Горачек Е., Лишак В. И. - Прочность и жесткость стыковых соединений панельных конструкций (Опыт СССР и ЧССР)

Е. Горачек, В. И. Лишак, Д. Пуме, И. И. Драгилов, В. А. Камейко, Н, В. Морозов, В. Г. Цимблер

Прочность и жесткость стыковых соединений панельных конструкций

(Опыт СССР и ЧССР)

Под редакцией канд. техн. наук В. И. Лишака

Москва Стройиздат 1980

Прочность и жесткость стыковых соединений панельных конструкций: Опыт СССР и ЧССР / Е. Горачек, В. И. Лишак, Д. Пуме и др.; Под ред. В. И. Лишака. — М.: Стройиздат, 1980.— 192 с, ил.

Книга подготовлена совместно советскими и чехословацкими специалистами и содержит систематизированное изложение результатов исследований прочности и жесткости стыковых соединений панельных конструкций. Дана характеристика различных типов стыковых соединений и рассмотрены особенности их статической работы. Приведены методы определения усилий в стыковых соединениях от различных нагрузок и воздействий. Обосновываются принятые в СССР и ЧССР методы, расчета прочности и деформативности стыковых соединений. Изложены практические рекомендации по расчету, и конструированию стыковых соединений.

Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников научно-исследовательских, проектных организаций и домостроительных предприятий.

Табл. 30, ил. 110, список лит.: 76 назв.

© Стройиздат, 1980

© Перевод на русский язык, 1980

ПРЕДИСЛОВИЕ

В современном жилищном строительстве ведущая роль принадлежит панельному домостроению. В СССР панельные дома составляют более половины, а в крупных городах около 80% общего объема государственного и кооперативного жилищного строительства. В ЧССР удельный вес панельного домостроения составляет около 70%. Широко распространено панельное домостроение в ГДР, ВНР, ПНР, Франции, Дании, Швеции, Норвегии и многих других странах.

Развитие панельного домостроения обусловлено его экономичностью, низкими затратами трудовых и материальных ресурсов. Панели, представляющие собой плоские элементы размером на одну или несколько комнат, сравнительно просто изготавливать, перевозить и монтировать. Их в заводских условиях подготавливают под окончательную отделку (окраску, оклейку обоями и т. п.). Панели наружных стен имеют полностью отделанные фасадные поверхности. Все это существенно снижает затраты труда при возведении зданий и тем самым сокращает продолжительность строительства. Заводские условия изготовления панелей позволяют надежно обеспечивать и контролировать требуемые несущие и ограждающие свойства сборных конструкций. Однако эксплуатационные качества панельного дома в целом во многом зависят от принятого конструктивного решения, стыков панелей.

Авторы настоящей книги поставили перед собой задачу систематизировать результаты экспериментальных исследований стыковых соединений при силовых воздействиях и -на этой основе дать рекомендации по их расчету и конструированию, Книга подготовлена совместно специалистами СССР и ЧССР. В ней использованы материалы научно-технического сотрудничества; выполняемого по линии Совета Экономической Взаимопомощи, а также непосредственного двустороннего сотрудничества институтов ЦНИИЭП жилища (СССР) и ВУПС (ЧССР).

Глава 1

УСИЛИЯ в стыковых СОЕДИНЕНИЯХ

1.1. ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЧНОСТИ И ЖЕСТКОСТИ СТЫКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Стыковые соединения панелей являются наиболее ответственными элементами несущей системы панельного здания. Благодаря стыковым соединениям панельное здание представляет собой весьма жесткую и прочную пространственную систему, способную успешно противостоять значительным ветровым и сейсмическим нагрузкам, неравномерным деформациям основания, климатическим температурно-влажностным воздействиям, а также аварийным воздействиям, возникающим, например, при пожаре, взрыве бытового газа и т. п. Накопленный опыт строительства панельных зданий различной этажности в сложных инженерно-геологических условиях (в сейсмических районах, на просадочных, многолетнемерзлых грунтах, подрабатываемых территориях) показал, что по. условиям прочности практически нет ограничений для панельного домостроения. Вместе с тем надежность конструкций в значительной степени зависит от принятых конструктивных решений стыковых соединений.

Как элемент несущей системы здания стыковые соединения должны удовлетворять требованиям расчета по двум группам предельных состояний: по несущей способности и по непригодности к нормальной эксплуатации (чрезмерные перемещения, взаимные сдвиги, раскрытие трещин и т. п.).

Для стыкового соединения предельным состоянием первой группы является разрушение стыка или примыкающих к нему участков панелей. Разрушение стыка может происходить не только в результате силовых воздействий, но и вследствие наблагоприятного влияния внешней среды, например, из-за коррозии арматурных связей, старения материала наружных конструкций; возникающего при переменном.замерзании и оттаивании. Расчетом по первой группе предельных состояний должны быть учтены невыгодные возможные величины и сочетания нагрузок, изменчивость характеристик материалов, неблагоприятные условия эксплуатации конструкций.

