суммы максимальных горизонтальных смещений элементов каркаса, разделенных швом.

Высота железобетонных каркасных крупнопанельных, а также бескаркасных зданий в районах с расчетной сейсмичностью 7-^9 баллов та же, что и для несейсмических районов. При несущих каменных стенах и сейсмичности 8 и 9 баллов предельная высота зданий и этажность 16 и 12 м и соответственно 5 и 4 этажа; при сейсмичности 7 баллов, — как в несейсмических районах.

Предельные размеры отсеков жилых зданий с железобетонным каркасом и крупнопанельных те же, что в несейсмических районах.

В зданиях с несущими стенами при расчетной сейсмичности 8 и 9 баллов, а также при сейсмичности 7 баллов и кладках 3-й и 4-й категорий должны устраиваться железобетонные (или армокаменные) антисейсмические пояса на уровне каждого междуэтажного и чердачного перекрытия; при сейсмичности 7 баллов и кладках 1-й и 2-й категорий — на уровне перекрытий, через этаж. Эти пояса выполняются по всему периметру наружных и внутренних стен в виде непрерывных горизонтальных рам с постановкой вблизи углов косых стержней; ширина их, как правило, должна быть равна толщине стены. При толщине стены 50 см и более ширина поясов может быть меньше толщины стены на 12 см высота пояса — не менее 15 см при бетоне марки не ниже 100. Продольная арматура пояса при расчетной сейсмичности 7 и 8 баллов должна быть не менее 4ф 10 мм, а при сейсмичности 9 баллов — 4 0 12 мм; арматура укладывается у боковых граней. Стержни продольной арматуры связываются хомутами диаметром 4—6 мм через каждые 25—40 см.

Для обеспечения связи пояса с кладкой в верхних этажах предусматриваются выпуски вертикальной арматуры вверх и вниз на 25—30 см по два выпуска на 1 м длины или оставляют в кладке гнезда размерами 14 X 14 см и глубиной 35—40 см; гнезда с арматурой из 4 стержней диаметром 5—8 мм бетонируются.

При условии надежных стыков могут выполняться исборные железобетонные антисейсмические пояса. Стыки устраиваются как в углах и пересечениях, так и в пролетах, причем они должны быть сварными с учетом работы пояса и на осевое растяжение. Стыки арматуры делаются в двух плоскостях — вверху и внизу. Допускается также устройство стыков путем замоноличивания арматурных петель (стык Передерия), выпускаемых из торцов элементов; в кольца, образуемые петлями, по периметру устанавливаются вертикальные стержни. При сборных поясах связь с кладкой осуществляется в нижних этажах благодаря весу вышележащей кладки, а в верхнем (чердачном) — специальными выпусками арматуры.

Рис. 1. Стыки сборных антисейсмических поясов
а — стыкование арматуры в пролете и в углу; б — стык по типу Передерия; в — связь пояса с кладкой выпусками

Междуэтажные и чердачные перекрытия должны представлять собой жесткие горизонтальные диафрагмы, прочно связанные с продольными и поперечными стенами здания.

В случае применения монолитных железобетонных перекрытий плита, как правило, должна закладываться в стену по всему периметру перекрытия не менее чем на всю толщину стены за вычетом 12 см.

Сборные или сборно-монолитные железобетонные рамные каркасы (с жесткими узлами) в наибольшей степени удовлетворяют требованиям сейсмостойкости.

При расчетной сейсмичности 7 баллов и высоте зданий до двух этажей жесткими узлами выполняют только те, которые обеспечивают поперечную устойчивость здания; обычно это узлы сопряжения ригелей с крайними стойками. В промышленных зданиях свыше двух этажей рекомендуются только жесткие узлы.

Выступающие части, как например, балконы и карнизы должны быть ограничены по числу и размерам; эти части, как и лестницы, должны быть жестко связаны с каркасом.

В каркасных зданиях рекомендуются преимущественно навесные стеновые панели.

Самонесущие стены должны соединяться с каркасом по всей высоте гибкими связями, позволяющими каркасу свободно перемещаться вдоль стен. Высота этих стен не должна превышать при расчетной сейсмичности 7, 8 и 9 баллов соответственно 18, 16 и 9 м, при высоте более 12, 9 и 6 м выполняется конструктивное продольное армирование.

Крупнопанельные жилые здания как каркасно-панельные, так и бескаркасные осуществляются достаточно сейсмостойкими при относительно небольших дополнительных затратах.

Большинство стыков и узлов, применяемых в обычных железобетонных конструкциях, могут быть использованы и в условиях сейсмических районов.

Из каркасно-панельных зданий наибольшей сейсмостойкостью обладают здания с полным железобетонным каркасом, которые могут применяться любых размеров и любой этажности; частичное отсутствие ригелей или железобетонных стоек (при неполном каркасе) ведет к ухудшению сейсмостойкости здания.

Из крупнопанельных бескаркасных зданий предпочтительнее здания с несущими продольными и поперечными перегородками, работающими на сжатие.

С точки зрения сейсмостойкости представляют интерес и так называемые панельно-каркасные здания, предложенные проф. В. В. Михайловым. Они в период сборки являются панельными зданиями, а после замоноличивания стыков становятся по существу каркасными.

В сейсмических районах внедряются здания с несущими конструкциями из сборного железобетона. При этом все соединения (стыки) замоноличи-ваются так, чтобы сборная конструкция работала как монолитная.

Надежное замоноличивание сборных перекрытий также обеспечивает сейсмостойкость здания. Замоноличенные сборные перекрытия рассматриваются как жесткие диафрагмы, способные перераспределять горизонтальные сейсмические силы между вертикальными несущими конструкциями пропорционально их жесткости.

Можно рекомендовать два способа замоноличивания сборных железобетонных перекрытий и покрытий: в первом случае замоноличивание состоит в устройстве связей между панелями перекрытий в шпоночных пазах и в заполнении цементным раствором или бетоном пазов и швов; во втором — замоноличивание состоит в заанкеривании элементов перекрытий в окаймляющей монолитной обвязке с установкой вертикальных каркасов в швах между панелями и заливке этих швов.

Следует отдавать предпочтение однослойным стеновым панелям, удовлетворяющим важному требованию сейсмостойкости — однородности материалов. Крупные панели (размерами на ширину комнаты) имеют преимущество перед мелкими панелями (простеночными и оконными), поскольку стыки их располагаются на перегородках.

Можно указать на несколько приемов соединения стеновых панелей между собой, применяемых на практике.

Распространенными являются соединения с помощью закладных деталей на сварке; к недостаткам их относятся хрупкость и концентрация усилий на отдельных участках.

Рис. 2. Замоноличивание сборных железобетонных перекрытий
а — соединение панелей шпоночными связями; б — детали соединений; 1 — закладные пластинки 80X60X4 мм; 2 — планка 120X40X5 мм; 3 — коротыш, приваренный к планкам

Обычно соединения панелей производятся заливкой бетоном или раствором каналов между ними, эта связь усиливается применением закладных металлических деталей, число которых установлено при расчетной сейсмичности 9 баллов не реже чем через 1 м, а при сейсмичности 7—8 баллов — не реже чем через 2 м.

Рис. 3. Соединения стеновых панелей между собой
а — сваркой закладных частей; б — на петлях и скобах; в — сочетанием удлиненных петель и стыка по типу Передерия; 1 — скобы; 2 — петли

На рис. 3 показано соединение панелей на петлях и скобах; петли, связанные скобами, могут подвергаться значительным деформациям, прежде чем соединение вступит в работу, поэтому здесь требуется весьма тщательное выполнение. Лучшим является соединение панелей с удлиненными петлями и постановкой вертикальных стержней (по А. Л. Чураяну и Ш. А. Джабуа), т. е. с переходом на соединение типа стыка Передерия.

