2) Нелинейный статический расчет, в рамках которого при расчете конструктивной системы учитывается как физическая, так и геометрическая нелинейность. К модифицированной конструктивной системе с удаленным вертикальным несущим элементом пошагово прикладывается нагрузка равным ступенями от нуля до полного расчетного значения. На каждой ступени (этапе) нагружения выполняется итерационный расчет системы.
3) Нелинейный динамический расчет, в рамках которого при расчете учитывается физическая и геометрическая нелинейность. Динамические расчеты проводят для конструктивной системы, в которой мгновенно удаляют вертикальный несущий элемент при полной расчетной нагрузке для соответствующего особого сочетания и анализируют результирующие параметры движения (ускорения).
Рекомендуется, чтобы как минимум одна колонна должна быть удалена в непосредственной близости к середине короткой стороны и к середине длинной стороны здания. Кроме того, рекомендуется обязательное удаление колонн в точках плана здания, где существенно изменяется его геометрия или конструктивное решение (направление пролетов рам, их размеры: пролеты, высота). Для конструктивной системы единовременно удаляется только один вертикальный элемент из расчетной схемы.
Так, например, если удаляется угловая колонна, то отдельный расчет модифицированной конструктивной системы выполняется при удалении колонны 1-го этажа, следующий – при удалении колонны 2-го этажа и т. д. Если в процессе расчета выясняется, что при удалении очередных колонн (например, с 4-го по 10-ый этаж) результаты расчета не отличаются, детальный анализ для этих этажей допускается не выполнять.
Для конструктивных систем зданий с подземными паркингами или другими трудно контролируемыми публично-доступными местами (площадями) первого этажа, необходимо выполнить расчет с удалением внутренних несущих колонн около середины короткой стороны, у середины длинной стороны плана здания, а так же в углу неконтролируемой площади.
а) Нелинейный динамический расчет
При нелинейных динамических расчетах конструкций всех типов, рекомендуют использовать следующее расчетное сочетание нагрузок:
(Е.4)
где
Gk – нормативная постоянная нагрузка (кПа);
Qk – нормативная переменная нагрузка (кПа);
Sk – нормативная снеговая нагрузка (кПа);
Wk – нормативная ветровая нагрузка (кПа).
б) Линейный и нелинейный статический расчет
При линейном и нелинейном статическом расчете конструкций всех типов нормы рекомендуют применять следующее расчетное сочетание нагрузок для пролетов конструкций, расположенных выше удаленного конструктивного элемента:
(Е.5)
Для оставшихся конструкций применяются сочетание нагрузок.
в) Нагрузки от разрушенных элементов
Внутренние усилия и деформации в конструктивных элементах или связях от расчетных нагрузок могут превышать критериальные значения, ограничивающие прогрессирующее обрушение. В этом случае конструктивный элемент рассматривается как разрушенный и удаляется из расчетной модели. При этом, далее он не рассматривается как нагрузка, приложенная к сохранившейся части перекрытия. При линейных и нелинейных статических расчетах нагрузка от разрушенного элемента учитывается динамическим коэффициентом =2,0. Нагрузка прикладывается на площадь, равную или меньшую, чем площадь элемента, создающего эту нагрузку.
Ограничение размеров области повреждений при удалении внешней колонны или несущей стены
При удалении наружной колонны или стены требуется, чтобы площадь обрушения покрытия непосредственно над удаленным элементом была не более и не более 15% от общей площади покрытия. Перекрытие, располагаемое ниже поврежденного элемента не должно разрушаться. Любое разрушение не должно распространятся за пределы конструкций, играющих второстепенную роль по отношению к удаленному элементу.
Ограничение размеров области повреждений при удалении внутренней колонны или стены
При удалении внутренней колонны или стены требуются, чтобы площадь обрушения перекрытия непосредственно над удаляемым элементом должна быть не более и не более 30% от полной площади перекрытия. Разрушение перекрытия, расположенного ниже удаляемого элемента не допускается.
Расчетные критерии АТ - метода для отдельных элементов включают требования прочности и ограничения деформаций.
Моменты (), осевые усилия (), поперечные силы () рассчитывают для отдельных элементов и узлов конструктивной системы в рамках АТ – метода и рассматривают как требуемые прочностные характеристики (далее параметры).
Требуемые прочностные параметры для конструктивных элементов (вектор внутренних усилий от внешних воздействий) сравнивают с вектором расчетных предельных усилий, которые способны воспринимать конструктивные элементы. Кроме того, дополнительно выполняется проверка критериев деформативности. Перемещения, углы поворотов и продольные деформации, рассчитаны по модели АТ – метода, сравнивают с предельно допустимыми значениями (см. табл. Е.1). Если для любого конструктивного элемента расчетные критерии не выполняются (превышены) выполняется модификация расчетной модели и производиться перерасчет.
Расчетные критерии при изгибе базируются на расчетной изгибной прочности конструктивного элемента, определяемой в соответствии с требованиями норм. При этом в расчетной модели используются расчетные характеристики материалов с повышающими коэффициентами безопасности.
В случае когда в анализируемом изгибаемом элементе момент от внешней нагрузки, определенной в рамках АТ – метода при расчете модифицированной модели, превышает предельный расчетный момент (), то элемент либо удаляется из расчетной схемы, либо дополнительно модифицируется. Для линейных расчетных моделей, конструктивный элемент может быть модифицирован при “врезке” так называемого эффективного пластического шарнира. Место расположения дискретного пластического шарнира определяется положением сечения, в котором достигается предельный изгибающий момент. В этом сечении одновременно с “врезкой” пластического шарнира в соответствующем направлении прикладывается два предельных момента с каждой стороны дискретного шарнира.
