Влияние геометрических размеров на характер разрушения железобетонных колонн зданий с гибким первым этажом при сейсмических воздействиях

Бедарев В. Влияние геометрических размеров на характер разрушения железобетонных колонн зданий с гибким первым этажом при сейсмических воздействиях // Бетон и железобетон. 2003 . №5. C. 25-28

Имеющаяся в настоящее время тенденция отказа от принятых ранее систем сборного панельного домостроения, связанная с экономической и технологической целесообразностью, определила переход к системам монолитного многоэтажного строительства. В частности, ведется строительство монолитных зданий с "гибким" первым этажом с повышенной сейсмической активностью. При этом плоское или ребристое перекрытие опирается на квадратные или прямоугольные колонны, что позволяет произвольно осуществлять планировку квартир в пределах одного этажа, располагая на первом этаже магазины, офисы предприятий и учреждений. Такие или аналогичные системы жилищного строительства приняты и распространены в мире достаточно широко.

Так, в Турции можно различить три основные схемы строительства жилых многоэтажных зданий, отличающихся друг от друга видом поперечного сечения колонн, а также расположением их относительно продольной и поперечной осей здания.

По первой схеме монолитные ребристые железобетонные перекрытия с монолитными железобетонными ригелями опираются на монолитные квадратные железобетонные колонны. Лестничная клетка располагается в центре здания и имеет монолитные стены, лестничные марши и площадки.

По второй схеме монолитные ребристые железобетонные перекрытия с монолитными железобетонными ригелями опираются на монолитные колонны прямоугольного сечения с размерами в плане ?1:3. Количественное соотношение прямоугольных железобетонных колонн, ориентированных в плане здания по продольной и поперечной осям, составляет примерно 1:3-1:4. Колонны, ориентированные по продольной оси, расположены только в углах здания. Высота железобетонных колонн в пределах первого этажа не менее 3 м. Лестничная клетка располагается в центре здания и имеет монолитные стены, лестничные марши и площадки. Количество этажей ? 3-4-5.

По третьей схеме монолитные ребристые железобетонные перекрытия с монолитными железобетонными ригелями опираются на монолитные колонны прямоугольного сечения с размерами в плане 1:3. Прямоугольные железобетонные колонны в плане ориентированы по поперечной оси здания. По продольной оси выполнены монолитные железобетонные диафрагмы с размерами в плане ?1:10. Лестничная клетка располагается в центре здания и имеет монолитные стены, лестничные марши и площадки. Высота железобетонных колонн в пределах первого этажа не менее 3 м.

Натурные обследования железобетонных конструкций зданий, получивших повреждения в результате землетрясения 17 августа 1999 г. с эпицентром в г. Golsuk (Турция), проводились с целью оценки действительного их состояния и пригодности к дальнейшей эксплуатации. Расчетная сейсмичность района ? 7 баллов; интенсивность землетрясения в эпицентре ? 7,5 баллов; очаг землетрясения на глубине 14 км.

Обследовались конструкции зданий, расположенных на расстоянии около 10 км и более от эпицентра землетрясения, т.е. в районах, где горизонтальная составляющая сейсмического воздействия по всей величине соответствовала или превышала вертикальную составляющую. Характер разрушения элементов каркаса зданий однотипен ? подземная часть здания разрушений не имеет, наибольшие разрушения имеют железобетонные конструкции каркаса первого этажа, и интенсивность разрушения конструкций убывает с каждым последующим этажом, так что конструкции последнего этажа разрушений практически не имеют. Необходимо отметить, что в пределах первого этажа разрушение конструкций каркаса зданий происходит по монолитным железобетонным колоннам и по конструкциям монолитной лестничной клетки с некоторыми отличиями в зависимости от принятой схемы строительства.

При первой схеме строительства здания разрушение в узлах сопряжения колонн с монолитными ригелями перекрытия первого этажа в основном выражено в виде раздробления бетона колонн, образования наклонных, пересекающихся трещин в торцевой стене лестничной клетки, разрушения бетона в уровне промежуточной площадки и трещин по контакту площадки и лестничных маршей. Особо следует подчеркнуть, что раздробление бетона колонн происходит в уровне перекрытия, а трещины в стене лестничной клетки развиваются от пола первого этажа. В отдельных случаях наблюдается выраженное смещение верха колонн относительно низа.

Здания, выполненные по второй схеме, имеют неравномерную ориентацию монолитных прямоугольных железобетонных колонн ? наибольшее количество колонн ориентировано по поперечной оси здания. Вдоль продольной оси ориентированы обычно четыре железобетонные колонны, расположенные в углах здания. Четыре железобетонные колонны, расположенные по продольной оси, имеют разрушения в узлах сопряжения с монолитными ригелями перекрытия первого этажа в виде наклонных трещин, пересекающих широкую сторону колонн. Железобетонные колонны, ориентированные по поперечной оси здания, имеют горизонтальные трещины в сопряжении с монолитными ригелями перекрытия первого этажа. В зависимости от размеров здания может происходить смещение верха колонн относительно низа. Торцевая стена лестничной клетки, расположенная по продольной оси, имеет на поверхности наклонные пересекающиеся трещины, развивающиеся от пола первого этажа, а также разрушения бетона в уровне промежуточной площадки и трещины по контакту площадки и лестничных маршей.

Для зданий, выполненных по третьей схеме, характерно наличие наклонных пересекающихся трещин в торцевой стене лестничной клетки и монолитных железобетонных элементах, расположенных по одной оси, а также разрушения бетона в уровне промежуточной площадки и трещин по контакту площадки и лестничных маршей. Трещины в торцевой стене и монолитных железобетонных элементах развиваются от пола первого этажа.

Раздробление бетона колонн в узлах сопряжения с монолитными ригелями перекрытия первого этажа зданий, построенных по первой схеме, несколько вуалируют основную схему разрушения ? раздробление бетона сжатой зоны колонны и разрушение с образованием наклонной трещины.

По геометрическим размерам железобетонные колонны можно разделить на четыре группы.

К I группе относятся железобетонные колонны с геометрическими размерами (b ? ширина, h ? толщина, Н ? высота) в соотношениях b/h 1; H/b 15; H/h 15, а также железобетонные колонны, имеющие b/h>1 и Н/b3,87; H/b3,87; H/b