Приложение А. Общие положения по проектированию монолитных конструктивных систем с плитами перекрытий и покрытий с напрягаемой арматурой

Приложение А

Общие положения по проектированию монолитных конструктивных систем с плитами перекрытий и покрытий с напрягаемой арматурой

А.1 При выборе конструктивных систем зданий, содержащих предварительно напряженные конструкции с натяжением на бетон, следует стремиться к соответствующей компоновке конструктивной системы.

Компоновку конструктивной системы производят для наиболее эффективного использования усилий предварительного напряжения и максимального ограничения дополнительных усилий (эффекты второго порядка), которые возникают в несущих конструкциях от усилий предварительного напряжения и должны быть учтены в расчете конструктивной системы.

Дополнительные усилия могут приводить к образованию технологических доэксплуатационных трещин в конструкциях перекрытий (рисунок А.1). Кроме того, нерациональная компоновка конструктивной системы может привести к потерям значительной части предварительного напряжения и образованию чрезмерных дополнительных усилий от обжатия в вертикальных конструкциях. Дополнительные усилия могут потребовать увеличения армирования.

Для ограничения указанных негативных явлений предусматривают следующие конструктивные мероприятия:

- у крайних и угловых колонн и стен предусматривают консольные участки перекрытий;

- уменьшают крайние пролеты для снижения опорных моментов у крайних колонн и рационального размещения напрягаемых элементов;

- расположение диафрагм и ядер жесткости проектируют с их максимально близким размещением к геометрическому центру плана плит перекрытий (рисунок А.2);

- по возможности максимально снижают жесткость крайних и угловых колонн, а также пилонов и стен в направлении действия усилий обжатия;

- применяют по возможности равнопролетные перекрытия.

Примеры нерекомендуемых компоновок конструктивных систем представлены на рисунке А.3.

А.2 При расчетах предварительно напряженных конструкций перекрытий следует учитывать усилия предварительного напряжения и дополнительные поперечные силы, возникающие от усилий обжатия.

А.3 При расчетах предварительно напряженных конструкций с применением метода конечных элементов усилия предварительного напряжения для систем без сцепления арматуры с бетоном можно задавать как непосредственно для отдельных конечных элементов модели с учетом траектории усилий, так и в виде равномерно распределенных нагрузок. Отдельные программные комплексы позволяют задавать непосредственно усилия предварительного напряжения для отдельных конечных элементов модели.

А.4 На первой стадии расчета для оценки усилий в элементах конструктивной системы с предварительно напряженными перекрытиями жесткости элементов в первом приближении принимают с учетом начального модуля упругости бетона принятого класса с понижающими коэффициентами:

- 0,6 - для вертикальных сжатых элементов;

- 0,7 - для плит перекрытий (покрытий) с учетом длительности действия нагрузки.

На последующих стадиях расчета жесткости следует определять согласно СП 63.13330.

А.5 При определении прогибов из плоскости плит перекрытий и покрытий в конструктивных системах с предварительно напряженными перекрытиями в первом приближении значения понижающих коэффициентов относительно начального модуля упругости бетона с учетом длительности действия нагрузки допускается принимать: для вертикальных несущих элементов - 0,6, а для плит перекрытий (покрытий) - 0,7 при наличии трещин или 0,9 - при отсутствии трещин.

А.6 Расчет предварительно напряженных плит перекрытий со сцеплением арматуры с бетоном производят в соответствии с СП 63.13330.

Расчет по прочности нормальных сечений предварительно напряженных плит без сцепления арматуры с бетоном следует производить с учетом практически свободного (без сцепления) равномерного деформирования арматуры по длине конструкции, не подобного распределению действующих изгибающих моментов от нагрузки, согласно А.7-А.10.

А.7 Расчет по прочности нормальных сечений железобетонных конструкций без сцепления арматуры с бетоном (рисунок 5.7) допускается производить на основе предельных усилий по двум вариантам.

По первому варианту расчет выполняют как для обычных элементов, определяя внутренние усилия в сечении с учетом только ненапрягаемой арматуры согласно подразделу 8.1 СП 63.13330.2012, принимая усилие от предварительного натяжения арматуры как внешнюю сжимающую продольную силу, равную

, (А.1)

где - предварительное напряжение с учетом всех потерь и коэффициента ;

- приращение напряжения в арматуре от внешней нагрузки. Допускается принимать приближенно МПа.

По второму варианту расчет производят, определяя внутренние усилия в сечении элемента с учетом обычной и предварительно напряженной арматуры, принимая усилие предварительного напряжения как часть предельного усилия в напрягаемой арматуре, согласно А.8 и А.9.

А.8 Расчет нормальных сечений железобетонных конструкций без сцепления арматуры с бетоном согласно второму варианту производят из условия (8.3) СП 63.13330.2012, где значения предельного изгибающего момента , который может быть воспринят сечением элемента, определяют по формуле

(А.2)

или по формуле

. (А.3)

При этом высоту сжатой зоны х принимают равной

, (А.4)

здесь - напряжение в преднапряженной арматуре в предельном по прочности состоянии, определяемое по формуле

, (А.5)

где - предварительное напряжение в арматуре с учетом всех потерь и ;

- приращение напряжений в арматуре от внешней нагрузки в предельном состоянии, определяемое по формуле (А.6) в зависимости от относительной высоты сжатой зоны бетона

. (А.6)

Высоту сжатой зоны х определяют из совместного решения (А.4) и (А.6) с учетом формулы (А.5) или из уравнения

, (А.7)

где , (А.8)

. (А.9)

По найденной высоте сжатой зоны х или проверяют значение с использованием формул (А.5) и (А.6) и принимают его не более .

В тех случаях, когда найденное значение требует ограничения, значение высоты сжатой зоны определяют по формуле (А.4), подставляя в нее

. (А.10)

А.9 Значение для элементов с полкой, сжатой от действия внешней нагрузки, определяют в зависимости от положения границы сжатой зоны бетона:

а) если граница проходит в полке, т.е. соблюдается условие

, (А.11)

значение определяют как для прямоугольного сечения шириной (А.8). В формуле (А.11) напряжение определяют по формуле (А.5) с учетом формулы (А.6), где .

б) если граница проходит в ребре, т.е. условие (А.11) не соблюдается, значение определяют по формуле (8.7) СП 63.13330.2012, принимая высоту сжатой зоны равной

(А.12)

с учетом формул (А.5) и (А.6) для напряжения и его ограничения значением .

А.10 Расчет нормальных сечений для предварительно напряженных плит без сцепления арматуры с бетоном по нелинейной деформационной модели производят в соответствии с 8.1.20-8.1.30 СП 63.13330.2012. В уравнениях равновесия внешних сил и внутренних усилий в нормальном сечении элемента внешние силы определяют с учетом усилия обжатия, которое вводится в расчет как внешняя продольная сила.

В уравнениях (8.26), (8.27), (8.28) СП 63.13330.2012 , - изгибающие моменты от внешней нагрузки относительно выбранных и располагаемых в пределах поперечного сечения элемента координатных осей (соответственно действующих в плоскостях XOZ и YOZ или параллельно им). Указанные изгибающие моменты определяют по формулам:

; (А.13)

, (А.14)

где , - изгибающие моменты в соответствующих плоскостях от внешней нагрузки, определяемые из статического расчета конструкции;

, - расстояния от точки приложения усилия обжатия до соответствующих выбранных осей;

- см. формулу (А.1).