Основной целью научно-исследовательской работы является проверка возможности применения ограждающих трехслойных « сэндвич-блоков VIMA-SBF », изготавливаемых ТОО «ВИМА», для выполнения наружных навесных (ненесущих) стен зданий, возводимых в районах с высокой сейсмичностью.
В задачи проведенных исследований входило ;
а) изучение особенностей работы и прочности « сэндвич-блоков VIMA-SBF » при действии ни них (в плоскости и из плоскости) нагрузок типа сейсмических;
б) проверка работоспособности соединений между « сэндвич-блоков VIMA-SBF » и несущими конструкциями зданий.
в) выявление целесообразной области применение фибробетонных « сэндвич-блоков VIMA-SBF » в сейсмостойком строительстве.
Трехслойные «сэндвич-блоки VIMA-SBF», предлагаемые ТОО «ВИМА», до настоящего времени в практике сейсмостойкого строительства в Республике Казахстан не применялись, а их способность сопротивляться сейсмическим воздействиям не изучалась. Поэтому согласно п. 1.10 СНиП РК 2.03–30–2017 «Строительство в сейсмических зонах» подобные конструкции относятся к новым и до внедрения в строительство должны пройти экспериментальную проверку.
Легкие трехслойные навесные панели к настоящему времени нашли довольно широкое применение в практике сейсмостойкого строительства, но каждый тип таких панелей имеет свои специфические особенности. Общий вид «сэндвич-блоков VIMA-SBF» показан на рис. 1.
Рис. 1. Общий вид сэндвич панелей
Конструктивные решения сэндвич-блоков
– «Сэндвич-блоки» состоят из двух внешних жестких металлических листов и слоя утеплителя между ними. Размеры «сэндвич-блоков» — 1899х1099х111(t) мм.
– Лицевая поверхность «сэндвич-блоков» — лист алюмоцинка толщиной 0,8 мм, с покрытием полиэстер. Внутренняя поверхность «сэндвич-блоков» — лист оцинкованной стали толщиной 0,5 мм. Утеплитель — минераловатная плита.
– «Сэндвич-блоки» крепились к стальным стойкам фахверка, закрепленным к несущим конструкциям стенда. Между собой «сэндвич-блоки» каждого вертикального ряда соединялись в горизонтальных швах заклепками.
– Принципиальные конструктивные решения «сэндвич-блоков», общий вид узлов крепления стоек фахверка и панелей к стенду показаны на рис. 2.
Рис. 2. Конструктивные решения крепления сэндвич панелей
Экспериментальные исследования ненесущих стеновых конструкций проводились на специальном стенде, представляющем собой ячейку двухэтажного стального каркаса с установленной на её покрытии вибрационной машиной инерционного действия. Применений вибрационной машины В2 позволило реализовать при испытаниях динамический характер нагружения исследуемых ненесущих стеновых конструкций и смоделировать основные особенности их поведения в системе каркасного здания при нагрузках типа сейсмических (рисунок 3).
«Сэндвич-блоки» крепились к стальным стойкам фахверка, закрепленным к несущим конструкциям стенда. Между собой «сэндвич-блоки» каждого вертикального ряда соединялись в горизонтальных швах заклепками.
Рис. 3. Экспериментальный стенд с навесными панелями
Методика испытаний
Вибрационные испытания включали в себя шесть этапов. На первых трех испытаний изучалось поведение экспериментальных объектов при относительно малых перекосах этажей каркаса 1/400. На последующих трех этапах — при перекосах, близких к предельно допустимых 1/50h эт .. Этапы испытаний показаны в таблице 1.
Таблица 1
|
Номер этапа испытаний |
Количество вибро-блоков |
Количество грузов-дебалансов на каждом вибраторе |
|
I |
1 |
0 |
|
II |
1 |
0 |
|
III |
1 |
0 |
|
IV |
4 |
0 |
|
V |
4 |
8 |
|
VI |
5 |
8 |
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.
Рис. 4. Регистрирующая аппаратура
Результаты инструментальных измерений
Максимальные горизонтальные перекосы этажей стенда, имевшие место при вибродинамических испытаниях:
– превышали предельно допускаемые нормами расчетные перекосы этажей сейсмостойких зданий в 2,0…4,0 раза;
– были близки к предельно допускаемым перекосам этажей сейсмостойких зданий при реальных сейсмических воздействиях.
