Железобетонные монолитные конструкции зданий

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ  МОНОЛИТНЫЕ 
КОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание

Введение

Объем строительства  зданий различного назначения из монолитного  железобетона в последние годы значительно  возрос. В то же время практика проектирования не имеет в своем распоряжении документа, где были бы объединены основные требования, выполнение которых обеспечивает надежность и безопасность такого вида зданий. Настоящий Свод правил ставит своей целью восполнить этот пробел.

Свод правил содержит рекомендации по расчету и  проектированию железобетонных монолитных конструкций зданий жилого и гражданского назначения из тяжелого бетона без  предварительного напряжения арматуры.

Решение вопроса  о применении данного Свода правил при проектировании монолитных зданий относится к компетенции заказчика  или проектной организации. В  случае принятия решения о применении настоящего Свода правил должны быть выполнены все установленные  в нем требования.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Область применения

Настоящий Свод правил (далее - СП) распространяется на проектирование железобетонных монолитных конструкций зданий жилого и гражданского назначения из тяжелого бетона без  предварительного напряжения арматуры.

2 Нормативные ссылки

В настоящем  Своде правил использованы ссылки на следующие основные нормативные  документы:

СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения

СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без  предварительного напряжения арматуры

СП 52-104-2004 Сталефибробетонные конструкции.

Другие нормативные  и рекомендательные документы, ссылки на которые использованы в настоящем  СП, приведены в приложении Б.

3 Термины и определения

В настоящем  Своде правил использованы основные термины и определения по СНиП 52-01, СП 52-101, СП 52-104 и другим нормативным документам.

4 Общие указания

4.1 Рекомендации  настоящего Свода правил распространяются  на проектирование различных  конструктивных систем зданий, в  которых все основные несущие  конструкции (колонны, стены, перекрытия, покрытия, фундаменты) выполняются  из монолитного железобетона  с жесткими и податливыми сопряжениями  между ними.

4.2 Проектирование  конструкций зданий, подвергающихся  климатическим температурно-влажностным  воздействиям, следует выполнять  по СНиП 2.01.07.

4.3 Расчет и  конструирование зданий при сейсмических  воздействиях следует выполнять  согласно С ниП II-7. Огнестойкость конструкций и огнесохранность зданий должны отвечать требованиям СНиП 21-01 и СТО 36554501-006.

4.4 Несущие конструкции  здания следует проектировать  с учетом долговечности и ремонтопригодности  согласно СНиП 31-01, защиту конструкций от коррозии следует выполнять согласно указаний СНиП 2.03.11.

4.5 Значения предельных  деформаций основания зданий  регламентируются СНиП 2.02.01. Предельные прогибы, перемещения конструкций и перекосы вертикальных и горизонтальных ячеек зданий не должны превышать допустимых значений, приведенных в СНиП 2.01.07.

4.6 Для зданий, рассчитываемых на совместное воздействие вертикальных и горизонтальных нагрузок по недеформированной схеме, прогиб верха здания с учетом податливости основания рекомендуется принимать не более 0,001 высоты здания. При больших значениях прогибов необходимо выполнить расчет по деформированной схеме. При этом значение прогиба здания не должно превышать 0,002 его высоты.

4.7 Настоящий  Свод правил следует применять  совместно с СП 52-101 и СП 52-104.

4.8 Железобетонные  конструкции должны быть сконструированы  таким образом, чтобы с достаточной  надежностью предотвратить возникновение  всех видов предельных состояний.  Это достигается выбором показателей  качества материалов, назначением  размеров и конструированием  согласно рекомендациям настоящего  СП и действующих нормативных  документов. При этом должны быть  выполнены технологические требования  при изготовлении конструкций,  соблюдены требования по эксплуатации  зданий, а также требования по  экологии, энергосбережению, противопожарной  безопасности и долговечности,  устанавливаемые соответствующими  нормативными документами, и учтены  неравномерные осадки основания.

4.9 При проектировании железобетонных конструкций их надежность должна быть установлена расчетом по предельным состояниям первой и второй групп путем использования расчетных значений нагрузок, характеристик материалов, определяемых с помощью соответствующих частных коэффициентов надежности по нормативным значениям этих характеристик с учетом степени ответственности зданий.

Нормативные значения нагрузок, коэффициентов сочетаний  нагрузок и коэффициентов надежности ответственности конструкций, а  также разделение нагрузок на постоянные и временные (длительные и кратковременные) следует принимать согласно СНиП 2.01.07.

Порядок приложения постоянных и длительно действующих  нагрузок должен определяться графиком производства работ или по факту.

