Статическая работа железобетонных сплошных плит перекрытий жилых зданий с локальными нагрузками

В жилых зданиях, крупнопанельных и из монолитного железобетона, значительную часть междуэтажных перекрытий составляют плиты с локальными нагрузками от санитарно-технических узлов, вентиляционных блоков, тяжелых перегородок, навесных наружных стен и др.

В крупнопанельных зданиях с узким шагом несущих стен в большинстве случаев локальные нагрузки располагаются на плитах, опертых по контуру или по трем сторонам, в углу, а иногда и в середине у длинного края. Наличие на плитах локальных нагрузок сопровождается отверстиями и вырезами различной величины, — конфигурации и расположения для пропуска различного рода коммуникаций. Локальные нагрузки в сочетании с отверстиями и вырезами усложняют расчет и конструирование таких плит.

Ранее было неизвестно, можно ли плиты, опертые по контуру и по трем сторонам, с локальной нагрузкой, например, от санузлов, занимающих примерно половину плиты и вдвое превышающей остальную нагрузку, рассчитывать как плиты^ работающие в двух направлениях.

Поэтому плоты, в том числе опертые по контуру, несущие на себе локальную нагрузку от санузлов^ проектировщики были вынуждены рассчитывать, принимая один из участков плиты нагруженным санузлом, другой — равномерно распределенной нагрузкой. Такие расчеты оказывались достаточно грубыми, плиты проектировались с большим запасом, а армирование осуществлялось следующими способами: а) укладкой сетки, расположенной в нижней зоне с учащенным шагом стержней короткого направления на участке расположения санузлаб) укладкой дополнительной сетки поверх основной в зоне расположения санузлав) установкой дополнительных стержней короткого направления в нижней сетке по всей длине санузла.

В крупнопанельных зданиях с широким шагом несущих стен обычно применяются преднапряженные плиты перекрытии с балочным оттранием, а локальные нагрузки от санузлов располагаются вблизи несущих стен. Поэтому, влияние локальных, нагрузок на работу таких плит при изгибе относительно просто учитывается огибающей эпюрой моментов, а при расчете по наклонным сечениям должно учитываться ослабление приопорных: участков отверстиями и вырезами.

В зданиях, из монолитного железобетона перекрытия опираются, как правило, по контуру или трем сторонам, и расположение локальных нагрузок в принципе аналогично крупнопанельным зданиям с узким шагом несущих стен.

Далее в качестве аналога исследуется в основном работа сборных плит, опираемых по контуру и трем сторонам, с локальной нагрузкой от санузлов.

В современных жилых домах санузлы применяются в двух основных вариантах: в виде сборных: объемных санкабин и санузлов «россыпью», в которых стенки выполняются из кирпичной кладки толщиной J^ или У2 кирпича. Конструкции санузлов определяют существенно различный характер передачи нагрузки на плиты. Например^ вес санузла «россыпью» создает в плите значительные дополнительные усилия, которые накладываются на усилия от равномерно распределенной по площади плиты нагрузки.

А объемные санитарные кабины, наоборот, обладают значительной пространственной жесткостью, и учет её в схеме передачи нагрузок может значительно снизить суммарную величину расчетных усилий в перекрытии. Наиболее выгодно устанавливать санкабину в любом из углов при опирании плиты по контуру или в углах, противоположных свободному краю, при огщраыии по трем сторонам, т кв этик случаях две стороны санкабины располагаются почти у самых опор и при изгибе плиты один из её углов зависает. Вся: нагрузка сосредоточивается в двух: углах: санкабины, отстоящих от опор на небольшом расстоянии. Это означает, что усилия, вызываемые весом объемной санкабины, будут намного меньшими, чем от веса санузла «россыпью».

Проведенные отдельные испытания плит> опертых по контуру и по трем сторонам, показали, что локальные нагрузки от санузлов не нарушают классической конвертной схемы излома плит.