Величины перекосов первого и второго этажей стенда приведены в таблице 2
Таблица 2
|
Номер этажа |
Ось |
Величины перекосов этажей |
Этапы испытаний |
|||
|
I |
III |
IV |
V |
|||
|
Второй |
2 |
абсолютные (Δ, мм) |
5,6 |
9,4 |
29,9 |
32,6 |
|
относительные (Δ/hэт) |
1/589 |
1/340 |
1/110 |
1/101 |
||
|
1 |
абсолютные (Δ, мм) |
5,0 |
10,4 |
38,4 |
65,1 |
|
|
относительные (Δ/hэт) |
1/668 |
1/317 |
1/86 |
1/51 |
||
|
Первый |
2 |
абсолютные (Δ, мм) |
5,5 |
9,5 |
29,9 |
48,3 |
|
относительные (Δ/hэт) |
1/680 |
1/347 |
1/110 |
1/68 |
||
|
1 |
абсолютные (Δ, мм) |
4,9 |
10,1 |
37,2 |
49,2 |
|
|
относительные (Δ/hэт) |
1/673 |
1/327 |
1/89 |
1/67 |
||
Характерные повреждения экспериментальных объектов
Результаты визуального наблюдения за экспериментальными объектами в процессе колебаний стенда позволили установить следующее.
Наиболее существенное влияние на особенности поведения «сэндвич-блоков» в процессе испытаний оказали конструктивные решения их соединений со стендом.
На всех этапах испытаний между смежными панелями наблюдались значительные взаимные смещения по вертикальным швам. На заключительном этапе испытаний эти смещения достигали 30–40 мм.
По горизонтальным швам взаимные смещения «сэндвич-блоков» не наблюдались. То есть, навесные стены работали как системы «вертикальных столбов» из «сэндвич-блоков».
Крепления вертикальных «столбов» «сэндвич-блоков» к стенду оказались весьма податливыми.
Эта податливость была обусловлена тем, что в процессе колебаний стенда шпильки, с помощью которых «сэндвич-блоки» крепились к стойкам фахверка, «прорезали» смежные участки тонких листов оцинкованной стали (t=0,5 мм), расположенных с внутренней стороны «сэндвич-блоков» (после завершения испытаний см. рис. 5).
Рис. 5. Податливость крепления шпильки с сэндвич панели
На этапе испытаний IV начало наблюдаться также ослабление затяжки (раскручивание) гаек шпилечных креплений «сэндвич-блоков» с кронштейнами.
На этапах V и VI, при перекосах этажей, составляющих примерно 1/50 их высоты, раскручивание гаек или срез резьбы шпилек наблюдалось в массовом порядке. Практически во всех случаях раскручивались гайки, расположенные у внутренней поверхности «сэндвич-блоков». В некоторых случаях гайки полностью сходили с резьбы. Последствием этого явились:
– разрушения соединений двух «сэндвич-блоков» с кронштейнами на этапе испытаний V — рис. 8.а (перед этапом испытаний VI повреждения были устранены);
– падение одного «сэндвич-блока» на этапе испытаний VI — рис. 8.б.
Рис. 6. Состояние панелей после испытаний
Рис. 7. Обмятие шпилек после испытаний
Выводы
По результатам выполненной экспериментальной проверки ограждающих «сэндвич-блоков» и их соединений с несущими конструкциями зданий были сформулированы следующие выводы:
– в процессе испытаний установлено, что стыковые соединения « сэндвич-блоков VIMA-SBF » с конструкциями зданий обеспечивают необходимую степень раздельной работы несущих и ненесущих конструкций, но нуждаются в усовершенствовании (для этого были разработаны рекомендации по совершению конструктивных решений);
– проведенные экспериментальные исследования в целом подтверждают эффективность и антисейсмическую надежность принципиальных конструктивных решений «сэндвич-блоков» и их соединений с несущими конструкциями зданий.
– « сэндвич-блоков VIMA-SBF » (при соблюдении приведенных рекомендаций) могут применяться в качестве ненесущих ограждающих конструкций стальных и железобетонных зданий, возводимых на площадках до 10 баллов включительно и имеющих расчетные горизонтальные перекосы этажей не более 1/200 их высоты.
Литература:
- СП РК 2.03–30–2017* «Строительство в сейсмических зонах»
- Результаты отчета по испытаниям конструкций навесных фасадных систем на сейсмостойкость экспериментальным методом АО «КазНИИСА» 2018 г.
- Жунусов Т. Ж. Исследование сейсмсойкости сооружений и конструкции. РГП «КазНИИСА» Алма-Ата, 2002г.
- СТ РК 1875–2009 «Крепления анкерные для фасадных систем. Технические условия».
- Вестник АО «КазНИИСА» «Исследования сейсмостойкости сооружений и конструкций».