4.10 Наряду с  контролем прочности бетона по  образцам рекомендуется контроль  прочности бетона в готовой  конструкции проводить с использованием  неразрушающих методов по ГОСТ 22690.

4.11 При применении арматуры класса А500С с эффективным профилем, разработанным в НИИЖБ, следует пользоваться рекомендациями СТО 36554501-005. Стыковку арматуры в торец на стройплощадке следует осуществлять с помощью ванной сварки, а также винтовых и опресованных механических соединений.

Рекомендуется применение арматуры малого диаметра расширенного сортамента: 5,5; 6; 6,5; 7; 8; 9; 10; 11; 12 мм нового периодического профиля  с сердечником в форме квадрата со скругленными углами в соответствии с ТУ 14-1-5500, ТУ 14-1-5501.

5 Конструктивные решения  железобетонных монолитных  зданий

5.1 Конструктивное  решение включает строительную  и конструктивную системы, а  также конструктивную схему.

5.2 Строительная  система здания определяется  материалом, наиболее массовой конструкцией  и технологией возведения несущих  элементов (монолитный железобетон).

5.3 Конструктивная  система (далее - КС) здания представляет  собой совокупность взаимосвязанных  несущих конструктивных элементов,  обеспечивающих его прочность,  устойчивость и необходимый уровень  эксплуатационных качеств.

5.4 Несущая КС  монолитного железобетонного здания  состоит из фундамента, опирающихся  на него вертикальных несущих  элементов (колонн и стен) и  объединяющих их в единую пространственную  систему горизонтальных элементов  (плит перекрытий и покрытия).

5.5 В зависимости от типа вертикальных несущих элементов (колонны и стены) конструктивные системы разделяют на (рис. 5.1, а, б, в):

- колонные, где  основным несущим вертикальным  элементом являются колонны;

- стеновые, где  основным несущим элементом являются  стены;

- колонно-стеновые, или смешанные, где вертикальными несущими элементами являются колонны и стены.

а - колонная КС; б - стеновая КС; в - смешанная КС;

1 - плита перекрытия; 2 - колонны; 3 - стены

Рисунок 5.1 - Фрагменты планов зданий

Нижние этажи  часто решают в одной конструктивной системе, а верхние - в другой. Конструктивная система таких зданий является комбинированной.

5.6 В зависимости от инженерно-геологических условий, нагрузок и проектного задания фундаменты выполняют в виде отдельных плит переменной толщины под колонны (рис. 5.2, а), ленточных плит под колонны и стену (рис. 5.2, б) и общей фундаментной плиты по всей площади конструктивной системы (рис. 5.2, в). При большой толщине плит применяют более экономичные, чем сплошные, ребристые и коробчатые плиты (рис. 5.2, г, д). При слабых грунтах устраивают свайные фундаменты.

а - отдельный; б - ленточный; в, г, д - плитные: сплошной, ребристый и коробчатый

Рисунок 5.2 - Фундаменты

5.7 Колонны могут  иметь поперечное сечение квадратное, прямоугольное, круглое, кольцевое,  уголковое, тавровое и крестовое  (рис. 5.3, а- ж).

а - квадратное; б - круглое; в - кольцевое; г - прямоугольное; д - уголковое; е - тавровое; ж - крестовое

Рисунок 5.3 - Поперечные сечения колонн

Прямоугольные колонны (пилоны) с вытянутым поперечным сечением имеют соотношения b/ а<4 или h_эт/ b>4. Более вытянутые в плане колонны следует относить к стенам.

5.8 Несущие стены  в плане могут быть отдельно  стоящими ( рис. 5.1, в); продольными и поперечными; перекрестными ( рис. 5.1, б), образующими вертикальные тонкостенные стержни открытого и замкнутого сечений.

5.9 Плиты перекрытий  в колонных КС бывают:

- безбалочные в виде гладкой плиты (рис. 5.4, а); плиты с капителями (рис. 5.4, б); плиты гладкие или с капителями и с контурными балками по периметру здания;

- с межколонными  балками в одном (рис. 5.5, а, б) и в двух направлениях (рис. 5.5, в, г).

5.10 Плиты перекрытий  в колонных КС с балками  и в стеновых КС бывают:

- сплошные, пустотные  и ребристые, если балки и  стены водном направлении (рис. 5.5, а, б);

- сплошные, кессонные  пустотные и ребристые, если  балки и стены в двух направлениях (рис. 5.5, в г);

- ребристые с  ребрами вверх для устройства  плавающего пола и получения  гладкого потолка, укладки звукоизоляции  и инженерных коммуникаций (рис. 5.5, а).

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.