Основы расчета и конструирования ж/б монолитных ж/б каркасов зданий и сооружений

1. Введение……………………………………………………………………3
2. Железобетонные монолитные конструкции……………………………..4
2.1. Изготовление и применение в строительстве………………………4
2.2. Конструирование узлов……………………………………………...6
3. Основы статического расчета…………………………………………….10
3.1. Расчетные схемы элементов конструкций…………………………10
3.2. Нагрузки и воздействия……………………………………………..14
4. Основы расчета прочности……………………………………………….21
4.1. Прочность сечений…………………………………………………..21
4.2. Основы расчета конструкций по пригодности и нормальной эксплуатации…………………………………………………………………22
4.3. Образование и ширина раскрытия трещин………………………...25
5. Заключение………………………………………………………………...28
6. Литература…………………………………………………………………29

Основы расчета и конструирования ж/б монолитных ж/б каркасов зданий и сооружений

Значение р при механическом способе натяжения арматуры принимается равным 0,05 ssp, а при электротермическом и электротермомеханическом способах определяется по формуле
(2)
где p - в МПа;
l - длина натягиваемого стержня (расстояние между наружными гранями упоров), м.
При автоматизированном натяжении арматуры значение числителя 360 в формуле (2) заменяется на 90.6
Значения напряжений scon1 и s¢con1 соответственно в напрягаемой арматуре S и S¢, контролируемые по окончании натяжения на упоры, принимаются равными ssp и s¢sp за вычетом потерь от деформации анкеров и трения арматуры.
Значения напряжений в напрягаемой арматуре S и S¢, контролируемые в месте приложения натяжного усилия при натяжении арматуры на затвердевший бетон, принимаются равными соответственно scon2 и s¢con2, определяемым из условия обеспечения в расчетном сечении напряжений ssp и s¢sp по формулам:
(3)
(4)
Категория требований к трещиностойкости железобетонных конструкций
Нагрузки и коэффициенты надежности по нагрузке gf, принимаемые при расчете
по образованию трещин
по раскрытию трещин
по закрытию трещин
непродолжительному
продолжительному
1
Постоянные, длительные и кратковременные при gf > 1,0*
-
-
-
2
Постоянные, длительные и кратковременные при gf > 1,0* (расчет производится для выяснения необходимости проверки по непродолжительному раскрытию трещин и по их закрытию)
Постоянные, длительные и кратковременные при gf = 1,0
-
Постоянные и длительные при gf = 1,0
3
Постоянные, длительные и кратковременные при gf = 1,0 (расчет производится для выяснения необходимости проверки по раскрытию трещин)
То же
Постоянные и длительные при gf = 1,0
-
____________
* Коэффициент gf принимается как при расчете по прочности.
Особые нагрузки учитываются в расчете по образованию трещин в тех случаях, когда наличие трещин приводит к катастрофическому положению (взрыву, пожару и т. п.).
a = Es/Eb.
Напряжения в арматуре самонапряженных конструкций рассчитываются из условия равновесия с напряжениями (самонапряжением) в бетоне.
Самонапряжение бетона в конструкции определяется исходя из марки бетона по самонапряжению Sp с учетом коэффициента армирования, расположения арматуры в бетоне (одно-, двух- и трехосное армирование), а также в необходимых случаях - потерь от усадки и ползучести бетона при загружении конструкции. В конструкциях их легкого бетона классов В7,5-В12,5 значения scon1 и scon2 должны превышать соответственно 400 и 550 МПа.7
При расчете предварительно напряженных элементов следует учитывать потери предварительного напряжения арматуры.
При натяжении арматуры на упоры следует учитывать:
а) первые потери - от деформации анкеров, трения арматуры об огибающие приспособления, от релаксации напряжений в арматуре, температурного перепада, деформации форм (при натяжении арматуры на формы), от быстронатекающей ползучести бетона;
б) вторые потери - от усадки и ползучести бетона.
При натяжении арматуры на бетон следует учитывать:
а) первые потери - от деформации анкеров, трения арматуры о стенки каналов или поверхность бетона конструкции;
б) вторые потери - от релаксации напряжений в арматуре, усадки и ползучести бетона, смятия бетона под витками арматуры, деформации стыков между блоками (для конструкций, состоящих из блоков).
