Расчёт длины температурного отсека крупнопанельного жилого дома с трёхслойными стеновыми панелями с дискретными связями на температурно-влажностное воздействие Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 624.012.3

У. А. ЯМ ЛЕЕВ, Р. Р. НАСЫРОВ

РАСЧЁТ ДЛИНЫ ТЕМПЕРАТУРНОГО ОТСЕКА КРУПНОПАНЕЛЬНОГО ЖИЛОГО ДОМА С ТРЁХСЛОЙНЫМИ СТЕНОВЫМИ ПАНЕЛЯМИ С ДИСКРЕТНЫМИ СВЯЗЯМИ НА ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

Рассмотрена возможность использования методики расчёта длины температурного отсека крупнопанельного жилого дома с трёхслойными стеновыми панелями на гибких связях применительно к трёхслойным стеновым панелям с дискретными связями.

Ключевые слова: трёхслойные стеновые панели, длина температурного отсека.

Расчёт крупнопанельных зданий на температур-но-влажностное воздействие позволяет возводить здание без температурных швов практически неограниченной длины в любых климатических условиях России. Однако для некоторых экстремальных условий возведение зданий большой длины без температурных швов может оказаться экономически менее целесообразным в связи с необходимостью введения дополнительного армирования, чем при разрезке их температурными швами.

Конструкции крупнопанельных зданий в связи с типизацией и унификацией строительных деталей представляют собой регулярные (примерно равное членение по длине и высоте) статически неопределимые пространственные системы, состоящие из сборных железобетонных элементов типа пластин (панелей, плит), соединённых между собой точечными или непрерывными связями. При изменении температуры, влажности и усадки в конструкциях зданий вследствие заделки стены в основание, а также вследствие взаимодействия наружных и внутренних конструкций, имеющих разные темпера-турно-влажностные деформации как в плоскости (осевые), так и из плоскости конструкций, возникают растягивающие напряжения.

Многослойные стеновые панели могут иметь жёсткое соединение слоев железобетонными диафрагмами и «нежёсткое» соединение слоев гибкими связями из арматурных стержней из нержавеющих сталей или из обычных сталей с противокоррозионным покрытием. Для упрощения технологии производства многие заводы освоили производство стеновых панелей с «нежёстким» соединением слоёв за счёт применения вместо гибких связей железобетонных шпонок в виде дискретных связей.

© У. А. Ямлеев, Р. Р. Насыров, 2006

У трёхслойных панелей внутренний и наружный слои, как правило, должны выполняться бетонными, т. е. без расчётного армирования, средний слой может быть выполнен из различных видов эффективного утеплителя. Однако для некоторых серий жилых домов внутренний слой приходится армировать расчётной арматурой. К таким домам относится и серия «90», освоенная заводом КПД-2 г. Ульяновска.

Испытания трёхслойных стеновых панелей с дискретными связями для жилых домов с разными конструктивными схемами [1] показали, что при определённой жёсткости дискретных связей их количество и расположение при нагружении вертикальной нагрузкой внутреннего слоя в работу вовлекается и наружный слой панели.

Такой характер разрушения панели при разработке метода оптимизации параметров дискретных связей позволил бы исключить расчётное армирование панелей, обеспечив условия совместной работы внутреннего и наружного слоев, как приведённого сечения. При этом необходимо рассчитать приведённую длину температурного отсека без дополнительного армирования.

Проверим методику расчёта длины температурного отсека для зданий с многослойными стеновыми панелями с гибкими связями для случая применения дискретных связей на примере крупнопанельного дома серии «90» на проспекте Авиастроителей г. Ульяновска.

Здание «90» серии с шагом поперечных несущих стен до 4 м относится к зданиям 1-го типа. Плиты перекрытия незамоноличенные с платформенным опиранием по контуру обладают большой сдвиговой жёсткостью и могут воспринимать значительные растягивающие и сжи-

мающие усилия по линии действия температурных сил (вдоль здания).

Здание имеет П-образное очертание в плане и состоит из двух температурных отсеков, включающих по две рядовые и одной торцевой блок-секции по оси «А» с длиной отсеков 77,7 м.

Для зданий этого типа «Пособие» [2] в табл. 2 при годовом перепаде среднесуточных температур (для г. Ульяновска 64,1 °С) допускает максимальное расстояние между температурными швами 87,7 м при классе бетона по прочности на осевое сжатие В15. Однако внутренний и наружный слои стеновых панелей домов «90» серии запроектированы из бетона класса В 12,5, что не позволяет пользоваться этой таблицей.

«Рекомендации» [3] допускают для домов серии с регулярной конструктивной схемой, аналогичной «90», определять допустимую длину температурного отсека по приложению [4].

Для этого необходимо определить: расчётное отклонение средней приведённой температуры 1ф, которое вызывает продольные (осевые) деформации и перемещение панели (рис. 1, а), и расчетный средний перепад приведённой температуры по толщине элемента Qcp, который вызывает искривление и изгиб панели из плоскости (рис. 1,6).

Средняя температура сечения панели tcP определяется из равенства площадей действительной t(Z) и приведённой прямоугольной температурных эпюр (рис. 2, пунктир).

Приведём расчёт приведённых средних температур tcP и Qcp в период эксплуатации для трёхслойной панели для реальных условий.

По главе СНиП «Строительная климатология и геофизика» tcp суг макс=2851°С; tcp>cyrMMH=-36°C. Амплитуда суточных колебаний: в июле Асугср=5,9°С; в январе Асугср=3,7°С. По формуле А^Ас^+З °С: в июле Асуг=5,9+3=8,9°С; в январе Асуг=3,7+3=6,7°С. Нормативная температура внутреннего воздуха зимой tBH=l8 °С.

По табл. 2 [3] для бетона эквивалентная температура сорбционного увлажнения Авл= -5, по табл. 4[3] для панелей с облицовкой серого цвета коэффициент поглощения солнечной радиации поверхностью конструкции р=0,6.

1. Приведённая температура наружного воздуха в июле и январе в июле

макс

t * = / 1 и 1 ср.сут

+ Асум + 30 р =

= 28 J + 8,9 + 30 • 0,6 = 55°С; в январе

<** - <cp.cymMU" ~ Лсуш = -36 - 6,7 = -42,ГС;

2. То же для внутреннего воздуха

макс

в июле 1в = I Ср.су т. =28,ГС',

в январе 1в = ¡¿'-5=18-5 = 13°С .

3. Средняя температура и перепады температуры по толщине каждого слоя находятся по формулам

п

0,114 + I R, +0,5R, 1 J '

п

= 28,1 - (28,1 - 55)

0] = ('в - >н 'У

0,157 + !/?.-i J

0,114 + 0,5 0,184 0,157 + 0,34 + 3,66 + 0,16

= 29,7°С

R:

0,157 + I R , i J

= (28,1- 55)

0,34 4,3/7

= -2,1°С '

где R принимается по табл. 1 в январе:

0,206

tj =13- (13 + 42,7) --= 10,3°С ;

4,317

в1 = (13 + 42,7)

0,34 4,317

= 4,4°С ■

f

п

Рис. 1. Температурные деформации панелей а - продольные при изменении средней температуры ^ б - поперечные при изменении <Зср

Рис. 2. Определение средних температур многослойных панелей при заданном распределении по сечению температуры I (г)

Для второго слоя t2 и 02 не вычисляются,

т. к. этот слой в работе панели не участвует.

3-й слой в июле:

0J14 + 0J4 + 3J6 + 0.5-0J6 t, = 28 А - (28J - 55)-— = 54,2°С .

J 4317

« • 4 ]

Значение модуля упругости бетона и коэффициенты теплопроводности приняты по [4 и 5].

03 = (28J-55)-jjjy = -ГС ;

то же в январе:

/ \ 0,16 0, =(13 + 42,7)—— = 2,ГС;

J 4,314

( \ 0,16 0, =(13 + 42,7)—-= 2,ГС .

J 4,314

4. Средняя температура трёхслойной панели в июле:

п

I а,-//

Í * 1С.р

ЛУП) 1

п

I a ¡

0,184 -29,7 + 0,086 -54,2 0,184 + 0,086

= 37,5°С;

/

в январе:

¿VII) _ 0,184-10,3 + 0,086 \-4l) 1ср ~

= -6,0° С.

0,184 + 0,086

5. Средний перепад температуры по толщине трёхслойной панели в июле:

в * иср

[VII) _ и

H - толщина многослойного сечения; a¡ - коэффициент термоупругой жёсткости i-ro слоя;

0,184-17 + 0,086(2-32+ 8)

zo =

2(0J84 + 0,08ó)

= ¡7,Зсм ,

в *

24J°C .

t

(Vil) JO - 146,4 + 35,7 + 620,4 + 8

Q *v и i ----:_:_:___y y jo^-.

C/? 2 291,82-421,7 + 8(3- 32 + 8)

в январе

305,9 -17-4,4 + 1300,32 - 16Я

2 2,81 + 289 - 421,67 + 832

6. Приведенные средние температуры tcp и вср

при приведении к показателям первого слоя находятся в июле:

vil (I) а

10

-5

ср

а

cJL.t *("/) +А =_

ср вл

37.5 - 5 - 32,5°С >

/

в

VII(1)

а

ср

= 0,9

ср

а

■ в * иср

10

(VII)

1

10

-о

= 0,9—-¡г ■ (- 11,з) = -10,2°С; 10 ^ в январе

/

1U)

а

ср

ср

t

V)

10

-5

а

I

ср

+Авл = —г(-б)-(-5) = -ГС,

10

К) аср () 0

g к 4 = п 9——в * =09-

иср иср

24,2 = 21,8°СУ

где

2 Ie/[3(2Z/_I+A/X?0-Z/)+A|.(3Zí_1+A|.)' "/

V /0 7 I \ 0,184 + 0,086

1 ' М1 г VII (/)

70 = -Я- ~ координата центра м ср.сут. =1ср - /

2 ¿а-1 '

тяжести многослойного сечения;

2^ - координаты поверхности ¡¡-го слоя;

= 10

10

1

с

¡V)

ср

= 32,5 + 1 = 33,5°С.

Физико-механические характеристики материалов панели

Таблица 1

о ч и % Материал слоя и т—* f W-I О * » <>• а со с s W 2 о • и .s О "ь CQ m f ô Il о c¿* h—f fs) s a¡, кПа/°С по формуле (20) f

1 Керамзитобетон В 12,5; р=1300кг/м3 1 10850 17 0,50 0,34 0.184

J— Пенополистирол 0,6 20 15 0,041 3,66 0

3 Керамзитобетон В 12,5; р=1300кг/м3 1 10850 8 0,50 0,16 0,086

По рисунку приложения 4[3] допустимое расстояние между температурными швами значительно превышает длину температурного отсека. Средний перепад температуры по толщине трёхслойной панели, который вызывает искривление и изгиб конструкции из плоскости при

Д/

с р.суш

= 33,5°С, меньше допустимого значе-

ния вср'{,) = 21,8° с < 2б,7°С, что обеспечивает

допустимые деформации вертикальных стыков панелей.

Полученные результаты показывают, что для расчётов стеновых панелей с дискретными связями можно использовать методику расчёта длины температурного отсека многослойных панелей по приложению 4 [3] по значению

Ыср.сут и с определённым запасом по ДС?с/?, как для панели с жёстким соединением слоёв.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ямлеев, У. А. Трёхслойные стеновые панели жилых зданий / У. А. Ямлеев, Р. А. Кудря-

шова, С. Г. Скрыпник // Известия вузов. Строительство. - 1998. - № 4-5.

2. Пособие по проектированию жилых зданий. Выпуск 3. Конструкции жилых зданий (к СНиП 2.08.01-85). -М. : Строй из дат, 1989.

3. Рекомендации по расчёту конструкций крупнопанельных зданий на температурно-влажностные воздействия. - М. : Стройиздат, 1983.

4. СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции. - М., 1985.

5. СНиП И-3-79* Строительная теплотехника. -М., 1980.

Ямлеев Усман Айнатулович, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Строительные конструкции» УлГТУ . Имеет монографии, статьи и изобретения в области строительных материалов и конструкций. Насыров Рафаэль Робертович, аспирант кафедры «Строительные конструкции». Имеет статьи в области строительных конструкций.

УДК 624.139

С. В. МАКСИМОВ, В. С. ИВКИН, М. С. ИВАНОВА

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСЛОЙНОГО РЫХЛЕНИЯ МЕРЗЛОГО ГРУНТА НОВОЙ КОНСТРУКЦИЕЙ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО РЫХЛИТЕЛЯ

Установлено, что процесс рыхления мёрзлого грунта газодинамическим рыхлителем условно можно разделить на две фазы. Первая фаза механического воздействия на грунт связана с завинчиванием рабочего органа на расчётную глубину рыхления с одновременным заполнением рабочей камеры сжатым воздухом высокого давления. Вторая фаза газодинамического воздействия на грунт связана с подводом в зону рыхления импульса сжатого воздуха высокого давления. Разрушение грунтов энергией сжатого газа, которая непосредственно передаётся на рабочий орган, минуя двигатель, связано с изменением конструкции машины. При таком способе рыхления грунта появляется возможность передать рабочему органу значительную энергию, идущую на разрушение грунта, без существенного увеличения массы или мощности базовой машины.

Ключевые слова: рыхлитель, мёрзлый грунт, механическое воздействие, газодинамическое воздействие, фазы разрушения.

Послойное разрушение мёрзлого фунта применяется тогда, когда глубина рыхления за цикл меньше, чем глубина промерзания. В этом случае производится объёмное разрушение грунта газовым импульсом (рис. 1).

© С. В. Максимов, В. С. Ивкин, М. С. Иванова, 2006

Газодинамические рыхлители [1, 2, 3, 4, 5, 6] являются наиболее простыми по конструкции, обеспечивающими комбинирование механического и газодинамического методов воздействия на мёрзлый фунт. Процесс разрушения мёрзлого грунта газодинамическим рыхлителем условно можно разделить на две фазы.