Д.2.3 Методи розрахунку
Д.2.3.1 Просторова конструктивна система є статично невизначеною системою. Для розрахунку несучих конструктивних систем рекомендується використовувати дискретні розрахункові моделі, що розраховуються методом скінченних елементів.
Д.2.3.2 Дискретизацію конструктивних систем проводять із застосуванням оболонкових, стержневих і об'ємних (якщо це необхідно) скінченних елементів, які використані у прийнятій розрахунковій програмі.
При створенні просторової моделі конструктивної системи необхідно враховувати характер спільної роботи стержневих, оболонкових і об'ємних скінченних елементів, пов'язаний з різною кількістю ступенів свободи для кожного із указаних елементів.
Д.2.3.3 Деформативні властивості основи слід ураховувати шляхом використання загальноприйнятих розрахункових моделей основи Вінклера або Пастернака.
Коефіцієнти постелі слід визначати відповідно до осідання основи, яка може бути обчислена за схемами лінійно деформованого півпростору або лінійно деформованого шару. При розрахунку на динамічні впливи допускається вводити коефіцієнт збільшення жорсткості основи, який допускається визначати у відповідності зі СНиП 2.02.05.
При використанні пальових або пальово-плитних фундаментів палі слід моделювати як залізобетонні конструкції або враховувати їх спільну роботу з фундаментом узагальнено, як єдину основу з використанням приведеного коефіцієнта постелі основи.
Д.2.3.4 Модель пальової основи рекомендується розглядати у фізично нелінійній постановці, щоб урахувати вирівнювання початкове нерівномірних зусиль у палях, обумовлених більшою жорсткістю паль на периферії пальового поля.
Палі моделюються вертикальними елементами, жорсткість яких визначається за нормативними документами, або в результаті натурних випробувань пробних кущів паль. Палі можуть також моделюватися стержневим елементом (залізобетонна колона) у ґрунтовому масиві. Сприйняття горизонтальних зусиль ґрунтовою або пальовою основою допускається моделювати введенням горизонтальних в'язей скінченної жорсткості у вузли, які лежать у рівні контакту основи і фундаментної плити.
Д.2.3.5 За необхідності врахування різних факторів поширення вимушених коливань у ґрунті (вплив наявних включень, моделювання роботи баретів і паль у ґрунті тощо) рекомендується масив ґрунтової основи моделювати плоскими або тривимірними скінченними елементами ґрунту, що враховують фізичну нелінійність його роботи.
Д.2.3.6 При побудові скінченно-елементної розрахункової моделі розміри й конфігурацію скінченних елементів слід задавати, виходячи з можливостей застосовуваних конкретних розрахункових програм, і приймати такими, щоб була забезпечена необхідна точність визначення зусиль по довжині колон і по площі плит перекриттів, фундаментів і стін з урахуванням спільного числа скінченних елементів у розрахунковій схемі, що впливає на тривалість розрахунку.
Рекомендується при розрахунку спільної схеми будинку й окремих елементів застосовувати принципи фрагментації. При розрахунку загальної схеми будинку на горизонтальні й вертикальні навантаження слід використовувати модель із досить рідкою скінченно-елементною сіткою. Розміри скінченних елементів у цьому випадку можуть не перевищувати ½ ¼ висоти поверху. Розрахунки окремих елементів будинку (плити перекриттів, стіни, фундаментні плити) у цьому випадку проводяться як розрахунки окремих конструктивних схем із більш густою скінченно-елементною сіткою на місцеве навантаження й переміщення вузлів, спільних із вузлами загальної схеми.
При організації такого розрахунку рекомендується застосовувати програмні комплекси (ПК МОНОМАХ), у яких автоматично реалізовані принципи фрагментації.
Д.2.3.7 Після визначення армування у плитах перекриттів і покриттів слід зробити додатковий розрахунок конструктивної системи для уточнення прогинів цих конструкцій, приймаючи уточнені значення згинальних жорсткостей скінченних елементів плит з урахуванням армування у двох напрямках відповідно до чинних нормативних документів.
Аналогічний додатковий розрахунок слід виконати для більш точної оцінки згинальних моментів в елементах перекриттів, покриттів і фундаментних плитах, а також поздовжніх сил у стінах і колонах з урахуванням нелінійної роботи арматури й бетону аж до граничних значень.
Д.2.3.8 Плити перекриття рекомендується розраховувати на вертикальне навантаження й переміщення вертикальних несучих елементів, отриманих із спільного розрахунку будинку з урахуванням послідовності зведення. Скінченно-елементну сітку слід згустити в місцях обпирання плити на колони, пілони й стіни. У місцях згущення бажано, щоб розміри скінченних елементів плити не перевищували найменшого розміру вертикального несучого елемента.
