А.В. ЛЯМЗИН, генеральный директор ООО «Байкальский газобетон»
В статье описан ход испытаний, проведенных для обоснования технических решений, положенных в основу «Альбома технических решений по проектированию и возведению зданий в районах строительства сейсмичностью 7, 8, 9 баллов, этажностью до 3-х этажей включительно, с несущими стенами из автоклавного газобетона В3,5 D600». Альбом разработан ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко по заказу компании «Байкальский газобетон».
Была проведена серия испытаний здания с несущими стенами из автоклавного газобетона. Испытания подготавливались и проводились специалистами лаборатории сейсмостойкости сооружений и инновационных методов сейсмозащиты ЦНИИСК им. Кучеренко ОАО «НИЦ «Строительство» по заказу компании ООО «Байкальский газобетон». Основной задачей исследования было проведение динамических испытаний фрагмента здания с применением конструктивного решения несущих стен из газобетонных блоков стеновых неармированных автоклавного твердения (B3,5 D600), возведенного на сейсмоплатформе на базе вибромашины инерциального действия ВИД-50. Объектом исследования являлось предложенное заказчиком конструктивное решение стен из газобетонных блоков, предназначенное для возведения жилых, общественных зданий этажностью до 3-х этажей (включительно) в сейсмически опасных районах.
Исследовалась конструктивная система зданий, состоящая из стен, выполненных из газобетонных блоков В3,5 D600, поставленных ООО «Байкальский газобетон», с железобетонными включениями в виде горизонтальных и вертикальных поясов. Железобетонные включения жестко связаны со стенами здания и участвовали в восприятии сейсмической нагрузки.
Проведение экспериментальных исследований обусловлено необходимостью оценить сейсмостойкость данного конструктивного решения стен. Основной целью натурных испытаний явилась оценка предельных параметров деформаций, соответствующих условию обеспечения безопасности и сейсмостойкости, а также, в случае необходимости, разработка рекомендаций по усилению стен для применения в сейсмических районах.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
– исследование и оценка совместной работы кладки из газобетонных блоков и железобетонных включений при динамических нагрузках, эквивалентных сейсмическим нагрузкам для районов строительства с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов;
– оценка уровня повреждений стен, соответствующего наступлению предельных состояний кладки, исходя из необходимости ремонта, возможности выполнения ограждающих функций, обеспечения необходимой несущей способности конструкции здания и безопасности находящихся в нем людей;
– оценка значения предельных параметров деформаций (перекосов, сдвигов) фрагмента здания, соответствующих наступлению предельного состояния кладки стен, характеризуемого возможностью их обрушения, создающего угрозу безопасности людей или сохранности ценного оборудования.
При составлении программы испытаний была использована проектная документация, разработанная ООО «Сибирский институт проектирования и исследований» (г. Иркутск) и согласованная ООО «Байкальский газобетон». Также была разработана методика перехода от данных, полученных при испытаниях фрагмента здания с помощью сейсмоплатформы, к определению возможности применения разработанного конструктивного решения при реальном строительстве.
Экспериментальные работы проводились на фрагменте здания (рис. 1), состоящем из четырех стен, из которых две взаимно противоположные стены сплошные и две – с проемами.
Размер фрагмента в плане 6200×3800 мм. Фактическая высота от верха основания (сейсмоплатформы) до верха покрытия фрагмента составила 4150 мм.