На этом основании B.C. Зыряновым было высказано предположение, что локальные нагрузки различной интенсивности можно приводить к эквивалентной, равномерной по площади, а расчет таких плит производить по аналогии с плитами, нагруженными равномерной нагрузкой, работающими в двух направлениях, т. е. использовать ранее разработанные классические расчетные схемы.

Это может значительно повысить точность расчета и существенно упростить и облегчить технологию армирования плит. Однако эта предпосылка до настоящего времени теоретически подробно не разрабатывалась, а экспериментальные исследования, за исключением отдельных заводских испытаний, не проводились.

Актуальность работы обусловлена недостаточной изученностью работы плит перекрытий с локальными нагрузками различной интенсивности, отверстиями и вырезами, а также необходимостью уточнения методов их расчета для более эффективного проектирования.

Целью исследования является разработка, развитие и уточнение методов расчета и рационального армирования сплошных железобетонных плит, опертых по контуру и трем сторонам, с локальными нагрузками различной интенсивности, отверстиями и вырезами,.

На защиту выносятся следующие основные научные результаты:

• методы расчета плит, опертых по контуру и трем сторонам, с локальными нагрузками различной интенсивности, отверстиями и вырезамирезультаты экспериментально-теоретических исследований напряженно-деформированного состояния плит перекрытий с локальными нагрузкамиособенности статической работы шгит в зависимости от конструкции санузлауточненные формулы для определения прогибов и ширины раскрытия трещин плит, опертых по контуру и трем сторонам, с заменой линейной интерполяции на нелинейную в интервале между нагрузкой при образовании трещин и величиной несущей способности в предельном состоянии.

• методика проведения экспериментальных исследований сплошных железобетонных плит перекрытий, опертых по контуру и трем сторонам, учитывающая реальные условия приложения локальных нагрузок;

• предложения по рациональному армированию плит с локальными нагрузками^обеспечивающие снижение расхода стали.

Методика работы включает информационно-аналитическую, расчетно-теоретическую и экспериментальную части, учитывающие характер и специфику проводимых исследований. В отдельных случаях использовались частные методики, которые приведены в соответствующих разделах диссертации.

Достоверность полученных: результатов обеспечивается хорошей сходимостью данных расчетно-теоретических и экспериментальных исследований сплошных железобетонных, плит перекрытий с локальными нагрузками, отверстиями и вырезами.

Научную новизну работы составляют: методика расчета плит с локальными нагрузками различной интенсивностизависимость расчетных усилий в плитах от места расположения и характера передачи локальных нагрузок-, формулы для определения прогибов плит и ширины раскрытия трещинметодика проведения экспериментальных исследований плит, учитывающая реальные условия приложения локальных нагрузок.

Практическое значение работы состоит в том, что применение полученных научных результатов обеспечивает более эффективное проектирование опертых, но контуру и трем сторонам плит перекрытий жилых зданий с локальными нагрузками, в том жисле от еанитарр^техшгаЕескжх узле", и. позволяет снизить расход арматурной стали от 20% до 30%.

Внедрение результатов иеследева1шй осуществлено в 2001;2002 г. г. на Брянском заводе КПД и на Жезказганском заводе ЖБК СМТ корпорации «Казахмыс».

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на научно-технической конференции «Елхм^здщ, зкономикасын мемлекет иедагшен жащайъщцаЕЫ: — бтяш мен гылым: нроблемалары»,. Жезказган, 2001 т. и на секции конструкций и технологии НТС ЦНШ1ЭП жилиша, 2−002-г.

Объем аструктура диссертации* Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературыш 86 наименований и: приложений, содержит 81 страницу текста, 8 таблиц, 48 рисунков. Общий объем 140 страниц. Работа, выполнена вЦешражнем-наута (c)-жхжмшя№езьетш.ж. проевшем:. 1шсшЕутег-жттътхш общественных зданий (ЦНМИЭП жилища).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. На базе кинематического принципа теории. предельного равновесия разработан метод расчета плит перекрытий, опертых по контуру и трем сторонам, с локальными нагрузками различной интенсивности. В этой связи разработана также методика, позволяющая приводить все виды локальных нагрузок к эквивалентной равномерной по площади плиты, используя выражение (3.1).

