Постернак А.А., Лукаш Д.Ю., Постернак C.А., Постернак И.М.

Одесская государственная академия строительства и архитектуры, г.Одесса

Конструкции стеновые однослойные из конструкционно–теплоизоляционного неавтоклавного пенобетона, работающие в условиях внецентренного сжатия

В условиях энергетического кризиса теплозащитные свойства конструкционно-теплоизоляционного неавтоклавного пенобетона (далее по тексту КТ НПБ) имеют первоочередное значение, поскольку затраты на содержание зданий при постоянно возрастающей стоимости энергоресурсов все больше определяются затратами на отопление и кондиционирование. Это обстоятельство позволяет отнести КТ НПБ к стратегическому материалу в вопросах энергосбережения.

Теплопроводность КТ НПБ в 3...4 раза меньше, чем теплопроводность кирпича, и в 5...7 раз меньше - чем керамзитобетона; его применение позволяет возводить однослойные наружные стены толщиной в 0,3…0,5 м, во всех климатических зонах Украины. По теплотехническим показателям такие наружные стены соответствуют новым требованиям энергосбережения во вновь возводимых зданиях, что позволит сократить массу стен в 2…4 раза. Сам КТ НПБ обладает уникальными свойствами, не имеющими альтернативы на сегодняшний день, а по шкале комфортности строительных материалов занимает после дерева второе место [1,2,3].

Учитывая, что объем производства ячеистого бетона в тыс.м³ на 1 тысячу жителей составляет: страны Западной Европы - 200…280, Беларусь - около 200, Россия - 20…25, Украина - 8…10, и Кабинет Министров Украины постановлением №684 от 26 мая 2004 г. утвердил «Программу развития производства ячеистобетонных изделий и их применение в строительстве на 2005-2011 годы», которая предусматривает за этот период увеличение производства ячеистого бетона для строительства до 5-6 млн. м³/год, а это должно дать существенный импульс для расчета и конструирования конструкций и изделий из ячеистого бетона [2,4,5].

Объектом наших исследований являются стеновые элементы из КТ НПБ, большинство которых работает в условиях внецентренного сжатия. С нашей точки зрения, их работа изучена в недостаточной степени; так как исследования стеновых элементов из данного вида ячеистого бетона выполнялись только при условном центральном сжатии [6].

Различают два случая внецентренного сжатия: случай малых эксцентриситетов при е₀<0,45y и случай больших эксцентриситетов при е₀>0,45y, где y – расстояние от центра тяжести сечения до наиболее сжатого волокна сечения бетона [7].

В.Н. Морозов [7] выполнял исследования конструкций стен крупнопанельных жилых зданий из стеновых материалов, аналогичных по плотности и виду к КТ НПБ. Он установил две характерные особенности: во-первых, по материалу - кубиковая прочность используемого материала для наружных однослойных стеновых панелей должна составлять 4...5 МПа; во-вторых, по условию приложения нагрузки (по эксцентриситету) - эксцентриситет по сечению перпендикулярно плоскости панели определяется с учетом нагрузок от вышележащих этажей и нагрузки от перекрытия над данным этажом. Для несущих панелей следует принимать не менее 2см.

В соответствии с пособием по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из ячеистых бетонов к СНиП 2.03.01-84 [8] расчет несущей способности стеновых элементов, выполненных из конструкционно-теплоизоляционного неавтоклавного пенобетона, на действие сжимающей продольной силы выполняется из условия:

N ≤ α R_b A_b, (1)

где A_b – площадь сжатой зоны элемента, определяемая из условия, что ее центр тяжести совпадает с точкой приложения равнодействующей внешних сил;

α – коэффициент, учитывающий особенности деформативных свойств ячеистого бетона:

для автоклавного бетона α = 0,85;

для неавтоклавного бетона α = 0,75.

Для элементов прямоугольного сечения A_b определяется по формуле

, (2)

где η – коэффициент, учитывающий влияние прогиба на несущую способность внецентренно сжатых бетонных элементов, который определяется по формуле:

, (3)

где N_cr – условная критическая сила, отражающая напряженно-деформированное состояние сжатого стержня в предельном состоянии и зависящая от геометрических характеристик, деформативных свойств бетона, эксцентриситета продольной силы и длительности действия нагрузки:

, (4)

где φ_l – коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента в предельном состоянии, равный:

, но не более 1+β, (5)

где β – коэффициент, отражающий деформативные свойства бетона во времени (ползучесть) и принимаемый в зависимости от вида бетона равным: для автоклавного бетона - 1,3, для неавтоклавного бетона – 1,5;

М – момент относительно растянутой или менее сжатой грани сечения от действия постоянных, длительных и кратковременных нагрузок;

M_l – то же, от действия постоянных и длительных нагрузок;

l₀ – расчетная длина внецентренно сжатого бетонного элемента;

δ_е – относительный эксцентриситет, определяемый по формуле:

, (6)

при этом должны выполняться условие

. (7)

Для элементов прямоугольного сечения формула для определения условной критической силы приобретает вид:

. (8)

Если изгибающие моменты (или эксцентриситеты) от дейсвия полной нагрузки и от суммы постоянных и длительных нагрузок имеют разные знаки, то при абсолютном значении эксцентриситета полной нагрузки следует принимать φ_l = 1,0.

При

. (9)

Вывод

В результате анализа КТ НПБ установлено, что применение этого материала на сегодняшний день в качестве стенового работающего в условиях внецентренного сжатия, актуально и возможно при прочности 4…5 МПа, при этом эксцентриситет приложения нагрузки в наружных стеновых элементах из КТ НПБ должен составлять не менее 2 см.

Литература

1. Лаповская С.Д. Волошина Т.Н. Ячеистый бетон для однослойных ограждающих конструкций // Сб. труд. «Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве». Вып. 2. – Днепропетровск: ПГАСА, 2005. – с.184-188.

2. Костюк А.И., Постернак С.А., Постернак И.М. Обзор развития, состояния и применения конструкционно-теплоизоляционного неавтоклавного пенобетона в конструкциях и изделиях // Вісник ОДАБА. Вип. 10, - Одесса, 2003. – с.109-114.

3. Кривицкий М.Я., Левин Н.И., Макаричев В.В. Ячеистые бетоны (технология, свойства и конструкции)/ НИИЖБ, ЦНИИСК Госстроя СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1972. – 137с.

4. Постанова Кабинету Міністрів Украини від 26 травня 2004 р.№684 «Програма розвитку виробництва ніздрюватобетонних виробів та їх використання у будівництві на 2005-2011 роки» // Строительные материалы и изделия. – 2004. – №4. – с.34-37.

5. Мартыненко В.А. Принципиальные решения формовочно-резательного оборудования при реконструкции заводов силикатного кирпича // Сб. труд. «Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве». Вып. 2. – Днепропетровск: ПГАСА, 2005. – с.53-59.

6. Постернак А.А., Костюк А.И., Постернак И.М., Постернак С.А. Стеновые элементы из конструкционно-теплоизоляционного неавтоклавного пенобетона с учетом изменения наполнителя // Вісник ОДАБА. Вип. 21, - Одесса, 2006. – с.193-202

7. Морозов Н.В. Конструкции стен крупнопанельных жилых зданий. – М.: Стройиздат, 1964. – 292с.

8. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из ячеистых бетонов (к СНиП 2.03.01 – 84. Бетонные и железобетонные конструкций) / НИИЖБ, ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР. 1986. С. 92.