Дан обзор крупнопанельного домостроения в СССР и за рубежом. Рассмотрено принципиально новое решение проектирования крупнопанельного домостроения, обеспечивающего достаточную надёжность и эффективность. Освещены вопросы конструирования и расчёта как отдельных элементов, так и в целом крупнопанельных зданий с непрерывной связевой арматурой. Приведены результаты натурного испытания и практического исполнения сейсмостойких крупнопанельных зданий. Для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций.

Введение

Глава 1. Анализ конструктивно-технологических решений сейсмостойких крупнопанельных зданий
1. Архитектурно-планировочные решения с учетом требований сейсмостойкости и унификации конструкций
2. Стыки элементов крупнопанельных зданий
3. Краткий обзор результатов исследований поведения предварительно напряженного железобетона при сейсмических воздействиях

Глава 2. Конструктивные решения крупнопанельных зданий с напрягаемой арматурой
1. Общие конструктивные соображения
2. Конструктивные решения стыков
3. Общие принципы конструктивных решений и технико-экономические показатели

Глава 3. Расчет зданий с напрягаемой арматурой
1. Постановка задачи. Особенности определения расчетных усилий
2. Определение прочности, жесткости и трещиностойкости стыков численными методами
3. Вывод зависимостей «обобщенная сила — обобщенное перемещение» и анализ напряженного состояния здания на основе численных методов
4. Расчет зданий с напрягаемой арматурой на сейсмические воздействия с учетом неупругих деформаций железобетона
5. Особенности расчета и конструирования крупнопанельных зданий с напрягаемой арматурой

Глава 4. Технология монтажа и особенности проектирования бортовой оснастки для изготовления элементов зданий с напрягаемой арматурой
1. Последовательность возведения здания
2. Оборудование и приспособления для монтажных работ
3. Бортовая оснастка для изготовления сборных элементов
4. Коротко о заводской технологии

Глава 5. Экспериментальные исследования сейсмостойких крупнопанельных зданий с напрягаемой связевой арматурой
1. Цель и методы экспериментальных исследований
2. Испытание моделей фрагментов здания
3. Натурные испытания девятиэтажного здания

Приложения
1. Пример оценки несущей способности деталей и стыковых соединений
2. Описание программы для ЭВМ серии ЕС «Расчет крупнопанельных зданий на сейсмические воздействия с учетом неупругих деформаций железобетона»
3. Сравнительный анализ напряженного состояния крупнопанельных зданий при традиционных и предлагаемых конструктивных решениях
Список литературы

Введение

Решению задач жилищного строительства во многом способствует крупнопанельное домостроение, широко распространенное в нашей стране и за рубежом. Несмотря на достигнутые высокие технико-экономические показатели, дальнейшее совершенствование крупнопанельного домостроения идет недостаточными темпами. Это в основном объясняется значительной трудоемкостью работ, обусловленной большим количеством не поддающихся механизации раздробленных операций в технологической цепи возведения зданий, что, в свою очередь, вызвано несовершенством традиционных конструктивных решений, не учитывающих особенностей технологии изготовления элементов и монтажа зданий.

В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года указано, что источником эффективности капитального строительства является ускорение научно-технического прогресса, которое позволит значительно сократить материальные и трудовые затраты. в строительстве и, в частности, в крупнопанельном домостроении.

В зависимости от этажности зданий, сейсмичности района строительства и других факторов в типовых проектах соответствующих серий принимаются различные конструктивные решения связей, основанные на общем принципе арматурные выпуски или закладные детали торцов объединяемых элементов при монтаже свариваются, в результате чего обеспечивается соединение смежных элементов и их совместная работа при эксплуатационных нагрузках. Таким образом, во всех традиционных конструкциях крупнопанельных зданий передача усилий от элемента к элементу и обеспечение их совместной работы осуществляются главным образом через металлические связи. Это обусловлено возможностью появления при сейсмических и ветровых нагрузках знакопеременных усилий между элементами, которые воспринимаются связями, поскольку после возникновения трещин бетон на растяжение не работает.

