Сейсмостойкость системы КБК подтверждена

Статья в журнале «Проектирование и строительство в Сибири» №4, 2008
СЕЙСМОСТОЙКОСТЬ системы КБК ПОДТВЕРЖДЕНА ИСПЫТАНИЯМИ
Конструкции безригельного каркаса «КБК» предназначены для применения в
различных регионах России, в том числе в районах с сейсмичностью 7-9 баллов.
Ориентировочная область применения «КБК» для строительства многоэтажных зданий в
сейсмических районах приведена в документации КБК (сертификат соответствия №
РОСС RU.CP48.C00047 от 05.04.2007г.)
Для оценки и подтверждения пригодности системы на основе конструкций
безригельного каркаса для строительства в сейсмических районах с 22 по 29 августа 2008
года по заказу ООО ПЦ «КУБ-Сибирь» в г. Перми проведены статические и динамические
испытания фрагментов здания из элементов на основе системы «КБК» в натуральную
величину с целью ее обоснованного применения в строительстве на площадках
сейсмичностью 7-9 баллов по шкале MSK-64.
Испытания были проведены Некоммерческой организацией «Российская
Ассоциация по сейсмостойкому строительству и защите от природных и техногенных
воздействий» (НО РАСС) при участии ОАО "12 Военпроект" (г.Новосибирск), ООО «КБКУрал» (г.Пермь), ФГУП «ЦПО» при Спецстрое России (г.Воронеж).
На испытания также были приглашены представители ГАСН Пермского края.
Оценке были подвергнуты принципиальные технические решения зданий на
основе конструктивной системы «КБК» - конструкции безригельного каркаса для
многоэтажных жилых и общественных зданий. Особое внимание было уделено
исследованию работы узлов соединений колонн между собой и с плоским
безригельным перекрытием при различных видах силовых воздействий: статическом и
динамическом.
Подготовка к проведению испытаний длилась около года. За это время
специалистами НО РАСС во главе с академиком Российской академии архитектуры и
строительных наук Я.М.Айзенбергом была разработана и рассчитана программа
испытаний. 12 Военпроектом запроектированы, а на территории завода ООО «КУБСтройкомплекс» построены два трехэтажных фрагмента здания на основе системы
«КБК».
Фрагменты здания для испытаний были скомпонованы таким образом, чтобы
иметь возможность комплексно проводить поэтапное нагружение фрагментов по этажам;
статические испытания фрагментов с различными соотношения жесткостей каркаса и
элементов, воспринимающих горизонтальные нагрузки; динамические испытания
каркаса по рамной и рамно-связевой схеме.
В основу компоновки двух опытных фрагментов безригельного каркаса положено
планировочное решение 3-х-этажной блок-секции. Фрагменты 1 и 2 имеют размеры в
плане 6 х 12 метров и располагаются на фундаментной плите. Расстояние между
фрагментами составило 1,5 метра и позволило разместить в этом габарите
гидравлические домкраты для проведения испытаний фрагментов в режиме
знакопеременного статического нагружения.
В первом фрагменте горизонтальные усилия воспринимались железобетонными
связями, во втором фрагменте - путем устройства железобетонных диафрагм жесткости.
Фрагменты обладают различной жесткостью в горизонтальном направлении.
К испытаниям приступили после набора прочности фрагметов. Оценка прочности
и жесткости конструкции перекрытия проводилась как в вертикальном направлении, так
и в своей плоскости в статическом и динамическом режимах нагружения.
Рисунок 1 - Общий вид фрагментов (в процессе испытаний)
Рисунок 2 - Схема испытаний фрагментов с обозначением конструктивных элементов
и силовых установок
Для статического нагружения фрагментов использовались гидравлические
домкраты с усилием до 200 тонн. В динамических испытаниях мощные вибраторы
устанавливались на покрытии каждого из фрагментов.
В качестве возбудителя гармонического динамического воздействия был
использован вибровозбудитель вынужденных колебаний, представляющий собой
вибрационную машину инерционного действия ВИД – 12У.
Трехэтажный фрагмент с жесткостями в виде раскосных связей был доведен до
предельного состояния.
Экспериментальные исследования проводились параллельно с численным
моделированием и сравнением полученных в результате данных для корректировки
принятой расчетной схемы фрагмента, с последующим применением полученных данных
на объекты большей высоты.
В ходе испытаний узлы соединения колонн между собой и с плоским
безригельным перекрытием, а также соединения перекрытий между собой при
максимальных нагрузках предельного состояния не достигли.
Прочностные характеристики, при равных нагрузках, фрагмента с диафрагмами
жесткости более устойчивы, чем фрагмента с железобетонными связями жесткости.
По предварительным выводам, специалисты НО РАСС характеризуют систему
КБК как пригодную для строительства в сейсмических районах и рекомендуют ее к
использованию.
1. В результате комплексных испытаний фрагмента здания на основе элементов
«КБК» - конструкций безригельного каркаса, реализованных в г. Перми на заводе ЖБИ
ООО «КУБ – Стройкомплекс»:
-
исследованы
общие
закономерности
деформирования
фрагмента,
его
конструкций, узлов соединений колонн между собой и с плоским безригельным
перекрытием при различных видах (статическом и динамическом) и уровнях приложения
силовых воздействий;
- выполнена принципиальная оценка фактической работы конструкции сборномонолитного перекрытия в вертикальном направлении и в своей плоскости;
-
получены
собственных
зависимости
колебаний,
динамических
декремент)
для
характеристик
различных
фрагментов
уровней
(периоды
статического
и
динамического нагружения (деформирования);
- проведен сравнительный анализ эффективности принятых технических решений
безригельного каркаса по восприятию горизонтальных нагрузок:
с использованием связей;
с устройством диафрагм жесткости.
2. Фрагменты для испытаний были скомпонованы таким образом, что позволили
получить:
- поэтажные диаграммы деформирования фрагмента;
- сравнимые между собой показатели действующих нагрузок и соответствующих им
перемещений для фрагментов с различными соотношения жесткостей каркаса и
элементов, воспринимающих горизонтальные нагрузки;
- динамические характеристики каркаса по рамной и рамно-связевой схеме, при
различном уровне повреждений.
3. Экспериментальные исследования проводились параллельно с численным
моделированием и сравнением полученных в результате данных для корректировки
принятой расчетной схемы фрагмента, с последующей аппроксимацией полученных
данных на объекты большей высоты.
4. Результаты испытаний и последующего анализа подтвердили:
- пониженный (в 2,0 – 2,5 раза), в сравнении с нормативными значениями (5%),
уровень затухания конструкции каркаса на основе элементов системы «КБК»;
- достаточную надежность и принципиальную возможность использования принятой в
«КБК» конструкции узла соединений колонн и перекрытий, а также перекрытий между
собой для строительства в сейсмических районах Российской Федерации, при
обеспечении надлежащего качества их исполнения;
- необходимость проведения расчетного анализа зданий при пониженном затухании, с
учетом податливости перекрытий.
Кроме того, выявлена неэффективность принятого в системе «КБК» устройства
железобетонных связей для восприятия сейсмических нагрузок более высокого уровня, а
также для зданий большей высоты, для которых диафрагмы жесткости рекомендуется
устраивать в традиционной для сейсмических районов постановке (строго между
колоннами).
5. Как показывается практика, сейсмостойкость зданий, запроектированных и
построенных на основе системы «КБК» сильно зависит от качества проектирования и
строительства. Поэтому ее внедрение при условиях, отличных от выше указанных,
должно осуществляться путем:
- строительства экспериментальных объектов, при обязательном научно-техническом
сопровождении специализированной научно-исследовательской организации в области
сейсмостойкого строительства;
-
введения
единой
для
всех
участников
процесса
системы
«коллективной
ответственности», которая реализуется на единой научно-методологической основе
путем установления соответствующих требований (стандартов) к проектированию и
строительству, включая сертификацию (аттестацию) специалистов (организаций).
Таким образом, в г.Перми с участием научно-исследовательских, проектных и
строительных организаций проведены уникальные по масштабу и привлеченным
научным
силам
экспериментально-теоретические
исследования
сейсмостойкости
безригельного каркаса КБК. Результаты испытаний позволят оценить и подтвердить
соответствие конструкций безригельного каркаса «КБК» для применения в строительстве
в сейсмических районах.
Детальный отчет по результатам эксперимента с графическими материалами и
общие принципы построения системы «коллективной ответственности» будут
опубликованы в очередном номере журнала «Проектирование и строительство в
Сибири» и «Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений» № 6/2008.