Методика расчета основных конструктивных элементов

Расчет монолитных железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры ведется согласно СП 52-103-2007, СП 52-101-2003.

Несущая конструктивная система здания состоит из фундамента, опирающихся на него колонн и объединяющих их в единую пространственную систему плит перекрытий и покрытия. Основным несущим вертикальным элементом являются колонны. Фундаменты выполняются в виде отдельных плит переменной толщины под колонны. Колонны имеют квадратное сечение 400х400 мм. Плита перекрытия – безбалочная в виде гладкой плиты. Несущая конструктивная система – нерегулярная в плане.

Расчет производится с использованием специяльных сертифицированных программ: Лира, Мономах и пр.

Основными конструктивными параметрами колонн являются их высота, размеры поперечного сечения, класс бетона по прочности на сжатие и содержание продольной арматуры (процент армирования), определяемые в зависимости от высоты здания, нагрузки на перекрытия (с учетом собственного веса перекрытий) и шага колонн. Процент армирования в любом сечении (включая участки с нахлесточным соединением арматуры) – не более 10%, класс бетона - не менее В25. Колонны армируют продольной, как правило, симметричной арматурой, расположенной по контуру поперечного сечения и, в необходимых случаях, внутри поперечного сечения, и поперечной арматурой по высоте колонны, охватывающей все продольные стержни и расположенной по контуру и внутри поперечного сечения. Конструкцию поперечной арматуры в пределах поперечного сечения и максимальные расстояния между хомутами и связями по высоте колонны следует принимать такими, чтобы предотвратить выпучивание сжатых продольных стержней и обеспечить равномерное восприятие поперечных сил по высоте колонны.

Основными конструктивными параметрами плоских плит перекрытий являются размеры поперечного сечения (толщина плиты), класс бетона по прочности на сжатие и содержание продольной арматуры, определяемые в зависимости от нагрузки на перекрытие и длины пролетов. При этом толщины перекрытия рекомендуется принимать не менее 16 см и не менее 1/30 длины наибольшего пролета и не более 25 см, класс бетона – не менее В20. Армирование плоских плит следует осуществлять продольной арматурой в двух направлениях, располагаемой у нижней и верхней граней плиты, а в необходимых случаях (согласно расчету) и поперечной арматурой, располагаемой у колонн, и по площади плиты. На концевых участках плоских плит следует устанавливать поперечную арматуру в виде П-образных хомутов, расположенных по краю плиты, обеспечивающих восприятие крутящих моментов у края плиты и необходимую анкеровку концевых участков продольной арматуры. Количество верхней и нижней продольной арматуры в плите перекрытий (покрытия) следует устанавливать в соответствии с действующими усилиями. При этом рекомендуется для нерегулярных конструктивных систем с целью упрощения армирования устанавливать: нижнюю арматуру одинаковой по всей площади рассматриваемой конструкции в соответствии с максимальными значениями усилий в пролете плиты; основную верхнюю арматуру принимать такой же, как и нижнюю, а у колонн и стен устанавливать дополнительную верхнюю арматуру, которая в сумме с основной должна воспринимать опорные усилия в плите.

Основными конструктивными параметрами плоских фундаментных плит являются размеры (толщина плиты), класс бетона по прочности на сжатие и содержание продольной арматуры, определяемые в зависимости от реактивного давления грунта основания и шага колонн. Толщину фундаментных плит рекомендуется принимать не менее 50 см и не более 200 см, класс бетона – не менее В20, армирование – не менее 0,3%, а марку по водонепроницаемости – не менее W6. Армирование фундаментных плит следует производить аналогичным плитам. В толстых фундаментных плитах помимо продольной арматуры, устанавливаемой у верхней и нижней граней плиты, следует предусматривать продольную арматуру, располагаемую в средней зоне по толщине плиты. Для предотвращения продавливания плиты возле колонн и стен в плиты рекомендуется дополнительно укладывать в качестве одного из возможных способов сталефибробетон по СП 52-104.

Рисунок 1

Схема усилий, действующих на выделенный стержневой элемент

Расчет несущих железобетонных элементов конструктивной системы (колонн, плит перекрытий, покрытий и фундаментов) следует производить по предельным состояниям двух групп: по несущей способности (по прочности и устойчивости) и по эксплуатационной пригодности (по трещиностойкости и деформациям). При этом расчет на устойчивость отдельных сжатых элементов (колонн и стен) рекомендуется производить в рамках расчета по прочности этих элементов с учетом влияния продольного изгиба или в рамках расчета конструктивной системы по деформированной схеме, а расчет по деформациям элементов - в рамках расчета статически неопределимой конструктивной системы.

Расчет по прочности колонн следует производить по нормальным сечениям на действие изгибающих моментов и продольных сил и по наклонным сечениям на действие поперечных и продольных сил, полученных из расчета конструктивной системы (рис. 1).

Рисунок 2 Схема усилий, действующих на

выделенный плоский элемент единичной ширины

Расчет по прочности плоских плит перекрытий, покрытий и фундаментных плит следует производить как плоских выделенных элементов на совместное действие изгибающих моментов в направлении взаимно перпендикулярных осей и крутящих моментов, приложенных по боковым сторонам плоского выделенного элемента, а также на действие продольных и поперечных сил, приложенных по боковым сторонам плоского элемента, полученных из статического расчета несущей конструктивной системы методом конечных элементов (рис. 2).

Рисунок 3 Схема усилий, действующих в бетонном и арматурном слоях выделенного плоского элемента плиты

(усилия на противоположных сторонах условно не показаны)

Расчет по прочности плоских плит в общем случае рекомендуется производить путем разделения плоского элемента на отдельные слои сжатого бетона, растянутой и сжатой арматуры и расчета каждого слоя отдельно на действие нормальных и сдвигающих сил в этом слое, полученных от действия изгибающих и крутящих моментов и нормальных сил (рис. 3).

Расчет плоских элементов плит может также производиться без разделения на слои бетона и растянутой арматуры на совместное действие изгибающих и крутящих моментов из условий, основанных на обобщенных уравнениях предельного равновесия:

(8.1)

; (8.2)

; (8.3)

, (8.4)

где , , - изгибающие и крутящие моменты, действующие на выделенный плоский элемент;

, , - предельные изгибающие и крутящие моменты, воспринимаемые плоским выделенным элементом.

Значения предельных изгибающих моментов и следует определять из расчета нормальных сечений, перпендикулярных осям и , плоского выделенного элемента с продольной арматурой, параллельной осям и , согласно СП 52-101.

Значения предельных крутящих моментов следует определять по бетону и по растянутой продольной арматуре по формулам:

, (8.5)

где и - соответственно меньший и больший размеры плоского выделенного элемента;

, (8.6)

где и - площади сечения продольной арматуры в направлении и ;

- рабочая высота поперечного сечения плиты.

Расчет плоского выделенного элемента на действие поперечных сил следует производить из условия:

, (8.7)

где и - поперечные силы, действующие по боковым сторонам плоского выделенного элемента;

и - предельные поперечные силы, воспринимаемые плоским выделенным элементом.

Значения предельных поперечных сил определяют по формуле:

, (8.8)

где и - предельные поперечные силы, воспринимаемые соответственно бетоном и поперечной арматурой и определяемые по формулам:

; (8.9)

, (8.10)

где - интенсивность поперечного армирования, определяемая по СП 52-101