РУКОВОДСТВО
ПО РАСЧЕТУ СТАТИЧЕСКИ НЕОПРЕДЕЛИМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

В Руководстве приведены основные методы расчета балочных плит, плит, работающих в двух направлениях, неразрезных балок и рам, монолитных и сборных безбалочных перекрытий и фундаментов под отдельно стоящие сооружения башенного типа.

Методы расчета учитывают неупругие свойства железобетона, воздействие температуры внешней среды и иллюстрируются примерами расчета.

Руководство предназначено для инженерно-технических работников проектных организаций, научных работников, преподавателей строительных вузов, аспирантов и студентов.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее Руководство содержит рекомендации по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций с учетом перераспределения усилий вследствие неупругих деформаций материалов, образования трещин и других факторов, вызывающих в конструкциях необратимые изменения. Рекомендации по расчету, где это целесообразно, ориентированы на использование современной вычислительной техники и математического программирования. Так, приведены методы расчета с использованием ЭВМ опертых по контуру плит и рам на эксплуатационные нагрузки, а также плитных и рамных конструкций по несущей способности с применением статического принципа метода предельного равновесия.

Руководство распространяется на сборные, сборно-монолитные и монолитные обычные и предварительно-напряженные железобетонные конструкции производственных и гражданских зданий и сооружений. В Руководстве изложены вопросы расчета балочных плит и плит, работающих в двух направлениях, неразрезных балок и рам, монолитных и сборных безбалочных перекрытий, фундаментов под дымовые трубы и фундаментов под отдельно стоящие (круглые в плане) сооружения башенного типа.

Впервые в Руководстве рассмотрены вопросы расчета конструкций и сооружений на температурно-климатические воздействия как в процессе возведения, так и в период эксплуатации.

Руководство разработано Научно-исследовательским институтом бетона и железобетона Госстроя СССР (доктора техн. наук, профессора А.А.Гвоздев, С.М.Крылов, кандидаты техн. наук Л.Н.Зайцев, А.М.Проценко, Н.И.Карпенко, В.Н.Самойленко) при участии ЦНИИпромзданий (инженеры Б.Ф.Васильев и А.Я.Розенблюм), Харьковского ПромстройНИИпроекта (канд. техн. наук И.Л.Забелло), ЦНИИСК имени Кучеренко (инж. И.А.Белышев) и др.

При составлении Руководства использованы материалы КиевЗНИИЭПа, ЦНИИЭПСельстроя, ЦНИПИАССа, Института строительной механики и сейсмостойкости АН Грузинской ССР, Полтавского инженерно-строительного института, Белорусского института железнодорожного транспорта и др.

Дирекция НИИЖБ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Расчет статически неопределимых железобетонных конструкций по первой и второй группам предельных состояний следует производить с учетом перераспределения усилий, вызываемого проявлением неупругих деформаций бетона и арматуры и образованием трещин. В случае когда геометрические факторы (продольный изгиб элементов конструкций, изменение геометрической формы конструкций и т.п.) существенно сказываются на условиях равновесия, а следовательно, и на распределении усилий, статический расчет производится по деформированной схеме.

1.2. Учет перераспределения усилий рекомендуется производить для более правильной оценки прочности, трещиностойкости и деформативности конструкций, более рационального их проектирования и получения производственного и экономического эффекта.

1.3. Настоящее Руководство распространяется на статические расчеты конструкций. Динамические расчеты и расчет на выносливость, когда они необходимы, выполняются согласно специальным указаниям.

1.4. По усилиям, вычисленным с учетом перераспределения, сечение элементов конструкций, их армирование, трещиностойкость (и ширина раскрытия трещин) и деформативность (прогибы) определяются согласно указаниям и рекомендациям действующих строительных норм и правил на проектирование железобетонных конструкций и развивающих их руководств.

При отсутствии разработанных методов определения действительного распределения усилий в конструкции, а также с целью упрощения допускается расчет ее по первой и второй группам предельных состояний производить достаточно обоснованными приближенными методами.

1.5. Расчет распределения усилий в упругой системе (в конструкциях без трещин) требуется в случаях, когда:

а) трещины недопустимы (предварительно-напряженные конструкции первой категории трещиностойкости) или требуется проверить при длительно действующей нагрузке закрытие трещин, образовавшихся при кратковременно действовавших нагрузках (предварительно-напряженные конструкции второй категории трещиностойкости);

б) требуется расчет жесткости, но заранее неизвестно, нужно ли рассматривать конструкцию как имеющую трещины или нет (например, при учете совместной работы основания и сооружения);

в) требуется расчет прогибов конструкции при наличии трещин, но в расчет прогибов конструкции с трещинами входит величина прогиба к моменту образования первых трещин (случай плит, работающих в двух направлениях, пп.1.8, 2.15).

