В статье приводится перечень распространенных сборно-монолитных каркасов и выполняется анализ выполненных испытаний элементов и фрагментов каркасов СМКД с целью выявления информации по работе конструкций на поперечную силу.
Ключевые слова: СМКД, КУБ 2.5, Рекон, Аркос, Казань XXI в, Радиусс сборно-монолитный ригель, поперечная сила, каркасная система, результат испытаний
1. Описание типов сборно-монолитных каркасов
По результатам анализа литературы, находящейся в открытом доступе на данный момент в сфере СМКД предлагаются следующие распространенные типы сборно-монолитных каркасных систем:
1.2.1. Система «КУБ 2.5»;
1.2.2. Система «РЕКОН»;
1.2.3. Система «АРКОС» (серия Б1.020.1–7);
1.2.4. Каркас «Казань XXI в».;
1.2.5. Каркас «РАДИУСС»;
Система «КУБ 2.5»
Максимально индустриализированная серия безригельных каркасов. Все элементы выполняются в заводских условиях, в зоне колонн устраивается сборная плита, стык плиты и колонны омоноличивается. К монолитной части каркаса кроме бетонирования узла стыка колонн с перекрытием относятся стыки смежных плит перекрытия. Для устройства стыков по контуру плит выпускаются хомуты, при установке смежных плит в проектное положение в стык плит перекрытия укладывается продольный стержень, стык бетонируется.
|
|
|
|
а) |
б) |
|
Рис. 1: а — общий вид каркаса «КУБ 2.5», б — схема раскладки плит перекрытия каркаса «КУБ 2.5» |
|
Система «РЕКОН»
Система сборных каркасных плит и колонн, объединенная сборно-монолитными преднапряженными ригелями по сетке колонн. Омоноличиванию подлежат ригели перекрытий, бетонирование происходит по несъемной лоткообразной опалубке, которая после твердения работает в составе ригеля.
Рис. 2. Общий вид каркасной системы «РЕКОН», представленный в патенте
Система «АРКОС» [4]
Белорусская серия каркасных систем. Отличие от системы «РЕКОН» заключается в отсутствии выступающих частей перекрытия, ригели монтируются в уровне сборных плит перекрытия, обеспечивая возможность устройства ограждающих конструкций без ограничений в любом требуемом месте.
Каркас «Казань XXI в». [2]
Каркасная система из сборных прямоугольных ригелей, плит и колонн, омоноличиванию подлежат узлы стыков групп элементов друг с другом. Сцепление сборной и монолитной части ригеля обеспечивается за счет хомутов, выпущенных из сборной части.
Рис. 3. Схема устройства ригелей при возведении каркаса «Казань XXI век»
Каркас «РАДИУСС»
Каркасная система из сборных плит перекрытия и колонн. Ригели выполняются в монолитном исполнении. В рамках усиления используют увеличение высоты ригеля с помощью надбетонки, введения сборного ригеля, либо подбетонки монолитной части.
Рис. 4. Методы усиления монолитных ригелей системы «РАДИУСС»
Также есть иные сборно-монолитные каркасы, встречающиеся на рынке, среди которых можно выделить каркасную систему «Сочи», универсальную строительную систему «УДС», тип каркаса «Филигран», а также экспериментальные виды каркасов в виде скорлупы плит перекрытия толщиной 50мм с выпусками арматурных хомутов для дальнейшего обетонирования, и образцов, использующих воздушные шары для устройства пустот в перекрытии.
В данной работе экспериментальные типы перекрытий не рассматриваются, а не включенные в перечень типы каркасов имеют общие черты с представленными.
2. Проводимые испытания СМКД
Испытание группы компаний «МКС»
В соответствии с материалами [5] группа компаний «МКС» проводила испытания сборно-монолитного ригеля. Отдельно были рассмотрены пролетная и приопорная части ригеля.
|
|
|
|
а) |
б) |
|
Рис. 5: а — общий вид опытного сборно-монолитного объекта для центра пролета, б — общий вид опытного сборно-монолитного объекта для приопорной зоны |
|
|
|
|
|
а) |
б) |
|
Рис. 6: а — общий вид расчетной схемы для центра пролета, б — общий вид расчетной схемы для приопорной зоны |
|
По результатам испытаний сделан вывод о соответствии ригеля требованиям по прочности, жесткости и трещиностойкости. Возникновение трещин происходило при приложении нагрузок выше контрольных значений.
|
|
|
|
а) |
б) |
|
Рис. 7: а — характер прогиба пролетной части ригеля при испытании, б — характер прогиба балок опорной части ригеля при испытании |
|
Испытания БелНИИС
Группа исследователей во главе с А. И. Мордичем проводила экспериментально-теоретические исследования с испытанием участка сборно-монолитного каркаса [1].
В результате нагружения экспериментального образца нагрузкой, превосходящей расчетные значения, было выявлено следующее:
— При жестком защемлении сборных плит перекрытия по торцам в монолитные ригели и ограничения угла поворота опорной зоны в плитах возникал распор, положительно влияющий на деформативные свойства перекрытия.