Предельным состоянием второй группы для стыкового соединения является превышение допустимых по условиям нормальной эксплуатации взаимных смещений панелей вдоль стыков и раскрытий в них трещин. Согласно требованиям «Инструкции по проектированию конструкций панельных жилых зданий. ВСН 32-77 «Госгражданстрой» [1], раскрытие трещин, пересекающих рабочую арматуру, исходя из условия защиты ее от коррозии, не должно превышать: при длительном раскрытии 0,3 мм, при кратковременном раскрытии 0,4 мм. Раскрытие трещин в бетоне замоноличивания арматурных связей, имеющих антикоррозионное покрытие, не должно превышать 1 мм. Взаимные сдвиги панелей не должны превышать: при длительном сдвиге 0,6 мм, при кратковременном сдвиге 0,8 мм. Длительное раскрытие трещин (взаимный сдвиг панелей) определяют от суммы постоянных и длительных нагрузок, кратковременное раскрытие трещин (сдвиг) — от суммы постоянных, длительных и кратковременных нагрузок. Раскрытие трещин, не пересекающих арматурные связи панелей, ограничено условиями обеспечения необходимой звукоизоляции (для стыков внутренних конструкций) или тепло- и водоизоляции (для стыков наружных конструкций).

Не допускается длительное раскрытие сквозных трещин. Податливость стыковых соединений приводит к уменьшению общей жесткости здания, а следовательно, к увеличению поперечных прогибов здания от горизонтальных нагрузок и увеличению ускорений вынужденных колебаний, возникающих вследствие пульсаций скоростного напора ветра.

Согласно нормам проектирования панельных зданий, предельная величина поперечного прогиба при расчете конструкций по недеформированной схеме не должна превышать 1/1000 высоты здания, а ускорения колебаний — 0,1 м/с3. При повышенной этажности (16 этажей и более), чтобы не превысить допустимых прогибов и ускорений колебаний, в ряде случаев необходимо увеличивать жесткость здания. Один из путей повышения жесткости — уменьшение податливости стыковых соединений.

Применение жестких стыковых соединений позволяет благодаря более полному использованию совместной работы несущих конструкций уменьшить напряжения в них, возникающие от вертикальных и горизонтальных нагрузок. Однако при неравномерных деформациях основания, климатических температурных воздействиях, усадке бетона панелей чрезмерная жесткость стыковых соединений оказывается неблагоприятным фактором. Применение податливых стыковых соединений при перечисленных воздействиях приводит, наоборот, к уменьшению усилий в несущей системе и к концентрации деформаций в стыках. Тем самым осуществляется защита панелей от возникновения в них трещин из-за неблагоприятного влияния вынужденных деформаций.

Помимо силовых функций, стык, как правило, выполняет не менее важные изоляционные и компенсационные функции, учет которых существенно влияет на общую компоновку стыка. Принимаемые конструктивные решения должны обеспечивать надежное выполнение всех функций стыка и быть технологичными в изготовлении.

Местоположение стыкового соединения в несущей системе существенно влияет на предъявляемые к нему требования. Основное назначение вертикальных стыковых соединений — восприятие сдвигающих усилий, возникающих при взаимных смещениях вдоль стыка сопрягаемых панелей. В вертикальных стыковых соединениях могут возникать усилия растяжения или сжатия, вызываемые главным образом неравномерными деформациями основания и климатическими температурно-влажностными воздействиями. Растягивающие усилия в вертикальных стыках могут быть обусловлены также силами распора, возникающими при сдвиге шпоночных стыковых соединений.

Основное назначение горизонтальных стыковых соединений — передача сжимающих усилий нижерасположенным конструкциям. При изгибе стены в собственной плоскости в горизонтальных стыковых соединениях возникают также сдвигающие усилия. Совместную работу стеновых панелей при сдвиге вдоль горизонтальных стыков обычно обеспечивают силы трения, исключение составляют лишь сейсмические нагрузки, при которых необходимо применять специальные конструктивные меры для восприятия сдвигающих сил.

Таким образом, конструктивное решение вертикального стыкового соединения определяется в основном условиями его работы на сдвиг, а горизонтального — на сжатие.

1.2. РАСЧЕТНЫЕ СХЕМЫ

Наиболее совершенной расчетной схемой бескаркасного панельного здания является пространственная система пластинок, соединенных между собой в общем случае податливыми связями. Пластинки, соответствующие отдельным панелям рассчитываемого здания, находятся в сложном напряженном состоянии, обусловленном продольными деформациями в собственной плоскости и изгибом пластинок из плоскости. Для упрощения расчета обычно используется допущение, что усилия, действующие в плоскости панелей стен и перекрытий и вызывающие их изгиб из плоскости, могут быть найдены независимо. При введении такого допущения действующие в плоскости стен и перекрытий усилия определяются в предположении, что панели находятся в плоском напряженном состоянии и не изгибаются из плоскости, а усилия, вызывающие изгиб конструкций из плоскости, определяются в предположении, что панели недеформируемы в собственной плоскости, но имеют конечную жесткость при изгибе из плоскости.