CC BY
9УДК 691.327.332:692.23
А.А. МОРДВОВ1,2, канд. техн. наук, главный архитектор,
М.В. ЛИХТАРОВИЧ1, инженер, начальник отдела технического сопровождения ([email protected])
1 «Главновосибирскстрой» АО (630041, г. Новосибирск, ул. 2-я Станционная, 52 а)
2 Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (630008, Новосибирск-8, ул. Ленинградская, 113)
Оптимизация крепления конструкций из АГБ при заполнении наружных и внутренних стен каркасов зданий высотой до 80 м
Разработчики нормативных документов, регламентирующих применение автоклавного газобетона, столкнулись с отсутствием экспериментальных исследований в данной области. Результатом этого в документах появилось большое количество элементов и требований, выполненных с большим запасом, учитывающим устоявшуюся практику применения. Испытания конструкций, проводимые на заводе СИБИТ, позволят пересмотреть некоторые из этих «запасов», что в условиях рыночной конкуренции с другими материалами будет способствовать увеличению преимуществ газобетона.
Ключевые слова: автоклавный газобетон, наружные стены, закладная, каркасные здания.
A.A. MORDVOV1,2 Candidate of Sciences (Engineering), Chief Architect,
M.V. LIKHTAROVICH1, Engineer, Head of Technical Support Department ([email protected])
1 «Glavnovosibirksstroy» OAO (52a 2nd Stantsionnaya Street, 630041, Novosibirsk, Russian Federation)
2 Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering (113, Leningradskaya Street, 630008, Novosibirsk-8, Russian Federation)
Optimization of Fastening of AAC (Autoclaved Aerated Concrete) Structures When Filling External and Internal Walls of Frameworks of Buildings of up to 80 m Height
Developers of normative documents, which regulate the use of autoclaved aerated concrete, faced the problem of the absence of experimental studies. As a result of this, documents contain a large number of elements and requirements which were executed with a large reserve according to the well-established practice of applying. The tests of structures conducted at SIBIT factory will make it possible to revise some of these «reserves» that under conditions of market competition will favor the improvement of competitive advantages of aerated concrete. Keywords: autoclaved aerated concrete, external walls, insert, frame buildings.
В отличие от конечного потребителя для строителя на первое место при выборе материала для заполнения наружных стен каркасных зданий возникает вопрос цены и скорости строительства. Как показала практика, в некоторых случаях скорость имеет решающее значение, даже когда стоимость незначительно проигрывает.
На этапе проектирования 25-этажного здания в г. Новосибирске возник вопрос надежности стены из автоклавного газобетона (АГБ) толщиной 240 мм при воздействии на наружную стену ветровых нагрузок.
Был возведен фрагмент наружной стены и проведены испытания, результаты которых превзошли ожидания. Выявили, что не имеет смысла останавливаться только на надежности — одна закладная стоит недорого, но по нормам СТО НААГ 3.1—2013 [1] необходимо 4—6 шт. на фрагмент, следовательно, даже на одно-подъездый дом-«свечку» приходится около ста таких элементов на этаж; на 25—27 этажей количество уже внушительное. Кроме количества закладных возникает вопрос инструмента для крепления их к каркасу, а все для той же скорости на объекте работает десять и более бригад — одним монтажным пистолетом не обойдешься.
Следующим шагом стало изучение материалов и рекомендаций, в том числе доклада А.С. Горшкова [2]. В нем рассматривалась конструкция 14-этажного здания монолитно-каркасной конструкции высотой 42 м с поэтажным заполнением наружных стен блоками из АГБ марки по средней плотности D600, толщиной 250 мм. Рассматриваемый в данной публикации фрагмент заполнения проема, расположенного между двумя железобетонными монолитными перегородками, имеет следующие размеры: длина (протяженность) L = 3430 мм; высота H = 2840 мм.
Из представленного расчета видно, что устойчивость фрагмента обеспечивается за счет адгезии растворного шва, а закладные элементы используются в запас. И при длине фрагмента более 3 м не предусматривается верхнее крепление.
В ноябре 2013 г. на заводе СИБИТ были проведены внутренние испытания. Были воссозданы условия, близкие к условиям на стройплощадке. Как было сказано выше, основной целью проводимых испытаний явилось исследование надежности возводимых на стройке конструкций.
Проведены испытания двух фрагментов: длиной (протяженностью) L = 3150 и 2550 мм; высотой Н = 2620 мм. Толщина стены 240 мм из газобетонных блоков ГОСТ 31360—2007 [3] марки по средней плотности D700, класса бетона по прочности В3,5. В соответствии с расчетом, выполненным по СП 20.13330.2011 [4], значение горизонтальных усилий от ветра на приведенный фрагмент (25 этаж 75 м, III ветровой район) составило соответственно 750 и 600 кгс.
Испытания проводились в соответствии с программой, разработанной ООО НЭП-бюро. Ее суть в том, чтобы имитировать горизонтальную нагрузку от ветра, которую воспринимает фрагмент стены. Так как в реальных условиях нагрузка от ветра — величина непостоянная, то и в процессе испытаний нагрузка к испытуемому фрагменту прикладывается многократно. Фрагмент выдерживался под нагрузкой в течение 5 мин 15 раз, после чего нагрузка снималась.
Критериями надежности испытуемой конструкции являются:
— сохранение устойчивости и проектного положения конструкции после снятия нагрузки;
— отсутствие остаточных деформаций;
— целостность конструкции;
— отсутствие трещин.
26
научно-технический и производственный журнал
август 2015
j "А ®
i* -1*
Узел А*
Узел А
1
V'
Рис. 1. Схема нагружения № 1: 1 - Ж/Б перегородка каркаса; 2 - соединительный элемент; 3 - гвоздь / ■■ л 04 мм, L=100 мм; 4 - ячеисто-бетонная перемычка; — 5* - шов, выполненный как на стройплощадке, заполнен клеем; 6 - дюбель 04,5 мм
Fpac4 - 750 кгс Fpa3pym > 5000 КГС
/X
Для замера нагрузки использовался механический динамометр 9016 ДПУ-50-1-УХЛ2 с максимальным усилием 50 кН. Закрепив трос за раму (рис. 1) через ручную лебедку к фронтальному погрузчику (18 т).
После выполнения намеченных программой испытаний, подтвердивших, что конструкция выдерживает расчетную нагрузку, приложенную многократно, остались вопросы:
— какая нагрузка окажется для такой конструкции критической;
— насколько реальный характер разрушений совпадет с ожидаемыми представлениями о работе конструкции.
Для получения ответов на эти вопросы продолжили испытания до полного разрушения фрагмента. С каждым последующим разом нагрузку увеличивали на 5-10 кН (500-1000 кгс).
Первые трещины вскрылись при нагрузке, превысившей 25 кН. После снятия нагрузки трещины закрывались. При превышении значения в 45 кН первый ряд оторвался от основания, визуально наблюдали прогиб стены как упругой конструкции, после снятия нагрузки стена вернулась в исходное положение. Фактическое разрушение произошло под нагрузкой, превышающей возможности динамометра.
Подтвердив надежность конструкции, специалистами было принято решение провести дополнительную серию испытаний, результаты которых можно будет принять за отправную точку в разработке методики определения надежности конструкций из АГБ.
Для последующего испытания выбрали изделия из газобетона толщиной 200 мм марки по средней плотно-
сти D600, класса бетона по прочности В2,5, увеличив пролет до 4,5 м и высоту фрагмента до 3042 мм, ослабив конструкцию отсутствием верхнего перекрытия и оконным проемом 1510x1760 мм. Значение горизонтальных усилий от ветра на приведенный фрагмент (25-й этаж 75 м, III ветровой район) составило соответственно «1100 кгс. Выполнив кладку без деформационного шва с закреплением тремя соединительными элементами на сторону.
Контрольной для замера прогиба была выбрана точка в центре перемычки над оконным проемом.
5
Рис. 2. Соединительный элемент: 2 - отверстия под нагели 05 мм
оцинкованная пластина;
fj научно-технический и производственный журнал
® август 2015 27~
Узел А/
<> 5 1
6
тп 11
11 11
1 \ 1
/Л
I
/А
_ 8
8
ч8 В
'7/ 1 \ / 1 / //
// г г \ г / Г 1
V/,
Fрасч - 1100 кгс ! Fmax - 2200 кгс
1 „ _ ,____1
I
Рис. 3. Схема нагружения № 2: 1 - Ж/Б перегородка каркаса; 2 - соединительный элемент; 3 - гвоздь 04 мм, L=100 мм; 4 - ячеисто-бетонная перемычка; 5 - деформационный шов, условно не заполненный утеплителем; 6 - арматура в подоконной зоне один пруток 08 мм
Максимальные перемещения контрольной точки из проектного положения в течение выдержки конструкции под нагрузкой увеличивались. При приложении расчетной нагрузки составляло всего от 2 до 4 мм через 2—3 мин от начала приложения нагрузки, через 5 мин; перед снятием нагрузки общее перемещение контрольной точки составляло 4—8 мм. При увеличении нагрузки до 18 кН произошел скол и смещение по одной опорной зоне перемычки по шву. Так как контрольная точка, по которой замерялся прогиб конструкции, находилась на перемычке, дальнейшие замеры прогиба больше характеризовали работу перемычки, чем конструкции в целом. При нагрузке в 20—22 кН раскрылось несколько трещин от мест закрепления фрагмента к каркасу и в подоконной зоне.
Следующую конструкцию максимально ослабили при сохранении пролета и высоты соответственно 4500x3042 и толщины 200 мм с оконным проемом 1510x1760 мм. Использовали изделия из газобетона марки по средней плотности D500, класса бетона по прочности В2,5. Смонтировали с зазором в 20 мм к каркасу, тем самым сымитировали расчетную схему, при которой пренебрегают трением стены о заполнение деформационного шва. Закрепили к каркасу двумя закладными (рис. 2) в четвертом и восьмом рядах. Так же как и в предыдущем испытании, верхний обрез стены оставили свободным.
Данная конструкция не выдержала испытаний: прогиб достигал 15 мм, уже на втором цикле образовалась трещина в блоках под перемычкой, которая закрывалась после снятия нагрузки. При шестом нагружении образовалась трещина в подоконной зоне, а трещина под перемычкой раскрылась насквозь. В процессе нагружения образовывались новые трещины. На 14-м цикле нагружения произошло смещение перемычки, после которого дальнейшие измерение прогиба выполнить имеющимися средствами стало невозможно. По завершении 15 циклов приступили к увеличению нагрузок. При нагрузке выше 20 кН произошло смятие закладных элементов, разрушение блоков под закладными элементами и наклон конструкции из проектного положения.
После снятия нагрузки конструкция практически не вернулась в вертикальное положение. Что примечательно, несмотря на полученные деформации и трещины, конструкция не распалась на части и не выпал ни один блок.
На этом этапе были выявлены слабые места конструкции, на основе которых можно строить дальнейшие теории и включать в конструкцию необходимые легко выполняемые на практике элементы, такие как заполнение деформационных швов упругими материалами, в некоторых случаях армирование подоконной зоны и т. п.
Проводя дальнейшие испытания, в конструкцию включили деформационный шов, заполненный монтажной пеной по верхнему обрезу стены, и армирование подоконной зоны одним прутком 8 мм (рис. 3). Сохранили две закладные по каждой стороне стены в четвертом и восьмом рядах без заполнения вертикального деформационного шва.
Такая конструкция выдержала испытания для условий размещения на 25-м этаже III ветрового района. С прогибом в контрольной точке 4 мм, при дальнейшем нагружении до 22 кН прогиб составил 8 мм против 15 мм не закрепленной по верхнему обрезу стены. При увеличении нагрузки до 11,5 кН образовались трещины в районе установки нижних закладных элементов. В целом конструкция сохранила удовлетворительный вид.
По результатам проведенных испытаний можно сделать вывод, что при монтаже поэтажно опертых стен из автоклавного газобетона, смонтированного на клею, имеется возможность сократить количество боковых закладных элементов и отказаться от верхнего крепления связевыми элементами при пролетах между колоннами
4
2
научно-технический и производственный журнал £J\±Jг\i>\'::
28 август 2015 Ы ®
или монолитными перегородками каркаса до 6 м. При выполнении однослойных стен их толщины в большинстве случаев будет достаточно, чтобы обеспечить устойчивость без боковых связевых элементов (закладных деталей), а заполнение деформационных швов будет работать в запас. Достаточно включить в проектную документацию на ремонт зданий восстановление заполнения деформационных швов с заданной периодичностью, как это предусмотрено в панельных домах. Армирование подоконной зоны имеет смысл только для тонких стен 200 мм, расположенных на этажах выше 40 м.
Учитывая тот факт, что газобетонная стена, смонтированная на клею, без армирования проявляет характер упругой конструкции, необходимо обратить внимание на требования к закладным соединительным элементам. Выполняя такие элементы из жестких уголков толщиной 5 мм (как вариант предложено в некоторых нормативных документах рис. 2), ведет к необоснованным затратам как по материалоемкости, так и по трудоемкости монтажа; толщина шва на клею меньше толщины закладной детали. Кроме того, получается элемент, в случае экстремальных нагрузок разрушающий целостность конструкции.
Следующим шагом в повышении конкурентоспособности конструкций из автоклавного газобетона станет разработка программы испытаний и утверждения критериев надежности, а прогнозируемый результат проведенных испытаний позволит внести в нормативную документацию изменения, исключающие избыточные запасы.
Список литературы
СТО НААГ 3.1—2013. Конструкции с применением Автоклавного газобетона в строительстве зданий и сооружений. Правила проектирования и строительства. СПб., 2013. 171 с.
Горшков А.С. Условия устойчивости поэтажно опертых стен, выполненных кладкой из ячеисто-бетон-ных блоков при учете воздействия на них ветровой нагрузки. Сборник докладов НПК «Современный автоклавный газобетон». Краснодар, 2013. 186 с. ГОСТ 31360—2007. Изделия стеновые неармирован-ные из ячеистого бетона автоклавного твердения. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2008. 20 с.
СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. М., 2011. 81 с.
3.
4.
3.
References
Standard of Organization NAAG 3.1—2013. Designs using autoclaved gas concrete in the construction of buildings and structures. Rules of design and construction. St. Petersburg. 2013. 171 p. (In Russian). Gorshkov A.S. Stability conditions simply supported by floor walls made of porous concrete masonry units, taking into account the exposure to wind loads. Proceedings of the SPC "Modern autoclaved gas concrete". Krasnodar. 2013. 186 p. (In Russian).
GOST 31360-2007. Wall unreinforced products of cellular autoclave curing concrete. Technical conditions. M.: Standartinform. 2008. 20 p. (In Russian). SP 20.13330.2011. Loads and effects. The updated edition of SNiP 2.01.07-85*. Moscow. 2011. 81 p. (In Russian).
Cj научно-технический и производственный журнал
® август 2015 29~