При изготовлении в заводских условиях элементов с многочисленными выпусками форма и бортовая оснастка должны иметь соответствующие прорези. Арматурные каркасы изготовляются с исключительной точностью на специальных кондукторах, иначе при установке в формы каркасов выпуски не попадут в прорези (что часто наблюдается на практике). Даже при самом тщательном законопачивании всех прорезей после установки каркаса неизбежны потери цементного молока во время виброуплотнения бетонной смеси, в результате чего затруднена распалубка, повышен износ бортов, снижены качество выпускаемой продукции и оборачиваемость форм, увеличены трудозатраты. При транспортировке и складировании панелей выпуски гнутся, смещаются от проектного положения. Для обеспечения надежности сварки при монтаже панелей часть выпусков, как правило, приходится подгибать, кроме того, для их совпадения необходима высокая точность монтажа и т. д.

Сварка многочисленных арматурных выпусков и бетонирование стыков, насыщенных металлом, производятся вручную, часто в труднодоступных и стесненных условиях. Это приводит к значительным затратам труда высококвалифицированных рабочих, иногда к некачественной сварке выпусков и замоноличиванию стыков, в том числе и наружных стеновых панелей, к качеству бетонирования которых предъявляются повышенные требования, так как они должны обеспечивать герметичность.

С конструктивной точки зрения необходимо отметить, что комплекс работ по стыковке сборных элементов с помощью арматурных выпусков не полностью обеспечивает равномерное напряженное состояние металлических связей. Это объясняется тем, что арматурные связи по высоте вертикального или длине горизонтального стыка распределяются равномерно (в количестве 5—8 шт.), что должно благоприятно сказываться на прочности и трещиностойкости стыка; в действительности же, как показывают опытные данные, даже при самой тщательной подгонке связи включаются в работу неравномерно. В начальный период приложения нагрузки вследствие несоосности, выгибов и других дефектов и отклонений, неизбежно возникающих при изготовлении, транспортировке и монтаже конструкций, одна часть связей оказывается недогруженной, другая перегруженной; при этом порядок и последовательность включения связей случайны и труднопрогнозируемы. Можно лишь предполагать, что полное включение в работу всех связей происходит при достижении конструкцией предельного состояния и возникновении пластических деформаций. Это приводит к нерациональному использованию металла, повышенной податливости стыка и снижению его трещиностойкости.

Перечисленные недостатки стыковки панелей с помощью свариваемых арматурных выпусков характерны также и для соединений плит перекрытий между собой и со стеновыми панелями. Возникает сомнение в целесообразности устройства многочисленных арматурных выпусков в панелях как с технологической, так и с конструктивной точки зрения.

Требования СНиП II-7-81 о размещении горизонтальной связевой арматуры сводятся к тому, чтобы ее общая площадь сечения была не менее 1 смг на 1 м длины шва (стыка). В соответствующем разделе ВСН 32-77 (новый пока отсутствует) на основе обобщения большого опыта проектирования, экспериментальных работ, строительства и эксплуатации крупнопанельных зданий приведены более детальные требования. Арматурные связи в замоноличиваемых бетоном вертикальных стыках должны располагаться с шагом не менее 60 см. Если вертикальная арматура в стыке учитывается при проверке прочности сжатой зоны стены, то шаг связей в соответствии со СНиП 2.03.01—84 должен приниматься как шаг для хомутов колонн, но не реже 30 см. Требуемое сечение связей определяется расчетом, причем диаметр арматуры должен быть не менее 10 мм. Связи следует осуществлять сваркой арматурных выпусков.

Таким образом, согласно рекомендациям ВСН 32-77, к вертикальным стыкам стеновых панелей предъявляются те же требования СНиП 2.03.01—84, что и к железобетонным стойкам каркасных зданий. В этом случае конструктивное решение здания ближе к каркасно-панельному, чем к крупнопанельному. Расчетные и конструктивные требования перечисленных документов — общие для железобетонных конструкций и не отражают специфики крупнопанельных зданий. В соответствии со СНиП 2.03.01—84 горизонтальные арматурные связи размещаются с шагом 30, 60 или 100 см, в то время как опытные данные свидетельствуют о возможности значительного увеличения этого расстояния. Поскольку расчет и конструирование крупнопанельных зданий имеют свою специфику, в требования ВСН 32-77 о размещении горизонтальных связей включены указания, допускающие устройство других, экспериментально проверенных связей, прочность которых обеспечивается совместной работой арматуры и бетона замоноличивания.

