Блоки из ячеистого бетона для несущих и ограждающих конструкций сейсмостойких зданий и сооружений 05. 23. 01 Строительные конструкции, здания и сооружения

Вид материала

Автореферат

Содержание Цель работы Научную новизну работы составляют Практическое значение работы Объем и структура работы. Краткое содержание работы 1 Состояние вопроса и задача исследования Основными задачами Основными задачами Стенд№1 из плоскости. Стенд №1 в плоскости 2 Вибродинамические испытания многоэтажного жилого дома с заполнениями и перегородками из газоблоков 3 Динамические испытания фрагмента жилого дома с несущими стенами из ячеистого бетона 4 Расчетно-теоретический анализ фрагмента жилого дома с несущими стенами из газоблоков Д. Способность рассматриваемой конструктивной системы к развитию пластических деформаций можно оценить при помощи коэффициента п Таблица 20 – Значения коэффициентов  Список опубликованных работ по теме диссертации RESUMEOmarov Zhasulan Amanzholovich Омаров Жасулан Аманжолович

Подобный материал:

• Программа для вступительного экзамена в аспирантуру по специальности 05. 23. 01 "Строительные, 46.7kb.
• Здания из легких металлоконструкций, 66.03kb.
• Свод правил по проектированию и строительству сп 13-102-2003 "Правила обследования, 1033.77kb.
• Контрольные вопросы по дисциплине «Строительные конструкции», 27.8kb.
• Живучесть железобетонных пространственных рамно-стержневых конструкций с выключающимися, 274.37kb.
• Институт Менеджмента Информационных Систем Изучаемая программа, 375.9kb.
• Мониторинг напряженно-деформированного состояния несущих конструкций высотных зданий, 107.31kb.
• Бизнес-план производства металлопластиковых окон и конструкций, 278.2kb.
• Од знаменателен тем, что в его середине исполняется 10 лет со дня принятия новых нормативов, 182.16kb.
• Лектор: доц. Педиков, 117.83kb.

УДК 624.01/07 На правах рукописи


Омаров Жасулан Аманжолович


блоки из ячеистого бетона для несущих и ограждающих конструкций сейсмостойких зданий и сооружений


05.23.01 – Строительные конструкции, здания и сооружения


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Республика Казахстан

Алматы, 2010

Работа выполнена в Казахском научно-исследовательском и проектно-экспериментальном институте сейсмостойкого строительства и архитектуры

(КазНИИССА)

Научный руководитель:	кандидат технических наук – (05.23.01) профессор Ашимбаев М.У.
Официальные оппоненты:	доктор технических наук – (05.23.01), Сахи Д. М. кандидат технических наук – (05.23.01), Абдыбалиев М.К.(Кыргыстан)
Ведущая организация:	Казахский Национальный Технический Университет им. К.И. Сатпаева

Защита состоится «29» октября 2010 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д14.50.04 при Международной образовательной корпорации на базе Казахской головной архитектурно-строительной академии (КазГАСА) по адресу:

050043, Республика Казахстан, г. Алматы, ул. Рыскулбекова, 28, Зал Ученого Совета, тел.: (727) 229-46-11, факс: (727) 220-59-79,

e-mail: kazgasa@itte.kz


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахской головной архитектурно-строительной академии по адресу: 050043, г. Алматы, ул. Рыскулбекова, 28.


Автореферат разослан «27» октября 2010 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н. академик, профессор Д.М. Байтурсунов

Введение

Актуальность работы. Территория юга и юго-востока Казахстана является одной из наиболее сейсмоактивных зон среднеазиатского сейсмического региона. Сейсмические районы Казахстана занимают порядка 18% от общей площади территории республики. Здесь проживают более 6 млн. человек, т.е. примерно 40% от общей численности населения Казахстана. При этом численность населения, проживающего в 9-балльной зоне составляет 1,7 млн. человек (в том числе в г. Алматы – 1,2 млн. человек); в 8-балльной зоне – 1,1 млн. человек; в 7-баллной зоне – 2,0 млн. человек и в 6-баллной зоне – 1,2 млн. человек.

В настоящее время в Республике Казахстан наблюдается строительство зданий и сооружений с различными конструктивными решениями, в том числе и в сейсмически активных районах. В этой связи заслуживает особого внимания крупнейший мегаполис республики г. Алматы. Город Алматы и прилегающие территории расположены в зоне ВОЗ с повышенной сейсмической активностью (8, 9 и более баллов) и отличается повышенной плотностью населения (3700 чел. На 1 км²) и застройки (80 тыс. м² на 1 км², в том числе жилой – 60 тыс. м² на 1 км²).

Как показывает опыт землетрясений последних лет основными повреждающими конструкциями современных зданий, являются ненесущие конструкции (перегородки, ограждения и т.д.). Именно ненесущие конструкции приносят основной ущерб зданиям, даже при целостности несущих конструкций. Повреждения и разрушения несущих, самонесущих и ненесущих стен, обусловленные отсутствием или недостаточ­ностью мероприятий по обеспечению их сейсмостойкости, являются характерными последствиями сильных землетрясений.

Результаты исследований направлены на обеспечения сейсмобезопасности людей, проживающих в сейсмических районах, и снижение сейсмических и экономических рисков.

Цель работы – обоснование и экспериментальная проверка возможности применения легкобетонных конструкций из ячеистого бетона в качестве перегородок, ненесущих стен, а также несущих конструкций зданий, расположенных в сейсмических районах Казахстана.

Для достижения поставленной цели было намечено решить следующие основные задачи:

- выявить особенности поведения ненесущих стен из газобетонных блоков в системах каркасных зданиях при действии динамических нагрузок;

- определить конструктивные мероприятия, обеспечивающие сейсмостойкость ненесущих стен из газоблоков и проверить эффективность рекомендованных мероприятий при испытаниях натурного объекта;

- разработать конструктивные решения несущих стен из газобетонных блоков и выявить особенности их поведения при действии динамических нагрузок;

- установить допустимую область применения несущих стен из газобетонных блоков;

- выполнить прогноз состояния несущих и ненесущих стен из газоблоков при реальных сейсмических воздействиях на здания;

- разработать Рекомендации по проектированию и строительству зданий с ненесущими и несущими стенами из газоблоков в сейсмических районах.

Научную новизну работы составляют:

а) данные, характеризующие эффективность разных конструктивных вариантов антисейсмического усиления стеновых заполнений и перегородок, предназначенных для применения в зданиях жестких и гибких конструктивных систем;

б) данные о горизонтальных перекосах ненесущих стен из газобетонных блоков, при которых их повреждения можно считать допустимыми;

в) определение допустимой области применения зданий с несущими стенами из газобетонных блоков в сейсмических районах;

г) результаты прогноза состояния несущих и ненесущих стен из газоблоков при реальных сейсмических воздействиях на здания.

Практическое значение работы заключается в разработке Рекомендаций по проектированию и строительству «Ограждающие конструкции индивидуальных жилых домов, возводимых в сейсмических районах с применением эффективных материалов».

Апробация результатов работы. Основные научные положения и результаты диссертационной работы были доложены и одобрены на международной конференции молодых специалистов, «Современное сейсмостойкое строительство» (КазНИИССА, 2-4 июня 2004 г., 5-7 июня 2006 г, 5-6 июня Алматы, 2008 г.), на международной конференции International Conference on Earthquake Engineering "Earthquake Engineering in the 21st Century-IZIIS 40 EE-21C", (Skopje/Ohrid, Macedonia 27 Аugust 1 September 2005), 1st ECEES First European Conference on Earthquake and Seismology (CICG, Geneva, Switzerland 3-8 September 2006 ), на шестом всеукраинской научно-практической конференции «Строительство в сейсмических районах Украины»» (25-29 сентября Ялта, Украина, 2006 г.), на VII Российской национальной конференции по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию с международным участием» Сочи, 27 августа - 3 сентября 2007 г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ, в том числе Республиканский нормативно-технический документ «Ограждающие конструкции индивидуальных жилых домов, возводимых в сейсмических районах с применением эффективных материалов». Данный документ составлен в развитие СНиП РК 2.03-30-2006 «Строительство в сейсмических районах».

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста, в том числе 41 таблицах, 92 рисунках, 20 формул, 32 диаграмм и списка литературы из 104.


Краткое содержание работы

Во введении обосновывается актуальность выбранного направления исследований, формулируются цели работы, излагается методика проведения исследований и задачи диссертационной работы.


1 Состояние вопроса и задача исследования


В главе приводится обзор опыта строительства зданий в сейсмических районах. Технико-экономическое обоснование выбора типа строительных конструкций представляет собой важнейшее звено при проектировании зданий и сооружений.

Несмотря на бурное развитие индустриальных методов домостроения, мелкоштучные изделия (кирпич, и блоки, изготовленные из разных видов бетона) по-прежнему находят широкое применение в строительстве, как многоэтажных, так и индивидуальный зданий и сооружений. В строительстве применяют как естественные, так и искусственные каменные материалы. Основные стеновые конструкции выполняются из следующих материалов, как-то собственно блоки (камень, кирпич и т. д.) и кладочного раствора.

На территории города активно ведется строительство индивидуального жилья, доля которого растет. Как правило, такое строительство осуществляется без достаточного конструктивного и расчетного обоснования проектов, без должного контроля качества работ и материалов. Это в ряде случаев не позволяет отнести такие дома к группе сейсмостойких.

Появление в последние годы на строительном рынке Республики Казахстан ряда новых эффективных материалов и изделий (ячеистых бетонов, полистиролбетонов, пустотелых блоков) позволяет, по крайней мере, отчасти, решить проблему теплозащиты и уменьшить вес ограждающих конструкций зданий. В тоже время, широкое внедрение в сейсмостойкое строительство новых материалов и изделий невозможно без предшествующей разработки соответствующих конструктивно-нормативных документов, регламентирующих требования к конструктивным решениям стен, возводимых с их применением.

Внедрение в практику сейсмостойкого строительства современных эффективных материалов и изделий заводского изготовления, хотя и несколько увеличивает затраты на возведение малоэтажных индивидуальных жилых домов, существенно повышает их антисейсмическую надежность. Одним из наиболее распространенных материалов в области строительства является газобетон (ячеистый бетон).

На данный момент за рубежом работает около 200 заводов по производству ячеистого бетона автокланового твердения, производящих около 40 миллионов кубических метров изделий в год.

Ячеистый бетон имеет малый вес, хорошую теплоизоляционную способность, легко обрабатывается любым режущим инструментом, пилится, штрабится — это делает его применение особенно привлекательным. Стены, выполненные из газобетона, полностью соответствуют новым требованиям СНиП по сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций жилых и общественных зданий. Коэффициент теплопроводности газобетона в сухом состоянии — 0,12 Вт/м °С, при влажности 12%–0,145 Вт/м °С.

Для сравнения приведем ряд сравнительных характеристик различных стеновых материалов по некоторым свойствам в таблице 1.


Таблица № 1 – Сравнительные характеристики стеновых материалов

Наименование строительного материала	Плотность кг/м3	Теплопроводность Вт/мк	Необходимая толщина стен, см
Кирпич силикатный	1800	0,85	270,0
Кирпич глинистый пустотелый	1400	0,64	195,0
Керамзитобетон	1150	0,5	155,0
Пенобетон	400	0,1	40,0
Ячеистый бетон	400	0,07	35,0

Традиционное применения газоблоков в мировой практике в сейсмостойком строительстве – устройство в зданиях ненесущих ограждающих стен и перегородок. Вопросы применения газоблоков для кладки несущих стен сейсмостойких зданий менее изучены.

Согласно положениям СНиП РК 2.03-04-2001 «Строительство в сейсмических районах», а на момент проведения основных исследований действовал этот СНиП, для кладки несущих стен зданий допускалось применять бетонные камни и блоки из бетона класса не ниже В3,5, а значение временного сопротивления кладки осевому растяжению по неперевязанным швам (нормальное сцепление) должно было быть не менее 120 кПа (1,2 кгс/см²) и для ненесущих стеновых конструкций 60 кПа (0,6кгс/см²).

Для определения физико-механических характеристик газоблоков, было испытано 15 кубиков. Предел прочности при сжатии газоблоков определялся на образ­цах-кубиках. Образцы-кубиков были поставлены компанией ТОО «Конкрит-Продакс».

Дисперсия σ² – показателей прочности образцов вычислялась по формуле:

(1)

где R_ср - среднее значение прочности образцов из газоблоков на сжатие, R_i - прочность образцов из газоблоков на сжатие, n - количество испытанных образцов из газоблоков .

(2)

σ- среднее квадратичное отклонение;

₍₃₎


ν – коэффициент вариации.

(4)

Средняя прочность на сжатие газоблоков, применяемых в строительстве, составила 28,6 кг/см², а прочность сцепления кладки осевому растяжению по непере­вязанным швам 0,605 кг/см².

Для исследований влияния заполнения на работу каркаса и учета возможности применения легкобетонных конструкций был проведен комплекс испытаний:

на специальном стенде №1, представляющем собой ячейку двухэтажного каркас­ного здания и с перекрытиями из монолитного железобетона;

на специальном стенде №2, представляющем собой ячейку двухэтажного стального каркаса с перекрытиями из монолитного железобетона;

Основными задачами для стенда №1 являлись:

• проверка фактической прочности стеновых заполнений каркасов и перегородок с разными вариантами антисейсмического усиления;
  
• выявление конструктивных решений, обеспечивающих рассматриваемым ненесущим конструкциям необходимую степень сейсмостойкости при наименьших затратах на антисейсмическое усиление;
  
• разработка предложений по совершенствованию конструктивных решений заполнений и перегородок, выполняемых в каркасных зданиях с диафрагмами жесткости;
  
• определение направлений дальнейших исследований.
  

Основными задачами для стенда №2 определялись:

а) выявление особенностей поведения и целесообразной области применения перегородок и ограждающих стен, имеющих соединения с несущими конструкциями зданий:

- не обеспечивающие их раздельную работу;

- обеспечивающие (в заданных пределах) их раздельную работу;

б) проверка эффективности принятых конструктивных решений ненесущих стеновых конструкций и их соединений с несущими конструкциями зданий.

Колебания обоих стендах возбуждались вибромашиной инерционного действия типа В-2. На стенде №1 на некоторых этапах испытаний на покрытие стенда устанавливалась еще одна вибромашина (В-1), ориентированная в ортогональном направлении к первой.

Объектами экспериментальных исследований на стенде 1 являлись три фрагмента стенового заполнения из газоблоков толщиной 365 и 400 мм, (объекты I, II и III) и один фрагмент стенового заполнения толщиной 200 мм (объект IV).

Объекты I, II и III изучались при нагрузках действующих из плоскости, а объект IV - в своей плоскости.

Объект I был выполнен без каких-либо антисейсмических усилений (рисунок 1-а).

Объект II выполнен в виде заполнения между двумя колоннами из пустотелых бетонных блоков (вертикальные каналы, образованные пустотами в блоках, были армированы и заполнены бетоном; продольная арматура колонн была заанкерена в плитах перекрытий стенда). Горизонтальный шов кладки под верхним рядом газобетонных блоков был армирован одиночным стержнем, расположенным в специально выполненном пазу, заполненном цементно-песчаным раствором; концы стержня были заанкерены в колоннах. В местах примыкания объекта II к междуэтажным перекрытиям были предусмотрены связи в виде уголков, закрепленных к междуэтажным перекрытиям на пристрелке дюбелями (рисунок 1-б).

Объект III (рисунок 1-в) был выполнен в виде фрагмента стенового заполнения, закрепленного к колоннам стальными уголками и пластинами. Проем, предусмотренный в объекте III, был обрамлен стойками и балками из прокатных стальных профилей, устанавливаемых в специальные прорези в газоблоках. Все стальные элементы объекта III были закреплены к несущим конструкциям (колоннам и перекрытиям) на пристрелке дюбелями.

Объект IV (рисунок 1-г) был усилен стойками из прокатных стальных профилей, закрепленных к перекрытиям стенда болтами с распорными устройствами.

Объект I (а) Объект II (б)


.


Объект III (в)





Объект IV (г)





Рисунок 1(а, б, в, г) – Стенд №1. Конструктивные решения объектов I- IV


На стенде №2 – объектами экспериментальных исследований, были одиннадцать фрагментов ненесущих стен толщиной 200 мм из газобетонных блоков (объекты V-XV). Объекты V-XIII имели соединения, обеспечивающие раздельную работу стен и несущих конструкций каркаса, а объекты XIV-XV изучались в своей плоскости.

Конструктивные решения были приняты по экспериментальным данным стенда №1. Принципиальные конструктивные решения объектов показаны на рисунке 2 (а, б, в).






Верхний узел закрепления стойки в объектах V-XII, XIV, XV (а)


Верхний узел закрепления стойки в объектах XIV (б)