Конструктивные требования к железобетонным конструкциям

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО РАСЧЕТУ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ В СООТВЕТСТВИИ С СП 52-101-2003

Основные расчетные требования

Расчеты бетонных и железобетонных конструкций следует производить по предельным состояниям, включающим:

- предельные состояния первой группы (по полной непригодности к эксплуатации вследствие потери несущей способности);

- предельные состояния второй группы (по непригодности к нормальной эксплуатации вследствие образования или чрезмерного раскрытия трещин, появления недопустимых деформаций и др.).

Расчеты по предельным состояниям первой группывключают расчет по прочности с учетом в необходимых случаях деформированного состояния конструкции перед разрушением.

Расчеты по предельным состояниям второй группывключают расчеты по раскрытию трещин и по деформациям.

Расчет по предельным состояниям конструкции в целом, а также отдельных ее элементов следует, как правило, производить для всех стадий: изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации; при этом расчетные схемы должны отвечать принятым конструктивным решениям.

При проектировании бетонных и железобетонных конструкций надежность конструкций устанавливают расчетом путем использования расчетных значений нагрузок и воздействий, расчетных значений характеристик материалов, определяемых с помощью соответствующих частных коэффициентов надежности по нормативным значениям этих характеристик с учетом степени ответственности зданий и сооружений.

Нормативные значения нагрузок и воздействий, коэффициентов сочетаний, коэффициентов надежности по нагрузке, коэффициентов надежности по назначению конструкций, а также подразделение нагрузок на постоянные и временные (длительные и кратковременные) принимают согласно СНиП 2.01.07.

При расчете элементов сборных конструкций на воздействие усилий, возникающих при их подъеме, транспортировании и монтаже, нагрузку от веса элементов следует принимать с коэффициентом динамичности, равным: 1,60 - при транспортировании, 1,40 - при подъеме и монтаже. Допускается принимать более низкие, обоснованные в установленном порядке, значения коэффициента динамичности, но не ниже 1,25.

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ БЕТОННЫХИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Бетон

Для бетонных и железобетонных конструкций, проектируемых в соответствии с требованиями СП 52-101-2003, следует предусматривать конструкционный тяжелый бетон средней плотности от 2200 кг/м³ до 2500 кг/м³ включительно.

Для железобетонных конструкций следует применять класс бетона по прочности на сжатие не ниже В15.

 

Расчетные значения прочностных характеристик бетона

Расчетные значения сопротивления бетона осевому сжатию R_b и осевому растяжению R_bt, определяют по формулам:

;	(1.1)
;	(1.2)

Значения коэффициента надежности по бетону при сжатии γ_b принимают равными:

1,3 - для предельных состояний по несущей способности (первая группа);

1,0 - для предельных состояний по эксплуатационной пригодности (вторая группа).

Значения коэффициента надежности по бетону при растяжении γ_bt принимают равными:

1,5 - для предельных состояний по несущей способности при назначении класса бетона по прочности на сжатие;

1,3 - для предельных состояний по несущей способности при назначении класса бетона по прочности на осевое растяжение;

1,0 - для предельных состояний по эксплуатационной пригодности.

 

Расчетные значения сопротивления бетона R_b,R_bt в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие и осевое растяжение при расчетах по предельным состояниям первой группы приведены в таблице 1.2.

Расчетные значения сопротивления бетона R_b,ser, R_bt,ser для расчетов по второй группе предельных состояний и нормативные значения сопротивления бетона R_b,n и R_bt,n в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие и осевое растяжение приведены в таблице1.1.

Таблица 1.1.

Вид сопротивления	Нормативные значения сопротивления бетона Rb,n и Rbt,n и расчетные значения сопротивления бетона для предельных состояний второй группы Rb,ser и Rbt,ser, МПа, при классе бетона по прочности на сжатие
B10	B15	В20	В25	B30	В35	В40	В45	В50	В55	В60
Сжатие осевое (призменная прочность) Rb,n, Rb,ser	7,5	11,0	15,0	18,5	22,0	25,5	29,0	32,0	36,0	39,5	43,0
Растяжение осевое Rbt,n, Rbt,ser	0,85	1,1	1,35	1,55	1,75	1,95	2,1	2,25	2,45	2,6	2,75

Таблица 1.2.

Вид сопротивления	Расчетные значения сопротивления бетона для предельных состояний первой группы Rb и Rbt МПа, при классе бетона по прочности на сжатие
B10	B15	В20	В25	B30	В35	В40	В45	В50	В55	В60
Сжатие осевое (призменная прочность) Rb	6,0	8,5	11,5	14,5	17,0	19,5	22,0	25,0	27,5	30,0	33,0
Растяжение осевое Rbt	0,56	0,75	0,9	1,05	1,15	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8

В необходимых случаях расчетные значения прочностных характеристик бетона умножают на следующие коэффициенты условий работы γ_bi, учитывающие особенности работы бетона в, конструкции (характер нагрузки, условия окружающей среды и т.д.):

а) γ_b1 - для бетонных и железобетонных конструкции, вводимый к расчетным значениям сопротивлений R_b и R_bt и учитывающий влияние длительности действия статической нагрузки:

γ_b1 = 1,0 - при непродолжительном (кратковременном) действии нагрузки;

γ_b1 = 0,9при продолжительном (длительном) действии нагрузки;

б) γ_b2- для бетонных конструкций, вводимый к расчетным значениям сопротивления R_b и учитывающий характер разрушения таких конструкций;

γ_b2 = 0,9;

в) γ_b3 - для бетонных и железобетонных конструкций, бетонируемых в вертикальном положении, вводимый к расчетному значению сопротивления бетона R_b

γ_b3 = 0,9.

Следует отметить, что применение бетонов классов по прочности на сжатие выше В25 ÷В30 в изгибаемых железобетонных элементах без предварительного напряжения арматуры нецелесообразно, поскольку увеличение класса бетона на одну ступень (например с В30 до В35) дает прирост несущей способности (или снижение площади сечения растянутой арматуры) только на 4÷5%, что экономически нецелесообразно, принимая во внимание разницу в стоимости бетонов.

В сжатых железобетонных элементах увеличение класса бетона по прочности дает пропорциональный прирост несущей способности (или снижение площади сжатой арматуры), поэтому применение высокопрочных бетонов с сжатых железобетонных элементах экономически целесообразно.

 

Деформационные характеристики бетона

Основными деформационными характеристиками бетона являются значения:

- начального модуля упругости Е_b;

- коэффициента (характеристики) ползучести φ_b,cr.

 

Значения начального модуля упругости бетона при сжатии и растяжении принимают в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие В согласно таблице 1.3.

При продолжительном действии нагрузки значения начального модуля деформаций бетона определяют по формуле

;

(1.3)

где φ_b,cr - коэффициент ползучести, принимаемый согласно 5.1.14.

Значения коэффициента ползучести бетона φ_b,cr принимают в зависимости от условий окружающей среды (относительной влажности воздуха) и класса бетона. Значения коэффициента ползучести бетона приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.3.

Значения начального модуля упругости бетона при сжатии и растяжении Еb, МПа∙10-3при классе бетона по прочности на сжатие
В10	В15	В20	В25	В30	В35	В40	В45	В50	В55	В60
19,0	24,0	27,5	30,0	32,5	34,5	36,0	37,0	38,0	39,0	39,5

Таблица 1.4.

Относительная влажность воздуха окружающей среды, %	Значения коэффициента ползучести φb,crпри классе бетона на сжатие
В10	В15	В20	В25	В30	В35	В40	В45	В50	В55	В60
Выше 75	2,8	2,4	2,0	1,8	1,6	1,5	1,4	1,3	1,2	1,1	1,0
40-75	3,9	3,4	2,8	2,5	2,3	2,1	1,9	1,8	1,6	1,5	1,4
Ниже 40	5,6	4,8	4,0	3,6	3,2	3,0	2,8	2,6	2,4	2,2	2,0
Примечание - Относительную влажность воздуха окружающей среды. принимают по СНиП 23-01 как среднюю месячную относительную влажность наиболее теплого месяца для района строительства.

 

Арматура

Показатели качества арматуры

Для армирования железобетонных конструкций следует применять отвечающую требованиям соответствующих государственных стандартов или утвержденных в установленном порядке технических условий арматуру следующих видов:

- горячекатаную гладкую и периодического профиля с постоянной и переменной высотой выступов (соответственно кольцевой и серповидный профиль) диаметром 6-40 мм;

- термомеханически - упрочненную периодического профиля с постоянной и переменной высотой выступов (соответственно кольцевой и серповидный профиль) диаметром 6- 40 мм;

- холоднодеформированную периодического профиля диаметром 3-12 мм.

 

Для железобетонных конструкций без предваительного напряжения арматуры, проектируемых в соответствии с требованиями СП 52-101-2003, следует предусматривать арматуру:

- гладкую класса А240 (A-I);

- периодического профиля классов А300 (А- II), А400 (A-III, A400C), А500 (А500С), В500 (Вр-I, В500С).

В качестве арматуры железобетонных конструкций, устанавливаемой по расчету, следует преимущественно применять арматуру периодического профиля классов А500 и А400, а также арматуру класса В500 в сварных сетках и каркасах.

Для монтажных (подъемных) петель элементов сборных железобетонных и бетонных конструкций следует применять горячекатаную арматурную сталь класса А240.

Сортамент арматурной стали представлен в таблице 1.7.

Нормативные значения прочностных характеристик арматуры

Основной прочностной характеристикой арматуры является нормативное значение сопротивления растяжению R_s.n, принимаемое в зависимости от класса арматуры по таблице 1.5.

Таблица 1.5.

Арматура класса	Номинальный диаметр арматуры, мм	Нормативные значения сопротивления растяжению Rs.n и расчетные значения сопротивления растяжению для предельных состояний второй группы Rs.ser, МПа
А240	6-40
А300	6-40
А400	6-40
А500	10-40
В500	3-12

Расчетные значения прочностных характеристик арматуры

Расчетные значения сопротивления арматуры растяжению R_s определяют по формуле

;

(1.4)

где γ_s - коэффициент надежности по арматуре, принимаемый равным:

для предельных состояний первой группы:

1,1- для арматуры классов А240, А300 и А400;

1,15- для арматуры класса А500;

1,2 - для арматуры класса В500;

1,0 - для предельных состояний второй группы.

Расчетные значения сопротивления арматуры растяжению R_s приведены для предельных состояний первой группы в таблице 1.6, второй группыR_s.ser - в таблице 1.5. При этом значения R_s,n для предельных состояний первой группы приняты равными наименьшим контролируемым значениям по соответствующим ГОСТ.

Расчетные значения сопротивления арматуры сжатию R_sc принимают равными расчетным значениям сопротивления арматуры растяжению R_s но не более значений, отвечающих деформациям укорочения бетона, окружающего сжатую арматуру: при кратковременном действии нагрузки - не более 400 МПа, при длительном действии нагрузки - не более 500 МПа. Для арматуры класса В500 граничные значения сопротивления сжатию принимаются с коэффициентом условий работы, равным 0,9 (таблица 1.6.).

Таблица 1.6.

Арматура классов	Расчетные значения сопротивления арматуры для предельных состоянии перкой группы. МПа
растяжению	сжатию Rsc
продольной Rs	поперечной (хомутов и отогнутых стержней) Rsw
А240
А300
А400
А500			435(400)
В500			415(360)
Примечание - Значения Rsc в скобках используют только при расчете на кратковременное действие нагрузки.

В необходимых случаях расчетные значения прочностных характеристик арматуры умножают на коэффициенты условий работы γ_si, учитывающие особенности работы арматуры в конструкции.

Расчетные значения сопротивления поперечной арматуры (хомутов и отогнутых стержней) R_sw снижают по сравнению с R_s путем умножения на коэффициент условий работы γ_s1 = 0,8, но принимают не более 300 МПа. Расчетные значения R_sw (с округлением) приведены в таблице 1.6.

Таблица 1.7.Сортамент арматурной стали.

Номинальный диаметр стержня, мм	Расчетная площадь поперечного стержня, мм2 при числе стержней	Теоретическая масса 1 м длины армату­ры, кг	Диаметр арматуры классов
									А240 (A-I)	А300 (A-II)	А400 (А-III)	А500	В500 (Bp-I)
	7,1	14,1	21,2	28,3	35,3	42,4	49,5	56,5	63,6	0,052	—	—	—	+	+
	12,6	25,1	37,7	50,2	62,8	75,4	87,9	100,5		0,092	—	—	—	+	+
	19,6	39,3	58,9	78,5	98,2	117,8	137,5	157,1	176,7	0,144	—	—	—	+	+
	28,3									0,222	+	—	+	+	—
	50,3									0,395	+	—	+	+	—
	78,5									0,617	+	+	+	+	—
	113,1									0,888	+	+	+	+	—
	153,9									1,208	+	+	+	+	—
	201,1									1,578	+	+	+	+	—
	254,5					1,527				1,998	+	+	+	+	—
	314,2									2,466	+	+	+	+	—
	380,1									2,984	+	+	+	+	—
	490,9										+	+	+	+	—
	615,8									4,83	+	+	+	+	—
	804,3									6,31	+	+	+	+	—
	1017,9									7,99	+	+	+	+	—
	1256,6									9,865	+	+	+	+	—

Деформационные характеристики арматуры

Основными деформационными характеристиками арматуры являются значения:

- относительных деформаций удлинения арматуры ел при достижении напряжениями расчетного сопротивления R_s;

- модуля упругости арматуры E_s

Значения относительных деформаций арматуры ε_s0 определяют как упругие при значении сопротивления арматуры R_s

;

(1.5)

Значения модуля упругости арматуры E_s принимают одинаковыми при растяжении и сжатии и равными E_s = 2,0·10⁵ МПа.

Конструктивные требования к железобетонным конструкциям

 

Защитный слой бетона

Арматура, расположенная внутри сечения конструкции, должна иметь защитный слой бетона (расстояние от поверхности арматуры до соответствующей грани конструкций), чтобы обеспечивать:

- совместную работу арматуры с бетоном;

- анкеровку арматуры в бетоне и возможность устройства стыков арматурных элементов;

- сохранность арматуры от воздействий окружающей среды (в том числе при наличии агрессивных воздействий);

- огнестойкость и огнесохранность.

Толщину защитного слоя бетона назначают исходя из требований 8.3.1 с учетом типа конструкций, роли арматуры в конструкциях (продольная рабочая, поперечная, распределительная, конструктивная арматура), условий окружающей среды и диаметра арматуры.

Минимальные значения толщины слоя бетона рабочей арматуры следует принимать по таблице 1.8.

Таблица 1.8

Условия эксплуатации конструкций зданий	Толщина защитного слоя бетона, мм, не менее
1.	В закрытых помещениях при нормальной и пониженной влажности
2.	В закрытых помещениях при повышенной влажности (при отсутствии дополнительных защитных мероприятий)
3.	На открытом воздухе (при отсутствии дополнительных защитных мероприятий)
4.	В грунте (при отсутствии дополнительных защитных мероприятий), в фундаментах при наличии бетонной подготовки

Для сборных элементов минимальные значения толщины защитного слоя бетона рабочей арматуры, указанные в таблице 1.8, уменьшают на 5 мм.

Для конструктивной арматуры минимальные значения толщины защитного слоя бетона принимают на 5 мм меньше по сравнению с требуемыми для рабочей арматуры.

Во всех случаях толщину защитного слоя бетона следует также принимать не менее диаметра стержня арматуры.