Железобетонные монолитные конструкции зданий

а - гладкая плита; 6 - плита с капителями

Рисунок 5.4 - Безбалочные перекрытия

а, б - балки и стены в одном направлении; в, г - балки и стены в двух направлениях;

1 - колонны; 2 - балки или стены; 3 - плита сплошная или пустотная; 4 - плита сплошная или пустотная кессонная;

5 и 6 - ребра и полки ребристой и кессонной плит

Рисунок 5.5. - Плиты перекрытий в колонных КС с балками и в стеновых КС

5.11 Ограждающие  наружные стены бывают:

- несущие, передающие  временную и постоянную нагрузки  с этажей и собственный вес  стены непосредственно на фундамент;

- самонесущие,  передающие непосредственно на  фундамент только собственный  вес стены;

- ненесущие,  опирающиеся в пределах этажа  на перекрытия или вертикальные  несущие элементы КС и непосредственно  не передающие нагрузку на  фундамент.

5.12 Конструктивные  схемы в стеновых КС определяются  взаимным расположением стен, а  в колонных КС - взаимным расположением  межколонных балок (рис. 5.5) относительно  поперечных и продольных осей  здания. Схемы бывают поперечные, продольные и перекрестные. В  реальных монолитных зданиях  конструктивные схемы обычно  перекрестные (рис. 5.5, в, г; 6.2, а). Чисто поперечные и продольные схемы (рис. 6.1, б, в) рассматриваются при разделении пространственной КС на две независимые (рис. 6.1, б, в и 6.2, б, в ) с целью упрощения расчетов.

( Опечатка, Информационный  бюллетень о нормативной, методической  и типовой проектной документации, № 3 2008 г.)

5.13 Горизонтальные  нагрузки перераспределяются дисками  перекрытий между защемленными  в фундаменте вертикальными опорными  консольными конструкциями (устоями)  в виде:

- пространственных  рам в колонных КС;

- стен в двух  направлениях и образуемых стенами  тонкостенных стержней открытого  и замкнутого профилей в стеновых  КС;

- пространственных  рам, стен и тонкостенных стержней  в смешанных КС.

Устои в КС воспринимают все горизонтальные и вертикальные нагрузки.

5.14 В колонных КС стыки пространственных рам-этажерок считаются жесткими при наличии капителей в плитах или вутов в главных балках. Стыки колонн с гладкой плитой или балками являются условно жесткими. После образования в стыках колонн наклонных трещин, их податливость еще более возрастает. Податливость стыков учитывают введением коэффициентов, понижающих изгибную жесткость элементов.

5.15 В многоэтажных зданиях наиболее часто применяют смешанные колонно-стеновые КС.

Стеновые, особенно перекрестные, КС обладают большей  жесткостью и большим сопротивлением горизонтальным и вертикальным нагрузкам  и потому более подходят для высоких  зданий.

5.16 Несущие конструктивные  системы могут быть регулярными,  с одинаковым шагом колонн  и стен по длине, ширине и  высоте здания, или нерегулярными  в плане и по высоте здания.

5.17 Нерегулярную  несущую конструктивную систему  рекомендуется проектировать таким  образом, чтобы центр жесткости  и центр масс конструктивной  системы были как можно ближе  к месту расположения равнодействующей  вертикальной нагрузки.

5.18 Несущую конструктивную  систему рекомендуется проектировать  таким образом, чтобы вертикальные  несущие элементы (колонны, стены)  располагались от фундамента  один над другим по высоте  здания, т.е. были соосными. В тех случаях, когда колонны и стены не выполняются по одной оси, под «висячими» колоннами и стенами следует предусматривать устройство ребер жесткости и балок-стенок.

5.19 Конструктивную  систему зданий рекомендуется  разделять осадочными швами при  различной высоте здания, а также  в зависимости от длины здания - температурно-усадочными швами.  Требуемые расстояния между температурно-усадочными  швами по длине здания следует  устанавливать расчетом. На период  строительства возможно устройство  временных деформационных швов, которые потом ликвидируются.

5.20 При проектировании несущих конструктивных систем следует стремиться к простым техническим решениям, в наибольшей степени обеспечивающим прочность и жесткость конструктивной системы: симметричным в плане и одинаковым по высоте, с регулярным расположением вертикальных несущих элементов в плане и по высоте, без больших консолей и проемов в плане и по высоте здания и т.п.

5.21 Отдельностоящие высокие здания рекомендуется выполнять ширококорпусными: круглыми, овальными, квадратными или прямоугольными с небольшим соотношением длинной и короткой сторон для снижения ветрового давления и затрат на отопление.

5.22 Секции здания  разной высоты должны быть  разделены деформационными швами.  Не рекомендуется устраивать  подземный гараж и стилобат, выступающие  за пределы площади высокой  части здания.

6 Расчет несущих  конструктивных систем

6.1 Расчетная схема

6.1.1 Расчетная  схема здания включает данные  о нагрузках и физическую модель.

6.1.2 Физическая  модель здания представляет собой  трехмерную систему из колонн, стен, плит, балок и их сопряжений, а также данные о физико-механических  свойствах материалов.

6.1.3 Распределение  усилий в пространственно-деформируемых  системах в значительной степени  определяется жесткостными характеристиками элементов и их сопряжениями, которые зависят как от материала и его напряженного состояния, так и от качества изготовления и монтажа, наличия дефектов, предыстории загружения, типа конструкции, влажности материала, степени повреждения (износа), температуры и других факторов. Влияние этих факторов при проектировании учесть сложно. Поэтому геометрические параметры и физические характеристики материалов и конструкций в расчетах принимаются заданными.

6.1.4 Расчеты напряженно-деформированного  состояния железобетонных линейных, плоских и объемных элементов  и их сопряжений разработаны  только для нормальных сечений  при простых воздействиях.

Расчеты по наклонным  и пространственным сечениям с трещинами  имеются лишь для частных случаев, а для сложных воздействий  и учета многих факторов (см. п. 6.1.3) применяют различные упрощения.

6.1.5 Сложные пространственные  геометрические схемы упрощают  путем замены реальной конструкции  условной схемой. Ребристый и  пустотный диски перекрытий, так  же как и структурное покрытие  из стержней, заменяются условной  анизотропной пластиной постоянной  толщины. Колонны и балки аппроксимируются стержнями, приведенными к оси, а плиты и стены - пластинами, приведенными к срединной плоскости.

6.1.6 Применяют континуальные, дискретно-континуальные и дискретные расчетные модели. Наиболее широкое распространение получили дискретные расчетные модели, основанные на математической и геометрической дискретизации пространственных конструкций, рассчитываемых методом конечных элементов (МКЭ).

6.2 Требования к расчету

6.2.1 Расчет несущих  конструктивных систем включает:

- определение  усилий в элементах конструктивной  системы (колоннах, плитах перекрытий  и покрытия, фундаментных плитах, стенах, ядрах) и усилий, действующих  на основания фундаментов;

- определение  перемещений конструктивной системы  в целом и отдельных ее элементов,  а также ускорений колебания  перекрытий верхних этажей;

- расчет на  устойчивость конструктивной системы  (устойчивость формы и положения);

- оценку сопротивляемости  конструктивной системы прогрессирующему  разрушению;

- оценку несущей  способности и деформации основания.

6.2.2 Расчет несущей  конструктивной системы, включающей  надземные и подземные конструкции  и фундамент, следует производить  для всех последовательных стадий  возведения (в случае существенного  изменения расчетной ситуации) и  для стадии эксплуатации, принимая  расчетные схемы, отвечающие рассматриваемым  стадиям. При этом следует учитывать:

- порядок приложения  и изменения вертикальной нагрузки  и жесткостей элементов в процессе  монтажа и эксплуатации;

- образование  трещин от температурно-усадочных  деформаций бетона в процессе  твердения и наличие технологических  швов при бетонировании захватками;

- величину прочности  и жесткости бетона в момент  освобождения конструкции от  опалубки и передачи нагрузки  от вышележащих этажей.

6.2.3 Расчет несущей  конструктивной системы в общем  случае следует производить в  пространственной постановке с  учетом совместной работы надземных  и подземных конструкций, фундамента  и основания под ним.

6.2.4 Расчет несущих  конструктивных систем производят  с использованием линейных и  нелинейных жесткостей железобетонных  элементов.

Линейные жесткости  железобетонных элементов определяют как для сплошного упругого тела.

Нелинейные жесткости  железобетонных элементов определяют по поперечному сечению с учетом возможного образования трещин, а  также с учетом развития неупругих  деформаций в бетоне и арматуре, отвечающих кратковременному и длительному  действиям нагрузки.

6.2.5 Значения  нелинейных жесткостей железобетонных  элементов следует устанавливать  в зависимости от стадии расчета,  требований к расчету и характера  напряженно-деформированного состояния  элемента.

На первой стадии расчета конструктивной системы, характеризуемой  тем, что армирование железобетонных элементов неизвестно, нелинейную работу элементов рекомендуется учитывать  путем понижения их жесткостей с  помощью условных обобщенных коэффициентов.

На последующих  стадиях расчета конструктивной системы, когда известно армирование  железобетонных элементов, в расчет следует вводить уточненные значения жесткостей элементов, определяемые с  учетом армирования, образования трещин и развития неупругих деформаций в бетоне и арматуре согласно указаниям  действующих нормативных документов по проектированию железобетонных конструкций.

6.2.6 В результате расчета несущей конструктивной системы должны быть установлены: в колоннах - значения продольных и поперечных сил, изгибающих моментов, а в необходимых случаях - и крутящих моментов; в плоских плитах перекрытий, покрытия и фундаментов - значения изгибающих и крутящих моментов, поперечных и продольных сил; в стенах - значения нормальных и сдвигающих продольных сил, изгибающих и крутящих моментов и поперечных сил.

Определение усилий в элементах конструктивной системы  следует производить от действия расчетных постоянных, длительных и  кратковременных нагрузок, особых нагрузок, а также их расчетных сочетаний.

На первой стадии расчета для оценки усилий в элементах  конструктивной системы допускается  принимать приближенные значения жесткостей элементов, имея в виду, что распределение  усилий в элементах конструктивных систем зависит не от величины, а, в  основном, от соотношения жесткостей этих элементов. Для более точной оценки распределения усилий в элементах  конструктивной системы рекомендуется  принимать уточненные значения жесткостей с понижающими коэффициентами. При  этом необходимо учитывать существенное снижение жесткостей в изгибаемых плитных элементах (в результате возможного образования трещин) по сравнению с внецентренно сжатыми элементами. В первом приближении рекомендуется принимать модуль упругости материала равным Е_в с понижающими коэффициентами: 0,6 - для вертикальных сжатых элементов; 0,3 - для плит перекрытий (покрытий) с учетом длительности действия нагрузки.

На последующих  стадиях расчета жесткости следует  определять согласно п. 6.2.5.