При использовании для стыков арматуры механических устройств в виде муфт (муфты на резьбе, опрессованные муфты и т.д.) несущая способность муфтового соединения должна быть такой же, что и стыкуемых стержней (соответственно при растяжении или сжатии). Концы стыкуемых стержней следует заводить на требуемую длину в муфту, определяемую расчетом или опытным путем.
При использовании муфт на резьбе должна быть обеспечена требуемая затяжка муфт для ликвидации люфта в резьбе ( раздел 1.3).
3 ТРЕБОВАНИЯ ПО ЗАЩИТЕ ЗДАНИЙ ОТ ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО ОБРУШЕНИЯ
Здания из монолитного железобетона должны быть защищены от прогрессирующего обрушения в случае локального разрушения несущих конструкций в результате возникновения аварийных чрезвычайных ситуаций.
Устойчивость здания против прогрессирующего обрушения должна проверятся расчетом и обеспечиваться конструктивными мерами, способствующими развитию в несущих конструкциях пластических деформаций при предельных нагрузках.
Расчет устойчивости здания необходимо производить на особое сочетание нагрузок, включающих постоянные и длительные нагрузки при наиболее опасной схеме локального разрушения. Таковой в каркасных зданиях является разрушение (удаление) колонн (пилонов) либо колонн (пилонов) с примыкающими к ним участками стен, расположенных на одном (любом) этаже на площади локального разрушения [6].
Постоянные и временные нагрузки следует принимать с коэффициентом сочетаний нагрузок и коэффициентами надежности по нагрузкам, равными единице. Величины деформаций и ширина раскрытия трещин в конструкциях не регламентируются. Расчетные прочностные и деформативные характеристики материалов принимаются равными их нормативным значениям согласно действующим нормам проектирования железобетонных конструкций.
Для расчета зданий при прогрессирующем обрушении следует использовать пространственную расчетную модель. В модели могут учитываться элементы, являющиеся ненесущими в обычных условиях (наружные стены, ограждения балконов и т.п.), которые в случае прогрессирующего обрушения могут воспринимать аварийные нагрузки и активно участвовать в перераспределении усилий в элементах конструктивной системы.
Расчет здания предпочтительно выполнять с использованием сертифицированных программных комплексов, допускающих возможность учета физической и геометрической нелинейности жесткостных характеристик элементов, что обеспечивает наибольшую достоверность расчета и снижение дополнительных материалозатрат.
Принимая во внимание перечисленные выше допущения к расчету зданий при прогрессирующем обрушении, следует предположить, что эти допущения могут при определенных обстоятельствах обеспечить положительные результаты расчета при отсутствии или минимальном увеличении расхода материалов (бетона и арматуры).
Для оценки критических величин габаритных размеров сетки колонн разноэтажных каркасных зданий с регулярной структурой из монолитного железобетона могут быть использованы приведенные ниже результаты их статических расчетов на прогрессирующее обрушение по рекомендуемой методике [6]. Расчеты выполнялись с использованием возможностей программного комплекса «Лира 9.2». Принятая очередность расчета:
— статический расчет здания в упругой постановке по расчетным нагрузкам и сопротивлениям материалов для 1 и 2 групп предельного состояния. Жесткостные характеристики материалов — условные, принятые одинаковыми отдельно для перекрытий и колонн;
— определение армирования перекрытий по статическому расчету, корректировка пролетных и опорных зон армирования плиты перекрытия по максимальным пролетным моментам и принципу его непрерывности и симметричности в растянутых и сжатых зонах с сохранением расчетного армирования надопорных зон;
— внесение изменений в жесткостные характеристики материалов, учитывающих принятое армирование;
— изменение типа конечных элементов расчетной схемы на геометрически и физически нелинейные;
— введение трехлинейных диаграмм деформирования для бетона и двухлинейной диаграммы для арматуры согласно СП 52-101-2003;
— введение откорректированных расчетных сопротивлений материалов с их увеличением путем умножения на коэффициенты динамического упрочнения (коэффициенты условий работы);
— снижение нагрузки на перекрытие до величин постоянной и длительной нагрузки с коэффициентами сочетания и надежности, равными единице;
— удаление одной колонны нижнего этажа и перерасчет здания с новыми условиями итерационным методом;
— оценка результатов расчета.
Колонны были приняты сечением 400×400 мм, толщина перекрытия 200 мм, арматура класса прочности А500, класс бетона В25. Суммарная величина принятой при статических расчетах равномерно распределенной нагрузки составила 1100 кгс/м2, дополнительной полосовой нагрузки 1300 кгс/м2.
Характерные схемы нагружения, принятые в выполненных расчетах, и его результаты приведены в таблице 8.
Таблица 8
№ расчетной схемы нагружения
Расчеты критические (максимальные) размеры сеток колонн
При статическом расчете в упругой постановке (по первой и второй группам предельных состояний)
Графическое отображение схем нагружения представлено на рис. 15.
