Технология омоноличивания стыков при возведении каркасных зданий

ТЕХНОЛОГИЯ ОМОНОЛИЧИВАНИЯ СТЫКОВ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ КАРКСНЫХ ЗДАНИЙ

TECHNOLOGY OF CONCRETING OF JUNCTURES AT BUILD OF

FRAMED BUILDINGS

A.A. Афанасьев, K.C. Селищев A.A. Afanasiev, K.S. Selishev

МГСУ, ДГС г. Москвы

Рассматривается технология омоноличивания и прогрева стыков каркасных зданий с использованием стержневых и струнных электродов в зимних условиях. Приводятся аналитические исследования теплотехнических параметров прогрева, плотность теплового потока и теплопотери в окружающую среду. Разработана технология прогрева стыков с применением модифицированных бетонов с замедлителями твердения.

Now it is considered to apply the technology of concreting and of warming-up offramed buildings junctures with using of rod and stringed electrodes in winter conditions. Analytical investigations results of thermal parameters of warming-up, heat flow density and heat loss into environment have been presented. A technology of junctures warming-up with using of modified concrete with hardening retarder has been elaborated.

Одним из направлений индустриального строительства является переход на сборно-монолитное возведение зданий. Использование каркасных систем позволяет снизить массу зданий, ускорить цикл возведения, довести удельный расход железобетонных конструкций до 0,12...0,2 м3/м2 площади.

В качестве несущих элементов используется каркас из многоэтажных колонн со штепсельным соединением стыков, преднапряженных ригелей, многопустотных плит перекрытия, изготавливаемых по экструзионной технологии.

Основные преимущества каркасных систем состоят в высокой монтажной технологичности и технологической гибкости архитектурно-планировочных решений, что позволяет возводить жилые, административные и др. типы зданий различной этажности, принимать переменную высоту этажей и шаг колонн. Отсутствие сварных соединений упрощает монтаж каркаса, не требует сложной инвентарной оснастки и высокой квалификации рабочих [5].

Применение перекрытий из сборного многопустотного настила экструзионной технологии существенно снижает объем монолитных работ, трудоемкость и продолжительность возведения каркасов. Это обстоятельство особенно важно при возведении зданий в районах с продолжительным циклом отрицательных температур.

4/2010 М1 ВЕСТНИК

Основным условием получения интенсивного и однородного набора прочности бетона стыков является фиксированный уровень энергетического возведения, который включает активную составляющую, непосредственно трансформируемую в бетонную смесь и теплотехнические потери, вызванные условиями производства работ, воздействием внешних температурных факторов и контактом со сборными элементами, имеющими высокую теплоемкость.

Для оценки технологических режимов прогрева рассмотрен наиболее ответственный стык колонн с преднапряженными ригелями.

В силу того, что размеры сечений ригелей значительно меньше длины, в качестве расчетной модели принят «полуограниченный стержень» без тепловой изоляции боковой поверхности [4].

Так как сечение стержня мала по сравнению с длиной, а коэффициент теплопроводности значителен, то можно считать, что перепад температур по высоте и ширине равен нулю. Тогда распределение температуры по длине стержня сводится к одномерной задаче. Дифференциальное уравнение теплопроводности будет иметь следующий вид:

су—— = ^--ш

где ю - количество тепла отдаваемого единицей объема стержня в единицу времени в окружающую среду; X - коэффициент теплопроводности; т -время; с - удельная теплоемкость.

Для достаточно малого участка стержня Ь с площадью поперечного сечения Б и периметром Р

[Г(Х'Т) " То]РЬ = а[Г(х'т) " ^ '

где ю - коэффициент теплообмена; Ь = - - отношение площади сечения к периметру.

Таким образом, дифференциальное уравнение приобретает следующий вид

дТ(х,т) д2Т а . , .

= -^[7>'т)" То]'

где а — — коэффициент температуропроводности.

Положив относительный коэффициент теплообмена Н — — — да, температура коня

ца стержня становится постоянной, равной Тс. Тогда начальные и граничные условия можно написать так:

Г

Применяя преобразование Лапласа к уравнению (2) получим дифференциальное уравнение для изображения

=

Переходя от изображения Ть(х,5) к функции Т(х,т) получим выражение для относительной избыточной температуры. Затем вводя число Фурье и критерий БИО (В1) получим, что в стационарном режиме (т, да) распределение температуры будет описываться экспоненциальной функцией

Т,„ = ехр

Плотность теплового потока находим по значению температурного градиента у конца стержня. В состоянии близком к стационарному, плотность потока будет равна

_ Л(ТС-Т0) ГТГ-.

я=—л—

Отсюда получаем, что через основание стержня проходит тепловой поток

«^Ш«,5

Подставляя значение градиента температуры при х=0, получаем формулу определяющую количество теплоты, отданной стержнем в окружающую среду

Q = л^^^т

к

С учетом В1 — — ,п — - получим

С учетом конструктивного решения, когда в омоноличенный узел входят от 1-го

до 3-х ригелей (стержней) суммарные теплопотери составят

з

0.сум ~ ^ ' (¿1 1=1

Полученные результаты позволяют осуществить расчет требуемой мощности для прогрева стыков.

Высокий модуль поверхности и малые объемы бетона для омоноличивания стыков требуют использования технологии, обеспечивающая разогрев смесей со скоростью 10...15°С в час, поддержание изотермического прогрева до получения прочности не менее 70% Я и остывания, исключающих возникновение деструктивных процессов монолитных участков. Этим условиям отвечает электродный прогрев бетона. Он используется в случаях, когда нет гарантии эффективной теплозащиты при выдерживании бетона и когда необходимо получить проектную прочность в более короткие сроки.

На рис.1 приведены варианты размещения электродов для прогрева стыков колонн с ригелями, плит перекрытия многопустотного настила и ригелей. Используются электроды в виде стержней 06.8мм с размещением с расчетным шагом и креплением к арматурным выпускам через изоляционные муфты или стеклопластиковым элементам. Учитывая ограниченные размеры стыков, подключение к питающей сети трансформатора осуществляется по однофазной схеме. Во избежание местного перегрева расстояние между стержнями принимается в зависимости подаваемого напряжения и составляет [3]:

- не менее 50мм при напряжении до 50В;

- не менее 70мм при напряжении до 80В;

- 100.120мм при напряжении до 120В.

До укладки и уплотнения бетонной смеси проверяется электрическая цепь, исключающая случайный контакт электродов с арматурными выпусками.

Режим прогрева включает три периода: разогрев смеси до температуры 50.60 0С, поддержание изотермического прогрева путем изменения подающего напряжения и период остывания.

Определяющее влияние на режим прогрева оказывает удельное электрическое сопротивление бетона, которое определяется электропроводностью бетонной смеси и твердеющего бетона.

4/2010

ВЕСТНИК .МГСУ

|. .',' ...I—

Рис.1 Схема размещения стержневых (а) электродов и их коммутация (б), (в,г) - струнных электродов: 1 - колонна; 2 - преднапряженный ригель; 3 - многопустотный настил; 4 - стержневые электроды; 5 - хомуты из стеклопластиковои арматуры; 4* - струнные электроды; 5* - стекло-пластиковая арматура для фиксации электродов; 6 - коммутация

и'с

-15

-20

Рис.2 Технологические параметры электродного прогрева стыков с использованием модифицированных бетонов с замедлителями твердения: 1 - график отогрева сборных конструкций: 2 - график температуры бетонной смеси с замедлителем твердения; 3 - набор прочности бетона омоноличенных участков; ^ - продолжительность отогрева до 0°С; ^ - начало интенсивного

набора прочности бетоном

Снижение удельного электрического сопротивления достигается использованием модифицированных бетонов с замедлителями твердения. Это обстоятельство обеспечивает разогрев смеси без ее заметного твердения в течении 3.4 часов и формирование температурного поля, способствующего отогреву примыкающих сборных конструкций. При этом после действия замедлителя твердения происходит интенсивный набор прочности бетона (рис.2). Как показали экспериментальные исследования, использование модифицированных бетонов класса В40 с осадкой конуса 18.20см обеспечивает набор прочности до 70% за период изотермического прогрева 10-12чч. Создание равномерных температурных полей требует теплоизоляции открытых поверхностей, использования утепленной опалубки и др. решений.

На рис.За, б приведены общие виды каркаса здания на стадии монтажа и после омоноличивания узлов. При производстве работ в зимнее время особое внимание уделяется режимам прогрева, исключающим пережог бетона. Необходима установка термодатчиков (термопар) и постоянный сбор информации и принятие решений в производственных условиях. Основные положения технологии прогрева стыков отражаются технологическом регламенте и проектах производства работ.

Рис. 3. а - общий вид каркаса на стадии монтажа ригелей, б - Общий вид каркаса после омоноличивания узлов

4/2010 М1 ВЕСТНИК

Разработка эффективных технологий омоноличивания стыков в зимних условиях способствует распространению каркасных систем в регионы со сложными климатическими условиями.

Литература

1. Афанасьев А.А. Технологическая надежность монолитного домостроения. //«Промышленное и гражданское строительство», 2001, №3, с 24...27;

2. Афанасьев А.А., Минаков Ю.А. Оценка тепловых полей при ускоренных методах твердения бетонов в монолитном домостроении. Теоретические основы строительства. М., 1998, с. 247.254;

3. Руководство по прогреву бетона в монолитных конструкциях. Под редакцией Крылова Б.А., Амбарцумяна С.А., Звездова А.И., М., 2005, с. 225;

4. Селищев К.С. Оптимизация технологических режимов прогрева стыков при возведении каркасных зданий. Промышленное и гражданское строительство, 2009, №4, с. 61;

5. Щембаков В.А. Сборно-монолитное каркасное домостроение. Чебоксары, 2004, с. 96.

Ключевые слова: многоэтажные колонны, преднаряженные ригели, многопустотный настил, стержневые и струнные электроды, монолитный стык, модифицированный бетон с замедлителем твердения, тепловой поток, теплопотери, режим прогрева.

Key words: multistoried columns, stressed crossbars, hollow-core decks, rod and stringed electrodes, monolithic juncture, modified concrete with hardening retarder, heat flow, heat loss, regime of warming-up.

Почтовый адрес: 119146, г. Москва, Фрунзенская наб, 28, кв. 66. тел. 8(499)242-4797, моб. 8(910)437-9156, Афанасьев Александр Алексеевич 119021, г. Москва, Олсуфьевский пер., д. 2/4, кв. 17 e-mail: ksel@list.ru, тел. 8(495)245-1939, Селищев Константин Сергеевич

Рецензент: д.т.н., проф., Московской Государственой Академии Коммунального хозяйства и Строительства Подгорное Н.И.