При розробленні просторової моделі конструктивної системи враховують характер спільної роботи стрижневих, оболонкових і об’ємних кінцевих елементів, пов'язаний з різною кількістю ступенів свободи для кожного із зазначених елементів.
Деформативні властивості основи враховують шляхом використання загальноприйнятих розрахункових моделей основи з застосуванням різних типів скінченних елементів або граничних умов із заданою піддатливістю, моделювання всього масиву ґрунту під будівлею з об’ємних кінцевих елементів, або комплексно - з використанням всіх вищеперерахованих методів у разі складної спільної роботи конструкції фундаменту і основи.
На першій стадії розрахунку конструктивної системи допускається деформативність основи враховувати за допомогою коефіцієнта жорсткості основи, прийнятого за усередненими характеристиками ґрунтів.
При використанні пальових або пальово-плитних фундаментів палі моделюють як залізобетонні конструкції або враховують їхню спільну роботу з ґрунтом узагальнено, як єдине ціле з використанням приведеного коефіцієнта постелі основи.
За відсутності даних про порядок і час дії постійних і довготривалих навантажень перевіряють несучу здатність, тріщиностійкість та деформації несучої КС з обов’язковим урахуванням деформативності основи з дотриманням наступного:
врахування зміни навантажень та зміну жорсткості системи в процесі монтажу при збільшенні поверхів;
одночасного врахування навантаження на всіх поверхах.
При побудові скінченно-елементної розрахункової моделі розміри й конфігурацію скінченних елементів призначають, виходячи з можливостей застосовуваних конкретних розрахункових програм, і приймають такими, щоб була забезпечена необхідна точність визначення зусиль по довжині колон і по площі плит перекриттів, фундаментів і стін з урахуванням загального числа скінченних елементів у розрахунковій схемі, що впливає на тривалість розрахунку.
Жорсткості скінченних елементів на початковій стадії розрахунку конструктивної системи, коли армування конструкцій ще невідомо, визначають відповідно до 6.2.
Після визначення арматури в плитах перекриттів і покриттів виконують додатковий розрахунок конструктивної системи для уточнення прогинів цих конструкцій, приймаючи уточнені значення згинальних жорсткостей скінченних елементів плит з урахуванням армування у двох напрямках згідно з чинними нормативними документами.
Аналогічний додатковий розрахунок виконують для більш точної оцінки згинальних моментів в елементах перекриттів, покриттів і фундаментних плитах, а також поздовжніх сил в стінах і колонах з урахуванням нелінійної роботи арматури і бетону включно до граничних значень.
Розрахунок конструктивних систем методом скінченних елементів, як правило, виконують з використанням спеціальних сертифікованих комп’ютерних комплексів, в яких реалізовані вимоги ДБН В.2.6-98 та ДСТУ Б В.2.6-156 щодо врахування фізичної і геометричної нелінійності, та впливи другого порядку.
Розрахунок регулярної каркасної конструктивної системи методом замінних (еквівалентних) рам виконують шляхом виділення окремих рам вертикальними перерізами, що проходять по середині кроку колон, удвох взаємно перпендикулярних напрямках.
Розрахунок виділених в кожному напрямку рам, що складаються з колон і смуг плоскої плити (умовного ригеля), виконують незалежно одне від одного за загальними правилами будівельної механіки на дію вертикальних і горизонтальних навантажень, приймаючи при визначенні зусиль лінійні жорсткості елементів рам.
Згинальні моменти і поперечні сили в опорних і перерізах перетинах умовного ригеля розподіляють між його надколонними і міжколонними смугами в залежності від розташування колон в рамі (крайня або проміжна колона) і співвідношення між поперечними і поздовжніми (уздовж осі рами) прольотами.
Розрахунок стінової КС (рисунок 6.3, а) на горизонтальні навантаження можна виконувати методом поділу перехресної КС на незалежні поперечну (рисунок 6.3, б) і поздовжню схеми (рисунок 6.3, в).
Горизонтальні навантаження приймають діючими в обох напрямках.
б
в
а - загальна схема; б - поперечна схема; в - поздовжня схема; 1,2- зовнішні і внутрішні поперечні стіни; 3,4- зовнішні і внутрішні поздовжні стіни; 5 - ділянки, що примикають до стін перпендикулярного напрямку
Рисунок 6.3 - До розрахунку стінової конструктивної системи
Розрахунок несучої здатності перекриттів методом граничної рівноваги виконують, беручи за критерій рівність робіт зовнішніх навантажень і внутрішніх сил на можливих переміщеннях в граничній рівновазі плити перекриття з найбільш небезпечною схемою зламу, що характеризує її руйнування.
На початковій стадії розрахунку для орієнтовної оцінки жорсткості прийнятої конструктивної системи будинків підвищеної поверховості допускається виконати розрахунок системи на стійкість і горизонтальні переміщення за умовною стержневою консольною схемою, що включає тільки стіни і колони (з лінійними деформаційними характеристиками), жорстко закріплені в основі і об’єднані шарнірно пов’язаними з ними жорсткими дисками перекриттів. .
ЗАГАЛЬНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО ПРОЕКТУВАННЯ НЕСУЧИХ ЗАЛІЗОБЕТОННИХ КОНСТРУКЦІЙ
Основними несучими елементами (рисунки 5.1 - 5.5) конструктивної системи є колони, стіни, плити перекриттів і покриттів, різні фундаменти, у тому числі пальові ростверки та основа.
Основними конструктивними параметрами колон є їхня висота, розміри поперечного перерізу, клас бетону за міцністю на стиск і вміст поздовжньої та поперечної арматури, які визначаються в залежності від висоти будівлі, навантаження на перекриття (з урахуванням власної ваги перекриттів) і кроку колон.
При проектуванні рекомендується приймати раціональні конструктивні параметри колон, що встановлюють на основі техніко-економічного аналізу. При цьому мінімальний розмір поперечного перерізу квадратних і круглих колон (рисунок 5.4) рекомендується приймати не менше ніж ЗО см, для колон з витягнутим поперечним перерізом - не менше ніж 20 см, клас бетону, як правило, - не менше ніж С20/25, відсоток армування в будь-якому перерізі (включаючи ділянки з з’єднанням напуском арматури) - не більше ніж 4,0 (8,0).
Конструктивні параметри колон рекомендується приймати однаковими на одному рівні перекриттів.
У тому разі, коли техніко-економічний аналіз конструктивних параметрів колон встановлює, що необхідне армування перевищує максимальні значення, наведені в 8.5 ДСТУ Б В.2.6-156, рекомендується застосовувати сталезалізобетонні, в тому числі трубобетонні колони, а також з застосуванням сталефібробетону.
У тих випадках, коли техніко-економічний аналіз конструктивних параметрів колон встановлює, що необхідний клас бетону перевищує С50/60, рекомендується збільшити розміри перерізу колони.
Основними конструктивними параметрами стін є її розміри (довжина, висота та товщина стіни), клас бетону за міцністю на стиск і вміст вертикальної арматури (відсоток армування), які визначають в залежності від висоти будівлі, навантаження на перекриття, кроку стін.
При проектуванні рекомендується приймати раціональні конструктивні параметри стін, які встановлюють на основі техніко-економічного аналізу. При цьому товщину стін рекомендується приймати не менше ніж 18 см, клас бетону - не менше ніж С16/20, вміст армування відповідно до ДСТУ Б В.2.6-156.
При застосуванні високих відсотків армування перерізів максимальна крупність заповнювача в бетонній суміші не повинна перевищувати 10 мм.
При прольотах до 7,2 м перекриття рекомендується виконувати плоскими, при більших значеннях - плоскими з капітелями (рисунок 5.5) або міжколонними балками і стінами (рисунок 5.6), а при прольотах більше ніж 12 м - з міжколонними балками або стінами і ребристими та порожнистими плитами (рисунок 5.6, а, б).
Для зальних приміщень прогоном (12 - 15) м рекомендуються кесонні, ребристі або порожнисті плити при обпиранні по чотирьох сторонах на балки і стіни (рисунок 5.6, в, г).
Основними конструктивними параметрами плоских плит перекриттів є розміри поперечного перерізу (товщина плити), клас бетону за міцністю на стиск і вміст поздовжньої арматури, які визначають в залежності 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 ніж 16 см і не менше ніж 1/30 довжини найбільшого прольоту і не більше ніж ЗО см, клас бетону - не менше ніж С16/20. Висоту порожнистих, ребристих і кесонних плит приймають не менше ніж 25 см і не більше ніж 50 см, клас бетону - не менше ніж С20/25.
При прольотах більше ніж 7,2 м рекомендується застосування додаткової попередньо напруженої арматури з високоміцних канатів класу К-7 та К-15 без зчеплення з бетоном.
Для зниження ваги перекриттів бажано застосовувати легкі бетони, порожнисті вкладиші або вкладиші у вигляді плит і блоків з особливо легких бетонів.
У плоских плитах перекриттів та плит з прихованими капітелями, на густо армованих ділянках, навколо колон, де діють максимальні поперечні сили, згинальні і крутний моменти, для запобігання продавлюванню, спрощення армування й полегшення бетонування допускається укладання фібробетону класу за міцністю на розтяг не менше ніж Ct2.
Основними конструктивними параметрами плоских фундаментних плит є розміри в плані, товщина плити, клас бетону за міцністю на стиск і вміст поздовжньої арматури, які визначають залежно від реактивного тиску ґрунту основи й кроку колон і стін.
При проектуванні рекомендується приймати оптимальні конструктивні параметри фундаментних плит, які встановлюють на основі техніко-економічного аналізу. При цьому товщину фундаментних плит рекомендується приймати не менше ніж 50 см і не більше ніж 200 см, клас бетону - не менше ніж С16/20, вміст робочого армування - не менше ніж 0,003, а марку за водонепроникністю - не менше ніж W6.
Ребристі і коробчасті фундаменти складаються з плитних і стінових елементів і застосовують для підвищення жорсткості будівлі, а при висоті більше ніж 2 м і для використання підземного простору в якості технічних поверхів.
Пальові фундаменти складаються з монолітних ростверків у вигляді загальних фундаментних плит, стрічкових фундаментних плит під стінами, окремо розташованих фундаментних плит під колонами і забивних, буронабивних, буроін’єкційних і інших паль.
Тип і розташування паль по полю фундаментної плити визначають залежно від конструктивної системи будівлі, навантажень, що припадають на палі та інженерно-геологічних умов майданчика.
Розрахунок і конструювання пальових фундаментів виконують за чинними нормативними документами.
Для забезпечення термічної тріщиностійкості масивних фундаментних плит об’ємом до 2000 м3 без розбивки на окремі технологічні блоки рекомендується застосовувати метод безперервної укладки високорухомих і самоущільнювальних сумішей з модифікованих бетонів з низькою екзотермією та усадкою і які містять полікомпонентні модифікатори.
Допускається не виконувати обклеювальну гідроізоляцію для фундаментних плит і зовнішніх стін підземних поверхів при влаштуванні конструкцій технологічних і усадкових швів, що запобігають протіканню, та застосування бетонів з компенсованою усадкою за відповідних добавок і маркою за водонепроникністю від W8 до W12.
Для несучих елементів конструктивних систем будинків висотою понад 73,5 м слід враховувати вимоги до конструктивних параметрів, регламентованих ДБН В.2.2-24.
РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО ПРОВЕДЕННЯ РОЗРАХУНКУ НЕСУЧИХ ЗАЛІЗОБЕТОННИХ КОНСТРУКЦІЙ
Розрахунки бетонних та залізобетонних конструкцій виконують за граничними станами згідно з 2.2 ДБН В.2.6-98, які включають:
граничні стани першої групи;
граничні стани другої групи.
Розрахунки за граничними станами першої групи включають розрахунки щодо визначення несучої здатності з урахуванням у разі необхідності деформованого стану конструкції.
Розрахунки за граничними станами другої групи включають розрахунки щодо виникнення та розкриття тріщин і за деформаціями.
Розрахунки за граничними станами будівлі в цілому, а також окремих її елементів, як правило, виконують для всіх стадій її існування - зведення та експлуатації; при цьому розрахункові схеми приймають такими, що максимально відповідають реальній роботі конструкцій та прийнятим конструктивним рішенням.
Розрахунки зусиль, напружень та деформацій від зовнішніх навантажень та впливів навколишнього середовища в монолітних бетонних і залізобетонних конструкціях визначають за загальними правилами будівельної механіки з урахуванням фізичної та геометричної нелінійності роботи конструкції у системі.
Необхідно ураховувати перерозподіл зусиль в елементах системи внаслідок нелінійних деформацій бетону і арматури та процесів тріщиноутворення за граничним станом, що розглядається.
Розрахунок несучих залізобетонних елементів конструктивної системи (колон, стін, плит перекриттів, покриттів і фундаментів) слід проводити за граничними станами двох груп: за несучою здатністю та 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 несучою здатністю цих елементів з урахуванням впливу поздовжнього вигину або в рамках розрахунку конструктивної системи за деформованою схемою, а розрахунок за деформаціями елементів - в рамках розрахунку статично невизначеної конструктивної системи.
