СП 387.1325800.2018 Железобетонные пространственные конструкции покрытий и перекрытий. Правила проектирования (с Изменением N 1)

СВОД ПРАВИЛ

СП 387.1325800.2018 Железобетонные пространственные конструкции покрытий и перекрытий.
Правила проектирования
Spatial reinforced concrete structures of roofs and floors.
Design requirements
(с Изменением № 1)


Дата введения: 2019-02-16


Статус: действующий


ПРЕДИСЛОВИЕ

Сведения о своде правил

1 ИСПОЛНИТЕЛЬ - АО "НИЦ "Строительство" - НИИЖБ им.А.А.Гвоздева

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"

3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России)

4 УТВЕРЖДЕН Приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 15 августа 2018 г. N 525/пр и введен в действие с 16 февраля 2019 г.

5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт)

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в установленном порядке. Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте разработчика (Минстрой России) в сети Интернет

ВНЕСЕНО Изменение N 1, утвержденное и введенное в действие приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России) от 20 ноября 2019 г. N 701/пр c 21.05.2020


Оглавление

Введение
1 Область применения
2 Нормативные ссылки
3 Термины и определения
4 Общие указания
4.1 Основные положения
4.2 Основные расчетные требования
5 Требования к материалам и изделиям
6 Основные требования к конструированию
6.1 Монолитные пространственные конструкции
6.2 Сборно-монолитные пространственные конструкции
6.3 Сборные пространственные конструкции
6.4 Стыки сборных конструкций
6.5 Отверстия и проемы
6.6 Деформационные швы
7 Своды
Основные положения
Расчет сводов
Конструирование сборных сводов
Конструирование складчатых сводов
Конструирование волнистых сводов
Конструирование сводов с использованием линейных элементов
8 Треугольные и трапециевидные складки
Основные положения
Расчет складок
Конструирование
9 Цилиндрические и складчатые оболочки
Основные положения
Расчет длинных цилиндрических и складчатых оболочек
Конструирование длинных цилиндрических и складчатых оболочек
Расчет коротких монолитных оболочек
Конструирование коротких монолитных оболочек
Расчет коротких призматических складок
Расчет полки и поперечных ребер плиты
Расчет продольных ребер на кручение
Схемы разрушения складок
Расчет на сдвигающие усилия
Расчет диафрагм
Конструирование коротких призматических складок
Конструирование элементов складки
Конструирование узлов складчатых покрытий
10 Купола
Основные положения
Расчет куполов
Определение усилий по безмоментной теории
Определение краевого эффекта по приближенной моментной теории
Расчет несущей способности куполов методом предельного равновесия
Приближенный расчет несущей способности купола
Расчет несущей способности купола с учетом деформированного состояния
Конструирование
11 Пологие оболочки положительной гауссовой кривизны на прямоугольном плане
Основные положения
Расчет отдельно стоящих (одноволновых) оболочек
Учет жесткости контурных диафрагм и их влияние на напряженно-деформированное состояние оболочек
Расчет несущей способности оболочек методом предельного равновесия
Конструирование
12 Оболочки отрицательной гауссовой кривизны на прямоугольном плане
Основные положения
Расчет гипаров
Конструирование
13 Висячие оболочки
Основные положения
Расчет висячих оболочек
Расчет оболочек с радиальной и перекрестной системами вант
Расчет оболочек с полигональной системой вант
Расчет жесткости, трещиностойкости и несущей способности оболочки
Расчет оболочки по несущей способности методом предельного равновесия
Расчет опорного контура
Конструирование
Конструирование оболочек с радиальной и перекрестной системами вант
Конструирование оболочек с полигональной системой вант
14 Панели-оболочки "на пролет здания" и сводчатые конструкции из них
14.1 Панели-оболочки КЖС
Основные положения
Расчет панели-оболочки КЖС
Расчет панели-оболочки КЖС по несущей способности и устойчивости
Расчет диафрагм на поперечную силу
Расчет анкеров
Расчет панели-оболочки КЖС по деформациям
Расчет панели-оболочки КЖС по образованию трещин
Расчет поля оболочки на изгиб вдоль образующей
Проверка прочности сопряжения оболочки с диафрагмой
Расчет покрытий на нагрузки от подвесных кранов
Конструирование
14.2 Сегментные своды из панелей-оболочек КЖС
Основные положения
Расчет сегментных сводов
Конструирование сегментных сводов
14.3 Гиперболические панели-оболочки
Основные положения
Расчет гиперболических панелей-оболочек
Конструирование гиперболических панелей-оболочек
15 Вспарушенные панели с плоской верхней поверхностью
Основные положения
Расчет вспарушенных панелей
Конструирование
16 Шатровые конструкции
Основные положения
Расчет шатровых конструкций
Конструирование
Приложение А. Основные буквенные обозначения




Введение

Настоящий свод правил разработан с учетом требований, установленных в федеральных законах от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", от 30 декабря 2009 г. N 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" и содержит требования к расчету и проектированию железобетонных пространственных конструкций покрытий и перекрытий.

Свод правил разработан авторским коллективом АО "НИЦ "Строительство" - НИИЖБ им.А.А.Гвоздева (д-р техн. наук В.В.Шугаев, д-р техн. наук Т.А.Мухамедиев, канд. техн. наук Б.С.Соколов).

Изменение N 1 разработано авторским коллективом АО "НИЦ "Строительство" - НИИЖБ им.А.А.Гвоздева (канд. техн. наук Б.С.Соколов - руководитель разработки; канд. техн. наук В.А.Титаев, Д.В.Пасхин, А.В.Пшеничников).

(Измененная редакция, Изм. N 1).



1 Область применения

1.1 Настоящий свод правил распространяется на проектирование железобетонных оболочек, складок и других тонкостенных пространственных конструкций покрытий и перекрытий зданий и сооружений промышленного, гражданского и сельскохозяйственного строительства.

1.2 Свод правил устанавливает требования к проектированию пространственных конструкций, изготовляемых из тяжелого и мелкозернистого бетонов, и эксплуатируемых в климатических условиях Российской Федерации, в среде с неагрессивной степенью воздействия, при статическом действии нагрузки.



2 Нормативные ссылки

В настоящем своде правил применены нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 1050-2013 Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия

ГОСТ 3062-80 Канат одинарной свивки типа ЛК-0 конструкции 1×7 (1+6). Сортамент

ГОСТ 3063-80 Канат одинарной свивки типа ТК конструкции 1×19 (1+6+12). Сортамент

ГОСТ 3064-80 Канат одинарной свивки типа ТК конструкции 1×37 (1+6+12+18). Сортамент

ГОСТ 3066-80 Канат двойной свивки типа ЛК-0 конструкции 6×7 (1+6)+1×7(1+6). Сортамент

ГОСТ 3067-88 Канат стальной двойной свивки типа ТК конструкции 6×19(1+6+12)+1×19(1+6+12). Сортамент

ГОСТ 3068-88 Канат стальной двойной свивки типа ТК конструкции 6×37(1+6+12+18)+1×37(1+6+12+18). Сортамент

ГОСТ 3081-80 Канат двойной свивки типа ЛК-0 конструкции 6×19 (1+9+9)+7×7(1+6). Сортамент

ГОСТ 3090-73 Канаты стальные. Канат закрытый несущий с одним слоем зетобразной проволоки и сердечником типа ТК. Сортамент

ГОСТ 7372-79 Проволока стальная канатная. Технические условия

ГОСТ 7669-80 Канат двойной свивки типа ЛК-РО конструкции 6×36 (1+7+7/7+14)+7×7(1+6). Сортамент

ГОСТ 7675-73 Канаты стальные. Канат закрытый несущий с одним слоем клиновидной и одним слоем зетобразной проволоки и сердечником типа ТК. Сортамент

ГОСТ 7676-73 Канаты стальные. Канат закрытый несущий с двумя слоями клиновидной и одним слоем зетобразной проволоки и сердечником типа ТК. Сортамент

ГОСТ 14098-2014 Соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Типы, конструкции и размеры

ГОСТ 14954-80 Канат двойной свивки типа ЛК-Р конструкции 6×19(1+6+6/6)+7×7(1+6). Сортамент

ГОСТ 18901-73 Канаты стальные. Канат закрытый несущий с двумя слоями зетобразной проволоки и сердечником типа ТК. Сортамент

ГОСТ 19281-2014 Прокат повышенной прочности. Общие технические условия

ГОСТ 21437-95 Сплавы цинковые антифрикционные. Марки, технические требования и методы испытаний

ГОСТ 25820-2014 Бетоны легкие. Технические условия

ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения

СП 14.13330.2018 "СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах"

СП 16.13330.2017 "СНиП II-23-81* Стальные конструкции" (с изменением N 1)

СП 20.13330.2016 "СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия" (с изменениями N 1, N 2)

СП 22.13330.2016 "СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений" (с изменениями N 1, N 2)

СП 28.13330.2017 "СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии" (с изменением N 1)

СП 48.13330.2011 "СНиП 12-01-2004 Организация строительства" (с изменением N 1)

СП 63.13330.2018 "СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения"

СП 70.13330.2012 "СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции" (с изменениями N 1, N 3)

СП 96.13330.2016 "СНиП 2.03.03-85 Армоцементные конструкции"

СП 112.13330.2011 "СНиП 21-01-97* Пожарная безопасность зданий и сооружений"

СП 131.13330.2018 "СНиП 23-01-99* Строительная климатология"

Примечание.
При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте федерального органа исполнительной власти в сфере стандартизации в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего свода правил в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов.

(Измененная редакция, Изм. N 1).



3 Термины и определения

В настоящем своде правил применены термины по СП 63.13330, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 пространственные железобетонные конструкции: Выполненные из железобетона конструкции, работающие как пространственные системы, используемые в качестве покрытий, перекрытий, стен зданий и сооружений или представляющие собой сооружение в целом.

3.2 тонкостенные пространственные системы: Конструкции, у которых два измерения одного порядка существенно превышают третье (толщину).

3.3 оболочка (здесь): Пространственная конструкция, ограниченная двумя криволинейными поверхностями, расстояние между которыми (толщина) мало по сравнению с другими ее размерами.

3.4 складка: Оболочка, составленная из отдельных пластинок, соединенных между собой и образующих поверхность многогранника.

3.5 свод: Оболочка дугообразного очертания, опирающаяся враспор по двум противоположным сторонам.

3.6 купол: Выпуклая оболочка, опирающаяся враспор на плоский криволинейный или полигональный контур.

3.7 призматическая складка: Складка, состоящая из прямоугольных пластинок.

3.8 балочная складка: Складка, состоящая из плоских элементов-граней, соединенных между собой под углом с образованием в месте их сопряжения прямолинейного ребра.

3.9 шатровая складка: Выпуклая многогранная складка в форме полной или усеченной пирамиды, опирающаяся враспор на плоский полигональный контур.

3.5-3.9. (Введены дополнительно, Изм. N 1).



4 Общие указания

4.1 Основные положения

4.1.1 Железобетонные тонкостенные пространственные конструкции покрытий и перекрытий (см. рисунок 4.1) различаются:

  • по очертанию срединной поверхности
    • а) складки с различной формой поперечного сечения, в том числе складчатые своды и оболочки (см. рисунок 4.1, а);
    • б) оболочки и своды нулевой гауссовой кривизны - цилиндрические и конические оболочки и цилиндрические своды (см. рисунок 4.1, б);
    • в) оболочки и волнистые своды положительной гауссовой кривизны - сферические оболочки и купола, очерченные по поверхностям вращения с вертикальной осью (см. рисунок 4.1, д); оболочки, очерченные по поверхности переноса в виде эллиптического параболоида, круговой поверхности (см. рисунок 4.1, в) и бочарные своды (см. рисунок 4.1, е, 10);
    • г) оболочки и волнистые своды отрицательной гауссовой кривизны - оболочки, очерченные по линейчатым поверхностям гиперболического параболоида (гипары) (см. рисунок 4.1, г); и по поверхностям вращения с горизонтальной осью (см. рисунок 4.1, е, 11);
    • д) оболочки разнозначной гауссовой кривизны - тороидальные оболочки (см. рисунок 4.1, ж); поверхности которых имеют на некоторых участках положительную, а на других - отрицательную кривизну, коноиды (поверхность которых имеет в большей части нулевую гауссову кривизну) и параболические оболочки на плоском контуре (в основном, положительной кривизны), угловые участки которых имеют отрицательную гауссову кривизну и др.;
    • е) многогранники, в том числе вписанные в поверхности оболочек, указанных в перечислениях б), в), г), д) (см. рисунок 4.1, и), а также шатровые складки см. (см. рисунок 4.1, к) и рамно-шатровые конструкции;
    • ж) составные оболочки, имеющие сложную поверхность, образуемые из оболочек, указанных в перечислениях б), в), г), д), е) (см. рисунок 4.1, л, м);
    • з) вспарушенные плиты, в том числе ступенчато-вспарушенные и шатровые панели (см. рисунок 4.1, п, 16);
  • по форме перекрываемой площади (при опирании на стены, фундаменты или отдельные опоры) и конструктивным особенностям
    • а) на круглом плане;
    • б) на овальном (эллиптическом) плане;
    • в) на квадратном плане;
    • г) на прямоугольном плане;
    • д) на треугольном плане;
    • е) на полигональном плане;
    • ж) кольцевые тороидальные и составные оболочки;
    • з) неразрезные многоволновые оболочки, многогранники и складки;
    • и) неразрезные многопролетные оболочки, многогранники и складки;
    • к) висячие оболочки;
    • л) шедовые конструкции;
    • м) то же, что и в подпунктах "а"-"л", но гладкие или ребристые;
    • н) консольные оболочки, складки и многогранники;
  • по способу изготовления и возведения
    • а) монолитные;
    • б) сборно-монолитные (когда сборные элементы служат несущей опалубкой или, например, бортовые элементы сборные, а плита-оболочка - монолитная);
    • в) сборные из плоских, цилиндрических и других элементов;
    • г) панели-оболочки и панели-складки, изготовляемые и монтируемые в готовом виде (как правило, не требующие расчетного замоноличивания швов между ними), размерами, соответствующими пролету между опорами и габаритам, установленным с учетом условий изготовления, транспортирования и монтажа;

а - призматические складки; б - оболочки нулевой гауссовой кривизны; в - оболочки положительной гауссовой кривизны; г - то же, отрицательной; д - оболочки с вертикальной осью вращения; е - оболочки с горизонтальной осью вращения; ж - тороидальные оболочки разнозначной гауссовой кривизны; и - многогранники; к - то же, шатрового типа; л - составные оболочки; м - то же, из гиперболических треугольных сводов; н - панели-оболочки размером на пролет покрытия и вспарушенные оболочки размером на ячейку здания; п - неразрезные оболочки; 1 - балочная складка с треугольным поперечным сечением; 2 - то же, с трапециевидным; 3 - то же, со сводчатым (призматические выпуклые складки); 4 - свод-оболочка; 5 - длинные цилиндрические оболочки, 6 - то же, короткие; 7 - коническая оболочка; 8 - купол; 9 - бочарные своды; 10 - гиперболические оболочки; 11 - тороидальная оболочка; 12 - покрытие с треугольным планом из оболочек положительной и отрицательной гауссовой кривизны; 13 - то же, с полигональным планом; 14 - покрытие из составных гипаров; 15 - панели-оболочки КЖС; 16 - вспарушенные плиты-оболочки; 17 - многоволновые оболочки; 18 - многопролетные оболочки

Рисунок 4.1, лист 1 - Схемы тонкостенных пространственных конструкций покрытий и перекрытий

Рисунок 4.1, лист 2

  • по материалам, из которых возводятся:
    • а) железобетонные (в том числе с применением легких и других бетонов);
    • б) комбинированные, состоящие из железобетонной плиты и металлических диафрагм или бортовых элементов;
    • в) комплексные, состоящие из железобетонной пространственной конструкции и теплоизоляционных, гидроизоляционных и других материалов;
    • г) армоцементные и сталефибробетонные.

4.1.2 Железобетонные пространственные конструкции должны быть обеспечены с требуемой надежностью от возникновения предельных состояний всех видов расчетом, выбором показателей качества материалов, назначением размеров и конструированием согласно настоящему своду правил. При этом должны быть выполнены технологические требования при изготовлении конструкций и соблюдены требования по эксплуатации зданий и сооружений, требования по экологии, устанавливаемые соответствующими НД.

4.1.3 Применение железобетонных пространственных конструкций в средах с агрессивным воздействием допускается при выполнении требований, установленных СП 28.13330 и настоящим сводом правил.

4.1.4 При проектировании пространственных конструкций в особых условиях (в районах с расчетной сейсмичностью 7 баллов и более, на вечномерзлых грунтах, на просадочных грунтах и подрабатываемых территориях) надлежит учитывать СП 22.13330 и СП 14.13330.

4.1.5 Выбор конструктивных решений пространственных конструкций покрытий и перекрытий зданий и сооружений следует производить исходя из технико-экономической целесообразности их применения в конкретных условиях строительства с учетом архитектурных, технологических и производственных требований, максимального снижения их материало-, трудо-, энергоемкости и стоимости.

В необходимых случаях покрытия и перекрытия с применением тонкостенных пространственных конструкций должны соответствовать акустическим и светотехническим требованиям, условиям отопления и вентиляции, а также допускать возможность подвески кранового оборудования, технологических коммуникаций, потолка или площадок и т.п.

4.1.6 Элементы сборных и сборно-монолитных пространственных конструкций рекомендуется проектировать с учетом условий механизации их изготовления на заводах или полигонах, а железобетонные монолитные пространственные конструкции - с учетом механизированного выполнения опалубочных, арматурных и бетонных работ в соответствии с СП 48.13330.

4.1.7 Сборные и сборно-монолитные пространственные конструкции рекомендуется проектировать из унифицированных плоских, цилиндрических или иных, как правило, ребристых панелей, монтируемых с применением укрупнительной сборки или из крупноразмерных элементов, изготовленных вблизи места возведения конструкции.

Панели-оболочки и панели-складки следует проектировать с учетом особенностей их транспортирования и складирования.

Применение укрупненных тонкостенных элементов покрытий и перекрытий длиной более 24 м или шириной (высотой) более 3,2 м, а также массой более 15 т должно быть обосновано с учетом их транспортирования и монтажа.

4.1.8 Железобетонные покрытия пространственного типа следует проектировать с учетом комплекса требований по гидро- и теплоизоляции, водоотводу, устройству различных проходок через покрытие, фонарных и других проемов и отверстий.

Сборные пространственные конструкции рекомендуется проектировать повышенной готовности - утепленными, с гидроизоляцией и т.п.



4.2 Основные расчетные требования

4.2.1 Расчеты железобетонных пространственных конструкций следует производить по предельным состояниям, включающим:

  • предельные состояния первой группы (по полной непригодности к эксплуатации вследствие потери несущей способности);
  • предельные состояния второй группы (по непригодности к нормальной эксплуатации вследствие образования или чрезмерного раскрытия трещин, появления недопустимых деформаций и др.).

Расчеты по предельным состояниям первой группы включают расчет по прочности, с учетом в необходимых случаях деформированного состояния конструкции перед разрушением, и расчет по устойчивости (общей и локальной).

Расчеты по предельным состояниям второй группы включают расчеты по образованию и раскрытию трещин и по деформациям.

Расчеты выполняют в соответствии с СП 63.13330 и настоящим сводом правил.

4.2.2 Расчет пространственных конструкций покрытий и перекрытий по предельным состояниям следует производить для всех воздействий на конструкции или их элементы на стадии изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации, в том числе:

  • монолитные конструкции, в том числе с предварительно напряженным армированием, - должны быть рассчитаны по прочности и трещиностойкости при раскружаливании;
  • элементы сборно-монолитных конструкций - должны быть рассчитаны по прочности и трещиностойкости на действие собственного веса и веса бетона замоноличивания и монтажных нагрузок;
  • сборно-монолитные конструкции после достижения бетоном замоноличивания проектной прочности - должны быть рассчитаны в целом как монолитные с включением в работу сборных элементов, если для этого предусмотрены соответствующие конструктивные и технологические мероприятия;
  • элементы сборных конструкций, в том числе укрупненных, при монтаже (до замоноличивания) - должны быть проверены по прочности и трещиностойкости на усилия от действия собственного веса, монтажных нагрузок и реактивных усилий от временных опор, затяжек и других приспособлений;
  • сборные конструкции после достижения бетоном замоноличивания стыков проектной прочности и после раскружаливания - должны быть рассчитаны по прочности, жесткости, трещиностойкости на действие собственного веса, монтажных нагрузок и предварительного напряжения арматуры с учетом изменения на данной стадии напряженно-деформированного состояния конструкции от удаления всех или части временных связей.

Расчетные схемы и нагрузки должны соответствовать принятым конструктивным решениям пространственных конструкций и воздействиям для каждой рассматриваемой стадии.

4.2.3 Расчеты железобетонных пространственных конструкций следует производить с учетом наличия трещин и неупругих деформаций в бетоне и арматуре.

Определение усилий и деформаций от различных воздействий в конструкциях и в образуемых ими системах зданий и сооружений следует производить по методам строительной механики, как правило, с учетом физической и геометрической нелинейности работы конструкций.

Усилия и деформации допускается определять в предположении упругой работы железобетонных элементов с последующей корректировкой результатов расчета для учета влияния физической нелинейности их работы.

4.2.4 При проектировании железобетонных пространственных конструкций их надежность обеспечивают применением в расчетах расчетных значений нагрузок и воздействий, расчетных значений характеристик материалов, определяемых с помощью соответствующих частных коэффициентов надежности по нормативным значениям этих характеристик, и учетом степени ответственности зданий и сооружений (см. ГОСТ 27751).

Нормативные значения нагрузок и воздействий, подразделение нагрузок на постоянные и временные (длительные и кратковременные), значения коэффициентов надежности по нагрузке и коэффициентов сочетаний следует принимать согласно СП 20.13330.

4.2.5 Усилия и деформации в пространственных конструкциях следует определять, применяя:

  • метод конечных элементов с учетом физической нелинейности (неупругих деформаций бетона и арматуры) и возможного образования трещин в соответствии с СП 63.13330;
  • методы теории упругости, технической теории оболочек и практических методов расчета тонких оболочек и складок, учитывающих неразрезность конструкции, податливость опор и диафрагм, наличие ребер, отверстий и проемов, неравномерные и динамические нагрузки и т.п.;
  • методы упругопластической теории, прикладной теории деформаций железобетона с учетом практических гипотез и упрощений упругопластического расчета, вытекающих из особенностей работы железобетона с трещинами;
  • метод предельного равновесия, в том числе по деформированной схеме, для определения несущей способности или проверки назначенных сечений бетона и арматуры в предварительных и рабочих расчетах, с использованием схемы излома и формы разрушения, установленных испытаниями моделей конструкций до разрушения;
  • результаты экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния образцов пространственных конструкций.

При проектировании сложных пространственных конструкций помимо расчетной оценки несущей способности, трещиностойкости и деформативности следует проводить испытания их физических моделей.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

4.2.6 При составлении расчетной схемы покрытия или перекрытия рекомендуется использовать срединную поверхность гладкой плиты, подкрепленной ребрами плиты оболочки, многогранника или складки. Для покрытий, которые по условиям возведения образуются как многогранники, вписанные в поверхность оболочки, с числом граней n>7 (например, на участке между диафрагмами) за расчетную поверхность допускается принимать гладкую срединную поверхность оболочки с приближенным определением дополнительных моментов и нормальных сил, возникающих в местах переломов действительной поверхности.

Для пространственных ребристых конструкций, а также для складчатых и волнистых сводов-оболочек за срединную поверхность допускается принимать поверхность, в которой лежат центры тяжести поперечных сечений конструкций. В этом случае в расчетах ребристых, складчатых и волнистых оболочек допускается применять усредненную приведенную толщину оболочки δred=Ab/C и усредненную приведенную жесткость D=EIb/c, где Ab и Ib - площадь и момент инерции приведенного двутаврового сечения с шириной полки, равной c.