Международные единые унифицированные правила расчета и возведения крупнопанельных зданий предъявляют к вертикальным и горизонтальным стальным связям между стеновыми панелями следующие требования: в каждом горизонтальном сечении здания в уровне перекрытий должны располагаться непрерывные стальные связи, соединяющие противоположные стены. Непрерывность связей обеспечивается металлическими стержнями, сваренными встык или внахлестку; площадь минимального сечения вертикальных стальных связей в плоскости стен должна быть не менее 2 см² на этаж, а горизонтальных связей — определяться расчетным усилием. Усилие в связи принимается 1 % суммарной вертикальной нагрузки на наружную стену. Минимальное сечение этих связей назначается по усилию 50 кН на 1 м стыка. Стальные связи состоят из одного или нескольких элементов и располагаются в одном или нескольких местах по высоте этажа.

Ни в одном из перечисленных выше нормативных документов класс арматуры для связей не регламентируется. Таким образом, как отечественные, так и международные нормативные требования к связям позволяют пересмотреть конструктивные решения элементов и стыков крупнопанельных зданий, основанные на многочисленных арматурных выпусках, свариваемых в процессе монтажа.

На рисунке приведены суммарные (заводские и построечные) фактические показатели нескольких домостроительных комбинатов. Видно, что с увеличением балльности значительно растут трудозатраты, что в основном обусловлено повышенными требованиями к устройству сейсмостойких узлов.

Анализ современного состояния крупнопанельного домостроения показывает, что дальнейшее снижение трудозатрат и материалоемкости возможно только на основе комплексного подхода к проблеме в соответствии с разработанной ЦНИИЭП жилища системой (АКТС), которая состоит во взаимоувязанном решении вопросов архитектуры, конструирования и технологии производства сборных железобетонных изделий. По мнению авторов, не решая проблемы вариантности и качественно нового уровня крупнопанельного домостроения, система все же дает возможность творческого подхода к разработке проектов.

В целях выбора критериев оптимальности принимаемых решений и более полного учета всех этапов работ по проектированию и возведению крупнопанельных зданий АКТС была модифицирована. Она рассматривалась как с точки зрения изменения и улучшения всех процессов возведения крупнопанельного здания, так и совершенствования заводской технологии.

Как известно, для улучшения заводской технологии изготовления элементов требуется уменьшение количества типоразмеров и марок, не снижающее свободу архитектурно-планировочных решений. Анализ проектов крупнопанельных зданий разных серий показал, что при почти одинаковом количестве типоразмеров и марок здания некоторых серий возводятся со значительно меньшим числом собираемых элементов благодаря укрупнению последних до массы, соответствующей грузоподъемности крана. Укрупнение элементов вызывает частичный перерасход металла, но он компенсируется существенным снижением трудозатрат при монтаже.

Судя по результатам анализа различных типов существующих стыковых соединений, для создания эффективных конструкций необходимо, чтобы стыки были максимально упрощены и унифицированы, а число фигурных шпонок и выемок по торцам стыкуемых панелей, как и количество арматурных выпусков, было уменьшено до возможного минимума. Упрощение конструкции стыков позволит решить многие технологические вопросы, поскольку соответственно упростятся форма стеновых панелей и их армирование. Сокращение количества арматурных выпусков упростит формы и бортовую оснастку, что обеспечит высокое качество работ и снизит трудозатраты при изготовлении и монтаже элементов.

Несущую способность многочисленных выпусков-связей можно компенсировать использованием арматуры высоких классов. При этом связевая арматура может быть полностью изъята из стыкуемых элементов и перенесена в горизонтальные и вертикальные стыки. Для обеспечения более надежной совместной работы конструкций в стыке и эффективного использования высокопрочной стали связевую арматуру следует напрягать.

Видимо, даже в том случае, когда по расчету требуется значительное количество связевой арматуры, целесообразно сконцентрировать ее в двух точках по высоте этажа. Как предусмотрено международными едиными унифицированными рекомендациями по расчету и возведению крупнопанельных зданий, лучше всего располагать связевую арматуру в горизонтальном сечении в уровне перекрытий, а в вертикальном — в стыках между смежными панелями. Такое решение не противоречит требованиям СНиП 2.03.01-84, СНиП II-7-81 и при условии экспериментальной проверки (как рекомендуют ВСН 32-77) может быть положено в основу конструирования здания. Выигрыш в технологичности конструкций и рациональном использовании металла будет бесспорным.

