Д.2.1.6 Допускається застосування континуальних, дискретно-континуальних і дискретних розрахункових моделей. Рекомендується використовувати розрахункові моделі, засновані на математичній і геометричній дискретизації просторових конструкцій методом скінченних елементів (МСЕ).
Д.2.1.7 За необхідності допускається комп'ютерне моделювання окремих вузлів або фрагментів конструкцій на основі використання фізично нелінійних тривимірних скінченних елементів, спеціальних елементів, що моделюють тертя, проковзування, попередній натяг тощо. В особливо відповідальних випадках результати комп'ютерного моделювання рекомендується підтверджувати натурними експериментами.
Д.2.1.8 Рекомендується застосовувати програмні комплекси, в яких реалізовані процедури розрахунку конструкцій з урахуванням фізичної й геометричної нелінійності, а також процесів, пов'язаних із життєвим циклом конструкції. У необхідних випадках рекомендується за цими програмними комплексами здійснювати розрахунок з урахуванням фізичної нелінійності залізобетону й ґрунтової (пальової) основи й виконувати комп'ютерне моделювання процесів зведення каркаса висотного будинку з урахуванням зміни фізико-механічних властивостей бетону в процесі зведення, а також процесів, пов'язаних з динамічними впливами (сейсміка, вітер), та процесів, пов'язаних з форс-мажорними ситуаціями (прогресуюче обвалення).
Д.2.2 Вимоги до розрахунку
Д.2.2.1 Розрахунок несучих конструктивних систем включає:
визначення зусиль в елементах конструктивної системи (колонах, плитах перекриттів і покриття, фундаментних плитах, стінах, ґрунтовій або пальовій основах);
визначення переміщень конструктивної системи в цілому й окремих її елементів, а також прискорень коливання перекриттів верхніх поверхів;
розрахунок на стійкість конструктивної системи (стійкість форми й положення);
оцінку опору конструктивної системи прогресуючому обваленню;
оцінку несучої здатності й деформації основи.
Д.2.2.2 Розрахунок несучої конструктивної системи, що включає надземні й підземні конструкції й фундамент, слід проводити для всіх послідовних стадій зведення (у випадку істотної зміни розрахункової ситуації) і для стадії експлуатації, приймаючи розрахункові схеми, що відповідають розглянутим стадіям. При цьому слід ураховувати:
- порядок прикладення й зміни вертикального навантаження й жорсткостей елементів у процесі монтажу й експлуатації;
утворення тріщин від температурно-усадочних деформацій бетону в процесі твердіння й наявність технологічних швів при бетонуванні захватками;
величину міцності й жорсткості бетону в момент звільнення конструкції від опалубки й передачі навантаження від вищерозташованих поверхів.
Д.2.2.3 Розрахунок несучої конструктивної системи в загальному випадку слід проводити в просторовій постановці з урахуванням спільної роботи надземних і підземних конструкцій, фундаменту й основи під ним.
Д.2.2.4 Розрахунок несучих конструктивних систем слід проводити із використанням лінійних і нелінійних жорсткостей залізобетонних елементів.
Лінійні жорсткості залізобетонних елементів визначають, як для суцільного пружного тіла.
Нелінійні жорсткості залізобетонних елементів визначають за поперечним перерізом з урахуванням можливого утворення тріщин, а також з урахуванням розвитку непружних деформацій у бетоні й арматурі, що відповідають короткочасному й тривалому діям навантаження.
Д.2.2.5 Значення нелінійних жорсткостей залізобетонних елементів слід визначати залежно від стадії розрахунку, вимог до розрахунку й характеру напружено-деформованого стану елемента.
На першій стадії розрахунку конструктивної системи, коли армування залізобетонних елементів невідомо, нелінійну роботу елементів рекомендується враховувати шляхом зниження їх жорсткостей за допомогою умовних узагальнених коефіцієнтів.
На наступних стадіях розрахунку конструктивної системи, коли відоме армування залізобетонних елементів, у розрахунок слід уводити уточнені значення жорсткостей елементів, які визначені з урахуванням армування, утворення тріщин і розвитку непружних деформацій у бетоні й арматурі згідно із вказівками чинних нормативних документів із проектування залізобетонних конструкцій.
Д.2.2.6 У результаті розрахунку несучої конструктивної системи повинні бути встановлені: у колонах - значення поздовжніх і поперечних сил, згинальних моментів, а в необхідних випадках - і крутних моментів; у плоских плитах перекриттів, покриттях й фундаментах - значення згинальних і крутних моментів, поперечних і поздовжніх сил.
Зусилля в елементах конструктивної системи слід визначати від дії поздовжніх розрахункових постійних, тривалих, короткочасних і епізодичних навантажень, а також їх основних і аварійних сполучень.