Рисунок 15 — Расчетные схемы нагружения
Главные напряжения и расчетные схемы раскрытия трещин в перекрытиях приведены на рисунках 16-18.
Рисунок 16 — Главные напряжения и расчетные схемы развития трещин в перекрытии первого этажа 3-этажного здания
Рисунок 17 — Главные напряжения и расчетные схемы развития трещин в перекрытии первого этажа 10-этажного здания
Рисунок 18 — Главные напряжения и расчетные схемы развития трещин в перекрытии первого этажа 30-этажного здания
В результате выполненных расчетов получены данные, которые могут служить ориентиром для оценки эффективности и экономической целесообразности принятых на стадии предпроектных разработок объемно-планировочных решений каркасных зданий, проектируемых с учетом исключения прогрессирующего обрушения.
Превышение размеров сеток колонн, приведенных в таблице 8, может создать условия для потери устойчивости здания от прогрессирующего обрушения. При этом предотвращение обрушения потребует значительного увеличения расхода бетона и арматуры и усложнения проектных решений армирования конструкций и их узловых соединений.
Совершенствование расчетной модели, например, путем использования трехлинейной диаграммы арматуры класса прочности 500 МПа, перераспределения усилий за счет раскрытия шарниров пластичности, учета влияния распора на несущую способность перекрытий, а также увеличение высоты сечения перекрытия и применение бетона более высокой прочности позволят откорректировать приведенные в таблице 8 критические размеры сетки колонн в сторону увеличения.
При превышении критических размеров сетки колонн проверка здания на устойчивость против прогрессирующего обрушения производится на основании сопоставления усилий в отдельных конструктивных элементах, полученных из статического расчета с предельными усилиями, которые могут быть восприняты этими элементами. Устойчивость здания против прогрессирующего обрушения обеспечена, если для любого элемента соблюдается условие F≤S, где F и S соответственно усилие в конструктивном элементе и его расчетная несущая способность, найденные с учетом указаний, приведенных выше.
Конструкции, для которых требования по прочности не удовлетворяются, должны быть усилены дополнительным армированием или увеличением сечения элементов.
Так как разрушение колонны каркасного здания может быть мгновенным (взрыв), эксплуатационная статическая нагрузка в расчетах на прогрессирующее нагружение должна приниматься как динамическая нагрузка [7]. Динамический характер нагружения в этом случае учитывается коэффициентом динамичности по нагрузке
γ = qud/q0, (1)
где qud — предельная нагрузка на перекрытие с удаленной колонной (пилоном, участком стены);
q 0 — нормативная постоянная и длительная временная нагрузка. Из работы [7]
(2)
где Kpl — коэффициент пластичности, равный отношению полного прогиба элемента к предельному упругому.
Из формулы (2) следует, что коэффициент динамичности будет равен двум при равенстве полного и упругого прогибов, что возможно в случае равенства относительной высоты сжатой зоны ξ = х/ h 0 ее граничному значению ξ R .
При относительной высоте сжатой зоны ξ = х/ h 0 ≤0,25 коэффициент пластичности может быть определен по формуле из [8]
(3)
где εbmd — краевые относительные деформации сжатого бетона
ω d — коэффициент полноты эпюры напряжения сжатой зоны бетона,
ω d = 0,85-0,006·R bd , (5)
R bd — напряжения бетона при динамическом нагружении;
Rbd = Rdnγ*bv,
Rbn — нормативное значение сопротивления бетона сжатию;
γ * bv — коэффициент динамического упрочнения бетона при сжатии.
Для железобетонных элементов, имеющих расчетное армирование сжатой зоны γ * bv = l,l, не имеющих расчетного армирования γ * bv = 1,2 [9]
Es — модуль упругости арматуры,
Es = 2·105МПа;
Rsd — расчетное значение сопротивления арматуры растяжению при динамическом нагружении,
Rsd = γ*svRsn,
Rsn — нормативное значение сопротивления арматуры растяжению;
γ * sv — коэффициент динамического упрочнения арматуры при растяжении.
Для арматуры с Rsd = 400 МПа и Rsd = 500 МПа γ * sv = 1,1;
ξ d = х d / h 0 — относительная высота сжатой зоны бетона при динамическом нагружении, определяемая по СНиПу при динамическом сопротивлении арматуры растяжению Rsd, сжатию Rscd и бетона Rbd, вычисляемых как произведения коэффициентов динамического упрочнения и нормативных сопротивлений материалов
Rscd = γ*scvRsc.
Для арматуры с Rsn = 400 МПа, Rsc = 400 Мпа
γ * scv = 1,05
с Rsn = 500 МПа, Rs = 450 Мпа
γ * scv = 1,0.
