ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА МОНОЛИТНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЗДАНИЙ С УЧЕТОМ ОБРАЗОВАНИЯ ТРЕЩИН И ДЕФЕКТОВ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

На сегодняшний день в гражданском строительстве широко применяется возведение монолитных железобетонных многоэтажных зданий и сооружений. Основная причина предпочтения строительства зданий из монолитного бетона с применением методов современных технологий возведения - это неограниченная свобода выбора архитектурнопланировочных решений здания и его объемно-пространственного решения. Такие здания заметно выделяются среди окружающей застройки оригинальной пластикой и нестандартными решениями фасадных плоскостей. Не редко комбинируют различные строительные системы, возводя не только "чисто" монолитные здания, но и монолитно-панельные, монолитно-кирпичные. При этом железобетонные конструкции должны быть сконструированы таким образом, чтобы с достаточной надежностью предотвратить возникновение предельных состояний [1].

При возведении монолитных железобетонных конструкций строящихся зданий имеет место образование многочисленных дефектов изготовления монолитных конструкций (отдельные конструкции и участки конструкций с заниженной прочностью бетона; непробетонированные и некачественно провибрированные участки несоблюдение технологии установки опалубки, некачественно выполненные рабочие швы в конструкциях, образованные при бетонировании, гравелистая поверхность, раковины, каверны, недостаточный защитный слой бетона, трещины). Кроме того, при установке арматуры может происходить нарушение технологии производства арматурных работ: могут быть допущены ее смещения с проектного положения. Характерные дефекты и повреждения, обнаруженные в строящихся монолитных зданиях, приведены на рисунке 1.

Образование вышеуказанных трещин и дефектов приводит к снижению жесткости монолитных конструкций, повышению их деформативности, перераспределению усилий в конструкциях, что должно учитываться в расчетах.

Рисунок 1. Характерные дефекты и повреждения, обнаруженные в строящихся монолитных зданиях: а - многочисленные трещины в монолитной колонне; б - трещина в балке перекрытия на опоре и разрушение защитного слоя бетона; в - разрушение защитного слоя бетона; г - трещины в колоннах

Строительные несущие конструкции здания воспринимают постоянные (от собственного веса несущих и ограждающих конструкций, веса кровли, междуэтажных перекрытий, перегородок, конструкций лестниц), временные (снеговые, ветровые, временные на перекрытия) и динамические (пульсация ветра, сейсмика) нагрузки. Для оценки прочности и деформативности монолитных железобетонных конструкций с выявленными дефектами были использованы конечно-элементные модели зданий. Статические и динамические расчеты несущих конструкций здания выполнены с использованием интегрированной системы прочностного анализа и проектирования конструкций «SCAD Office» (пример расчетной конечно-элементной схемы здания представлен на рисунке 2).

Рисунок 2. Пространственная расчетная конечно- элементная схема здания

Особенность расчета представляет собой использование конечно-элементных моделей. Для этого в расчетные пространственные модели зданий были внесены изменения, моделирующие выявленные дефекты и повреждения, параметры которых были получены в ходе выполненных обследований. Так, например, для моделирования в расчетной схеме трещин выполнен анализ образования, расположения трещин, их ориентации, по результатам которого были выбраны конструкции с наиболее часто встречающимися трещинами.

На выбранных конструкциях выполнена верификация размеров и форм конечных элементов, расположения арматуры в трещинах, формы и ширины раскрытия трещин. При этом трещина моделировалась разделением пластинчатых конечных элементов на отдельные элементы, между которыми вводилась арматура как стержневой конечный элемент. Примеры моделирования трещин и дефектов представлены на рисунках 3…5.

Для конструкций с большим количеством трещин (сетка трещин по всей площади конструкции) моделирование производилось уменьшением модуля упругости материала. Кроме того, в расчетную схему вводилась фактическая прочность бетона, которая определялась в конструкциях разрушающими (отрыв со скалыванием) и неразрушающими (ультразвуковым и ударно-импульсным) методами.

Рисунок 3. Моделирование трещин шириной раскрытия более 0,4 мм

Рисунок 4. Моделирование трещин шириной раскрытия менее 0,4 мм

Рисунок 5. Моделирование дефектов в балках перекрытия : а – моделирование трещин в узлах сопряжения колонн с балками перекрытия; б – моделирование трещин в балка перекрытия

Выполнение конструктивных расчетов монолитных железобетонных несущих конструкций зданий с учетом имеющихся дефектов и повреждений показывают, что для ряда конструкций несущая способность не обеспечивается. Для таких конструкций разрабатываются рекомендации по их усилению. Кроме того, выдаются рекомендации по устранению дефектов и повреждений, которые позволят завершить строительство и обеспечить безопасную эксплуатацию жилых монолитных домов.

Список литературы:

1. СП 52-103-2007. Железобетонные монолитные конструкции зданий / ФГУП «НИЦ «Строительство». – М. ФГУП НИИЖБ, 2007. – 18с.
2. СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. Актуализирован- ная редакция СНиП 2.01.07-85*. – М.; 2011. – 88 с.
3. Плевков, В.С. Оценка прочности и трещиностойкости железобетонных конструкций по российским и зарубежным нормам / В.С. Плевков, А.П. Малиновский, И.В. Балдин // Вестник ТГАСУ - Томск, 2013, №2 (39), С. 144-153.
4. Плевков, В.С. Оценка несущей способности монолитных железобетонных конструкций строящихся жилых домов с учетом образования трещин и дефектов / В.С. Плевков, И.В. Балдин, С.В. Балдин//Научные труды общества железобетонщиков Сибири и Урала. Выпуск 11. Новосибирск: изд-во СГУПСа, 2013. - С.3-8