Необходимость углубления исследований работы сборно-монолитных конструкций в каркасах сборно-монолитного каркасного домостроения



В статье рассматривается актуальность продолжения исследований расчетной стороны вопроса каркасов СМКД, а также выполняется анализ существующей литературы и документации по вопросу расчета и проектирования СМКД

Ключевые слова: СМКД, сборно-монолитное каркасное домостроение, сборно-монолитный ригель.

Сборно-монолитное каркасное домостроение — относительно новая отрасль в строительстве, которая представляет из себя объединение заводских элементов и выполняемых на строительной площадке монолитных железобетонных элементов, объединенных в полноценный каркас посредством омоноличивания узлов стыка элементов, наращивания сборных элементов омоноличиванием их на площадке, и сочетания данных приемов.

При возведении зданий и сооружений гражданской инфраструктуры и домостроения одним из главных вопросов всегда является конечная стоимость продукта, которая составляется из стоимости используемых материалов, проектирования, строительно-монтажных работ, объема используемых материалов. Посредством использования СМКД по оценкам производителей конечная стоимость, включая уменьшение кредитной нагрузки во время производства СМР до получения прибыли, удается сократить на 45 %.

Также, по сравнению со сборными типами зданий в целом, при использовании СМКД увеличивается полезный объем здания, так как узел опирания сборных плит находится на том же уровне, что и сборные плиты, уменьшая выступающую высоту балок перекрытий.

На данный момент в свободном доступе в сети находится большое количество информации по сборно-монолитному каркасному домостроению. Домостроительные комбинаты рассказывают на своих сайтах о преимуществах выбора СМКД, ускорении сроков возведения, положительном экономическом эффекте. В различных статьях и диссертациях прошлых лет раскрывается сравнение технико-экономических показателей между различными сборно-монолитными каркасами, а также сравнение конструкций СМКД как отдельного класса с более традиционными типами объектов — кирпичные, монолитные, сборные объекты.

Меньше всего информации в свободном доступе можно найти в части расчетов сборно-монолитных конструкций. Разработка и проверка расчетных схем, экспериментальные исследования несущей способности, определение корреляции результатов исследований с результатами расчетов в основном представлена в работах разработчиков типовых серий сборно-монолитных каркасов, а также в немногочисленных статьях.

При анализе расчетов поперечная сила в СМКД учитывается не в каждой статье, большая часть литературы посвящена либо испытаниям участков и элементов каркаса с фиксацией схемы дефектов и дальнейшим анализом, либо предложениям по составлению расчетной схемы, и сравнением полученных результатов с ранее выполненными испытаниями.

На данный момент по проектированию СМКД разработана обширная правовая база, в общем доступе находится большое количество статей, методических указаний, типовых решений, разработан свод правил [40].

В материалах [1] рассматривается общий вид и порядок работ при возведении зданий из продукции Киришского ДСК, обращая внимание на возможность использования различных объемно-планировочных решений.

Описание технологий, технические решения и конструктивное устройство различных типов сборно-монолитных каркасов в своей работе [2] сравнивает С. Н. Александрович. Сравнение касается в большей мере строительного производства, а не расчетной части.

В работе [3] автор сравнивает экономические показатели объектов СМКД с традиционными конструкциями сооружений, делая вывод об экономической эффективности в пользу СМКД.

В работах [4] также описывается технология возведения и её особенности для сборно-монолитных зданий. В пособии [30] описывается вариант устройства пустот в плитах перекрытия с помощью экспериментального использования воздушных шаров.

В руководстве [5] представлены общие виды этапов возведения и типовые узлы зданий СМКД с примерами уже выполненных объектов.

Расчетная сторона вопроса отражена в пособии к СНиП [6] от 1991 года, что говорит о наращивании нормативной базы в сфере СМКД в течение более 30 лет.

О расчете сборно-монолитных стен упоминается в [7], в данном руководстве по большей степени уделяется внимание монолитной части.

Большой вклад в разработку СМКД внес директор института БелНИИС А. И. Мордич. В сериях [8], [28] представлены конструктивно-технологические решения сборно-монолитных типовых зданий, указания по проектированию по системе «МВБ-01». В [9] он же сравнивает технико-экономические показатели отечественных и зарубежных конструктивных систем СМКД. В статье [15] А. И. Мордич описывает экспериментальные исследования узлов СМКД, а в [22] сравнивает результаты экспериментов типового участка каркаса «Аркос» с расчетной конечно-элементной моделью. Он же участвовал в натурных испытаниях [37] для подтверждения обеспечения конструкционной безопасности.

Рекомендации по проектированию и расчету конструкций сборно-монолитного перекрытия «Сочи» приведены в [10] по прочности и деформациям. Там же представлены конструктивные требования.

