Повреждения и разрушения ограждающих ненесущих стеновых конструкций далеко не всегда можно объяснить только отсутствием или некачественным выполнением антисейсмических мероприятий. Во многих случаях они обусловлены неэффективностью проектных решений, принимаемых в условиях дефицита объективных данных о действительной работе ненесущих стеновых конструкций в системах зданий.
Ключевые слова: хризотилцементная фасадная система, колебания, виброиспытания, нагрузки, сейсмичность.
Последствия землетрясений свидетельствуют, что разрушения ненесущих стеновых конструкций, даже при сохранении целостности несущих конструкций зданий, могут представлять прямую угрозу безопасности людей, а затраты на восстановление и усиление поврежденных ненесущих элементов, зачастую, наносят обществу и владельцам зданий меньший ущерб, чем повреждения несущих конструкций.
Разрушения и повреждения навесных фасадных систем и не всегда позволяет пояснять именно отсутствием или некачественным строительством антисейсмических мероприятий. Во многих случаях они обусловлены неэффективностью проектных решений, принимаемых в условиях дефицита объективных данных о действительной работе фасадных систем в системах зданий и сооружений. Экспериментальные исследования по уязвимости навесных фасадных систем при воздействиях типа сейсмических всегда в меньшей степени уделялось внимания, чем испытаниям несущих конструкций. В большей степени это связано с недооценкой значимости навесных фасадных систем в обеспечении антисейсмической безопасности людей, а в некоторой степени — с проблематичностью моделирования взаимодействия данных конструкций с несущими стеновыми конструкциями при реальных сейсмических воздействиях. В 2019 году с АО КазНИИСА (Казахстан) по заказу ОсОО «ТШП КАНТ» (Кыргызстан) выполнило ряд исследований хризотилцементных листов на фасадных системах в строительствев.
Основной целью эксперимента являлась проверка возможности применения плоских хризотилцементных листов непрессованных окрашенных и неокрашенных с гладкой и рельефной поверхностью для наружной отделки стен и вентилируемых фасадов зданий производства ОсОО «ТШП КАНТ» (Кыргызстан), возводимых в районах с высокой сейсмичностью.
Данная научно-исследовательская работа включала в себя подготовку к проведению испытаний, проведение экспериментальных (вибродинамических) испытаний, обработку и анализ полученных данных, составление отчета с основными выводами и рекомендациями.
Инструментальные записи колебаний зданий и сооружений и их фасадных систем, зафиксированные при реальных землетрясениях и экспериментальных исследованиях, показывают, что интенсивность колебаний ненесущих стеновых конструкций в плоскости и из плоскости, в определенных условиях, может существенно (в 1,5…2,0 раза и более) превышать интенсивность колебаний точек их закрепления к несущим конструкциям (перекрытиям, стенам, колоннам).
Метод испытаний
Экспериментальные исследования фасадных элементов из хризотилцементных листов проводились на специальном стенде, представляющем собой ячейку двухэтажного стального каркаса размерами 6х6м, и высотой этажа 3,3 м. Общий вид стенда до и после установки навесных фасадных систем показаны на рис.1.
Рис. 1. Общий вид стенда до и после установки навесных фасадных систем
Динамические колебания стенда выполнялись вибромашиной инерционного действия типа В-2, установленной на покрытии стенда. Схема и общий вид вибромашины показаны на рис.2.
Рис. 2. Схема и общий вид вибромашины
Комплект оборудования для вибрационных испытаний включал в себя:
– двигатель постоянного тока мощностью 110 кВт;
– четыре двухвальных виброблока с горизонтальными осями вращения рычагов;
– доборные грузы-дебалансы, навешиваемые на рычаги вибраторов;
– пульт управления, позволяющий плавно регулировать частоту вращения вала двигателя.
При испытаниях виброблоки были установлены на покрытии стенда таким образом, чтобы равнодействующая возбуждаемых ими сил совпадала с геометрической осью стенда в направлении цифровых осей.
Виброблоки и двигатель жестко крепились при помощи сварки и болтовых соединений к стальной раме, расположенной в уровне покрытия. Применение вибрационной машины позволило реализовать при испытаниях динамический характер нагружения исследуемых ненесущих стеновых конструкций и смоделировать основные особенности их поведения в системе здания при нагрузках типа сейсмических.
Конструктивные решения
Фасадные элементы из плоских непрессованных хризотилцементных листов, предназначенные для выполнения вентилируемых фасадов, были закреплены на алюминиевых подконструкциях [1].
При проведении испытаний изучалось поведение четырех фрагментов из хризотилцементных листов с различными видами креплений.
Первый фрагмент (далее — фрагмент 1) был выполнен с фасадными элементами, представляющими собой хризотилцементные плоские листы с размерами 1200х600х10 (t) мм и 600х600х10 (t) мм и с гладкой поверхностью. Вес панелей составлял 18,1 кг/м 2 [1].
На втором фрагменте (далее — фрагмент 2) крепились плоские хризотилцементные листы с размерами 1200х600х8 (t) мм и 600х600х8 (t) мм и с гладкой поверхностью [1]. Вес панелей составлял 14,4 кг/м 2 .
Общий вид листов фрагмента 1 и фрагмента 2, показаны на рис.3.
