К ОЦЕНКЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ
КОМБИНИРОВАННОГО ШПОНОЧНОГО СТЫКА
СБОРНО-МОНОЛИТНОГО РИГЕЛЯ С КОЛОННОЙ

(статья из сборника научных трудов КазГаСУ)

А.С. Каюмова

  Сборно-монолитный каркас сочетает в себе достоинства сборного и монолитного железобетона. Сегодня наиболее популярными являются каркасные технологии домостроения, это система «Аркос», разработанная БелНИИС, и аналог французского «Сорет» – система «Рекон».
  Данные конструктивные системы основываются на пространственном каркасе, состоящем из колонн и дисков перекрытий, собранных из пустотных плит.
  При поддержке предприятий стройиндустрии республики Татарстан разработана новая универсальная несущая каркасная система “КАЗАНЬ”.
  Принципиальная схема перекрытия, узлы сопряжения и характеристика несущих элементов каркаса системы “КАЗАНЬ”, представлены на рис. 1.
  Сборно-монолитный каркас многоэтажного здания включает сборные железобетонные колонны 1 с отверстиями в уровне перекрытий, сборные предварительно-напряжённые ригели 2 с выпусками арматуры на верхней грани и по торцам и круглопустотные плиты перекрытия 3, имеющие шпонки по торцам за счёт вдавливания бетонных вкладышей в пустоты на глубину до 150 мм. Соединение элементов каркаса между собой обеспечивается за счёт замоноличивания сборного ригеля по верхней грани с одновременным затеканием бетона в шпонки, образованные из пустот по торцам плит перекрытия, и в отверстия колонн. Так образуется стык колонны и сборно-монолитного ригеля, представляющий собой монолитное сопряжение в уровне перекрытия, и шпоночное сопряжение в уровне сборного ригеля. Подобный стык характеризуется наличием зоны шпоночного сопряжения и зоны монолитного сопряжения, поэтому его можно назвать комбинированным. Он отличается от исследованных ранее шпоночных соединений тем, что необходимо учитывать совместную работу обеих зон. При этом можно рассмотреть односторонний и двухсторонний стыки. Так в двухсторонних стыках в зоне шпоночного сопряжения могут появляться усилия обжатия, что повышает несущую способность шпоночного стыка. Влияние профиля шпонок и ширины шва стыка на характер разрушения и определение прочности двухстороннего шпоночного стыка рассмотрено в [3] В.В. Погребным, О.А.Довженко, В.Н.Рожко в статье «Экспериментальные исследования многошпоночных стыков».

  Стык ригеля с колонной
Рис. 1. Узлы сопряжения элементов каркаса “КАЗАНЬ”:
1 – колонна; 2 – сборный ригель; 3 – многопустотная плита перекрытия; 4 – выпуски продольной рабочей арматуры и 5 – шпонки в торце ригеля; 6 – опорная рабочая арматура сборно-монолитного ригеля.

  Для одностороннего шпоночного сопряжения можно предположить, что характер разрушения будет схож с разрушением двухсторонних шпонок, при толщине шва tшв→∞.
  Прочность одностороннего шпоночного соединения, в предположении схожести с двухсторонними шпонками бесконечной толщины, определяется в основном в зависимости от прочности бетона на срез Rbt [1, 2, 4].
  При обеспечении прочности контактного шва сборно-монолитного ригеля можно предположить, что бетон омоноличивания включается в работу. При недостаточной прочности контактного шва прочность бетона на срез определяется по [2]. Но как определить совместную работу и шпоночного сопряжения и монолитного сопряжения остается неизвестным.
  Отсутствие методики расчета комбинированных шпоночных соединений определяет область малоисследованных вопросов: доля работы шпоночного соединения и доля работы монолитной части ригеля на срез в комбинированном шпоночном стыке; учет обжатия шпонки; нагельный эффект выпусков арматуры сборного ригеля.
  В качестве теоретической базы для определения несущей способности комбинированных шпоночных соединений рассматривается два подхода.
   В первом подходе может быть предложена методика расчета несущей способности шпоночных стыков ригеля с колонной, приведенной в нормах проектирования [1] и в [4].
  Условие обеспечения несущей способности комбинированного шпоночного соединения предлагается в виде:

                                    Q≤ αQsh,п + Qs + β(Qb + Qsw),

где Qsh,п – предельное сдвигающее усилие, воспринимаемое шпонкой;
Qs – нагельный эффект арматуры стыка, зависящий от усилия обжатия;
α – поправочный коэффициент, учитывающий обжатие шпоночного стыка;
Qb – поперечная сила, воспринимаемая бетоном в наклонном сечении;
Qsw – поперечная сила, воспринимаемая хомутами в наклонном сечении, определяемая по [2];
β – поправочный коэффициент, учитывающий обеспеченность работы комбинированного стыка сборно-монолитного ригеля с колонной.
  Во втором подходе комбинированный шпоночный стык рассматривается как единый бетонный стык. При этом необходимо выполнение двух условий: обеспечить сплошность контактного шва сборно-монолитного ригеля; обеспечить прочность шпоночного стыка. Для оценки прочности шпоночного стыка можно использовать теорию сопротивления анизотропных материалов сжатию в сжимающем силовом потоке Соколова Б.С. [6], где сжимающие силовые потоки формируются от наклонных плоскостей шпонок.

Литература
1. Пособие к СНиП 2.08.01-85 Пособие по проектированию жилых зданий. Конструкции жилых зданий
2. СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции
3. Совершенствование расчетов прочности элементов бетонных, железобетонных и каменных конструкций. Сборник научных трудов, посвященный 70-летию со дня рождения В. П. Митрофанова. – Полтава. 2007
4. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Учебник, 1991.
5. “Сборно-монолитный железобетонный каркас многоэтажного здания “КАЗАНЬ-XXIв.”, патент на изобретение №2281362 с датой приоритета от 27 декабря 2004г., автор - Мустафин И.И.
6. Соколов Б.С. Состояние и перспективы развития теории сопротивления анизотропных материалов сжатию. Известия КГАСУ, 2005 №1(3).

Науч. рук. канд. техн. наук, доцент Мустафин И.И.