Газобетон, газосиликат, газобетонные блоки, ячеистые бетоны   Отправить письмо Центру ячеистых бетонов
О Центре Конференция Статьи Документы Контакты

О Центре

Конференция

2009

2008

Статьи

Документы

Контакты








Статьи

К списку статей

МЕТОДИКА РАСЧЕТА АРМИРОВАННЫХ ИЗГИБАЕМЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АВТОКЛАВНЫХ ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ ИЗГИБЕ И СРЕЗЕ, НА ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ И ДЕФОРМАЦИИ

В.П. Вылегжанин, к.т.н., директор, Центр ячеистых бетонов

В.А. Пинскер, к.т.н., научный руководитель, Центр ячеистых бетонов


В Ленинграде - Санкте-Петербурге уже более 50 лет ведутся исследования по разработке теории прочности и деформаций автоклавных ячеистых бетонов и конструкций из них на базе завода газобетона польской поставки (Домостроительный комбинат № 3 - ДСК-3).

Структура газобетона была представлена в виде совокупности сферических оболочек гексагональной упаковки, разрушающихся от растягивающих усилий по "экватору" сфер, что объясняет хрупкую природу разрушения [1]. Эта работа нашла понимание в Польше [2] и в Академии наук [3] по разделу физико-химической механики. Дальнейшие исследования конструкций, изготовленных на польском оборудовании (Ленинград, Пенза, Павлодар, Ижевск, Темир-Тау и др.), показали, что повышенная их прочность против формул сопротивления материалов, из-за их хрупкости не может быть объяснена параболической, трапецевидной или даже прямоугольной эпюрой напряжений в сжатой зоне изгибаемых и внецентренно сжатых элементов. Тогда было использовано понятие моментных напряжений несимметричной теории упругости, предложенной братьями Коссера [4]. Замеряемый градиент деформаций вызывается равномерно распределенными по сечению моментными напряжениями. Разрушение автоклавного ячеистого бетона происходит тогда, когда упругая энергия от совместного действия равномерно распределенных нормальных, моментных и сдвиговых напряжений достигнет предела энергоемкости материала, определяемого по результатам осевых испытаний призм [4-6]. Использование этой методологии позволило получить формулы для расчета при разных видах напряженного состояния армированных и неармированных конструкций из автоклавных ячеистых бетонов. Полученные результаты расчета показали полное совпадение с результатами расчета по эмпирическим формулам (Пособие к СНиП 2.03.01-84 [10]) и экспериментов [7]. Это дало основание разработать методику расчета армированных изгибаемых газобетонных изделий на прочность при изгибе и срезе, на трещиностойкость и деформации без использования эмпирических коэффициентов [8], [9]. Эта методика приведена ниже.

Расчет по прочности сечений изгибаемых газобетонных балочных элементов производят из условия

,
где - предельный изгибающий момент, который может быть воспринят сечением элемента;
М - действующий максимальный момент для двухопорной балки:

,(1)
где q - расчетная равномерно распределенная нагрузка, включающая собственный вес перекрытия, кг/м2;
b - ширина изгибаемого элемента, м;
l0 - расчетный пролет перекрытия, м.

Разрушение пролетных сечений происходит в сечении с трещиной по двум схемам:
1) от текучести или разрыва арматуры без разрушения газобетона сжатой зоны или при разрушении его после заметной текучести стали (прогиб более l0/50).
2) от раздробления и хрупкого разрушения сжатой зоны без заметных пластических деформаций (нелинейных) растянутой арматуры.

Напряженное состояние сжатой зоны в середине пролета (над трещиной) принимается однородным, вызываемым суммой энергий моментных и нормальных напряжений, равномерно распределенных по площади сжатой зоны, и приравниваемой энергии разрушения призм (при осевом сжатии).
Разрушающий момент для прямоугольного сечения определяется по формуле:

,(2)
где при разрушении по арматуре:

,(3)
при разрушении по бетону:

,(4)
где ; ; ; ; .
- площадь поперечного сечения сжатой арматуры, м2;
As - площадь поперечного сечения растянутой арматуры, м2;
Rsc - расчетное сопротивление сжатой арматуры (в газобетоне), кг/м2;
Rs - расчетное сопротивление растянутой арматуры, кг/м2;
Rb - - расчетное сопротивление газобетона сжатию, умноженное на коэффициент 0,85 при влажности по массе от 25 % и выше и коэффициент длительной нагрузки 0,85; кг/м2
- напряжение в сжатой арматуре, кг/м2;
- предел текучести арматуры, кг/м2;
- расстояние от верхней грани поперечного сечения до оси сжатой арматуры, м;
Es - модуль упругости арматуры, кг/м2;
Eb - начальный модуль упругости газобетона, кг/м2;
- коэффициент армирования сжатой зоны;
μ - коэффициент армирования растянутой зоны;
h0 - рабочая высота сечения (расстояние от верхней грани сечения элемента до оси растянутой арматуры), м;

Если , то разрушение происходит по газобетону;

если , то - по арматуре; при происходит одновременное разрушение по газобетону и арматуре.

Прогиб рассчитывается исходя из рассмотрения действия постоянных и длительных нагрузок. Расчет прогибов от действия длительных нагрузок позволяет учитывать ползучесть газобетона.

Прогиб зависит от жесткости изделия. Минимальная жесткость изделия по сечению над трещиной вычисляется по формуле

, кг/м2, (5)
где

, (6)
- по формуле (4).
Rbn - - нормативное сопротивление газобетона сжатию с учетом влажности и длительности, кг/м2.

Максимальная жесткость (по сечению между трещинами):

, кг·м2, (7)

где h - высота сечения (толщина панели), м;

, (8)
и

, (9)
причем
а - расстояние от нижней грани поперечного сечения до оси растянутой арматуры, м;

Жесткость при изгибающем моменте М определяется по формуле:

, кг·м2, (10)
где

, (11)

, кг·м, (12)
Mult - разрушающий момент по формуле (2) при (формула 4), кг·м;
Mcr - момент трещинообразования, кг·м;

, (13)
где e1 - по формуле (8);
- - нормативная прочность газобетона на растяжение с учетом влажности и длительности, кг/м2;

. (14)
Прогиб f армированных элементов с учетом ползучести определяют по формуле:

, м, (15)
где - прогиб от нормативной нагрузки, м;
- прогиб от длительной нагрузки, м;
- постоянная нагрузка, кг/м2;
- длительная нагрузка, кг/м2, где p1=50+30=80 кг/м2 - часть полезных нагрузок длительного действия для жилых и общественных зданий.
D - марка газобетона по средней плотности, кг/м3.
Прогибы изгибаемых газобетонных изделий не должны превышать предельно допустимой величины при м


Ширина раскрытия трещин определяется по формуле:

, м (16)
где находится из зависимости (4), Bmin - из зависимости (5).

Минимальный момент трещинообразования рассчитывается по формуле:

, кг·м, (17)
где - - расчетная прочность газобетона на растяжение с учетом влажности и длительности, кг/м2;
e1 определяется по формуле (9), а ξ 1 - по формуле (10).

Расстояние начала трещины от оси опоры at рассчитывается по формуле

м, (18)

Расчет прочности опорных сечений производится из условия

, (19)
где - расчетная максимальная поперечная сила,

, кг, (20)
- предельная прочность опорных сечений на срез вычисляется по формуле:

, кг, (21)
где - пролет среза, ;

- относительная высота сжатой зоны, определяемая по формуле (4).

Требуемая анкеровка растянутой продольной арматуры определяется по выдергивающей силе на опоре

, кг, (22)
- определяется по формуле (4), - по формуле (18).

Расчетная несущая способность анкерных стержней рассчитывается по формуле

, кг, (23)
где na - количество поперечных анкерующих стержней;
da - диаметр анкерующих стержней, м;
n - количество анкеруемых продольных стержней;
d - диаметр продольных стержней, м.

Анкеровка считается достаточной, если

.

Для выполнения расчета армированных изделий задаются следующие исходные данные:

- характеристики газобетона : марка по плотности D, класс бетона по прочности В [8];

- расчетная нагрузка q;

- размеры изделия: b - ширина; l0 - расчетный пролет изделия; h - высота сечения; h0 - расчетная высота сечения;

- модуль упругости арматуры Es [10];

- модуль упругости газобетона Eb [8];

- расчетное сопротивление арматуры сжатой Rsc и растянутой Rs [10];

- расчетное сопротивление газобетона сжатию Rb [8];

- предел текучести арматуры σ T [10].

