Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования
1.1. Проектирование и строительство зданий из объёмных блоков в СССР и за рубежом
1.2. Перспективы развития методов строительства зданий с объёмными блоками ,20-24
1.3. Обзор ранее выполненных исследований объёмных блоков и зданий 24 * 34
1.4. Цели,задачи и общая программа исследований .34 - 40
2. Констепции зданий с шахматной пространственной расстановкой несущих объёмных блоков 41-65
2.1. Конструкций объёмных блоков и опорных узлов ,41 - 49
2.2. Конструктивные схемы зданий,стыки и связи . ,49 - 65
3. Исследование объёмных блоков и фрагмента зданий ПШ действии статических нагрузок .66-144
3.1. Программа и общая методика исследований объёмных блоков ...66-70
3.2. Исследование прочности и деформативных характе ристик блоков 71
3.2.1. Испытание отдельно стоящего объёмного блока без фасадной стеновой панели 71-75
3.2.2. Испытание отдельно стоящего объёмного блока с фасадной стеновой панелью 75-83
3.3. Экспериментальные исследования фрагмента здания83 - 106
3.4. Исследование общей жесткости объёмного блока . при-зависании опоры. J 07 - 109
3.5. Расчет объёмных блоков и опорных узлов 109 - 138
3.6. Сопоставление экспериментальных и расчетных данных 138 - 144
4. Внедрение предлагаемого конструктивного решения 145-178
4.1. Проектирование зданий 145 - 153
4.2. Особенности технологии изготовления объёмных блоков и комплекта здания 153 - 157
4.3. Строительство жилых домов.Результаты обследования построенных зданий 157 - 168
4.4. Технико-экономические показатели 168 - 178
Выводы 179-183
Заключение 184 - 185
Литература
- Перспективы развития методов строительства зданий с объёмными блоками
- Конструктивные схемы зданий,стыки и связи
- Исследование прочности и деформативных характе ристик блоков
- Особенности технологии изготовления объёмных блоков и комплекта здания
Введение к работе
Индустриализация является основой технической политики в области строительства. Перенос в стационарные заводские условия основных строительных процессов позволяет за счёт широкого применения механизации и автоматизации значительно снизить общие трудовые затраты на возведение зданий и сократить сроки строительства. Кроме того, развитие заводских методов домостроения имеет ещё и большое социальное значение, связанное с коренным улучшением условий труда рабочих-строителей.
Основную роль в повышении индустриальноети строительства играет увеличение степени заводской готовности сборных элементов. Однако заводская готовность плоских элементов ограничена наличием монтажных стыков внутри помещений и дальнейшее их укрупнение существенного эффекта в этой части не даёт. На лучших отечественных и зарубежных домостроительных предприятиях степень сборности крупнопанельных зданий не превышает 50$ и, по-видимому, существенно не может быть повышена.
В существующих технических направлениях объёмно-блочного домостроения в нашей стране основным элементом является несущий железобетонный объёмный блок размером на комнату типа "колпак" (Кременчугское, Минское, Приднепровское и Вологодское направления) и "лежащий стакан" (Краснодарское направление).
Развитие объёмно-блочного домостроения в настоящее время сдерживается по ряду причин, в основном, организационного характера.
Рациональное сочетание пространственных элементов с крупнопанельными позволило создать блочно-панельные системы зданий, являющиеся промежуточными между панельными и объёмно-блочными. Границами объёмно-блочного домостроения на Международном симпозиуме по объёмно-блочному домостроению в Балатонфюред (ВНР) в 1973г. было предложено считать дома, в которых объёмные блоки занимают не менее 20$ общей площади здания или его рядового этажа /79/. Это означает возможность относить к блочно-панельным такие жилые дома, в которых из объёмных блоков выполнены по меньшей мере все санитарные и кухонные узлы, а также конструкции лестничных клеток /86,132,140/. Однако в практически сложившейся терминологии все системы из любых сочетаний несущих блоков и панелей называют блочно-панельными или панельно-блочными /11,19,23,52/.
В настоящей работе все системы зданий, монтируемые из различных сочетаний несущих объёмных блоков и отдельных панелей, называются блочно-панельными.
По мнению ряда специалистов и на основании технико-эконо - 7 мических расчетов, выполненных в ЦНИИЭП жилища, НИЙСК Госстроя СССР (г.Киев), институте Гипрогравданпромстрой в ближайший перспективный период представляется целесообразным развитие блочно-панельных методов строительства. Такой метод позволяет наиболее полно использовать мощности существующих заводов крупнопанельного и объёмно-блочного домостроения с применением наиболее прогрессивных объёмных конструкций полной заводской готовности /19,23,78,109/.
Расчёты и проектные проработки института "Гипрогражданпроект-J]строй" Госстроя УССР (г.Киев) и НИИСК Госстроя СССР показывают, л что перевод существующих крупнопанельных ДСК на выпуск блочно-панельных систем зданий позволяет увеличить их мощность на 15-25$ при удельных капиталовложениях вдвое меньше, чем на строительство новых заводов.
Изучение опыта отечественного и зарубежного домостроения свидетельствует о разработке и практическом использовании разнообразных блочно-панельных схем для жилых домов и зданий другого назначения /56,89,124/.
Развитие систем блочно-панельного строительства ведется по двум основным направлениям - с так называемыми "малыми" блоками, массой 8-Ю тис "большими" блоками, массой 20-25 т. Первое направление рационально использовать на действующих заводах крупнопанельного домостроения. Второе даёт большую степень индустриальности и может развиваться в зоне действующих и проектируемых заводов объёмно-блочного домостроения /24,75,77,104/.
Научно-исследовательские и экспериментальные работы по первому направлению в настоящее время ведутся рядом организаций для крупнопанельных ДСК в гг. Одессе, Николаеве, Кривом Роге и др. Экспериментальное проектирование и строительство домов по второму направлению осуществляется на Хабаровском щводе, в
Кременчуге, Краснодаре и іулькевичах /11,36,77/. Если в Хабаровске, Кременчуге и Краснодаре предусмотрена установка объёмных блоков в виде вертикальных столбов и примыкающих к ним панельных частей, то в іулькевичах была принята шахматная расстановка объёмных блоков в плане и по высоте здания,
Такая система расстановки несущих блоков в здании (в дальнейшем она будет называться "шахматной пространственной схемой") представляет собой одну из разновидностей блочно-панельннх систем зданий. Конструктивные решения блоков и проекты зданий для этой системы были разработаны по предложению и при непосредственном участии автора. В 1974-1979 гг. по этим проектам в соответствии с разрешением Госгравданстроя от 17.01.75 $ ІФ-3-І43 іулькевичиским сельским строительным комбинатом системы Росколхозстройобъединения с участием автора было изготовлено и построено в Краснодарском крае свыше шестидесяти трёхэтажных 18-ти квартирных жилых домов /48,52/.
Принятая в домах шахматная пространственная расстановка объёмных блоков, по сравнению со взятым в качестве прототипа жилым домом с регулярно расположенными блоками по проекту Э-541 ЦНИИЭП жилища, разработанного для этого же завода в гор. іулькевичи, даёт существенное снижение расхода основных строительных материалов и общих трудовых затрат. Кроме того при полном использовании наличного формовочного оборудования из фактически выпускаемого количества объёмных блоков оказалось возможным построить вдвое большее количество домов /49,50/.
Однако, дальнейшее развитие и внедрение этой системы задерживалось из-за отсутствия экспериментальных исследований и рекомендаций по проектированию таких зданий.
Объёмно-блочные и блочно-панельные системы с расстановкой объёмных блоков вертикальными столбами в настоящее время достаточно изучены для осуществления массового строительства /20,72, 77,78/. Что же касается блочно-ланельных схем с шахматной пространственной расстановкой объёмных блоков, то такие схемы существенно отличаются по конструкциям объёмных блоков, их размещению в здании, способу взаимного опирання и соединения, а также по характеру статической работы, В.технической литературе специальных исследований по этому вопросу не опубликовано .Опыт строительства таких зданий имеется только в г.іулькевичи /48,53,54/.
Вместе с тем, такая схема по сравнению с другими блочно-па-нельными схемами снижает количество панельных элементов на монтаже и при блоках размером на комнату, вообще не требует изготовления дополнительных панельных элементов за исключением перекрытий наг подвалом и крышей /51/.
В связи с вышеизложенным работа проведена с целью научного обоснования предложенной конструкции объёмного блока, конструктивной схемы здания, учета при проектировании технологических, транспортных и монтажных особенностей производства, сравнительных технико-экономических показателей строительства жилых домов из объёмных блоков при шахматной пространственной расстановке их в плане и по высоте здания.
Как показано ниже внедрение такой системы даёт существенный экономический эффект.
Перспективы развития методов строительства зданий с объёмными блоками
В основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981-85 годы и на период до 1990 года поставлена задача: "Обеспечить дальнейшее развитие и техническое перевооружение домо- и заводостроительных, а также сельских строительных комбинатов, полнее использовать их мощности. Увеличить долю крупнопанельных и объёмно-блочных жилых домов в общем объёме жилищного строительства" /I/.
Отсюда следует, что в ближайшие годы основной прирост объёмов строительства индустриальных зданий должен осуществляться за счёт более полного освоения мощностей и совершенствования работы действующих заводов. Ноше заводы для индуст риального строительства жилых домов разместятся преимущественно в малообжитых и труднодоступных районах.
Увеличение мощностей действующих крупнопанельных и объёмно-блочных заводов при минимальных затратах может быть осуществлено за счёт разработки и исследования новых конструкций блоков и конструктивных систем зданий из них.
Разрабатывая такие новые конструкции блоков и зданий из них, следует ориентироваться на сохранение имеющегося технологического оборудования и увеличение выхода полезной площади здания с одной формовки,
Для действующих ДСК уже сложилось и разрабатывается направление с применением малых несущих объёмных блоков в серийных крупнопанельных домах. Научно-исследовательские, проектные и экспериментальные работы в этом направлении ведутся в ЦНИИЭП жилища, НИИСК Госстроя СССР, Киев ЗНИИЭПе, КИСИ и других организациях, Вместе с тем опыт работы ряда объёмно-блочных заводов показал рациональность развития в зонах их действия строительства блочно-панельных зданий /78/, Применение сметанных систем позволяет также разнообразить типы строящихся домов и характер застройки.
Особая роль и значение принадлежат теоретическим и экспериментальным исследованиям в области определения несущей способности конструкций блоков и зданий из них. Выявление резервов несущей способности объёмных блоков при угловом и линейном опираний, определение эпюр усилий для блоков с проёмами и без проёмов, являются основой для унификации разновидностей конструктивных решений блоков типа "колпак". Унификация конструктивных решений блоков типа "колпак" позволяет не только изготавливать блоки с высокими технико-экономическими показателями, но и даёт предпосылки для унификации технологических линий заводов объёмно-блочного домостроения.
Шахматная пространственная расстановка несущих объёмных блоков позволяет получить на один формируемый пространственный элемент в два раза больше полезной площади, чем при объёмно-блочном строительстве. Общее количество применяемых добор-ных элементов при этом практически не увеличивается.
Вторым определящим фактором является оптимальная степень заводской готовности выпускаемых объёмных блоков.
Исследование по определению оптимальной степени заводской готовности выпускаемых объёмных блоков, выполненные Ярмоленко Н.Г. (ШИСК Госстроя СССР, .г.Киев), Коган Г.С, Альтшуллер Е.И. /34,67,68,70,92,142/ и специалистами ведущих предприятий /14,66,98/ свидетельствует, что в зависимости от климатических условий, времён года и наличия морозостойких и влагоустойчивых отделочных материалов эта готовность может колебаться в значительных пределах.
По ряду организационных и технических причин, анализ которых не входит в задачи настоящей работы, степень заводской готовности объёмных блоков ограничивается отделкой поверхностей стен без чистовой окраски, отсутствует чистый пол, не устанавливаются сантехнические и электротехнические приборы. Такая готовность характерна для межблочных помещений, в то время как степень заводской готовности объёмных блоков, используемых в шахматной схеме, может быть даже несколько повышена по сравнению с блоками для объёмно-блочных домов.
Конструктивные схемы зданий,стыки и связи
Формирование конструктивной системы здания из объёмных блоков, располагаемых в плане и по высоте здания в шахматном порядке, базируется, как и для других конструктивных схем зданий, на принципиальном решении соединений (связей) конструктивных элементов. Соединения объёмных блоков между собой и с панельными элементами должны образовывать минимальное количество типов узлов. Они должны быть доступны для сварки (или других способов связи), защиты и заделки. Стыки должны по возможности обеспечивать самофиксацию элементов и позволять осуществлять визуальный и инструментальный контроль качества их выполнения.
Вопросы соединения объёмных блоков в объёмно-блочной системе и соединения элементов блочно-панельных зданий с использованием объёмных блоков типа "колпак" подробно рассмотрены /91/. При рассмотрении уделено значительное внимание анализу вариантов формирования соединений. Соединение объёмных блоков типа "лежащий стакан" в зданиях объёмно-блочной системы также подробно рассмотрены /11,77/, В последние годы выполнены проектные разработки блочно-панельных зданий с расположением объёмных блоков типа "лежащий стакан" в виде отдельных столбов Краснодарской групповой ЦНИИЭП жилища для 9-ти этажных жилых домов городской застройки и 3-х этажных жилых домов сельской застройки. Однако данных экспериментальных исследований таких узлов почти нет.
Блочно-панельная система зданий с шахматной пространственной расстановкой блоков базируется на конструктивно-технологической форме объёмного блока "лежащий стакан", но, как уже было отмечено в разделе 2.1, конструктивное решение его принципиально отличается от блоков типа "лежащий стакан", применяемых в Краснодарском техническом направлении объёмно-блочного строительства. Термин "лежащий стакан" для блоков в настоящей работе применим как термин, определяющий способ их формования. Опорные узлы объёмных блоков для шахматной пространственной расстановки их выбраны такими, чтобы при сопряжении блоков в здании исключить разнотипность стыков, обычно возникающую при различных вариантах сочетаний объёмных блоков и панельных элементов в зависимости от планировочных решений квартир.
По своим архитектурно-планировочным особенностям и возможностям здания с шахматной пространственной расстановкой блоков предлагаемого типа аналогичны крупнопанельным зданиям с поперечными несущими и внутренней продольной несущей стенами. В обоих конструктивных схемах возможно применение одного и нескольких продольных шагов. В поперечном направлении такие здания могут иметь два или три пролёта (размещение блоков в три ряда). В конструктивном отношении эти системы в масштабе здания также близки между собой, поскольку несущие продольные и поперечные стены образуют сплошные диафрагмы без сдвижек и уступов. Оси стен отдельных блоков в блочной системе совпадают с координатными осями здания. Принципиальное отличие представляет работа отдельного блока, которая не имеет аналогии с напряженно-деформированным состоянием несущих стен и перекрытий, образующих тот же объём помещений в крупнопанельном здании.
В крупнопанельном здании имеется два вида узлов сопряжения перекрытий со стенами - опирание перекрытий на внутренние несущие стены и сопряжение перекрытий с наружными стенами. Первый вид стыка обычно платформенный, а второй зависит от роли стены в конструктивной схеме здания - несущая или самонесущая (рис.2.6а).
В здании с шахматной пространственной расстановкой блоков перекрытия с внутренними стенами объединены попарно в выше- и нижележащий блок при его формовании, все внутренние стыки однотипны, а количество стыкуемых при монтаже элементов в каждом узле уменьшается вдвое при значительном общем снижении числа монтажных элементов (рис.2.66).
Исследование прочности и деформативных характе ристик блоков
Отформованный объёмный блок испытывает разнообразные нагрузки в процессе перемещения краном внутри цеха и складирования, а также может быть перевезен, смонтирован и загружен в здании без навещенной наружной стеновой панели.
Задачами экспериментального исследования явились: получение данных о действительном деформированном состоянии объёмного блока без наружной стеновой панели при раздельном и совместном действии нормативных и расчетных эксплуатационных нагрузок; получение данных о жесткостных характеристиках изгибаемых элементов блока (плиты пола); получение данных об устойчивости продольных стен блока без наружной стеновой панели от действия вертикальных нагрузок; наблюдение за деформациями узловых сопряжений элементов блока при одновременном загружении плиты пола и стен. Программа испытаний составлена согласно ГОСТу 8829-66 "Мето да испытаний и оценки прочности, жесткости и трещиностойкости" и указаний /22,119,135/.
В качестве объекта испытания взят объёмный блок с габаритными размерами 5980x3320x2750 (высота) мм, с дверным проемом в торцевой стене.
При определении нагрузок принято, что напряженное состояние такого блока должно соответствовать напряженному состоянию рядового объёмного блока без наружной стеновой панели, расположенного на I этаже 3-х этажного блочно-панельного здания с шахматной пространственной схемой монтажа блоков, при загруженной плите пола.
Испытания проводились в закрытом помещении в зоне действия грузоподъёмного крана. Загружение плиты пола осуществлялось песком послойно, стены загружались штучными грузами /фундаментными блоками/ по металлическому щиту размером, равным площади блока (рис.3.1,а).
Вертикальная нагрузка передавалась через верхнюю распределительную траверсу с двумя опорными площадками шириной по 40 мм. Блок устанавливался на идентичную опору на бетонном полу по песчаной выравнивающей подсыпке. Торцевая стена опоры не имела и не загружалась.
Прочностные характеристики бетона блока определены испытанием кубов с размерами сторон 100x100x100 мм на сжатие. R исп.= 11,7 МПа, что составляет 80$ проектной марки бетона.
Согласно методики, испытания проводились поэтапно. Первый этап - загружение пола блока. Второй этап - загружение стен блока вертикальными нагрузками при загруженной плите пола блока.
Загружение плиты пола блока проводилось ступенями, каждая из которых составляла 10$ контрольной. Для плиты пола расчетная нагрузка 3360 н/м2, контрольная 5400 н/м2. На каждой ступени ввдержка составляла 10 мин. После приложения контрольной нагрузки выдерживание продолжалось 30 мин. Величина прогиба середины плиты пола измерялась со стороны открытой плоскости. После третьей ступени загружения (1620 н/м ) зафиксирована величина прогиба в I мм. При последующих ступенях загружения прогиб нарастал равномерно и достиг 9 мм при нагрузке 5400 н/м2.
Загружение стен блока проводилось ступенями по 60 кн (контрольная нагрузка составляла 600 кн) с выдержкой по 10 минут.При этом прогиб плиты пола продолжал нарастать от 9 до 16 мм.
Дальнейшее нагружение не проводилось ввиду достижения цели испытания при имевшемся уровне технического оснащения, На основании проведенных испытаний установлено: зафиксированные перед испытаниями две наклонно-вертикальные волосяные трещины длиной 1,75 и 2,25 м на внутренней поверхности правой боковой стены и две продольные параллельные в средней части потолочной плиты волосяные трещины длиной 1,6 и 1,9 м в процессе нагружения не развивались (рис.3,1,б.в.); после приложения контрольной нагрузки на плиту пола появилась волосяная трещина в сопряжении плиты пола и торцевой стены от правого нижнего утла дверного проема длиной 1,33 м; при загружении стен нагрузкой 570 кН появилась вертикальная волосяная трещина в правом нижнем внутреннем углу между плитой пола и продольной стеной длиной 70 мм (трещина низа плиты пола не достигла) (рис.3.1,г);
Особенности технологии изготовления объёмных блоков и комплекта здания
При переходе на выпуск комплекта для домов серии ОПД не требуется выполнять реконструкцию технологических линий ни по производству объёмных блоков, ни по производству доборных панельных элементов. Изменений требуют только борта форм стеновых панелей за счет уменьшения геометрических размеров панелей и совершенствования горизонтальных и вертикальных стыков. Геометрические размеры стеновых панелей несколько изменяются за счет уменьшения расстояния между осями здания при переходе к однослойным конструкциям внутренних стен с сохранением внутренних габаритных размеров помещений в блоках и в межблочном пространстве.
Для изготовления объёмных блоков формовочная машина освобождается от вкладышей, образовывавших систему ребер на стенах, плитах пола и потолка объёмных блоков для домов серии БКР-2М. Образование необходимого профиля опорных зон по верхнему и нижнему контурам и периметру торца блока осуществляется за счет крепления к бортам формы и поддону металлических коробчатных элементов соответствующего профиля. В дальнейшей работе при формировании блоков ОЕЩ переоснастка машины заключается только в перемене места вкладыша, образующего дверной проем и вкладыщей для технологических отверстий.
Подготовка формующей машины к работе /закрывание бортов,установка сердечника и др.операций/, как и распалубка готового изделия не изменяют состава операций при любом типе блока, а отсутствие ребер в блоке упрощает его армирование.
При формовании объёмного блока в его стены и перекрытия закладывают полихлорвиниловые или другие трубки с электропроводами для скрытой сменяемой проводки, предназначенной для помещений внутри блока и примыкающих к нему, а также устанавливают распределительные коробки и оставляют отверстия для последующей установки электрических розеток, выключателей, приборов освещения. В заводских условиях производится до 90$ всех электротехнических работ по домам серии ОЦД.
Формование панельных элементов выполняется по принятой техно логии без изменения. Количество панельных элементов для блочно-панельных и объёмно-блочных домов практически одинаковое. Дополнительно для первого типа дома изготавливаются только панели перекрытий для межблочных помещений над подпольем и чердачного перекрытия.
Технологические линии комплектации, отделки и инженерного оборудования объёмных блоков организованы на конвейерных линиях завода. Состав работ на конвейере определяется достигнутым уровнем защиты объёмных блоков от атмосферных воздействий и обеспечения сохранности блоков при транспортировке. Достаточно надёжная защита объёмных блоков от атмосферных осадков за счет довольно массивных стен и перекрытий позволяет производить до 100$ всех отделочных и комплектовочных инженерным оборудованием работ внутри блоков и выполнять все подготовительные операции по отделке блоков снаружи. Санитарно-техническое оборудование межблочного пространства также укрепляется снаружи объёмных блоков. В домах по проекту 0ПД-І-І выполняется в объёмных блоках половина санитарно-технических узлов, а при изменении планировочных решений в проекте 0ЦЦ-І-3 в объёмных блоках размещено 70$ санитарно-технических узлов. Стыковка инженерного оборудования выполняется в помещениях здания, образуемых в межблочном пространстве, на строительной площадке. Это обстоятельство является ещё одним условием, позволяющим доводить отделку блоков "под ключ". В объёмно-блочных же зданиях стыковка оборудования и устройство стыковочных коробок между прилегающими блоками составляют вопрос не до конца решенный.
Похожие диссертации на Экспериментальное исследование конструкций несущих объемных блоков при шахматной пространственной их расстановке в зданиях