В статьях [11], [13] Е. П. Гуров рекомендует увеличить объем проектируемых из СМКД объектов по отношению к традиционным типам конструкций, а также проводит обзор различных типов каркасов. В то же время Е. П. Гуров указывает на нехватку и неточности правовой базы в отношении СМКД в статье [20], а в [21] приводит рекомендации к конструкции опорных узлов сборных плит перекрытия на монолитные балки.

Также о технологии возведения, технико-экономическом сравнении и других организационных вопросах рассуждают авторы [12], [14].

Автор серий сборно-монолитной системы «Казань XXI в». Мустафин И. И. приводит хронику событий разработки данной системы в [16] на основании предыдущих разработок путем совершенствования решений и узлов сопряжений.

Описание испытаний фрагмента каркаса «Радиус НПУ» описаны в [17]. Разрушение конструкций характеризовалось сдвигом сборных плит перекрытий относительно монолитных балок перекрытий.

По результатам экспериментальных испытаний в [18] была предложена конечно-элементная модель СМКД, в которой выявлена корреляция величины прогибов и мест возникновения трещин в расчетной подели и по результатам испытаний.

Сборно-монолитные перекрытия с использованием облегченного бетона в составе сборных элементов описываются в [19]. При данной конструкции помимо достаточной жесткости и несущей способности увеличиваются тепло- и звукоизоляционные свойства.

На данный момент возведением СМКД занимаются группа компаний «Рекон СМК» [23], компания Marko [24], на сайтах которых представлена фотофиксация выполненных объектов, обоснование экономической эффективности, предложения по проектированию СМКД.

Анализом существующих каркасов в статье [25] занимается авторы Гнатюк Д. В. И Абрамян С. И., делая вывод о преимуществах и недостатках систем СМКД. В качестве одного из недостатков в выводах статьи авторы указывают недостаточную надежность узлов сопряжения конструктивных элементов.

Информация по правилам выполнения и приемке работ при возведении сборно-монолитных конструкций частично в СТО [26].

В учебном пособии [27] автор перечисляет рекомендации для армирования сборно-монолитных лестничных клеток.

В статье [29] авторы рассматривают характер распределения усилий в перекрытии из сборных пустотных плит и монолитных ригелей, указывая на возможность выполнения расчетов на основании существующих нормативных документов с учетом рекомендаций.

Проектирование сборно-монолитных каркасов с помощью программного комплекса «STARK ES» рассматривается в [31], в заключении делается вывод о возможности составления конечно-элементной модели в рассматриваемом программном комплексе.

Группа компаний «МКС» рассмотрела конструкцию сборно-монолитного ригеля с проведением испытаний и сравнением аналогичной конструкции в монолитном исполнении [32]. По результатам испытаний был сделан вывод о достаточности прочности, жесткости и трещиностойкости предлагаемой конструкции.

Экспериментальной проверкой предлагаемой Мордичем расчетной модели в части расчета перекрытия занимался БЕЛСТРОЙЦЕНТР [33]. По результатам испытаний был сделан вывод о достаточности несущей способности перекрытия, возможности перераспределения усилий, исключающей опасность прогрессирующего обрушения и наличии запасов в существующей конструкции узлов перекрытия СМКД.

Также испытанием участка перекрытия каркаса «Аркос» занимался Карякин А. А. в заводских условиях ООО ПСК «Восток» г. Челябинск [34]. По результатам испытаний стык сборной и монолитной части не разрушился, но в верхней зоне возникли сверхнормативные трещины. Разрушение произошло в зоне верхней арматуры монолитного ригеля.

Практические рекомендации по комплексному расчету СМКД разрабатывались Никоноровым Р. М. В автореферате [35] автор приводит результаты анализа расчетной модели. Подобными работами занимались в МГСУ [36] с экспериментальным подтверждением.

Значительная работа по комплексной оценке была проведена силами УрФУ [38], в работе были предложены решения по оптимизации конструкции узлов и элементов СМКД, разработан новый подход к анализу и улучшению конструктивных решений, запатентованы новые варианты устройства конструкций узлов и выполнения технологических процессов при возведении зданий.

Возможность использования каркасов СМКД в сейсмических зонах исследована автором в [39]. В рамках работы предложены антисейсмические пояса с увеличенной площадью примыкания сборной и монолитной части по длине пояса, а также выполнении сборной части в виде двухветвевой балки с перемычками, с выпусками хомутов в монолитную часть.

В 2017 году впервые введен свод правил по расчету и конструированию СМКД [40]. В части поперечных сил в данном СП предлагается выполнять расчет раздельно по сборной части сечения и всему сборно-монолитному сечению в целом, причем в зависимости от расположения шва бетонирования (вертикальное/горизонтальное) в части методики подход к расчету поперечных сил не меняется с 1991 года.