За расчетный пролет оболочек, многогранников и складок следует принимать расстояние между осями опор покрытий и перекрытий.

За расчетный размер сторон оболочек, многогранников и складок в плане следует принимать расстояние между осями соответствующих бортовых элементов или диафрагм. При этом, если для расчета система делится на поле оболочки и краевые элементы, в расчете следует учитывать эксцентриситет примыкания поля оболочки к диафрагме или к бортовым элементам.

При определении усилий в железобетонных пространственных конструкциях в упругой стадии площадь и момент инерции допускается принимать как для бетонного сечения или приведенного к нему, если μ>1% (μ - коэффициент армирования, определяемый как отношение площади сечения арматуры к площади поперечного сечения элемента, %). При расчете с учетом неупругих свойств железобетона и образования трещин, а также методом предельного равновесия, следует учитывать действительные характеристики железобетонных сечений для рассматриваемой стадии их работы.

4.2.7 При расчете железобетонных пологих оболочек кинематическим способом метода предельного равновесия следует рассматривать равновесие конструкции в момент исчерпания ее несущей способности и перехода в изменяемую систему. Вид и характер пластического механизма, конфигурацию и размеры дисков в схеме излома следует принимать с учетом вида нагрузки, свойств поверхности и условий закрепления контура. При необходимости расчет несущей способности следует выполнять с учетом деформированного состояния - как отдельных элементов конструкции, так и конструкции в целом.

Расчет несущей способности монолитных, сборно-монолитных и сборных пространственных конструкций методом предельного равновесия допускается производить без учета монтажных и других усилий, возникающих в них до замоноличивания, в процессе изготовления и раскружаливания. При необходимости следует учитывать деформированную схему конструкции, в том числе от перемещений, накопленных в процессе изготовления и возведения конструкции.

4.2.8 Участки плиты, оболочек и складок, в которых главные растягивающие напряжения σprt превышают значение расчетного сопротивления бетона осевому растяжению Rbt, следует армировать, исходя из условия полного восприятия арматурой растягивающих усилий. При этом допускать σprt>3Rbt не рекомендуется - в этом случае толщину соответствующих участков конструкции следует увеличивать.

4.2.9 Диафрагмы и бортовые элементы оболочек, складок, многогранников и сводов-оболочек из условия их совместной работы с полем конструкции следует включать в расчет с учетом их жесткости и схемы нагружения.

4.2.10 Отверстия в плитах ребристых оболочек, размеры которых больше расстояний между ребрами сборных элементов, а для гладких оболочек - размерами более 20δ, должны учитываться при расчете конструкции.

4.2.11 Расчет предварительно напряженных конструкций следует производить с учетом начальных (предварительных) напряжений и деформаций в бетоне и арматуре, потерь предварительного напряжения и особенностей передачи предварительного напряжения на бетон.

При расчете пространственных конструкций по трещиностойкости и деформациям усилия от предварительного напряжения арматуры допускается принимать как внешние силы, приложенные в местах анкеровки арматуры, а при криволинейных стержнях - как нормальные силы, действующие по направлению радиуса кривизны.

Расчет предварительно напряженных элементов пространственных конструкций следует производить с учетом СП 63.13330.

4.2.12 При расчете пространственных покрытий пролетом более 100 м или с поверхностью очертания, не предусмотренного СП 20.13330, нагрузки от действия снега и ветра допускается определять по экспериментальным данным на основе результатов продувок моделей сооружений в аэродинамических трубах.

4.2.13 Сосредоточенные нагрузки, как правило, следует прикладывать к ребрам жесткости, диафрагмам и бортовым балкам оболочек и складок. Допускается при соответствующих конструктивных мероприятиях учитывать в расчете совместную работу пространственной конструкции и устройства для подвески грузов (крановых балок и т.п.).

4.2.14 Для тонкостенных элементов пространственных конструкций следует производить проверку местной устойчивости и прочности. Расчетную проверку местной прочности поля оболочки рекомендуется производить методом предельного равновесия с учетом изменения формы поверхности поля конструкции согласно 11.24, 11.26. При этом следует учитывать несовершенство формы поверхности тонкостенных пространственных конструкций.

Приближенную оценку критической нагрузки тонкостенных пространственных конструкций при потере устойчивости рекомендуется производить согласно 4.2.19-4.2.22.

4.2.15 При выборе расчетной схемы сборно-монолитных пространственных конструкций следует учитывать податливость стыков и особенности передачи усилий через них. При передаче усилий через закладные детали и приваренные к ним стержни или пластины податливость стыка допускается учитывать исходя из значения 0,5-1 мм на каждое такое соединение. При передаче сжимающих усилий через стыки, омоноличенные мелкозернистым бетоном, податливость стыка допускается учитывать снижением значения начального модуля упругости мелкозернистого бетона и введением в расчет пониженной местной или усредненной жесткости с учетом отношения ширины стыков к расстоянию между ними.

4.2.16 Прогибы элементов в железобетонных пространственных конструкциях не должны превышать предельно допустимых значений, приведенных в СП 20.13330, при этом прогиб покрытий в виде оболочек двоякой кривизны или в виде многогранников пролетом 18-60 м должен быть не более 1/400 пролета, а пролетом более 60 м - 1/500 пролета.

4.2.17 При расчете элементов сборных пространственных конструкций на воздействие усилий, возникающих при их подъеме, транспортировании и монтаже, нагрузку от массы элементов следует принимать с коэффициентом динамичности, равным 1,60 - при транспортировании, 1,40 - при подъеме и монтаже. Допускается принимать более низкие, обоснованные в установленном порядке, значения коэффициента динамичности, но не ниже 1,25.

4.2.18 При расчете по прочности железобетонных элементов на действие сжимающей продольной силы следует учитывать случайный эксцентриситет ea, принимаемый по СП 63.13330.

4.2.19 Расчет по устойчивости формы тонкостенных пространственных конструкций следует производить с учетом начальных несовершенств и деформаций ползучести бетона при длительном действии нагрузки.

Максимальные значения начального несовершенства следует определять опытным путем или задавать по аналогии с конструкциями подобного типа, для которых установлены их возможные значения. При отсутствии опытных данных в запас величины критической нагрузки учет начальных несовершенств рекомендуется выполнять умножением модуля деформаций бетона на коэффициент 0,75.

4.2.20 В практических расчетах гладких длинных цилиндрических оболочек продольные нормальные сжимающие напряжения σ от действия расчетной нагрузки, вычисленные в предположении упругой работы железобетонных элементов, должны быть не более значения, определяемого по формуле

,(4.1)

а скалывающие напряжения τ по нейтральной оси должны не быть более значения, определяемого по формуле

.(4.2)

При сочетании нормальных и касательных напряжений следует соблюдать условие

,(4.3)

где σ0 и τ0 вычисляют по формулам (4.1) и (4.2).

Для гладких коротких цилиндрических оболочек интенсивность полной расчетной нагрузки должна быть не более значения, определяемого по формуле

,(4.4)

Гладкие подъемистые и пологие оболочки вращения и переноса следует проектировать таким образом, чтобы при равномерном внешнем давлении интенсивность полной расчетной нагрузки не превышала значения критической нагрузки, определенной по формуле

,(4.5)

где R2 - больший из радиусов кривизны оболочки: R=f(R2/R1) - коэффициент, учитывающий увеличение критической нагрузки на оболочку с увеличением отношения R2/R1. Для оболочек, у которых R2/R1<1,5 принимается K=1, а для оболочек, у которых R2/R1≥1,5 - значение K принимается по таблице 1.

Таблица 1. СП 387.1325800.2018

R2/R1

1,5

1,75

2

2,25

2,5

K

1,15

1,4

1,6

1,8

2,0

В формулах (4.1)-(4.5):

δ, R - толщина и радиус кривизны оболочек;

E - модуль деформаций бетона, принимаемый в зависимости от длительности действия нагрузки по 5.7.

4.2.21 В случае, если по результатам расчета устойчивость гладкой оболочки не обеспечена, в ней следует предусматривать устройство ребер жесткости. Для оболочек положительной или отрицательной гауссовой кривизны ребра следует, как правило, располагать в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Для цилиндрических оболочек допускается устройство только кольцевых ребер.

Для предотвращения потери местной устойчивости расстояние между ребрами следует назначать не более 7, где R1 - меньший радиус кривизны оболочки.

Ребристые оболочки при расчете устойчивости могут рассматриваться как ортотропные. В случае, когда размеры ребер обоих направлений и расстояния между ними различаются между собой не более чем на 20%, ребристую оболочку при расчете допускается рассматривать как гладкую с условной толщиной δf, определяемой по формуле

,(4.6)

и с условным модулем упругости Ef, определяемым по формуле

,(4.7)

где b - расстояние между осями соседних ребер;

A - площадь сечения, образованного одним ребром вместе с примыкающими частями тела оболочки шириной b;

I - момент инерции того же сечения.

Для ребристых цилиндрических оболочек при пользовании формулами (4.1)-(4.3) под σ, τ, σ0 и τ0 следует понимать напряжения, отнесенные к условной толщине оболочки δf.

4.2.22 При проектировании железобетонных пространственных конструкций покрытий и перекрытий следует обеспечивать их устойчивость против прогрессирующего обрушения при локальных аварийных воздействиях. Устойчивость пространственных конструкций покрытий и перекрытий зданий и сооружений против прогрессирующего обрушения следует обеспечивать избыточной несущей способностью "ключевых" элементов, конструктивными мерами и применением материалов, обеспечивающих развитие в конструктивных элементах и их соединениях пластических деформаций.

Расчет на прогрессирующее обрушение следует производить на действие нормативных нагрузок, с применением нормативных значений прочностных характеристик арматуры и бетона, и с учетом физической, геометрической и конструктивной нелинейностей.

4.2.23 Большепролетные пространственные конструкции зданий и сооружений следует рассчитывать на усилия от изменения температуры, а в случае необходимости - и от усадки бетона, возникающих в конструкциях вследствие заделки их в основание и взаимодействия наружных и внутренних конструкций с разными температурными и усадочными деформациями.

Расчетные значения температур принимаются для различных климатических районов Российской Федерации по СП 131.13330, а значения расчетных приведенных температур - в соответствии с СП 20.13330.

Расчет производят на неблагоприятные сочетания летних (июльских) и зимних (январских) приведенных температур, которые могут быть как в период строительства, так и в период эксплуатации зданий.

Расчет усилий и деформаций пространственных конструкций на изменение температуры допускается выполнять в упругой стадии, при этом следует учитывать податливость стыковых соединений (для сборных конструкций) и основания.

Изгибную и продольную жесткости стыков для сборных конструкций следует определять по СП 63.13330 - как для армированных бетонных сечений, с учетом трещин, пластических свойств и ползучести бетона.

4.2.24 Железобетонные пространственные покрытия и перекрытия должны соответствовать требованиям пожарной безопасности, приведенным в СП 112.13330.

Для расчета предела огнестойкости по потере несущей способности железобетонной конструкции следует применять те же уравнения равновесия и деформации, из которых выводят формулы для статического расчета.

Расчет предела огнестойкости по потере несущей способности следует производить в соответствии с расчетом железобетонных конструкций по предельным состояниям первой группы по СП 63.13330, СП 20.13330 и с учетом следующих условий:

  • в случаях, когда нельзя установить значение усилий от нормативной нагрузки, допускается принимать их равными 0,7 расчетных;
  • при проектировании пространственных конструкций зданий и сооружений, относящихся к первому уровню ответственности, отказы которых после пожара могут привести к тяжелым экономическим и экологическим последствиям, а также конструкций, восстановление которых потребует больших материальных затрат, следует обеспечить их огнесохранность.

4.2.25 Для повышения пределов огнестойкости или обеспечения огнесохранности пространственных конструкций следует применять огнезащитные покрытия.



5 Требования к материалам и изделиям

5.1 Для железобетонных тонкостенных пространственных конструкций следует применять бетоны и арматуру, предусмотренные СП 63.13330.

5.2 Для несущих тонкостенных пространственных конструкций рекомендуется применять тяжелые, в том числе мелкозернистые, бетоны классов по прочности на сжатие от В20 до В60 или легкие бетоны по прочности на сжатие не ниже В12,5 (см. ГОСТ 25820).

Легкие бетоны классов по прочности на сжатие В7,5 и В10 допускается применять в совмещенных пространственных конструкциях покрытий (см. ГОСТ 25820).

Поризованные и крупнопористые бетоны в несущих железобетонных пространственных конструкциях допускается применять при специальном технико-экономическом обосновании.

5.3 В качестве предварительно напряженной арматуры растянутых бортовых элементов большепролетных пространственных конструкций рекомендуется предусматривать канатную проволочную арматуру или пучки из таких канатов, защищенные от коррозии до замоноличивания оцинковкой или другим способом, допускаемым СП 28.13330 (см. также 13.15).

5.4 Класс по прочности на сжатие тяжелого мелкозернистого бетона, применяемого для омоноличивания несущих стыков, должен быть не ниже проектного класса по прочности на сжатие бетона стыкуемых элементов.

При омоноличивании конструктивных стыков класс по прочности на сжатие тяжелого бетона или бетона на пористых заполнителях должен быть не ниже В10.

5.5 Для пространственных конструкций покрытий, эксплуатируемых без наружной гидроизоляции, рекомендуется применять тяжелые бетоны марки по водонепроницаемости не ниже W8. В остальных случаях для конструкций, подверженных атмосферным воздействиям при расчетной отрицательной температуре наружного воздуха выше минус 40°С, марку бетона по водонепроницаемости не нормируют.

5.6 Марку бетона по морозостойкости следует назначать в зависимости от требований, предъявляемых к конструкциям, режима их эксплуатации и условий окружающей среды.

Для конструкций, подвергаемых атмосферным воздействиям окружающей среды при расчетной отрицательной температуре наружного воздуха в холодный период от минус 5°С до минус 40°С, марку бетона по морозостойкости следует принимать не ниже F75, а при расчетной температуре наружного воздуха выше минус 5°С марку бетона по морозостойкости не нормируют.

В остальных случаях требуемые марки бетона по морозостойкости устанавливают в зависимости от назначения конструкций и условий окружающей среды (см. СП 131.13330).

5.7 Значения начального модуля упругости бетона при сжатии и растяжении, а также значения модуля сдвига бетона следует принимать в соответствии с СП 63.13330.

При продолжительном действии нагрузки значения модуля деформаций бетона определяют с учетом ползучести по формуле (6.3) СП 63.13330.2018.

При непродолжительном действии нагрузки значение модуля деформаций бетона определяют умножением значения его начального модуля упругости Eb на коэффициент 0,85.

(Измененная редакция, Изм. N 1).



6 Основные требования к конструированию



6.1 Монолитные пространственные конструкции

6.1.1 Монолитные пространственные конструкции следует проектировать, как правило, с гладкой плитой, толщиной δ, определяемой расчетом.

Для повышения жесткости поля оболочки или складки допускается предусматривать ребра прямоугольного или трапециевидного сечения. Шаг ребер следует определять расчетом поля оболочки или плиты складки на прочность, устойчивость или локальную несущую способность. Для уменьшения изгибающих моментов в плите оболочки ось симметрии сечения ребер рекомендуется совмещать с направлением нормали к поверхности (для ребер, располагаемых в местах перелома складчатой поверхности, - с направлением биссектрисы угла сопряжения граней).

6.1.2 Монолитные тонкостенные конструкции покрытий допускается проектировать с любыми очертаниями поверхности и формами в плане, предусмотренными 4.1.1 настоящего свода правил. Для возможности применения многократно оборачиваемой (подвижной и переносной) опалубки тонкостенные конструкции рекомендуется применять:

  • с линейчатыми поверхностями (цилиндрические, гиперболические оболочки, коноиды, призматические складки);
  • с поверхностями переноса положительной гауссовой кривизны (параболические и круговые оболочки).

6.1.3 Стрелу подъема монолитных оболочек следует принимать от 1/10 до 1/5 пролета, угол наклона касательной к поверхности монолитных покрытий с горизонтом для их бетонирования на односторонней опалубке - не более 35°.

6.1.4 В качестве бортовых элементов оболочек, складок, многогранников рекомендуется использовать балки, рамы или арки преимущественно с прямоугольной или квадратной формой поперечного сечения высотой не менее 1/80 пролета, или фермы.

6.1.5 Переход от плиты к бортовым элементам и ребрам следует выполнять плавным, в виде вута шириной до 10δ. Если устройство вута недостаточно для восприятия краевых изгибающих моментов, следует предусматривать утолщения плиты от 0,5δ до δ. При необходимости в плите следует предусматривать плавное утолщение от центра к бортовым элементам.

6.1.6 Армирование монолитных пространственных конструкций рекомендуется проектировать с применением готовых сварных сеток и каркасов.

У растянутой грани изгибаемых плит следует предусматривать не менее одной арматурной сетки. Сжатые плиты, толщина которых определяется условием обеспечения местной несущей способности или устойчивости, и растянутые плиты рекомендуется армировать по расчету двумя сетками, располагаемыми симметрично относительно срединной поверхности с обеспечением минимально допустимого значения защитного слоя бетона.

В случае, если в плите конструкции арматура по расчету не требуется, то следует предусматривать конструктивное армирование плиты не менее, чем одной сеткой из арматурных стержней диаметром 3-4 мм. Наибольшие расстояния между осями арматурных стержней должны быть не более 4δ и не более 200 мм.

6.1.7 Для восприятия растягивающих усилий в контурных элементах, диафрагмах и затяжках большепролетных покрытий рекомендуется предусматривать предварительно напрягаемую арматуру, принимаемую согласно СП 63.13330 и 5.7.

Предварительно напрягаемую арматуру следует располагать в каналах или пазах с последующим замоноличиванием бетоном или в трубчатых каналообразователях без сцепления с бетоном с последующим их заполнением противокоррозионными составами. Схемы расположения напрягаемой арматуры в основных типах пространственных конструкций показаны на рисунке 6.1.

а - в куполе, б - в пологой оболочке положительной гауссовой кривизны, опертой по контуру, в - в шатровой складке, г - то же, с фермами-диафрагмами, опертыми в углах оболочки, д - в цилиндрической оболочке, е - в шедовой однопролетной оболочке, ж - в шедовой неразрезной оболочке, армированной перекрестными пучками, и - в зонтичной оболочке, образованной из четырех гиперболических параболоидов

Рисунок 6.1, лист 1 - Схемы расположения напрягаемой арматуры

Рисунок 6.1, лист 2

6.1.8 В бортовых элементах балочных оболочек и складок до 80% рабочей растянутой арматуры допускается размещать у растянутой грани. В тонкостенных элементах пространственных конструкций растянутую арматуру рекомендуется располагать равномерно вдоль растянутой зоны сечения оболочки, складки или многогранника.

6.1.9 Минимальные значения толщины защитного слоя бетона для рабочей арматуры следует принимать по СП 63.13330.



6.2 Сборно-монолитные пространственные конструкции

6.2.1 Сборно-монолитные конструкции покрытий и перекрытий следует проектировать с использованием в качестве несущей опалубки железобетонных или армоцементных тонкостенных элементов (см. рисунок 6.2), обеспечивающих создание готовой поверхности потолка, удовлетворяющей архитектурно-конструктивным требованиям. Требования к проектированию армоцементных элементов несущей опалубки приведены в СП 96.13330. Несущую опалубку пространственных конструкций следует рассчитывать на усилия от собственного веса, от веса уложенного монолитного бетона и монтажных нагрузок. Поверхность несущей опалубки, соприкасающаяся с монолитным бетоном, и выпуски арматуры должны обеспечивать совместную работу опалубки и монолитного бетона.

а - тонкостенный коробчатый железобетонный или армоцементный элемент; б - деталь поперечного сечения конструкции; 1 - монолитный бетон; 2 - выпуски арматуры из несущей опалубки

Рисунок 6.2 - Сборно-монолитные оболочки с использованием несущей железобетонной или армоцементной опалубки

6.2.2 При проектировании сборно-монолитных конструкций рекомендуется предусматривать сборные диафрагмы, бортовые элементы или ребра. Сборные диафрагмы и бортовые элементы следует изготовлять железобетонными, в том числе с несущей арматурой, и металлическими. Схема сборно-монолитной оболочки покрытия здания приведена на рисунке 6.3.

1 - монолитная плита-оболочка; 2 - металлическая или сборная железобетонная ферма-диафрагма

Рисунок 6.3 - Схема сборно-монолитной оболочки покрытия

Для обеспечения передачи контактных усилий между монолитным бетоном и сборными элементами в них рекомендуется предусматривать шпонки, упоры, выпуски арматуры и закладные детали (по 6.4).

6.2.3 Для снижения размеров поперечного сечения сборных элементов при проектировании рекомендуется предусматривать на время монтажа временные затяжки, опоры и другие подкрепляющие устройства. Выбирать бетон и арматуру рекомендуется с учетом условий изготовления, предусмотренных проектом производства работ (ППР) по СП 70.13330.

6.2.4 При конструировании монолитных частей сборно-монолитных конструкций необходимо учитывать 6.1.1-6.1.6.



6.3 Сборные пространственные конструкции

6.3.1 Сборные пространственные конструкции рекомендуется проектировать из тонкостенных панельных, блочных (арочных) и других сборных элементов, которые после установки на место соединяются путем омоноличивания стыков и сварки закладных деталей, и образуют своды, оболочки, складки и другие конструкции покрытий и перекрытий. Стыки сборных пространственных конструкций должны быть рассчитаны и сконструированы из условия надежной передачи от одного элемента к другому усилий, возникающих в соединении при монтаже (в стыках укрупненных элементов и при навесной сборке без лесов) и в процессе эксплуатации.

Форма и размеры элементов сборных конструкций должны удовлетворять требованиям расчета и назначаться с учетом технологии их изготовления, транспортирования и монтажа, в том числе монтажа блоками с применением укрупнительной сборки монтажных элементов на строительной площадке (см. СП 70.13330).

Допускается применять крупноразмерные элементы, изготовляемые на строительной площадке, в большепролетных и других уникальных конструкциях, а также в случаях, когда это технически и экономически целесообразно.

При проектировании сборных пространственных конструкций и их элементов допускаемые отклонения от их номинальных размеров следует назначать согласно ГОСТ 13015.

6.3.2 Очертание срединной поверхности сборных оболочек покрытий следует принимать с учетом удобства расчленения конструкции покрытия или перекрытия на минимальное число типов панелей и других элементов при максимальной их повторяемости. Например, для оболочек положительной гауссовой кривизны могут применяться поверхности вращения (сферическая, тороидальная) или круговая поверхность переноса.

В качестве сборных элементов пространственных конструкций покрытий и перекрытий рекомендуется использовать:

  • плоские или цилиндрические панели, в том числе комплексные, повышенной готовности;
  • диафрагмы и бортовые элементы в виде балок, арок, безраскосных и раскосных ферм, балок-стенок.

Балки и арки могут быть прямоугольного, таврового, двутаврового, пустотелого и других поперечных сечений. Растянутые и изгибаемые диафрагмы и бортовые элементы, а также панели длиной 12 м и более целесообразно проектировать с предварительно-напряженной арматурой, а в случае необходимости на период монтажа - с временными подкреплениями (по 6.2.3).

При конструировании сборных пространственных покрытий и перекрытий допускается и другое членение при соответствующем технико-экономическом обосновании, например, на панели, включающие части бортовых элементов или диафрагм.

Примеры членения основных сборных покрытий и перекрытий приведены на рисунке 6.4.

6.3.3 Размеры поперечных сечений сборных элементов, как правило, должны быть не менее: по толщине плиты δ - 8-30 мм; по высоте сечения основных ребер панелей h - 1/20 их длины; по ширине сечения ребер панелей b - 40 мм.

