Т.А.МУХАМЕДИЕВ, д-р. техн. наук, О.В.КУДИНОВ, инж. (НИИЖБ), Увеличение этажности сборных крупнопанельных зданий
Строительство сборных крупнопанельных железобетонных зданий ведется в нашей стране уже многие десятилетия. Основным назначением подобных зданий является муниципальное (не элитное) жилье средней комфортности, а высота этих зданий обычно составляет 16 этажей. Существующие рекомендации по проектированию крупнопанельных зданий ориентированы в основном на расчет и конструирование зданий такой этажности [2, 3].
В настоящее время имеется тенденция к увеличению этажности крупнопанельных зданий, что обусловлено ограниченностью свободных земельных участков и наличием производственной базы в виде существующих заводов крупнопанельного домостроения, выпускающих соответствующую продукцию. В крупных городах, особенно в таких, как Москва, Санкт-Петербург и других, возникает проблема повышения этажности крупнопанельных зданий до 24 этажей и более.
Увеличение этажности крупнопанельных зданий приводит к существенному повышению усилий в элементах зданий, особенно в узловых сопряжениях, в основном обеспечивающих общую конструктивную жесткость зданий, от действия горизонтальных (ветровых) и вертикальных нагрузок.
В связи с этим к зданиям с увеличенной этажностью следует предъявлять повышенные требования по обеспечению прочности и ограничению общей деформативности конструктивной системы. Кроме того, это необходимо для предотвращения прогрессирующего разрушения при чрезвычайных локальных воздействиях, особенно опасных по тяжести последствий для зданий с увеличенной этажностью.
Повышение этажности крупнопанельных зданий и связанное с этим увеличение горизонтальных и вертикальных нагрузок требует разработки различных конструктивных мероприятий, обеспечивающих прочность и устойчивость таких зданий. При этом следует иметь в виду, что геометрические размеры стеновых панелей во многом зависят от существующего парка форм на заводах крупнопанельного домостроения, и при разработке конструктивных мероприятий учитывать это обстоятельство.
Для обеспечения прочности и устойчивости сборных крупнопанельных зданий повышенной этажности необходимо прежде всего обеспечить надежное соединение сборных стеновых панелей между собой и с панелями перекрытий, создающих общую жесткую конструктивную систему здания. Соединение сборных элементов между собой макет выполняться с помощью стальных связей, заанкеренных в бетоне сборных элементов и соединенных с арматурой, располагаемой в этих элементах, или путем создания шпонок на торцевых поверхностях стеновых панелей и заполнения швов между панелями мелкозернистым бетоном.
Стальные связи (через закладные детали) соединяют стеновые панели, расположенные как в одной плоскости, так и во взаимно перпендикулярных плоскостях, а также стеновые панели и плиты перекрытий. С этой целью связи устанавливаются в необходимом количестве по высоте и ширине (длине) панели.
При воздействии вертикальных и горизонтальных нагрузок на крупнопанельное здание в стальных связях возникают растягивающие, сжимающие и сдвигающие усилия в различных направлениях. Поэтому основное требование, предъявляемое к стальным связям, заключается в том, чтобы они обладали достаточной прочностью и в то же время сравнительно небольшой податливостью, обеспечивая ограниченные перемещения между сборными элементами.
Стыковые соединения панелей с использованием мелкозернистого бетона и шпонок могут воспринимать только сдвигающие и сжимающие усилия в плоскости стыка. При этом надежность работы таких стыков, особенно вертикальных, существенно зависит от качества их выполнения. Поэтому для повышения надежности работы крупнопанельного здания целесообразно в основном полагаться на работу стальных связей.
Увеличение сжимающих усилий в стеновых панелях крупнопанельных зданий повышенной этажности может потребовать усиления самих стеновых панелей и горизонтальных стыков между ними (платформенных, контактных).
Усиление стен и горизонтальных стыков достигается увеличением размеров стеновых панелей (что зависит от существующего парка форм на заводах), либо повышением класса бетона стен, класса мелкозернистого бетона стыка, увеличением армирования стеновой панели и устройством косвенного армирования на участках стеновых панелей, примыкающих к стыку.
Обеспечение необходимой прочности и жесткости крупнопанельных зданий повышенной этажности может быть также достигнуто установкой дополнительных стальных связей, что естественно приводит к большому расходу металла и большей трудоемкости работ по соединению стеновых панелей.
Альтернативным конструктивным решением является включение в крупнопанельные здания монолитных участков. В монолитном железобетоне могут быть выполнены, например, нижние этажи здания в таком количестве, при котором удовлетворяются требования к прочности и жесткости остальной части крупнопанельного здания. Другим вариантом является включение в крупнопанельное здание вертикальных монолитных элементов в виде отдельных монолитных стен, монолитных стен лифтовых шахт, лестничных клеток и т.д. В этом случае повышенная жесткость монолитных вертикальных элементов также позволит обеспечить необходимую прочность и жесткость крупнопанельного здания повышенной этажности.