При расчете изделий по вышеприведенным формулам задаются их армированием в сжатой и растянутой зонах до удовлетворения допустимых значений.

1. - по изгибающим моментам;

2. - по прогибам;

3. - по ширине раскрытия трещины;

4. - по поперечной силе;

5. - по анкеровке арматуры.

Изложенная методика расчета использована для разработки рабочих чертежей стеновых панелей, панелей перекрытий, покрытий и перемычек из автоклавного газобетона различных классов по прочности на сжатие и марок по плотности различных толщин и пролетов для жилых и общественных зданий.

Литература

1. Пинскер В. А. Некоторые вопросы физики ячеистого бетона. - В кн.: Жилые дома из ячеистого бетона. - Л.: Госстройиздат, 1963. - С. 123 - 145.

2. Paprocki A. Betony komorkowe. - Warszawa: Wydawnictwo Arkady, 1966. - 184 с.

3. Ребиндер П.А., Пинскер В.А. К оптимизации технологии производства конструкций из ячеистых бетонов. - В кн.: Ячеистые бетоны. - Л., 1968/ЛенЗНИИЭП, Госражданстрой. - С. 3-19.

4. Пинскер В.А. Градиентное повышение прочности ячеистого бетона в свете моментной теории упругости и несущая способность настилов с двойной арматурой. - В кн.: Исследование ячеистобетонных конструкций и их применение в жилищно-гражданском строительстве. - Л., 1980 / ЛенЗНИИЭП, Госгражданстроя. - С. 49-64.

5. Пинскер В.А. Совершенствование методов расчета прочности конструкций из автоклавных ячеистых бетонов. - В кн.: Ячеистые бетоны в жилищно-гражданском строительстве. - Л., 1983 / Госгражданстрой. ЛенЗНИИЭП. - С. 47-56.

6. Пинскер В.А. Работа ячеистобетонных конструкций на поперечную силу и образование трещин. - В кн.: Проектирование и расчет строительных конструкций. - Л., 1985 / ЛДНТП. - С. 33 - 42.

7. Пинскер В.А. Вопросы совершенствования применения и расчета конструкций из автоклавных ячеистых бетонов для жилищно-гражданского строительства. - В кн.: Применение ячеистых бетонов в жилищно-гражданском строительстве. Л., 1991 / Госкомархитектуры. ЛенЗНИИЭП. - С. 45-52.

8. Стандарт Ассоциации строителей России "Проектирование и возведение ограждающих конструкций жилых и общественных зданий с применением ячеистых бетонов в Российской Федерации" СТО 501-52-01-2007. Издание официальное. - М., 2008 / Разработан Центром ячеистых бетонов. В.П. Вылегжанин, В.А. Пинскер. Ч.I - 42 с., Ч.II - 55 с.

9. Региональный методический документ "Проектирование и возведение ограждающих конструкций жилых и общественных зданий с применением ячеистых бетонов в Санкт-Петербурге" РМД 52-01-2007. Часть II. Издание официальное. Администрация СПб, 2007 /Разработан Центром ячеистых бетонов В.П. Вылегжанин, В.А. Пинскер/.

10. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из ячеистых бетонов (к СНиП 2.03.01-84 Бетонные и железобетонные конструкции)/НИИЖБ, ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.

К списку статей

АРМИРОВАННЫЕ ИЗДЕЛИЯ ИЗ АВТОКЛАВНОГО ГАЗОБЕТОНА

В.П. Вылегжанин, к.т.н., директор, Центр ячеистых бетонов

В.А. Пинскер, к.т.н., научный руководитель, Центр ячеистых бетонов


За последние 10 лет в России построено более 50 заводов по изготовлению изделий из автоклавного газобетона с использованием современных технологий и оборудования. В основном эти заводы выпускают мелкие блоки для возведения стен, хотя на действующем оборудовании многих заводов можно изготавливать более крупные изделия, в том числе армированные. К армированным изделиям относятся крупные блоки, стеновые и перегородочные панели, панели перекрытий и покрытий, объемные блоки, перемычки.

