Стыковые соединения для сейсмозищиты крупнопанельных зданий

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.

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.

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).

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.

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.

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).

Монтаж наружных панелей должен производиться встык. Соединение внахлестку в сейсмостойких зданиях не допускается.

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.

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.

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.

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.

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.