На рисунке 19 приведены расчетные графические зависимости коэффициента динамичности по нагрузке у от коэффициента пластичности К pl и ξ d .
Рисунок 19 — Зависимость коэффициента динамичности по нагрузке γ от коэффициента пластичности К pl и ξ d
Графики построены для арматуры класса прочности 500 МПа и бетона разных классов.
Из приведенного рисунка можно заключить, что увеличение армирования для повышения несущей способности железобетонных элементов влечет за собой увеличение относительной высоты сжатой зоны ξ d , снижение пластической работы конструкций К pl и обусловливает необходимость использовать при проектировании зданий на прогрессирующее обрушение методики расчета железобетона при кратковременных динамических нагрузках с учетом коэффициента динамичности по нагрузке γ. Это приведет к дополнительным материальным затратам. В практике проектирования железобетонных изгибаемых элементов зданий с учетом защиты от прогрессирующего обрушения следует при армировании выполнять условие ξ d <0,25. Самое наивыгодное армирование изгибаемого элемента, рассчитываемое на прогрессирующее обрушение, когда ξ d <0,1, но в этом случае при проверке прочности величины К pl по формуле (3) не должны превышать предельно допустимые значения , которые можно определить по формуле (6)
(6)
где — предельно допустимое равномерное относительное удлинение, обеспеченное с вероятностью выше 0,975 (M-2S), по данным НИИЖБ, можно принять = 0,05 ( рис. 6, 7).
Для арматуры класса прочности 500 МП
Расчет сечений железобетонных элементов при прогрессирующем обрушении с учетом максимально допустимой величины коэффициента пластичности и, следовательно, минимально возможном коэффициенте динамичности по нагрузке γ можно выполнять по формулам (7) и (8). Здесь не учитывается работа сжатой арматуры, так как при ξm i nd высота сжатой зоны х меньше 2а‘, где а‘ — защитный слой бетона арматуры сжатой зоны.
(7)
(8)
где Mud — момент от эквивалентной статической нагрузки Mud = γМ u при К pl = , γ≤1,1;
ξmin d — минимальная относительная высота сжатой зоны бетона, соответствующая максимально допустимым пластическим деформациям растянутой арматуры
(9)
где η — коэффициент, учитывающий работу арматуры при напряжениях выше физического или условного предела текучести η≤σ b /σт(0,2);
σ b и σт(0,2) — нормируемые величины временного сопротивления и физического или условного предела текучести арматурной стали при растяжении по ГОСТ 5781-82, СТО АСЧМ 7-93, ТУ 14-1-5526-2006. Для арматуры класса прочности А500 (А500С, А500СП) η = 1,1, для В500 η = l,0.
4 Канатные элементы и их применение в предварительно напряженных перекрытиях зданий
Канатный арматурный элемент (КАЭ) образуется из канатной арматуры (К-7) в смазке и в оболочке (ПНД) и поставляется в мотках и практически неограниченной длины.
Применяются канатные арматурные элементы для преднапряжения монолитных безригельных перекрытий с увеличенным шагом колонн до 12-18 м в домостроении, а также в сооружениях с большими пролетами.
Конструктивная схема зданий представляет собой каркасную безригельную систему из монолитного железобетона с преднапряженными в построечных условиях перекрытиями.
Канатные арматурные элементы располагаются по эпюре изгибающих элементов в надколонных полосах, в продольном и поперечном направлениях.
Принятая конструктивная схема, образующая рамно-связевой монолитный каркас с предварительно напряженными перекрытиями, обеспечивает пространственную устойчивость здания и восприятие внешних силовых воздействий, а также является положительным моментом для предотвращения прогрессирующего обрушения при чрезвычайных ситуациях.
Плоское напряженное состояние обжатия плиты увеличивает жесткость плиты, а также улучшает условия работы плиты на продавливание.
Расчеты преднапряженных элементов плит проводятся по первой категории трешиностойкости, при которой не допускаются возникновение и раскрытие трещин, т.е. в упругой постановке. В расчетах учитываются степень обжатия бетона, усилия отпора, возникающие при натяжении канатных арматурных элементов.
Технология производства работ по устройству преднапряженного перекрытия следующая. В опалубку укладываются нижняя арматурная сетка, каркасы по осям колонн, затем канатные арматурные элементы, после — верхняя арматурная сетка. Располагается КАЭ в сечениях перекрытий по эпюре изгибающих моментов. После бетонирования и набора передаточной прочности производятся натяжение КАЭ и передача усилия натяжения на бетон. Фиксация КАЭ в натянутом состоянии производится по периметру перекрытия с помощью анкерных втулок.
Оставляя временные опоры перекрытия, до натяжения КАЭ можно монтировать последующие этажи по существующим технологиям возведения монолитных каркасных зданий.
