Горизонтальные диафрагмы для сейсмозищиты крупнопанельных зданий
Поперечные и продольные стены объединяются перекрытиями, в единую пространственную систему крупнопанельного здания. Горизонтальные диафрагмы перераспределяют между вертикальными диафрагмами горизонтальные сейсмические нагрузки. Характер перераспределения зависит от жесткости системы перекрытий в своей плоскости. В свою очередь, эта жесткость определяется рядом факторов: конструктивным решением сборных элементов, типом и количеством связей между ними, шагом стен, способом объединения перекрытий в единое целое. Экспериментально доказано, что объединение контурными железобетонными обвязками способствует повышению жесткостных характеристик горизонтальных диафрагм в своей плоскости. Жесткость диафрагмы с контурной обвязкой приближается к жесткости конструкции из монолитного железобетона.
Рис. 1.26. Схемы работы горизонтальных диафрагм при действии горизонтальных нагрузок Еще большее приближение достигается с помощью дополнительных шпоночных связей между элементами. Проведено значительное количество теоретических исследований, в частности [78] и [14], которые позволили разработать методики расчета горизонтальных диафрагм крупнопанельных зданий на горизонтальные сейсмические и статические вертикальные нагрузки с учетом работы конструкций и связей в упругой и неупругой стадиях. В данном разделе основное внимание уделено особенностям конструирования диафрагм, связей между панелями перекрытий, а также связей перекрытий с другими элементами зданий в зависимости от шага поперечных стен, конструктивного решения панелей перекрытий, стен.
В зависимости от высоты здания горизонтальные нагрузки могут вызывать изгиб или сдвиг здания как консольного стержня. Изгибные деформации возникают в горизонтальных диафрагмах при протяженном плане здания. Появляются сдвигающие усилия между стеновыми панелями и перекрытиями (рис. 1,26, а). Как видно из рис. 1.26, а и б, характер их распределения предопределяется в значительной мере ориентацией перекрытий но отношению к направлению действия нагрузки и от наличия окаймляющих диафрагму обвязок. Если швы между панелями перпендикулярны направлению действия нагрузки, перекрытия работают подобно балкам. Возникающие при этом в краевых зонах деформации растяжения должны восприниматься продольной арматурой панелей (рис. 1.26, б). При этом, естественно, предполагается наличие связей со стеновыми конструкциями. Следовательно, краевые зоны перекрытий должны армироваться по всей длине непрерывной арматурой.
Рис. 1.27. Примеры решения связей между сборными элементами перекрытий Если же стыки панелей располагаются параллельно направлению действия горизонтальных сил, то для облегчения воспринятая растяжения в краевых волокнах диафрагм следует предусматривать элементы, работающие на растяжение и сжатие. Иными словами, для создания диафрагмы необходимы обвязки или антисейсмические пояса. Допускается и другое решение: соединение на сварке выпусков арматуры либо закладных деталей по торцам панелей с целью образования внутри элементов непрерывной металлической связи по длине диафрагмы.
Рис. 1,28. Пример решения связей между сборными элементами перекрытий В зависимости от шага поперечных стен может различным образом обеспечиваться непрерывность металлических контурных связей горизонтальных диафрагм крупнопанельных зданий. При узком шаге, как указывалось ранее, применяются панели перекрытий с опиранием, как правило, по контуру (рис. 1.27, а). Сплошное сечение панелей дает возможность размещать внутри вдоль граней панелей арматуру и соединять ее с арматурой перекрытий смежных конструктивных ячеек на сварке в зоне горизонтального стыка стеновых панелей поперечного и продольного направлений (рис. 1.27, а и б).
В здания широкого и смешанного шагов поперечных стен используются чаще всего круглопустотные перекрытия. Окаймляющие армированные элементы образуют монолитные участки, путем пропусков при формовании изделий одной из крайних пустот (рис. 1.27, б). Размещенная в них арматура соединяется на сварке, образуя непрерывную связь элементов в смежных конструктивных ячейках.