Потери предварительного напряжения арматуры следует определять по таблице 5, СНиП 2.03.01-84* при этом суммарную величину потерь при проектировании конструкций необходимо принимать не менее 100 МПа.
При расчете самонапряженных элементов учитываются только потери предварительного напряжения от усадки и ползучести бетона в зависимости от марки бетона по самонапряжению и влажности среды. Для самонапряженных конструкций, эксплуатируемых в условиях избытка влаги, потери от усадки не учитываются.
При определении потерь предварительного напряжения от усадки и ползучести бетона необходимо учитывать следующие указания:
1. при заранее известном сроке загружения конструкции потери следует умножать на коэффициент jl, определяемый по формуле
(5)
где t - время, сут, отсчитываемое при определении потерь от ползучести со дня обжатия бетона, от усадки - со дня окончания бетонирования;
2. для конструкций, предназначенных для эксплуатации при влажности воздуха ниже 40 %, потери должны быть увеличены на 25 %, за исключением конструкций из тяжелого и мелкозернистого бетонов, предназначенных для эксплуатации в климатическом подрайоне 4А согласно СНиП 2.01.01-82 и не защищенных от солнечной радиации, для которых указанные потери увеличиваются на 50 %;
3. допускается использовать более точные методы для определения потерь, обоснованные в установленном порядке, если известны сорт цемента, состав бетона, условия изготовления и эксплуатации конструкции.
Значение предварительного напряжения в арматуре вводится в расчет с коэффициентом точности натяжения арматуры gsp, определяемым по формуле
(6)
Знак «плюс» принимается при неблагоприятном влиянии предварительного напряжения (т. е. на данной стадии работы конструкции или на рассматриваемом участке элемента предварительное напряжение снижает несущую способность, способствует образованию трещин и т. п.), знак «минус» - при благоприятном.
Значения Dgsp при механическом способе натяжения арматуры принимаются равными 0,1, а при электротермическом и электротермомеханическом способах натяжения определяются по формуле
(7)
но принимаются не менее 0,1;
здесь пр - число стержней напрягаемой арматуры в сечении элемента.
При определении потерь предварительного напряжения арматуры, а также при расчете по раскрытию трещин и по деформациям значение Dgsp допускается принимать равным нулю.8
Напряжения в бетоне и арматуре, а также усилия предварительного обжатия бетона, вводимые в расчет предварительно напряженных конструкций, определяются с учетом следующих указаний.
Напряжения в сечениях, нормальных к продольной оси элемента, определяются по правилам расчета упругих материалов. При этом принимают приведенное сечение, включающее сечение бетона с учетом ослабления его каналами, лазами и т. п., а также сечение всей продольной (напрягаемой и ненапрягаемой) арматуры, умноженное на отношение a модулей упругости арматуры и бетона. Если части бетонного сечения выполнены из бетонов разных классов или видов, их приводят к одному классу или виду, исходя из отношения модулей упругости бетона.
Усилие предварительного обжатия Р и эксцентриситет его приложения е0р относительно центра тяжести приведенного сечения определяются по формулам:
(8)
(9)
где ss, s¢s - напряжения в ненапрягаемой арматуре соответственно S и S¢, вызванные усадкой и ползучестью бетона;
ysp, y¢sp, ys, y¢s - расстояния от центра тяжести приведенного сечения до точек приложения равнодействующих усилий соответственно в напрягаемой и ненапрягаемой арматуре S и S¢ .
Схема усилий предварительного напряжения в арматуре в поперечном сечении железобетонного элемента
4. Основы расчета прочности
4.1. Прочность сечений
Расчет плоскостных конструкций (типа балок-стенок, плит перекрытий) и массивных конструкций по предельным состояниям первой и второй групп следует производить по напряжениям (усилиям), деформациям и перемещениям, вычисляемым с учетом физической нелинейности, анизотропии, а в необходимых случаях - ползучести, накопления повреждений (в длительных процессах) и геометрической нелинейности (в основном для тонкостенных конструкций).
Физическую нелинейность, анизотропию и ползучесть следует учитывать в определяющих соотношениях, связывающих между собой напряжения и деформации, а также в условиях прочности и трещиностойкости материала. При этом следует выделять две стадии деформирования элементов - до и после образования трещин.