В основании конструкции лежал пояс из монолитного железобетона класса В15 высотой 300 мм, закрепленный к раме сейсмоплатформы с помощью анкерных соединений. По нижнему железобетонному поясу возводились стены толщиной 400 мм, выполненные кладкой в два ряда из газобетонных блоков (бетон класса В3,5 плотностью D600), размерами 625×250×300 и 625×250×100 на клею для газобетонных блоков «Krasland» производства ЗАО «Стройкомплекс». По верху кладки выполнен верхний пояс из монолитного железобетона В15 высотой 250 мм. Стены фрагмента усилены по всей высоте железобетонными включениями В15 сечением 250×120 мм, имеющими заделку в нижний и верхний пояса. Кладка стен связана с железобетонными включениями выпусками арматурных стержней, представляющих собой проектное горизонтальное армирование в виде трех стержней арматуры ∅8 А400, уложенных по осям А и Б во 2-м, 4-м, 6-м и последующих четных рядах кладки и трех стержней арматуры ∅8 А400, уложенных по осям 1 и 2 в 1-м, 3-м, 5-м и последующих нечетных рядах кладки. При этом в нечетных рядах по осям 1 и 2 и в четных рядах кладки по осям А и Б предусмотрена связь двух рядов кладки в виде скоб с шагом 400 мм из арматуры ∅6 мм А400.
К верхнему поясу при помощи закладных деталей в виде резьбовых шпилек закреплены три сборные железобетонные плиты размерами 300×2050×3740. Плиты соединены между собой на стыке сварным соединением. К плитам при помощи закладных деталей жестко крепятся резервуары с песком, обеспечивающие пригруз массой 14 тонн.
Железобетонные включения изготавливались в несъемной опалубке (рис. 2).
Испытания проводились с применением сейсмоплатформы на базе вибромашины инерциального действия ВИД-50 (рис. 3).
В качестве источника воздействия использована вибромашина ВИД-50. Это – инерционно-резонансная машина, предназначенная для натурных исследований инженерных сооружений. Тип машины – дебалансный, блочного типа. Она состоит из двух блоков, каждый из которых развивает инерционную силу 50000 кгс.
Каждый вибратор (блок) вибромашины имеет отдельный привод. Синхронизируются блоки друг с другом механически. Инерционная сила направлена в горизонтальной плоскости. Максимальная инерционная сила двух блоков 100 тс (одного блока 50 тс). Диапазон регулирования частоты – 0,5-20 Гц.
В ходе динамических испытаний величина максимального междуэтажного смещения испытываемого фрагмента достигала 5,5 мм. По шкале MSK-64 данное смещение соответствует уровню 9-бального сейсмического воздействия. При этом ускорение верхнего пояса фрагмента достигало 6,1 м/c2, максимальная сейсмическая сила, действующая в уровне верхнего пояса испытываемого фрагмента здания, достигала 255 кН. После динамического воздействия были зафиксированы незначительные повреждения, при которых сохраняется возможность выполнения стенами ограждающих функций, обеспечивается безопасность для жизни и здоровья проживающих, сохранность ценного оборудования.
По результатам выполненных испытаний сделан вывод о том, что примененное в экспериментальном фрагменте конструктивное решение при ведении кладки на клею для газобетонных блоков, обеспечивающей временное сопротивление осевому растяжению по неперевязанным швам (не менее 120 кПа), соответствует условиям сейсмостойкости, надежности, безопасности и возможно к применению в сейсмически опасных районах (до 9 баллов включительно) при возведении жилых и общественных зданий до 3-х этажей включительно.
Также по итогам испытаний и сделанных выводов был разработан «Альбом технических решений по проектированию и возведению зданий в районах строительства сейсмичностью 7, 8, 9 баллов, этажностью до 3-х этажей включительно, с несущими стенами из АГБ» (далее АТР) [1].
Разработка альбома технических решений позволила расширить область применения автоклавного газобетона при строительстве в районах с повышенной сейсмичностью. В СП 14.13330.2014 и Актуализированной редакции СНиП-II-7-81* «Строительство в сейсмических районах» [2] присутствует ограничение этажности зданий с несущими стенами из автоклавного газобетона: не выше 2-х этажей при сейсмичности 7 и 8 баллов и одного этажа – при сейсмичности 9 баллов. Решения, принятые в альбоме, позволяют возводить здания до 3-х этажей включительно на площадках с сейсмичностью 9 баллов.