В статье, описывающей испытания влияния отношения высоты сборного и монолитного участков бетона по высоте [41] авторы делают вывод об увеличении несущей способности при увеличении высоты монолитной части бетона в зоне чистого изгиба в центре пролета.

Специалисты из НИИЖБ в работе [42] рассматривали конструкцию сборных плит с омоноличиванием участка торцевой балкой, однако в своей работе не называли данное решение сборно-монолитным. Также в данной работе уделено внимание распору по торцам сборной части перекрытия.

Вывод

Сегмент сборно-монолитного каркасного домостроения занимает определенный процент возводимых зданий в наше время. С учетом сравнения технико-экономических показателей и сроков строительства можно предположить, что соотношение традиционных методов проектирования и СМКД будет изменяться в сторону увеличения последних в связи с их экономическими преимуществами. В целях повышения безопасности при проектировании, возведении и эксплуатации зданий СМКД существует необходимость уточнения расчетных параметров конструкций при совместной работе старого и нового бетона сборно-монолитных конструкций.

Литература:

1. Руденко Д., «Сборно-монолитный каркас Киришского ДСК», https://dwg.ru/b/swell/62.
2. Александрович С. Н., «Технико-экономическое сравнение сборно-монолитных каркасов для гражданского строительства», Челябинск: ЮУРГУ, 2018г. — 90с.
3. Сергеева О. В., «Новая строительная технология «Рекон-Ижора». Сборно-монолитное каркасное домостроение». Санкт-Петербург: СПБГАСУ, 2007
4. Комин, П. А. Особенности сборно-монолитного домостроения / П. А. Комин. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 5 (295). — С. 32–36. — URL: https://moluch.ru/archive/295/66956/.
5. Шембаков В. А., «Сборно-монолитное каркасное домостроение Издание 2-е, переработанное и дополненное», Чебоксары 2005г.
6. НИИЖБ Госстроя СССР, «Проектирование железобетонных сборно-монолитных конструкций. Справочное пособие к СНиП», Москва: Стройиздат, 1991г. — 69с.
7. ЦНИИЭП жилища Госгражданстроя, «Руководство по проектированию конструкций и технологии возведения монолитных бескаркасных зданий», https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293831/4293831884.htm#i18859.
8. Мордич А. И., Серия Б1.020.1–7 «Сборно-монолитная каркасная система МВБ-01 с плоскими перекрытиями для зданий различного назначения», Минск — 1999г.
9. Мордич А. И., Отчет о научно-исследовательской работе «Эффективные конструктивные системы многоэтажных жилых домов и общественных зданий (12...25 этажей) для условий строительства в москве и городах московской области, наиболее полно удовлетворяющие современным маркетинговым требованиям», Минск, 2002г. 117с.
10. Никитин Н. В., «Рекомендации по проектированию конструкций плоского сборно-монолитного перекрытия «Сочи» Издание 3-е переработанное и дополненное», Москва: Стройиздат 1975г. 34с.
11. Журнал «CтройПРОФИль № 4(82) 2010», Статья «Сборное домостроение. Стратегия развития. Начало», Е. П. Гуров, https://forum.dwg.ru/attachment.php?attachmentid=72228&d=1325129046.
12. Журнал «CтройПРОФИль № 5(67) 2008», Статья «Технология сборно-монолитного каркаса в домостроении, Исаева Е, https://forum.dwg.ru/attachment.php?attachmentid=72229&d=1325129052 .
13. Журнал «CтройПРОФИль № 5(83) 2010», Статья «Сборное домостроение. Стратегия развития. Продолжение», Е. П. Гуров, https://forum.dwg.ru/attachment.php?attachmentid=72230&d=1325129059.
14. Журнал «CтройПРОФИль № 8(94) 2011», Статья «Строительство зданий с применением сборного железобетона», Е. Н. Якубов, https://forum.dwg.ru/attachment.php?attachmentid=72231&d=1325129065.
15. Журнал «Бетон и железобетон» № 1 за 1991г., А. И. Мордич, Р. И. Вигдорчик, В. Н. Белевич, инженеры (БелНИИС); A.C. 3aлecoв, д-р техн.наук, проф. (НИИЖБ), статья «Новая универсальная каркасная система многоэтажных зданий», 1991г.
16. Мустафин И. И. «Универсальная сборно-монолитная каркасная система «Казань XXI в»., Казань, 2005г.
17. Журнал «Бетон и железобетон» № 01, 2009, Семченков А. С., «Испытание натурного фрагмента каркаса РАДИУСС НПУ с плитами сплошного сечения».
