Сталезалізобетонні конструкції основні положення

При розрахунку конструкцій необхідно розглядати такі розрахункові ситуації:

-   стала (постійна), яка має тривалість того ж порядку, що і строк служби будівельного об'єкта;

-   перехідна (тимчасова), яка має невелику у порівнянні зі строком служби будівельного об'єкта тривалість;

-   особлива (аварійна), яка має невелику ймовірність появи та невелику тривалість, але є важливою з точки зору досягнення граничних станів, що можуть виникнути у цьому разі.

5.2.3 Крім розрахунку сталезалізобетонних конструкцій у сталих (постійних) ситуаціях, які зазначені для призначеного об'єкта, може існувати необхідність перевірки перехідних (тимчасових) ситуацій, які виникають, наприклад:

-   під час розпалублення і монтажу конструкцій;

-   у момент передачі зусиль обтиску у попередньо напружених конструкціях;

-   під час монтажу до набуття проектної міцності монолітним бетоном;

-   під час виконання капітального ремонту, реконструкції та демонтажу.

5.2.4 Надійність сталезалізобетонних конструкцій в аварійних розрахункових ситуаціях має забезпечуватися виконанням конструктивних та інших вимог, викладених у відповідних розділах. В окремих випадках для таких ситуацій слід виконувати перевірку за першою групою граничних станів із використанням характеристичних значень міцнісних і деформативних характеристик матеріалів.

Аварійні розрахункові ситуації можуть виникати у зв'язку із землетрусом, вибухом, аваріями обладнання, пожежами та в інших випадках, а також безпосередньо після відмови будь-якого елемента конструкції. Розрахунки виконуються на основі характеристичних значень міцнісних та деформативних характеристик матеріалів конструкцій. При цьому переміщення та ширина розкриття тріщин не обмежується.

5.3       Загальні вимоги до розрахунків

5.3.1 Розрахунок сталезалізобетонних конструкцій слід виконувати за методом граничних станів, як правило, з урахуванням класу відповідальності будівель і споруд та категорій відповідальності конструктивних елементів, встановлених відповідними нормативними документами, мінливості властивостей матеріалів, навантажень та впливів, геометричних характеристик, строку експлуатації та умов роботи конструкцій.

5.3.2  Розрахунок сталезалізобетонних конструкцій слід виконувати за граничними станами І та II груп, використовуючи деформаційний метод.

5.3.3  Перша група містить у собі граничні стани, настання яких призводить до повної непридатності конструкцій для експлуатації за результатами:

-   вичерпання несучої здатності у зв'язку з крихким, в'язким руйнуванням або руйнуванням від втоми та іншого характеру, включаючи руйнування при сумісній дії зовнішніх навантажень та несприятливому впливі навколишнього середовища (періодичному або постійному впливі агресивного середовища, змінного заморожування та відтавання, дії пожежі тощо);

-   втрати стійкості форми або положення;

-   вичерпання несучої здатності внаслідок втрати рівноваги між внутрішніми та зовнішніми зусиллями (досягнення максимуму на діаграмі "момент-кривизна (прогин)").

5.3.4  Друга група містить у собі граничні стани, настання яких ускладнює нормальну експлуатацію конструкцій або призводить до скорочення встановленого строку служби за результатами:

-   утворення тріщин, якщо за умов експлуатації утворення тріщин недопустиме;

-   розкриття тріщин, якщо за умов експлуатації обмежується ширина їх розкриття;

-   переміщень (прогинів, кутів повороту, коливань).

5.3.5  Розрахунок сталезалізобетонних конструкцій повинен гарантувати необхідний рівень надійності від досягнення граничних станів на стадіях виготовлення, транспортування, зведення та експлуатації.

5.3.6  Розрахунок сталезалізобетонних конструкцій слід виконувати на базі розрахункових ситуацій, які характеризуються розрахунковою схемою (моделлю) конструкції та відповідними до ситуації видами навантажень і впливів, включаючи вплив навколишнього середовища.

Розрахункова модель та основні передумови розрахунку конструкцій повинні відображати дійсні умови їх роботи (положення у складі системи будівель і споруд, фізичної та геометричної нелінійностей, характер тріщиноутворення тощо), які відповідають граничному стану, що розглядається.

Розрахункові значення навантажень та впливів слід приймати за відповідними нормативними документами, виходячи з розгляду граничного стану.

5.3.7  Як основний метод розрахунку сталезалізобетонних конструкцій слід використовувати метод перерізів (нормальних, похилих, просторових) з урахуванням реальних властивостей матеріалів.

За відповідного обґрунтування розрахунок сталезалізобетонних конструкцій допускається виконувати на основі:

-   спеціально розроблених і виконаних теоретичних і (або) експериментальних досліджень на моделях або натурних конструкціях;

-   числового методу, який ґрунтується на методі скінченних елементів;

-   методів розрахунку на основі повного ймовірнісного розрахунку за наявності достатніх даних про мінливість основних факторів, які містять розрахункові залежності, та відповідного обґрунтування точності розрахункового апарата.

5.3.8  Зусилля, напруження і деформації від зовнішніх навантажень та впливів навколишнього середовища в сталезалізобетонних конструкціях та в системах будівель і споруд слід визначати за загальними правилами будівельної механіки з урахуванням фізичної та геометричної нелінійності роботи конструкції у системі.

У статично невизначених сталезалізобетонних конструкціях необхідно враховувати перерозподіл зусиль в елементах системи внаслідок непружних деформацій бетону, арматури і конструкційної сталі та процесів тріщиноутворення за граничним станом, що розглядається.

5.3.9    Розрахунок сталезалізобетонних конструкцій у загальному випадку слід виконувати з використанням діаграм стану (деформування) деформацій бетону, арматури і конструкційної сталі, які встановлюють зв'язок між нормальними напруженнями та відносними поздовжніми деформаціями при короткочасному або тривалому одноразовому осьовому стиску (розтягу).

5.3.10  Розрахунок сталезалізобетонних конструкцій, які зазнають силового впливу у двох (плоских) або трьох (об'ємних або просторових) взаємно перпендикулярних напрямках, у загальному випадку слід виконувати, виходячи з розгляду граничного стану виділених із конструкцій відповідно плоских, просторових або об'ємних елементів із зусиллями, які діють на їх гранях. При цьому, розрахунок виконують для найбільш небезпечних перерізів, розташованих під кутом до напрямку дії зусиль, на підставі наведених нижче загальних розрахункових положень.

При відповідному обґрунтуванні розрахунок допускається виконувати для найбільш небезпечних перерізів конструкції на основі методу граничної рівноваги.

5.4        Управління надійністю

Проектування із застосуванням коефіцієнтів надійності, що наведені у цих Нормах, забезпечує надійність конструкції відповідно до вимог ДБН В.1.2-14.

5.5             Проектний строк служби, довговічність і урахування ступеня відповідальності будівлі чи споруди

Правила для проектного строку служби, довговічності, врахування ступеня відповідальності будівлі чи споруди наведені у ДБН В 1.2-2 та ДБН В. 1.2-14.

5.6             Принципи проектування за граничними станами

Для сталезалізобетонних конструкцій повинні розглядатись відповідні стадії зведення.

5.6.1 Розрахунок сталезалізобетонних конструкцій за граничними станами І групи

5.6.1.1  Розрахунок сталезалізобетонних конструкцій за граничними станами І групи і деформаційним методом містить у собі:

- розрахунок за вичерпанням несучої здатності в результаті:

- можливих видів руйнування (за міцністю), включаючи руйнування при сумісній дії;

- зовнішніх навантажень та несприятливому впливі зовнішнього середовища;

-   втрати рівноваги між внутрішніми і зовнішніми зусиллями (досягнення максимуму на діаграмі "момент-кривизна (прогин)" статично визначених конструкцій);

-   розрахунок за витривалістю як для руйнування, яке має характер втоми при багаторазовому або малоцикловому навантаженні.

5.6.1.2 Розрахунок за несучою здатністю та витривалістю сталезалізобетонних конструкцій слід виконувати з умови, за якою зусилля, напруження і деформації в конструкціях від зовнішніх навантажень та впливів навколишнього середовища не повинні перевищувати відповідних граничних значень, які можуть сприймати конструкції при руйнуванні будь-якого характеру.

5.6.1.3 Розрахунок за втратою рівноваги між внутрішніми і зовнішніми зусиллями слід виконувати, ґрунтуючись на аналізі роботи розрахункового перерізу у вигляді зв'язку "момент-кривизна (прогин)".

5.6.1.4 Розрахунок за стійкістю форми слід виконувати, ґрунтуючись на аналізі роботи конструкції у деформованому стані, а розрахунок за стійкістю положення - за рекомендаціями нормативних документів для відповідних будівель, споруд та конструкцій.

5.6.1.5 Розрахунок сталезалізобетонних конструкцій за вичерпанням несучої здатності необхідно виконувати на дію згинальних моментів, поздовжніх і поперечних сил, крутних моментів, які виникають від зовнішніх навантажень і впливів, та місцеву дію навантаження.

5.6.1.6 Розрахунок сталезалізобетонних конструкцій за вичерпанням несучої здатності слід виконувати на основі розрахункової моделі нормального перерізу з використанням деформаційного методу. За критерій появи граничного стану, що розглядається, приймають досягнення деформаціями стиснутого бетону або розтягнутої сталі у перерізі граничних значень ε_си й ε_аи з відповідних діаграм стану і передумов.

Розрахунок треба виконувати на основі рівнянь рівноваги зовнішніх і внутрішніх зусиль у нормальному перерізі, умов деформування нормального перерізу, діаграм стану бетону та арматури.