По данной технологии при участии НИИЖБ построены следующие объекты в Москве: гараж-стоянка в Южном Бутове, 25-этажное административно-офисное здание, многофункциональный торгово-развлекательный комплекс «Ереван-Плаза», а также 13-этажный жилой дом в г. Санкт-Петербурге, Торгово-развлекательный комплекс в г. Коломне, производственно-логистический комплекс в г. Домодедово и др. (рис. 14 и табл. 7а).
Рисунок 14 — Армирование монолитного перекрытия многофункционального Торгово-развлекательного комплекса с использованием предварительно напряженной канатной арматуры (конструктивная система НИИЖБ), г. Коломна
Сравнительная оценка материалоемкости, трудоемкости и себестоимости 1 м2 перекрытия ячейки каркаса пролетом 9×9 м с системой традиционной и преднапряженной
Рисунок 2.55 — Армирование стен, колонн, пилонов типового этажа здания каркасно-стеновой конструктивной схемы (см. рис. 2.54)
Рисунок 2.56 — Армирование стен и колонн лифтового узла типового этажа здания каркасно-стеновой конструктивной схемы (см. рис. 2.54)
Рисунок 2.57 — Армирование стен и колонн лестничного узла типового этажа здания каркасно-стеновой конструктивной схемы (см. рис. 2.54)
Рисунок 2.59 — Варианты армирования колонн типового этажа
Рисунок 2.60 — Варианты армирования колонн типового этажа
Рисунок 2.62 — Пример армирования стены, переходящей в пилон
Как происходит создание армопояса?
Самый простой и надежный вариант устройства армопояса – использование U-блоков (ссылка: https://st-par.ru/catalog/u_obraznye_bloki/ ). Работа с ними происходит так же, как при создании перемычек. Блоки укладываются по всему периметру стены, внутри выемки размещается металлический каркас из прутков 10 мм, который заливается бетоном. Но армирование газобетона не особо популярно среди частных застройщиков, ввиду высокой цены U-блоков. Поэтому иногда его заменяют другими материалами.
Создание армирующего пояса по периметру межэтажного перекрытия или под укладку мауэрлата выполняется с использованием доборных газобетонных блоков толщиной 10 и 5 см или с помощью опалубки.
Первый способ проще и быстрее в реализации. Он выполняется по следующей технологии:
Доборные блоки укладываются на клей по периметру стен – элемент толщиной 10 см устанавливается по наружному контуру.
К внутренней стенке блока приклеивают плиту экструдированного пенополистирола толщиной 5 см для утепления конструкции.
Армирующий каркас собирается из рифленых стержней сечением 10-12 мм. К горизонтальным пруткам проволокой привязываются вертикальные перемычки для образования двух рядов каркаса армопояса. Арматура не должна касаться блоков, для этого на нее надевают пластиковые фиксаторы в форме звездочек (показаны на фото).
Заливается бетон марки М200-М300.
Через 2 недели, когда бетон наберет прочность, устанавливаются шпильки для крепления бруса.
Если используется опалубка, то необходимо собрать щиты из досок толщиной 2 см. Длина опалубки равняется периметру стен. Высота опалубки 15-20 см, закрепляется она деревянными брусками, прибитыми к блокам.
Совет. Готовый каркас из арматуры выставляется по уровню.
Последний этап создания армопояса – заливка бетоном. Его можно купить готовым или сделать самому в бетономешалке: 1 часть цемента, 2 песка, 5 щебня и вода. Залить конструкцию желательно за один раз.
НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия
СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции (справочно)
СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции
СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения
СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры
МДС 20-1.2006 Временные рекомендации по назначению нагрузок и воздействий, действующих на многофункциональные высотные здания и комплексы в Москве
ГОСТ 5781-82 Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия
ГОСТ 6727-80 Проволока из низкоуглеродистой стали холоднотянутая для армирования железобетонных конструкций
ГОСТ 7566-94* Металлопродукция. Приемка, маркировка, упаковка, транспортирование и хранение
ГОСТ 10884-94 Сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций. Технические условия
ГОСТ 10922-90 Арматурные и закладные изделия сварные, соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Общие технические условия
ГОСТ 12004-81* Сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций. Технические условия
ГОСТ 14019-2003 Материалы металлические. Метод испытания на изгиб
ГОСТ 14098-91 Соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Типы, конструкции и размеры
ГОСТ Р 52544-2006 Прокат арматурный свариваемый периодического профиля классов А500С и В500 для армирования железобетонных конструкций. Технические условия
СТО АСЧМ 7-93 Прокат периодического профиля из арматурной стали. Ассоциация Черметстандарт
ТУ 14-1-5526-2006 Прокат арматурный класса А500СП с эффективным периодическим профилем
(2)
(3)
(4)
, которые можно определить по формуле (6)
(6)
— предельно
= 0,05 ( рис.
и, следовательно,
(7)
(8)
, γ≤1,1;
(9)