Проделанная работа открывает новые возможности. Не секрет, что применение стеновых блоков из автоклавного газобетона тормозилось в числе прочих причин и отсутствием конструктивных решений, которые были бы испытаны и утверждены профильным НИИ. Теперь в распоряжении проектировщиков есть готовый инструмент, готовые конструктивные решения и узлы, выложенные в открытый доступ в формате *.dwg.
Альбом разработан и оформлен в стилистике нормативной документации. Содержит титульный лист, сведения о разработчиках, заключение ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко с подписями ответственных лиц, основные положения АТР.
Альбом состоит из:
– общих положений;
– общих технических требований к автоклавным ячеистым бетонам и номенклатуре изделий из них;
– указаний по расчету конструкций из АГБ;
– конструктивных требований по кладке;
– указаний по проектированию;
– требований по производству работ;
– указаний по приемке работ;
– узлов и деталей сопряжений конструктивных элементов зданий;
– компакт-диска с узлами и решениями в формате *.dwg.
Кроме того, альбом содержит ряд рекомендаций по отделке и утеплению кладки, монтажу навесных фасадных систем, а также рекомендаций Министерства строительства Иркутской области и Министерства строительства Республики Бурятии о применении АТР для проектирования зданий на данных территориях.
В АТР применен ряд относительно новых для АГБ конструктивных решений:
1. Перенесены вертикальные железобетонные включения из угла здания для смещения точек концентрации напряжений (рис. 4);
2. Произошел отказ от горизонтального армирования стальными сетками с заменой на стальную стержневую арматуру (рис. 5);
3. Предложена схема перевязки блоков с применением скоб (рис. 6);
Предложенная в АТР конструктивная схема обеспечивает ряд преимуществ перед каркасной схемой строительства и оптимизирует процесс строительства по целому ряду показателей:
1. Уменьшение трудозатрат и времени на опалубочные работы.
2. Отсутствие необходимости применения дорогостоящей инвентарной опалубки с ограниченными циклами использования.
3. Снижение металлоемкости при устройстве вертикальных железобетонных включений до 10 раз.
4. Уменьшение трудозатрат и времени на арматурные работы.
5. Снижение объема бетона при устройстве вертикальных железобетонных включений до 2,5 раза.
6. Снижение количества эффективного утеплителя для теплоизоляции вертикальных ж/б конструкций.
7. Уменьшение трудозатрат и времени на теплоизоляцию вертикальных ж/б конструкций.
8. Применение стержневой арматуры для горизонтального армирования кладки вместо кладочных сеток, что уменьшает теплотехническую неоднородность, сокращает трудозатраты на устройство штроб и снижает количество клеевого раствора.
9. Сокращение транспортных расходов на доставку на объект инвентарной опалубки, утеплителя, арматуры и бетона.
10. Отсутствие элементов каркаса внутри помещения, что повышает привлекательность для конечного покупателя и увеличивает полезную площадь.
11. Увеличение шага несущих конструкций (7,2×9 м вместо традиционных 6х6 м), что расширяет возможные варианты планировки квартир.
12. Увеличивается общая скорость возведения строительных конструкций.
Библиографический список
1. Альбом технических решений по проектированию и возведению зданий в районах строительства сейсмичностью 7, 8, 9 баллов, этажностью до 3-х этажей включительно, с несущими стенами из блоков стеновых неармированных из ячеистого бетона автоклавного твердения B3,5 D600 (АТР БГБ 3.1-2015).
2. Научно-технический отчет на тему: «Проведение испытаний фрагмента здания с применением конструктивного решения несущих стен из газобетонных блоков на сейсмические нагрузки», ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, 2015.
3. СП 14.13330.2014 «Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II-7-81*».
4. СП 15.13330.2010 «СНиП II-22-81* Каменные и армокаменные конструкции».
5. ФЗ-384 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».
6. ГОСТ 31359-2007 Бетоны ячеистые автоклавного твердения. Технические условия.
7. ГОСТ 31360-2007 Изделия стеновые неармированные из ячеистого бетона автоклавного твердения. Технические условия.
