Железобетонные сплошные плиты перекрытий крупнопанельных жилых зданий с краевой нагрузкой от наружных стен тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, кандидат технических наук Тельконуров, Канат Мукушевич

• Тельконуров, Канат Мукушевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Тельконуров, Канат Мукушевич

Введение.

Глава 1. Конструктивные особенности плит перекрытий с краевой нагрузкой от навесных наружных стен.

1.1. Конструкции навесных наружных стен и их влияние на работу плит перекрытий.

1.2. Конструктивные решения плит перекрытий в зданиях с навесными наружными стенами.

1.3. Ограничение прогибов плит в зданиях с навесными наружными стенами.

1.4. Выводы по главе.

Глава 2. Существующие методы расчета железобетонных плит.

2.1. Расчет плит, основанный на принципах теории упругости.

2.2. Расчет плит с учетом нелинейной теории деформирования железобетона.

2.3. Основные положения расчета прочности железобетонных плит по теории предельного равновесия.

2.4. Методы расчета плит по деформациям.

2.5. Проверка ширины раскрытия трещин.

2.6. Существующие методы расчета плит с краевой нагрузкой от наружных стен.

2.6.1. Расчет прочности плит.

2.6.2. Расчет плит по деформациям.

2.7. Выводы по главе.

Глава 3. Теоретические исследования и анализ статической работы плит с краевой нагрузкой.

3.1. Приведение краевых нагрузок от наружных стен к эквивалентной линейной.

3.2. Особенности работы плит с краевой нагрузкой.

3.3. Расчет прочности плит, опертых по трем сторонам, с краевой нагрузки.

3.4. Расчет прочности плит, опертых по двум сторонам.

3.5. Расчет трещиностойкости и прогибов плит с краевой нагрузкой.

3.6. Выводы по главе.

Глава 4. Экспериментальные исследования статической работы плит с краевой нагрузкой.

4.1. Постановка задачи и конструкции опытных плит.

4.2. Методика проведения экспериментов.

4.3. Результаты испытаний, их анализ и сравнение с теоретическими данными.

4.3.1. Образование и развитие трещин.

4.3.2. Несущая способность опытных плит.

4.3.3. Анализ прогибов опытных плит.

4.4. Выводы по главе.

Глава 5. Конструирование плит с краевой нагрузкой и техникоэкономические показатели.

5.1. Конструирование плит.

5.2. Технико-экономические показатели.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Железобетонные сплошные плиты перекрытий крупнопанельных жилых зданий с краевой нагрузкой от наружных стен»

В жилищном строительстве значительную долю занимают крупнопанельные дома с несущими внутренними (продольными и поперечными) и ненесущими наружными стенами. Плиты перекрытий в таких домах проектируются с опиранием по трем или двум сторонам. Ненесущие наружные стены применяются в двух основных вариантах: в виде сборных панелей и из мелкоштучных материалов. При этом- панельные наружные стены обычно опирают на плиты перекрытий и крепят с помощью закладных деталей к этим плитам и внутренним поперечным стенам, а стены из мелкоштучных материалов возводятся поэтажно непосредственно на свободный край плит. Поскольку и в том и в другом варианте наружные стены являются ненесущими, и нагрузка от них передается через перекрытия на внутренние несущие поперечные стены, их можно отнести к навесным стенам.

В плите от веса наружных стен, поэтажно опираемых на ее край, возникают дополнительные усилия, которые приводят к увеличению прогибов участков плиты у свободного края. При значительной их величине может произойти непредусмотренная пригрузка навесной стены, расположенной под плитой, и вероятность нарушения ее целостности. Кроме того, неправильный учет распределения усилий в плите от нагрузок, приложенных у свободного края, может привести к снижению ее несущей способности.

До настоящего времени при строительстве крупнопанельных домов наружные стены применялись в основном в панельном исполнении. В последние же годы в качестве ограждающих конструкций все больше применяются навесные наружные стены из мелкоштучных материалов, опираемые на свободный край плит перекрытий. Работа сплошных железобетонных плит перекрытий с краевой нагрузкой от наружных стен недостаточно изучена, а рекомендации по расчету и конструированию плит с краевой нагрузкой от навесных наружных стен не разрабатывались.

Актуальность работы обусловлена недостаточной изученностью работы плит перекрытий с краевой нагрузкой от навесных наружных стен, а также необходимостью развития методов их расчета и способов конструирования для более эффективного проектирования плит такого типа.

Целью работы является обоснование применимости общих методов расчета сплошных железобетонных плит на плиты с краевой нагрузкой от наружных стен, развитие и уточнение методов расчета и конструирования таких плит на основе теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния.

Научную новизну работы составляют:

- методы расчета прочности плит перекрытий с краевой нагрузкой от наружных стен;

- уточненные расчетные формулы по оценке трещиностойкости и жесткости плит, учитывающие частичное перераспределение усилий от краевой нагрузки на поле плиты;

- особенности напряженного состояния краевых участков плит у наружной стены;

- результаты экспериментальных исследований плит с краевой нагрузкой и сравнение их с теоретическими данными;

- способы конструирования и предложения по усилению свободного края плит.

На защиту выносятся положения, указанные в научной новизне работы.

Практическое значение работы состоит в том, что применение полученных научных результатов обеспечивает более рациональное проектирование плит перекрытий с краевой нагрузкой от навесных наружных стен, позволяет эффективнее использовать арматурную сталь и дает возможность повысить эксплуатационные качества здания.

Внедрение результатов исследований осуществлено при проектировании сплошных плит перекрытий с краевой нагрузкой от наружных стен 13-17-ти этажных крупнопанельных жилых домов для г. Нарофоминска Московской области, некоторые выводы диссертации включены в проект "Рекомендаций по расчету и конструированию сплошных плит перекрытий крупнопанельных жилых зданий", разрабатываемых ЦНИИЭП жилища.

Апробаиия работы. Основные положения диссертации доложены на секции конструкций и технологии НТС ЦНИИЭП жилища, 2004 г.

Объем и структура диссертаиии. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы из 64 наименований и приложения, содержит 83 страниц текста, 6 таблиц, 33 рисунков. Общий объем диссертации 117 страниц.

Заключение диссертации по теме «Строительные конструкции, здания и сооружения», Тельконуров, Канат Мукушевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Тип конструкции навесных наружных стен определяет существенно различный характер передачи нагрузки на плиту и соответственно различное распределение усилий по ее площади. При применении панельных наружных стен передача нагрузки от них на край плиты осуществляется вблизи опор. При возведении наружных стен из штучных элементов (мелких блоков, кирпича и др.) нагрузка от них распределяется по длине пролета свободного края плиты, причем одновременно могут действовать нагрузки различного вида и интенсивности. Для упрощения анализа и расчета плиты эти нагрузки рекомендуется приводить к эквивалентной линейной.

2. Анализ показал, что изгибающие моменты от действия единичной краевой нагрузки сосредоточены, главным образом, на участке, близком к действующей нагрузке. При этом в направлении вдоль свободного края Mi имеют положительный знак, а в перпендикулярном свободному краю направлении М г - отрицательный знак.

3. Усилия, возникающие от действия краевой нагрузки, вызывают в плитах, опертых по трем сторонам, сложное напряженно-деформированное состояние. В направлении Л (вдоль свободного края) происходит прогиб плиты с растяжением в нижней зоне сечения и сжатием в верхней. В направлении /2 (перпендикулярном свободному краю) происходит своеобразный выгиб плиты, аналогичный выгибу защемленной консольной балки. В этом направлении нижняя зона сечения работает на сжатие, верхняя - на растяжение. При совместном действии на плиту краевой и равномерно распределенной нагрузок усилия от них накладываются друг на друга, и в зависимости от величины соотношения этих нагрузок схема работы плиты может принципиально различаться. Как показали исследования, величины отношения краевых нагрузок от наружных стен из мелкоштучных материалов, применяемых для жилых зданий, к равномерно распределенной находятся в пределах значений, при которых схема работы плит близка к схеме с равномерно распределенной нагрузкой.

4. Необходимое сечение арматуры (по прочности) рекомендуется определять раздельно от равномерно распределенной и краевой нагрузок. При этом от равномерно распределенной нагрузки сечение арматуры находится по расчетной схеме, принимаемой как для плиты, работающей в двух направлениях, а от краевой - по балочной схеме с расчетной шириной Zw, принимаемой по аналогии с ребристой балкой как сумма условного "скрытого ребра" с полками в сжатой зоне. Ширина ребра в этом случае принимается равной толщине плиты А, а ширина полок — меньшей из значений ///6 или 6h.

5. Проверку прочности плит пролетом <3,6 м, опертых по трем сторонам, целесообразно производить как работающих в двух направлениях, от приведенной к эквивалентной равномерно распределенной нагрузки.

6. Трещиностойкость плит, опертых по трем сторонам, при действии равномерно распределенной и краевой нагрузок оценивается по суммарным величинам моментов, полученных по формулам строительной механики. В плитах с платформенными стыками происходит частичное защемление опорных краев, которое рекомендуется учитывать при расчете. При учете защемления проверку образования трещин следует производить в пролете и у опор. Моменты внутренних сил, воспринимаемые сечениями при образовании трещин, определяются в соответствии с СНиП 2.03.01-84*.

7. Предельно допустимые прогибы свободного края плит с нагрузкой от навесных наружных стен в зависимости от величины пролета регламентируются как по эстетико-психологическим, так и конструктивным соображениям. В связи с этим при проверке прогибов учитывается полное или пониженное значение временной нагрузки. При отсутствии трещин расчет прогибов у свободного края плит, опертых по трем сторонам, можно производить по формулам, основанным на теории упругости. При наличии трещин расчет рекомендуется производить с учетом нелинейной интерполяции между нагрузкой трещинообразования и предельной нагрузкой. В этом случае проверка прогибов производится от приведенной к эквивалентной по площади плиты равномерно распределенной нагрузки.

8. Величины предельно допустимых прогибов плит по эстетико-психологическим требованиям регламентируются СНиП 2.01.07-85*, а по конструктивным соображениям они не должны превышать половины расстояния (зазора) между их нижней поверхностью и верхней гранью ненесущих конструкций, чтобы не происходило обжатия и раздавливания упругой прокладки и передачи некоторой доли нагрузки на нижерасположенные ненесущие стены.

9. Плиты перекрытий пролетом <3,6 м следует армировать с концентрацией в более напряженных участках у свободного края, в соответствии с долей производимой краевой нагрузкой работы. При этом арматуру в плите от равномерно распределенной "комнатной" нагрузки следует располагать в виде сетки с равномерными шагами, а от краевой нагрузки - непосредственно вблизи наружной стены отдельными стержнями, что более эффективно. Возможно также, хотя и с меньшим эффектом, концентрировать арматуру в сетке на половине плиты у свободного края.

В плитах пролетом 4,2 м и более величины прогибов могут значительно превышать предельно допустимые. В таких плитах усиление краевых участков необходимо производить альтернативными обычному армированию способами, такими как устройство наружного монолитного ребра под наружной стеной; подведение под наружные стены специальных опорных балок; применение предварительно напряженных плит, в том числе армирование заранее изготовленными предварительно напряженными брусками или досками.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Тельконуров, Канат Мукушевич, 2005 год

1. Антонов К.К. Экспериментальное исследование железобетонных плит, опертых на податливый контур // Сб.тр. / МИСИ им.Куйбышева. Напряженно-деформированное состояние и оптимизация железобетонных конструкций. - М., 1977. - №151. - С.57-69.

2. Антонов К.К., Кусаков А.Н., Рогатин Ю.А. Экспериментальное исследование железобетонных плит, опертых на железобетонный контур // Бетон и железобетон. 1969. - №6 - С.24-27.

3. Безухов Н.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. М: Высшая школа, 1961. - 537с.

4. Варвак П.М., Варвак JT.M. Метод сеток в задачах расчета строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1977. - 154 с.

5. Введение в теорию расчета по предельному состоянию. Выпуск 1. Под редакцией В.М. Келдыш. М.: Госстройиздат, 1948. - 115с.

6. Вилен Ф.И. Расчет плит по методу предельного равновесия с учетом уточнения схемы излома. // Бетон и железобетон. 1968. - №3. - С.36-37.

7. Галеркин Б.Г. Упругие тонкие плиты. М.: Госстройиздат, 1933.371с.

8. ГОСТ 8829-94. Конструкции и изделия бетонные и железобетонные сборные. Методы испытаний нагружением и оценка прочности, жесткости и трещиностойкости. М.: Изд-во стандартов, 1994. -30с.

9. ГОСТ 10180-90. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам. М.: Изд-во стандартов, 1990. - 45с.

10. ГОСТ 12004-81. Сталь арматурная. Методы испытаний на растяжение. М.: Изд-во стандартов, 1982. - 15с.

11. Гуревич А.Л., Карпенко Н.И., Ярин Л.И. О способах расчета железобетонных плит на ЭВМ с учетом процесса трещинообразования // Строительная механика и расчет сооружений. 1972. - №1. - С.24-29.

12. Давранов Б.Ж. Особенности работы слабоармированных опёртых по контуру плит перекрытий жилых зданий. Дисс.канд.техн.наук. -М.,1992. - 139с.

13. Давранов Б.Ж., Зырянов B.C. К расчету слабоармированных опертых по контуру плит перекрытий // Жилищное строительство. — 1993. — №7.

14. Додонов М.И., Мухамедиев Т.А. К расчету прогибов плит, опертых по контуру // Бетон и железобетон. 1977. -№11.- С.31 -33.-10919. Дубинский A.M. Расчет несущей способности железобетонных плит и оболочек. -Киев: Будивельник, 1976. 158с.

15. Залесов А.С., Кодыш Э.Н., Лемыш П.Л., Никитин И.К. Расчет железобетонных конструкций по прочности, трещиностойкости и деформациям. -М.: Стройиздат, 1988.

16. Здоренко B.C. Расчет железобетонных конструкций с учетом образования трещин методом конечных элементов // Сопротивление материалов и теория сооружений. -Киев: Будивельник, 1976. Вып.29. -С.89-101.

17. Зырянов B.C. К расчету прочности плит перекрытий с нагрузкой от навесных наружных стен // Жилищное строительство. 2000. - №9. -С. 16-17.

18. Зырянов B.C. Обоснование расчета плит по деформированной схеме // Жилищное строительство. 198 . - №9. - С. 16-17.

19. Зырянов B.C. Определение схем излома и их влияние на прочность опертых по контуру железобетонных плит // Сб. н. тр. / ЦНИИЭП жилища. Конструкции крупнопанельных жилых зданий. М., 1990. - С. 52-61.

20. Зырянов B.C. Пространственная работа железобетонных плит, опертых по контуру. М.: ЦНИИЭП жилища, 2002. - 108с.

21. Зырянов B.C. Экспериментальные исследования плит, опертых по контуру и трем сторонам // Жилищное строительство. 1980. - №9.

22. Калманок А.С. Расчет пластинок. М.: Госстройиздат, 1959. - 212с.-11029. Карпенко Н.И. Теория деформирования железобетона с трещинами. М.: Стройиздат, 1976. - 208с.

23. Карпенко Н.И., Мухамедиев Т.А. К расчету прочности нормальных сечений изгибаемых элементов // Бетон и железобетон. 1983. -№4. - С. 11-12.

24. Королев А.Н. Метод определения прогибов железобетонных плит, опертых по контуру, при кратковременной нагрузке // Бетон и железобетон. -1960. -№3. -С.138-141.

25. Королев А.Н., Крылов С.М. Способ расчета прогибов железобетонных плит, опертых по контуру, и безбалочных перекрытий при действии кратковременной нагрузки // Сб. н. тр. НИИЖБ., 1962. Вып.26 -С.59-119.

26. Крылов С.М. Перераспределение усилий в статически неопределимых железобетонных конструкциях. М.: Стройиздат, 1964. -166с.

27. Крылов С.М. Физическая и геометрическая нелинейность железобетонных конструкций и ее учет в расчетах и проектировании // Напряженно-деформированное состояние бетонных и железобетонных конструкций: Сб. н. тр. НИИЖБ, 1986. С.3-6.

28. Ленкеи П. Некоторые вопросы расчета железобетонных плит по методу предельного равновесия // Совершенствование расчета статически неопределимых железобетонных конструкций: Сб. н. тр. НИИЖБ. -М.: Стройиздат, 1968. С.62-77.

29. Маркус Г. Теория упругой сетки и ее приложение к расчету плит и безбалочных перекрытий. Киев: Гостехиздат Украины, 1936

30. Мельник А.В. Расчет железобетонных изгибаемых в двух направлениях плит с учетом физической нелинейности (вплоть до разрушения) и длительности действия нагрузки. Дисс.канд.техн.наук. М., 1989.-160с.

31. Мельников В.М. Основные положения проектирования монолитных перекрытий жилых зданий // Бетон и железобетон. 1979. — №5. -С.9-10.

32. Мулин Н.М. Стержневая арматура железобетонных конструкций. -М.: Стройиздат, 1974.

33. Мурашев В.И. Трещиноустойчивость, жесткость и прочность железобетона. -М.: Машстройиздат, 1950. 268с.

34. Оспанов А.Н., Зырянов B.C. Трещиностойкость и прочность плит перекрытий с увеличенными шагами арматуры // Жилищное строительство. — 1992.-№3.-С.16-17.

35. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения арматуры (к СНиП 2.03.01-84 // ЦНИИпромзданий Госстроя России, НИИЖБ Госстроя России). -М.: ЦИТП Госстроя России, 1989. 192с.

36. Пособие по проектированию жилых зданий. Вып.З. Конструкции жилых зданий (к СНиП 2.08.01-85 ) М.: Стройиздат, 1989. - 303с.

37. Проектирование железобетонных сборно-монолитных конструкций (Справочное пособие к СНиП). М.: Стройиздат, 1991. — 69с.

38. Рекомендации по расчету и конструированию сплошных плит перекрытий крупнопанельных зданий. М.: ЦНИИЭП жилища, 1989. — 71с.

39. Рекомендации по расчету плит перекрытий крупнопанельных зданий. М.: ГлавАПУ - МНИИТЭП, 1977.-11248. Рекомендации по расчету плит перекрытий крупнопанельных зданий с учетом пространственной работы. М.: ЦНИИЭП жилища, 1983. -96 с.

40. Ржаницын А.Р. Предельное равновесие пластинок и оболочек. -М.: Наука, 1983.-288с.

41. Розанов Н.П. Крупнопанельное домостроение. М.: Стройиздат, 1982.-224 с.

42. Розин. JI.A. Метод конечных элементов в применении к упругим системам. М.: Стройиздат, 1977. - 129с.

43. Руководство по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1975. - 193с.

44. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия / Минстрой России. -М.:ГПЦПП, 1996. -44с.

45. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкций. — М.: ЦИТП, 1986. -79с.

46. СНиП 2.08.01-89*. Жилые здания. Нормы проектирования / Минстрой России. М.: ЦИТП Госстроя России, 1989.

47. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки. -М.: Наука, 1966.-635с.

48. Шадурский B.JI. Таблицы для расчета упругих прямоугольных плит. М.: Стройиздат, 1976. - 152 с.

49. Штритер К.Ф., Зырянов B.C. Плиты перекрытий большого пролета, опертые по трем сторонам // Жилищное строительство. -1988. -№3. -С. 15.

50. Johansen K.W. Yield line theory. -London: Cement and Concrete Association. -1962.

51. Kemp K.O. Yield of a square reinforced concrete slab on simple supports, allowing for membrane forces // The structural Engineer. 1967. -Vol.45. -!7.-B.235-240.

52. Taylor R., Maher D.R.H., Hayes B. Effect of the arrangement of reinforcement on the behavior of reinforced concrete slab // Magazine of Concrete Research. -1966. Vol.18. - *55. -P.85-94.

53. Wood R.H. Plastic and Elastic Design of Slabs and Plats // England. -London: Thames and Hudson, 1961.