Конструктивные решения крупнопанельных зданий с напрягаемой арматурой

Общие конструктивные соображения. Сейсмостойкость зданий высотой до 9 этажей для районов с сейсмичностью 7 баллов обеспечивается конструктивными антисейсмическими мероприятиями, поскольку в таких зданиях растягивающие напряжения в стенах, как правило, не возникают и нет необходимости в создании предварительного напряжения в несущих стенах.

В зданиях повышенной этажности или при более интенсивных сейсмических воздействиях в несущих стенах возникают растягивающие напряжения. Для их восприятия укладывается значительное количество расчетной арматуры. Предварительное напряжение стен крупнопанельных сейсмостойких зданий создается для исключения растягивающих напряжений в стыках.

Количество напрягаемой связевой и рабочей арматуры, а также степень ее натяжения предопределяются расчетом зданий на сейсмическое воздействие. При малой этажности и незначительной сейсмичности площадки строительства, когда расчетом установлено отсутствие растягивающих усилий в стыках несущих стен, количество связевой арматуры назначается конструктивно (1 см² на 1 м стыка). В этом случае ввиду ее малого сечения натяжение связевой арматуры не меняет деформативности здания и его динамических характеристик.

Тем не менее, как будет далее показано, передача усилий натяжения на бетон замоноличивания существенно повышает трещиностойкость стыков, улучшая тем самым их влагонепроницаемость и снижая ремонтно-эксплуатационные расходы. Иначе обстоит дело при повышенной сейсмичности (8—9 баллов) или повышенной этажности (более 9 этажей). Количество связевой арматуры назначается в соответствии с расчетом и достигает значительных величин. Степень ее натяжения определяется исключением растягивающих напряжений в горизонтальных стыках, а при необходимости создания существенного предварительного напряжения надо принимать во внимание изменение динамических характеристик здания.

Такой дифференцированный подход стал возможным благодаря переносу связевой арматуры в вертикальные и горизонтальные стыки и объединению смежных элементов шпоночными соединениями.

В типовых проектах серии 92 и его конструктивных вариантах 83, 125, 135, 1-467 сдвигающие усилия от сейсмических воздействий воспринимаются не сварными арматурными выпусками и закладными деталями (как это было в предшествовавших сериях 1-464 АС и пр.), а бетонными шпонками. Растягивающие усилия от горизонтальных нагрузок воспринимаются вертикальной арматурой, размещенной в вертикальных стыках в месте сопряжения наружных и внутренних панелей.

Однако эти конструктивные решения лишь частично улучшают положение, не охватывая все перечисленные вопросы.

В предложенной системе ГФ СКТБ «Стройиндустрия» Минстроя СССР напрягаемая связевая арматура (рис. 1 и 8) переносится в вертикальные и горизонтальные стыки (а. с. № 723084. — Опубл. в Б. И., 1980, № И; а. с. № 732478. — Опубл. в Б. И., 1980, № 17; а. с. № 737581,—Опубл. в Б. И., 1980, № 20; а. с. № 945335,— Опубл. в Б. И., 1982, № 27).

Рис. 8. Конструктивная схема крупнопанельного здания с напрягаемой арматурой и шпоночными соединением элементов (усовершенствованная серия 1-464АС): 1 – анкеровка канатной арматуры в фундаменте; 2 – сопряжение наружных стеновых панелей с внутренними; 3 – угловой вертикальный стык наружных стеновых панелей; 4 – сопряжение внутренних стеновых панелей; 5 – сопряжение плит перекрытий; 6 – анкеровка горизонтальной напрягаемой арматуры

Горизонтальная и вертикальная напрягаемая связевая арматура — новый элемент в крупнопанельном домостроении. Целесообразность натяжения арматуры диктуется как конструктивными, так и технологическими соображениями. С конструктивной точки зрения (по несущей способности) в создании горизонтального напряжения в стеновых панелях нет необходимости, поскольку в этом направлении растягивающие напряжения в бетоне не возникают.

При значительных горизонтальных нагрузках в результате сдвига по вертикальному стыку могут лишь появится усилия распора между смежными панелями, которые воспринимаются металлическими связями. В зданиях малой этажности, а также при незначительной сейсмичности района строительства усилия распора невелики и могут быть восприняты железобетонными шпоночными соединениями горизонтальных стыков стеновых панелей и плит перекрытий. Поэтому количество горизонтальной связевой арматуры назначается исходя из условий ограниченного нормами минимума, обеспечивающего взаимное соединение стеновых панелей и плит перекрытия.