До образования трещин для бетона должна, как правило, использоваться нелинейная ортотропная модель, позволяющая учитывать направленное развитие эффекта дилатации и неоднородность деформирования при сжатии и растяжении. Допускается пользоваться квазиизотропной моделью бетона, учитывающей проявление указанных факторов в среднем по объему. Для железобетона в этой стадии следует исходить из совместности осевых деформаций арматуры и окружающего бетона, за исключением концевых участков арматуры, не снабженных специальными анкерами.
При опасности выпучивания арматуры следует ограничивать ее предельные сжимающие напряжения. В условиях прочности бетона следует учитывать сочетание напряжений на площадках разных направлений, в силу которых, в частности, его сопротивление двух- и трехосному сжатию превышает прочность при одноосном сжатии, а при комбинациях сжатия и растяжения может быть меньше, чем при действии одного из них. В необходимых случаях должна приниматься во внимание длительность действия напряжений.
Условие прочности железобетона без трещин должно составляться исходя из условий прочности составляющих материалов как двухкомпонентной среды
4.2. Основы расчета конструкций по пригодности и нормальной эксплуатации
Для бетонных и железобетонных конструкций, проектируемых в соответствии с требованиями настоящих норм, следует предусматривать конструкционные бетоны, соответствующие ГОСТу 25192-82:
- тяжелый средней плотности свыше 2200 до 2500 кг/м3 включительно;
- ячеистый автоклавного и неавтоклавного твердения;
- мелкозернистый средней плотности свыше 1800 кг/м3;
- легкий плотной и поризованной структуры;
- специальный бетон - напрягающий.
При проектировании бетонных и железобетонных конструкций в зависимости от их назначения и условий работы следует устанавливать показатели качества бетона, основными из которых являются:
а) класс по прочности на сжатие В;
б) класс по прочности на осевое растяжение Вt (назначают в случаях, когда эта характеристика имеет главенствующее значение и контролируется на производстве);
в) марка по морозостойкости F (должна назначаться для конструкций, подвергающихся в увлажненном состоянии действию попеременного замораживания и оттаивания);
г) марка по водонепроницаемости W (должна назначаться для конструкций, к которым предъявляются требования ограничения проницаемости);
д) марка по средней плотности D (должна назначаться для конструкций, к которым кроме конструктивных предъявляются требования теплоизоляции);
е) марка по самонапряжению напрягающего бетона Sp (должна назначаться для самонапряженных конструкций, когда эта характеристика учитывается в расчете и контролируется на производстве).
Передаточная прочность бетона Rbp (прочность бетона к моменту его обжатия, контролируемая аналогично классу бетона по прочности на сжатие) назначается не менее 11 МПа, а при стержневой арматуре классов А-VI, Ат-VI, Ат-VIК и Ат-VII, высокопрочной арматурной проволоке без анкеров и арматурных канатах - не менее 15,5 МПа. Передаточная прочность, кроме того, должна составлять не менее 50 % принятого класса бетона по прочности на сжатие.9
Для конструкций, рассчитываемых на воздействие многократно повторяющейся нагрузки, минимальные значения класса бетона, приведенные в таблице 8 СНиП 2.03.01-84*, при проволочной напрягаемой арматуре и стержневой напрягаемой арматуре класса А-IV независимо от диаметра, а также класса А-V диаметром 10-18 мм должны увеличиваться на одну ступень, т. е. 5 МПа, с соответствующим повышением передаточной прочности бетона.
Мелкозернистый бетон без специального экспериментального обоснования не допускается применять для железобетонных конструкций, подвергающихся воздействию многократно повторяющейся нагрузки, а также для предварительно напряженных конструкций пролетом свыше 12 м при армировании проволочной арматурой классов В-II, Вр-II, К-7 и К-19.
Для замоноличивания стыков элементов сборных железобетонных конструкций класс бетона следует устанавливать в зависимости от условий работы соединяемых элементов, но принимать не ниже В7,5.
Для армирования железобетонных конструкций должна применяться арматура, отвечающая требованиям соответствующих государственных стандартов или утвержденных в установленном порядке технических условий и принадлежащая к одному из следующих видов:
Стержневая арматурная сталь: