Пространственная работа объемных блоков типа колпак
В связи с проектированием и строительством в Вологде завода объемно-блочного домостроения ЦНИИЭП жилища провел комплекс работ по проверке и обоснованию конструктивных решений жилых домов из объемных блоков типа «колпак». Основным отличием принятых конструктивных решений от используемых другими организациями (Белгоспроект, Энергожилиндустрпроект, Киев- ЗНИИЭП) является линейная схема опирания блоков по всему контуру.
Для выяснения напряженно-деформированного состояния, несущей способности, а также разработки методов расчета были проведены комплексные экспериментальные и теоретические исследования статической работы блоков.
Исследования проводились на двухэтажных фрагментах из железобетонных моделей в lU натуральной величины и на натурных образцах блоков (НИИСК совместно с ЦНИИЭП жилища) [1]. Путем сравнительного моделирования проверялось влияние па работу блоков наличия проемов, величин эксцентриситетов вертикальных сжимающих сил, схем опирания. Натурные испытания использовались главным образом для выявления фактической несущей способности и проверки правильности конструирования отдельных узлов.
Было выявлено, что горизонтальные растворные швы между блоками смежных этажей препятствуют повороту опорных узлов под действием эксцентрично приложенной нагрузки й создают некоторое их защемление (рис. 1,6), которое существенно влияет на напряженно-деформированное состояние и несущую способность блоков при линейном оттирании.
Влияние защемления изучалось при испытаниях фрагментов столба из моделей 1—5, 1—3 (без защемления) и 1— 17, 1 —il6 (с защемлением). Основные параметры испытанных моделей приведены в таблице.
При первом испытании передача вертикальной нагрузки на стены моделей без защемления осуществлялась через цилиндрические шарниры из круглой. стали (рис. 1,а). Цилиндрические шарниры не препятствовали повороту верхних опорных узлов моделей.
При втором испытании вертикальная нагрузка передавалась на растворные швы шириной 30 мм через металлические пространственные рамы, создающие защемление. Все швы выполнялись из цементного раствора марки 200—300 и армировались тканой сеткой. На рис. 2 для моделей блоков приведены эпюры по экспериментальным и теоретическим значениям прогибов стен из плоскости.
Величина разрушающих нагрузок на фрагмент (равнялась в первом случае 34 тыс., во втором — 68 тыс. Прогибы граней при «наличии защемления снижались в 3—4 и более раз (в зависимости от уровня нагрузки). Для фрагмента без защемления максимальные прогибы продольных стен из плоскости блока 1— 5 за этап до разрушения (30,4 тс) были равны 2,8 атм. Во фрагменте с защемлением (блок 1—17) на предпоследнем этапе (63,6 тс) —2,4 мм.
В испытаниях были получены следующие данные, необходимые для построения расчетной методики.
Эпюры распределения вертикальных относительных деформаций в различных горизонтальных сечениях стен блоков -близки к равномерным (рис. 3). Относительные горизонтальные деформации на порядок меньше вертикальных.
Большая часть нагрузки 1(до 80—90%) при опирании по контуру приходится на продольные стены.
Максимальные величины прогибов стен из плоскости вплоть до разрушающих нагрузок не превышают Vs толщины стен.
Стены блоков, являющиеся наиболее ответственными элементами конструкции, испытывают нецентренное сжатие, в случае защемления внедентренное сжатие с малыми эксцентриситетами. Трещины в них возникают на эпюрах загружения, близких к разрушению.
Разрушение блоков (рис. 4) происходит (по горизонтальному сечению стен в средней трети их высоты.
На основании этих данных предложена методика расчета отдельных блоков с линейным описанием и столбов из них. Работа стен описывается дифференциальным уравнением продольного изгиба пластин при превалирующем влиянии сил одного направления, с учетом упруго-пластической работы бетона [2]:
Там же нанесены полученные значения прогибов стен с вычетам осадок опор. Учет защемления при расчете приводит к снижению величин Дмакс и Му в стене в 2—4 раза (большая разница соответствует большому уровню нагрузки).
Экспериментальные величины прогибов хорошо соответствуют теоретическим, подсчитанным с учетом защемления (отличие на 10—16%). Расчеты про-ведены з широком диапазоне жесткостей швов By и Вс. При увеличении и уменьшении By по сравнению с -основным вариантом в 10 раз величины прогибов изменяются не более чем в 1,5 раза.
Более значительно на величины шлака влияет изменение Вс. На рис. 6 показана расчетная зависимость величин ку от Вс при защемлении в блоке без защемления.
Принятые в основном варианте расчета значения By и Вс позволяют достаточно хорошо -описать фактическую работу конструкций.
Результаты испытаний железобетонных моделей в натуральной величины также сравнивались с результатами расчетов по программе «ОЗНОБ». Размеры моделей 130X80X65 см; толщины стен, потолка, пола 1,5; 1,2 и 4,5 см. Шаг нагрузки 3,4 тс на блок.
Характеристики бетона, определенные по испытаниям призм 4Х4Х6 см, приведены в таблице. По аналогии с расчетами натурных конструкций Еш — = 7000 игс/см2.
Получено качественное и количественное соответствие величин прогибов (ом. рис. 2) для четырех моделей с результатами расчетов на всех этапах нагрузки. Расхождение между величинами максимальных прогибов также не превышает 10—15% Такая же разница получалась -и при определении величин разрушающих нагрузок для моделей.
В ДНИ-ИСК были проведены аналогичные -испытания на моделях в 1/г натуральной величины i[4]. (Величины прогибов, деформаций и -разрушающих нагрузок, полученные при испытаниях, находятся в соответствии с данными настоящей работы. Вполне удовлетворительно сходятся также результаты -испытаний ЦНИИС-К с расчетами по программе «ОЗНОБ».
Аналогичный эффект уменьшения величин фактических эксцентриситетов и увеличения несущей способности был ранее отмечен при учете защемления панелей несущих стен крупнопанельных зданий.
Выводы
Результаты исследований позволили уточнить расчетную схему конструкции, выявить влияние защемления блоков в столбе на снижение величии изгибающих моментов и прогибов, повышение несущей -способности блоков, а также предложить практический метод расчета и программу для ЭЦВМ. По этой программе в «Рекомендациях по расчету и конструированию зданий до 9 этажей из несущих железобетонных объемных блоков» определены параметры напряженно - деформированного состояния блоков наиболее (массовых типоразмеров.
Изучение изложенных в настоящей статье вопросов будет продолжено для уточнения влияния на работу блоков проемов, длительного действия нагрузок, более сложных их сочетаний и т. д.