Рис. 3. Общий вид листов фрагмента 1 и фрагмента 2
На третий фрагмент (далее — фрагмент 3) крепились листы хризотилцементные плоские с размерами 1800х200х8 (t) мм и 900х200х8 (t) с рельефной поверхностью. Вес панелей составлял 14,4 кг/м 2 .
На четвертом фрагменте (далее — фрагмент 4) крепились листы хризотилцементные плоские с размерами 1800х200х6 (t) мм и 900х200х6 (t) с рельефной поверхностью. Вес панелей составлял 10,9 кг/м 2 .
Общий вид фрагментов 3 и 4 показан на рис.4.
Рис. 4. Общий вид фрагментов 3 и 4
Алюминиевые подконструкции навесной фасадной системы (НФС), использовавшиеся для установки хризотилцементных листов, состояли из следующих основных элементов:
– спаренных П-образных кронштейнов;
– несущих П-образных кронштейнов;
– опорных П-образных кронштейнов;
– вертикальных направляющих коробчатого сечения;
– горизонтальных Н-образных направляющих (рис.5).
Рис. 5. Алюминиевые подконструкции навесной фасадной системы
Горизонтальные профили (на фрагментах 1,3 и 4) крепились к стойкам заклепками. Шаг горизонтальных профилей по высоте составлял 600 мм на фрагменте 1 и 200 мм на фрагментах 3,4 [2].
На фрагментах 1,3 и 4 хризотилцементные листы устанавливались в горизонтальные профили и имели между собой вертикальные зазоры шириной 5–8 мм. Горизонтальные зазоры между плитами и горизонтальными профилями каждого яруса заполнялись сверху и снизу силиконом (см. рис.6а).
На фрагменте 2 хризотилцементные листы крепились на вертикальные профили с помощью заклепок (с широким бортиком) — на первом этаже без втулок, а на втором этаже с втулками [2]. Хризотилцементные листы имели между собой вертикальные и горизонтальные зазоры шириной 5–8 мм (см. рис.6б).
Рис.6. Горизонтальные и вертикальные зазоры
На фрагменте 4, в углу сопряжения навесных панелей, были установлены вертикальные стойки ограничители, предотвращающие горизонтальные перемещения плит в своей плоскости относительно номинального положения [2]. По торцам и в стыках между листами, были загнуты горизонтальные профили (рис.7)
Рис. 7. Горизонтальные профили
Результаты и выводы
На I этапе испытаний изучалось поведение экспериментальных объектов при относительно малых перекосах этажей стенда. На II этапе — при перекосах, близких к расчетным. На ІІІ этапе — при перекосах, близких к предельно допустимым [3].
Принятая методика вибродинамических испытаний позволяла выполнять следующие задачи:
– возбуждать колебания стенда в широком диапазоне частот и амплитуд;
– обеспечивать длительность колебаний, достаточную для оценки влияния малоцикловой усталости на состояние исследуемых конструкций;
– оценивать состояние ненесущих стеновых конструкций при разных амплитудах колебаний стенда.
При проведении вибрационных испытаний осуществлялись: регистрация колебаний и предварительная обработка данных, визуальное обследование конструкций, фотофиксация возникших повреждений, а также видеосъемки колебаний стенда и экспериментальных объектов. На этапах испытаний, помимо поступательных колебаний, стенд совершал крутильные колебания. Данные, полученные в результате опыта, свидетельствуют, что при проведении вибродинамических испытаний стенд и установленные на нем экспериментальные объекты подвергались весьма интенсивным динамическим нагрузкам [3]. Местные динамические нагрузки, действовавшие при испытаниях на вентилируемые фасады в плоскости и из плоскости, в 2–4 раза превышали расчетные значения сейсмических нагрузок, отвечающих сейсмичности 9 баллов и соответствовали прогнозируемым реальным сейсмическим воздействиям интенсивностью 9 и более баллов.
Максимальные горизонтальные перекосы этажей стенда, имевшие место при вибродинамических:
– превышали предельно допускаемые нормами расчетные перекосы этажей сейсмостойких зданий в 2,0…3,0 раза;
– были близки к предельно допускаемым перекосам этажей сейсмостойких зданий при реальных сейсмических воздействиях.
Общее состояние всех фрагментов навесных фасадов после испытаний не представляло угрозы безопасности людей и соответствовало концепциям, положенным в основу действующих норм, регламентирующих правила проектирования в сейсмических районах.
В соответствии с результатами испытаний, хризотилцементные плоские непрессованные листы толщиной от 6 до 12 мм могут применяться при устройстве навесных фасадов в зданиях, возводимых на площадках сейсмичностью 7–10 баллов [4]. При этом в качестве несущих элементов фасадных систем следует применять алюминиевые подконструкции, прошедшие экспериментальную проверку или аналогичные им.
Литература:
- СП РК 2.03–30–2017 «Строительство в сейсмических районах (зонах) Республики Казахстан».
- Вестник АО «КазНИИСА» «Исследования сейсмостойкости сооружений и конструкций».
- Результаты отчета по испытания конструкции на сейсмостойкость экспериментальным методом АО «КазНИИСА» 2017 г.; 26–29.
- Жунусов Т. Ж. Сейсмостойкое строительство зданий. Алма-Ата, 2002г.
