\1 н н и сте рст во ст poител ьст ва и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации

Федеральное автономное учреждение «Федеральный центр нормирования, стандартизации и технической оценки соогветсгвня в строительстве»

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОС ОБИЕ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СТАЛЬНЫХ ЗАКЛАДНЫХ ДЕТАЛЕЙ ДЛЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Москва 2019

1    Область применения..................................................................................................................1

2    Нормативные ссылки.................................................................................................................1

3    Термины, определения и обозначения.....................................................................................2

4    Классификация закладных деталей..........................................................................................6

5    Общие положения......................................................................................................................7

6    Требования к материалам ........................................................................................................9

7    Определение усилий...................................................................................................................9

8    Расчет по предельным состояниям первой группы............................................................277

9    Расчет по предельным состояниям второй группы.............................................................666

10    Конструктивные требования.................................................................................................69

Приложение А Примеры расчетов...........................................................................................755

Библиография...............................................................................................................................99

5.5 Настоящее пособие распространяется на расчет закладных деталей, содержащих не более трех анкеров в ряду (см. рисунок 5.2).

При расчете закладных деталей следует учитывать распределение усилий между анкерами.

Рисунок 5.2 - Допускаемые формы расположения анкеров в закладной детали при расположении вдали ог края основания

5.6    В закладной детали следуют применять анкеры одной длины и диаметра.

5.7    Настоящее пособие распространяется на проектирование закладных деталей, подвергающихся действию сдвигающей силы или сдвигающей и растягивающей силы, расположенных:

-    при установке вдали от края для схем, указанных на рисунке 5.2;

-    при установке вблизи от края для схем, указанных на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 - Допускаемые формы расположения анкеров в закладной летали при расположении вблизи от края основания

5.8 Закладные детали следует считать расположенными вблизи от края в случае, если ближайший по направлению действия сдвигающей силы анкер расположен на расстоянии менее 10или 60<!_кт.

5.9    На приваренные к пластине закладной детали упоры из полосовой стали или арматурных коротышей (см. 10.9) допускается передавать не более 30 % сдвигающей силы, действующей на деталь при напряжениях в бетоне под упорами, равных Hh.

5.10    Бетонное основание в зоне закладных деталях в общем случае следует принимать с трещинами. Учитывать отсутствие трещин в зоне установки анкеров допускается только при соответствующем расчетном обосновании.

5.11    В расчете закладных деталей следует принимать шарнирное соединение нормальных анкеров и опорной пластины.

6    Требования к материалам

6.1    Нормативные и расчетные сопротивления бетона основания и его начальный модуль упругости следует принимать согласно СП 63.13330 в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие, с учетом коэффициентов работы у_ы.

6.2    Анкеры закладных деталей рекомендуется проектировать преимущественно из арматурной стали классов А240, А400. А500 и Ат500С диаметров 8-25 мм.

6.3    Марку стали пластин закладных деталей и материалы для сварки следует назначать с учетом требований СП 16.13330.

7    Определение усилии

7.1    Усилия в анкерах закладных деталей следует определять согласно [5], а так же требований 7.5 - 7.23.

Усилия в опорных пластинах рекомендуется определять по результатам расчета с помощью метода конечных элементов.

7.2    Расчет закладных деталей по прочности и эксплуатационной пригодности (по деформациям) следует выполнять, принимая расчетные и нормативные значения нагрузок и соответствующие им коэффициенты надежности по ГОСТ 27751 и СП 20.13330.

7.3    Усилия в анкерах закладных деталей следует определять для каждого анкера в отдельности, а также для группы анкеров, работающих совместно по соответствующему механизму разрушения (анкерной группы).

7.5    Усилия в анкерах в общем случае следует определять с помощью программ, реализующих метод конечных элементов, учитывая следующее:

-    граничные условия опорной пластины и анкеров следует моделировать с применением односторонних упругих связей, принимая их работающими только на сжатие для пластин и на растяжение для анкеров, соответственно;

-    жесткость элементов связей следует назначать согласно 7.8, 7.9.

Допускается другие способы моделирования, учитывающими физическую

нелинейность материалов и трещинообразование и др.

7.6    Усилия в анкерах закладных деталей допускается вычислять с применением деформационной модели и гипотезы плоских сечений по 7.12, в случае применения жесткой опорной пластины, при выполнении условия по 7.10.