На першій стадії розрахунку для оцінки зусиль в елементах конструктивної системи допускається приймати наближені значення жорсткостей елементів, маючи на увазі, що розподіл зусиль в елементах конструктивних систем залежить не від величини, а, в основному, від співвідношення жорсткостей цих елементів. Для більш точної оцінки розподілу зусиль в елементах конструктивної системи рекомендується приймати уточнені значення жорсткостей з понижувальними коефіцієнтами. При цьому необхідно враховувати істотне зниження жорсткостей у плитних елементах, що згинаються (у результаті можливого утворення тріщин), у порівнянні з позацентрово стиснутими елементами. У першому наближенні рекомендується приймати модуль пружності матеріалу, який дорівнює Ев з понижувальними коефіцієнтами: 0,6 - для вертикальних стиснутих елементів; 0,3 - для плит перекриттів (покриттів) і балок з урахуванням тривалості дії навантаження.
Д.2.2.7 У результаті розрахунку несучої конструктивної системи повинні бути встановлені значення вертикальних переміщень (прогинів) перекриттів і покриттів, горизонтальні переміщення конструктивної системи, а також для будинків підвищеної поверховості - прискорення коливань перекриттів верхніх поверхів. Величини вказаних переміщень і прискорення коливань не повинні перевищувати допустимих значень, установлених відповідними нормативними документами.
Горизонтальні переміщення конструктивної системи слід визначати від дії експлуатаційних розрахункових (для граничних станів другої групи) значень постійних, тривалих, короткочасних горизонтальних і вертикальних навантажень. При цьому на першій стадії розрахунку рекомендується приймати знижені значення жорсткостей елементів конструктивної системи, оскільки горизонтальні переміщення прямо залежать від властивостей жорсткості елементів.
Вертикальні переміщення (прогини) перекриттів і покриттів визначають від дії експлуатаційних значень постійних і тривалих вертикальних навантажень. При цьому на першій стадії розрахунку рекомендується приймати знижені значення жорсткостей елементів конструктивної системи, зокрема плит перекриттів, оскільки вертикальні переміщення (прогини) прямо залежать від деформаційних властивостей плит.
У першому наближенні значення понижувальних коефіцієнтів щодо початкового модуля пружності бетону з урахуванням тривалості дії навантаження рекомендується приймати: для вертикальних несучих елементів - 0,6, а для плит перекриттів (покриттів) - 0,3.
На наступних стадіях розрахунку при відомому армуванні слід приймати уточнені жорсткості плит з урахуванням армування, наявності тріщин і непружних деформацій у бетоні й арматурі, що визначаються чинними нормативними документами.
Прискорення коливань перекриттів верхніх поверхів будинку слід визначати при дії пульсаційної складової вітрового навантаження.
Д.2.2.8 При розрахунку на стійкість конструктивної системи слід перевіряти стійкість форми конструктивної системи, а також стійкість положення конструктивної системи на перекидання і на зсув.
Розрахунок на стійкість конструктивної системи слід проводити на дію поздовжніх розрахункових постійних, тривалих, короткочасних і епізодичних вертикальних і горизонтальних навантажень.
При розрахунку стійкості форми конструктивної системи рекомендується приймати знижені жорсткості елементів конструктивної системи (з огляду на нелінійну роботу матеріалу), оскільки стійкість конструктивної системи пов'язана з деформативністю системи й окремих елементів. При цьому значення понижувальних коефіцієнтів у першому наближенні рекомендується приймати з урахуванням того, що стійкість конструктивної системи залежить від опору в основному позацентрово стиснутих вертикальних елементів при тривалій дії навантаження й у стадії, що наближається до граничної. Запас стійкості повинен бути не менше ніж двократним.
При розрахунку на загальну стійкість конструкцій допускається перевіряти для сполучення навантажень, якому відповідають найбільші значення поздовжніх сил і знайдені коефіцієнти розрахункової довжини, розповсюджувати на інші сполучення навантажень.
При розрахунку стійкості положення конструктивної системи слід розглядати як жорстке неде-формоване тіло. При розрахунку на перекидання утримуючий момент від вертикального навантаження повинен перевищувати перекидний момент від горизонтального навантаження з коефіцієнтом не менше 1,5. При розрахунку на зсув утримуюча горизонтальна сила повинна перевищувати діючу зсувну силу з коефіцієнтом 1,2. При цьому слід ураховувати найбільш несприятливі значення коефіцієнтів надійності щодо навантаження.
Д.2.2.9 Несучу здатність і деформації основи слід оцінювати згідно з відповідними нормативними документами за зусиллями, що діють на основу, знайденими при розрахунку конструктивної системи будинку.
Розрахунок перекосів від нерівномірних вертикальних деформацій сусідніх несучих конструкцій (стін і колон) слід проводити з урахуванням фактичного порядку зведення будинку, а також часу й тривалості прикладення навантажень для врахування нелінійних деформацій у залізобетонних конструкціях.
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.