В России накоплен большой опыт изготовления армированных изделий из автоклавного газобетона, разработана нормативная документация и определены требования к ним.

1. Армированные крупные блоки и стеновые панели

Армированные крупные блоки и стеновые панели изготавливаются по ГОСТ 11118, разработанному Центром ячеистых бетонов и введенный в действие с января 2011 г.
Крупный армированный блок - это элемент площадью менее 1,8 м2, армированный конструктивной и рабочей арматурой, рассчитанный на восприятие технологических, транспортных, монтажных и эксплуатационных нагрузок. Стеновая панель может быть цельная и составная.
Цельная наружная стеновая панель - это изделие заводского изготовления площадью не менее 1,8м2.
Стеновая панель составная - это панель, собранная из исходных элементов (в т.ч. крупных блоков) на клею, растворе, путем сваривания стальных закладных изделий или с помощью тяжей.
Исходный элемент - это армированный крупный блок, а также панель площадью от 1,8 м2.
Более предпочтительными являются составные панели, так как только они позволяют применить резательную технологию, более трещиностойки, требуют меньшего расхода арматуры, лучше используют формы и автоклав.
Для повышения трещиностойкости можно предусматривать предварительно напряженную арматуру, а также напрягать тяжи, применяемые для укрупнительной сборки и монтажа.
Марка по плотности применяемого газобетона лежит в пределах от D400 до D800, класс по прочности на сжатие от В1,5 до 7,5.
Панели могут быть навесными, самонесущими и несущими. Для наружных продольных стен следует принимать навесные стеновые панели, позволяющие использовать наиболее легкий и эффективный газобетон марки D400. Наружные стены однорядной разрезки поставляются полностью отделанными со вставленной столяркой и остеклением. Наружная отделка должна обеспечить выразительный архитектурный облик фасада и его долговечность.
Марка по морозостойкости должна быть для нормальных условий эксплуатации не ниже F25, для влажных - F35. Для условий Крайнего Севера - соответственно F35 и F50.
Монтаж панелей может осуществляться на растворе, клеях (мастиках) и насухо с помощью упругих прокладок. В качестве монтажных приспособлений следует предусматривать самозахватные траверсы. Составные панели поднимаются за тяжи, которые могут извлекаться после монтажа. Стыкуемые грани панелей рекомендуется делать плоскими, без гребней и пазов. Продувание и промокание предотвращаются герметизацией раствором, пороизолом и эластичными мастиками. Анкерные связи между панелями и смежными конструкциями следует выполнять без заформованных закладных частей, а использовать удобообрабатываемость ячеистого бетона.
Каналы и пазы для скрытой проводки и инженерных коммуникаций рекомендуется выполнять в заводских условиях электрофицированными фрезами и дрелями. Расчет стеновых панелей на прочность и деформации следует производить согласно СТО 501-52-01-2007.
Транспортировка панелей должна осуществляться панелевозами в закрепленном от динамических воздействий состоянии с помощью упругих прокладок. Рекомендуется применение монтажа "с колес". При перевозке и складировании панели должны быть защищены от влаги и механических повреждений. Прочие технические требования изложены в СТО 501-52-01-2007.

2. Панели для перегородок

Панели перегородок из газобетона изготавливаются по ГОСТ 19570, ГОСТ 11118.
Панели перегородок (ненесущих) из газобетона могут быть многорядной разрезки и однорядной разрезки.
Армированные плиты (панели) перегородок изготовляются высотой на этаж, толщиной от 8 до 30 см, шириной от 60 см из газобетона марок D400-D800, классов В1,5-В7,5. Армируются центральной сеткой из холоднотянутой проволоки при толщинах от 80 мм до 120 мм или двумя сетками при толщинах от 160 мм до 300 мм. Морозостойкость - не менее F15. Во влажных помещениях плиты защищаются окрасочной гидрофобной пароизоляцией.
Панели стыкуются на клеях и мастиках. К смежным ячеистобетонным конструкциям крепятся с помощью гвоздей, забивных штифтов, нагелей, скоб и шурупов. Подниматься должны клещевыми захватами (без закладных петель).
Доставка и складирование осуществляются на поддонах пакетами, защищенными от увлажнения.
Технические требования изложены в ГОСТ 19570 и в СТО 501-52-01-2007.

