Железобетонные монолитные конструкции зданий

6.2.7 В результате расчета несущей конструктивной системы должны быть установлены значения вертикальных перемещений (прогибов) перекрытий и покрытий, горизонтальные перемещения конструктивной системы, а также для зданий повышенной этажности - ускорения колебаний перекрытий верхних этажей. Величины указанных перемещений и ускорения колебаний не должны превышать допустимых значений, установленных соответствующими нормативными документами.

Определение горизонтальных перемещений конструктивной системы  следует производить от действия расчетных (для предельных состояний  второй группы*⁾ постоянных, длительных и кратковременных горизонтальных и вертикальных нагрузок. При этом на первой стадии расчета рекомендуется принимать пониженные значения жесткостей элементов конструктивной системы, поскольку горизонтальные перемещения напрямую зависят от жесткостных свойств элементов.

_______________________

* Далее по  тексту расчетные значения нагрузки  и характеристик материалов, используемые  для расчета по предельным  состояниям второй группы, в тех  случаях, когда коэффициенты надежности  равны единице, названы «нормативными».

Определение вертикальных перемещений (прогибов) перекрытий и  покрытий производят от действия нормативных  постоянных и длительных вертикальных нагрузок. При этом на первой стадии расчета рекомендуется принимать  пониженные значения жесткостей элементов  конструктивной системы, в частности  плит перекрытий, поскольку вертикальные перемещения (прогибы) напрямую зависят  от деформационных свойств плит.

В первом приближении  значения понижающих коэффициентов  относительно начального модуля упругости  бетона с учетом длительности действия нагрузки рекомендуется принимать: для вертикальных несущих элементов - 0,6, а для плит перекрытий (покрытий) - 0,2 при наличии трещин или 0,3 - при  отсутствии трещин.

На последующих  стадиях расчета при известном  армировании следует принимать  уточненные жесткости плит с учетом армирования, наличия трещин и неупругих  деформаций в бетоне и арматуре, определяемые согласно действующим  нормативным документам.

Ускорения колебаний  перекрытий верхних этажей здания следует  определять при действии пульсационной  составляющей ветровой нагрузки.

6.2.8 При расчете на устойчивость конструктивной системы следует производить проверку устойчивости формы конструктивной системы, а также устойчивости положения конструктивной системы на опрокидывание и на сдвиг.

Расчет на устойчивость конструктивной системы следует  производить на действие расчетных  постоянных, длительных и кратковременных  вертикальных и горизонтальных нагрузок.

При расчете  устойчивости формы конструктивной системы рекомендуется принимать  пониженные жесткости элементов  конструктивной системы (учитывая нелинейную работу материала), поскольку устойчивость конструктивной системы связана  с деформативностью системы и отдельных элементов. При этом значение понижающих коэффициентов в первом приближении рекомендуется принимать, как указано в пп. 6.2.6, 6.2.7 с учетом того, что устойчивость конструктивной системы зависит от сопротивления в основном внецентренно сжатых вертикальных элементов при длительном действии нагрузки и в стадии, приближающейся к предельной. Запас по устойчивости должен быть не менее чем двукратным.

При расчете  устойчивости положения конструктивные системы следует рассматривать  как жесткое недеформированное  тело. При расчете на опрокидывание  удерживающий момент от вертикальной нагрузки должен превышать опрокидывающий момент от горизонтальной нагрузки с  коэффициентом 1,5. При расчете на сдвиг удерживающая горизонтальная сила должна превышать действующую  сдвигающую силу с коэффициентом 1,2. При этом следует учитывать наиболее неблагоприятные значения коэффициентов  надежности по нагрузке.

6.2.9 Расчет на  прогрессирующее разрушение должен  обеспечивать прочность и устойчивость  конструктивной системы в целом  при выходе из строя одного  какого-либо элемента конструктивной  системы (колонны, участка стены,  участка перекрытия) и возможном  последующем разрушении близлежащих  элементов. Кроме того, в обоснованных  случаях рассматривается расчетная  ситуация с выходом из строя  части основания под фундаментами (например, в случае образования  карстовых провалов).

Расчет на прогрессирующее  разрушение следует производить  при действии нормативных вертикальных нагрузок с нормативными значениями сопротивления бетона и арматуры, принимая линейные жесткости элементов  конструктивной системы.

6.2.10 Оценку несущей  способности и деформации основания  следует производить согласно  соответствующим нормативным документам  по усилиям, действующим на  основание, найденным при расчете  конструктивной системы здания.

6.2.11 Расчет перекосов  вертикальных ячеек от неравномерных  вертикальных деформаций соседних  несущих конструкций (стен и  колонн) следует производить с  учетом фактического порядка  возведения здания, а также времени  и длительности приложения нагрузок  для учета нелинейных деформаций  в железобетонных конструкциях.

6.3 Методы расчета

6.3.1 Пространственная  конструктивная система является  статически неопределимой системой. Для расчета несущих конструктивных  систем рекомендуется использовать  дискретные расчетные модели, рассчитываемые  методом конечных элементов.

Расчет регулярных (или близких к ним) колонных и  стеновых КС можно производить методом  заменяющих (эквивалентных) рам (рис. 6.1), а стеновых КС - путем разложения на поперечную и продольную схемы (рис. 6.2).

Для оценки максимальной несущей способности перекрытий может быть использован расчет методом  предельного равновесия.