Рис. 1.29. Примеры решения связей перекрытий с антисейсмическими поясами Наконец, при супершироком шаге стен опирание круглопустотных перекрытий производится, как правило, на продольные внутренние и наружные стены (рис. 1.28). Наличие пустот не позволяет в пределах панелей перекрытий организовывать непрерывное контурное армирование горизонтальных диафрагм. Они могут быть соединены между собой на сварке закладных деталей. Для объединения перекрытий в диафрагму рекомендуется устраивать антисейсмический пояс по такому же типу, как это делается в зданиях с кирпичными стенами с дополнительным соединением закладных деталей (рис. 1.29). Пояс следует армировать пространственными каркасами, стержни которых должны соединяться либо с выпусками арматуры из панелей, либо с закладными деталями. Через каркасы пояса пропускается арматура стоек рам, заменяющих поперечные стены. В элементы пояса по наружным и внутренним стенам заводятся выпуски арматуры из панелей перекрытий. Перекрытия могут также заанкериваться в пояс с помощью стержней, привариваемых к закладным деталям изделий. По длине панелей перекрытий длиной 7,2 м рекомендуется предусматривать не менее трех связей с помощью выпусков арматуры с последующим замоноличиванием промежутков между панелями бетоном на мелком заполнителе с вибрированием. Допускается соединение на сварке закладных деталей.
Рис. 1.30. Объединение сборных элементов перекрытий В случае применения трехслойных наружных панелей арматурные каркасы антисейсмического пояса целесообразно приваривать с помощью арматурных коротышей к закладным деталям внутреннего слоя стеновой панели.
Окаймляющая диафрагму металлическая связь может выполняться при помощи предварительно напрягаемой арматуры периодического профиля [56]. Возможно два варианта размещения этой арматуры в пределах диафрагмы: в специальных пазах на поверхности, панелей и по торцам панелей перекрытий в пределах горизонтального монтажного шва наружных и внутренних стеновых панелей. Концы напрягаемой арматуры привариваются к закладным деталям перекрытий (рис. 1.30, а). Второй вариант, предложенный Конструкторским Бюро по железобетону им. А.А. Якушева Госстроя РСФСР, является предпочтительным, поскольку не требует устройства в панелях перекрытий пазов для размещения арматуры. Кроме того, не возникает трудностей с пропуском ее через лоджии и лестничные клетки. Наконец, достаточно хорошо и надежно решается вопрос с антикоррозионной защитой металла, располагаемого в слое раствора (рис. 1.30, б).
Рис. 1.31. Устройство надбетонки в здании смещенного шага поперечных стен Следует заметить, что создаваемое в арматуре напряжение в результате ее- натяжения не обжимает сборные элементы перекрытий, уложенные. на раствор и соединенные с панелями стен сварными и другими связями. Натяжение способствует в основном выпрямлению стержней, в результате чего они сразу же могут включаться в работу на растяжение, как только в плоскости диафрагмы начнет действовать горизонтальная нагрузка.
Рис. 1.32. Ужесточение горизонтальных диафрагм устройством армированных плоскими каркасами В зданиях суперширокого шага поперечных стен и в тех случаях, когда диск перекрытий формируется из большого числа узких панелей, его жесткость может быть повышена частичной или полной надбетонкой, толщиной не менее 50 мм с армированием плоскими сварными сетками (рис. 1.31). Для обеспечения условий совместной работы надбетонки и перекрытий сетки необходимо соединять с металлическими элементами связей панелей перекрытий между собой. В случае редкого размещения по длине панелей таких связей или полного их отсутствия рекомендуется прикреплять сетки к перекрытиям специальными анкерами, пропускаемыми в промежутки между панелями. Частичную надбетонку следует производить по периметру помещений в пределах между поперечными и продольными стенами в виде ленты шириной, определяемой по расчету, но не более 1 м.
Рис. 1.33. Схемы устройства в горизонтальных диафрагмах проемов для лестнично-лифтовых узлов На практике применяется еще один способ ожесточения горизонтальных диафрагм, особенно составленных из круглопустотных элементов - устройством уширенных до 100 мм промежутков между сборными элементами, в которые вводятся плоские сварные каркасы. Промежутки замоноличиваются бетоном на мелком заполнителе с вибрированием (рис. 1.32, а). Класс прочности бетона на сжатие не должен приниматься ниже В10.
При выборе видов бетонов для замоноличивания следует исходить из соблюдения требования их минимальной усадочности. В противном случае в зонах контактов в процессе эксплуатации объектов возникают сквозные трещины. В результате жесткость горизонтальной диафрагмы в своей плоскости может значительно уменьшиться. Наилучшим решением проблемы является использование расширяющихся цементов. В США в промежутки между панелями аналогичного решения вводятся отдельные стержни (рис. 1.32, б).