При расчете трещиностойкости статически неопределимых конструкций, испытывающих помимо внешних нагрузок воздействие на конструкцию усилий обжатия предварительно-напряженной арматуры, последние следует учитывать расчетом. Усилия обжатия рассматриваются как внешние силы, равные контролируемым усилиям за вычетом первых потерь и приложенные в центре тяжести напрягаемой арматуры. Потери определяются согласно рекомендациям действующих строительных норм и правил на проектирование железобетонных конструкций.

1.6. Деформации (прогибы) конструкций, не имеющих трещин, определяются в следующих двух случаях:

а) когда требуется оценить прогиб конструкций, работающих в условиях эксплуатации без трещин;

б) когда требуется определить прогиб конструкции, работающей в условиях эксплуатации с трещинами, но в расчет прогибов ее входит величина прогиба конструкций к моменту образования трещин (пп.1.8, 2.15).

При расчете общих деформаций сборных стержневых конструкций, пригруженных (обжатых) до омоноличивания стыков, следует учитывать прогиб до омоноличивания, в том числе и с учетом реализовавшейся за этот период ползучести бетона (см. п.1.10).

1.7. Если в статически неопределимых балках, рамах или других конструкциях, состоящих из стержней, требуется найти прогиб при наличии трещин или проверить ширину раскрытия трещин, либо определить условия образования трещин на определенных участках конструкций при наличии трещин на других участках, то при нахождении усилий в системе следует пользоваться жесткостями, определяемыми для треснувших и нетреснувших сечений.

Оценку прочности, деформативности и трещиностойкости в статически неопределимых системах целесообразно ориентировать на использование математических методов и вычислительной техники.

1.8. Деформативность работающих в двух направлениях железобетонных плит с трещинами следует определять с учетом тех особенностей, которые вносят трещины в работу плит. Плиту при этом следует рассматривать как анизотропную пластинку; анизотропия в данном случае определяется армированием, наличием и наклоном по отношению к арматуре трещин (п.2.16).

Приближенно максимальный прогиб плит может быть определен по линейной интерполяции между прогибом, отвечающим образованию первых трещин, и прогибом, непосредственно предшествующим исчерпанию несущей способности плит (п.2.15).

1.9. Ширина раскрытия трещин в плитах определяется по усилиям (изгибающие и крутящие моменты), полученным из расчета плиты как анизотропной пластинки (п.2.16).

Приближенно ширина раскрытия трещин может быть определена по напряжениям в арматуре, определенным по линейной интерполяции между напряжением в момент образования трещин и нормативным сопротивлением арматуры (п.2.15).

1.10. При расчете статически неопределимых железобетонных конструкций может в отдельных случаях потребоваться учет влияния ползучести бетона на распределение усилий, в системе (пп.1.5 и 1.6).

Усилия, вызванные при возрасте бетона смещением опор, усадкой, температурой, а также другими длительными воздействиями, за исключением нагрузок, смягчаются со временем под влиянием ползучести бетона.

Степень уменьшения (релаксация) этих вынужденных для системы усилий зависит от соотношения между деформациями ползучести и упругими деформациями армированного бетона и приближенно может быть оценена при помощи множителя (коэффициента релаксации вынужденного усилия)

,                                                                 (1)

где - коэффициент, учитывающий деформации ползучести армированного бетона в произвольный момент времени при нагружении его в возрасте , определяемый по формуле

,                                                              (2)

; ,                                                                 

     - коэффициент, учитывающий деформации ползучести бетона.

Для конструкций из бетона марки 200 и выше, загружаемых в возрасте более 15 сут, коэффициент допускается определять по формуле

,

- мера ползучести бетона в произвольный момент времени , определяемая по следующей приближенной методике:

,

где - предельная величина меры ползучести бетона, равная:

,

     - проектная марка бетона;

- время загружения элемента в сутках; для элементов, подвергнутых тепловой обработке, величина принимается не менее 15 сут;

- коэффициент, принимаемый по табл.1;

- коэффициент, учитывающий подвижность (удобоукладываемость) бетонной смеси. Если в проекте подвижность смеси не оговаривается, . В остальных случаях принимается по табл.2;

- расчетное изменение относительной влажности бетона элемента;

,

     - относительная критическая влажность батона;

,

- приведенная высота элемента, равная площади сечения, деленной на половину его периметра, соприкасающегося с атмосферой; для элементов, высыхающих со всех сторон

,

, - ширина и высота элемента в см;

- средняя относительная равновесная влажность бетона элемента;

,

     - средняя влажность воздуха в процентах.

Таблица 1

     

Таблица 2

1.11. Если при расчете конструкций необходимо знать величину усадки бетона, то в этом случае ее величину в момент времени допускается определять по формуле

,                                                       (3)