а - длинная цилиндрическая оболочка из панелей размером 3×6 м, бортовых элементов и диафрагм, монтируемая укрупненными элементами, б - то же, короткая из плоских панелей размером 3×12 м и диафрагм, в - оболочка вращения из трапециевидных криволинейных или плоских панелей, г - шатровые складки из трапециевидных и прямоугольных панелей, д - оболочки двоякой кривизны из панелей размером 3×6 м, монтируемые укрупненными элементами размером 3×18 м, е - волнистый свод из плоских панелей, ж - шатровая висячая оболочка (со средней опорой) из трапециевидных панелей, и - составная оболочка из четырех гиперболических параболоидов, собранных из неплоских панелей размером 3×9 м, к - стрельчатый свод-оболочка из гиперболических панелей с торцевой стенкой-диафрагмой, л - складчатое покрытие, 1 - панель, 2 - бортовой элемент, 3 - ферма-диафрагма, 4 - монтажный блок размером 3×18 м

Рисунок 6.4, Примеры членения сборных пространственных покрытий и перекрытий

Бортовые балочные элементы следует конструировать аналогичными типовым железобетонным балкам покрытий и перекрытий, а бортовые растянутые элементы оболочек положительной гауссовой кривизны - с предварительно-напряженной арматурой. Бортовые элементы с пролетами менее 20 м допускается конструировать без предварительного напряжения арматуры.

6.3.4 В местах действия краевых моментов и максимальных главных растягивающих напряжений допускается утолщение плиты, в том числе с помощью слоя монолитного бетона, укладываемого по сборным плитам. При этом должны быть предусмотрены необходимое дополнительное армирование монолитного слоя (например, в углах оболочек положительной гауссовой кривизны) и конструктивные и технологические мероприятия для обеспечения сцепления монолитного слоя со сборными панелями. Толщину плиты сборных элементов допускается принимать переменной - плавно изменяющейся между ребрами или ступенчатой, постоянной в пределах пролета.

6.3.5 В случае, когда арматуры, установленной в сборных элементах, недостаточно, следует предусматривать дополнительное армирование в виде предварительно напряженных поясов и отдельных элементов или стержней, укладываемых в процессе возведения конструкции. Предварительное напряжение такой арматуры следует осуществлять натяжением на бетон и последующим обетонированием. Стержни или сетки дополнительного армирования допускается укладывать в стыках между панелями и другими элементами (например, для обеспечения неразрезности в местах сопряжения соседних оболочек).

6.3.6 Сборные конструкции в виде панелей-оболочек, панелей-складок (размером, равным пролету между опорами покрытий или перекрытий зданий) следует проектировать исходя из условия, что их изготовляют, транспортируют и монтируют как готовые пространственные конструкции.

Соединения элементов при укрупнительной сборке должны быть достаточно простыми для выполнения, как правило, без замоноличивания.

6.3.7 В комбинированных пространственных конструкциях покрытий плиты оболочки или складки выполняются из железобетона, а бортовые элементы, устройства для подвесных кранов и др. - из стальных ферм, балок и т.п. При проектировании комбинированных конструкций рекомендуется обеспечивать совместную работу железобетонных и металлических элементов покрытия или перекрытия.



6.4 Стыки сборных конструкций

6.4.1 Стыки конструкций должны быть надежны и просты при сборке и омоноличивании. Следует различать стыки расчетные, проектируемые для восприятия расчетных усилий, и конструктивные (например, омоноличенный стык между соседними панелями-оболочками КЖС). К конструктивным стыкам требование расчета по прочности не предъявляется.

6.4.2 Расчет стыков по прочности рекомендуется производить в зависимости от вида передаваемых через них усилий. Расчетные стыки оболочек, складок и многогранников, как правило, следует конструировать со шпонками - для обеспечения передачи касательных, сжимающих или растягивающих усилий. При значении напряжения сцепления бетона замоноличивания с бетоном сборных элементов τ, не превышающем значение 0,25 Rbt, в сжатых стыках допускается учитывать сопротивление трению.

Схемы стыков приведены на рисунке 6.5.

6.4.3 В стыках железобетонных элементов со стальными диафрагмами и бортовыми элементами вместо шпонок в металлической конструкции следует предусматривать жесткие упоры (см. рисунок 6.6) или стержневые анкеры. Жесткие упоры следует предусматривать также в стыках с железобетонными диафрагмами - в случае, если шпонок недостаточно для восприятия сдвигающих усилий.

а - сжатый стык панелей со сварными накладками, б - то же, с перепуском арматуры, в - то же, с отгибами при наличии сдвигающих усилий, г - растянутый стык, д - то же, при наличии сдвигающих усилий, е - стык со сварной накладкой и шпонками, работающий на сдвиг, ж - то же, испытывающий сжатие с изгибом, и - стык панелей висячей оболочки на ванте, к - стык панелей и диафрагмы смежных оболочек и схема шпонки стыка, 1 - панель, 2 - закладная деталь, 3 - соединительная накладка, 4 - бетон замоноличивания, 5 - продольная арматура стыка, 6 - ванта в трубке с защитной смазкой, 7 - диафрагма с выпусками арматуры, 8 - сварной шов, 9 - шпонки

Рисунок 6.5, лист 1 - Схема стыков сборных конструкций

Рисунок 6.5, лист 2

1 - стальной упор, 2 - шпонки, 3 - бетон замоноличивания

Рисунок 6.6 - Схема стыков железобетонных и металлических элементов

6.4.4 Соединение арматуры в стыках следует осуществлять сваркой стержней с закладными деталями или между собой, а также путем перепуска концов стержней и сеток согласно ГОСТ 14098 и ГОСТ 10922. Для уменьшения длины перепуска арматурных стержней допускается их стыкование с помощью перепуска петель диаметром (или размером стороны) не менее 10d с заделкой в шов каждой петли на длину не менее 15d (d - диаметр стыкуемых стержней). При расположении петель в вертикальной плоскости внутри петель по их периметру должны быть заложены продольные по стыку стержни (см. рисунок 6.5, г, д). При расположении петель в горизонтальной плоскости к ним следует приваривать продольные стержни. Расчетные стыки на период монтажа допускается проектировать без омоноличивания, предусматривая передачу возникающих в них усилий через соединительные металлические детали (см. рисунок 6.5, ж).

Металлические детали стыков должны быть защищены от коррозии согласно СП 28.13330.

6.4.5 Размер ширины стыков следует назначать с учетом допусков для размеров собираемых элементов и принимать равным не менее 40 мм и, как правило, не более 150 мм.

Прочность бетона сборных элементов при местном сжатии в стыке должна быть обеспечена.

Ширина раскрытия трещин на уровне арматуры должна быть не более допустимой по СП 63.13330.

6.4.6 Для сокращения размеров и числа закладных деталей и стержней, проектируемых в стыке, а также для упрощения работ по стыкованию арматуры, допускается основную арматуру в элементах и в стыках покрытий сосредоточивать на отдельных участках в зоне ребер, пересекаемых стыком, а при отсутствии ребер - на участках протяженностью в 5-10 толщин плиты при расстоянии между участками в 10-20 толщин плиты.

6.4.7 В стыках элементов, работающих на растяжение или изгиб, все растягивающие усилия должны быть восприняты арматурой (как правило, являющейся продолжением основной арматуры ребер стыкуемых элементов).

В стыках, воспринимающих касательные усилия сдвига с помощью шпонок, размеры выступов и углублений, образуемых в бетоне сборных элементов и в бетоне замоноличивания, должны удовлетворять расчету шпонок на смятие Q1 и срез Q2 по формулам:

;(6.1)

,(6.2)

где Rb, Rbt - расчетные сопротивления бетона сборных элементов или бетона омоноличивания соответственно при осевом сжатии и растяжении;

lk, hk, tk - длина, высота и глубина шпонок (см. рисунок 6.5, и).

Если через стык передаются местные сдвигающие усилия, то шпонки учитывают только в зоне действия этих усилий, при этом две крайних шпонки не учитывают.

Гибкие выпуски арматуры и соединения закладных деталей, расположенные перпендикулярно к оси стыка, как правило, не учитываются в расчете на усилия сдвига. Их устанавливают для восприятия возможных растягивающих усилий, перпендикулярных к оси шва, и по конструктивным соображениям. Если такое армирование может полностью воспринимать данные растягивающие усилия, то в формуле (6.2) вместо 2Rbt допускается принимать 3Rbt.

Если шпоночный шов обжат усилием N, перпендикулярным к плоскости шва, то высоту шпонки допускается определять по формуле

(6.3)

и принимать уменьшенной против высоты, определенной по формуле (6.2), но не более чем в два раза.



6.5 Отверстия и проемы

6.5.1 Отверстия и проемы различной формы в тонкостенных пространственных конструкциях допускается устраивать в пределах расстояния между диафрагмами или ребрами жесткости. Световые проемы могут также устраиваться с перепадом поверхностей покрытия или путем раздвижки оболочек, складок или сводов.

При больших размерах проемов в плите (>40δ) рекомендуется в пределах проема предусматривать распорки и раскосы, которые вместе с окаймляющими ребрами образуют раму или ферму, способную воспринимать нормальные и касательные или только нормальные усилия. Допускается применение специальных металлических конструктивных элементов, обеспечивающих прочность и жесткость железобетонных элементов оболочек с отверстиями и поддерживающих светопрозрачные панели.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

6.5.2 В сборных оболочках и сводах, изготовляемых с применением линейных железобетонных элементов, с большой площадью световых проемов, располагающихся между арками и продольными ребрами, рекомендуется устройство в проемах самоуравновешенных напрягаемых систем (рисунок 6.7).

Самоуравновешенная напрягаемая система (рисунок 6.8) располагается в имеющей форму ромба ячейке, образованной контурными элементами, и включает верхние и нижние наклонные стержни, соединяющие углы ячейки с концами центральной металлической стойки. Заданный уровень растяжения в наклонных стержнях создается изменением длины стойки с помощью натяжного устройства или съемного домкрата. Указанная система, обладая высокой жесткостью благодаря созданному в ней преднапряжению, совмещает функции опоры для светопрозрачного покрытия и элемента жесткости плиты по краю проема.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

а - оболочка; б - свод с применением линейных элементов; 1 - самоуравновешенная напрягаемая система; 2 - арка; 3 - продольное ребро; 4 - сборные плиты; 5 - затяжка

Рисунок 6.7* - Сборные покрытия с большой площадью световых проемов

________________
* Измененная редакция, Изм. N 1.

1 - контурный элемент; 2 - наклонный стержень; 3 - центральная стойка; 4 - домкра

Рисунок 6.8 - Световой проем с напрягаемой системой

6.5.3 Отверстия в плите оболочек и складок с размером сторон (или диаметром) не более 15δ допускается устраивать без специального утолщения края плиты, но с установкой конструктивной арматуры, окаймляющей отверстие, диаметром не менее 8 мм при δ>30 мм.

Отверстия рекомендуется проектировать круглыми, овальными или многоугольными с округлением углов радиусом r≥2δ.

6.5.4 В зоне отверстий плиты размером более 15δ края ее полки должны выполняться с утолщением и армированием (см. рисунок 6.9), устанавливаемыми расчетами. Утолщение следует принимать высотой 3δ, шириной 2δ и площадью сечений бетона и арматуры не менее чем площадь сечения бетона и арматуры в поперечном сечении вырезанной части плиты. Утолщения вокруг отверстий, устраиваемых в растянутых полках, должны содержать количество арматуры, достаточное для восприятия усилия, приходящегося на вырезанную часть полки.

1 - арматура; 2 - стык арматуры с перепуском на 30d или равнопрочный сварной стык

Рисунок 6.9 - Окаймляющее армирование вокруг отверстий



6.6 Деформационные швы

6.6.1 В пространственных покрытиях и перекрытиях следует предусматривать их разрезку постоянными и временными температурно-усадочными швами, расстояние между которыми назначают в зависимости от климатических условий, конструктивных особенностей сооружения, последовательности производства работ и т.п. Кроме того:

  • в многопролетных покрытиях следует устраивать деформационные швы между парными бортовыми элементами (см. рисунок 6.10);
  • в складчатых и волнистых сводчатых покрытиях деформационные швы, с целью повышения их водонепроницаемости, рекомендуется проектировать на гребне у складки или волны свода;
  • температурно-усадочные деформации пространственных конструкций должны компенсироваться за счет гибких или качающихся колонн, а также шарнирно подвижных или упруго-деформируемых (полимерных прокладок) опорных устройств. При больших (100 м и более) пролетах, как правило, применяют свободно податливые опоры при условии неподвижного закрепления покрытия не менее чем в двух точках по сторонам контура или в углах;
  • деформационные швы покрытия должны совпадать со швами, перерезающими стены, если специально не предусмотрены мероприятия для независимого деформирования стен и покрытия.

а - в направлении l2; б - в направлении l1; 1 - бортовая балка; 2 - ферма-диафрагма; 3 - оболочка; 4 - колонна; 5 - шов

Рисунок 6.10 - Пример решения температурного шва

6.6.2 Покрытия с круглой или с полигональной формой в плане (оболочки вращения, складчатые купола и т.п.) диаметром более 40 м, в которых не могут быть предусмотрены деформационные швы, должны опираться по контуру на гибкие колонны или подвижные опоры в радиальном направлении, допускающие компенсацию температурных и усадочных деформаций.

6.6.3 В распорных покрытиях пролетом более 40 м, опирающихся жестко или шарнирно непосредственно на фундаменты, температурно-усадочные деформации следует учитывать как при расчете, так и при конструировании.



7 Своды



Основные положения

7.1 Своды представляют собой несущую железобетонную пространственную конструкцию покрытия в виде изогнутой вдоль оси гладкой или волнистой плиты, обладающей распором и работающей на сжатие с изгибом.

Сводчатые покрытия следует проектировать, как правило, из сборных железобетонных элементов для прямоугольных в плане однопролетных или многопролетных зданий с опиранием по продольным краям (вдоль образующей) на колонны, стены или непосредственно на фундаменты.

Распор сводов воспринимается затяжками (см. рисунок 7.1) из стали или железобетона, поперечными стенами, рамами, контрфорсами или фундаментами (см. рисунок 7.2). При проектировании сводов следует учитывать податливость элементов или конструкций, воспринимающих распор. Для снижения податливости поперечных стен, контрфорсов и фундаментов следует предусматривать затяжки, расположенные ниже уровня пола.

Для большепролетных покрытий с требуемой большой площадью световых проемов целесообразно применять сборные своды с использованием линейных элементов из высокопрочного бетона по 7.42-7.44.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

7.2 Очертание свода следует принимать по дуге окружности, параболы, цепной линии или других, близких к ним кривым. Своды призматического (полигонального) очертания состоят из прямолинейных участков, вписанных в дугу указанных выше кривых.

Очертание сводов, секции которых состоят из трех и большего числа элементов, для сокращения числа типоразмеров элементов рекомендуется принимать по дуге окружности.

7.3 Стрелу подъема сводов (в ключе) в зависимости от назначения и размеров перекрываемого помещения, способов восприятия распора, архитектурных требований и других условий рекомендуется принимать в пределах от 1/2 до 1/10 длины перекрываемого пролета.

Рисунок 7.1 - Своды с затяжками

Рисунок 7.2 - Своды без затяжек

7.4 По форме поперечного сечения (вдоль образующей) сводчатые покрытия делятся на цилиндрические (с прямолинейной образующей верхней поверхности), складчатые и волнистые. Придание поперечному сечению сводов складчатого (треугольного, трапециевидного) или волнистого очертания (см. рисунок 7.3) повышает несущую способность сводчатых покрытий и позволяет существенно увеличивать их пролет.

а - цилиндрические своды, б - складчатые своды (типы 1 и 2), в - волнистые своды (типы 1, 2, 3)

Рисунок 7.3 - Поперечные сечения сводчатых покрытий

По условиям изготовления элементов сборных сводчатых покрытий, удобству укладки утеплителя и устройства кровли предпочтительны цилиндрические и складчатые очертания сводов.

Сборные элементы сводчатых покрытий рекомендуется изготовлять с пароизоляционным слоем, утеплителем и слоем кровельного ковра.

7.5 Складчатые и волнистые своды допускается проектировать без устройства температурно-усадочных швов, при этом продольный каркас здания, служащий опорой для сводов, должен быть рассчитан на температурные воздействия. В случае необходимости устройства деформационных швов в каркасе здания в сводах между складками или волнами также следует устраивать деформационные швы, перекрываемые компенсаторами.

Складки или волны сводов, примыкающие к деформационным швам, следует конструировать с затяжками-распорками, диафрагмами и т.п., исключающими возможность деформации контура их поперечного сечения.

7.6 При устройстве в сводчатых покрытиях проемов для зенитных светоаэрационных фонарей, вытяжных шахт и других проемов следует учитывать 6.5. Допускается подвешивать к сводам кран-балки или другое грузоподъемное оборудование, а также трубопроводы, площадки и т.п. При этом сосредоточенные нагрузки рекомендуется прикладывать в местах расположения подкрепляющих ребер и переломов поверхности свода.

7.7 Своды следует проектировать из тяжелого или легкого бетона. Проектные классы бетонов следует назначать по расчету с учетом раздела 5. Швы между сборными элементами сводчатых покрытий следует проектировать с омоноличиванием мелкозернистым бетоном класса по прочности на сжатие не менее В15.

7.8 Монолитные своды следует проектировать преимущественно цилиндрическими, с очертанием, близким к кривой давления от постоянной нагрузки. В сводах пролетом более 12 м следует предусматривать подкрепляющие ребра, расположенные в направлении перекрываемого сводом пролета. При проектировании монолитных сводов следует учитывать подраздел 6.1.



Расчет сводов

7.9 Расчет сводов рекомендуется производить как двухшарнирные или трехшарнирные (при наличии шарнирного стыка в ключе свода) тонкостенные арки. Расчет следует производить для секции цилиндрического свода, складки или волны складчатого или волнистого свода. При этом сечение складок или волн принимается недеформируемым. Особенности работы крайних волн сводов в поперечном направлении следует учитывать по 7.20.

Своды по предельным состояниям следует рассчитывать по СП 63.13330 и с учетом 4.2. При расчете сводов значения нагрузок и воздействий принимают согласно СП 20.13330. При расчете элементов, воспринимающих опорные реакции сводов (затяжки, опорные фермы, контрфорсы и т.п.), снеговую нагрузку следует принимать равномерно распределенной по всему пролету свода.

Сосредоточенные нагрузки от подвесного оборудования и полосовые нагрузки допускается учитывать при расчете только тех складок или волн свода, к которым они непосредственно приложены, без учета их взаимодействия со смежными складками или волнами.

Расчет сборных сводов с использованием линейных элементов следует выполнять методом конечных элементов с моделированием всех элементов конструктивной системы по 7.42-7.44. В расчетной модели допускается предусматривать жесткое соединение сборных элементов каркаса свода в узлах. Опирание бортового элемента на колонны следует принимать шарнирным при условии обеспечения такого конструктивного решения в проекте.

Расчет напряженно-деформированного состояния свода допускается выполнять в линейной постановке. Следует рассматривать действие на свод снеговых нагрузок по двум схемам распределения в соответствии с требованиями СП 20.13330 для сводчатых покрытий. При этом для каждой из расчетных комбинаций нагрузок следует выполнить проверку общей устойчивости свода.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

7.10 При расчете сводов постоянного сечения со стрелой подъема f>l/8 следует учитывать дополнительную нагрузку gx, вызываемую уклоном покрытия в сечениях на расстоянии x от опоры, которая увеличивается в направлении от ключа к пятам (см. рисунок 7.4) по кривой и определяется по формуле

,(7.1)

где g - постоянная нагрузка в ключе свода; на опоре свода gx=g1 (см. рисунок 7.4);

φ - угол наклона касательной к оси свода в рассматриваемом сечении.

При очертании оси сводов по дуге окружности (см. рисунок 7.4) значения R0, φ, y, s следует определять по формулам:

;(7.2)

;(7.3)

;(7.4)

.(7.5)

Рисунок 7.4 - Расчетная схема свода

При расчете складчатых сводов с треугольным очертанием поперечного сечения, распор которых воспринимается затяжками, расположенными в двух уровнях (по 7.24), следует принимать, что усилия между затяжками распределяются равномерно, а равнодействующая усилий в затяжках расположена в середине расстояния между ними по высоте.

7.11 Формулы для определения опорных реакций в двухшарнирной арке при равномерно распределенной нагрузке, при нагрузке, увеличивающейся к пятам (по 7.10) и при односторонней нагрузке, с учетом влияния смещения опор и упругого обжатия арки на значение распора приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1. СП 387.1325800.2018

Схема нагрузки

Вертикальные реакции

Распор


Коэффициенты m1 и m2 принимаются по таблице 7.2.

Таблица 7.2. СП 387.1325800.2018

f/l

m1

m2

f/l

m1

m2

1/2

0,061

0,007

1/5

0,142

0,093

1/3

0,099

0,031

1/6

0,15

0,116

1/4

0,127

0,061

1/7

0,155

0,15

Нагрузку g1 в опорном сечении следует определять по формуле (7.1), принимая угол φ равным углу наклона элементов свода, примыкающих к опорам.

Коэффициент k, учитывающий влияние смещения пят вследствие упругого удлинения затяжек и обжатия сводов на значение распора, следует определять по формуле

,(7.6)

где I и A - момент инерции и площадь поперечного сечения складки или волны свода;

At и Et - площадь поперечного сечения и модуль упругости стальных затяжек в пределах одной складки или волны свода; для железобетонных затяжек при нагрузках, действующих после их замоноличивания, следует учитывать работу бетона с трещинами;

n - коэффициент, принимаемый в зависимости от подъема свода по таблице 7.3;

Таблица 7.3. СП 387.1325800.2018

f/l

Длина оси свода S*

Коэффициент n

f/l

Длина оси свода S*

Коэффициент n

1/2

1,57l

-

1/6

1,07l

0,881

1/3

1,28l

0,696

1/7

1,05l

0,911

1/4

1,16l

0,785

1/8

1,04l

0,931

1/5

1,1l

0,843

1/9

1,03l

0,942

1/10

1,02 l

0,952

* Свод очерчен по дуге окружности.

E' - модуль деформаций бетона с учетом ползучести и податливости швов между панелями или элементами свода, определяемый по формуле

,(7.7)

здесь Eb - начальный модуль упругости бетона;

lp - ширина панели или длина элемента свода в направлении перекрываемого пролета, м;

hp - толщина приведенного сечения панели (по 7.14) или элемента свода;

hs - высота замоноличенного шва.

При восприятии распора сводов контрфорсами, фундаментами, поперечными стенами или другими конструкциями значение коэффициента k следует определять по формуле

,(7.8)

где Δ - горизонтальное смещение пяты свода при единичном значении распора H.

При расчете на температурные воздействия распор сводов H следует определять по формуле

,(7.9)

где α - коэффициент линейного расширения бетона;

t1>0 и t2>0 - температура свода и затяжки соответственно, °С.

При определении распора от собственного веса панелей или элементов сборных сводчатых покрытий следует принимать k=1. Для сводов со стрелой подъема fl/3 коэффициент k при всех нагрузках допускается не учитывать.

7.12 Изгибающие моменты M и нормальные силы N в поперечных сечениях складок или волн сводов следует определять по формулам:

;(7.10)

,(7.11)

где M0 и Q0 - изгибающий момент и поперечная сила в соответствующем сечении однопролетной балки пролетом l;

H - распор складки или волны свода;

y - ордината оси свода в рассматриваемом сечении.

7.13 Прочность сводов при внецентренном сжатии следует проверять в сечениях, расположенных в четвертях пролета, в которых при односторонней снеговой нагрузке возникают максимальные положительный и отрицательный изгибающие моменты.

