Есть резерв несущей способности!

Совместный доклад заведующего лабораторией несущих конструкций НИЭПГП "БелНИИС" В. Н. Белевича и главного научного сотрудника НИЭПГП "БелНИИС" доктора технических наук профессора БГПА П. В. Алявдина "Особенности каркасных конструктивных систем многоэтажных зданий, разрабатываемых специалистами "БелНИИС", и результаты натурных исследований", сделанный ими 22 сентября на международной научно-технической конференции "Многоэтажные жилые здания с монолитными и сборно-монолитными каркасами".

- Сборно-монолитный рамно-связевый каркас МВБ-01 является основой открытой унифицированной системы жилых и общественных зданий массового назначения, - сказал В. Н. Белевич. - Каркас разработан в "БелНИИС" на основе проведенного комплекса научно-исследовательских работ, опыта экспериментального проектирования и строительства многоэтажных зданий массового назначения.

В состав каркаса входят сборные или монолитные железобетонные колонны и пропущенные через них монолитные несущие и связевые ригели, объединяющие сборные многопустотные плиты в плоские диски перекрытий. По торцам плит имеются открытые полости, в которых на глубину до 10 плюс-минус 2 см заходят бетонные шпонки, изготавливаемые при бетонировании заодно с несущими ригелями. Из торцов плит на длину 15 плюс-минус 2 см может быть выпущена рабочая арматура.

Каркас, о котором идет речь, - новшество, применение которого в строительстве только начато. Поэтому весьма важно располагать фактическими данными о его поведении под нагрузкой в различных вариантах конструктивного исполнения, а также в процессе дальнейшего совершенствования. В последнее время натурные испытания каркасов были проведены в Москве на 7-этажном здании гаража-стоянки ГСК "Пегас" и в Гомеле на 9-этажном жилом доме, строительство которых осуществляет гомельский АСМТ №27.

Целью испытаний были экспериментальная оценка несущей способности каркаса при действии вертикальной эксплуатационной (нормативной) нагрузки, получение новых экспериментальных данных по деформативности, трещиностойкости и напряженно-деформируемому состоянию конструкций и узлов каркаса под нагрузкой.

Каркас здания гаража полностью соответствует вышеописанной конструкции, при этом несущие ригели выступают на 4 см ниже потолочной поверхности плит перекрытий.

Приложению испытательных нагрузок были подвергнуты фрагменты диска перекрытия шестого этажа.

Особенность каркаса, изготовленного в Москве, - уширение несущих ригелей, вызванное необходимостью устройства отверстий размерами 4,3х0,65 м для пропуска вентканалов. Экспериментальной проверке подверглись несущие ригели с наибольшим пролетом (6,6 м). Диск перекрытия был проверен на продавливание наиболее нагруженной из колонн каркаса. Проверке на надежность была подвергнута анкеровка продольной рабочей арматуры на контуре диска перекрытия.

Усредненная прочность бетона на день испытаний составляла около 67% проектной. После установки в наиболее характерных сечениях элементов каркаса индикаторов часового типа и прогибомеров ПАО фрагмент каркаса, включавший 4 ячейки, был поэтапно испытан возрастающей нагрузкой путем последовательного поочередного нагружения каждой ячейки ступенями до уровня наибольшей временной распределенной нагрузки, соответствующей нормативной для гаража q n=6 кПа (методика, изложенная в ГОСТ 8829-85).

При полном нагружении всех 4 ячеек нормативной равнораспределенной нагрузкой (q n=5,88 кПа для 2 ячеек размерами 6х6 м и q n=6,16 кПа для 2 ячеек размерами 6,6х6 м), а также после полной 30-минутной выдержки под нагрузкой максимальный прогиб в серединах плит перекрытий составил 4,7 мм, несущих ригелей - 3,73, связевых ригелей - 3,21 мм, что значительно меньше предельно допустимого прогиба для изгибаемых элементов, составляющего в соответствии с главой СНиП 2.03.001-84* "Бетонные и железобетонные конструкции" 30 мм.

При действии на каркас нормативной равнораспределенной нагрузки наибольшие относительные деформации сжатого бетона по верхней грани несущего ригеля составили 10х10 -5, что значительно меньше предельной сжимаемости бетона перед разрушением, равной для изгибаемых элементов (300-350)х10 -5.

При этой же нагрузке на верхней поверхности несущих монолитных ригелей в зонах их сопряжения с колоннами образовались трещины с шириной раскрытия, равной 0,15 мм, что в соответствии с вышеупомянутыми нормами меньше предельно допустимой продолжительной 0,4 мм, непродолжительной 0,3 мм и контрольной 0,25 мм.

Аналогичные испытания были проведены путем нагружения перекрытия над третьим этажом строящегося 9-этажного жилого дома в Гомеле.

Каркас этого здания также разработан "БелНИИС". В данном случае полки тавровых несущих ригелей четырехсантиметровой толщины размещены в стяжке пола над плитами перекрытий.

Одна из особенностей каркаса в данном случае состояла в том, что возводился он одновременно с возведением наружных ограждений из ячеистых бетонных блоков. Другая - в том, что для образования вентканалов в перекрытиях в зонах размещения санузлов и кухонь в ячейках 6,4х6,4 м были установлены вертикальные железобетонные вентблоки, непрерывные по высоте здания и обетонированные в монолитных участках диска перекрытия. Точно так же для испытания были выбраны как наиболее невыгодные с точки зрения работы всех элементов каркаса 4 угловые ячейки.

При полном нагружении всех четырех ячеек каркаса нормативной равнораспределенной нагрузкой на перекрытие q n=5,08 кПа для ячеек 6,4х6,4 м и q n=5,41 кПа для ячеек 6,4х4,5 м и после 30-минутной выдержки под нагрузкой максимальный прогиб в серединах пролетов плит перекрытия составил 2,24 мм, несущих ригелей - 1,04, связевых ригелей - 1,58 мм, что значительно меньше предельно допустимого прогиба для изгибаемых элементов.

Наибольшие относительные деформации сжатого бетона по верхней грани несущего ригеля составили 20х10 -5, ширина же раскрытия трещин в несущих монолитных ригелях в зонах сопряжения с колоннами по верхней грани диска перекрытия не превысила 0,07 мм. Оба показателя значительно меньше предельных.

В наружных стенах, размещенных под связевыми и несущими ригелями, не было отмечено вертикальных деформаций, указывающих на передачу нагрузки на них с ригелей и нагруженного диска перекрытия.

Проведенные испытания позволяют сделать следующие выводы: во-первых, несущая способность каркаса МВБ-01 удовлетворяет требованиям действующих норм и стандартов, во-вторых, деформации и перемещения элементов каркаса и дисков перекрытия, возникающие при действии вертикальных испытательных нагрузок, равных или превышающих эксплуатационные, значительно меньше допускаемых. Это указывает на наличие в каркасе значительных резервов несущей способности и на необходимость совершенствования методов его расчета для дальнейшего повышения его эффективности.

П. П. Алявдин дополнил коллегу в части разработки и реализации методов расчета.

- Обсуждаемая сборно-монолитная каркасная конструкция имеет явные преимущества перед сборными, - сказал он. - мы говорим о каркасе, состоящем из сборных многопустотных плит, окаймленных по контуру монолитным ригелем (в одном из направлений - несущим, в перпендикулярном - связевым). Использованные при расчете данной системы эффекты, являясь новыми для каркасных систем, хорошо известны расчетчикам мостовых конструкций. Когда деформационная схема перекрытия представляет собой обойму (одна или несколько плит, в данном случае 4, окаймлены по контуру ригелем), при действии вертикальной нагрузки или совместном - вертикальной и горизонтальной нагрузок в перекрытии возникают распорные усилия, что повышает как его жесткость, так и его несущую способность, в конечном счете его надежность. Будучи широко известными из научно-технической литературы, практически эти эффекты впервые были реализованы в "БелНИИС".

Некоторые коллеги, впрочем, сомневались в возможности возникновения распора в вышеописанной обойме. Каркас возводимого в Малиновке дома проверен не только на эксплуатационную, но и на расчетную нагрузку. Результаты этой проверки подтверждает теоретический анализ. Дом благополучно сдан в эксплуатацию, и я уверен, что любое здание, в основе конструкции которого лежит аналогичный каркас, будет надежно работать в любой стране. Другие специалисты, не отрицая возможности возникновения распора, не видели смысла в его учете. Однако речь идет о 20-40%-ной экономии стали. За это стоит побороться.

Аналогичную конструкцию совместно предлагали "НИПТИС" и БГПА, сейчас совместно предлагают "Гродногражданпроект" и "Брестгражданпроект". Но приоритет "БелНИИС" запатентован, особенности же, на авторство которых претендуют указанные разработчики, не улучшают, а в чем-то, возможно, даже ухудшают первоначальный замысел.

Сергей ЗОЛОТОВ