Файл: Вопросы сейсмостойкого строительства [сборник статей]..pdf

Ю. В. ИЗМАЙЛОВ, А. А. ЧУПРИНА

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СТЕН КАРКАСНО-КАМЕННЫХ ЗДАНИЙ ВТОРОГО ТИПА ПРИ ВЕРТИКАЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ

Современная тенденция к возведению зданий повышен­ ной этажности, в том числе и каменных, обусловила необхо­ димость разработки соответствующих конструктивных реше­ ний зданий.

Одним из таких решений является пространственный же­ лезобетонный каркас, ячейки которого заполняются камен­ ной кладкой.

В зависимости от технологических особенностей возведе­ ния, обусловливающих в свою очередь характер работы стен под нагрузкой, каркасно-каменные здания классифицируют­ ся на 2 типа [3]. Стены зданий 2-го типа обычно обладают довольно высокой несущей способностью при действии как вертикальных, так и горизонтальных сил. Об этом свидетель­ ствуют результаты соответствующих экспериментальных ис­ следований [4, 5]. Однако расчетные методы оценки несу­ щей способности таких стен пока недостаточно разработаны.

В настоящее время при проектировании каркасно-камен­ ных зданий 2-го типа расчет стен на вертикальную нагрузку ведется по одному из двух способов.

Согласно первому из них, заполнение не участвует в ра­ боте и учитывается только как нагрузочный элемент. Такое допущение приводит к необходимости совершенно неоправ­ данного увеличения несущей способности элементов желе­ зобетонного каркаса и, как следствие, отрицательно ска­ зывается на технико-экономических показателях здания в

121

Расчет каркасно-каменных зданий без учета работы за­ полнения влечет за собой та.кже неоправданное увеличение мощности фундаментов под колонны и ослабление фундамен­ тов на участках между колоннами каркаса.

Согласно второму способу расчета, каркасно-каменная сгена рассматривается как комплексная конструкция. В слу­ чае центрального сжатия разрушающая нагрузка определя­ ется по формуле [12]:

R, Rnp — расчетное сопротивление осевому сжатию соответ­ ственно кладки и бетона;

Ra — расчетное сопротивление арматуры;

F^ Fe — площадь поперечного сечения соответственно клад­ ки и бетона.

Коэффициент 0,85 при первом слагаемом в формуле (1) указывает на то, что к моменту разрушения железобетонных включений напряжения в заполнении достигают лишь 85°/. предела прочности при сжатии. Фактически такое положениесправедливо для частного случая сочетания деформативных свойств материалов, составляющих комплексную конст­ рукцию*.

С. С. Шукюровым были проведены испытания кладки из. мелких блоков пильного известняка, усиленной железобе­ тонными включениями, бетон для которых изготавливался ка известняковом щебне. В этих опытах разрушение комп­ лексных элементов начиналось с кладки, т. е. наблюдалась картина, обратная той, которая имела место при выполне­ нии кладки из кирпича, а железобетонных включений — из. обычного тяжелого бетона. Используя результаты этих опы­ тов, С. С. Шукюров предложил несущую способность комп­ лексных конструкций, аналогичных по деформативным ха­

случай сочетания деформативных свойств материалов, вхо­ дящих в состав комплексной конструкции. С. В. Поляковым, предложено (1) и (2) обобщить в виде:

где в зависимости от результатов соответствующих опытов.

* Основанием цлл вывода формулы (1) послужили оелультсть: испы­ таний комплексных конструкций с кирпичной кладкой.

122

•чшш из коэффициентов шк, шж.б. должен приниматься рав­ ным единице, а другой — меньшим единицы.

Как видно из анализа структуры формул (1) — (3), при­ менение методики расчета комплексных конструкций для каркасно-каменных стен не позволяет выявить характер рас­ пределения напряжений как по высоте, так и по длине стен. При использовании этого метода не представляется возмож­ ным рассчитать ригели каркаса; между тем их конструктив­ ные параметры в значительной мере определяют характер работы каркасно-каменной стены под нагрузкой.

В статье рассмотрены некоторые результаты исследова­ ния напряженно-деформированного состояния фрагментов каркасно-каменных стен при действии вертикальных нагру­ зок. Сделана попытка рассчитать эти стены методами строи­ тельной механики.

I. ИСХОДНЫЕ УСЛОВИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Напряженно-деформированное состояние каркасно-ка­ менных стен при вертикальной нагрузке изучалось на фраг­ ментах, выполненных в lU натуральной величины с соблю­ дением принципов простого подобия твердых деформируе­ мых тел (рис. 1). Опытные образцы представляли собой одно- и трехэтажные фрагменты несущих стен здания и из­ готавливались в полном соответствии с технологией возве­ щения каркасно-каменных стен 2-го типа*.

Трехэтажные опытные стенки имели двутавровый профиль горизонтальных сечений. Это позволило обеспечить их устой­ чивость из плоскости и в известной степени учесть наличие стен поперечного направления.

В образцах П-1, К-2, Т-2 сцепление между заполнением и элементами железобетонного каркаса отсутствовало, что достигалось прокладкой бумаги по контуру заполнения. При изготовлении стенок П-2, П-7, К-1, Т-1 и Т-3, наоборот, были приняты все необходимые меры к обеспечению высокой прочности сцепления заполнения с монолитным бетоном стоек и ригелей каркасов. Материал заполнения по контуру тщательно очищался от пыли и увлажнялся. Испытания этих образцов показали, что прочность сцепления монолит­ ного бетона с камнем достигала значений соответствующей прочности последнего.

Стенки серии П выполнялись с глухим заполнением из монолитных легкобетонных плит. Довольно высокая одно­ родность такого заполнения позволила получить для него эпюры деформаций без резких изломов, характерных для обычной кладки.

* Специфика каркасно-каменных стен 2-го типа и технология их воз­ ведения описаны в работе [3].

124

Стенки серии К выполнялись с глухим заполнением из каменной мелкоблочной кладки на цементно-известковом растворе состава 1 : 0,25 : 6 литой консистенции (si = 12 см) при высоте ряда кладки 10 см и толщине швов 5 мм. Стенки серии Т, с такой же кладкой имели проем по центру запол­ нения (рис. 1, б).

Армирование железобетонного каркаса было непрерыв­ ным по контуру и одинаковым для стоек и ригелей, за иск­ лючением ригелей третьего этажа стенок Т-1 и Т-2 (рис. 1 в).

Для приготовления бетона и кладочного раствора исполь­ зовались портландцемент марки 400 и песок Тираспольского карьера с модулем крупности 1,9. Для кладочного раствора песок просеивался через сито с размером ячеек 1,25 мм. В качестве крупного заполнителя для тяжелого бетона исполь­ зовался известняковый щебень Микауцкого карьера с наи­ большей крупностью зерн 15 мм, а для легкого бетона с объемным весом 1,6 т/м3 — отходы камнедобычи известнякаракушечника Булдынского карьера. При приготовлении раствора применялась известь Гидигичского месторождения. Кладка заполнения выполнялась из камней пильного извест­ няка оолитовой разновидности размером 195ХЮ 0Х95 и 95ХЮ 0Х95 Криковского месторождения. Основные физико­ механические характеристики пильного известняка приведе­ ны в таблице 1. При изготовлении опытных стенок осущест­ влялся отбор камней по прочностным показателям.

Деформативные и прочностные характеристики бетона, кладочного раствора, камня и кладки были определены ис­ пытанием кубов и призм из этих материалов, плит легкобе­ тонного заполнения и фрагментов кладки.

Пределы прочности при сжатии бетона и камня, исполь­ зованных для различных стенок, приведены в таблице 2.

Опытные стенки П-1, П-2, Т-1 и Т-2 испытывались на центральное сжатие системой равных по величине сосредо­ точенных сил, имитировавшей равномерно распределенную нагрузку по длине верхнего ригеля. Рычажно-шарнирное устройство, через которое нагрузка от пресса передавалась

125