Особенности проектирования зданий со скрытым каркасом
Новая конструктивная система зданий повышенной этажности со скрытым каркасом, как уже отмечалось, входит в практику строительства Москвы.
На рис. 1 дана поперечная стена здания, верхняя часть которой выполнена в конструкциях панельного дома с переходом в нижних этажах на панели со скрытым каркасом. Стыковые соединения элементов «вреде иют надежность новой системы. Поэтому проектные решения были направлены к максимальной стабилизации податливости стыков Известный в панельном домостроении «платформенный» стык был заменен сборно-монолитным контактным стыком (рис. 2). Это позволило увеличить несущую способность бетонной части стены и значительно уменьшить податливость стыка. Стык металлических усилений принят на цементном растворе толщиной 10 мм, что обеспечивается наличием .фиксирующей прокладки и замоноличиванием полости стыка цементным раствором путем инъекции. Результаты исследований работы таких растворных стыков приведены.
Для «вывешенных» стен разработана специальная панель технического этажа (ВС.КТ). Оп иранце панели на колонну принято с упором бетонной части па развитое сечение колонны первого этажа, что уменьшает поперечную силу о нижней панели я деформативность всей системы, а также повышает ее надежность.
Некоторое увеличение сечения колонны без изменения планировочных решений позволяет заменить металлические колонны железобетонными с жесткой арматурой, получив при этом дополни тельную экономию стали.
Расчет элементов скрытого каркаса приводится в [1]. Нагрузки между стальными усилениями и железобетонной частью распределяются пропорционально их жесткостям без учета пластических свойств материалов. Поэтому при исчерпании одним из элементов его несущей способности следует считать, что вся комплексная конструкция исчерпала несущую способность.
Характер изменения несущей способности фрагмента стеновой панели длиной 6, высотой 3, толщиной 0,18 м, применяемой в экспериментально-жилом районе Чертаново-Северное, показан на рис. 3. При построении графиков приняты следующие исходные данные: железобетонная часть стеновой панели из бетона марки М 400; стык стальных усилений на цементном растворе марки М 300; стык железобетонных частей панелей на бетоне марки М 300. Несущая способность скрытой колонны составила Nкол=5 кН, а железобетонной части стены Л1Ст = П кН.
Расчетным значением при заданном диапазоне изменения жесткости является наименьшая несущая способность. Полное использование несущей способности системы возможно только при определенном соотношении жесткостных характеристик ее элементов (см. рис. 3).
Расчетная несущая способность составляет часть полной. При заданном диапазоне изменения жесткостей — 73% полной несущей способности. В дальнейшем необходимо учитывать влияние пластических деформаций
В процессе выполнения расчетов разбивку стены на ярусы с различными типами металлических усилений можно производить ручным счетом. При этом стена рассматривается как консольный стержень приведенной жесткости. Остальные участки, гв которых ожидается концентрация напряжений: нижние панели «вывешенных» поперечников и переход от панелей без металлических усилений к панелям с усилениями — необходимо рассчитывать на ЭВМ в виде 3—5-этажных фрагментов методом стержневой аппроксимации или конечного элемента.
Нижняя зона стены со «скрытым» каркасом состоит обычно из нескольких ярусов панелей, отличающихся сечениями стальных усилений. Скрытая колонна представляет собой составной стержень ступенчатой жесткости; жесткость увеличивается скачками сверху вниз. Жесткость железобетонной части стены в этих ярусах может не изменяться. В этом случае в каждом последующем сверху вниз ярусе на скрытые колонны передается большая доля нагрузки, чем в вышележащем. Так, при распределении нагрузки Р между элементами двух ярусов стены пропорционально их осевым жестокстям усилия Е скрытых колоннах составят:
Были рассмотрены зоны концентрации напряжений на нижних панелях «вывешенных» поперечников. Вертикальные сжимающие напряжения концентрируются в железобетонной части стены по краям (рис. 5). Причем краевые значения ау значительно превышают средние значения. Эффект концентрации ау проявляется в зоне стены примерно равной по высоте ширине стены. Выше этой зоны эпюра ау в железобетонной части стены близка к прямоугольнику.
Расчет колонн первого этажа совместно с вышестоящими конструкциями необходимо производить при двух сочетаниях жесткостей элементов стены со скрытым» каркасом по формулам (1), (2).
При этом в колоннах первого этажа эксцентриситеты продольных усилий могут существенно отличаться друг от друга.
В нижней зоне панели ВСКТ на высоту 0,2 ширины стены действуют значительные растягивающие напряжения Ох, так как панель работает как балка- стенка.
В «вывешенных» стенах первая снизу панель должна быть специальной конструкции, способной работать на изгиб и поперечную силу. Это требование облегчается тем, что обычно первый этаж «вывешенной» стены технический. В стенах шириной более 4,8 м иногда и во втором этаже снизу необходимо усилить конструкцию из-за концентрации. В этом случае можно использовать спаренные стеновые панели со стальными усилениями.
Второй зоной, в которой наблюдается концентрация сжимающих напряжений, является стык верхней панели скрытого каркаса с панелью без стальных усилений (рис. 6). При первом варианте стыка напряжения в сечении концентрируются непосредственно над стальным усилением, при втором варианте стыка — рядом со стальным усилением. В общих случаях по результатам расчетов стен на ЭВМ максимальные сжимающие напряжения примерно одинаковы.
При первом варианте стыка сдвигающие усилия в сечении II—II в 6— 8 раз меньше, чем при втором. Это позволяет рекомендовать к применению 1-й вариант. Вследствие концентрации сжимающих напряжений в этом узле целесообразно разделять верхний ярус панелей со скрытыми колоннами и вышестоящие типовые панели «переходными» железобетонными стеновыми панелями, способными воспринимать по краям повышенные сжимающие напряжения.
Анкерные связи между стальным усилением и железобетонной частью стеновой панели «скрытого» каркаса рассчитываются на усилия сдвига, отрывающую силу и момент. Усилия сдвига определяются как сумма сил, полученных из расчета панельной стены в целом и от усадки бетона панели. При определении сдвигающей силы на этаж учитывается неравномерность распределения ее в пределах данного яруса. Отрывающая сила может проявиться при навеске лоджий момент — от эксцентриситета вертикальной нагрузки — при изменении сечения скрытой колонны.
Выводы
Применение конструктивной системы скрытый каркас экономически целесообразно и сокращает расход металла при проведении определенных конструктивных мероприятий, обеспечивающих минимальный разброс податливости составных элементов системы.
Эффективность применения этой конструкции увеличивается при переходе к расчету по предельному состоянию. В связи с этим целесообразны испытания модели поперечной стены, которые проводятся в МИСИ.
Устройство «вывешенных» стен требует разработки и внедрения специальной железобетонной панели технического этажа.
Переход от панельного дома к панелям со скрытым каркасом рекомендуется осуществлять с помощью специально разработанного типа железобетонной панели, способной воспринимать повышенные местные сжимающие напряжения.