7.7    Жесткость анкеров для определения расчетных усилий при растяжении Сап,

кН/м, следует вычислять по формуле СшшЬ± " 'V	(7.1)
где Аап - площадь сечения анкера, вычисляемая при его номинальном диаметре d,Mm\ hef- рабочая глубина заделки анкера: Ез - модуль упругости стали, принимается 200 000 Н/мм2. 7.8
Для расчетов по деформационной модели определяют приведенный модуль деформаций анкера Eim по формуле Б^СтХ	(7.2)
[5. формула (5.3)1
7.9. Коэффициент жесткости основания Сь под анкерной пластиной следует вычислять по формуле
ом; [5, формула (5.5а))	(7.3)
где Еь - начальный модуль упругости бетона, А - площадь сжатой зоны бетона под опорной плитой.
Допускается принимать осредненное значение Сь по формуле Сь = 20- лш"1 • Rb, [5. формула (5.56)1	(7.4)

В качестве расчетной диаграммы состояния бетона, определяющей связь между напряжениями и относительными деформациями для расчета закладных деталей следует использовать двухлинейную диаграмму состояния сжатого бетона по 6.1.21 СП 63.13330.2018 (см. рисунок 7.2).

Допускается выполнять расчеты с линейной диаграммой состояния сжатого бетона, принимая бетон основания как упругий материал с начальным модулем упругости 0,6Еь при напряжениях в нем не более Rb.ioc, вычисляемых по 8.1.44 СП 63.13330.2018.

Rb.ioc принимается не менее I.ORh и не более 2.5Rh и зависимости от площади сжатой зоны и удаленности опорной тастины от края основания.

[5, пункт 5.8 и рисунок 5.2]

7.10_

Опорную пластину закладной детали допускается принимать жесткой при выполнении следующих условий:

- если максимальные расчетные напряжения в пластине не превышают величины

(7-6)

У,/

где R_y - расчетное сопротивление стали согласно СП 16.13330.

у,./ - коэффициент запаса, равный 1,5.

- при относительной толщине пластины Л = /// <5, где /- расстояние между нейтральной осью ближайшим к ней растянутым анкером.

[5, пункт 5.9]_

7.11_

Распределение усилий в анкерах закладной детали при выполнении гипотезы плоских сечений может быть определено (в порядке точности расчетных моделей):

по деформационной модели СГI 63.13330 для случая действия продольной силы и изгибающих моментов в одной или двух плоскостях по 7.12;

из условий равновесия внешних и внутренних сил для случая действия изгибающего момента в одной плоскости по 7.13;

упрощенно из условий равновесия внешних и внутренних сил для случая действия продольной силы и изгибающего момента в одной плоскости по 7.14.

7.12

Определение усилий в анкерах закладной детали по деформационной модели СП 63.13330 на основе уравнений равновесия внешних сил и внутренних усилий в расчетном сечении, выполняют с учетом следующих положений:

рассматривается расчетное сечение по контакту опорной пластины закладной детали и основания;

распределение относительных деформаций основания и анкеров по высоте расчетного сечения принимают по линейному закону (гипотеза плоских сечений);

связь между осевыми напряжениями и относительными деформациями бетона принимают по расчетным диафаммам состояния бетона но 7.9. не учитывая работу бетона на растяжение;

связь между осевыми напряжениями и относительными деформациями в анкерах принимают линейной с приведенным модулем упругости анкера, не учитывая работу' анкеров на сжатие;

значения внешней сжимающей продольной силы, сжимающих напряжений и деформаций сжатия бетона принимают со знаком «минус»;

значения внешней растягивающей продольной силы, а также растягивающих напряжений и деформаций принимают со знаком «плюс».

[5, пункты 5.10 и 5.11]

Распределение усилий в анкерах закладной детали произвольной формы, на
которое действуют изгибающие моменты двух направлений и	продольная сила.
определяют из решения системы уравнений (7.7) - (7.9) с использованием (7.10) -
7.11):
М X = А Г ~ + А 2 ' — + Аз * 8о ; Г.\ Гу	(7.18)
My=Dl2-—+D22'—+D23‘e0‘, г* ГУ	(7.19)
= Аз * — + Аз ’ ~ + Аз *8о, Г.х гу	(7.20)
Жесткостные характеристики Dij (i,j = 1,2,3) в системе уравнений (7.7) - (7.20)
определяют по формулам:
А1 = £Д>» ' ^bxt ’ E-b.r*d ■ VA« + SДм ’ ^ ’ Ап» 1 J	(7.21)
А 2 = X А/ ' Z* ' ^bjrtd ■ УЫ + X An ' Z# ’ Ап у	(7.22)
А 2 Д' ' Ах» ’ ^А>» ' А.гл/ ' УА» + £ Д*и ’ ^/у ‘ 1‘а» »	(7.23)
Аз ^ А/" Ада ' l'b.red ’ ^ ^ Ап' ^ ^ел ;	(7.24)
Аз “ 2* А* ‘ ' А.гл/ ‘ VA/ + ^ Д»»» ' ' А»» »	(7.25)
Аз - £ А/-А/л/ ’ Vfc + Yj Ап ’ Ап ,	(7.27)
Обозначения в формулах см. выше. Пример реализации	приведен в [5,
приложение Б].
[5, пункт 5.11]

7.13 Усилия в анкерах закладных деталей с жесткой опорной пластиной для случая действия изгибающего момента в одной плоскости допускается определять из условий равновесия внешних и внутренних сил и гипотезы плоских сечений (см. рисунок 7.4).