а - общая схема; 6 - поперечная схема; в - продольная схема;

1 , 4 и 2, 3 - две крайние и две средние поперечные рамы; 5, 7 и 6 - две крайние и средняя продольные рамы; l ₁ , l ₂ , l ₃ - шаги поперечных рам; b ₁ , b ₂ - шаги продольных рам

Рисунок 6.1 - План типового этажа здания с регулярной колонной КС

а - общая схема; б - поперечная схема; в - продольная схема;

1 , 2 - наружные и внутренние поперечные стены; 3, 4 - наружные и внутренние продольные стены; 5 - участки примыкающих стен перпендикулярного направления

Рисунок 6.2 - К расчету стеновой конструктивной системы

6.3.2 Дискретизацию  конструктивных систем производят  с применением оболочечных, стержневых  и объемных (если это необходимо) конечных элементов, используемых  в принятой расчетной программе.

При создании пространственной модели конструктивной системы необходимо учитывать характер совместной работы стержневых, оболочечных и объемных конечных элементов, связанный с  различным количеством степеней свободы для каждого из указанных  элементов.

6.3.3 Деформативные свойства основания следует учитывать путем использования общепринятых расчетных моделей основания, применения различных типов конечных элементов или краевых условий с заданной податливостью, моделирования всего массива грунта под зданием из объемных конечных элементов, либо комплексно - с использованием всех вышеперечисленных методов в случае сложной совместной работы конструкции фундамента и основания.

На первой стадии расчета конструктивной системы  допускается деформативность основания учитывать с помощью коэффициента постели, принимаемого по усредненным характеристикам грунтов.

При использовании  свайных или свайно-плитных фундаментов сваи следует моделировать как железобетонные конструкции или учитывать их совместную работу с грунтом обобщенно, как единое основание с использованием приведенного коэффициента постели основания.

6.3.4 При отсутствии данных о порядке и времени приложения постоянных и длительно действующих нагрузок допускается проверять прочность, трещиностойкость и деформации несущей КС с обязательным учетом деформативности основания при двух крайних случаях:

1) наиболее опасном  поэтажном приложении нагрузки и изменении жесткостей в процессе монтажа;

2) одновременном  приложении всей нагрузки на всех этажах.

6.3.5 При построении конечно-элементной расчетной модели размеры и конфигурацию конечных элементов следует задавать, исходя из возможностей применяемых конкретных расчетных программ, и принимать такими, чтобы была обеспечена необходимая точность определения усилий подлине колонн и по площади плит перекрытий, фундаментов и стен с учетом общего числа конечных элементов в расчетной схеме, влияющего на продолжительность расчета.

6.3.6 Жесткости  конечных элементов на первоначальной  стадии расчета конструктивной  системы, когда армирование конструкций  еще не известно, следует определять с учетом рекомендаций разд. 6.2.

После определения  арматуры в плитах перекрытий и покрытий следует произвести дополнительный расчет конструктивной системы для  уточнения прогибов этих конструкций, принимая уточненные значения изгибных жесткостей конечных элементов плит с учетом армирования в двух направлениях согласно действующим нормативным  документам.

Аналогичный дополнительный расчет следует выполнить для  более точной оценки изгибающих моментов в элементах перекрытий, покрытий и фундаментных плитах, а также  продольных сил в стенах и колоннах с учетом нелинейной работы арматуры и бетона вплоть до предельных значений.

6.3.7 Расчет конструктивных  систем методом конечных элементов  следует производить с использованием  специальных сертифицированных  в России компьютерных программ, согласованных с НИИЖБ: Лира, Мономах, STARK-ES и других.

6.3.8 Расчет регулярной  колонной конструктивной системы  методом заменяющих (эквивалентных)  рам производят путем выделения  отдельных рам вертикальными  сечениями, проходящими по середине  шага колонн, в двух взаимно  перпендикулярных направлениях  ( рис. 6.1).

Расчет выделенных в каждом направлении рам, состоящих  из колонн и полос плоской плиты (условного ригеля), следует производить  независимо друг от друга по общим  правилам строительной механики на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок, принимая при определении усилий линейные жесткости элементов рам.

Изгибающие моменты  и поперечные силы в опорных и  пролетных сечениях условного ригеля распределяют между его надколонными и межколонными полосами в зависимости от расположения колонн в раме (крайняя или промежуточная колонна) и соотношения между поперечными и продольными (вдоль оси рамы) пролетами.

Расчет конструктивных систем методом заменяющих рам следует  производить по специальным рекомендациям, согласованным с НИИЖБ.

6.3.9 Расчет стеновой  КС ( рис. 6.2, а) на горизонтальные нагрузки можно выполнять методом разделения перекрестной КС на независимые поперечную ( рис. 6.2, б) и продольную схемы ( рис. 6.2, в).

Горизонтальные  нагрузки принимают действующими в обоих направлениях. При допущении абсолютной жесткости плит перекрытий в своей плоскости горизонтальные перемещения и углы наклона всех несущих стен будут одинаковыми при симметричных в плане схемах и нагрузках. Поэтому можно принять все стены одного направления, расположенные в одной плоскости, соединенными последовательно друг с другом в уровне перекрытий шарнирными связями, абсолютно жесткими вдоль своей оси. При несущих монолитных наружных стенах следует учитывать участки примыкающих стен перпендикулярного направления ( рис. 6.2, б, в).

6.3.10 Расчет несущей  способности перекрытий методом  предельного равновесия следует  производить, принимая в качестве  критерия равенство работ внешних  нагрузок и внутренних сил  на возможных перемещениях в  предельном равновесии плиты  перекрытия с наиболее опасной  схемой излома, характеризующей  ее разрушение.

6.3.11 На начальной  стадии расчета для ориентировочной  оценки жесткости принятой конструктивной  системы зданий повышенной этажности  ( п. 5.12) допускается выполнить расчет системы на устойчивость и горизонтальные перемещения по условной стержневой консольной схеме, включающей только стены и колонны (с линейными деформационными характеристиками), жестко заделанные в основании и объединенные шарнирно примыкающими к ним жесткими дисками перекрытий.

7 Несущие железобетонные  конструкции