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».
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.