Пособие содержит основные положения по проектированию сварных закладных деталей для конструкций из тяжелого бетона, требования к материалам, методам расчета, конструктивные требования, а также примеры расчета. Применение положений и расчетных методик настоящего пособия позволит выполнять эффективное проектирование закладных деталей.

В основу данного методического пособия положены рекомендации (8), исследования НИИЖБ им. А.А. Гвоздева [4]-[7], а также (1 ]-[3].

Пособие разработано авторским коллективом АО «НИЦ «Строительство» -НИИЖБ им. А.А. Гвоздева (руководитель М.Г. Коревицкая, исполнители, кандидаты техн. наук С.И. Иванов, А.Н. Болгов, ДВ. Кузеванов, А.З. Сокуров, инж. Р.Р. Кунижев).

Настоящее методическое пособие разработано в развитие положений приложения Б СП 63.13330.2018 «СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» для реализации проектировщиками требований, заложенных в строительных нормах и правилах, и выполнения более грамотного и рационального проектирования узлов крепления и соединения конструкций с учетом общих положений норм проектирования бетонных и железобетонных конструкций.

Задачи разработки методического пособия:

-    разъяснение особенностей проектирования стальных закладных деталей в железобетоне с учетом требований СП 63.13330.2018 «СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения»;

-    повышение конструктивной надежности при проектировании несущих и ограждающих конструкций, а также узлов соединения конструктивных элементов;

-    снижение сроков проектирования за счет определения порядка применения и выбора типовых решений по закладным деталям:

-    рекомендации и разъяснения по эффективному конструированию закладных деталей на основе учета комплекса силовых факторов, а также особенностей бетонного основания для крепления.

При разработке методического пособия использован отчет [6].

Настоящее методическое пособие распространяются на проектирование сварных закладных деталей для конструкций из тяжелого бетона классов по прочности В15 - В60 с нормальными и/или наклонными анкерами.

Допускается применение пособия для проектирования в бетоне класса по прочности выше В60. при этом расчетные характеристики бетона следует принимать как для класса В60.

Методическое пособие устанавливает требования к расчету закладных деталей с одиночным анкером и с группой анкеров, воспринимающих действие статических нагрузок растяжения и сдвига, в том числе при совместном их действии.

Рекомендации настоящего методического пособия распространяются на проектирование зданий и сооружений нормального (КС-2) и пониженного (КС-3) уровней ответственности, согласно ГОСТ 27751, могут применяться также для сооружений уровня КС-1 при соответствующем обосновании, учитывающем повышенные требования к надежности и долговечности конструкций и их соединений.

2 Нормативные ссылки

В настоящем методическом пособии использованы ссылки на следующие нормативные документы:

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

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

СП 16.13330.2017 «СНиП П-23-81* Стальные конструкции» (с изменениями

№ 1, № 2)

СП 20.13330.2016 «СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия» (с изменениями

№ 1, № 2)

СП 28.13330.2017 «СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии» (с изменениями № 1. № 2)

СП 63.13330.2018 «СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» (с изменением № 1)

СП 70.13330.2012 «СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции» (с изменениями № 1. № 3)

Примечание - При пользовании настоящим методическим пособием целесообразно проверить действие ссылочных стандартов (сводов правил) в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии 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 не датированная 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 документа в ссылочный стандарт, 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. При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочного сводка правил в Федеральном информационном фонде стандартов

3 Термины, определения и обо значения

3.1 Термины и определения

В настоящем пособии использованы следующие термины и определения:

3.1.1    анкер: Элемент закладной детали, передающий усилие с опорной пластины на бетон основания.

3.1.2    анкерная группа: Совокупность анкеров, вовлеченных в работу на растяжение и сдвиг закладной детали.

3.1.3    анкер с усилением: Анкер с пластиной, высаженной головкой или поперечным стержнем на свободном конце.

3.1.4    глубина заделки анкера: Длина анкера в бетоне, измеряемая от поверхности основания до наиболее заглубленной его части.

3.1.5    закладная деталь: Строительное изделие, служащее для соединения строительных конструкций между собой или прикрепления к ним технологического оборудования, закладываемое в конструкцию до бетонирования, которое включает опорную пластину и приваренные к ней анкеры (рисунок 3.1).

В зависимости от ориентации анкеров относительно опорной пластины различают закладные детали с нормальным, наклонным или комбинированным расположением анкеров.