18. Журнал «Бетон и железобетон» № 01, 2007, Никоноров Р. М., «Расчет новых сборно-монолитных конструктивных систем.
19. А. А. Коянкин, «Облегченное сборно-монолитное перекрытие», Вестник МГСУ том 12 выпуск 6(105), 2016г.
20. Журнал «Бетон и железобетон» № 2, 2012, Гуров Е. П. начало статьи «Анализ и предложения по конструктивной надежности и безопасности сборно-монолитных перекрытий в каркасе серии Б1.0201–7 (в системе «Аркос»)».
21. Журнал «Бетон и железобетон» № 5, 2012, Гуров Е. П. окончание статьи «Анализ и предложения по конструктивной надежности и безопасности сборно-монолитных перекрытий в каркасе серии Б1.0201–7 (в системе «Аркос»)».
22. Журнал «Бетон и железобетон» № 2, 2013, Мордич А. И. «Каркас домостроительной системы «Аркос». Надежность и безопасность».
23. Официальный сайт группы компаний «РЕКОН-СМК» http://rekon-smk.ru/
24. Официальный сайт компании Marko https://marko.ltd/.
25. Абрамян С. Г., Гнатюк Д. В. Сборные и сборно-монолитные каркасные системы высотных зданий с плоскими плитами перекрытия, Интернет-журнал «Науковедение» Том 9, № 1 (2017).
26. СТО НОСТРОЙ 2.7.16–2011, Стены и перекрытия с пространственным арматурным каркасом. Правила выполнения, приемки и контроля монтажных, арматурных и бетонных работ, Москва, 2012.
27. Малахова, А. Н. Армирование железобетонных конструкций: учебное пособие. Москва, МГСУ, 2014. 114 с.
28. Серия Б1.020.1–7, Сборно-монолитная каркасная система МВБ-01 с плоскими перекрытиями для зданий различного назначения. Минск, 1999.
29. Распределение усилий под нагрузкой в многопустотных плитах сборно-монолитного перекрытия, опертого на несущие стены / С. В. Босаков [и др.] // Наука и техника. 2019. Т. 18, No 2. С. 93 –103. https://doi.org/10.21122/2227–1031–2019–18–2-93–103.
30. Р. А. Сагадеев, учебное пособие «Современные методы возведения монолитных и сборно-монолитных перекрытий», Москва, 2008г.
31. В. Н. Симбиркин. Проектирование железобетонных каркасов многоэтажных зданий с помощью ПК STARK ES// Информационный вестник Мособлгосэкспертизы. 2005. № 3(10). — С. 42–48.
32. Официальный сайт группы компаний «МКС», статья «Что показали испытания железобетонного ригеля сборного каркаса с жесткими монолитными стыками», Йошкар-Ола, 2018г, https://mksgroup.ru/blog/all/ispytaniya-zhb-rigelya-sbornogo-karkasa/.
33. Официальный сайт «Белстройцентр», статья «Результаты испытания сборно-монолитного перекрытия каркасного здания вертикальной нагрузкой».
34. Журнал «Вестник ЮУрГУ» № 35, 2009, Статья «Испытание натурного фрагмента сборно-монолитного каркаса системы Аркос с плоскими перекрытиями».
35. Никоноров Р. М. автореферат диссертации «Совместная сопротивляемость, деформативность железобетонных элементов перекрытия сборно-монолитных каркасов с плоскими плитами и скрытыми ригелями», Москва, 2008г.
36. Баширов Х. З. Автореферат диссертации «Железобетонные составные конструкции транспортных зданий и сооружений», Москва, 2013г. https://miit.ru/content/ %D0 %90 %D0 %B2 %D1 %82 %D0 %BE %D1 %80 %D0 %B5 %D1 %84 %D0 %B5 %D1 %80 %D0 %B0 %D1 %82 %20- %20 %D0 %91 %D0 %B0 %D1 %88 %D0 %B8 %D1 %80 %D0 %BE %D0 %B2.doc?id_wm=715958
37. Мордич А. И. Журнал «Вестник Брестского государственного технического университета» 2005. № 2, статья «Конструкционная надежность — главная особенность сборно-монолитного каркаса белниис».
38. Зотеева З. Э. Комплексная оценка и совершенствование конструктивных и технологических решений гражданских монолитных и сборно-монолитных зданий. Екатеринбург, 2018г.
39. Думитрюк Аврел. Разработка конструкции сборно-монолитных антисейсмических поясов зданий и методики их расчета с учетом действия сейсмических сил. КИШИНЭУ, 2019
40. СП 337.1325800.2017, Конструкции железобетонные сборно-монолитные. Правила проектирования, Москва, 2017г.
41. Коянкин А. А., Митасов В. М. Экспериментальные исследования влияния высоты монолитной зоны бетона на напряженно-деформированное состояние сборно-монолитного изгибаемого элемента // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2020. Вып. 1(78). С. 20–29.
42. Ю. Д. Рыбаков, Е. И. Кулешов, Л. Е. Кошелева, «Рекомендации по натурным обследованиям железобетонных конструкций», БВ при НИИЖБ, Москва, 1972г.