Для більш реалістичного відображення роботи вузлів обпирання плити на колони рекомендується застосовувати методи, що моделюють кінематичну гіпотезу плоского перерізу у габариті колони (використання тіла нескінченної жорсткості), або статичну гіпотезу, яка заснована на використанні лінійного закону розподілу сил, що передаються з колони на плиту.
Д.2.3.9 За необхідності рекомендується проводити розрахунки окремих вузлів і елементів на основі тривимірної моделі у фізично нелінійній постановці. Наприклад, моделювання вузла обпирання плити на колону у випадку, якщо марка бетону колони на два й більше пунктів перевищує марку бетону плити, або моделювання роботи барета в ґрунтовому масиві тощо.
Д.2.3.10 Розрахунок несучих залізобетонних елементів конструктивної системи (колон, стін, плит перекриттів, покриттів і фундаментів) слід проводити за граничними станами двох груп: за несучою здатністю (за міцністю і стійкістю) і за експлуатаційною придатністю (за тріщиностійкістю і деформаціями). При цьому розрахунок на стійкість окремих стиснутих елементів (колон і стін) рекомендується проводити в рамках розрахунку за міцністю цих елементів з урахуванням впливу поздовжнього вигину або в межах розрахунку статично невизначеної конструктивної системи.
Д.2.3.11 Розрахунок на міцність перерізу залізобетонного елемента рекомендується проводити на підставі нелінійної деформаційної моделі за методом граничних зусиль, тобто за умов, коли зусилля від розрахункових впливів не перевищують граничних, які може сприйняти переріз, що розраховується.
Розподіл відносних деформацій бетону та арматури по висоті перерізу елемента приймають за лінійним законом (гіпотеза плоских перерізів).
У якості узагальненої характеристики механічних властивостей матеріалів (бетону та ненапру-женої арматури) при одноосному напруженому стані слід приймати діаграми станів (деформування) матеріалів. Діаграми встановлюють зв'язок між напруженнями й поздовжніми відносними деформаціями при короткочасній дії однократно прикладеного навантаження аж до встановлених граничних значень обвалення матеріалу при одноосному напруженому стані.
Діаграми, граничні значення відносних деформацій і інші розрахункові характеристики матеріалів допускається визначати відповідно до чинних нормативних документів.
Перехід від епюри напруження у бетоні й арматурі до узагальнених внутрішніх зусиль рекомендується здійснювати шляхом чисельного інтегрування за нормальним перерізом. Опором бетону розтягнутої зони нехтують.
Положення нейтральної осі й максимальні деформації визначають із умови рівноваги зовнішніх і внутрішніх зусиль.
Д.2.3.12 Розрахунок перерізу на дію поперечних сил для забезпечення міцності по похилій тріщині повинен проводитися відповідно до чинних нормативних документів.
Д.2.3.13 При дії на стержневий елемент крутного моменту розрахунок міцності проводиться за просторовим перерізом, який утворений спіральною тріщиною, розташованою під кутом до осі елемента. Розрахунок колони, яка працює на кручення, слід робити на основі моделі просторової ферми з умови рівноваги моментів усіх зовнішніх і внутрішніх сил у площині, нормальній до лінії, що обмежує стиснуту зону просторового перерізу відносно осі, що перпендикулярна до цієї площини, і яка проходить через точку прикладання рівнодіючих зусиль у стиснутій зоні. У якості розрахункового приймають замкнутий коробчастий переріз із товщиною умовної стінки, що не перевищує фактичної товщини.
Відкритий поперечний переріз слід поділяти на окремі частини, кожну з яких розглядають як прямокутний переріз.
Міцність і жорсткість при крученні слід визначати шляхом підсумовування, відповідно, міцностей або жорсткостей окремих прямокутних частин.
Спільну дію згинального й крутного моментів, а також крутного моменту й поперечних сил для простих перерізів рекомендується враховувати відповідно до чинних нормативних документів.
Д.2.3.14 Розрахунок міцності і тріщиностійкості плоских плит перекриттів, покриттів, фундаментних плит і стін слід проводити на спільну дію згинальних і крутних моментів, поздовжніх та зсувних сил, прикладених по бічних сторонах плоского виділеного елемента в напрямку взаємно перпендикулярних осей, а також на дію поперечних сил.
Д.2.3.15 При використанні в розрахунках об'ємних скінченних елементів (наприклад, у товстих фундаментних плитах) розтягувальні зусилля повинні бути сприйняті поздовжньою, поперечною або фібровою арматурою, а стискальні зусилля - бетоном. Поперечне армування плит у місцях опирання вертикальних елементів (випуски) визначається за максимальними зусиллями в нижніх перерізах колон, пілонів і стін.
Д.3 Несучі залізобетонні конструкції
Д.3.1 Основними несучими елементами конструктивної системи є колони, стіни, плити перекриттів і покриттів, різні фундаменти, у тому числі пальові ростверки тощо.
Д.3.2 Основними конструктивними параметрами колон є їх висота, розміри поперечного перерізу, клас бетону за міцністю на стиск і вміст поздовжньої й поперечної арматури, обумовлені просторовим розрахунком каркаса.
При проектуванні рекомендується приймати оптимальні конструктивні параметри колон, що установлюються на основі техніко-економічного аналізу. При цьому мінімальний розмір поперечного перерізу колон рекомендується приймати не менше , для колон з витягнутим поперечним перерізом - не менше , клас бетону, як правило, - не менше В25 і не більше В60, відсоток армування в будь-якому перерізі (включаючи ділянки з напустковим з'єднанням арматури) - не більше 10.
Д.3.3 У тих випадках, коли техніко-економічний аналіз конструктивних параметрів колон показує, що необхідне армування перевищує максимальні значення, рекомендується застосовувати сталезалізобетонні, у тому числі трубобетонні, а також сталефібробетонні колони.
Д.3.4 У тих випадках, коли техніко-економічний аналіз конструктивних параметрів колон показує, що необхідний клас бетону перевищує В60, рекомендується застосовувати для колон сталезалізобетонні рішення. Використання високоміцного бетону В70 - В90 і вище можливо на основі спеціальних експериментальних досліджень.
Д.3.5 Основними конструктивними параметрами стін є розміри (товщина стін), клас бетону за міцністю на стиск і вміст вертикальної арматури (відсоток армування), обумовлені залежно від висоти будинку, навантаження на перекриття, кроку стін.
При проектуванні рекомендується приймати оптимальні конструктивні параметри стін, які встановлені на основі техніко-економічного аналізу. При цьому розміри поперечного перерізу (товщину) стін рекомендується приймати не менше (верхніх поверхів не менше ), клас бетону - не менше В25, відсоток армування в будь-якому перерізі стіни (включаючи ділянки з напустковим з'єднанням арматури) - не більше 10.
Д.3.6 При прольотах до 6- перекриття рекомендується виконувати плоскими, при більших значеннях - плоскими з капітелями або міжколонними балками й стінами, а при прольотах до 12 м-з міжколонними балками або стінами та ребристими і пустотними плитами.
Для зальних приміщень прольотом 12- рекомендуються кесонні, ребристі або пустотні плити при обпиранні по чотирьох сторонах на балки й стіни.
Д.3.7 Основними конструктивними параметрами плоских плит перекриттів є розміри поперечного перерізу (товщина плити), клас бетону за міцністю на стиск і вміст поздовжньої арматури, які визначаються залежно від навантаження на перекриття та довжини прольотів.
При проектуванні рекомендується приймати оптимальні конструктивні параметри перекриттів, установлювані на основі техніко-економічного аналізу. При цьому товщину плоских плит перекриттів суцільного перерізу рекомендується приймати не менше 1/30 довжини найбільшого прольоту і не більше , клас бетону - не менше В20. Висота пустотних, ребристих і кесонних плит приймається не менше і не більше , клас бетону - не менше В25.
Д.3.8 У плоских плитах перекриттів на густо армованих ділянках навколо колон, де діють максимальні поперечні згинальні сили і крутні моменти, для запобігання продавлюванню, спрощення армування й полегшення бетонування рекомендується укладання фібробетону класу за міцністю на розтяг не менше В25.
Д.3.9 Основними конструктивними параметрами плоских фундаментних плит є розміри (товщина плити), клас бетону за міцностю на стиск і вміст поздовжньої арматури, які визначаються залежно від реактивного тиску ґрунту основи й кроку колон і стін.
При проектуванні рекомендується приймати оптимальні конструктивні параметри фундаментних плит, установлювані на основі техніко-економічного аналізу. При цьому товщину фундаментних плит рекомендується приймати не менше (товщина однієї з плит при коробчастих і кесонних фундаментах) і не більше , клас бетону - не менше В20, армування - не менше 0,3 %, а марку за водонепроникністю - не менше W6.
Д.3.10 Ребристі й коробчасті фундаменти складаються із плитних і стінових елементів і застосовуються для підвищення жорсткості будинку, а при висоті більше також для використання підземного простору як технічних поверхів.