В настоящем пособии применены следующие обозначения (см. совместно рисунками 3.2-3.3):

/ 'еометрические характеристики:

а расстояние между осями крайних анкеров закладной детали или между осями одиночных анкеров;

а\ расстояние между осями крайних анкеров закладной детали между осями одиночных анкеров в направлении 1;

02 расстояние между осями крайних анкеров закладной детали между осями одиночных анкеров в направлении 2.

[5. пункт 3.3]_

Ь, I - ширина и длина опорной пластины закладной детали;

с расстояние от оси анкера до края основания (краевое расстояние);

сI расстояние от оси анкера до края основания в направлении I (для анкера, работающего на сдвиг, направление I выбирают перпендикулярно к краю в направлении сдвигающего усилия);

С2 расстояние от оси анкера до края основания в направлении 2 (направление 2 выбирают перпендикулярно к направлению 1);

Cmin минимально допустимое расстояние от оси анкера до края основания.

[5, пункт 3.3]_

</ диаметр анкера или армату рного стержня;

dnom внешний диаметр анкера (номинальный диаметр для стержневой арматуры);

//«•/ рабочая глубина заделки;

И толщина бетонного основания; fburnt общая глубина заделки анкера в основание;

.V расстояние (шаг) между осями анкеров в закладной детали (межосевое расстояние);

s| расстояние (шаг) между осями анкеров в закладной детали в направлении

1;

S2 расстояние (шаг) между осями анкеров в закладной детали в направлении

2;

Sma минимально допустимое расстояние (шаг) между осями анкеров в закладной детали.

[5, пункт 3.3]_

Внешние си ня на закладную Останы N растягивающая сила:

V сдвигающая сила;

М изгибающий момент относительно оси, находящейся в плоскости опорной пластины, проходящий через центр тяжести всех анкеров;

У крутящий момент.

Внутренние усилия:

Nan- растягивающее усилие в одиночном анкере, действующее вдоль оси анкера;

Van сдвигающее усилие в одиночном анкере, действующее перпендикулярно оси анкера;

Nanjot растягивающее усилие в анкерной группе закладной детали;

Vanм сдвигающее усилие в анкерной группе закладной детали.

Предельные устий:

Nun предельное значение осевого растягивающего усилия в одиночным анкере или анкерной группе закладной детали;

Vuit предельное значение сдвигающего усилия в одиночным анкере или анкерной группе закладной детали.

4.1 По расположению анкеров относительно опорной пластины закладные детали разделяют на:

-    с нормальными анкерами (рисунок 3.1);

-    с наклонными анкерами (рисунок 4.1);

-    с комбинированным расположением анкеров (рисунок 4.1).

a-в с наклонными анкерами, приваренными внахлестку и нормальными: г с наклонными анкерами, приваренными пол слоем флюса Рисунок 4.1 - Закладные детали с нормальными, наклонными и комбинированными анкерами

4.2    По толщине опорной пластины следует различать закладные детали:

-    с жесткой пластиной;

-    с гибкой пластиной.

4.3    По конструкции анкеров следует различать закладные детали:

-    с анкерами без усиления;

-    с анкерами с усилением на концах в виде анкерных пластин, высаженных головок, приваренных коротышей и др.;

-    с двумя анкерными пластинами по типу «закрытый столик»;

-    с жесткими сдвиговыми анкерами, воспринимающих сдвигающую силу: упорами («шпорами»), шпонками и т.п.;

-    с гибкими сдвиговыми анкерами.

5.1    Расчет закладных деталей следует выполнять по предельным состояниям первой и второй группы согласно ГОСТ 27751. Расчеты по предельным состояниям первой группы (по прочности) выполняют в соответствии с разделом 8. Расчеты по предельным состояниям второй группы (по деформациям) в случае необходимости ограничения деформаций или же вычисление податливости, выполняют в соответствии с разделом 9.

5.2    Расчет на динамические воздействия и сейсмические должен выполняться с учетом дополнительных указаний.

5.3    При размещении анкеров закладных деталей в основании должны быть соблюдены конструктивные требования к толщине основания, минимальным краевым и межосевым расстояниям установки анкеров, минимальной прочности основания, приведенные в разделе 10.

Примечание- Конструктивные требования к размещению анкеров определяются условиями сохранения целостности основания

5.4

При размещении закладных деталей следует выделять зоны расположения вблизи и вдали от края основания (рисунок 5.1). Закладная деталь считается расположенной вблизи от края при попадании хотя бы одного из анкеров группы в соответствующую зону по рисунку 5.1.

[5, пункт 4.5]

Примечание- Выделение зон установки «вблизи от края» и «вдали от края» позволяет отказаться от ряда проверок прочности

К расстояние, определяющее границу зоны размещения анкеров вблизи от края: / зона размещения анкеров вблизи от края: 2 зона размещения анкеров вдали от края: 3 анкер, расположенный вблизи от края (с < /<•); 4 анкер, расположенный вдали от края (с > /е).

Рисунок 5.1 - 'Зоны размещения закладной летали