Однако при сильных землетрясениях в шпоночных соединениях возникают явления пластической деформации и, как следствие, остаточные деформации и трещины в бетоне. Если связевая арматура не подвергнута предварительному напряжению (как это имеет место яри традиционном решении узлов), то в результате образования слабины она включается в работу лишь в предельном состоянии, что снижает трещиностойкость стыков. Этот недостаток устраняется заменой горизонтальных арматурных выпусков связевой напрягаемой арматурой высоких классов, эквивалентной по несущей способности рассредоточенным связям, расположенным в уровне перекрытия.

Следует отметить, что количество связевой арматуры согласно нормам недостаточно для того, чтобы обжать вертикальные стыки. Увеличение площади горизонтальных напрягаемых связей для создания существенных напряжений в бетоне для повышения трещиностойкости нецелесообразно, поскольку приводит к значительному перерасходу металла.

В качестве горизонтальных связей обычно используются стержни класса A-III, хотя может применяться и канатная арматура. Она нарезается на соответствующие отрезки, концы их оснащаются обсадными гильзами, через которые в дальнейшем осуществляется анкеровка с помощью сварки. Натяжение арматуры в зависимости от. ее класса производится электротермическим или механическим методом (а .с. № 1013612. — Опубл. в Б. И., 1983, № 15) до σ = 0,7 R_а.

Основная вертикальная связевая арматура, обеспечивающая прочность и жесткость вертикальных диафрагм при изгибе, располагается в стыках панелей наружных и внутренних стен, что позволяет существенно сократить расход арматуры по сравнению с расходом при равномерном ее распределении по длине стен в результате увеличения плеча внутренней пары сил как в продольном, так и в поперечном направлении здания. При этом можно унифицировать армирование стен по высоте здания, изменяя лишь сечения вертикальной арматуры по мере изменения расчетных усилий. Если арматура стержневая, стыкуемая электросваркой, то изменение сечения вертикальной металлической связи по высоте достигается подбором соответствующих диаметров. При канатной или высокопрочной проволочной арматуре сечение вертикальной связи изменяется переходом на другой диаметр (опрессовка металлической гильзы с помощью установки МОП-5 или уменьшение количества проволок по мере увеличения высоты).

Согласно СНиП II-7-81, площадь арматуры, размещенной в вертикальных стыках, не должна превышать 65 % общей площади расчетной арматуры. При отсутствии растягивающих напряжений в несущих стенах связевая рабочая арматура может быть полностью размещена в стыках.

Из всех стыковых соединений в крупнопанельном здании наиболее характерными и часто повторяющимися являются стыки: примыкания наружных стеновых панелей и панелей внутренних стен; соединения внутренних стеновых панелей между собой, наружных и внутренних стеновых панелей с плитами перекрытия, плит перекрытия одних с другими.

На рис. 9 дана схема фрагмента здания в традиционном исполнении.

Рис. 9. Схема фрагмента здания в традиционном исполнении: 1 — наружная - стеновая . панель; 2 — арматурные выпуски; 3 — внутренняя стеновая панель; 4 — закладная деталь из проката; 5 — плита перекрытия

На рис. 10 для сопоставления приведен фрагмент сейсмостойкого крупнопанельного здания с напрягаемой арматурой и шпоночными соединениями элементов. При одинаковой прочности стыковых соединений трудоемкость изготовления и монтажа элементов в новом варианте значительно ниже, чем в традиционном., так как количество арматурных выпусков и соответствующее число шпонок сокращено до возможного, обусловленного расчетом и конструктивными требованиями минимума. Упрощаются формы и бортоснастка для изготовления элементов, соответственно уменьшаются материальные и трудовые затраты на их изготовление. На стадии монтажа сокращается объем сварочных и бетоноопалубочных работ; подробнее конструктивные решения узлов и стыков, представленных на фрагментах, будут рассмотрены далее.

Рис. 10. Схема фрагмента сейсмостойких крупнопанельных зданий с напрягаемой арматурой и шпоночным соединением элементов: 1 — вертикальная предварительно напрягаемая арматура; 2— горизонтальная предварительно напрягаемая арматура; 3 — шпонки; 4 — пазы

Казалось бы, что применение горизонтальной связевой арматуры может в определенной мере ограничить свободу архитектурно-планировочных решений. Действительно, если здание в плане прямоугольного очертания, то все решается просто — горизонтальная напрягаемая арматура располагается по контуру здания в плоскости наружных стен непосредственно в подстилающем слое раствора горизонтального платформенного стыка (рис. 11).

Рис. 11. План расположения горизонтальной напрягаемой арматуры в зданию прямоугольного очертания: 1 - продольная горизонтальная напрягаемая арматура; 2 — поперечная горизонтальная напрягаемая арматура; 3 —закладная деталь

Концы напрягаемой арматуры привариваются к закладным деталям, предусмотренным в угловых замыкающих плитах перекрытия (рис. 12). Если здание в плане «изломанное» (оси его наружных стен не лежат на одной линии), то создается впечатление невозможности укладки напрягаемой горизонтальной арматуры.

