Особенности создания расчетной схемы крупнопанельного жилого дома с монолитными конструкциями первого этажа

Размещено на http://www.allbest.ru/

с

Оренбургский государственный университет

Особенности создания расчетной схемы крупнопанельного жилого дома с монолитными конструкциями первого этажа

Аркаев М.А.

Сыродоева Л.В.

г. Оренбург

Вопрос о рациональности и экономичности строительства зданий различного назначения всегда был актуальным. Как известно, существует три принципа, которые положены в основу проектирования: экономия материала, снижение трудоемкости и сокращение сроков строительства. В рамках жилищного строительства эти принципы удается довольно успешно реализовывать за счет возведения крупнопанельных многоэтажных зданий, которые обладают повышенным уровнем индустриализации строительного производства и степени заводской готовности конструкций и деталей.

В условиях современного строительного рынка одним из существенных недостатков панельных домов является ограниченная планировка первого этажа; это обусловлено тем, что конструктивно панели должны располагаться друг под другом на всю высоту здания. Выше обозначенная проблема является сдерживающим фактором в обеспечении жителей необходимыми объектами инфраструктуры (детские сады, медицинские учреждения, магазины, офисы и пр.).

Одним из путей преодоления этих трудностей является строительство многоэтажных панельных домов с первым этажом со свободной планировкой, которую возможно обеспечить за счет использования монолитных железобетонных несущих конструкций. Тем самым использование крупнопанельного домостроения позволяет существенно сократить сроки строительства, упростить конструктивную схему зданий и стоимость жилой площади, а монолитные конструкции первого этажа позволят организовывать помещения свободной планировки.

В качестве примера такого решения рассмотрен многоэтажный жилой дом со встроенно-пристроенными нежилыми помещениями на 1-м этаже (рисунок 1). Здание - 14-ти этажное односекционное. Геометрическая неизменяемость обеспечена за счет соединения всех несущих элементов здания между собой в пространственную систему.

Фундамент многоэтажной части здания выполнен в виде сплошной монолитной железобетонной плиты. Несущими элементами подвала и 1-го этажа являются монолитные стены и пилоны. Несущими вертикальными элементами со 2 по 14 этаж являются железобетонные стеновые панели наружных и внутренних стен. Перекрытия подвала и 1 этажа выполнены из монолитного железобетона. Диск перекрытия со 2 по 14 этаж и покрытия сформирован из сборных железобетонных плит перекрытия сплошного сечения. Внутренние лестницы железобетонные: в уровне 1-го этажа - монолитные, выше - из сборных элементов.

Разработка конструктивного решения такого здания условно сводится к расчету двух взаимосвязанных частей: монолитные конструкции первого этажа с нижерасположенными элементами и вышерасположенная часть из сборных железобетонных панелей.

Одной из первостепенных задач является расчет части здания, выполненной из сборных панелей и определение усилий, передаваемых на монолитные железобетонные конструкции первого этажа и ниже. При выполнении расчетов необходимо учитывать специфику работы платформенных и контактных стыков в панельных зданиях, этому вопросу и посвящена настоящая статья.

а)

б)

в)

а) план 1 этажа, б) план типового этажа, в) фасады

Рисунок 1 - Общий вид многоэтажного жилого дома

Модель жилого дома принята комбинированной - пластинчато-стержневой. В расчетной модели учтены физические характеристики применяемых материалов, особенности их работы под нагрузкой и совместность работы всего комплекса «здание-грунт» как статически неопределимой системы. Расчет производился от следующих нагрузок: собственный вес конструкций, отделочных слоев и грунтов; нагрузка от снега; полезная нагрузка; ветровая нагрузка. Фундаментная плита, монолитные стены, стеновые панели и плиты перекрытия моделировалась конечными элементами оболочки. Пилоны и балки моделировались конечными элементами стержней. Для того чтобы расчетная схема соответствовала проектируемому зданию, а так же для достоверной оценки усилий в местах сопряжения элементов здания, в расчетную схему введены соответствующие конечные элементы вдоль вертикальных и горизонтальных стыков между стеновыми панелями и плитами перекрытия.

Горизонтальные (платформенные) швы моделировались специальным конечным элементом (КЭ) платформенного стыка КЭ 259. Данный тип КЭ позволяет правильно учесть специфику работы платформенных и контактных стыков в панельных зданиях. Характерными особенностями этого КЭ являются:

- возможность моделирования шарнирного сопряжения панелей;

- возможность автоматического расчета жесткости стыка на сжатие и сдвиг; панельный монолитный железобетонный фундамент

- возможность учета нелинейного характера работы платформенного стыка при высоких уровнях напряжений в нем.

