РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО ПРОВЕДЕННЯ РОЗРАХУНКУ МОНОЛІТНИХ ЗАЛІЗОБЕТОННИХ БУДІВЕЛЬ
Розрахункова схема
Розрахунки несучих конструкцій монолітних залізобетонних будівель виконують як просторової системи "ґрунтова основа - фундамент - надфундаментна будова".
Кожен конструктивний елемент системи проектують за найнесприятливішим варіантом розрахунку.
Орієнтовний алгоритм складання розрахункової моделі наведено в додатку А.
Розрахунки несучих конструкцій висотних будинків, будівель і споруд класу відповідальності ССЗ виконують у два етапи з використанням різних розрахункових моделей:
перший розрахунок - фахівцями проектної організації;
другий (дублюючий) розрахунок - виконується іншою організацією ніж та, що виконувала проектування та має фахівців відповідної кваліфікації і досвід виконання таких робіт.
Розрахунки несучих конструкцій будівель - надземних та підземних, в тому числі фундаментів, виконують як для закінченої споруди, так і на різних стадіях будівництва.
Проектування і розрахунок монолітних будівель і споруд допускається виконувати, використовуючи зворотний перевірочний підхід (підтвердження прийнятих у геометрії конструктивних елементів споруди, фізико-механічних характеристик матеріалів) або прямий підхід (визначення всіх необхідних атрибутів шляхом розв'язання оптимізаційних задач).
При визначенні зусиль в несучих елементах конструкцій та горизонтальних переміщень системи деформаційні (жорсткісні) характеристики залізобетонних елементів, як правило, приймають на основі методів, які враховують нелінійну роботу матеріалів конструкцій.
При розрахунку будівель на перекидання і зсув їх конструктивну систему приймають як жорстке тіло, що не деформується.
Визначення несучої здатності пілонів, стін та простінків в місцях сполучення із фундаментною плитою виконують з урахуванням деформацій останньої.
Несучі конструкції розраховують за першою та другою групами граничних станів з урахуванням найнесприятливішого сполучення навантажень відповідно до положень даного розділу.
Розрахункова схема будівлі включає дані про навантаження та впливи і фізичну модель.
Фізична модель будівлі являє собою тривимірну систему з колон, стін, плит, балок і їх сполучень, фундаментів і основи, а також дані про фізико-механічні властивості матеріалів.
Розподіл зусиль у "просторово-деформівних" системах в значній мірі визначається характеристиками жоркості елементів і їх сполученнями, які залежать як від матеріалу і його напруженого стану, так і від якості виготовлення і монтажу, наявності дефектів, передісторії завантаження, типу конструкції, вологості матеріалу, ступеня пошкодження (зносу), температури та інших факторів. Вплив цих факторів при проектуванні в повній мірі врахувати практично неможливо. Тому геометричні параметри і фізичні характеристики матеріалів і конструкцій у розрахунках приймають заданими.
Методи визначення напружено-деформованого стану залізобетонних стрижневих, плоских та об’ємних елементів і їх сполучень розроблені тільки для нормальних перерізів при простих впливах.
Розрахунки по похилих і просторових перерізах з тріщинами є лише для окремих випадків, а для складних впливів і врахування багатьох факторів (див. 6.1.3) застосовують різні спрощення.
Складні просторові геометричні схеми можуть бути спрощеними шляхом заміни реальної конструкції умовною схемою. Ребристі і пустотні диски перекриттів так само, як і структурні покриття зі стержнів, замінюють "умовною анізотропної пластиною" постійної товщини. Колони й балки апроксимуються стержнями, приведеними до осі, а плити і стіни - пластинами, приведеними до серединної площини.
Застосовують континуальні, дискретно-континуальні і дискретні розрахункові моделі. Найбільше поширення отримали дискретні розрахункові моделі, засновані на математичній та геометричній дискретизації просторових конструкцій, що розраховують методом скінченних елементів (MCE). Параметри дескретизації та типи скінченних елементів приймаються з урахуванням вимог щодо точності відтворення моделлю реальної конструкції.
Вимоги до розрахунку
Розрахунок конструктивних систем включає:
визначення зусиль в перерізах елементів конструктивної системи (колонах, плитах перекриттях і покриттях, фундаментних плитах, стінах, ядрах жорсткості) та зусиль, що діють на основу фундаментів;
визначення переміщень конструктивної системи в цілому і окремих її елементів, а також прискорень коливання перекриттів у визначенних випадках;
розрахунок на стійкість конструктивної системи (стійкість форми і положення);
оцінку опору конструктивної системи прогресуючому руйнуванню;
оцінку несучої здатності й деформації основи.
Розрахунок конструктивної системи, що включає надземні та підземні конструкції, фундамент та основу, виконують для всіх послідовних стадій зведення (у разі істотної зміни розрахункової ситуації) і для стадії експлуатації, приймаючи розрахункові схеми, що відповідають розглянутим стадіям. При цьому враховують:
порядок прикладання і зміни вертикального навантаження і жорсткостей елементів у процесі монтажу та експлуатації;
утворення тріщин від температурно-усадкових деформацій бетону в процесі тверднення та наявність технологічних швів при бетонуванні захватками;
міцністні та деформативні властивості бетону, температуру навколишнього середовища в момент звільнення конструкції від опалубки і передачі навантаження від верхніх поверхів.
Розрахунок конструктивної системи в загальному випадку виконують в просторовій розрахунковій схемі з урахуванням спільної роботи надземних і підземних конструкцій, фундаменту і основи під ним.
Розрахунок конструктивних систем, як правило, виконують з урахуванням нелінійних властивостей матеріалів залізобетонних елементів.
Нелінійні жорсткістні параметри залізобетонних елементів визначають по поперечному перерізу з урахуванням фізичної нелінійності бетону й арматури, що відповідають короткочасному і тривалому впливам навантаження.
Значення нелінійних жорсткостей залізобетонних елементів приймають в залежності від стадії розрахунку, вимог до розрахунку та характеру напружено-деформованого стану елемента.
На першій стадії розрахунку конструктивної системи, що характеризується тим, що армування залізобетонних елементів невідомо, нелінійну роботу елементів рекомендується враховувати шляхом зниження їх жорсткостей за допомогою умовних узагальнених коефіцієнтів або з використанням "фіктивного" модуля деформацій бетону.
На наступних стадіях розрахунку конструктивної системи, коли відомо армування залізобетонних елементів, в розрахунок вводять уточнені значення жорсткостей елементів, що визначаються з урахуванням армування, утворення тріщин і розвитку непружних деформацій у бетоні й арматурі згідно з ДБН В.2.6-98 та ДСТУ Б В.2.6-156.
В результаті розрахунку конструктивної системи визначають: у колонах - значення поздовжніх і поперечних сил, згинальних моментів, а у разі необхідності - і крутних моментів; в плоских плитах перекриття, покриття та фундаментів - значення згинальних, крутних моментів та зсувних сил, поперечних і поздовжніх сил; в стінах - значення нормальних і зсувних поздовжніх сил, згинальних і крутних моментів і поперечних сил.
Визначення зусиль в елементах конструктивної системи виконують від дії розрахункових постійних, тривалих і короткочасних навантажень, особливих навантажень, а також їх розрахункових 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 відповідно до ДСТУ Б В.2.6-156. При цьому необхідно враховувати суттєве зниження жорсткостей в згинальних плитних елементах (в результаті можливого утворення тріщин) у порівнянні з позацентрово стиснутими елементами. У першому наближенні рекомендується приймати модуль пружності бетону Ес, який дорівнює його розрахунковому значенню відповідно до таблиці 3.1 ДСТУ Б В.2.6-156.
На наступних стадіях розрахунку при відомому армуванні приймають уточнені жорсткості плит з урахуванням армування, наявності тріщин і непружних деформацій у бетоні й арматурі, що визначаються згідно з чинними нормативними документами.
Прискорення коливань перекриттів верхніх поверхів будівлі визначають при дії пульсаційної складової вітрового навантаження.
При розрахунку на стійкість конструктивної системи виконують перевірку стійкості форми конструктивної системи, а також стійкості положення конструктивної системи на перекидання і на зсув.
Розрахунок на стійкість конструктивної системи виконують на вплив розрахункових постійних, тривалих і короткочасних вертикальних і горизонтальних навантажень.
При розрахунку стійкості форми конструктивної системи рекомендується приймати знижені жорсткості елементів конструктивної системи (враховуючи фізичну нелінійність матеріалів за ДСТУ Б В.2.6-156), оскільки стійкість конструктивної системи пов’язана з деформативністю системи та її окремих елементів.
При проектуванні висотних (вище за 73,5 м) будівель та середніх по висоті (40,0 м < Н < 73,5 м) рекомендується надавати перевагу мінімальній кількості пілонів, які мають розвинені розміри в плані (рисунок 6.1).
В протяжних будівлях у плані відстань між паралельними пілонами приймають не більше ніж 30,0 м, а відстань від крайнього пілона до торця будівлі (консольна ділянка перекриття) не більше ніж 12,0 м (рисунок 6.1 а, в). У разі необхідності відхилення вищевказаних обмежень прийняте рішення обгрунтовується розрахунком.
а
Рисунок 6.1 - Розміщення пілонів
Ураховуючи те, що стійкість конструктивної системи залежить від опору в основному позацентрово стиснутих вертикальних елементів при тривалій дії навантаження і в стадії, що наближається до граничної, запас стійкості призначають не менше ніж дворазовим.
При розрахунку стійкості положення конструктивну систему розглядають як жорстке недефор- моване тіло. При розрахунку на перекидання утримуючий момент від вертикального навантаження повинен перевищувати перекидний момент від горизонтального навантаження з коефіцієнтом 1,5. При розрахунку на зсув утримуюча горизонтальна сила повинна перевищувати діючу зсувну силу з коефіцієнтом 1,2. При цьому слід враховувати найбільш несприятливі значення коефіцієнтів надійності за навантаженнями і впливами.
Розрахунок на запобігання прогресуючому руйнуванню повинен забезпечувати несучу здатність і стійкість конструктивної системи в цілому при відмові одного будь-якого елемента конструктивної схеми (колони, ділянки стіни, ділянки перекриття) і можливого подальшого руйнування прилеглих елементів. Крім того, в обгрунтованих випадках розглядають розрахункову ситуацію з відмовою частини основи (наприклад, у разі утворення карстових провалів).
Розрахунок на запобігання прогресуючому руйнуванню виконують при впливі особливого сполучення навантажень з характеристичними значеннями міцності бетону та арматури.
Оцінку несучої здатності й деформацій основи виконують згідно з відповідними будівельними нормами та нормативними документами на зусилля, які передаються на основу, отримані при розрахунку конструктивної системи будівлі.
Розрахунок перекосів вертикальних блоків будівлі від нерівномірних вертикальних деформацій сусідніх несучих конструкцій (стін та колон) виконують з урахуванням фактичного порядку зведення будівлі, а також часу і тривалості прикладання навантажень для врахування нелінійних деформацій у залізобетонних конструкціях.
Методи розрахунку
Просторова конструктивна система є статично невизначеною системою. Для розрахунку несучих конструктивних систем рекомендується використовувати дискретні розрахункові моделі, що розраховуються методом скінченних елементів.
Розрахунок регулярних (або близьких до них) каркасних і стінових КС можна виконувати методом замінюючих (еквівалентних) рам (рисунок 6.2), а стінових КС - шляхом розкладання на поперечну і поздовжню схеми (рисунок 6.3).
Для оцінки максимальної несучої здатності перекриттів може бути використаний розрахунок методом граничної рівноваги.
з □ гг
з □ о
12 3 4
/,/2
а - загальна схема; б - поперечна схема; в - поздовжня схема; 1,4 і 2, 3 - дві крайні і дві середні поперечні рами; 5, 7 і 6 - дві крайні і середня поздовжні рами; Ц, 12, /3 - відстань між поперечними рамами; Ь1т Ь2 - відстань між поздовжніми рамами
Рисунок 6.2 - План типового поверху будівлі з регулярними колонами каркасної конструктивної
системи
Дискретизацію конструктивних схем виконують із застосуванням оболонкових, стрижневих і об’ємних (у разі необхідності) скінченних елементів, які використовуються у прийнятому розрахунковому комплексі.