Перенос вертикальной и горизонтальной арматуры в стыки смежных элементов с натяжением ее в условиях строительной площадки является перспективным конструктивным решением и для домов из объемных блоков, а также различных модификаций зданий со смешанной конструктивной схемой.

Предлагаемые принципы реализованы в конструкции крупнопанельного здания с напрягаемой арматурой и шпоночным соединением элементов, тем самым был обобщен накопленный опыт крупнопанельного домостроения. В частности, в типовом проекте здания серии 92 и его конструктивных вариантах 83, 125, 135, I-464  сдвигающие усилия от сейсмических воздействий воспринимаются не сварными арматурными выпусками и закладными деталями (как это было в зданиях предшествовавших серий — I-464 и др.), а бетонными шпонками. Растягивающие усилия от горизонтальных нагрузок воспринимаются вертикальной арматурой, размещенной в вертикальных стыках в местах сопряжения наружных и внутренних панелей.

Наиболее ответственные узлы — шпоночные соединения и армированные стыки стеновых панелей — прошли всестороннюю проверку в условиях эксплуатации. По прочностным показателям они оказались с определенным запасом, с точки же зрения технологичности — несовершенными. Например, для обеспечения надежной работы вертикального стыка на сдвиг отпадала необходимость в устройстве рифления поверхности боковых торцов панелей. Прочность на смятие и срез бетона панелей вполне обеспечивалась устройством немногочисленных шпонок, а трещиностойкость — натяжением связевой арматуры. Что касается шпоночного соединения смежных по вертикали стеновых панелей (наружных и внутренних), то количество шпонок также было сведено до минимума. При этом не только облегчается технология изготовления элементов, но и упрощается монтаж, повышается его точность, обеспечивается высокое качество работ и возможность механизации трудоемких процессов (например, бетонирование стыков).

Размещение горизонтальной и вертикальной связевой арматуры в стыках с последующим натяжением и упрощение шпоночных соединений потребовали пересмотра методики расчета зданий и конструирования элементов.

Для правильной оценки результатов расчета был проанализирован традиционный статико-динамический метод определения усилий от сейсмических воздействий. Введение в бетон замоноличивания напрягаемой арматуры обусловило разработку методики расчета трещиностойкости предварительно напряженных стыков. Определен также принцип комплексного анализа оптимальности конструктивных и технологических решений.

Предложенные разработки были проверены и обоснованы данными экспериментальных исследований в лабораторных и натурных условиях:

• на моделях проведены статические и динамические испытания фрагментов и узлов с новыми конструктивными решениями;
• осуществлено опытное строительство здания в Кутаиси, на котором отработаны все технологические принципы изготовления и монтажа конструкций, а также герметизация и замоноличивание стыков;
• проведены натурные динамические испытания здания после возведения пяти этажей, статические и динамические испытания полностью возведенного здания;
• проверены в эксплуатационных условиях прочность здания, трещиностойкость, водопроницаемость стыков;
• на основе анализа проектов сейсмостойкого строительства с учетом перечисленных экспериментов разработан и введен в действие альбом типовых унифицированных узлов, позволяющий осуществлять переработку разных серий проектов крупнопанельных зданий на предлагаемую систему — с напрягаемой связевой канатной арматурой и шпоночным соединением элементов;
• составлена инструкция по монтажу конструкций бескаркасных крупнопанельных зданий с напрягаемой арматурой (ВСН 66.046-83);
• разработаны, изготовлены и проверены в Эксплуатации необходимые оборудование и приспособления для монтажных работ;
• определены принципы унификации бортовой оснастки для ее централизованного заводского изготовления;
• составлены технические условия на панели перекрытий (ТУ 66.167-83), наружные стеновые панели (ТУ 66.168-83) и панели внутренних стен (ТУ 66.169-83) для крупнопанельных зданий с напрягаемой связевой арматурой;
• разработана методика расчета и конструирования здания и его конструктивных элементов.

Таким образом, новизна изложенных в этой книге идей и принципов состоит в комплексном подходе к задаче, увязывающем архитектурные, конструктивные и технологические решения и тем самым обеспечивающем оптимальный по материальным и трудовым затратам, а следовательно, и по стоимости результат. При этом значительная часть раздробленных операций монтажа объединяется в единый, поддающийся механизации технологический процесс.

Изложенный материал обобщает некоторые опытно-конструкторские и научно-исследовательские работы, обеспечивающие массовое внедрение новых решений.