Зависимость у-е для построения НДС от вертикальных усилий для нелинейных КЭ стыка представлена на рисунке 2 и соответствует СП 335.1325800.2017 «Крупнопанельные конструктивные системы. Правила проектирования» и положениям [1, 2] в части изменения податливости стыка в зависимости от напряжений и вообще границ применимости формул для вычисления податливости растворного шва. Относительные деформации стыка на графике определяются соответственно зависимости:

еmi = (уmiлmi)/hst,

где hst - полная высота стыка, мм (в случае платформенного стыка - высота плиты и двух растворных швов).

Рисунок 2 - Диаграмма работы нелинейного конечного элемента типа КЭ-259

Коэффициент податливости при сжатии горизонтального растворного шва лm в зависимости от напряжения определяют по формулам:

Рисунок 3 - Общий вид окна для расчета жесткости платформенного стыка.

Рисунок 4 - Общий вид архитектурной и аналитической модели платформенного стыка.

- при уm1 ? 1,15R2/3m , лm1 = 1,5*10-3 R-2/3mtm (принимаем уm1 = 1,15R2/3m);

- при уm2 ? 1,15R2/3m , лm2 = 5*10-3 R-2/3mtm, но не более 2R2/3m (принимаем уm2 = 2R2/3m),

где уm - среднее значение сжимающих напряжений в растворном шве, МПа;

Rm - кубиковая прочность раствора, МПа;

tm - толщина растворного шва, мм;

лm - коэффициент податливости растворного шва при кратковременном сжатии, мм3/Н.

Рисунок 5 - Общий вид КЭ стеновой панели с дверным проемом.

В проекте предусмотрено соединение стеновых панелей в вертикальных стыках с помощью закладных деталей. Для моделирования этих соединений использован специальный конечный элемент КЭ 55, который позволяет моделировать соединение конечной жесткости между двумя узлами расчетной схемы (рисунок 5).

Для определения жесткостных параметров конечных элементов применена методики, изложенные в [3-7] с учетом СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения».

Общее количество закладных деталей в вертикальном стыке между стеновыми панелями - 3 шт. Закладные детали (2шт.), которые расположены у торца панели, воспринимают сдвигающие усилия в вертикальной и горизонтальной плоскости. Закладная деталь, расположенная на верхней грани стеновой панели воспринимает сдвигающие усилия только в горизонтальной плоскости.

Рисунок 6 - Общий вид конечных элементов для моделирования соединения стеновых панелей по вертикальному стыку.

Оговоренные особенности расчетной схемы позволяют достоверно оценить усилия в соединительных элементах и растворных швах, а так же учесть их фактические жесткостные характеристики. Учет специфики работы платформенных и контактных стыков в панельных зданиях позволяет создавать достоверную и адекватную расчетную модель всего здания; определить усилия, передаваемые на монолитные конструкции первого этажа, и разработать их рациональное конструктивное решение.

Учитывая практическую значимость и действительную необходимость устройства первого этажа со свободной планировкой в крупнопанельных многоэтажных жилых домах, изучение, анализ особенностей расчетных методик и их совершенствование, несомненно, является вопросом важным и перспективным, в связи с этим исследования в данной области будут продолжаться.

Список использованной литературы

1. Пособие по проектированию жилых зданий/ЦНИИЭП жилища Госкомархитектуры. Вып. 3. Конструкции жилых зданий (к СНиП 2.08.01-85). - М.: Стройиздат, 1989. - 304с.

2. Пособие по расчету крупнопанельных зданий. Вып. 1. Характеристики жесткости стен, элементов и соединений крупнопанельных зданий. М., Стройиздат, 1974, 40 с.

3. Даннель В.В., Кузьменко И.Н. Жесткости стыков крупнопанельных зданий: анализ формул, рекомендации по их уточнению в конечноэлементных моделях // Актуальные проблемы исследований по теории сооружений. Доклады международной конференции: Сборник научных статей в двух частях. Часть 2 / ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. - М.: ОАО «ЦППЦ, 2009. - с.261-274.

4. Даннель В.В. Анализ формул для определения жесткости при сдвиге платформенных стыков крупнопанельных зданий // Бетон и железобетон. - 2010. №1. - с. 25-29.

5. Даннель В.В. Анализ формул для определения жесткости при сжатии платформенных стыков крупнопанельных зданий // Строительная механика и расчет сооружений. 2010. №1. С. 2-5.

6. Даннель В.В. Определение жесткостей платформенных стыков // Жилищное строительство. 2012. №2. С. 32-35.

7. Рекомендации по расчету и конструированию индустриальных конструкций первых нежилых этажей крупнопанельных жилых зданий. - М., ЦНИИЭП жилища, 1990.

Размещено на Allbest.ru