2. Установлено, что конструкция санузлов определяет существенно различный характер передачи нагрузки на плиты. Нагрузка от санузла «россыпью» распределяется по его площади, что создает в плите значительные дополнительные усилия, которые накладываются на усилия от остальной равномерно распределенной нагрузки. При объемных санитарных кабинах, которые обладают пространственной жесткостью, нагрузка передается на плиту вблизи опор, что значительно снижает суммарную величину расчетных усилий в плитах. Для снижений усилий в плитах рекомендуется санузлы устанавливать в любом из углов при опирании по контуру или в углах, противоположных свободному краю, при опирании по трем сторонам.

3. Расчет несущей способности плит, опертых по контуру и трем сторонам, с локальными нагрузками различной интенсивности следует производить с использованием кинематического способа метода предельного равновесия. Для плит, опертых по трем сторонам, диапазон такого расчета рекомендуется распространить до Д = /2//7 <2.

4. Трещинообразов ание и, как следствие^ разрушение опытных плит перекрытий жилых домов серий 90,121 и П44 Т, опертых по контуру и трем сторонам^ с отверстиями и локальной нагрузкой от санузлов имеет конвертообразный характер и близок к плитам с равномерно распределенной нагрузкой.

Испытания показали, что плиты перекрытий серии П44 Т с армированием^ применяемым на Тушинском заводе ЖБК, имеют избыточный резерв прочности, трещиностойкости и жесткости. При рациональном армировании шшт перекрытий жилых: домов серий 90 и 121 трещиностойкость, М жесткость и прочность обеспечиваются с достаточным запасом.

5. Характер деформирования: плит с локальными нагрузками, опертых по контуру и трем сторонам, до образования трещин в принципе не отличался от плит с рядовыми нагрузками. Прогибы в этой стадии с достаточной точностью определяются формулами, разработанными на основе теории упругости. После образования трещин теоретические значения прогибов определялись с использованием нелинейной интерполяции между нагрузкой образования трещин и величиной несущей: способности в предельном состоянии. Это сближает их с опытными значениями на 70—90% и подтверждает преимущества предложенного метода расчета прогибовпри этом для плит, опертых по трем сторонам, как и при расчете прочности, интервал отношения сторон рекомендуется увеличить до Л<2.

При определении теоретических значений ширины раскрытия трещин для расчета напряжений в арматуре также рекомендуется применять нелинейную интерполяцию в интервале между qcrc и qui.

6. Экспериментальные исследования плит, опертых по контуру и трем сторонам, с различным характером приложения локальных нагрузок, например, для объемных санкабин и санузлов «россыпью», необходимо проводить по разработанной методике, учитывающей реальные условия приложения нагрузки в натурных условиях.

7. В плитах перекрытий с локальными нагрузками с целью экономии стали арматуру A si в направлении h целесообразно концентрировать в следующих местах: при опирании по контуру — в центрепри опирании по трем сторонам — у свободного края. Компенсация вырезанной в местах отверстий и вырезов рабочей арматуры обеспечивается установкой по их контуру укороченных стержней или вертикальных каркасов.

8. Сокращение расхода рабочей арматуры за счет внедрения результатов исследований в производство составило от 20% до 30%, что объясняется уточнением расчетной схемы и рациональным армированием плит с. локальными нагрузками. Результаты научных разработок внедрены на Брянском заводе КПД и Жезказганском заводе ЖБК СМТ корпорации «Казахмыс"г что позволило уменьшить раехо/грабочей арматуры на 1,6 кг на 1 м² площади плит, несущих нагрузки от санузлов.

Для плит перекрытий жилых домов серии П44 Т, выпускаемых Тушинским, заводом. ЖБК,. проведенные расчеты: показали, что расход рабочей арматуры в них может быть снижен на 0,8 кг/м2.