3. Панели перекрытий

Панели перекрытий изготовляются по ГОСТ 19570 из газобетона классов от В2 до В10 и марок по плотности от D500 до D1200. Их ширина может быть от 600 до 1800 мм. Длина - 2400-6000 мм, толщина 140-250 мм. При толщине 220 мм они становятся взаимозаменяемыми с многопустотными панелями из тяжелого бетона и могут применяться в кирпичных типовых домах, а также при их реконструкции. Морозостойкость - не менее F25.
Армирование возможно осуществлять предварительно напряженной арматурой (проволочной или стержневой), напрягаемой на ячеистый бетон или железобетонные бруски (брусковое армирование).
Закладные монтажные петли можно предусматривать, если не применяются клещевые захваты и траверсы.
При калибровке панели могут быть использованы для "сухого" монтажа, т.е. без устройства опорных растворных постелей (если опирание происходит также на калиброванные поверхности). Продольные и поперечные швы между панелями армируются и заполняются цементным раствором, а над опорами в продольный шов укладываются арматурные каркасы.
Пазы, каналы и отверстия для электропроводки и инженерных коммуникаций можно прорезать на стройплощадке с помощью электрофрез, дрелей, дисковыми или цепными пилами, а также ручными стругами. Долбить бетон ударным инструментом запрещается. Пазы и прочие ослабления не должны снижать несущей способности и жесткости изделий ниже требуемых величин.
Расчет настилов перекрытий производится на прочность, жесткость и раскрытие трещин согласно нормам проектирования конструкций из ячеистых бетонов и СТО 501-52-01-2007. Максимальная расчетная нагрузка при длине 6 м не должна превышать 600 кг/м2 (6 кПа) (сверх собственного веса).
Складирование и транспортировка производятся в рабочем положении (плашмя) на прокладках, в защищенном от увлажнения виде.
Технические требования изложены в ГОСТ 19570 и СТО 501-52-01-2007.

4. Панели покрытий

Газобетонные панели покрытий изготовляются из бетона классов от В2 до В3,5, марок D400-D600. Их длина от 2,4 м, ширина от 0,6 м до 1,8 м, толщина от 250 до 400 мм.
Для повышения теплоизоляционной способности покрытий их рекомендуется делать вентилируемыми. Вентиляция становится необходимой в панелях, укладываемых над влажными помещениями, даже при наличии нижней пароизоляции.
Морозостойкость материала вентилируемых панелей должна быть не менее F25, невентилируемых - не менее F35. Соответственно для условий Крайнего Севера - F35 и F50.
Несущие панели покрытий армируются из расчета эксплуатационных нагрузок (возможно предварительно напряженной арматурой).
Ненесущие панели (укладываемые на железобетонную основу) армируются из условий восприятия распалубочных и транспортных нагрузок. Верхняя плоскость панелей (в том числе над каналами, не выходящими на поверхность) армируется противоусадочной сеткой из холоднотянутой проволоки диаметром 3-4 мм со стороной ячейки 10-15 см. Вентиляционные каналы (пазы) в плитах покрытий, изготовляемых по резательной технологии, должны выходить на поверхность и устраиваться путем фрезерования.
Минимальная площадь поперечного сечения канала - 15 см2, максимальный шаг при этом 20 см и увеличивается пропорционально площади поперечного сечения каналов. Монтажные петли не предусматриваются в случае использования клещевых захватов и траверс.
Панели покрытий с гладкой верхней плоскостью рекомендуется на заводе покрывать слоем битума или оклеивать рубероидом с целью упрощения кровельных работ и снижения увлажняемости при транспортировке, складировании и монтаже.
В случае калибровки несущих панелей и опорных поверхностей допускается сухой монтаж. Анкеровка производится с помощью связанных с опорными конструкциями полосовых анкеров, прибиваемых к панелям покрытия гвоздями. При монтаже панелей покрытия продольные и поперечные швы, служащие для пропуска каналов, замоноличиваются только до уровня низа каналов. Над опорами в раствор продольных швов заводятся арматурные каркасы.
Плиты покрытий рассчитывается на прочность, жесткость и раскрытие трещин согласно СТО 501-52-01-2007.
Транспортировка и складирование осуществляются в рабочем положении, на прокладках, с принятием мер по предотвращению увлажнения. При этом не должно ухудшаться естественное высыхание панелей до монтажа.

5. Перемычки

Газобетонные перемычки применяются для перекрытия оконных и дверных проемов в наружных и внутренних стенах из ячеистого бетона. В наружных стенах перемычки используются только в случае блочной кладки.
Перемычки изготовляются из газобетона марок по плотности от D500 до D700 классов по прочности на сжатие В2 - В5. Толщина перемычек составляет 200-250 мм. Длина может изменяться от 1200 до 3600 (с градацией через 0,3), высота - от 200 до 400 мм.
Перемычки могут быть ненесущими, тогда они армируются конструктивно, и несущими с расчетной рабочей арматурой в растянутой зоне. Перемычки должны иметь отпускную влажность и морозостойкость, соответствующие смежным стеновым элементам.
Монтаж перемычек должен производиться клещевыми захватами (без монтажных петель) или вручную (для перемычек весом до 60 кг).
Опирание происходит на растворные или клеевые (для калиброванных изделий) постели или армированные бетонные пояса. Глубина опирания перемычек должка быть не менее 150 мм.
Перемычки рассчитываются на прочность по вертикальным и наклонным сечениям согласно нормам проектирования конструкций из ячеистых бетонов или СТО 501-52-01-2007.
Их транспортировка и складирование производятся в рабочем положении в пакетах, защищенных от намокания.

6. Объемные блоки

Объемные блоки (блок-комнаты) из газобетона являются новым прогрессивным видом конструкций. Они собираются на клею и тяжах из отдельных плоских элементов, полученных по резательной технологии. Блоки изготовляются размером на комнату и имеют вид закрытой со всех сторон коробки. Они могут быть подвесными (навешиваемыми на каркас) и несущими. В первом случае толщина внутренних стен должна быть не менее 8 см. У несущих блоков толщина внутренних стен принимается не менее 10 см и класс по прочности на сжатие - не менее В3,5.
Такой же минимальной толщины и класса должны быть элементы перекрытий в обоих вариантах. Величина воздушной прослойки в стенах и перекрытиях должна быть не менее 5 см. Наружные стены рекомендуется делать навесной конструкции, они передают свой вес на перекрытия и поперечные несущие стены.
Монтаж блоков предусматривается насухо с целью обеспечения возможности зимнего строительства при любых температурах. Объемные блоки подают на монтаж полностью отделанными. Отделка производится или на заводе ячеистого бетона, если он связан со стройплощадкой хорошей дорогой, или на приобъектном закрытом полигоне, где осуществляется укрупнительная сборка блоков.
Погрузка объемных блоков осуществляются с помощью балансирной траверсы, обеспечивающей отсутствие перекосов. Блоки транспортируются трейлерами с мягкой подвеской платформы.
В период монтажа блоки предохраняются от увлажнения.

Приведенная выше номенклатура изделий из армированного автоклавного газобетона расширяет область его применения, позволяет возводить дома, у которых стены перекрытия, покрытия изготовлены из одного материала - газобетона, т.е. монтировать эти дома комплектно. В результате затраты труда на строительной площадке в расчете на квадратный метр общей площади могут снизиться с 24-30 человеко-часов до 10-12, т.е. сроки строительства могут сократиться в 2-3 раза с соответствующим уменьшением себестоимости. При этом расход газобетона может снизиться на 10-15 % за счет уменьшения толщины конструкций.

Литература

ГОСТ 11118-2010 Панели из автоклавных ячеистых бетонов для наружных стен зданий. Технические требования

СТО 501-52-01-2007 Проектирование и возведение ограждающих конструкций жилых и общественных зданий с применением ячеистых бетонов в Российской Федерации. Часть 1, 2.

ГОСТ 19570 Панели из автоклавных ячеистых бетонов для внутренних несущих стен, перегородок и перекрытий для жилых и общественных зданий. Технические требования

Журнал "Еврострой"  http://evrostroy.spb.ru

К списку статей

О Центре Конференция Статьи Документы Контакты
info@stroypalata.ru