Проверку прочности сечений сводов следует производить по СП 63.13330 при значениях усилий, определяемых по формулам (7.10) и (7.11).

При наличии сосредоточенных нагрузок следует проверять прочность сечений с наибольшими изгибающими моментами.

7.14 При расчете складки свода (см. рисунок 7.3, б, тип 1) принимается ее приведенное поперечное сечение (см. рисунок 7.5), эквивалентное фактическому по площади и моменту инерции. Толщина приведенного сечения панелей свода в их средней части определяется путем деления площади поперечного сечения, расположенной между осями смежных поперечных ребер, на расстояние между ребрами в осях.

а - сечение панели свода, б - приведенное сечение панели, в - приведенное сечение складки свода

Рисунок 7.5 - Пример построения приведенного поперечного сечения складки свода

Приведенное поперечное сечение складки свода принимается путем суммирования толщины двух панелей по горизонтальному сечению.

7.15 Высоту поперечного сечения складок свода h (см. рисунок 7.3, б, тип 1) следует определять из условия, чтобы установленное по деформированной схеме согласно СП 63.13330 значение эксцентриситета приложения нормальной силы относительно центра тяжести сечения не превышало 0,7y, где y - расстояние от центра тяжести сечения до его края в сторону эксцентриситета. При соблюдении этого условия расчет сечений производят как для внецентренно сжатых бетонных элементов без учета сопротивления растянутой зоны. При этом в растянутой зоне сечения, согласно СП 63.13330, должна быть установлена конструктивная арматура. С учетом знакопеременных изгибающих моментов конструктивную арматуру следует устанавливать в панелях у верхнего и нижнего краев поперечного сечения складки.

В случае, если при соблюдении условия e0η≤0,7y прочность складки окажется недостаточна, рекомендуется увеличивать высоту ее поперечного сечения или устанавливать рабочую арматуру. Рабочую арматуру в панелях следует устанавливать по краям поперечного сечения складки и сечение складки рассчитывать как железобетонное.

7.16 При расчете складчатых (см. рисунок 7.3, б) и полигональных (см. 7.22) сводов следует учитывать дополнительный положительный изгибающий момент M1, возникающий вследствие прямолинейности участков складки или элементов полигональных сводов и определяемый по формуле (см. рисунок 7.6)

,(7.12)

где e1 - эксцентриситет, определяемый по формуле

,(7.13)

R0 - радиус оси свода;

φ0 - центральный угол, ограничивающий края прямолинейного элемента складки.

Рисунок 7.6 - Эксцентриситет приложения нормальной силы на прямолинейных участках складки

7.17 Расчетную длину свода l0 в направлении перекрываемого пролета принимают равной:

  • 0,54 S для двухшарнирных сводов l0;
  • 0,58 S для трехшарнирных сводов l0,

где S - длина оси свода, определяемая по таблице 7.3.

7.18 Ребристые панели складчатого свода (см. 7.24) следует рассчитывать на изгиб от местной постоянной и снеговой нагрузок по короткому пролету, принимая, что панели шарнирно оперты в местах стыков между ними - по линиям переломов очертания складок. Расчетом определяется сечение арматуры в поперечных ребрах панелей. Сечение арматуры в продольных ребрах рекомендуется определять из условия прочности панелей при транспортировании и монтаже.

Сплошные опорные панели (см. 7.23 и 7.24) рассчитывают на изгиб в своей плоскости как балки-стенки на двух опорах от равномерно распределенных по сечению складки нормальных сжимающих сил. При этом принимают, что опоры панелей - затяжки сводчатого покрытия (см. рисунок 7.7).

Значение растягивающего усилия в рабочей арматуре Ns, устанавливаемой у примыкающего к фермам продольного края панелей, допускается определять по формуле

,(7.14)

где q l - нормальное усилие, воспринимаемое опорной панелью между затяжками.

Рисунок 7.7 - Расчетная схема опорной панели

Сечение арматуры в каркасах опорных панелей и расстояние между каркасами в обоих направлениях следует определять по расчету на поперечную силу и на раскрытие трещин.

7.19 Опорные фермы (см. 7.26) следует рассчитывать на нагрузку от вертикальной опорной реакции складки свода. В расчетах принимают, что половина опорной реакции приложена в виде сосредоточенной силы в коньковом узле фермы, в котором закреплена верхняя пара затяжек, а другая половина передается непосредственно на колонны, над которыми установлены нижние затяжки. При расчете верхнего пояса фермы следует учитывать также распределенную нагрузку его собственного веса и нагрузки, передаваемые опорными панелями и плитами продольного карниза.

Опорную ферму допускается рассчитывать как раму с затяжкой с учетом жесткости конькового узла.

7.20 Жесткость поперечных сечений крайних складок или волн сводов, примыкающих к торцевым стенам и к деформационным швам, должна обеспечиваться затяжками-распорками (см. 7.30), диафрагмами, ребрами или другими конструктивными мероприятиями.

7.21 Расчетные усилия в элементах сводов от нагрузок и воздействий в период изготовления, транспортирования и монтажа определяют с учетом 4.2.2.



Конструирование сборных сводов


Конструирование цилиндрических и призматических (полигональных) сводов

7.22 Сборные цилиндрические своды проектируют из цилиндрических ребристых плит, а полигональные своды - из плоских ребристых плит.

При членении цилиндрических сводов по поперечному сечению на два элемента их рекомендуется проектировать трехшарнирными. При большем числе сборных элементов своды, как правило, проектируются двухшарнирными.

Разновидность цилиндрических сводов - сегментные своды, собираемые из панелей-оболочек КЖС и проектируемые согласно 14.2.

7.23 Полигональные своды рекомендуется проектировать из ребристых плит, изготовляемых в формах для типовых плит с размерами сторон 1,5×6 м или 3×6 м (см. рисунок 7.8, а, б). Ребра плит по краям каждой монтажной секции должны обеспечивать прочность и жесткость свода.

а - свод из секций шириной 6 м, б - то же, шириной 1,5-3 м, в - опорный узел, г - свод из складчатых ребристых панелей, 1 - рядовые панели, 2 - опорные панели, 3, 4 - предварительно-напряженные железобетонные или стальные затяжки, 5 - подвески, 6 - накладки, 7 - отверстие для затяжки

Рисунок 7.8 - Полигональные своды из ребристых плит

Допускается применение складчатых панелей с переломами поверхности полки и изломами ребер в продольном направлении для образования конструкции трехшарнирного свода (см. рисунок 7.8, г).

В полигональных сводах к стержням рабочей арматуры ребер в углах панелей следует приваривать закладные детали, которые в пределах каждой секции должны соединяться между собой накладками, обеспечивающими непрерывность армирования ребер в пределах всего перекрываемого пролета.

Торцы плит, примыкающих к опорам, должны быть запроектированы с учетом устройства отверстий для пропуска затяжек и образования плоскостей для опирания сводов на опорные конструкции (см. рисунок 7.8, в).

При проектировании цилиндрических и полигональных сводов рекомендуется предусматривать возможность их монтажа укрупненными элементами, длина которых равна длине перекрываемого пролета.



Конструирование складчатых сводов


Своды с треугольным поперечным сечением складок

7.24 Складчатые своды с треугольным очертанием сечения (см. рисунок 7.3, б, тип 1) рекомендуется проектировать из трапециевидных, а также прямоугольных железобетонных ребристых панелей с плоской верхней поверхностью (см. рисунок 7.9).

а - общий вид, б - рядовая панель, в - опорная панель, 1 - рядовые панели, 2 - опорные панели, 3 - опорные фермы, 4 - затяжки, 5 - закладные швеллеры, усиленные пластиной, 6 - закладные уголки, 7 - закладные пластинки, 8 - отверстия для строповки панелей и установки бандажей, 9 - плиты торцевого карниза

Рисунок 7.9 - Конструкция складчатого свода

Ширину b примыкающих друг к другу тонкостенных складчатых арок (складок), образующих свод, принимают, как правило, равной 6-12 м - в соответствии с шагом несущих колонн. В общественных зданиях ширину складок допускается принимать равной 3 м, если это необходимо по архитектурным соображениям.

Высоту поперечного сечения складок h следует принимать от 1/4 до 1/10 их ширины. При увеличении высоты поперечного сечения складок возрастает несущая способность сводов и обеспечивается возможность перекрытия ими больших пролетов.

7.25 Сборные панели для складчатых сводов (см. рисунок 7.9) рекомендуется проектировать с учетом изготовления их в стальных формах по обычной поточно-агрегатной технологии. Толщину плит и шаг поперечных ребер следует определять расчетом. Ребра панелей следует армировать сварными арматурными каркасами с рабочей арматурой класса А500, полку толщиной 30 мм армируют сварной сеткой из арматурной проволоки периодического профиля класса В500, диаметром 3-4 мм, с размером ячейки 200×200 мм. Высоту ребер и толщину полки панелей рекомендуется принимать одинаковыми независимо от пролета сводов и стрелы их подъема в ключе. Длину панелей принимают в зависимости от высоты поперечного сечения складки (см. 7.24), ширину панелей принимают, как правило, не более 3000 мм, а для панелей, транспортируемых в положении "на ребро", - не более 3200 мм.

При конструировании панели с проемом для зенитного фонаря края проема следует усиливать ребрами, расположенными в направлении действия основных усилий в складках сводов. Опорные панели вследствие концентрации усилий в местах расположения затяжек или других элементов, воспринимающих распор сводов, следует проектировать сплошными.

При необходимости (в сводах значительных пролетов) распределения на большую площадь усилий, возникающих в местах закрепления затяжек, допускается устройство сплошных участков ребристых панелей, примыкающих к опорным панелям свода. Необходимость устройства сплошных участков панелей устанавливается расчетом (см. 7.18).

Все панели складчатого свода, за исключением опорных, рекомендуется принимать с одинаковыми опалубочными размерами.

7.26 При опирании сводов на колонны в качестве бортовых элементов рекомендуется использовать треугольные фермы (см. рисунок 7.10, а) с железобетонным верхним поясом и нижним поясом из стальных прокатных профилей или из железобетона с предварительно-напряженной арматурой.

а - опорная ферма, б - примыкание к ферме опорных панелей и плит продольного карниза, 1 - консоль для опирания торцевого карниза у ферм, установленных в крайних пролетах, 2 - швеллеры, 3 - пластина, 4 - закладные пластины, 5 - отверстия для затяжек, 6 - накладка, 7 - подвеска, 8 - опорная панель, 9 - плита продольного карниза, 10 - закладные уголки, 11 - анкер, 12 - фиксатор (стержень, l=80-100 мм)

Рисунок 7.10 - Конструкция опор складчатого свода, распор которого воспринимается затяжками

7.27 В сводах, опираемых на колонны или продольные стены, распор каждой складки шириной 12 м рекомендуется воспринимать четырьмя затяжками из круглой стали классов С345-С390 или из арматуры классов А400 и А500. Затяжки следует располагать попарно в двух уровнях на расстоянии 6 м друг от друга и пропускать сквозь отверстия в коньковых и опорных узлах ферм (см. рисунок 7.10, а).

При расположении опор свода в уровне земли бортовыми элементами могут служить ленточные фундаменты (сборные или монолитные) с верхней наклонной гранью, перпендикулярной к оси свода в опорном сечении.

В сводах, опирающихся непосредственно на фундаменты, допускается устройство проемов для ворот в пределах ширины одной складки свода. При этом для восприятия усилий, возникающих в ослабленных проемами складках, должны быть предусмотрены контрфорсы, перемычки или другие элементы, окаймляющие проем.

7.28 Стыки между элементами складчатого свода рекомендуется проектировать с применением монтажных вставок в виде коротких стержней из круглой стали диаметром 20 мм, привариваемых при монтаже к закладным уголкам и пластинам, расположенным вдоль продольных краев панелей. Монтажные вставки фиксируют ширину швов между панелями, что обеспечивает необходимую точность монтажа.

7.29 При проектировании складчатых сводов следует учитывать, что их монтаж выполняется, как правило, из укрупненных блоков, состоящих из двух или четырех панелей - в зависимости от грузоподъемности монтажных кранов. Укрупненные блоки собираются на кондукторе из панелей, соединяемых на гребне складок накладками из листовой стали. Конструкцию укрупненных монтажных блоков рекомендуется проектировать с учетом обеспечения их неизменяемости при монтаже, например, временными затяжками.

Конструкцию свода и укрупненных монтажных блоков рекомендуется проектировать с учетом сборки складок с помощью инвентарного передвижного кондуктора (см. рисунок 7.11). Распалубка складок может производиться после достижения бетоном швов кубиковой прочности, равной 0,2 МПа.

1 - укрупненные монтажные блоки

Рисунок 7.11 - Схема инвентарного передвижного кондуктора для монтажа свода

7.30 В крайних складках сводов, примыкающих к торцам перекрываемых зданий, в плоскости швов между панелями через каждые две панели, но не более чем через 7 м, следует устанавливать поперечные жесткие затяжки-распорки из двух уголков, предельная гибкость которых должна быть не более 200. Конструкция примыкания складок к торцевым стенам не должна препятствовать их вертикальным перемещениям.

7.31 В многопролетных сводах рекомендуется применять опорные фермы, воспринимающие опорные реакции сводов двух смежных пролетов. Плоскости верхних поясов ферм, к которым примыкают опорные панели сводов, с обеих сторон должны быть наклонными. Затяжки в опорных фермах смежных пролетов рекомендуется закреплять в соответствии с рисунком 7.12.

1 - опорные панели, 2 - муфта, 3 - труба или полый цилиндр, 4 - стержень с резьбой на двух концах

Рисунок 7.12 - Закрепление затяжек смежных пролетов в опорных фермах

7.32 В сводах пролетом не более 24 м при ширине складок 6 м и высоте их поперечного сечения не более 1 м складки следует проектировать с двумя затяжками, расположенными в одном уровне в опорном сечении.

7.33 Подвески, воспринимающие усилия от грузоподъемного оборудования (кран-балок, тельферов, транспортерных галерей и т.п.), рекомендуется крепить к накладкам из листовой стали, соединяющим панели на гребнях складок.


Своды с трапециевидным поперечным сечением складок

7.34 В сводах с трапециевидным очертанием поперечного сечения складок (см. рисунки 7.3, б, тип 2 и рисунок 7.13) ширину складок b, исходя из условия транспортирования элементов, рекомендуется принимать не более 3 м, высоту поперечного сечения h - от 1/4 до 1/6 b и ширину горизонтальных полок - от 1/8 до 1/10 b в зависимости от длины перекрываемого пролета. Длину прямолинейных элементов сводов рекомендуется принимать в пределах от 2 до 6 м.

Рисунок 7.13 - Трапециевидное поперечное сечение элемента свода

7.35 Толщину горизонтальных полок по верхнему и нижнему краям поперечного сечения элементов сводов, в которых устанавливается рабочая или конструктивная арматура, рекомендуется принимать не менее 60 мм, а толщину боковых наклонных граней, армируемых сетками из обыкновенной арматурной проволоки, - не менее 30 мм.

7.36 Соединение трапециевидных элементов складок рекомендуется выполнять с помощью сварки закладных деталей на торцевых частях элементов и последующего замоноличивания швов мелкозернистым бетоном. Для стыкования продольной арматуры, расположенной в полках складок, предусматривают закладные пластины, приваренные к концам арматурных стержней.

7.37 Сводчатые покрытия пролетом до 24 м с трапециевидным поперечным сечением складок рекомендуется проектировать с учетом монтажа складок укрупненными блоками длиной, равной длине перекрываемого пролета.



Конструирование волнистых сводов

7.38 Волнистые своды, состоящие из элементов, поперечное сечение которых представлено на рисунке 7.3, в тип 1, называются бочарными сводами.

Для бочарных сводов пролетами от 48 до 100 м отношение стрелы подъема к пролету принимают в диапазоне 1/10-1/12, ширину свода - 6-12 м. Поверхность бочарного свода образуется перемещением образующей вдоль дуги окружности или параболы таким образом, чтобы плоскость образующей оставалась перпендикулярной к оси свода. Переменная высота сечения опорной зоны свода постепенно переходит от профиля средней зоны к прямой линии опор. Форму поверхности сборных плит принимают в зависимости от продольной или поперечной схемы разрезки. Размеры сборных ребристых плит в плане, как правило, принимают равными 3×6 или 3×12 м. Боковые поверхности ребер плит выполняют со шпонками, обеспечивающими передачу сдвигающих усилий. Соединение плит между собой производят сваркой закладных деталей или выпусков арматуры. Затяжки бочарных сводов выполняют предварительно напряженными железобетонными или стальными. В качестве напрягаемых элементов используют стержневую арматуру и высокопрочную проволочную в виде прядей и стальных канатов. Затяжки, воспринимающие распор свода, крепятся непосредственно к опорным балкам, воспринимающим вертикальные и горизонтальные (в промежутках между затяжками) нагрузки (см. рисунок 7.14).

а - продольный разрез по своду, б - план раскладки пли,; в - поперечный разрез по средней зон, г - то же по опорной зоне, 1 - опорный блок, 2 - бортовые элементы, 3 - стальная подвеска,; 4 - средняя плита с отверстиями, 5 - блок затяжки, 6 - плита опорной зоны, 7 - балка диафрагмы

Рисунок 7.14 - Схема бочарного свода пролетом 96 м

Волнистые своды выполняют из тонкостенных криволинейных в продольном направлении элементов шириной 2-3 м.

7.39 Волнистые своды (см. рисунок 7.3, в, тип 2) выполняют из тонкостенных элементов, криволинейных в направлении пролета, с волной шириной до 3 м.

Для перекрытия пролетов до 24 м в тех случаях, когда это целесообразно по условиям изготовления и транспортирования элементов, каждую волну свода монтируют из двух криволинейных элементов, стыкуемых в ключе свода (см. рисунок 7.15). При этом стык между элементами может быть шарнирным или жестким. Очертание сводов, волны которых состоят из двух элементов, рекомендуется принимать по кривой давления от постоянной нагрузки.

1 - стык элементов свода

Рисунок 7.15 - Свод монтируемый из двух криволинейных элементов

7.40 Элементы волнистых сводов двоякой кривизны (см. рисунок 7.3, в, тип 3) шириной до 3 м, криволинейные в продольном направлении, по поперечным краям изготавливают с ребрами, повышающими жесткость их в поперечном направлении (см. рисунок 7.16). Элементы сводов соединяются сваркой закладных деталей с последующим омоноличиванием стыков.

1 - ребра по поперечным краям элементов

Рисунок 7.16 - Поперечное сечение волнистого свода двоякой кривизны (тип 3)

7.41 Жесткость элементов сводов трапециевидного и волнистого поперечных сечений в период их транспортирования и монтажа до соединения со смежными складками и волнами рекомендуется обеспечивать установкой временных распорок, диафрагм и т.п.



Конструирование сводов с использованием линейных элементов*

________________
* Введено дополнительно, Изм. N 1.

7.42 Большепролетные своды с использованием линейных элементов из высокопрочного бетона выполняют сегментного цилиндрического очертания пролетами 48-72 м. Значения отношения стрелы подъема свода к величине пролета принимают в пределах 0,12-0,15 или значения отношения радиуса кривизны свода к величине пролета в пределах 0,9-1,1.

Каркас покрытия (рисунок 7.17) включает систему арок, образованных линейными железобетонными элементами, опирающихся над колоннами на бортовые элементы, продольные и косые балки в верхнем поясе, а также систему металлических затяжек и связей в нижнем поясе. Поверхность свода образована сборными плитами, опирающимися на арки, продольные и косые ребра. Совместную работу плит и железобетонных элементов каркаса как ребристой оболочки обеспечивают сваркой закладных деталей в узловых соединениях и замоноличиванием шпоночных швов. Затяжки свода располагают под арками и по концам закрепляют в бортовых элементах над колоннами. В пролете затяжки в нескольких точках подвешивают к аркам сводов стальными подвесками.

Линейные железобетонные элементы каркаса рекомендуется выполнять в виде тонкостенных элементов коробчатого сечения из высокопрочного бетона.

а - свод в сборе; б - схемы расположения элементов каркаса свода; 1 - бортовой элемент; 2 - арка; 3 - продольное ребро; 4 - косое ребро; 5 - тяжи самоуравновешенных напрягаемых систем; 6 - стойки напрягаемых систем; 7 - затяжка; 8 - подвеска; 9 - элементы связей; 10 - плиты настила

Рисунок 7.17* - Свод с использованием линейных элементов

________________
* Введен дополнительно, Изм. N 1.

7.43 Конструкция большепролетных сводов с использованием линейных элементов позволяет выполнение больших световых проемов взамен части плит. Общая площадь световых проемов при их расположении с плитами в шахматном порядке может достигать половины общей площади свода (рисунок 7.17).

Световые проемы размещают в ячейках между арками и продольными ребрами и снабжают самоуравновешенными напрягаемыми системами по 6.5.2. При этом контурными элементами самоуравновешенных напрягаемых систем являются линейные балочные элементы - косые ребра.

Высоту стойки самоуравновешенной системы принимают в пределах 0,2-0,25 диагонали контура светового проема.

7.44 Плиты покрытия выполняют треугольной формы. При членении поверхности свода на квадратные в плане ячейки длиной диагонали 12 м на рядовую ячейку покрытия требуется 8 треугольных плит одного типоразмера с приемлемыми для транспортирования размером 6 м по длинной стороне и максимальным размером 3 м по ширине.

Для снижения нагрузок собственного веса арки выполняют коробчатого сечения из двух железобетонных элементов швеллерного сечения; продольные и косые ребра - в виде пустотелого элемента квадратного сечения с круглым центральным отверстием.

В целях унификации производственного оборудования, парка опалубочных форм и снижения количества типоразмеров сборных железобетонных элементов свода рекомендуется принимать полые элементы продольных и косых ребер одного сечения.

Сечения и армирование арок и ребер определяют расчетом их прочности и устойчивости. При предварительном назначении размеров сечения арок рекомендуется принимать высоту коробчатого сечения арки не менее 1/80 значения пролета свода.

7.45 При конструировании во избежание передачи на колонны дополнительных усилий при деформировании свода следует предусматривать шарнирное опирание бортового элемента на колонны.

7.46 При конструировании элементов самоуравновешенной напрягаемой системы сечение стойки следует принимать таким, чтобы требуемое усилие предварительного напряжения в стойке было не выше 0,35 несущей способности стойки.

7.42-7.46. (Введены дополнительно, Изм. N 1).



8 Треугольные и трапециевидные складки

Основные положения

8.1 Складчатые железобетонные пространственные конструкции состоят из плоских элементов - граней, соединенных между собой под углом так, чтобы в месте их сопряжения образовывалось прямолинейное ребро, через которое от одной грани к другой могут передаваться возникающие в них усилия (касательные усилия, нормальные усилия и изгибающие моменты). В стыке граней рекомендуется предусматривать утолщения (вуты), что позволяет улучшать работу сопряжений граней на изгиб, упрощать устройство опалубки и размещение арматуры.

8.2 Складчатые конструкции подразделяются на балочные складки и призматические складки (складчатые оболочки). К балочным складкам относятся треугольные и трапециевидные складки с жестким поперечным сечением, расчет которых можно выполнять по балочной схеме в предположении линейного распределения продольных деформаций по высоте сечения. Для повышения жесткости граней из их плоскости предусматриваются подкрепляющие ребра или диафрагмы жесткости.

Расчет призматических складок или складчатых оболочек выполняют с учетом деформаций поперечного контура. Призматические складки изготавливают с продольными бортовыми балками, в которых размещается вся или большая часть продольной растянутой арматуры, и поперечными жесткими диафрагмами по торцам складок (см. 8.6).

8.3 Конструктивные схемы треугольных и трапециевидных складок и некоторых складчатых систем из них для покрытий и перекрытий приведены на рисунке 8.1.

Трапециевидные складки (см. рисунок 8.1, б, в) изготавливают с горизонтальными полками, усиливающими наиболее сжатую и растянутую зоны сечения. Для устройства плоской верхней поверхности покрытия по складкам могут укладываться плиты, образуя складки замкнутого сечения. В наклонно или горизонтально расположенных гранях складчатых покрытий допускается устраивать световые проемы (см. рисунок 8.1, г).

Складчатые конструкции на замкнутом полигональном контуре, образующие складчатый распорный купол (см. рисунок 8.1, д), рассчитывают и конструируют с учетом раздела 6.

Призматические складчатые элементы консольно-вантовых покрытий (см. рисунок 8.1, е) рассчитывают и конструируют с учетом усилий, возникающих в месте крепления вант.

Треугольные складчатые конструкции выполняют с переменным углом наклона граней, которые имеют очертание пологой линейчатой поверхности второго порядка, например, гиперболического параболоида или коноида (см. рисунок 8.1, ж). Растянутый пояс таких складок, как правило, выполняется предварительно напряженным.

а - треугольные складки, образуемые из плоских элементов (плит); б - то же, из Г-образных элементов; в - трапециевидные складки, образуемые из Z-образных элементов; г - устройство световых проемов в треугольных и трапециевидных складках; д - треугольные складки переменного сечения на полигональном плане; е - призматические трапециевидные складки в консольном подвесном покрытии; ж - балочная складка с линейчатыми гранями, очерченными по поверхности гиперболического параболоида

Рисунок 8.1, лист 1 - Схемы призматических складок и складчатых систем

Рисунок 8.1, лист 2

8.4 Складчатые конструкции изготовляют сборными, сборно-монолитными и из монолитного бетона с обычной и предварительно напряженной основной растянутой арматурой, располагаемой в ребрах и поясах. Толщину стенок складок, конструкцию ребер и диафрагм следует принимать в соответствии с разделом 6.

Сборные призматические складки проектируют в зависимости от условий их изготовления и монтажа из плоских, Г- или Z-образных элементов, а также элементов треугольного и трапециевидного сечений, длиной 2-6 м, в зависимости от вида и размеров поперечного сечения складчатого покрытия, или целыми панельными складками, длина которых равна длине перекрываемого пролета.

Стыки между гранями складок следует проектировать согласно 8.15.

8.5 Призматические складки треугольного и трапециевидного сечений рекомендуется применять для покрытий однопролетных зданий с пролетами длиной не более 30 м. Для отвода атмосферной влаги грани складок располагают по направлению пролета.

Балочные складки шириной менее 3 м рекомендуется опирать на подстропильные балки, фермы и тому подобные элементы или на стены, а складки шириной 3 м и более допускается опирать непосредственно на колонны.



Расчет складок

8.6 При расчете призматических складок треугольного и трапециевидного сечений следует различать два случая статической работы конструкции:

  • а) когда поперечное сечение складки после приложения нагрузки (в том числе и от действия собственного веса) или температурных и других воздействий не испытывает кручения (нет депланации поперечного сечения) и в нем не возникают поперечные симметричные или асимметричные деформации (α=const, см. рисунок 8.1).

В этом случае в средних волнах многоволновой складки или отдельной складки с подкрепляющими ребрами и диафрагмами дополнительных касательных и нормальных усилий в поперечных сечениях не возникает. Тонкостенный элемент такой складчатой конструкции может быть рассчитан и законструирован по схеме простой балки в предположении линейного распределения продольных деформаций по высоте сечения. Стенки и полки, непосредственно нагруженные поперечной нагрузкой, рассчитываются и конструируются с учетом их изгиба. Стыки соседних граней между собой и соединения граней с диафрагмами проектируются так, чтобы обеспечивать конструктивно их совместную работу;

  • б) когда в складчатой конструкции, нагруженной полосовой или сосредоточенной нагрузкой, или работающей как тонкостенная пространственная складчатая система (в зоне опирания крайних складок на торцевую стену), поперечные сечения изменяют свою форму. В этом случае складчатую систему рекомендуется рассчитывать по технической теории ортотропных оболочек и призматических складок или методом конечных элементов с учетом геометрической нелинейности. Поперечное армирование граней и стыков между ними в этом случае определяется расчетом складок как пространственной системы.

8.7 Для предварительного расчета призматических складок (см. перечисление б) 8.6), а также для подбора продольной арматуры и вычисления прогибов балочных складок (см. перечисление а) 8.6) допускается приводить сечения складок к тавровому или двутавровому сечению (см. рисунок 8.2) с последующим расчетом их по предельным состояниям согласно СП 63.13330.

Приведенную толщину бетона стенки b для схем, приведенных на рисунке 8.2, следует определять по формуле

,(8.1)

а приведенную толщину b1 (см. рисунок 8.2) - по формуле

,(8.2)

где δ1 - толщина бортовых элементов;
α - угол наклона боковых граней.

а - к прямоугольным сечениям, б - к тавровым сечениям, в - к двутавровым сечениям

Рисунок 8.2 - Схемы поперечных сечений складок и их приведение для расчета

При расчете прочности складки по наклонному сечению на действие поперечных сил следует учитывать фактическую толщину наклонных стенок с поправкой на угол наклона.

8.8 Для определения поперечных изгибающих моментов в гранях складок, рассматриваемых как балки с недеформируемым поперечным сечением, а также для предварительных расчетов складок в других случаях допускается рассчитывать их как полосу неразрезной плиты на шарнирных опорах. За опоры в данном случае принимаются места сопряжения граней, а за пролет плиты - ширина граней. Число пролетов принимается не менее двух и не более пяти. Соответственно конструктивному решению крайняя опора плиты рассматривается как шарнирная, упруго- или жесткозащемленная.

При этом нормальные усилия для расчета сечений граней допускается определять без учета неразрезности плиты.

8.9 Расчет складок открытого профиля рекомендуется производить, как правило, с учетом моментов, вызывающих поперечный изгиб граней. Соответственно армирование плит, подкрепляющих ребер граней и их сопряжений рекомендуется проектировать с учетом возможных изгибающих моментов.

Предварительный расчет поперечных моментов в отдельных складках трапециевидного и прямоугольного сечений допускается производить как для консольных плит с защемлением по вертикальной плоскости симметрии.

8.10 Расчет предварительно напряженных стыков складчатых элементов, выполняемых с применением вставок из стержневой арматуры (см. 8.16), следует производить по прочности и раскрытию трещин из условия обеспечения сохранности арматуры согласно СП 63.13330 и следующих рекомендаций:

  • а) площадь сечения стержней-вставок As,ins следует определять из условия прочности нормальных сечений изгибаемого железобетонного элемента. Если все стержни и канаты расположены в полке, то требуемую площадь сечения стержней-вставок допускается определять по формуле

,(8.3)

где Rs - расчетное сопротивление стали стержней-вставок;

γs - коэффициент условий работы, учитывающий возможные эксцентриситеты и ослабления в зоне анкеровки стыковых стержней, принимаемый равным 0,8;

M - изгибающий момент в сечении стыка;

z0 - плечо внутренней пары;

n - число стержней;

  • б) сечение стальных анкерных упоров на вставках и колодок рекомендуется определять:
  • из условия смятия по контактным поверхностям согласно СП 16.13330 по формуле

,(8.4)

где Nc - усилие в канате;

γs1 - коэффициент условий работы, равный 0,8;

Rp - расчетное сопротивление смятию стального упора согласно СП 16.13330;

Ac - площадь сечения упора;

  • из условия сжатия бетона под анкерами - согласно СП 63.13330 по формуле

,(8.5)

где Ac - площадь сечения анкерной колодки;

Rb - призменная прочность бетона.

Кроме того, расчетное усилие N в предварительно напряженных канатах и стержнях-вставках в растянутой зоне (см. рисунок 8.7) должно удовлетворять условию

,(8.6)

где Ab - сечение бетона, в котором расположены анкерные колодки;

Rbs,loc - приведенное расчетное сопротивление бетона сжатию с учетом влияния косвенной арматуры в зоне местного сжатия в соответствии СП 63.13330;

As, Rs - соответственно площадь сечения и расчетное сопротивление продольной арматуры в зоне анкеровки канатов и стержней-вставок.



Конструирование

8.11 Основную растянутую арматуру балочных складок рекомендуется проектировать прямолинейной предварительно напряженной из высокопрочных арматурных стержней классов А600, А800 или арматурных канатов (допускается применять стержни диаметром 20 мм и более из стали класса А540). При этом диаметр стержней и канатов, располагаемых в утолщенных частях складок и в гранях, выбирается, по возможности, наибольшим, но с учетом СП 63.13330.

В случае необходимости расположения предварительно напряженной арматуры на отдельных участках нижней или верхней зон складок (например, в консольно-балочных складках, см. рисунок 8.3) рекомендуется проектировать прямолинейную арматуру только на тех участках, где она требуется по расчету. На других участках складки монтажные стержни или канаты располагаются без сцепления и могут быть удалены после отпуска их натяжения и освобождения складки от формы. Для этого в соответствующем месте обрыва арматуры предусматривают выемки в стенке складки, через которые стержни или канаты могут быть обрезаны или осуществлен разъем соединительных муфт между основной арматурой и монтажным удлинителем. Размеры выемки следует принимать равными:

а - армирование складки, б - деталь выемки для перерезания канатов электродом

Рисунок 8.3 - Пример армирования консольно-балочной складки покрытия прямолинейной предварительно напряженной арматурой с обрывом канатов в соответствии с эпюрой моментов

  • по направлению, перпендикулярному к оси арматуры, a = d + δ/2;
  • по направлению, параллельному оси арматуры, b≤44 мм;
  • по глубине c = (d + δ)/2;

где d - диаметр стержня или каната.

При толщине стенки δ≥40 мм допускается применение предварительно напряженной арматуры с отгибом из нижней зоны складки в верхнюю.

8.12 Грани балочных складок армируются одинарными сварными сетками, расположенными в срединной плоскости граней, если они не подвержены изгибу, или двойными, располагаемыми в соответствии с эпюрой поперечных изгибающих моментов.

В зонах анкеровки предварительно напряженной арматуры около торцов складок рекомендуется предусматривать поперечную арматуру, предотвращающую расслаивание полок или стенок (см. рисунок 8.4).

1 - предварительно напряженная арматура, 2 - поперечные стержни, 3 - верхние стержни и их заделка; 4 - сетка

Рисунок 8.4 - Деталь армирования полки и стенки в торцевой зоне самозаанкерования предварительно напряженной арматуры

8.13 Жесткие узлы сопряжения граней сборных и монолитных складок рекомендуется конструировать как входящие углы железобетонных конструкций с применением пересекающихся стержней или сеток (см. рисунок 8.5) для того, чтобы длина заделки растянутых стержней соответствовала СП 63.13330.

а - отдельными стержнями, б - сварными сетками, в - положение сеток при сварке, 1 - верхние стержни, 2 - то же, нижние, 3 - армирование в вутах, 4 - поперечные стержни пересекающихся сеток, 5 - то же, продольные, 6 - места точечной сварки

Рисунок 8.5 - Армирование пересекающимися стержнями жесткого сопряжения граней треугольной складки

8.14 С целью упрощения конструкции форм и процесса бетонирования элементов сборных складчатых покрытий изготовление складок рекомендуется выполнять формование на плоских шарнирных поддонах с последующим изгибанием. В этом случае паз с пересекающей его неразрезной арматурой оставляют незабетонированным (см. рисунок 8.6). После погиба граней до заданного угла наклона может быть произведена сварка арматуры и установка дополнительных стержней и сеток, а затем замоноличивание узла бетоном прочностью не ниже прочности бетона граней. Предварительно напряженная арматура может натягиваться на упоры или на бетон и располагаться в бетоне замоноличивания.

8.15 Сборные балочные складки трапециевидной или треугольной формы сечения рекомендуется проектировать из отдельных по длине элементов, соединяемых на месте строительства.

Стыки таких элементов следует предусматривать в наименее напряженных участках складки, в плоскостях, перпендикулярных к продольной оси складки. Минимальная ширина замоноличиваемого шва принимается с учетом диаметра стыкуемых стержней и конструкции их соединения, но не более 250 мм.

1 - бетон замоноличивания, 2 - отгибаемые и свариваемые выпуски, 3 - предварительно напряженная арматура, натягиваемая на упоры формы, 4 - дополнительные сетки

Рисунок 8.6 - Армирование узла складок, изготовляемых погибом до его замоноличивания

Стыки сборных складок с ненапряженной арматурой, расположенные в зонах действия изгибающих моментов, проектируются с применением сварки выпусков арматуры и последующего замоноличивания шва.

Стыки складок с предварительно напряженной арматурой шириной не менее 40 мм и не более шага поперечной арматуры в стенках складки допускается проектировать без выпусков ненапряженной арматуры. При этом продольная предварительно напряженная арматура складки с натяжением на бетон располагается в пазах или каналах с последующим их замоноличиванием или инъецированием.

8.16 Стыки в складках трапециевидного сечения, собираемых из предварительно напряженных элементов (см. рисунок 8.7), рекомендуется проектировать приторцованными (допускаемые отклонения зазора касания от проектного не более 0-+3 мм) с промазкой стыкуемых поверхностей эпоксидным клеем с мелким наполнителем и последующим обжатием с помощью предварительно напряженных арматурных вставок, размещаемых в растянутой зоне складки. Вставки следует принимать из стержневой горячекатаной стали класса А600, А800 с механическим или электротермическим натяжением, выполняемым согласно СП 63.13330.

1 - линия стыка, 2 - предварительно напряженная арматура элемента, 3 - предварительно напряженные вставки, 4 - анкерные колодки

Рисунок 8.7 - Конструкция предварительно напряженного стыка элементов балочных складок

8.17 Формы поперечного сечения призматических складок выбираются из условий производства работ, требований архитектурной выразительности, а также с учетом следующих особенностей:

  • трапециевидные складки с горизонтально направленными полками в сжатой зоне меньше склонны к потере устойчивости наклонных стенок и имеют существенно больший момент инерции, чем треугольные той же высоты;
  • трапециевидные складки с полками только в растянутой зоне удобнее для их опирания и требуют меньше поперечной арматуры на монтажные усилия, их недостаток - необходимость замоноличивания стыка между складками по низу лотка, отводящего с покрытия воду;
  • замоноличенный стык треугольных складок рекомендуется делать только по верхней кромке;
  • целесообразно выполнять трапециевидные складки с полками в сжатой и растянутой зонах с замоноличиванием стыка в сжатой зоне.

При выборе наклона и ширины полок рекомендуется учитывать, что оптимальными являются сечения, обеспечивающие наибольшую жесткость складки для заданной площади сечения.

При совместном действии полезной равномерно распределенной нагрузки и собственного веса оптимальное поперечное сечение должно иметь форму, занимающую промежуточное положение между очертаниями складок, приведенными на рисунке 8.8, соответствующими оптимальным поперечным сечениям только для нагрузки, равномерной по площади покрытия (очертание 1), и для нагрузки собственного веса складки (очертание 2).

а - треугольные сечения; б - трапециевидные сечения; 1 - для нагрузки постоянной интенсивности по ширине складки; 2 - для нагрузки собственного веса складки

Рисунок 8.8 - Оптимальные соотношения размеров сечений складок по жесткости



9 Цилиндрические и складчатые оболочки



Основные положения

9.1 Цилиндрическими оболочками (см. рисунок 9.1) называют тонкостенные конструкции, состоящие из следующих основных элементов:

  • тонкой плиты, очерченной по цилиндрической поверхности (собственно оболочки);
  • бортовых элементов, окаймляющих оболочку вдоль крайних образующих;
  • поперечных диафрагм по криволинейным краям, опирающихся на колонны или стены.

1 - плита оболочки; 2 - диафрагма; 3 - бортовой элемент

Рисунок 9.1 - Цилиндрические оболочки

Покрытие с тонкой плитой, очерченной по призматической поверхности, вписанной в цилиндрическую, называется складчатым (см. рисунок 9.2). Оболочки и складки изготавливают гладкими и ребристыми.

Рисунок 9.2 - Складчатые оболочки с различными типами бортовых элементов

9.2 Многоволновые оболочки следует проектировать монолитно связанными между собой и с общими бортовыми элементами - крайними и промежуточными (см. рисунок 9.1, 9.2).

9.3 Цилиндрические и складчатые оболочки в зависимости от отношения расстояния между осями опорных диафрагм (пролет оболочки) l1 к расстоянию между бортовыми элементами l2 (длина волны) условно подразделяют на длинные - при l1 / l2 ≥ 1 и короткие - при l1 / l2 ≤ 1.

При определении усилий и расчете оболочек по предельным состояниям следует учитывать рекомендации СП 63.13330 и 4.2.

Диафрагмы проектируют с пролетами, равными длине волны (см. рисунок 9.1) или не совпадающими с длиной волны (см. рисунок 9.3).

Рисунок 9.3 - Схема оболочки с пролетами диафрагм, не совпадающими с длиной волны



Расчет длинных цилиндрических и складчатых оболочек

9.4 В общем случае определение усилий в длинных цилиндрических и складчатых оболочках рекомендуется производить с учетом деформации поперечного контура в соответствии с полумоментной теорией. При этом изгибающие моменты M1, действующие на площадках поперечного сечения оболочки, соответствующие им поперечные силы Q1, а также крутящие моменты T и T1 ввиду их незначительности принимают равными нулю (см. рисунок 9.4). Силы N, действующие нормально к площадкам продольного сечения, а также возникающие на тех же площадках поперечные силы Q учитывают в расчете, но не учитывают при подборе сечений. Размеры сечений определяют по нормальным усилиям N1, действующим на площадках поперечного сечения, скалывающим усилиям S и изгибающим моментам M, действующим на площадках продольного сечения оболочки или складки.

а - полная схема усилий, б - усилия, учитываемые при расчете

Рисунок 9.4 - Усилия, действующие в длинных цилиндрических и складчатых оболочках

9.5 В частных случаях (например, для оболочек, опертых по углам, при действии равномерно распределенной нагрузки и величине отношения l1 / l2 ≥ 1, при повышенной жесткости поперечных ребер и др.), когда взаимное влияние поперечных изгибающих моментов и продольных нормальных усилий отсутствует или незначительно, расчет оболочки производят как балки криволинейного поперечного сечения.

9.6 В многоволновых покрытиях, опертых по углам, крайние полуволны допускается рассчитывать по упрощенной схеме - как полуволны одноволновой оболочки или складки с симметричным сечением (см. рисунок 9.5, а). Средние волны многоволновых оболочек и складок допускается рассчитывать как оболочки (складки), у которых продольные края закреплены от смещений в горизонтальной плоскости и поворота в плоскости поперечного сечения (см. рисунок 9.5, б).

9.7 Расчет по прочности, жесткости и трещиностойкости длинных цилиндрических и складчатых оболочек следует производить с учетом образования трещин в бортовых элементах и в плите, и трещин вдоль образующих в плите или трещин в поперечных ребрах (в том числе образовавшихся на стадии монтажа конструкции) в соответствии с методиками, изложенными в СП 63.13330. Допускается не учитывать при расчете косые трещины в углах (см. рисунок 9.6).

а - схема нагрузки и расчетная схема крайней волны; б - расчетная схема средней волны

Рисунок 9.5 - Схемы для упрощенного расчета многоволновых оболочек и складок

Расчет по образованию трещин в нормальных сечениях и вдоль образующих следует производить с учетом неупругих деформаций бетона в растянутой зоне.

Усилия для расчета длинных цилиндрических и складчатых оболочек по образованию и раскрытию трещин, по жесткости и прочности следует определять по 9.4 с учетом деформаций поперечного контура как для упругой системы.

Рисунок 9.6 - Схема трещин в длинной цилиндрической оболочке

9.8 Допускается расчет по прочности, жесткости и раскрытию трещин оболочки с трещинами в продольных сечениях производить на действие только изгибающих моментов по СП 63.13330.

Расчет оболочки по прочности следует производить с учетом перераспределения усилий между их продольными сечениями. Образование трех продольных пластических шарниров приводит к значительному увеличению деформаций и раскрытию трещин.

9.9 Расчет оболочки после назначения ее геометрических размеров выполняют в следующей последовательности:

  • определяют требуемое сечение продольной арматуры бортовых элементов по формуле

,(9.1)

где M - изгибающий момент от внешних нагрузок в расчетном поперечном сечении оболочки;

h0 - рабочая высота сечения оболочки, равная полной высоте за вычетом расстояния от нижней грани бортового элемента до равнодействующей усилий в растянутой арматуре;

    производят расчет оболочки в упругой постановке с учетом арматуры бортовых элементов;

    по полученным из расчета моментам с учетом 9.10 подбирают поперечную арматуру плиты;

    на основе расчета на предыдущем этапе по СП 63.13330 находят положение равнодействующей усилий в сжатой зоне сечения, расстояния от нее до центра тяжести растянутого бетона zb и арматуры zs и значение момента внешних сил Mcrc, соответствующего появлению трещин;

    производят расчет оболочки с учетом трещин и по СП 63.13330 определяют перемещения оболочки и ширину раскрытия трещин в бортовых элементах;

    с учетом 9.14 и 9.15 производят расчет угловых зон и диафрагм оболочек.

9.10 Поперечную арматуру плиты и арматуру поперечных ребер на участках, примыкающих к бортовым элементам, определяют по СП 63.13330 по усилиям, определенным из расчета оболочек как упругих систем. Для расчета в поперечном направлении рассматривают полоску единичной ширины, вырезанной в любом сечении по длине оболочки, которую рассчитывают как круговую бесшарнирную арку пролетом, равным ширине оболочки.

9.11 Расчет жесткости конструкций оболочек следует производить с учетом деформаций контура и наличия поперечных трещин в бортовых элементах и в оболочке, продольных трещин в оболочке.

Ширину раскрытия нормальных трещин находят по СП 63.13330.

9.12 В поперечном сечении оболочки значение предельного изгибающего момента Mult определяют как произведение предельных усилий в основной растянутой арматуре бортовых элементов на расстояние до равнодействующей усилий в сжатой зоне сечения (см. рисунок 9.7 стадия IIа) по формуле

.(9.2)

Расчет оболочки по прочности следует производить с учетом перераспределения усилий между их поперечными сечениями.

Рисунок 9.7 - Стадии напряженного состояния поперечных сечений оболочки (складки)

9.13 Количество поперечной арматуры, принятой по результатам предварительного расчета, следует уточнять с учетом расчетных усилий, определенных при наличии трещин в поперечных и продольных сечениях оболочки.

9.14 Усилия в угловых зонах оболочек определяют из их расчета как упругих систем.

Во избежание хрупкого разрушения оболочек в углах от скалывания значение скалывающих напряжений должно быть не более 2,5Rbt. На участках, где напряжения скалывания больше указанного значения, необходимо выполнять местное утолщение плиты. При этом производить перерасчет конструкции в целом не требуется.

9.15 Диафрагмы рассчитывают как плоские стержневые или балочные конструкции на действие нагрузки от собственного веса и опорного давления, передаваемого в виде сдвигающих сил S (см. рисунок 9.8), касательных к срединной поверхности оболочки или складки, обратных по направлению и равных по значению сдвигающим усилиям в оболочке на контуре.

Значение сдвигающих сил определяют из расчета оболочек и складок как упругих систем.

При расчете диафрагм следует учитывать эксцентричное приложение сдвигающих сил по отношению к оси элементов конструкции.

Рисунок 9.8 - Схема передачи усилий с оболочки на диафрагму



Конструирование длинных цилиндрических и складчатых оболочек

9.16 Высоту оболочки h, включая высоту сечения бортовой балки, рекомендуется назначать равной (1/6-1/8) l1, а стрелу подъема f - равной (1/6-1/8) l2.

Продольные края оболочки в пролете могут быть свободными или опираться на колонны или стены.

Поперечное сечение оболочек может быть очерчено по дуге круга, эллипса или по другой кривой. Рекомендуется принимать круговое очертание - как наиболее простое в производстве работ.

Схемы сечений оболочек приведены на рисунках 9.1-9.3.

9.17 Сборные и сборно-монолитные цилиндрические оболочки выполняют ребристыми, монолитные, как правило, гладкими.

Ребристые монолитные оболочки (см. рисунок 9.9) рекомендуется применять в тех случаях, когда вследствие наличия сосредоточенных нагрузок, особенностей очертания оболочки, условий ее опирания, больших пролетов или других причин для гладкой оболочки требуется большая толщина и устройство массивных бортовых элементов.

Рисунок 9.9 - Ребристая оболочка

Ребра в монолитной оболочке предусматривают из условия обеспечения ее устойчивости.

9.18 При выборе типа бортовых элементов цилиндрических оболочек следует учитывать условия опирания краев оболочки.

Бортовые элементы для оболочек со свободно висящими краями рекомендуется принимать в виде балок, расположенных ниже края оболочки (см. рисунок 9.10, а). Для сборных конструкций балки в целях снижения их веса могут быть двутаврового сечения.

При необходимости бортовые элементы могут располагаться выше края оболочки (см. рисунок 9.10, б). Они выполняются прямоугольного сечения (могут быть с приливами) или L-образного сечения (см. рисунок 9.10, в). Если края оболочки подперты, то бортовой элемент целесообразно проектировать в виде горизонтальной плиты (см. рисунок 9.10, г).

Рисунок 9.10 - Бортовые элементы

Размеры сечений бортовых элементов определяют по расчету и с учетом конструктивных требований. Рекомендуемые размеры сечений этих элементов в долях от полной высоты сечения оболочки приведены на рисунке 9.10. Высоту сечения бортовых элементов в долях пролета l1 рекомендуется принимать равной 1/20-1/30.

Промежуточные бортовые элементы, соединяющие отдельные волны многоволновых оболочек, проектируют аналогично крайним бортовым элементам по одному из типов, изображенных на рисунке 9.10.

9.19 Средние и торцевые диафрагмы цилиндрических оболочек устраивают обычно в виде арок с затяжкой (см. рисунок 9.11) - как наиболее экономичных по расходу материалов.

При небольшом пролете волны оболочки и небольшой стреле подъема f диафрагмы проектируют в виде балок переменной высоты. Для облегчения диафрагмы и пропуска коммуникаций в стенке балок устраивают отверстия.

Рисунок 9.11 - Диафрагмы цилиндрических оболочек

Допускается проектировать диафрагмы других видов, в том числе в виде:

  • криволинейного бруса (при опирании на стену);
  • рам с криволинейным ригелем, если распор воспринимается каркасом пристроек;
  • ферм (при значительных пролетах волны оболочки).

Диафрагмы, как правило, проектируют вертикальными, а при необходимости - наклонными и криволинейными.

9.20 Фонарные проемы и другие отверстия рекомендуется располагать в верхней части оболочки в продольном направлении. Размер отверстий в поперечном направлении рекомендуется назначать не более (1/4-1/3) l2, в продольном направлении размеры отверстий не ограничиваются. Отверстия в оболочках окаймляют рамками и усиливают через 2-3 м распорками (см. рисунок 9.12).

1 - рамка окаймления фонарного отверстия, 2 - распорка

Рисунок 9.12 - Схема оболочки с фонарным проемом

9.21 Поперечное сечение монолитных складчатых оболочек принимают по одному из типов, показанных на рисунке 9.2. Ширину граней монолитной складки рекомендуется принимать не более 3-3,5 м при условии, что толщина плиты не более 100 мм. Ширина верхней грани в складках назначается равной (0,25-0,4)l2. Все грани по ширине принимают, как правило, одинаковыми.

9.22 Сборные складки рекомендуется изготовлять ребристыми. При l2>10-12 м рекомендуется применять складки с числом граней большим, чем по рисунку 9.2, или усиливать грани складки поперечными ребрами. Высоту сборных складчатых оболочек без предварительного напряжения рекомендуется назначать не менее 1/10 l1. Бортовые элементы в них проектируются такими же, как и в цилиндрических оболочках (см. 9.18 и рисунок 9.10).

Во избежание местной потери устойчивости оболочки между поперечными ребрами расстояние между ними рекомендуется назначать не больше, чем 7, где R - радиус кривизны оболочки.

При наличии скалывающих напряжений на опорах более 0,8Rbt рекомендуется, не утолщая всей оболочки или складки, предусматривать местные утолщения у опор, которые при определении усилий не учитываются.

9.23 Продольную рабочую арматуру рекомендуется располагать в основном в нижней части бортовых элементов, оставшуюся часть - по высоте сечения бортовых элементов или в их верхней зоне. При бортовых элементах, располагаемых выше края оболочки (см. рисунок 9.10, б, в), часть арматуры может размещаться в поле оболочки или в плите складки. Кроме основной арматуры в бортовых элементах устанавливается поперечная и монтажная арматура.

9.24 В неразрезных многопролетных оболочках кроме основной растянутой арматуры в пролете следует устанавливать арматуру в верхней части оболочки для восприятия растягивающих напряжений над опорами (диафрагмами), располагая ее в средней зоне растянутой части дуги.

Не менее 50% растянутой арматуры над опорой следует продлевать на длину 1,2b0 в каждую сторону от диафрагмы (b0 - расстояние от опоры до сечения с нулевыми моментами).

9.25 В сжатой зоне оболочки, а также на участках, где главные растягивающие напряжения меньше Rbt, следует устанавливать конструктивную продольную арматуру с шагом 150-250 мм, площадью сечения не менее 0,2% сечения бетона.

Сечение арматуры, необходимое для обеспечения прочности оболочки при действии поперечных изгибающих моментов, следует определять как для плит. По длине волны арматура, воспринимающая поперечные моменты, устанавливается соответственно эпюре моментов в растянутой зоне. В местах примыкания плиты к бортовым элементам (а также к диафрагмам) следует устанавливать двойные сетки из арматуры диаметром 5-8 мм с шагом стержней не более 20 см.

В ребристых оболочках ребра, воспринимающие поперечные моменты, армируют, как правило, двойной арматурой с поперечными стержнями, а плита армируется конструктивно - одиночной сеткой.

9.26 На участках, где σprt>Rbt, требуемое сечение арматуры следует определять по растягивающим напряжениям, действующим под углом 45° к образующей. Значение этих напряжений определяется по формуле

,(9.3)

где σx и τxy - соответственно нормальные и сдвигающие напряжения, действующие в рассматриваемой точке.

В местах, где арматурной сетки недостаточно для восприятия главных растягивающих усилий, следует устанавливать дополнительные арматурные стержни под углом 45° к образующей или усиливать арматурную сетку дополнительными стержнями.

Сечение арматуры на единицу длины должно удовлетворять условию

,(9.4)

где fy, fx, finc - сечения продольной, поперечной и косой арматуры соответственно на единицу длины плиты;

Rs,inc - расчетное сопротивление косой арматуры плиты.

Принятые сечения продольной и поперечной арматуры не должны различаться более чем на 20%.

Стержни наклонной (установленной под углом 45° к образующей) и поперечной арматуры, воспринимающие главные растягивающие усилия, должны быть заанкерены в бортовом элементе. Выше нейтральной оси стержни наклонной и поперечной арматуры должны быть заведены не менее чем на 20 диаметров за сечение, где главные растягивающие напряжения могут быть восприняты основной сеткой.

9.27 Арматуру бортовых элементов оболочек и арматуру затяжек диафрагм рекомендуется выполнять предварительно напряженной.

9.28 Сборные цилиндрические оболочки собирают или из бортовых балок длиной на пролет, криволинейных ребристых панелей длиной на пролет волны и затяжек диафрагм (см. рисунок 9.13, а), или из криволинейных ребристых панелей с примыкающими к ним частями бортовых балок длиной на половину пролета волны и затяжек диафрагм (см. рисунок 9.13, б).

Размеры в метрах

а - из бортовых балок, криволинейных ребристых панелей и затяжек диафрагм, б - из криволинейных ребристых панелей с бортовым элементом и затяжек диафрагм

Рисунок 9.13 - Схемы членения сборных длинных цилиндрических и складчатых оболочек

Складчатые оболочки собирают из бортовых балок длиной на пролет, арок-диафрагм длиной на пролет волны и плоских гладких или ребристых плит (см. рисунок 9.14). Верхним поясом диафрагм в оболочках служит усиленное ребро крайних панелей. Панели принимают размерами 3×6 или 3×12 м.

Размеры в метрах

Рисунок 9.14 - Складчатые оболочки из бортовых балок, арок-диафрагм и плоских ребристых или гладких плит

При членении оболочки по схеме рисунка 9.13, б перед установкой на леса сборные элементы объединяют попарно в направлении волны оболочки, сваривая закладные детали криволинейных ребер и устанавливая временные затяжки между бортовыми элементами.

9.29 Элементы конструкций при членении по схемам рисунков 9.13, а и 9.14 допускается проектировать из разных материалов: бортовые балки и диафрагмы - из бетонов высоких марок с применением предварительного напряжения; элементы оболочек - из легких или ячеистых бетонов, выполняя кроме несущих и ограждающих функций функцию теплоизоляции.

9.30 Конструкцию стыка между элементами в сборных оболочках и складках следует принимать согласно 6.4 в зависимости от характера и значений передающихся через стык усилий.

9.31 В средней части оболочек и складок, в нормальных сечениях которой действуют в основном сжимающие усилия, стыки допускается выполнять путем омоноличивания шпоночных швов бетоном.

9.32 Стыки бортовых элементов (см. рисунок 9.13, б), в нормальных сечениях которых действуют значительные растягивающие усилия, рекомендуется выполнять предварительно напряженными, с использованием напрягаемой арматуры в качестве расчетного армирования. Арматуру размещают в специально оставленных в бортовых элементах каналах и закрепляют по торцам оболочки. Для обеспечения совместной работы предварительно напряженной арматуры с бетоном каналы заполняются цементным тестом под давлением.

9.33 Стыки в продольных сечениях оболочек, в которых помимо сдвигающих и незначительных нормальных сил действуют изгибающие моменты и перерезывающие силы, выполняют сваркой выпусков арматуры ребер соединяемых элементов или сваркой с помощью накладок закладных деталей элементов и последующим омоноличиванием бетоном.

9.34 Стыки собственно оболочки или складки с бортовыми балками и диафрагмами по схеме членения на рисунках 9.13, а и 9.14, в которых действуют сдвигающие силы и изгибающие моменты (в отдельно стоящих конструкциях значения моментов незначительны), выполняют путем устройства армированной шпонки, образованной после омоноличивания специальных углублений с выпусками арматуры, предусмотренными в стыкуемых элементах (см. рисунок 9.15, а).

а - стык ребристых плит с бортовыми балками в отдельно стоящей складке между ребрами и в местах ребер, б - стык панелей в угловых зонах (со сваркой выпусков и со сварными каркасами, устанавливаемыми в углублениях сверху)

Рисунок 9.15 - Стыки элементов сборных длинных цилиндрических оболочек и складок

9.35 Стыки смежных элементов, расположенных в угловых зонах оболочек, где действуют значительные по значению главные растягивающие усилия, выполняют сваркой выпусков арматуры элементов или сваркой с помощью накладок закладных деталей элементов, или путем установки в заранее предусмотренные в элементах углубления сварных каркасов (см. рисунок 9.15, б).

В оболочках типа, приведенного на рисунке 9.13, б, стыки между панелями обжимаются при натяжении арматуры бортовых балок, поэтому арматуру смежных элементов допускается не стыковать.



Расчет коротких монолитных оболочек

9.36 Расчет коротких оболочек с пролетом l1≤12 м при соотношении l1/l2<0,5 допускается производить приближенным способом согласно 9.37. При значительных пролетах l2, малой толщине, тяжелых или сосредоточенных нагрузках, а также при 0,5<l1/l2≤1 расчет коротких оболочек следует производить в соответствии с 9.38-9.40.

9.37 При приближенном способе расчета оболочек на действие равномерно распределенной нагрузки сечение и армирование плиты назначаются конструктивно с учетом 9.41.

Для коротких оболочек с пролетами l1≤12 м и l2≤30 м (см. рисунок 9.16) растягивающее усилие Nb в одном бортовом элементе отдельно стоящей оболочки допускается определять по формуле

,(9.5)

где q - приведенная расчетная нагрузка на 1 м2 горизонтальной проекции с учетом веса бортовых элементов,

d1 - высота бортового элемента.

Рисунок 9.16 - К расчету бортового элемента короткой цилиндрической оболочки

В средних пролетах короткой многопролетной монолитной одноволновой оболочки значение растягивающего усилия Nb в пролете бортового элемента принимают равным половине значения, вычисленного по формуле (9.5).

В многоволновых оболочках значение усилия Nb в бортовом элементе увеличивают пропорционально увеличению нагрузки, приходящейся на этот элемент от обеих примыкающих к нему волн.

9.38 Нормальное усилие N по сечению оболочки в середине пролета l2 допускается определять по безмоментной теории. Полученное таким образом значение продольной силы применяют при расчете промежуточных диафрагм. Крайние диафрагмы или диафрагмы отдельно стоящей оболочки рассчитывают на воздействие половины этого усилия.

9.39 При расчете диафрагм их сечение принимают тавровым (см. рисунок 9.17). При этом оболочки параллельно диафрагмам условно рассекаются посредине пролетов сечениями (см. рисунок 9.17, а). В многоволновой несущей конструкции диафрагму с прилегающими к ней частями смежных оболочек условно делят на не связанные между собой отдельные волны. Если диафрагмы арочные, то в расчетной схеме разрезают их затяжки и рассматривают отдельные пролеты балочных диафрагм, связанные с прилегающими к ним частями оболочек (см. рисунок 9.17, б). Усилия в сечениях такой конструкции определяют как в балке с прямолинейной или криволинейной осью.

Расчет собственно диафрагм допускается производить на действие только сжимающих усилий, приходящихся на оболочку - без учета изгибающих моментов и поперечных сил в сечении оболочки.

Значение полного нормального сжимающего усилия в сечениях оболочки определяют:

  • для крайней диафрагмы, к которой примыкает лишь один полупролет оболочки - по формуле

,(9.6)

  • для средней диафрагмы, к которой примыкают два полупролета оболочки - по формуле

,(9.7)

где R - радиус кривизны оболочки в середине пролета l2,

x - горизонтальное расстояние продольного сечения оболочки от одной из опор (см. рисунок 9.17).

а - расчетный фрагмент плана оболочки; б - арочная диафрагма; в - балочная диафрагма

Рисунок 9.17 - К расчету диафрагмы короткой оболочки

Усилия в диафрагмах определяют:

  • в арочных диафрагмах - по формулам:

,

(9.8)

,

,

  • в балочных диафрагмах - по формулам:

,

(9.9)

,

,

где Mx0, Qx0, Nx0 - соответственно изгибающий момент, поперечная и продольная силы по оси диафрагмы, определяемые от полной вертикальной нагрузки (Nx вводится в эти формулы со знаком плюс);

ex - расстояние от оси диафрагмы до срединной поверхности оболочки, измеряемое вдоль сечения (см. рисунок 9.17). Если оболочка расположена выше оси диафрагмы, значение ex считается положительным, если ниже - отрицательным;

γ - угол между нормалью к поперечному сечению диафрагмы и касательной к срединной поверхности оболочки в этом сечении (см. рисунок 9.17, в).

Учет неразрезности, влияния затяжек арочных диафрагм или других факторов производят методами, применяемыми для расчета статически неопределимых плоских систем. При определении перемещений и усилий в диафрагмах совместность работы диафрагмы с оболочкой допускается не учитывать. Расчет производят на восприятие усилий сечениями только самих диафрагм - без учета участков оболочек, примыкающих к диафрагмам.

9.40 Диафрагмы коротких оболочек с проемами рассчитывают на вертикальную нагрузку по всей оболочке. При расчете боковых частей пролета разгружающее влияние продольных сил оболочки Nx допускается не учитывать.

Усилие Nb, передаваемое на арматуру бортового элемента оболочки с проемами, определяют по формуле

,(9.10)

где b - ширина проема.

Если ширина остающихся боковых частей оболочки менее 1/3 l2 или менее l1, оболочку следует рассчитывать как длинную оболочку с учетом деформаций контура.



Конструирование коротких монолитных оболочек

9.41 Размеры сечений элементов монолитных оболочек рекомендуется назначать с учетом 6.1.1-6.1.5. При стреле подъема не менее 1/8 l2 (l2≤30 м) для оболочек из бетона классов по прочности на сжатие В20-В30 при действии нагрузок собственного веса, веса кровли и снега толщину плиты допускается предварительно принимать при пролетах l1=6 м - 50 мм, l1=12 м - 70-80 мм.

В случаях, когда расчет оболочки произведен по 9.37, плиту следует армировать конструктивно прямоугольной сеткой из стержней диаметром 4-6 мм с шагом 100-160 мм.

9.42 В многопролетных монолитных оболочках для восприятия действующих усилий толщину плиты над опорами допускается увеличивать. Для обеспечения заделки плиты и восприятия возможных растягивающих напряжений над диафрагмами и у примыкания к бортовым элементам устанавливают верхнюю арматуру, заведенную в обе стороны от диафрагмы на расстояние 0,1 l1, а от бортового элемента - на расстояние 1,25-1,5 м.

Для обеспечения жесткости бортовых элементов без предварительного напряжения высоту их сечения следует принимать не менее 1/15 l1, ширину - от 1/5 до 1/2 высоты.

В пролетах большая часть арматуры бортовых элементов устанавливается внизу, а на опорах - вверху бортового элемента.

9.43 Для обеспечения прочности монолитных оболочек с фонарными проемами следует выполнить ряд дополнительных условий:

  • высота подфонарных балок должна быть не менее 1/12 l1;
  • толщина плиты должна быть увеличена по отношению к толщине сплошной оболочки;
  • подъем плиты каждой боковой части должен быть не менее 1/20 ее пролета (наклонной хорды);
  • длина дуг ее боковых частей должна быть не менее l2/3 и не менее l1.



Расчет коротких призматических складок

9.44 Короткие призматические складки состоят из плоских ребристых плит, бортовых элементов и диафрагм (см. рисунки 9.18, а, б; 9.23, в).

Складки допускается проектировать без бортовых элементов. В этом случае функции бортовых элементов выполняют продольные ребра плит, устанавливаемые вдоль краев покрытия (см. рисунок 9.18, в).

9.45 Расчет складчатых покрытий производят для двух стадий работы конструкции - до и после омоноличивания швов между сборными элементами покрытия.

До замоноличивания швов сборные элементы складок рассчитывают как разрезные конструкции на воздействие нагрузок, возникающих в стадиях изготовления, транспортирования и возведения.

После замоноличивания швов (в стадии эксплуатации) складку рассчитывают на воздействие постоянных и временных нагрузок - как пространственную конструкцию по схемам разрушения, охватывающим одну или две крайние грани складки. Средняя часть складки, расположенная между четырьмя крайними гранями (по две с каждой стороны), в эксплуатационной стадии рассчитывают только на "местное" разрушение полки, поперечных ребер, а также продольных ребер плит, не закрепленных швами замоноличивания от кручения.

а - конструкция складчатого покрытия, б - складка с бортовыми элементами, в - то же, без бортовых элементов, 1 - диафрагма, 2 - ребристая плита, 3 - бортовой элемент, 4 - стальной фонарь, 5 - подвеска, 6 - продольное ребро плиты, выполняющее функции бортового элемента,; 7 - крайние грани складки

Рисунок 9.18 - Короткая призматическая складка

9.46 Для стадии работы до омоноличивания швов расчет выполняют для подбора арматуры сборных элементов складчатого покрытия, требуемой для работы в стадиях изготовления, транспортирования и возведения. Назначение геометрических размеров поперечных сечений сборных элементов производят на основании опыта проектирования близких по очертанию складчатых покрытий и корректируют в дальнейшем расчетом для стадии эксплуатации.

При изготовлении сборные элементы складок рассчитывают на воздействие усилий предварительного напряжения, вводимых в расчет в качестве внешней внецентренно приложенной силы.

При подъеме, транспортировании и монтаже сборные элементы складок рассчитывают как разрезные конструкции на воздействие собственного веса с учетом коэффициента динамичности в соответствии с 4.2.18.

В стадии возведения сборные элементы складок рассчитывают как разрезные конструкции на воздействие собственного веса и снеговой нагрузки, учитываемой в соответствии с СП 20.13330.

В стадиях изготовления, транспортирования и возведения производят подбор предварительно напряженной арматуры бортового элемента и плиты, а также обычной арматуры - верхнего стержня каркаса продольных ребер; кроме того, проверяют прочность и трещиностойкость концевых участков ребер при отпуске напряжения.

При проектировании верхнего пояса ферм-диафрагм в неразрезных покрытиях (см. 9.58) арматуру пояса подбирают по усилиям, действующим в стадии возведения.

При расчете сборных элементов в стадии возведения коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие принимают равным μ=1, предельный прогиб при этом должен быть не более значений, указанных в СП 20.13330.

9.47 Расчет коротких ребристых призматических складок покрытий для стадии эксплуатации производят по прочности, жесткости и ширине раскрытия трещин.

Расчет прочности складок покрытий рекомендуется производить кинематическим способом метода предельного равновесия - по схемам разрушения, приведенным на рисунках 9.19 и 9.20.

а, б, в - схемы разрушения для всех плит, г, д - то же, для крайних плит, 1-5 - диски в схемах разрушения

Рисунок 9.19 - Схемы разрушения полки и поперечных ребер плит от изгиба и продольных ребер от кручения

Жесткость и ширину раскрытия трещин в полке плиты и в поперечных ребрах определяют согласно СП 63.13330. Требуемая жесткость продольных ребер плит складчатого покрытия, как правило, обеспечивается при условии h/l1>1/33, где h - высота ребра; l1 - длина пролета.

Расчет призматических складок покрытий по прочности следует производить в следующей последовательности: сначала по местным схемам разрушения рассчитывают полку, поперечные и продольные ребра плит (от кручения), затем - складки покрытия и диафрагмы.

а - схемы разрушения первой грани складки и бортового элемента, б - диаграмма скоростей виртуальных перемещений,; в - схема разрушений двух граней складки с изломом бортового элемента, г - то же, без излома бортового элемент, д - поперечное сечение складки у края, 1-4 - диски в схемах разрушения, 5 - первые грани складки, 6 - первая и вторая крайние грани складки, 7 - средняя часть складки

Рисунок 9.20 - Схемы разрушения складчатого покрытия



Расчет полки и поперечных ребер плиты

9.48 Расчет по прочности полки и поперечных ребер плит покрытия следует производить по схемам разрушения, приведенным на рисунке 9.19, а, б, в, а крайних плит складок - по схеме разрушения, приведенной на рисунке 9.19, г.

Изгибающие моменты в полке на единицу длины линии излома и в поперечных ребрах определяют по "конвертным" схемам разрушения в зависимости от значения параметра

.(9.11)

При k≤1/γ разрушение полки происходит по схеме, приведенной на рисунке 9.19, а, и предельное значение изгибающих моментов, воспринимаемых сечением, определяют по формулам:

,(9.12)

,(9.13)

,(9.14)

.(9.15)

При k>1/γ разрушение полки происходит по схеме, приведенной на рисунке 9.19, б. В этом случае принимают k1=1/k и предельное значение изгибающих моментов определяют по формулам:

,(9.16)

,(9.17)

,(9.18)

.(9.19)

В формулах (9.11)-(9.19):

q - равномерно распределенная нагрузка на единицу площади полки с учетом ее веса;

γ=а/b - отношение сторон полки;

Ma, Mb - изгибающие моменты на единицу длины линии излома, действующие в сечениях полки соответственно в поперечном и продольном направлениях;

qR - нагрузка на единицу длины поперечного ребра, расположенная на ребре и рассчитываемая с учетом его веса;

MR - изгибающий момент, приходящийся на сечение поперечного ребра без полок (см. рисунок 9.19, сечение I-I),

Rsf, RsR - расчетные сопротивления на растяжение арматуры соответственно полки и поперечных ребер,

hf, h0 - соответственно толщина полки и рабочая высота ребра,

η - коэффициент, учитывающий благоприятное влияние распора для плит, окаймленных со всех сторон ребрами, принимаемый равным:

  • 0,8 - для средних полей средних плит;
  • 0,8 при b/a1<1,5; 0,9 при 1,5<b/a1<2; 1 при b/a1>2 - для крайних полей средних плит и полей крайних плит.

9.49 Несущую способность плиты, армированной по результатам расчета по схеме разрушения, приведенной на рисунке 9.19, а и б, следует проверить расчетом при схеме разрушения полки и поперечных ребер по рисунку 9.19, в.

Изгибающий момент M24, действующий на все поперечные ребра плиты в пролете, определяют по формуле

,(9.20)

где q - нагрузка на единицу площади полки с учетом веса поперечных ребер;

b - расстояние в свету между продольными ребрами;

a1 - расстояние в свету между торцевым и поперечным ребрами (см. рисунок 9.19, в, г),

M02 - изгибающий момент, воспринимаемый всеми поперечными ребрами плиты в местах их примыкания к продольным, рассчитывается исходя из установленной в полке арматуры, подобранной по схемам разрушения, приведенным на рисунке 9.19, а, б, в или г;

c - расстояние между внутренними гранями торцевых ребер.

Подбор арматуры производят по большему значению изгибающего момента в пролете, приходящего на одно поперечное ребро и вычисленного по формулам (9.14) или (9.18) и (9.20).

9.50 Расчет поперечных ребер плиты на действие поперечной силы производят по СП 63.13330. Максимальное значение поперечной силы в поперечном ребре определяют в зависимости от схемы разрушения, определившей его продольное армирование. При схеме разрушения, приведенной:

,(9.21)

,(9.22)

.(9.23)

При расчете жесткости и ширины раскрытия трещин принимают:

  • полное защемление полки в поперечных и продольных ребрах и шарнирное опирание поперечных ребер - если расчет ведется по схемам разрушения, приведенным на рисунке 9.19, а, б;
  • полное защемление поперечных ребер в продольных - при расчете по схеме разрушения, приведенной на рисунке 9.19, в;
  • защемление с одной стороны поперечного ребра и шарнирное опирание с другой - при расчете по схеме разрушения, приведенной на рисунке 9.19, г.

При определении прогибов поперечных ребер следует принимать тавровое сечение ребра (см. рисунок 9.10, сечение II-II).



Расчет продольных ребер на кручение

9.51 В крайних плитах складчатых покрытий, выполняемых без бортовых элементов, и в плитах, примыкающих к фонарным проемам, кроме схем разрушения, приведенных на рисунках 9.19, а, б, в, следует рассматривать и схему разрушения, приведенную на рисунке 9.19, г.

Крутящие моменты M45, действующие в наклонных сечениях концевых участков продольных ребер под углом 45° к их нижней плоскости, воспринимаются сетками, устанавливаемыми на концевых участках продольных ребер, и их значения определяют по формуле

.(9.24)

Во всех случаях учитывают, что угловая арматура не воспринимает усилий растяжения, а изгибающий момент M05 принимают равным нулю.

Если в результате расчетов по формуле (9.23) значение M45≤0, то концевые участки продольных ребер на кручение не армируют.



Схемы разрушения складок

9.52 Короткие призматические складки покрытий на действие равномерно распределенной нагрузки рассчитывают по трем схемам разрушения (см. рисунок 9.20, а, в, г), охватывающим одну или две грани у свободного края.

Предельные значения изгибающих моментов в сечениях определяют на основе кинематического способа теории предельного равновесия.

При изломе двух граней складки работа внутренних сил определяется из пространственной схемы перемещений жестких звеньев, в том числе и перемещения в плоскости одной из граней, излом которой происходит как балки на двух опорах от достижения в наклонных сечениях предельных изгибающих моментов Mult (см. рисунок 9.20, в, г).

9.53 При расчете неразрезных складок покрытий армирование продольных ребер плит и бортовых элементов подбирают в соответствии с усилиями от нагрузок, действующих до замоноличивания швов между сборными элементами, а армирование полки и поперечных ребер плит - в соответствии с усилиями от нагрузок, действующих после замоноличивания швов. Опорные моменты M01 и M03 на промежуточных диафрагмах следует определять для стадии эксплуатации (на крайних диафрагмах M01=0 и M03=0).

В неразрезной складке покрытий бесфонарных зданий опорные арматурные каркасы, устанавливаемые в швы между бортовыми элементами и плитами, а также между плитами первой и второй граней над диафрагмами, устанавливают по расчету. В остальных швах между плитами над диафрагмами каркасы устанавливают конструктивно. В покрытиях зданий с фонарями, а также в покрытиях по фонарям все арматурные каркасы устанавливают по расчету.

Если суммарное значение опорных моментов над диафрагмой, определенных из расчета по схемам разрушения, приведенным на рисунках 9.20, а, г, больше изгибающего момента, определенного из расчета по схеме разрушения, приведенной на рисунке 9.20, в, то подбор сечения рабочих стержней арматурных каркасов, устанавливаемых в швах между бортовым элементом и плитой, а также между плитами первой и второй граней складки над диафрагмами, производят по опорным моментам, определенным из расчета по схемам разрушения, приведенным на рисунках 9.20, а, г.

Если суммарное значение этих же опорных моментов над диафрагмой меньше изгибающего момента, определенного из расчета по схеме разрушения, приведенной на рисунке 9.20, в, то этот опорный момент следует распределить между швами таким образом, чтобы на каждый шов приходилось значение момента не меньше, чем вычисленное по схемам разрушения, приведенным на рисунках 9.20, а, г.

9.54 Армирование полки, поперечных ребер плит разрезных складок покрытий и продольных ребер первой и второй граней складки подбирают из расчета для стадии эксплуатации. Армирование продольных ребер плит остальных граней складки (в средней части покрытия) определяют из расчета по стадиям изготовления, транспортирования и возведения. В покрытиях зданий с фонарями, а также в покрытиях по фонарям следует подбирать армирование продольных ребер всех плит расчетом для всех стадий их работы.



Расчет на сдвигающие усилия

9.55 Максимальные сдвигающие усилия S1 и S2, действующие справа и слева на диафрагмы в плоскости первой грани складки, воспринимаются:

  • бетонными шпонками верхнего пояса диафрагм - в неразрезных складчатых покрытиях;
  • стальными упорами, приваренными к закладным деталям опорных узлов диафрагм - в разрезных складчатых покрытиях;
  • бетоном омоноличивания в узле опирания плит и стойки рамы фонаря на диафрагму - в покрытиях с фонарями.

Проверку наклонных сечений первой грани складки на действие сдвигающих усилий производят как для балок на действие поперечной силы.

Сварные швы в местах приварки продольных ребер плиты следует рассчитать, на действие сдвигающих усилий S1 или S2 с учетом того, что у краев покрытия и у температурных швов, где ось первой диафрагмы смещена, сдвигающее усилие S1 или S2 передается на одно продольное ребро.

Для снижения сдвигающих усилий рекомендуется предусматривать связи между плитами первой и второй граней складки по верху торцевых ребер, что обеспечивает передачу части S1 на плиту второй грани покрытия.



Расчет диафрагм

9.56 В стадии эксплуатации расчет диафрагм допускается производить на вертикальные нагрузки, собираемые с грузовых площадей, приходящихся на соответствующие узлы.

Статический расчет диафрагм производят с учетом жесткости узлов как многократно статически неопределимой системы. Расчет диафрагм допускается производить как шарнирно-стержневой системы с учетом изгибающих моментов, возникающих от нарушения центрации узлов.



Конструирование коротких призматических складок

9.57 Складки могут быть одно- и многоволновыми в поперечном направлении, разрезными и неразрезными - в продольном. Короткие призматические складки рекомендуется выполнять сборно-монолитными. Сборные элементы складки сваривают между собой на монтаже, а швы между ними замоноличивают. Плиты к диафрагмам следует приваривать на всех четырех опорах по доступному контуру.

Совместную работу элементов складок рекомендуется обеспечивать:

  • устройством бетонных шипов на верхнем поясе диафрагм, пазов на наружных гранях продольных и торцевых ребер плит и бортовых элементов, установкой арматурных каркасов в швах замоноличивания - для неразрезных складок;
  • устройством пазов на наружных гранях - для разрезных складок.

9.58 Призматические складки рекомендуется применять в покрытиях одноэтажных производственных зданий массового строительства пролетами 18-36 м с фонарями и без фонарей, с мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 т.

К элементам складки допускается подвеска двух- или трехопорных кран-балок грузоподъемностью до 6 т или подвесного тельфера грузоподъемностью до 5 т.

9.59 Для образования призматической поверхности складки рекомендуется применять плоские ребристые плиты размерами 3×6 м или 3×12 м.

Очертание верхнего пояса диафрагм должно соответствовать поверхности складки. В неразрезных складках после замоноличивания образуется комплексное сечение верхнего пояса, что позволяет облегчать диафрагму (см. рисунок 9.21).

Допускается применение типовых ферм, очертание которых не соответствует поверхности складки. В этом случае комплексное сечение не образуется, а ребра плит складки опираются на бетонные столбики, устраиваемые в узлах ферм.

9.60 Сборные железобетонные элементы складчатых покрытий рекомендуется проектировать из тяжелого (классов В20-В30 по прочности на сжатие) или легкого (классов В15-В20) бетона.

Диафрагмы рекомендуется проектировать из тяжелого бетона (классов В30-В50 и выше).

1 - бетонные шипы на верхнем поясе диафрагмы; 2 - торцевые ребра плит; 3 - пазы на торцевых ребрах плит; 4 - стержень, армирующий комплексное сечение; 5 - пазы на продольных ребрах плит; 6 - каркас в продольном шве между плитами над диафрагмами; 7 - продольные ребра плит; 8 - верхний пояс диафрагмы

Рисунок 9.21 - Узел сопряжения плит с диафрагмой при комплексном сечении верхнего пояса

9.61 В качестве предварительно напряженной арматуры продольных ребер плит, бортовых элементов и нижних поясов ферм-диафрагм рекомендуется использовать стержни из арматуры классов А500, А600, А800 и арматурные канаты класса К1400. Полку плит толщиной 30 мм рекомендуется армировать сварными сетками из арматуры класса В500. Ненапрягаемую арматуру ребер плит, элементов диафрагм, а также швов замоноличивания рекомендуется выполнять в виде сварных каркасов из арматуры классов А400, А500.

9.62 Ширину швов между плитами рекомендуется назначать не менее:

  • 50 мм - для продольных швов,;
  • 200 мм - для поперечных швов над диафрагмами.

Омоноличивать швы рекомендуется бетоном класса по прочности на сжатие не менее В15, а в зимнее время - не менее В25.



Конструирование элементов складки

9.63 Плиты складок рекомендуется проектировать номинальными размерами 3×6 м и 3×12 м.

Продольные ребра плит рекомендуется выполнять предварительно напряженными. Высоту продольных ребер рекомендуется принимать в пределах (1/30-1/35)l1.

Шаг поперечных ребер рекомендуется принимать равным 1-2 м. Высоту поперечных ребер рекомендуется назначать в пределах 1/15-1/20 расчетного пролета, равного расстоянию между внутренними гранями продольных ребер.

На наружных гранях продольных ребер предусматривают пазы, обеспечивающие восприятие сдвигающих усилий между плитами. Пазы располагают на длине (1/3-1/4)l1 (см. рисунок 9.22).

При комплексном сечении верхнего пояса диафрагм пазы рекомендуется устраивать также на торцевых ребрах. В этом случае для омоноличивания без устройства опалубки торцевые ребра устраиваются увеличенной высоты (см. рисунок 9.21).

9.64 Размеры бортовых элементов, как и плит, определяют по расчету с учетом конструктивных требований. Как правило, бортовые элементы проектируют лоткового сечения с торцевыми ребрами и без промежуточных ребер (см. рисунок 9.22).

Бортовые элементы рекомендуется принимать двух типоразмеров: крайние, устанавливаемые вдоль краев оболочек, и средние, устанавливаемые по всем промежуточным рядам колонн многоволновых складок и соединяющие между собой отдельные волны.

9.65 Диафрагмы складчатых покрытий рекомендуется проектировать в виде ферм сегментного очертания, безраскосных ферм или арок с железобетонной или стальной затяжкой.

В фермах-диафрагмах неразрезных складчатых покрытий предусматривают бетонные шипы на верхнем поясе, обеспечивающие совместную работу диафрагмы с плитами после омоноличивания стыка бетоном.

Диафрагмы разрезных складчатых покрытий проектируют без шипов по верхнему поясу. Совместность работы складки с диафрагмой достигается за счет сварных соединений плит и ферм, рассчитываемых на восприятие сдвигающих усилий.

Диафрагмы пролетом 18-24 м проектируют, как правило, цельными.

Для пролетов 30-36 м рекомендуется устройство составных сталежелезобетонных диафрагм, монтируемых из отдельных блоков с помощью переставных подмостей. Блоки стыкуют сваркой закладных деталей, а затяжки выполняют из прокатного металла.

При стальной затяжке рекомендуется устраивать строительный выгиб узлов нижнего пояса, равный (1/200-1/250)l2.

1 - торцевое ребро, 2 - то же, поперечное, 3 - то же, продольное, 4 - полка плиты, 5 - арматурная сетка полки, 6 - пазы на продольных ребрах плиты и бортового элемента, 7 - крайний бортовой элемент

Рисунок 9.22 - Плиты и бортовые элементы



Конструирование узлов складчатых покрытий

9.66 Типовые узлы рекомендуется конструировать в соответствии с рисунком 9.23. Подвесное крановое оборудование рекомендуется крепить к диафрагмам, как в типовых конструкциях. В складчатых покрытиях допускается устройство аэрационных, светоаэрационных и зенитных фонарей с проемом шириной (1/2-1/3)l2. Опирание рам фонарей следует предусматривать на верхний пояс диафрагм.

Проемы для продольных или поперечных зенитных фонарей рекомендуется устраивать с помощью плит-рамок или плит с отверстиями.

Продольные ребра плит, примыкающие к фонарному проему, рекомендуется крепить посредине пролета к стальной фонарной панели (см. рисунок 9.23, в). Фонарная панель при этом должна быть рассчитана на дополнительную нагрузку от покрытия.

а - сопряжение диафрагмы с бортовым элементом и плитой неразрезного складчатого покрытия, б - то же с плитой разрезного складчатого покрытия, в - крепление плиты к фонарной панели, 1 - диафрагма, 2 - плита складки, 3 - бортовой элемент, 4 - арматурный каркас в шве замоноличивания, 5 - стальной упор, 6 - фонарная панель; 7 - соединительная планка-подвеска

Рисунок 9.23 - Узлы складчатого покрытия



10 Купола



Основные положения

10.1 Купол представляет собой пространственную железобетонную конструкцию в виде выпуклой оболочки круглого, эллиптического или многоугольного очертания в плане.

Элементами куполов служат, как правило, осесимметричная оболочка вращения и растянутое опорное кольцо. При наличии фонарного проема в вершине купола устраивается сжатое фонарное кольцо. Возможно устройство проемов и отверстий на боковых участках купола.

Срединную поверхность оболочки рекомендуется принимать в виде поверхности вращения: конуса, сферы, параболоида, эллипсоида и др. (см. рисунок 10.1). Кроме того, оболочка может быть образована волнистыми и складчатыми элементами или выполняться сетчатой и многогранной.

а - геометрия; б - схема усилий; 1 - ось вращения; 2 - параллель; 3 - меридиан; 4 - краевой параллельный круг

Рисунок 10.1 - Оболочка вращения

10.2 Купола проектируют в виде пологих или подъемистых тонкостенных оболочек. Подъем куполов рекомендуется принимать не менее 1/10 диаметра опорного контура оболочки.

Опорное кольцо может лежать на сплошном образованном стенами основании или на отдельных колоннах.

10.3 Купольные покрытия проектируют монолитными, сборно-монолитными или сборными. Монолитные купола рекомендуется предусматривать гладкими, а сборные - из ребристых цилиндрических или плоских панелей.

При проектировании куполов следует учитывать требования разделов 4, 5 и 6 настоящего свода правил по расчету и конструированию.



Расчет куполов

10.4 Расчет куполов следует производить по предельным состояниям двух групп по разделу 4.2, при этом усилия в элементах куполов допускается определять методами теории упругости, изложенными в 10.6-10.9. Расчет по прочности сечений, жесткости и трещиностойкости железобетонных элементов купола производят по СП 63.13330. Для случаев, предусмотренных 10.11-10.15, расчет куполов по несущей способности производят методом предельного равновесия.

10.5 Расчет купола с оболочкой с вертикальной осью вращения допускается производить по безмоментной теории с наложением усилий краевого эффекта при:

  • плавных изменениях толщины стенок купола и радиуса кривизны меридиана и равномерных симметричных нагрузках, действующих на оболочку;
  • свободных радиальных и угловых перемещениях краев оболочки в направлении меридиональных усилий по касательной к меридиану.

В остальных случаях напряженно-деформированное состояние купола следует определять с учетом действия изгибающих моментов.



Определение усилий по безмоментной теории

10.6 При симметричной нагрузке в стенке купола действуют нормальные меридиональные N1 и кольцевые N2 усилия (см. рисунок 10.1).

Усилие на единицу длины меридиана N1 определяют из условия равновесия сегмента, отсеченного от купола конической поверхностью с углом раствора φ, по формуле

,(10.1)

где Vφ - вертикальная равнодействующая внешней нагрузки на часть оболочки выше рассматриваемого сечения;

R2 - радиус кривизны нормального сечения, перпендикулярного к меридиану в данной точке (длина нормали поверхности до оси вращения).

Распор купола H определяют как горизонтальную проекцию N1 по формуле

,(10.2)

где φ0 - ½ центрального угла дуги оболочки в меридиональном направлении.

Растягивающее усилие N0 в кольце определяют по формуле

,(10.3)

Усилие N0 должно быть воспринято кольцевой арматурой.

Кольцевое усилие Nsk в фонарном кольце определяют по формуле

,(10.4)

где p - нагрузка на 1 м фонарного кольца.

Индексы "0" и "sk" в формулах 10.2-10.4 указывают на то, что все переменные величины, входящие в эти формулы, относятся соответственно к широте опорного и фонарного колец оболочки.

Значение кольцевого усилия N2 определяют по формуле

,(10.5)

где z - нормальная к поверхности купола в рассматриваемом сечении составляющая внешней нагрузки на единицу площади поверхности.

Для сферической оболочки при R1=R2=R

,(10.6)

,(10.7)

здесь pz - вертикальная составляющая внешней нагрузки.

Формулы для определения усилий в элементах сферического купола по безмоментной теории приведены в таблице 10.1.

Для конической оболочки в формулах (10.6) и (10.7) R1=∞; φ=α=const,

где α - угол наклона образующей к плоскости основания конуса.

10.7 При одностороннем нагружении сферического купола нагрузкой q ее распределение по поверхности z допускается определять по формуле

,(10.8)

где q - нагрузка на единицу площади горизонтальной проекции,

φ - половина центрального угла в меридиональном направлении,

Ψ - центральный угол в кольцевом направлении.

Нормальные усилия N1, N2 и сдвигающие усилия S определяют по формулам:

;(10.9)

;(10.10)

.(10.11)

Таблица 10.1. СП 387.1325800.2018

Усилия,

Схема нагружения

кН

Нагрузка собственного веса купола и веса кровли g, кПа
(толщина оболочки постоянная)

Равномерно распределенная нагрузка на горизонтальной проекции p, кПа

Вертикальная распределенная линейная нагрузка на фонарном кольце Pk, кН/м

N1

N2

Nk

Nsk

0

0

10.8 Краевые изгибающие моменты M0 и распор купола H0 вблизи кольца рекомендуется определять методом сил. Система канонических уравнений, выражающих совместность угловых и линейных перемещений купола и опорного кольца по линии их контакта, имеет вид

,(10.12)

где a11 - взаимный угол поворота от действия M0=1 в направлении этого момента в сечении вблизи кольца,

a12 - то же, от действия H0=1 в направлении момента,

a21 - взаимное перемещение от действия M0=1 в направлении H0,

a22=a21 в силу взаимности перемещений,

a22 - взаимное перемещение от H0=1 в направлении H0,

a10 - взаимный угол поворота в том же сечении, вызванный внешней нагрузкой,

a20 - взаимное перемещение, вызванное внешней нагрузкой, при совпадении с направлением H0 считается положительным.

Если углы a12 и a10 совпадают по направлению с углом поворота a11, вызванным действием M0=1, то их принимают со знаком "плюс", если не совпадают - со знаком "минус". Такое же правило знаков принимается и для линейных перемещений. Перемещения a11 и a22 всегда положительны.

10.9 Перемещения сферической оболочки a10 и a20 определяют по формулам:

  • при нагрузке от собственного веса

.(10.13)

,(10.14)

  • при равномерно распределенной нагрузке p0 на горизонтальную проекцию (по поверхности оболочки распределяется по закону косинуса p=p0cosφ):

,(10.15)

.(10.16)

Значения коэффициента A определяются по формулам:

  • для гладких куполов

  • для ребристых куполов

где In - момент инерции, приходящийся на единицу длины, с учетом меридиональных ребер;

δn - приведенная толщина оболочки с учетом сечения кольцевых ребер.



Определение краевого эффекта по приближенной моментной теории

10.10 При воздействии распора H0 в опорном кольце возникают моменты H0·e (см. рисунок 10.2), вызывающие поворот кольца на угол θk, который определяют по формуле

.(10.17)

Рисунок 10.2 - Расчетная схема узла сопряжения опорного кольца и оболочки купола

Перемещения края оболочки, вызванные радиальным распором H0, приведены на рисунке 10.3.

Рисунок 10.3 - Перемещения края оболочки, вызванные радиальным распором H0

Коэффициенты уравнения метода сил a11, a12, a22, т.е. перемещения краев любых непологих оболочек от действия M0=1 и H0=1 (см. рисунок 10.4) определяют на основе моментной теории по следующим формулам:

,(10.18)

,(10.19)

,(10.20)

где D - изгибная жесткость меридиональной полосы единичной ширины купола.

а - момент, б - распор

Рисунок 10.4 - Момент и распор при взаимодействии оболочки и опорного кольца купола

В формулах (10.17)-(10.20) значение модуля упругости E принимается сниженным в соответствии с 5.6.

Значения M0 и H0 находят из решения уравнений (10.12) с учетом зависимостей (10.18)-(10.20).

Интенсивности моментов M(λ) и кольцевых усилий N2(λ) в произвольной точке по длине меридиана оболочки в зависимости от краевых значений моментов M0 и H0 определяют по формулам, полученным на основе теории балки на упругом основании:

,(10.21)

,(10.22)

здесь N2 - кольцевое усилие в безмоментной оболочке,

и - функции, значения которых приведены в таблице 10.2.

Значение λ определяют по формуле

.

Отсчет длины дуги S или значения λ следует производить от края, к которому приложены M0 и H0.

Таблица 10.2. СП 387.1325800.2018

λ

λ

0

1

0

1,6

-0,0059

0,2018

0,1

0,9004

0,0903

1,7

-0,0236

0,1812

0,2

0,8024

0,1627

1,8

-0,0376

0,161

0,3

0,7078

0,2189

1,9

-0,0484

0,1415

0,4

0,6174

0,261

2

-0,0564

0,1231

0,5

0,5323

0,2908

2,1

-0,0618

0,1057

0,6

0,453

0,3099

2,2

-0,0652

0,0896

0,7

0,3798

0,3199

2,3

-0,0668

0,0748

0,8

0,313

0,3223

2,4

-0,0669

0,0613

0,9

0,2528

0,3185

2,5

-0,0658

0,0491

1

0,1988

0,3096

2,6

-0,0636

0,0383

1,1

0,151

0,267

2,7

-0,0608

0,0287

1,2

0,1092

0,2807

2,8

-0,0573

0,0204

1,3

0,0729

0,2626

2,9

-0,0535

0,0133

1,4

0,0419

0,2430

3

-0,0493

0,00703

1,5

0,0158

0,2226



Расчет несущей способности куполов методом предельного равновесия

10.11 Расчет несущей способности железобетонных куполов кинематическим способом метода предельного равновесия рекомендуется производить согласно 10.12-10.15 при условии, что:

  • осесимметричная нагрузка интенсивностью q равномерно распределена по горизонтальной проекции купола,
  • форма купола - сферическая,
  • отношение диаметра контура к стреле подъема не превышает 10,
  • арматура состоит из меридиональных и кольцевых стержней, образующих верхнюю и нижнюю сетки,
  • оболочка вращения опирается по всему периметру (если опорное кольцо опирается в отдельных точках, в нем должна быть уложена дополнительная арматура, необходимая для восприятия вертикальных составляющих усилий на контуре),
  • исчерпание несущей способности купола происходит вследствие текучести арматуры.

10.12 Схему разрушения купола принимают в виде системы сквозных меридиональных трещин, начинающихся у растянутого контура и соединенных по концам раскрывающимися вниз кольцевыми пластическими шарнирами (см. рисунок 10.5). При равномерно распределенной по горизонтальной проекции нагрузке принимается, что поверхность купола сферическая, с центральным углом, не превышающим 90°, или близкая к сферической, образованная вращением квадратной или кубической параболы, а также гиперболы или цепной линии (на основе функции гиперболического косинуса). Для сферических куполов в рассматриваемых условиях при r0/δ≤400 область реализации данной схемы излома может быть принята для значений 2r0/f≥3,5 (r0 - радиус опорного кольца).

10.13 Для сферических куполов-оболочек при постоянных предельных моменте и усилии в кольцевых стержнях стенки, приходящихся на единицу длины меридиана для значений 3,5≤2r0/f≤10 и nr0/m≤800, интенсивность равномерно распределенной по горизонтальной проекции купола нагрузки определяют по формуле

,(10.23)

где η - безразмерный коэффициент, зависящий от пологости 2r0/f и отношения nr0/m,

k - безразмерный коэффициент, зависящий от пологости 2r0/f,

nc - предельное усилие в опорном кольце,

m - момент (на единицу длины) предельных усилий в меридиональной арматуре относительно оси 0-0 (см. рисунок 10.6), проходящей через центр тяжести сжатой зоны бетона, определяемый по формуле

,(10.24)

здесь As mb - площадь сечения меридиональной арматуры нижней сетки на единицу длины кольцевого направления;

h0 - рабочая высота сечения,

x - высота сжатой зоны бетона, определяемая последовательным приближением с соблюдением условия (10.27).

а - поперечное сечение; б - схема разрушения

Рисунок 10.5 - К расчету купола методом предельного равновесия

Рисунок 10.6 - Схема взаимодействия усилий в куполе в предельном состоянии

Предельное усилие на единицу длины в кольцевых стержнях поля оболочки n определяется по формуле

,(10.25)

где As,c и A's,c - площадь сечения кольцевой арматуры соответственно нижней и верхней сеток на единицу длины радиального направления;

qs, q's - погонные усилия, воспринимаемые кольцевой арматурой купола соответственно в растянутой и сжатой зонах рассматриваемого сечения купола.

Предельное усилие в опорном кольце nc определяется по формуле

,(10.26)

где As,co - площадь сечения кольцевых стержней опорного кольца.

Значения коэффициентов η и k принимают по графикам рисунка 10.7, при этом для значений 3,5≤2r0/f<5 следует соблюдать условие r0/δ≤400.

Рисунок 10.7 - Графики для определения коэффициентов η, k, ρ

Формулу (10.23) применяют и при проверке прочности нормальных сечений опорного кольца купола.

10.14 Для предотвращения преждевременного разрушения бетона в сжатой зоне кольцевого пластического шарнира до достижения в растянутой арматуре ее расчетного сопротивления Rs следует выполнять условие

,(10.27)

где ξ - относительная высота сжатой зоны бетона,

ξR - граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона, определяемое по указаниям СП 63.13330.

Требуемое для определения высоты сжатой зоны бетона x значение нормальной силы N (см. рисунок 10.6) находят по формуле

,(10.28)

где r - радиус пластического шарнира, определяемый по формуле ρ=r/r0,

rs - радиус сферы,

φ - угол наклона силы N,

α - угол наклона касательной к меридиану на опоре.

Значения ρ принимают по графикам на рисунке 10.7, при этом для 2r0/f=3,5 значения ρ следует определять с учетом отношения nc/n.



Приближенный расчет несущей способности купола

10.15 Для свободно опертых по контуру сферических оболочек вращения с меридионально-кольцевой схемой разрушения расчет производят из условия равновесия рассматриваемой части оболочки (см. рисунок 10.8). При этом работой внутренних сил в кольцевом пластическом шарнире допускается пренебречь.

Рисунок 10.8 - К расчету купола по "балочной" схеме

Значение угловой координаты ξc, ограничивающей сжатую зону бетона, определяют по формуле

,(10.29)

где ,

As c0 - площадь сечения всех кольцевых стержней опорного кольца,

R - радиус кривизны срединной поверхности купола,

ξ0 - угловая координата края купола,

Rb - призменная прочность бетона,

qs, q's - погонные усилия, воспринимаемые кольцевой арматурой купола соответственно в растянутой и сжатой зонах рассматриваемого сечения купола,

h0 - рабочая высота сечения стенки купола.

Из равенства моментов внешних и внутренних сил после интегрирования следует

,(10.30)

где ;

;

ec0 - расстояние от центра тяжести рабочей арматуры кольца до центра окружности 0,

M - момент внешних сил относительно оси, проходящей через центр окружности 0.

Значение суммарной внешней нагрузки P (см. рисунок 10.8) определяют по формуле

,(10.31)

где k - коэффициент, зависящий от вида опирания и характера внешней нагрузки (0≤k≤1),

r0 - радиус основания купола.

Формулы для определения k для характерных случаев опирания и различных видов нагружения приведены в таблице 10.3.

Таблица 10.3. СП 387.1325800.2018

Вид

Вид опирания

нагрузки

на 3 точки

на 4 точки

на 5 точек

на 6 точек

по всему контуру

Равномерно распределенная по всей поверхности

Кольцевая распределенная по радиусу x

Сосредоточенная в вершине оболочки

1

Собственный вес оболочки



Расчет несущей способности купола с учетом деформированного состояния

10.16 В основе расчета купола лежит меридионально-кольцевая схема разрушения, представленная на рисунке 10.5.

Для удобства расчета срединную поверхность оболочки принимают в виде параболоида вращения, описываемого уравнением

,

где η=f/r0,

здесь f - стрела подъема оболочки,

r0 - радиус окружности ее основания.

Расстояние от оси оболочки до кольцевого пластического шарнира находят из условия равновесия по формуле

,

где ; ; ,

здесь As,c0 - площадь сечения кольцевых стержней опорного кольца,

Rb - призменная прочность бетона,

qs и q's - погонные усилия, воспринимаемые кольцевой арматурой купола, соответственно в растянутой и сжатой зонах рассматриваемого сечения купола (см. рисунок 10.8).

В начальной стадии деформирования несущую способность оболочки определяют по формуле

,(10.32)

где ,

,

,

,

w* - относительный прогиб оболочки,

,

m - погонное значение предельного изгибающего момента в верхнем кольцевом пластическом шарнире

,

здесь As mb - площадь сечения меридиональной арматуры нижней сетки на единицу длины кольцевого направления,

x - высота сжатой зоны сечения, определяемая с соблюдением условия (10.27).

10.17 При расчете оболочки с опорным кольцом на равномерно распределенную нагрузку с разрушением по представленной на рисунке 10.5 схеме расчетное значение равномерно распределенной нагрузки q'1 рекомендуется определять по формуле (10.32) при значении критического прогиба

,(10.33)

где .



Конструирование

10.18 На стадии предварительного проектирования толщину стенок гладких куполов рекомендуется принимать равной от 1/800 до 1/600 радиуса кривизны оболочки в вершине. Высоту ребер сборных куполов-оболочек определяют из условий изготовления, транспортирования и монтажа элементов. Толщина оболочки и размеры сечения ребер должны быть не менее чем это предусмотрено в разделе 6.

10.19 Армирование гладких оболочек при толщине до 70 мм рекомендуется выполнять конструктивно, одиночной сеткой из стержней диаметром 4-6 мм, с шагом 150-200 мм. При большей толщине рекомендуется устанавливать две сетки.

В зоне примыкания оболочки к кольцу толщину оболочки увеличивают и устанавливают дополнительную сетку со стержнями диаметром 6-8 мм меридионального направления (см. рисунок 10.9, а, б). Число стержней рассчитывают по максимальному меридиональному изгибающему моменту.

В местах действия на купол сосредоточенных нагрузок, а также около отверстий и проемов предусматривают дополнительную конструктивную или расчетную арматуру с учетом 6.5.

10.20 Распор купола воспринимается растянутым опорным кольцом, которое рекомендуется выполнять предварительно напряженным. Выбор значения усилия обжатия и конструирование опорного кольца следует производить из условия обеспечения трещиностойкости кольца и допустимой ширины раскрытия трещин согласно СП 63.13330.

При проектировании следует учитывать способ предварительного напряжения опорного кольца. Рекомендуется предусматривать механическое натяжение пучков, канатов или стержней (см. рисунок 10.10), располагаемых в прямолинейных или криволинейных пазах кольца и закрепляемых в одном или нескольких его выступах в зависимости от диаметра кольца. Для стержневой арматуры допускается натяжение арматуры с применением электрического нагрева. Полигонально-кольцевую арматуру допускается натягивать оттяжкой с помощью радиально установленных домкратов.

10.21 Для купольных покрытий диаметром не более 30 м при устройстве на уровне кольца купола горизонтального покрытия или перекрытия, опоясывающего купол по всему периметру, распор рекомендуется передавать на это перекрытие. Перекрытие в этом случае проектируют с учетом передающихся на него распора и изгибающих моментов.

10.22 Меридиональные и кольцевые ребра сборных купольных покрытий рекомендуется армировать ортогональными (см. рисунок 10.11) или ромбическими сетками.

10.23 Схема армирования ребер приведена на рисунке 10.9, в. Если распределенная нагрузка - основная и в средней зоне покрытия изгибающие моменты в ребрах плит незначительны, ребра армируют по расчету на монтажные нагрузки. В приконтурной зоне купола арматуру ребер принимают из условия восприятия краевых изгибающих моментов при расчетной нагрузке. Арматуру меридиональных ребер следует заводить в опорное и фонарное кольца или соединять с закладными деталями (см. рисунок 10.9, е).

а - обычного опорного кольца купола; б - предварительно напряженного кольца купола; в - сборного элемента (плиты); г - продольных ребер плиты; д - узла сопряжения продольного ребра плиты с предварительно напряженным опорным кольцом; е - узла сопряжения продольного ребра с верхним кольцом; 1 - продольное ребро; 2 - поперечное ребро; 3 - арматурная сетка плиты; 4 - сварные каркасы поперечных ребер; 5 - сварной каркас продольного ребра; 6 - стальные закладные детали в продольном ребре; 7 - стальные закладные детали в элементах кольца; 8 - бетон омоноличивания напрягаемой арматуры; 9 - предварительно напряженная арматура кольца; 10 - шов замоноличивания; 11 - верхнее опорное кольцо; 12 - стальные соединительные накладки

Рисунок 10.9 - Армирование монолитных и сборных железобетонных куполов и их элементов

а - схема армирования; б - деталь анкерного узла; 1 - арматурные пучки или стержни; 2 - выступ; 3 - анкер; 4 - спирали

Рисунок 10.10 - Предварительно напряженное опорное кольцо купола

а - общий вид; б - план; в - трапециевидная плоская плита; 1 - монолитное нижнее опорное кольцо; 2 - монолитное верхнее опорное кольцо

Рисунок 10.11 - Сборный купол из плоских ребристых плит

10.24 Покрытия и перекрытия зданий и сооружений можно проектировать в виде складчатого купола (см. рисунок 10.12, а) из сопряженных купольных оболочек (см. рисунок 10.12, б, в), а также в виде неполного купола.

а - складчатый купол; б, в - сопряженные купольные оболочки

Рисунок 10.12 - Формы купольных оболочек



11 Пологие оболочки положительной гауссовой кривизны на прямоугольном плане



Основные положения

11.1 Пологими считаются оболочки с подъемом над опорным планом, не превышающим

и ,

где 2а и 2b - размеры стороны оболочки в плане,

f1 и f2 - стрелы подъема оболочки на контуре (см. рисунок 11.1).

Рисунок 11.1 - Схема оболочки положительной гауссовой кривизны

11.2 В качестве срединной поверхности пологих оболочек рекомендуется использовать поверхность переноса или вращения. Образующими для всех поверхностей рекомендуется принимать круговые кривые. Допускается применение таких поверхностей, как эллиптический параболоид, эллипсоид вращения, тор и др.

Выбор типа поверхности сборных оболочек следует производить с учетом схемы разрезки, возможностей унификации и технологичности изготовления сборных элементов, а также условий возведения оболочек.

Для сокращения типоразмеров сборных плит сборных оболочек в качестве срединной рекомендуется использовать часть тороидальной поверхности с положительной кривизной, а членение оболочек на плиты осуществлять системой радиальных секущих плоскостей, проходящих через ось вращения, и системой вертикальных плоскостей, перпендикулярных к этой оси (см. рисунок 11.2).

1 - элемент членения, 2 - вертикальные секущие плоскости, 3 - ось вращения радиальных секущих плоскостей, 4 - радиальные секущие плоскости

Рисунок 11.2 - Схема членения исходной поверхности оболочки на сборные элементы

11.3 Оболочки по контуру следует опирать на диафрагмы, выполняемые в виде арок, ферм или балок, а также криволинейных брусьев, уложенных на стены.

Контурные балки рекомендуется применять в отдельно стоящих оболочках при часто расположенных по периметру здания колоннах, а в многоволновых оболочках - по наружным рядам колонн.

В остальных случаях (по средним рядам и деформационным швам) рекомендуется устанавливать фермы или арки. Фермы - как более жесткие в вертикальной плоскости, обеспечивают более благоприятную в статическом отношении работу оболочек на смежных диафрагмах.

11.4 В зависимости от числа и расположения ячеек здания оболочки проектируют отдельно стоящими (одноволновыми) и многоволновыми в одном и двух направлениях. Многоволновые оболочки проектируют разрезными и неразрезными. К разрезным многоволновым относятся такие оболочки, в которых с помощью специальных конструктивных мер обеспечивается возможность горизонтальной податливости контура не только крайних, но и средних волн оболочек. К разрезным следует относить также оболочки, осуществляемые по типу тангенциально-подвижных, расчетная схема которых близка к отдельно стоящим. Конструкция типовых сборных железобетонных оболочек положительной гауссовой кривизны с тангенциально подвижными диафрагмами приведена на рисунке 11.3.

В неразрезных оболочках приконтурные зоны соседних конструкций жестко соединяются между собой и с диафрагмами.

11.5 Сборные многоволновые оболочки (см. рисунок 11.4) рекомендуется, как правило, проектировать разрезными.

Неразрезные оболочки обладают большей жесткостью, но требуют дополнительного расхода стали для обеспечения неразрезности. Неразрезные оболочки рекомендуется применять при нагрузках на покрытие, превышающих 6 кН/м2, а также в районах с сейсмичностью 7 баллов и более. Монолитные многоволновые оболочки рекомендуется проектировать неразрезными.

11.6 В оболочках допускается устройство зенитных или светоаэрационных фонарей, располагаемых в средней зоне по 6.5.

На оболочки допускается передавать нагрузки от подвесных кранов или тельферов, пути которых крепятся к оболочкам на специальных подвесках.

а - общий вид оболочки, б - план оболочки размером 18×24 м, в - цилиндрические ребристые панели размером 3×6 м, г - деталь сопряжения смежных оболочек, 1 - железобетонный упор верхнего пояса диафрагмы, 2 - контурные плиты, 3 - стальные упоры, 4 - бетон замоноличивания угловой зоны, 5 - соединительные накладки

Рисунок 11.3 - Конструкция типовых сборных железобетонных оболочек с тангенциально подвижными диафрагмами

Рисунок 11.4 - Общий вид многоволновых сборных железобетонных оболочек положительной гауссовой кривизны



Расчет отдельно стоящих (одноволновых) оболочек

11.7 Усилия и деформации в отдельно стоящих оболочках рекомендуется определять расчетом методом конечных элементов с учетом конструктивных особенностей оболочек (наличие ребер, отверстий, переломов поверхности) и фактической жесткости бортовых диафрагм.

11.8 Предварительные расчеты пологих оболочек допускается выполнять по безмоментной теории с учетом краевого эффекта или по моментной теории с определением всех усилий, показанных на рисунке 11.5.

Рисунок 11.5 - Схема усилий в пологих оболочках

Безмоментную линейную теорию с учетом изгибающих моментов, возникающих в приопорных зонах, допускается применять для предварительных расчетов шарнирно-опертых гладких оболочек с подъемом f>20 δ при равномерно распределенной нагрузке. При этом шарнирным принимают опирание оболочки на стены или на часто расположенные по контуру колонны, а также на достаточно жесткие в своей плоскости и гибкие из плоскости диафрагмы, например, в виде железобетонных ферм с предварительно напряженным нижним поясом.

11.9 Целесообразность расчета оболочки по нелинейной теории рекомендуется устанавливать следующим образом:

    по формулам линейной теории определяется максимальный прогиб w1 при действии полной нагрузки,

    значение прогиба w1 подставляется в формулы нелинейной теории, по которым определяется значение нагрузки qn, соответствующее прогибу wl. Если qn меньше q (на 5% и более), то оболочку следует рассчитывать по нелинейной теории.

Для оболочки, края которой в плане свободно смещаются или шарнирно оперты, или защемлены, нелинейная зависимость между нагрузками q и прогибом w в центре опорного плана оболочки выражается формулой

,(11.1)

где q*=16qa4/Eδ4,

2а - ширина опорного плана (см. рисунок 11.1);

ξ=w/δ; ξ0=f0/δ - безразмерные величины;

f0 - начальный подъем оболочки;

α1, α2, α3, α4 - коэффициенты для квадратной в плане оболочки со стороной 2а для шести схем граничных условий, принимаемые по таблице 11.1.

Таблица 11.1. СП 387.1325800.2018

Схема граничного условия (штриховкой обозначены защемленные края)

α1

α2

α3

α4

I

+8,63

-19,62

+9,92

+22,12

II

+9,9

-19,05

+8,15

+32,51

III

+7,57

-13,65

+5,48

+46,07

IV

+12,45

-20,18

+7,27

+43,59

V

+10,31

-15,64

+5,27

+56,99

VI

+9,24

-13,1

+4,13

+68,89

Примечание. Значения коэффициента α4 приведены для коэффициента Пуассона ν=0,3 при других значениях коэффициента Пуассона значение α4 следует умножать на коэффициент 0,91 (1-ν2).

Для оценки влияния геометрической нелинейности на значение нагрузки первоначально подсчитывают наибольшее значение всех нагрузок q*, далее по формуле ξ1=q*4 определяют безразмерное значение прогиба ξ1, с применением которого по формуле (11.1) вычисляют соответствующее значение нагрузки qn* и относительную разницу между qn* и q* по формуле

,(11.2)

11.10 Для безмоментной оболочки с шарнирным опиранием по контуру нормальные и сдвигающие силы N1, N2 и S допускается определять по формулам:

,(11.3)

,

где

,

, ,

,(11.4)

В формулах (11.3) и (11.4) R1, R2 - главные радиусы кривизны срединной поверхности в вершине оболочки.

11.11 При расчете диафрагм значение сдвигающих усилий на приопорных участках (0,04-0,05 длины пролета) рекомендуется определять по разности между внешней нагрузкой и вертикальной проекцией сдвигающих сил на остальной части пролета.

11.12 Значения изгибающих моментов M1 и M2, действующих в моментной зоне оболочки в двух взаимно перпендикулярных направлениях, и крутящие моменты T12 следует определять по формулам:

;

(11.5)

;

,

где f1(x) и f1(y) - функции, характеризующие изгибное состояние оболочки на контуре;

; .

Функция f1(x) и ее производные имеют вид:

;

(11.6)

;

,

Функция f1(y) и ее производные имеют вид (11.6) с заменой индекса x на y и s1 на s2. Для удобства вычисления начало координат располагают в углу оболочки.

В формуле (11.6):

;

(11.7)

.

Максимальные значения изгибающих (M1)max и (M2)max и крутящих (T12)max моментов при x=y=0 следует определять по формулам:

;

(11.8)

;

.

11.13 Усилия при равномерно распределенной нагрузке при расчете отдельно стоящих квадратных в плане оболочек со сторонами l по моментной теории рекомендуется определять по формулам:

  • нормальные силы N1 в направлении оси x и N2 в направлении оси y по линии y=0 (см. рисунок 11.6):

,

(11.9)

  • изгибающие моменты M в направлении оси x по линии y=0 (см. рисунок 11.7):

,

(11.10)

  • сдвигающие усилия S по граням оболочки (см. рисунок 11.8):

,

(11.11)

  • поперечные силы Q, действующие по граням оболочки (см. рисунок 11.8):

,

(11.12)

  • главные усилия Npr, действующие в оболочке (в направлении диагонали рисунок 11.9 - кривая 1) и нормально к ней (см. рисунок 11.9 - кривая 2):

,

(11.13)

Рисунок 11.6 - Графики коэффициентов kN1, kN2

Рисунок 11.7 - Графики коэффициентов kM

Рисунок 11.8 - Графики коэффициентов kS, kQ

Рисунок 11.9 - Графики коэффициентов kpr

В формулах (11.9)-(11.13) kN1, kN2, kM, kpr, kQ - коэффициенты, принимаемые по графикам на рисунках 11.6-11.9, построенных для значений λ (), равных 7, 9 и 11.

11.14 При расчете отдельно стоящих шарнирно-опертых оболочек по безмоментной теории с учетом краевого эффекта или по моментной теории следует учитывать податливость контурных диафрагм.

11.15 Расчет требуемого сечения арматуры в угловой зоне оболочки следует производить на действие главных растягивающих усилий на грани оболочки, направленных под углом 45° к контуру и численно равных сдвигающим усилиям. Для квадратных в плане оболочек главные усилия, действующие в направлении диагонали и нормально к ней, следует определять по формуле (11.13), а сдвигающие по граням оболочки - по формуле (11.11).

11.16 Расчет диафрагмы оболочек следует производить на действие сдвигающих сил S, касательных к срединной поверхности оболочки, обратных по направлению и равных по значению сдвигающим усилиям в оболочке, а также поперечных сил. Для квадратных в плане оболочек сдвигающие усилия и поперечные силы, действующие по граням, следует определять по формулам (11.11) и (11.12).

При расчете диафрагмы в виде ферм усилия следует прикладывать в узлы. При переносе усилий с оси оболочки на ось диафрагмы следует учитывать возникающие при этом дополнительные моменты.



Учет жесткости контурных диафрагм и их влияние на напряженно-деформированное состояние оболочек