В предварительно напряженных конструкция х не разрешается применение арматуры, имеющей величину относительного удлинения при разрыве ниже 4%; предпочтение следует отдавать горячекатаной арматуре периодического профиля перед высокопрочной проволокой. При расчетной сейсмичности 9 баллов не допускается применение без специальных анкеров проволочных прядей, двухпрядных канатов и стержневой арматуры периодического профиля диаметром более 25 мм.

Фундаменты в пределах каждого отсека здания должны быть заложены на одну глубину и взаимно связаны для обеспечения совместных колебаний всех элементов конструкции здания.

Лучшим решением (при слабых грунтах) является сплошная железобетонная плита или перекрестные ленты; при небольших нагрузках (на хороших грунтах) устраивают отдельные железобетонные фундаменты под колонны при обязательном связывании их у поверхности земли в обоих направлениях особыми фундаментными балками (сечением не менее 25X 35 см). Эта связь между фундаментами не выполняется только в том случае, если расчет на сдвиг покажет, что они могут воспринять горизонтальные сейсмические нагрузки силами пассивного отпора грунта.

Проектирование и строительство в сейсмичесних районах

Характер сейсмических явлений и их воздействия на здания. Сейсмическими называют районы, подвергающиеся воздействию периодически повторяющихся землетрясений. Под землетрясениями обычно принято понимать колебания земной поверхности, вызванные внутриземными процессами. В Советском Союзе к сейсмическим районам относятся Прикарпатье, Крым, Кавказ, республики Средней Азии, Алтай и Саяны, Прибайкалье, Верхоянская зона, Чукотка, Дальний Восток, Сахалин, Камчатка и Курильские острова. Таким образом, в СССР районы, подверженные землетрясениям, захватывают большие пространства от Камчатки и Сахалина на востоке до Крыма и Молдавии на западе. В этих районах ведется большое промышленное и гражданское строительство.

Сила землетрясения оценивается сейсмичностью в баллах по 12-бапльной шкале и определяется по картам сейсмического районирования территории СССР или по списку основных населенных пунктов СССР, расположенных в сейсмических районах. Землетрясения интенсивностью в 6 баллов и менее обычно не причиняют существенного вреда зданиям, в 7…9 баллов приводят к серьезным их повреждениям, а иногда и разрушениям. Поэтому нормы устанавливают специальные требования к проектированию зданий и сооружений, возводимых на участках сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов (см. СНиП 11-7—81).

Расчет конструкций и оснований зданий и сооружений, проектируемых для строительства в сейсмических районах, должен выполняться на основные и особые сочетания нагрузок с учетом сейсмических воздействий, которые могут иметь любое направление в пространстве.

Для зданий и сооружений простой геометрической формы расчетные сейсмические нагрузки следует принимать действующими горизонтально в направлении их продольной и поперечной осей и учитывать раздельно. При расчете же сооружений сложной геометрической формы необходимо учитывать наиболее опасные для данной конструкции или ее элементов направления действия сейсмических нагрузок. Вертикальную сейсмическую нагрузку необходимо учитывать при расчете горизонтальных и наклонных консольных конструкций; пролетных строений мостов; рам, арок, ферм, пространственных покрытий зданий и сооружений пролетом 24 м и более; сооружений на устойчивость против опрокидывания или скольжения; каменных конструкций.

Принципы проектирования зданий в сейсмических районах и конструктивные требования к ним. При планировке населенных мест в сейсмических районах крупные строительные зоны следует расчленять незастроенными пространствами (например, полосами зеленых насаждений, площадями, каналами и тому подобными преградами), препятствующими распространению пожаров, а также желательно несколько увеличить ширину улиц и размеры пожарных разрывов между зданиями.

Обеспечение сейсмостойкости зданий и сооружений достигается: выбором благоприятных в сейсмическом отношении площадки строительства, конструктивно-планировочной схемы и материалов; проведением ряда специальных конструктивных мер; соответствующим расчетом конструкций; высоким качеством исполнения строительно-монтажных работ.

При проектировании зданий и сооружений для сейсмических районов необходимо руководствоваться следующими принципами: снижением сейсмических нагрузок путем применения рациональных конструктивных схем, а также облегченных несущих и ограждающих конструкций, обеспечивающих максимальное снижение массы проектируемых зданий и сооружений. Объемно-планировочные и конструктивные решения зданий и сооружений должны удовлетворять условиям симметрии и равномерного распределения масс и жесткостей; в тех случаях, когда по архитектурно-планировочным соображениям нельзя избежать сложного очертания здания в плане, его следует разделять антисейсмическими швами на отсеки простой формы (квадрат, прямоугольник) без входящих углов; фундаменты здания или его отсеков, как правило, надлежит закладывать на одном уровне; при устройстве свайных фундаментов следует отдавать предпочтение железобетонным сваям-стойкам.

В каркасных зданиях и сооружениях конструкцией, воспринимающей горизонтальную сейсмическую нагрузку, может служить каркас с заполнением, вертикальными связями или диафрагмами жесткости.

Узлы железобетонных каркасов необходимо усиливать посредством установки арматурных сеток или замкнутой поперечной арматуры. Диафрагмы и связи, воспринимающие горизонтальную нагрузку, следует устраивать на всю высоту зданий, располагая их симметрично и равномерно. В качестве ограждений каркасных зданий надо применять легкие навесные панели. Кладка заполнения каркаса должна быть связана с его стойками арматурными выпусками. Кладка самонесущих стен должна иметь гибкие связи с каркасом.

Крупнопанельные здания необходимо сооружать преимущественно с продольными и поперечными стенами, воспринимающими сейсмические нагрузки. Их конструкции должны обеспечивать совместную пространственную работу всех стен и перекрытий. Для этого следует панели стен и перекрытия проектировать возможно более крупногабаритными; в соединениях панелей стен и перекрытий предусматривать устройство

уширенных армированных швов, замоноличиваемых бетоном с пониженной усадкой и другими способами; предусматривать по возможности одинаковую жесткость стен, воспринимающих сейсмическую нагрузку. Стеновые панели армируют двойной арматурой в виде пространственных каркасов или сварных сеток. Соединение панелей следует выполнять посредством сварки выпусков рабочей арматуры или специально заделанных анкерных стержней с нанесением слоя антикоррозионной защиты и замоноличива-нием стыков бетоном.

В зданиях с несущими стенами из каменной кладки рекомендуется в пределах отсека конструкцию и материал принимать одинаковыми, простенки и проемы делать одина-,ковой ширины. Конструкции должны воспринимать одновременное действие как горизонтально, так и вертикально направленных сил. В уровне перекрытий необходимо предусматривать устройство антисейсмических поясов (как правило, на всю ширину стены) по всем продольным и поперечным стенам, выполняемых обычно в монолитном железобетоне с непрерывным армированием. В сопряжениях стен необходимо укладывать арматурные сетки.

Сейсмостойкость каменных стен следует повышать включением в них монолитных железобетонных элементов, создающих комплексные конструкции. Вертикальные железобетонные элементы (сердечники) должны соединяться с указанными поясами или обвязками.

С целью максимального снижения массы в покрытиях производственных и общественных зданий с учетом конкретных условий при пролетах 18 м и более необходимо, как правило, применять металлические фермы и алюминиевые панели или стальной профилированный настил. В этих случаях можно применять также асбестоцементные волнистые листы усиленного профиля с эффективным утеплителем. Покрытия и перекрытия зданий должны быть жесткими в горизонтальной плоскости и связанными с вертикальными несущими конструкциями.

Сборные железобетонные перекрытия и покрытия необходимо замоноличивать: устройством железобетонных антисейсмических поясов с заанкериванием в них панелей перекрытий и заливкой швов между панелями цементным раствором; устройством монолитных обвязок с заанкериванием панелей перекрытия в обвязке и применением связей между панелями, воспринимающих сдвигающие усилия; или без устройства таких поясов, но с применением между панелями, а также между панелями и элементами каркаса связей в виде армированных шпонок, выпусков петель, анкеров и др.

Читайте также: