Бескаркасные сборные здания составляют сегодня значительную часть в общем объеме жилищного строительства. В связи с возросшей этажностью этих зданий, развитием вычислительной техники и пакетов прикладных программ, созданных на базе метода конечных элементов, инженеры опираются в своей работе на расчетные схемы здания в виде пространственных пластинчатых систем [1], элементы которых соединены между собой тем или иным способом. Однако если системой оболочных элементов можно достаточно точно описать работу отдельной стеновой панели или плиты перекрытия, то моделирование платформенного или иного стыка здания требует более сложных приемов.
Построим расчетную схему здания следующим образом: несущие стены и перекрытия будем моделировать конечными оболочечными элементами, у которых геометрические параметры соответствуют параметрам натуры, а модуль деформации соответствует физическому модулю материала конструкции.
| Рис. 1. Платформенный стык панельного здания
|
| Рис. 2. Модельное представление платформенного стыка
|
Представим фрагмент соединения здания (рис. 1) как систему конечных элементов, основной особенностью которой является платформенный стык (рис. 2). В его расчетной схеме (рис. 3) плоские элементы соединены между собой в узлах упругими связями. Так как модель состоит только из плоских элементов, необходимо учесть толщину плит перекрытия, а точнее, податливость (жесткость) участков плит перекрытия в зоне платформенного стыка. Значения жесткости связей по направлениям X, У, Z глобальной системы координат определяются соответственно из поведения реальной конструкции при действии внешних нагрузок. Таким образом, жесткость каждой связи будет эквивалентна жесткости соответствующего участка стыка. Согласно [2] для платформенного горизонтального стыка, в котором сжимающая нагрузка передается через опорные участки плит перекрытий и два растворных шва, уложенных между плитами перекрытий и соединяемыми элементами, коэффициент определяют по формуле
λ'c, hl = (λ'm + λ''m + hpl/Epl)A/Аpl , (1)
где λ'm и λ''m — коэффициенты податливости при сжатии соответственно верхнего и нижнего растворных швов; hpl — высота опорной части плиты перекрытия; Еpl — начальный модуль упругости бетона опорной части плиты перекрытий; А — площадь платформенного стыка; Аpl — площадь платформенных участков стыка, через которые передается сжимающее усилие (при неодинаковых размерах опорных площадок вверху и внизу плиты перекрытия можно принять их среднее значение).
| Рис. 3. Расчетная схема платформенного стыка
|
При кратковременном сжатии для раствора прочностью 1 МПа и более при толщине шва 10 - 20 мм коэффициент податливости растворного шва Ят определяют по формулам (2), полученным на основании экспериментов, проведенных в МНИИТЭП [3]:
При σm < 1,15Rm2/3
λm = 1,5 10-3 Rm-2/3tm
При σm < 1,15Rm2/3, но не более 2Rm2/3
λm = 5 10-3 Rm-2/3tm,
где σт — среднее значение сжимающих напряжений в растворном шве, МПа; Rm — кубиковая прочность раствора, МПа; tm — толщина растворного шва, мм; λm — коэффициент податливости растворного шва при кратковременном сжатии, мм3/Н.
Исходя из этих формул можно определить коэффициент податливости каждой связи по формуле
λi = λm+ hpl /2 Еpl.
Таким образом, податливость связи есть сумма податливостей растворного шва и участка плиты перекрытия толщиной, равной половине начальной толщины. Тогда значение жесткости Z каждой связи, обеспечивающей перемещение элементов в вертикальном направлении, будет определяться по формуле
Zi = Аipl (hm + hpl /2) / λi,
где hm — толщина верхнего или нижнего растворного шва; Аipl, — площадь соответствующего опорного участка плиты перекрытия.
Так как в расчетных комплексах жесткость упругих связей, соединенных последовательно, определяется по обратной зависимости, то для Аи связи значение жесткости вдоль оси Z можно определить по формуле
Zi = (h'm + h''m + hpl) / n λc, pl,
где h'm и h''m — толщина соответственно верхнего и нижнего растворных швов; n — количество связей; λc, pl определяется по формуле (1). Сдвиговую жесткость по длине горизонтального стыка, обеспечивающую перемещения в направлениях осей X, У, примем равной сдвиговой жесткости раствора. Для каждой связи она будет определяться по формуле
Xi = Yi = G Аpl / n,
где G - модуль сдвига раствора, определяемый согласно СНиП, как для мелкозернистого бетона класса, соответствующего прочности раствора.
Связи между плитами перекрытий считаем абсолютно жесткими в горизонтальном направлении, перпендикулярном плоскости стен. Для этого соединяем узлы элементов (1 и 2, 3 4 на рис. 3} плит перекрытий соответствующими связями или объединяем их перемещения по этому направлению.
Экспериментально установлено, что плиты перекрытия при платформенном стыке стеновых панелей могут рассматриваться как связи сдвига между стенами. Между взаимно перпендикулярными стенами для такой связи при марке раствора в швах не ниже 100 и деформациях сдвига не более 0,5 мм коэффициент податливости при сдвиге
λc, pl = 5*10-6 мм/Н.
Жесткость S в этом случае будет определяться по формуле
S = (h'm + h''m + hpl) / λc, pl.
Предпоженная модель неоднократно использовалась в расчетах панельных зданий в лаборатории перспективных конструкций и их надежности МНИИТЭП. Результаты расчетов подтвердили целесообразность применения данной схемы платформенного стыка.
Полученная модель позволяет перейти к нелинейной диаграмме физико-механических характеристик материала, поскольку первоначальная нелинейность будет реализована в платформенном стыке.
Литература
1. Лишен бескаркасных зданий с применением ЭВМ. М.: Стройиздат, 1977.
2. Пособие по проектированию жилых зданий. Вып. 3. Ч. 1. Конструкции жилых зданий (к СНиП 2.08.01-85).М., 1986.
3. , Ягуст некоторых факторов на податливость горизонтальных растворных стыков стеновых панелей при кратковременном и длительном сжатии// Исследования несущих бетонных и железобетонных конструкций сборных многоэтажных зданий. М.: МНИИТЭП, 1980
| 