Применение перекрытий с овальными пустотами не допускается. Разрешается применять другие типы перекрытий, прошедших экспериментальную проверку статическими и динамическими знакопеременными нагружениями. Так, например, в практике сейсмостойкого строительства известен случай применения в крупнопанельных зданиях панелей перекрытий шатрового типа.
В сейсмостойких зданиях получили широкое распространение, по существу, два типа перекрытия: сплошные и пустотелые, т. е. соответственно акустически однородные и неоднородные. В последние годы для зданий с узким шагом поперечных стен предложены экономически эффективные и одновременно обладающие хорошими звукоизоляционными свойствами трехслойные перекрытия толщиной 180 мм, состоящие из двух слоев тяжелого бетона и среднего слоя из крупнопористого бетона [111].
Рис. 1.34. План восьми и девятиэтажных крупнопанельных зданий в Бухаресте Нормы проектирования требуют обеспечивать хорошую ос-вещаемость и незадымляемость лестничных клеток, поэтому они, как правило, смещаются к наружным стенам. В этом случае' горизонтальные сейсмические нагрузки могут в первую очередь вызывать повреждения в стеновых конструкциях наружного ограждения и связях вследствие их перенапряжений (рис. 1.33,а). Вопросам конструирования данных участков зданий следует уделять особое внимание.
В зданиях с квадратными планами горизонтальные диафрагмы в меньшей мере подвержены изгибу, поэтому вероятность перенапряжения металлических связей между наружными стеновыми панелями существенно меньше, чем у протяженных зданий. Тем не менее вместо несимметричного расположения в плане отверстий (рис. 1.34, 6) рекомендуется отдавать предпочтение устройству проемов для лестнично-лифтовых узлов в центре здания (рис. 1.34, в).
Примером интересного решения лестнично-лифтовых узлов с естественным освещением могут служить крупнопанельные восьми-девятиэтажные жилые здания в г. Бухаресте [78] (рис. 1.34). Характерной их особенностью является наличие внутренних двориков, как бы разделяющих здание на два отдельных объема.
Здания в связи с этим не имеют сплошных диафрагм, однако они хорошо перенесли землетрясение 4 марта 1977 г. Повреждений практически не было, если не считать отдельные трещины, обозначившие заделанные технологические проемы.
Рис. 1.35. Примеры решений опираний панелей перекрытий на стены Работа горизонтальных диафрагм как одного целого находится в зависимости от количества, типа связей между сборными элементами и качества замоноличивания стыков. Надежное воспринятие сдвиговых и других усилий должно обеспечиваться как металлическими, как правило, сварными, так и бетонными шпоночными соединениями, образующимися в процессе замоноличивания рифлений либо шпоночных выемов по стыкуемым сторонам панелей. Действующие нормы проектирования не содержат требований об обязательном применении в сейсмостойких зданиях и бетонных, и металлических связей. Необходимость одновременного применения обоих типов связей решается с учетом расчетной сейсмичности площадки строительства, конструктивной схемы здания и т. д. Тем не менее в зданиях, проектируемых для 8- и 9-балльных районов, рекомендуется вводить оба типа связей. Минимальная глубина рифлений или шпоночных выемов должна приниматься не менее 30 мм. При этом глубина заведения перекрытий на стены принимается 50, 60 и 70 мм соответственно для панелей стен толщиной 120, 140 и 160 мм.
Надежность опорных участков круглопустотных перекрытий как для воспринятая вертикальных статических, так и горизонтальных динамических нагрузок может повышаться путем введения в пустоты сварных плоских каркасов с последующим замоноличиванием пустот на длину заведения в них каркасов.
В случае контактного стыка стеновых панелей перекрытия также могут опираться по всей ширине. Для этого в стеновых панелях кассетного производства в процессе изготовления устраиваются специальные консольные выступы (рис. 1.35, б). Подобное решение принято в проектах зданий серии 1-467АС. На первый взгляд может показаться недостаточной связь отдельных элементов для создания единого жесткого диска перекрытий. Однако проведенные в ЦНИИСК исследования [120] показали, что соединение перекрытий смежных конструктивных ячеек через проемы в верхних опорных частях панелей стен на сварке выпусков рабочей арматуры каркасов, последующее замоно-личивание проемов бетоном и соединение перекрытий в каждой конструктивной ячейке в пролете на сварке обеспечивают горизонтальным диафрагмам необходимую жесткость в плоскости и из плоскости.