Як умову рівноваги у розрахунках нормальних перерізів слід приймати рівняння рівноваги згинальних моментів і поздовжніх сил від зовнішніх і внутрішніх зусиль у бетоні, арматурі і сталі у нормальному перерізі, що розглядається. Лінійний розподіл поздовжніх деформацій бетону, арматури і сталі по висоті перерізу є умовою деформування нормального перерізу. Напруження в бетоні, арматурі та конструкційній сталі слід визначати за відповідними діаграмами станів за сумарними деформаціями від усіх видів впливів, включаючи початкові (усадка, попереднє напруження тощо) та зовнішні.

Розрахунок несучої здатності за нормальними перерізами виконують, як правило, без урахування опору бетону розтягнутої зони. В окремих випадках (згинальні елементи та позацентрово стиснуті сталезалізобетонні конструкції, у яких не допускається утворення тріщин тощо) при відповідному обґрунтуванні розрахунок міцності за нормальними перерізами допускається виконувати з урахуванням роботи розтягнутого бетону. При цьому, граничний стан визначають виходячи з умови досягнення крайовими деформаціями розтягнутого бетону граничних значень відносних деформацій ε_сtи.

5.6.1.7 Розрахунок несучої здатності сталезалізобетонних конструкцій у разі сумісної дії згинальних моментів та поперечних сил слід виконувати на основі загальної деформаційної моделі, використовуючи:

-   рівняння рівноваги для сталезалізобетонного елемента в умовах плоского напруженого стану;

-   рівняння сумісності деформацій для сталезалізобетонного елемента в умовах плоского напруженого стану;

-   діаграми деформування бетону для плоского напруженого стану;

-   діаграми деформування арматури з урахуванням поздовжньо-поперечного згину;

-  діаграми деформування конструкційної сталі для плоского напруженого стану;

- залежність, яка пов'язує дотичні напруження та переміщення у перерізі, що проходить по похилій тріщині.

5.6.1.8 Розрахунок несучої здатності сталезалізобетонних конструкцій у разі дії крутних моментів та згину треба виконувати на основі розрахункової просторової моделі (моделей) руйнування сталезалізобетонного елемента у просторовому перерізі, що розглядається (модель просторового перерізу).

Під час розрахунку мають бути розглянуті всі можливі положення просторової тріщини та стиснутої зони над нею по відношенню до граней елемента. Розрахунок несучої здатності сталезалізобетонних конструкцій за просторовими перерізами у загальному випадку треба виконувати на основі рівнянь рівноваги у просторовому перерізі та умов деформування конструкції або її частин, розділених просторовим перерізом (перерізами).

5.6.1.9 Розрахунки слід виконувати, ґрунтуючись на розрахункових схемах (моделях), які у найбільшій мірі відповідають дійсному характеру роботи у граничному стані, що розглядається.

5.6.1.10  Розрахунок сталезалізобетонних конструкцій за витривалістю у загальному випадку слід виконувати на основі методів розрахунку міцності при статичній дії навантаження з урахуванням відповідних коефіцієнтів умов роботи бетону, арматури і конструкційної сталі, які призначають на основі числа циклів навантаження і коефіцієнта асиметрії циклу напружень.

5.6.2 Розрахунок сталезалізобетонних конструкцій за граничними станами II групи

5.6.2.1 Розрахунок сталезалізобетонних конструкцій за граничними станами II групи містить в собі розрахунки:

-   за утворенням тріщин;

-   за розкриттям тріщин;

-   за деформаціями (прогинами, кутами повороту, переміщеннями, коливаннями).

5.6.2.2  Розрахунок за утворенням тріщин сталезалізобетонних елементів виконують за умови (5.1), за якої зусилля від зовнішніх навантажень F, впливів та їх розрахункових сполучень у перерізі, що розглядається, не повинно перевищувати граничного зусилля F_crc,ult , яке може сприйняти сталезалізобетонний елемент при утворенні тріщин.

5.6.2.3 Граничне зусилля, яке сприймає сталезалізобетонний елемент у разі утворення нормальних тріщин, слід визначати виходячи із розрахунку цього елемента з урахуванням пружних деформацій у арматурі і сталі та непружних деформацій у розтягнутому і стиснутому бетоні при досягненні деформацій розтягу граничних значень ε_ctu.

5.6.2.4 Розрахунок сталезалізобетонних елементів за утворенням нормальних тріщин за нелінійною деформаційною моделлю виконують на основі діаграм стану арматури, конструкційної сталі, розтягнутого та стиснутого бетону, а також гіпотези плоских перерізів. Критерієм утворення тріщин є досягнення граничних відносних деформацій у розтягнутому бетоні.

5.6.2.5 Розрахунок залізобетонних елементів за утворенням похилих тріщин за нелінійною деформаційною моделлю виконують на основі діаграм стану арматури, розтягнутого та стисненого бетону як суцільного тіла та при плоскому напруженому стані "стиск-розтяг". Критерієм утворення похилих тріщин є досягнення граничних відносних деформацій у розтягнутому бетоні.