Что такое гибридная кладка?
Гибридная кладка — это строительная система, которая использует армированные каменные панели для укрепления стальных каркасов. В отличие от традиционных методов, где каменные стены просто примыкают к стальному каркасу, гибридная кладка активно использует структурные свойства каменных панелей. Это позволяет заменить стальные распорки на каменные панели, что делает конструкцию более устойчивой к нагрузкам.
История гибридной кладки
Эта система была впервые представлена Дэвидом Биггсом, инженером-строителем, в 2007 году на 10-й Североамериканской конференции по каменной кладке. Биггс вдохновился историческими методами строительства, где каменные стены крепились к стальным каркасам для обеспечения прочности. Его идея заключалась в том, чтобы объединить эти традиционные методы с современными технологиями, создав более эффективную и надежную строительную систему.
Типы гибридной кладки
Существует пять основных конфигураций гибридной кладки, которые делятся на три типа и два подмножества. Каждый тип отличается способом взаимодействия каменных панелей со стальным каркасом.
Тип I
Гибридная кладка типа I не имеет прямого контакта с объемным стальным каркасом. Вместо этого боковые усилия передаются на каменную панель через стальные пластины, которые крепятся к балкам перекрытия и стене с помощью сквозных болтов. Это позволяет каменной панели принимать только сдвиг этажа от верхних этажей, действуя как одноэтажная стена сдвига. Стальные пластины могут быть спроектированы как предохранители, которые рассеивают энергию в случае чрезвычайной ситуации, или как прочные элементы, которые локализуют повреждение каменной кладки.
Тип II
Гибридная кладка типа II ограничена вертикально стальной рамой, но стороны панели все еще имеют зазор между сталью и кладкой. Вертикальный контакт передает гравитационную нагрузку от балки на панель кладки, увеличивая ее прочность на изгиб и сдвиг. Вместо стальных пластин боковая сила передается через срезные штифты, приваренные к нижней стороне балки. Пространство между кладкой и стальной балкой заполняется затиркой, что позволяет стене выдерживать сдвиг этажа, гравитационные нагрузки и опрокидывающие моменты.
Гибридная кладка типа II делится на два подтипа: IIa и IIb. В типе IIa вертикальная арматура закреплена и может создавать силы растяжения по всей длине. В типе IIb вертикальная арматура не закреплена, и верхняя часть стены подвергается сжатию.
Тип III
Гибридная кладка типа III имеет вертикальное ограничение, как и тип II, но также использует контакт с колоннами для горизонтального удержания. Срезные шпильки приварены к внутренней стороне колонн, что позволяет передавать вертикальные силы, возникающие в результате осевой нагрузки в колоннах, а также сдвига в стене. Эта система напоминает каменную кладку, заключенную в сталь, но отличается тем, что она залита цементным раствором и армирована, что обеспечивает более пластичную реакцию.
Исследования и разработки
Гибридная кладка продолжает развиваться благодаря исследованиям и разработкам в области строительных технологий. Профессор Ян Робертсон из Гавайского университета в Маноа разработал метод проектирования пластины предохранителя, которая поддается деформации по всей длине, что позволяет создавать пластичные предохранители, рассеивающие энергию. В университете также были проведены испытания на выдергивание болтов для проверки прочности кладки со сквозными болтами.
Исследовательская группа из Университета Райса занимается разработкой вычислительных моделей для изучения структурных систем гибридной кладки. Профессора Ларри А. Фансток и Дэниел П. Абрамс проводят полномасштабные экспериментальные испытания гибридной кладки на площадке Сети инженерного моделирования землетрясений (NEES) в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн. Эти исследования направлены на улучшение понимания поведения гибридной кладки при различных нагрузках и условиях.
Преимущества гибридной кладки
Гибридная кладка предлагает множество преимуществ по сравнению с традиционными методами строительства. Во-первых, она позволяет использовать структурные свойства каменных панелей, что делает конструкцию более прочной и устойчивой. Во-вторых, гибридная кладка упрощает процесс строительства, сокращая затраты времени и ресурсов. В-третьих, эта система позволяет создавать более гибкие и адаптивные конструкции, которые могут выдерживать различные нагрузки и условия.
Применение гибридной кладки
Гибридная кладка может быть использована в различных типах зданий, от жилых домов до коммерческих и промышленных объектов. Она особенно полезна в регионах, подверженных землетрясениям, где требуется повышенная устойчивость конструкций. Гибридная кладка также может быть использована для реконструкции и усиления существующих зданий, что делает ее универсальным решением для различных строительных задач.
