Рекомендации по проектированию сейсмостойких рамных каркасов из керамзитобетона

ГI    1Л    Г!

u

ИМИ

Государственный комитет по гражданскому строительству и

архитектуре при Госстрое СССР

Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский и проектный институт типового

и экспериментального проектирования жилища

(ЦНИИЭП жилища)

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СЕЙСМОСТОЙКИХ РАМНЫХ

КАРКАСОВ ИЗ КЕРАМЗИТОБЕТОНА

Утверждены председателем Научно-технического совета,

директором ЦНИИЭП жилища Б.Р. Рубан енко (протокол № 2

от 29/ЦМ979 г.)

Москва

1979

Настоящие Рекомендации содержат положения по расчету и конструированию рамных каркасов сейсмостойких зданий с несущими конструкциями из керамзитобе-тона. Достаточная прочность таких зданий обосновывается результатами расчетов и натурных вибрационных испытаний здания и его узлов, выполненных специалистами ЦНИИЭП жилища и института " Фрунзегорпроект" *

Рекомендации подготовлены инж« Л.Я*Эрлихманом (Фрунзегорпроект),д-ром техн.наук, проф. Г.А*Шапиро, инженерами КХА*Симоном и В.Ф.Захаровым (ЦНИИЭП жилища) •

ЦНИИЭП жилища, 1979

1. Общие положения

1Л. Рекомендации разработаны в качестве дополнения к СНиП II-A* 12-69 и СНиП II-21-75 и могут быть использованы при проектировании сейсмостойких зданий с несущим рамным каркасом, а также при их расчете на сейсмические воздействия с учетом нелинейных деформаций и предельного состояния по прочности.

1.2. Целесообразность строительства каркасных зданий из ке-рамзитобетона должна быть обоснована технико-экономическим расчетом, в котором сопоставляются затраты на аналогичные конструкции из тяжелого и легкого бетонов.

При расчете должны быть учтены следующие факторы: снижение расхода арматуры и массы здания, наличие сырья и технической базы для производства керамзитового гравия, сокращение расходов на транспортировку и монтаж конструкций, лучшее соотношение между относительной прочностью конструкций, оцениваемой коэффициентом запаса К*', и величиной пластических деформаций при достижении каркасом предельного состояния.

1*3« При оценке сейсмостойкости каркасного здания из ке-

рамзитобетона следует руководствоваться зависимостью суммарной горизонтальной нагрузки Ц на здание от смещения его верха. Более дадежна конструкция, которая при одинаковой предельной нагрузке Uпр допускает большее относительное смещение Дд/Ди верха здания в случае сейсмического воздействия.

Зависимость Q — Д (рис. 1 ) для большинства реальных зданий имеет нисходящую ветвь, т.е. они разрушаются в результате достижения предельных смещений при горизонтальной нагрузке меньше той» которая соответствует максимуму данной зависимости. Это

К)

К - отношение разрушающей нагрузки к расчетной.

объясняется наличием нисходящих ветвей в обобщенных диаграммах работы элементов рамы: колонн, ригелей, узлов их сопряжения (рис.2).

Рис.1. Смещение верха здания в зависимости от инерционной нагрузки: Q пр - предельная нагрузка; Лу - смещение, при котором конструкция работает упруго; Аф - смещение, при котором нагрузка равна нулю

Рис.2. Обобщенная диаграмма работы элемента - изгибающий момент - угол искажения в опорном сечении: М - изгибающий момент в сечении; Мпр “ изгибающий предельный момент в сечении при максимальной нагрузке; Му - изгибающий момент, до которого работу элемента можно считать упругой; Lfo - угол искажения при МпР ;    -    предельный    угол    иска жения при разрушении сечения

Чтобы исключить хрупкое разрушение конструкций сейсмостойких зданий, сечения следует подбирать таким образом, чтобы относительная высота сжатой зоны бетона колонн    не    превышала

0,4, а отношение предельного угла искажения сечений ригелей к урлу искажения при максимальной нагрузке было больше или равно

10 <т.е* ^(Tt/%^10).

Использование при расчете диаграмм с нисходящими ветвями позволяет учитывать ограниченность предельных деформаций элементов и системы.

1*4* Расчетная сейсмическая нагрузка на здание с каркасом из керамзитобетона равна L4,5J :

S_KB StB ' Кен

где Кеи **5 Кб St6 ^

При комплексном применении керамзитобетона учитывается и эффект снижения собственного веса конструкций, который выражается в виде коэффициента снижения расчетной сейсмической нагрузки

trrsGlvB QrB

где (S тб") - расчетная сейсмическая нагрузка на каркас из керамзитобетона (тяжелого бетона);

Екв С Ет&)    - начальный модуль упругости керамзитобетона (тя

желого бетона)^

Ц КБ (Отб) - вес колеблющейся массы керамзитобетона (тяжелого бетона).

Величина Е к.б при проектировании должна назначаться на основе экспериментальных данных. При их отсутствии допускается использовать данные СНиП II—21—75.

1*5. Каркас здания целесообразно выполнять из керамзитобетона, если выполняется условие:

0,33 кем < TVs < 4,25-ксн >

где Т_Т6 - период колебаний по 1-ой форме здания с каркасом из тяжелого бетона, сек.

2• Расчетная модель здания для построения зависимости и-д при статическом воздействии горизонтальных нагрузок

2.1. Для построения зависимости суммарной нагрузки на здание Q от смещения его верха А , учитывающей нелинейный характер деформаций элементов рам, целесообразно в качестве расчетной принимать схему рам с податливыми соединениями элементов (рис.З). При этом предполагается, что нелинейные деформа—

хши сосредотачиваются в местах примыкания элементов друг к другу (в узлах) и учитываются в виде суммарных конечных искажений углов ц между элементами. Величины этих условных деформаций назначаются в соответствии с диаграммами, приведенными на рисунках 1 и 2.

Рис.З. Расчетная схема регулярной железобетонной рамы с податливыми связями элементов и узлов (условно показаны связи, для

которых вводится нелинейная диаграмма М ~ Ч*_и )

2.2.    Расчет рамы производится с использованием метода последовательных нагружений [ 2 } * На каждом этапе рассчитывается упругая система, для которой известны жесткости элементов*) и соотношения между горизонтальными нагрузками. По результатам расчета определяется нагрузка, при которой изменяется жесткость одного или нескольких элементов и соответствующее этой нагрузке смещение верха рамы.

Следующий этап расчета выполняется после изменения жесткости элементов* Жесткость изменяется ступенчато, с заданным "шагом*. Точность расчета зависит от величины поэтапного изменения жесткости (от величины 'шага*).

2.3.    Расчеты, выполненные по указанной методике, показывают, что принятые упрощающие предпосылки позволяют с достаточной точностью описать поведение здания при увеличении горизонтальной нагрузки. Достаточная точность расчета достигается при изменении жесткости элементов на каждом этапе не более чем на 30%.

2.4.    Для расчета упругой системы целесообразно использовать метод перемещений. Алгоритм расчета реализуется в пpo

ll) ₀

Здесь под жесткостью элемента принято отношение усилия к деформации (см* рис.2).

3* Конструктивные требования

3.1.    Сейсмостойкость каркасного здания обеспечивается выполнением требований СНиП [ 1J и других нормативных документов по сейсмостойкому строительству. Допускается выполнять проектирование с учетом реальных сейсмических воздействий и нелинейной работы материалов и конструкций.

3.2.    Особое внимание необходимо уделять проектированию узлов каркаса и опорных участков стоек и ригелей, прочность и жесткость которых в решающей степени определяют прочность и жесткость всей системы.

3.3.    При конструировании элементов следует предусматривать возможность их пластического разрушения (по растянутой арматуре) и исключать опасность хрупкого разрушения (по сжатой зоне бетона или от среза ). Для этого количество растянутой арматуры следует принимать не более 1,5% площади сечения бетона.

Рамные узлы рекомендуется проектировать таким образом,что-бы выполнялось условие Ч\п/Чо^10. Только в этом случае, как правило, обеспечиваются благоприятные условия пластического деформирования всей конструктивной системы, т.е.    [2,3,6].

3.4.    Центральную зону узла следует армировать горизонтальными сетками, которые рекомендуется приваривать к продольной арматуре. Целесообразна также установка по всей ширине зоны узла стержней, наклоненных под углом 45 и 135 и должным образом заанкеренных. Рекомендуемые способы армирования узла приведены на рис.4.

3.5.    Продольную рабочую арматуру следует выполнять из стали класса А-1тА—III диаметром не более 32 мм.

3.6.    Каркас рекомендуется выполнять из керамзитобетона марки не ниже '200' Керамзитобетон должен быть плотной структуры, однородным и соответствовать требованиям, предъявляемым к конструктивному бетону.

Для уменьшения усадочных деформаций следует применять жесткие бетонные смеси, в которых в качестве мелкого заполни -теля используется плотный песок.

3.7.    Для замоноличивания стыков сборных элементов рекомендуется применять тяжелый бетон прочностью на ступень    выше

прочности бетона соединяемых конструкций.

Рис.4. Схемы армирования рамных узлов: а - уз ел каркаса из керамзитобетона, испытанный на вибрационной

машине; б - узел, приведенный в [ 6 J

3.8. Площадь расчетной арматуры сеток зоны узла следует принимать с коэффициентом 1,1, так как прочность керамзитобетона на растяжение меньше!чем тяжелого бетона.

ЛИТЕРАТУРА

1. СНиП И-А. 12-69. Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования. М.; 1970 г.

2* Рекомендации по расчету прочности и жесткости железобетонных рам с нелинейными диаграммами деформирования узлов и элементов на горизонтальные нагрузки. - М.: ЦНИИЭП жилища,

1976.

3.    Шапиро Г.А., Захаров В.Ф., Оганян А.А*,Фрайнт М. Я, О прочности и жесткости элементов железобетонных рам* В кн.: Исследование работы конструкций жилых зданий,- М»: ЦНИИЭП жилища, 1974.

4.    Эрлихман Л.Я. Эффективность применения керамзитобетона в несущих каркасах сейсмостойкости зданий. В кн.:    Прогрес

сивные проектные решения зданий и сооружений для сейсмических районов на 1971-75 гг. - Фрунзе: 1971.

5.    Эрлихман Л. Я. Опыт проектирования сейсмостойкого гражданского здания с каркасом из керамзитобетона.- В кн.: Рабо-

та конструкций жилых зданий из крупноразмерных элементов,- М., ЦНИИЭП жилища, 1977.

6* Park R_M Payloy Т. Reinforced Concrete Structures. WUay, New-Work, 1975*

7, Рекомендации по расчету крупнопанельных зданий с учетом нелинейной работы конструкций - М., ЦНИИЭП жилища, 1978.

СОДЕРЖАНИЕ

!• Общие положения

2.    Расчетная модель здания для построения зависимости (J* ^

при статическом воздействии горизонтальных нагрузок . ...    5

3. Конструктивные требования    ........... ..7

Литература........................ ................. ......8

Редактор Р*М.Любина Технический редактор Л.А*Харитонова

Л, 94932 Подписано к печати 15/У 1-1979 г* Формат 70x90/16 Офс. 70 гр. Школьный п/ж Печ*л. 0_#5    Учлзд,л.    0,6

Изд. зак* N? 14 Тип. зак, № 303 Тираж 300 экз. Цена 10 к.

Ротапринт ОМП ЦНИИЭП жилища

127434, Москва, Дмитровское шоссе, 9, корп. Б

т. 216-41 -20