— В пределах расчетных значений нагрузок каркас деформировался практически упруго. Ширина раскрытия трещин, появившихся по центрам пролетов плит и ригелей не превышала 0,24 мм даже при воздействии расчетных значений нагрузок.
— Связевые монолитные ригели вдоль сборных плит перекрытия деформируются аналогично плитам перекрытия, что свидетельствует об включении данных конструкций в работу.
В другой статье [6] А. И. Мордич описывает другие натурные испытания с аналогичными выводами.
Рис. 8. Общий вид фрагмента каркаса при наибольшей нагрузке
В последнем случае разрушение фрагмента произошло по верхней приопорной и нижней зоне ригеля в центре пролета.
Испытания ЭКБ НИИСК
Для проведения испытаний был изготовлен фрагмент каркаса «РАДИУСС» габаритами 6х12 м [3]. Загружение выполнялось в два этапа, на первом оба пролета равномерно загружались до исчерпания несущей способности одного из фрагментов, после чего догружался второй фрагмент до исчерпания несущей способности.
Рис. 9. Общий вид фрагмента перед испытанием
По результатам испытаний разрушающая нагрузка превышала расчетную в обоих случаях. Разрушение фрагмента происходило в первом случае в результате среза на стыке сборных плит перекрытия и монолитного фрагмента. Во втором случае загружения разрушение произошло аналогичным образом. По результатам испытаний сделан вывод, что разрушение произошло по причине малой изгибной жесткости монолитных контурных балок в горизонтальном направлении. В то же время, фрагмент каркаса выдержал расчетные значения нагрузок, но запасы несущей способности были менее предъявляемых для такого вида разрушения.
Испытания каркаса «АРКОС» [34]
На территории ПСК «Восток» был изготовлен фрагмент каркаса «АРКОС». Для испытаний фрагмент изготовлен из двух ячеек, габаритами 7,2 х 6,4 м, и 4,5 х 6,4 м. сборные плиты опираются на монолитные ригели на шпонках длиной 100 мм.
Разрушение произошло в результате приложения нагрузки, превышающей расчетные параметры, по верхней зоне ригеля у колонны Б/1. Также наблюдалось раздробление сжатого бетона нижней зоны.
Прогибы перекрытия в рамках контролируемых параметров нагрузок не превышали предельных значений.
По результатам испытаний был сделан вывод о соответствии каркаса требованиям норм по прочности и деформативности, однако в части требований по трещиностойкости были выявлены зоны возникновения трещин, превышающие предельные значения, на стыке сборных плит и монолитной части перекрытия.
Рис. 10. Схема трещин перекрытия по нижней зоне фрагмента после разрушения
Рис. 11. Схема трещин перекрытия по верхней зоне фрагмента после разрушения
Испытания для определения влияния связи высоты монолитной части бетона с несущими характеристиками
Авторами статьи [7] для определения зависимости высоты монолитной зоны сборно-монолитного ригеля была проведена серия испытаний подобных сборно-монолитных ригелей с одинаковыми характеристиками загружений и различной высотой монолитной части бетона.
В ходе испытаний нагружение образцов выполнялось в несколько этапов. Первый этап загружения осуществлялся на «сборную» часть ригелей до бетонирования монолитной части. На данном этапе характер деформаций у всех образцов был подобный.
На следующих этапах по «сборной» части ригелей были добетонированы монолитные составляющие. После достижения бетоном проектной прочности начинался второй этап загружения. В результате бетонирования монолитных частей ригелей разной высоты сравнению подвергались ригели различной высоты сечения.
По результатам испытаний сборно-монолитных ригелей с различной высотой сечения был сделан логичный вывод, что при увеличении высоты монолитного бетона увеличиваются характеристики сборно-монолитного ригеля. Однако, в данном испытании в конечном результате сравнивались элементы с различными геометрическими свойствами. Вместо того, чтобы изменять соотношение сборной и монолитной части сечения, монолитная часть доливалась при одинаковой сборной части.
Вывод
Вопрос работы сборно-монолитных элементов каркасов зданий становится актуальнее с увеличением количества возводимых зданий по системам СМКД. Испытания натурных фрагментов показали, что несущая способность систем СМКД обеспечена в пределах действия расчетных нагрузок, но запас прочности при испытаниях был различен от испытания к испытанию. В то же время в части испытаний разрушение фрагментов при перегрузках происходило по приопорным зонам ригелей, однако прицельных испытаний и сравнения работы идентичных монолитных и сборно-монолитных ригелей не производилось.
Литература:
- 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.
- Мустафин И. И. «Универсальная сборно-монолитная каркасная система «Казань XXI в»., Казань, 2005г.
- Журнал «Бетон и железобетон» № 01, 2009, Семченков А. С., «Испытание натурного фрагмента каркаса РАДИУСС НПУ с плитами сплошного сечения».
- Журнал «Бетон и железобетон» № 2, 2013, Мордич А. И. «Каркас домостроительной системы «Аркос». Надежность и безопасность».
- 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/.
- Мордич А. И. Журнал «Вестник Брестского государственного технического университета» 2005. № 2, статья «Конструкционная надежность — главная особенность сборно-монолитного каркаса белниис».
- 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.
