Обеспечение монолитности смешанных конструкций
На основании приведенных данных разрушений реальных объектов и результатов выполненных исследований видно, что если проектирование ведется правильно, то смешанные конструктивные системы имеют ^фошие сейсмостойкие свойства. При проектировании смешанных щаструктивных систем важно обращать внимание на показатели сейсмостойкости и конструктивное решение узлов. В этом параграфе обсуждаются вопросы обеспечения совместной работы элементов конструктивной системы здания, следующий параграф посвящен конструированию узлов.
Проектирование конструктивных систем
Смешанные конструктивные системы часто проектируют, как системы, которые состоят из железобетонных ядер жесткости и стальных каркасов. Центральный вопрос при проектировании такой системы - учет совместной работы ядра жесткости и внешнего стального каркаса.
При проектировании зданий для повышения сейсмостойкости смешанных конструктивных систем существуют два подхода:
- усиливать ствол ядра жесткости, чтобы он смог выдерживать главные сейсмические воздействия;
- усиливать внешний каркас, чтобы он воспринимал часть сейсмической нагрузки.
При проектировании высотных зданий со сложной конструктивной схемой часто применяют оба подхода одновременно для обеспечения максимальной безопасности здания.
Повышение сейсмостойких свойств цилиндрических ядер жесткости
Железобетонные ядра жесткости благодаря повышенной жесткости воспринимают главные сейсмические воздействия. Некоторые ученые считают, что стены-диафрагмы выдерживают все поперечные силы, каркас - только вертикальные. Но в этом случае требования к стенам-диафрагмам нижних этажей I значительно повышаются. Если, при сейсмических воздействиях железобетонные стены-диафрагмы ствола разрушаются, сейсмические нагрузки перераспределяются на каркас и если каркас не может выдерживать такие сейсмические воздействия, целостность всего здания находится под угрозой.
Сейсмостойкие свойства зданий со смешанной конструктивной системой в значительной степени зависят от конструкций ядер жесткости, поэтому необходимо проводить мероприятия, чтобы повысить их жесткость:
- обеспечить целостность углов ядёр Жесткости за счет, увеличения количество арматуры в углах, особенно в углах нижней части ствола;
- осуществлять регулирование поперечных сил в стенах-диафрагмах, за счет увеличения толщины стены;
- в стенах-диафрагмах ствола установить многослойное армирование и при необходимости, на уровнях отметок этажей здания устанавливать скоростные железобетонные балки;
- неразрезные балки необходимо проектировать с применением нахлестки арматурных стержней;
- дверные проемы в стенах-диафрагмах ствола необходимо проектировать симметричными и обрамлять усиливающими элементами и дополнительным армированием.
Несмотря на то, что железобетонные стены-диафрагмы имеют большую жесткость и высокую прочность, однако при действии поперечных сил их растяжимость очень мала. Даже при проведении перечисленных выше мероприятий их пластичность недостаточна. С целью повышения пластических свойств стен-диафрагм в смешанных конструктивных системах, в стенах устанавливают скрытые опоры, из стальных профилей, железобетона и др.
Повышение пластичности железобетонных стен-диафрагм
Улучшение растяжимости стен-диафрагм из железобетона - одна из главных задач исследований. По результатам исследований специалистов разных стран были предложены следующие мероприятия направленные на повышение пластичности стен-диафрагм.
Для того чтобы повысить пластичность и растяжимость, стен-диафрагм их проектируют с вертикальными швами. Это является эффективным мероприятием, но в при этом, первоначальная жесткость стен-диафрагм сильно снижается. Поэтому это решение не всегда пригодно для высотных зданий. Однако для создания вертикальных швов можно использовать и другие методы. Например, в зоне вертикального шва арматура не разъединяется, или с обоих сторон вертикальных швов устанавливаются скрытые колонны. Используются и другие методы устройства сейсмостойких стен с вертикальными швами. Цель этих методов - минимальное снижение жесткости по сравнению со стенами без вертикальных швов, но обеспечить повышение растяжимости стен-диафрагм.
Железобетонные стены-диафрагмы со скрытыми опорами тоже являются достаточно эффективными при таком решении. К арматуре железобетонных стен-диафрагм добавляют продольную арматуру и хомуты, которые и создают скрытые опоры после укладки бетона. Скрытыми опорами можно существенно улучшить сейсмостойкие свойства стен-диафрагм и повысить диссигативные свойства стен-диафрагм.
Железобетонные стены-диафрагмы с усиливающими профилями
Многочисленные результаты испытаний показали, что при установке на железобетонных стенах-диафрагмах усиливающих изделий в виде профилей можно существенно улучшать сейсмостойкие свойства стен-диафрагм. При сейсмических воздействиях распределение усилий и деформаций в железобетонных стенах-диафрагмах, усиленных профилями при одинаковых условиях гораздо выше, чем у обычных железобетонных стенах-диафрагмах. Жесткость в таких стенах снижается более медленно, диссигативные свойства конструкции во много раз повышается, и разрушение переходит из разрушения хрупкого в разрушение пластическое.
Существует много методов установки профильных изделий на стенах-диафрагмах. Можно устанавливать профили на скрытых колоннах, которые располагаются с двух сторон стен-диафрагм, можно усиливать крайние элементы стен-диафрагм, можно также использовать крайние элементы стен-диафрагм выполненные из профилей, а соединяющие их стальные балки в этом случае образуют каркас. Достаточно эффективным решением является установка стальных панелей или раскосов из профилей. При увеличении числа п^рфйльных изделий несущая способность и растяжимость стен-диафрагм намного повышается.
Для повышения жесткости конструкций здания, иногда могут применяться стены-диафрагмы со стальными панелями. В таком решении стальные панели соединяются с каркасом из профилей, усиливая таким образом жесткость и несущую способность каркаса, а в конечном итоге и сопротивляемость поперечным силам. Чтобы улучшать железобетонных стен-диафрагм сопротивляемость поперечным силам, можно устанавливать также стальные панели на железобетонных стенах-диафрагмах. Стальные панели могут быть непрерывными или с вертикальными швами. Существует много методов соединения стальных панелей с прилегающими элементами.
При проектировании, нужно повышать также изгибную жесткость стен-диафрагм высотных зданий и особенно небоскребов. Для этого можно увеличивать интенсивность продольной арматуры и хомутов в скрытых колоннах. Для особо ответственных участков на оголовке потайных колонн необходимо устанавливать изделия из профилей. Желательно комплексно повышать сопротивляемость стен-диафрагм, изгибу и поперечным силам.
Китайская строительная академия проводила исследования стен-диафрагм со стальными профилями, сравнивая при этом влияние разных методов усиления. Например, сравнивался каркас из профилей со стальными раскосами с установкой стальных панелей с целью нахождения оптимальных методов повышения несущей способности и растяжимости стволов ядер жесткости смешанных конструктивных систем.