Таблица Е.1 - Критерии для проверки конструктивных элементов при выполнении расчетов на прогрессирующее обрушение
|
Тип конструктивного элемента |
Расчетный критерий |
Действия, которые следует выполнить, если расчетный критерий превышен |
|
1. Изгибаемый элемент |
|
А) Для элементов, которые могут сопротивляться после того, как в расчетном сечении достигнут предельный момент (статически неопределимая система): а) При линейно-упругом расчете в конструктивны элемент “врезают” эффективный шарнир в соответствующем сечении и прикладывают постоянные моменты с обеих сторон шарнира б) При выполнении нелинейных статических и динамических расчетов, программное обеспечение должно автоматически учитывать нелинейную работу на изгиб по соответствующим диаграммам; Если элементы разрушаются при достижении предельного изгибающего момента, их удаляют из расчетной схемы (модели) и перераспределяют нагрузки от него. |
|
2. Элемент, подвергаемый совместному действию изгибающего момента и продольной силы |
Используются уравнения взаимодействия для изгиба и осевого усилия |
Для элементов, прочность которых контролируется действием изгибного усилия (), следуют процедуре, представленной в п. Если происходит потеря устойчивости от продольной (осевой) силы (), элемент удаляется из расчетной модели, а нагрузка перераспределяется. |
|
3. Элементы, подверженные срезу |
|
А) Если условие не выполняется, то элемент удаляется из расчетной схемы, а нагрузка перераспределяется. |
|
4. Соединения, стыки, связи |
|
Если условие не выполняется, соединение, стык, связь удаляются. Если связь удалена на обоих концах элемента, следует удалить конструктивный элемент. |
|
5. Деформации |
Ограничение деформаций менее предельнодопустимых значений |
Б) Удалить поврежденный элемент из расчетной модели и перераспределить нагрузку |
|
Примечания: (А) Расчетные значения предельных усилий рассчитывают по нормам с учетом повышающих коэффициентов к расчетным характеристикам материалов. (Б) Ограничение деформаций определяется в терминах перемещений и углов поворота отдельных конструктивных элементов, связей, рам. Предельные значения определяются из условия, что конструктивный элемент при их достижении не способен далее воспринимать нагрузку. |
При назначении расчетных характеристик (сопротивлений) для материалов, применяемых в железобетонных конструкциях при расчетах на особые воздействия, к расчетным сопротивлениям, определенным по нормам вводят повышающие коэффициенты, представленные в таблице Е.2.
Таблица Е.2 - Повышающие коэффициенты при расчете железобетонных конструкций
|
Железобетонные конструкции |
Повышающие коэффициенты к расчетным сопротивлениям |
|
Прочность бетона на сжатие, fcd |
1,25 |
|
Расчетное сопротивление арматуры стали, fyd |
1,25 |
Эффективная работа связей, препятствующих прогрессирующему обрушению, возможна при обеспечении их пластичности в предельном состоянии, чтобы после исчерпания несущей способности связь не выключалась из работы и допускала без разрушения необходимые деформации. Для выполнения этого требования связи должны предусматриваться из пластичной листовой или арматурной стали, а прочность анкеровки связей должна быть больше усилий, вызывающих их текучесть.
Для наружных несущих стен, колонн внешнего ряда, угловых колонн, требуемые связевые усилия, отвечающие за ценность конструктивной системы, могут быть полностью или частично обеспечены за счет арматуры, которая уже установлена в отдельных конструктивных элементах из расчета в постоянной (эксплуатационной) расчетной ситуации при действии стандартных комбинаций воздействий. Траектории (трассы) конструктивных элементов, в которых располагается связевая арматура, должны быть прямыми. Изменение направления в траекториях связевых усилий не допускается.
Внутренние связи распределяются в пределах перекрытия каждого этажа в двух направлениях примерно под прямым углом. Они должны быть прямыми и проходить непрерывно через все перекрытие от одного до другого края. Неразрезность арматурных элементов, играющих роль горизонтальных связей обеспечивается при помощи сварки, анкеровки и т. д., в соответствии с конструктивными требованиями норм. При этом внутренние связи должны быть соответствующим образом заанкерены в связевых элементах, располагаемых по периметру.
Внутренние связи полностью или частично равномерно распределяются в плоскости плиты, либо сосредотачиваются в балках, стенах и других конструктивных элементах. Расстояние между арматурными элементами, рассматриваемыми как внутренние связи, должны быть не более , где lr – наибольшее расстояние между центрами колонн, рам или стен по направлению внутренней связи.
Внутренние связевые элементы в несущих стенах располагаются на расстоянии не более 0,5м от верха или от низа плиты перекрытия.
Требуемая прочность внутренних связей по каждому из направлений (на ширины перекрытия) рекомендуется определять по формулам:
(Е.6)
где Gк, Qк – соответственно нормативная постоянная и переменная нагрузка (кН/).
lr – большее из расстояний между центрами колонн, рам, стен, поддерживающих два любых смежных пространства перекрытий (этажей) в направлении связей, которые рассматриваются (м).
Ft – “базовая прочность” (базовое связевое усилий), принимаемое как меньшее из (20+4) или 60кН
- количество этажей.
В уровне каждого перекрытия или покрытия следует располагать по периметру горизонтальные связи, способные воспринимать требуемое связевое усилие, равное .
Периметрические связи располагают на расстоянии от края плиты или внутри наружных несущих стен, располагаемых по периметру.
Каждая наружная колонна и наружная стена (если внутри стены не расположены периметрические связи) должны иметь горизонтальные связи, надежно заанкеренные в элементах конструктивной системы. Наружные стены должны иметь горизонтальные связи, устанавливаемые на каждом метре длины стены. Требуемое связевое усилие (кН), которое должно быть воспринято связевыми элементами определяют по формулам:
