Н А. МАРКАРОВ, Особенности проектирования каркасных систем с натяжением арматуры в процессе монтажаа

Одним из перспективных направлений строительства жилых и общественных зданий являются каркасные здания с натяжением арматуры в построечных условиях, когда все элементы объединяются между собой с помощью канатной преднапряженной арматуры класса А-7 (ГОСТ 13840-68) в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Данная конструктивная система нового поколения может быть использована как для нового строительства зданий различного назначения и этажности, так и для реконструкции старых зданий. В каркасной системе отсутствуют выступающие консоли на колоннах, снижено число типоразмеров (из-за отсутствия закладных элементов), уменьшена трудоемкость (из-за отсутствия металлических закладных элементов и сварочных работ), а также общий расход стали и бетона. В результате этого общая стоимость 1 мг здания значительно уменьшена (до 25%). Поэтому данные конструктивные системы находят все большее применение в строительной практике России.

Однако из-за отсутствия необходимых рекомендаций в действующих нормативных документах данную конструктивную систему проектируют без учета целого ряда особенностей. Поэтому НИИЖБ провел широкие экспериментально-теоретические исследования данной конструктивной системы в процессе возведения реальных зданий, а также на фрагментах натурных размеров. Результаты испытаний позволяют восполнить отсутствие необходимых рекомендаций в нормах по проектированию (СНиП 2.03.01-84 и др.), а также расширить возможности использования данной каркасной системы.

Так, в связи с двухмерным обжатием плитных элементов фактические потери напряжения в арматуре от ползучести оказались значительно меньше нормативных величин (до 1,6 раз). Удалось установить влияние на деформативность перекрытий, состоящих как из одной (цельной) плиты в ячейке, так и составленной из нескольких плитных элементов. При этом установлено влияние на деформативность и количества швов в перекрытии.

Получены опытные данные о концентрации напряжений в различных зонах перекрытия от создания напряжения обжатия с помощью преднапряженной арматуры, что позволило разработать расчет трещи- ностойкости в наиболее опасных участках (в углах, при подрезке плит и др.). Так, выявлено, что традиционное армирование данных участков (зон) малоэффективно. Поэтому был предложен новый способ расчета как армирования данных зон, так и технологических мероприятий, при которых трещины в участке, где имеет место подрезка в плите, не возникают. Оказалось, что в данной конструктивной системе снижение прочности бетона плит оказывает малое влияние на несущую способность. Поэтому для элементов можно применять легкие и даже ячеистые бетоны.

Некоторые проектные организации использовали отгибы преднапряженной арматуры (в одной, двух точках). Нами были установлены как наиболее эффективные места и количество отгибов, а в ряде случаев показана возможность отказа от них, что в значительной степени снижает трудоемкость работ.

Перекрытия следует рассчитывать по двум группам предельных состояний: при обжатии и действии вертикальной нагрузки. При этом на этапе натяжения должна обеспечиваться трещиностойкость плиты и контактного шва (между торцами плит и поверхностью колонн, а также между плитами).

Усилие обжатия (Ps) должно назначаться для обеспечения надежной работы стыка трения при передаче вертикальной нагрузки с перекрытия на колонну. Прогиб в центре перекрытия, состоящего из двух или большего числа плитных элементов, рассчитывается в зависимости от того, допускается или нет появление трещин в центральном шве вследствие устройства шпонок, сварки арматурных выпусков и т.д. При необходимости снижения прочности бетона плиты необходимо усиление угловых зон в виде вкладыша треугольной формы из тяжелого бетона класса не ниже В25 или в виде закладной металлической детали.

Напрягаемая канатная арматура К-7 располагается между плитами перекрытия. Защитный слой из условия огнестойкости в нижней зоне назначается не менее 60 мм до центра тяжести арматуры и не менее 35-40 мм в верхней зоне. Расстояние между центрами тяжести соседних напрягаемых элементов (канатной К-7) принимается из условия размещения анкеров в крайних колоннах.

Диаметр каналов должен быть не менее 35 мм. Устройство каналов может выполняться с помощью извлекаемых или неизвлекаемых каналообразовате- лей. Последние представляют собой трубки, выполняемые из металла или пластмассы. Внутренний диаметр канала рекомендуется принимать из условия прохождения через него каната с анкером типа оп- рессованная гильза, а также из соображений удобства и качества заполнения канала мелкозернистым бетоном.

Для систем с натяжения арматуры на бетон в СНиП 2.03.01-84 рекомендации о величине преднапряжения после передачи усилия с домкрата на анкера отсутствуют, поэтому в рабочих чертежах полученные величины (13,5 тс) предлагается приводить эту величину для контроля. Наиболее эффективным типом анкеров, обладающих наименьшей деформативностью, являются анкера типа опрессо- ванная гильза (Д12=0), которая и рекомендуется для применения в таких системах.

Многочисленные испытания данной системы с разными натурными размерами фрагментов ячейки (от 7,2x6,0 до 4,2x4,2 м), а также моделей (1:2) свидетельствуют, что отклонения в меньшую сторону (до 30%) уровня преднапряжения в арматуре не оказывают заметного влияния на прогибы перекрытий.

Аналогичные результаты показали и многовариантные расчеты на основе использования ВК Лира, а также метода конечных элементов (МКЭ). Установлено, что оттяжка арматуры может оказывать и положительное, и отрицательное влияние на уровень преднапряжения в зависимости от способа ее выполнения - одновременно с натяжением или после прямолинейного натяжения. Испытаниями также установлено, что в ряде случаев можно вообще отказаться от оттяжки. Несущая способность каната зависит от диаметра канала: с его увеличением несущая способность возрастает вследствие улучшения качества инъецирования. Несущая способность также повышается при установке в канале спирали или сеток.

Бетон и железобетон, 2007 №5