Кроме того, значительное влияние на распределение усилий в стеновых панелях, на общую жесткость и устойчивость здания оказывают принятые конструктивные решения фундаментных конструкций. Наиболее целесообразным конструктивным решением фундаментов крупнопанельных зданий повышенной этажности является устройство жесткою плитно-свайного или плитного (в зависимости от характеристик основания здания) фундамента под всем зданием. В этом случае снижается крен здания в результате неравномерного давления на основание от горизонтальных нагрузок, уменьшаются усилия в стыковых соединениях, уменьшается горизонтальное перемещение верха здания и обеспечивается общее восприятие повышенных вертикальных и горизонтальных нагрузок основанием.
Применение регулярной несущей конструктивной системы (как в плане, так и по высоте здания) обеспечивает бопее равномерное распределение усилий в несущих вертикальных конструкциях и горизонтальных стыках, уменьшает сдвиговые деформации и усилия в вертикальных и горизонтальных стыковых соединениях сборных элементов, что повышает сопротивляемость конструктивной системы прогрессирующему разрушению и обеспечивает более равномерное распределение усилий по площади фундамента.
Для решения вопроса о возможности возведения крупнопанельных зданий повышенной этажности были рассмотрены жилые дома, возводимые ООО “ОКС СУ- 155 по проекту ОАО “МОСПРОЕКТ”, в 24-этажном варианте, выполненному на базе 16-этажных домов из сборных железобетонных панелей каталога И-155. 24-этажные здания предусмотрены двух типов: башенного и секционного, каждый из которых выполняется в двух вариантах - для муниципального и для коммерческого строительства.
Здания запроектированы с нерегулярной конструктивной системой, включающей внутренние поперечные и продольные несущие стеновые панели, наружные навесные ненесущие стеновые панели, наружные торцевые несущие стеновые панели и сборные плиты перекрытий. Высота типового этажа составляет 3 м, пролеты плит (расстояния между стеновыми панелями) - до 7 м.
На рис. 1 и 2 представлены общий вид конструктивной системы здания башенного типа и план расположения стен.
Стеновые панели внутренних стен выполняются сплошными железобетонными толщиной 200-450 мм из тяжелого бетона класса по прочности на сжатие ВЗО. Наружные стеновые панели выполняются трехслойными с гибкими связями.
Панели перекрытий выполняются сплошными и многопустотными толщиной 220 мм из тяжелого бетона класса по прочности на сжатие В25. Опирание плит перекрытий на стеновые панели по торцам плит осуществляется с помощью специальных выступов (“лапок”).
Для соединения внутренних стеновых панелей по высоте применяются платформенные и комбинированные (контактно-плат- форменные) горизонтальные стыки с заполнением шва толщиной 20 мм мелкозернистым бетоном класса по прочности на сжатие В15. Вертикальные стыки внутренних стеновых панелей выполняются без шпонок с заполнением шва толщиной 20 мм мелкозернистым бетоном класса по прочности на сжатие В15.
Соединение стеновых панелей между собой и с плитами перекрытий, кроме того, осуществляется с помощью стальных связей, располагаемых по длине горизонтальных и вертикальных швов. Стальные связи между сборными элементами выполняются путем установки в сборных элементах закладных деталей, которые соединяются между собой стальными элементами с помощью сварки. Для соединения сборных элементов используется большое количество различных по конструкции стальных связей, которые обеспечивают восприятие растягивающих, сдвигающих и сжимающих усилий, возникающих между стыкуемыми сборными элементами.
Общая жесткость и устойчивость рассматриваемых крупнопанельных зданий этой серии обеспечивается перекрестной системой несущих продольных и поперечных стен и плит перекрытий, объединенных в пространственную систему замоноличенными стыковыми соединениями и стальными связями.
Для 24-этажного варианта были произведены расчеты зданий на общую устойчивость, жесткость конструктивной системы в целом (горизонтальное перемещение верха здания и ускорение колебаний перекрытий верхних этажей от пульсационной составляющей ветровой нагрузки), прочность, трещиностойкость и деформативность сборных элементов и стыков между ними, способность противостоять прогрессирующему разрушению.
В расчетах учитывалась податливость стыковых соединений между стеновыми панелями, между стеновыми панелями и плитами перекрытий, между плитами перекрытий. Учитывалась работа стыков на растяжение, сжатие и сдвиг.
Как показал анализ, при применении конструктивных решений 16- этажного здания для зданий в 24 этажа и более полносборное конструктивное решение не обеспечивает требуемое ограничение по горизонтальному перемещению верха здания, вследствие крена здания, вызванного деформацией грунтов основания [1]. Прочность несущих стен и стыковых соединений сборных элементов нижних этажей оказалась недостаточной для восприятия действующих в них усилий.
Кроме того, с повышением этажности в зданиях возникает повышенная опасность прогрессирующего разрушения.
С учетом вышесказанного, в конструктивную систему зданий были внесены соответствующие изменения и произведены дополнительные расчеты зданий. В частности, в расчетах был предусмотрен жесткий свайно-плитный фундамент, подвальный этаж выполнялся в монолитном варианте, были увеличены класс бетона и армирование сборных стеновых панелей нижних этажей, повышен класс мелкозернистого бетона стыков, усилены закладные детали, часть платформенных стыков заменена на комбинированные.
Анализ произведенных расчетов показал, что принятые конструктивные решения являются достаточно эффективными для зданий подобной конструктивной системы. Несущая способность, жесткость и устойчивость рассмотренных 24- этажных зданий оказались достаточными.
Бетон и железобетон, 2006 №3