Рис. 12. Закрепление конца горизонтальной напрягаемой арматуры: 1 — горизонтальная напрягаемая арматура; 2 — закладная деталь; 3 — борозда

Однако в местах излома осей наружных стен эта арматура может выходить за пределы плоскости наружных панелей и размещаться внутри здания (рис. 13) и соответствующих бороздах плит перекрытия (рис. 14), объединяя их в единый диск. Борозды, располагаясь параллельно рабочей арматуре, не ослабляют несущую способность плит. При значительном изломе осей наружных стен арматура может в нужном месте прерываться и анкероваться к закладным деталям.

Рис. 13. План расположения горизонтальной напрягаемой арматуры в здании серии 143С: 1 - продольная горизонтальная напрягаемая арматура; 2 — поперечная горизонтальная напрягаемая арматура; 3 — закладная деталь

Рис. 14. Укладка горизонтальной напрягаемой арматуры в борозды плит перекрытия: 1 — наружная стеновая панель; 2 — борозда; 3 — горизонтальная напрягаемая арматура; 4 — плита перекрытия

Анализ вариантов типовых проектов разных серий показал, что при любом архитектурно-планировочном решении крупнопанельного здания, можно устроить необходимый обвязочный контур горизонтальной напрягаемой связевой арматуры, отвечающий условиям прочности и практически не требующий дополнительных марок элементов.

Следует отметить, что при проектировании расположения горизонтальной связевой арматуры в сейсмостойких зданиях необходимо соблюдать условия симметричности как в продольном, так и в поперечном направлении, чтобы свести до минимума возможность появления крутящих моментов. Поскольку же основополагающим требованием СНиП II-7-81 (п. 1.2) является симметричность конструктивной схемы, архитектурно-планировочное решение само по себе обеспечивает возможность симметричной укладки арматуры. Если же архитектурно-планировочное решение не позволяет нанести обвязочный контур горизонтальной связи (см. рис. 8), то перекрытие можно объединить в единый диск комбинированным способом. Если объединяются только два элемента, то связь можно осуществить непосредственно сваркой выпусков, в остальных случаях целесообразно применять непрерывную арматуру.

В современном блочно-секционном строительстве крупнопанельных жилых домов достаточно успешно решается вопрос замкнутости контура горизонтально предварительного напряжения. В случае надобности в прямоугольные здания, вытянутые в плане, в поперечном направлении вводят горизонтальную напрягаемую арматуру (рис. 15) и располагают ее в швах смежных плит перекрытия так, чтобы исключить необходимость дополнительных типоразмеров. Площадь поперечного сечения горизонтальной связевой арматуры определяется по данным расчета из условия восприятия усилий распора между стеновыми панелями и в соответствии со СНиП II-7-81 назначается не менее 1 см² на 1 м шва.

Рис. 15. Вариант укладки горизонтальной напрягаемой арматуры: 1 - горизонтальная напрягаемая арматура; 2 — плита перекрытия; 3 — закладная деталь; 4 — пластина с отверстием; 5 —внутренняя стеновая панель

При конструктивном армировании здания площадь сечения вертикальной высокопрочной канатной арматуры принимается эквивалентной по несущей способности стержневой арматуре класса A-I.

Как в сборном, так и в монолитном фундаменте канатная арматура фиксируется за предусмотренный выпуск (рис. 16, а). В этом случае за зону анкеровки принимается высота цокольного этажа.

При этом учитывается, что цокольные элементы в соответствии с расчетом связаны с монолитным фундаментом с помощью сварки арматурных выпусков. В монолитном фундаменте в качестве варианта анкеровку канатной арматуры можно осуществить по рис. 16, б, однако это создает определенное неудобство при монтаже цокольных элементов.

Рис. 16. Анкеровка канатной арматуры в сборном а и монолитном б фундаментах: 1 – вертикальная канатная арматура; 2 – наружная цокольная панель; 3 – внутренняя цокольная панель; 4 – плита перекрытия; 5 – петлевой выпуск

Вертикальная арматура напрягается механическим способом после завершения монтажа здания вплоть до установки парапетных блоков. В 5- и 9-этажных зданиях натяжение производится на всю высоту, а в зданиях повышенной этажности — этапами по нескольку этажей. Усилия натяжения передаются на бетон парапетных панелей. После замоноличивания вертикальных стыков на всю высоту здания и набора бетоном передаточной прочности верхний анкер снимается и усилие натяжения передается на бетон стыка.

Сведения об авторе и источнике:

Автор: Л. С. Махвиладзе

Источник: Сейсмостойкое крупнопанельное домостроение