VIинистерство строите.iьства н жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации

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

М е го д и ч ес к и е р е ко м е и д а ц и и

Методические рекомендации по расчету и проектированию сталежелезобетонных перекрытий

Москва 2018

Содержание

Введение...........................................................................................................................4

1    Область применения...........................................................................................5

2    Нормативные ссылки..........................................................................................6

3    Термины и определения.....................................................................................7

4    Общие положения и рекомендации по проектированию...............................8

4.1    Типы сталежелезобетонных конструкций........................................................8

4.2    Нагрузки и воздействия......................................................................................9

4.3    Дополнительные положения по расчетам......................................................10

4.4    Материалы и номенклатура металлопродукции............................................11

4.4.1    Рекомендации по учету ползучести, усадки и образования трещин при

назначении модуля упругости бетона.............................................................11

4.4.2    Расчет по линейным и нелинейным диаграммам работы стали и бетона... 12

4.4.3    Номенклатура металлопродукции...................................................................13

5    Рекомендации к проектированию и расчет сталежелезобетонных

плите профилированным настилом................................................................14

5.1    Общие положения по проектированию..........................................................14

5.2    Общие положения по расчетам.......................................................................14

6    Рекомендации к проектированию и расчетам комбинированных балок... 15

6.1    Комбинированные балки, полностью обетонированные прямоугольного

сечения...............................................................................................................15

6.2    Комбинированные балки, полностью обетонированные таврового

сечения...............................................................................................................19

6.3    Комбинированные балки с опиранием железобетонной плиты на

нижний пояс стальной балки...........................................................................21

6.4    Расчет по образованию и раскрытию трещин................................................21

Рекомендации к проектированию и расчетам сдвиговых соединений.......25

7.1    Требования к гибким и жестким упорам........................................................25

7.2    Расчет конструкции объединения железобетонной плиты со стальной

балкой.................................................................................................................26

7.3    Проектирование соединительных элементов.................................................29

7.3.1 Распределение сдвигающих усилий по шву объединения железобетонной

плиты и стальной балки в сложных случаях воздействий............................29

Расчет в случае локального разрушения конструкций производят только по предельным состояниям первой группы. Развитие неупругих деформаций, перемещения конструкций и раскрытие в них трещин в рассматриваемой чрезвычайной ситуации не ограничивают, если иное не предусмотрено в задании на проектирование.

4.3.3 Помимо расчета элементов перекрытий, должна выполняться проверка устойчивости системы всего каркаса здания, как самостоятельный вид расчета. В этом случае отношение критических нагрузок к расчетным должно быть не менее коэффициента надежности по устойчивости системы Ystab, значения которого указаны в СП 266.1325800.2016 (4.3.6).

Для многоэтажных и высотных зданий общая устойчивость должна быть обеспечена в соответствии с требованиями СП 267.1325800.

4.4 Материалы и номенклатура металлопродукции

4.4.1    Рекомендации но учету ползучести, усадки и образовании трещин при назначении модуля упругости бетона

4.4.1.1    При выполнении расчетов учет ползучести, усадки и образования трещин осуществляется по-разному, в зависимости от методики расчета и возможностей используемой компьютерной программы.

4.4.1.2    Расчеты с использованием диаграмм деформирования материалов выполняются, как правило, с использованием расчетных программных комплексов. Если программный комплекс допускает непосредственный учет ползучести бетона, то допускается использовать диаграмму деформирования бетона для кратковременных нагрузок, а ползучесть учитывается установкой соответствующих параметров расчета (установка соответствующего указателя в разделе или в окне, отвечающем за организацию счета). При этом, не зависимо от результатов расчета, все проверки прочности, предписываемые СП 266.1325800, должны быть выполнены отдельно.

Если при расчете с использованием диаграмм деформирования материалов программа не допускает учет ползучести в явном виде, то для расчета следует

использовать диаграммы состояния сжатого бетона, соответствующие длительной нагрузке.

При использовании расчетных программных комплексов, ориентированных на зарубежные нормы проектирования, следует иметь в виду, что развитие ползучести в них отличается от отечественных норм. Разница с Еврокодами, например, во времени протекания ползучести приблизительно 10-кратная. Это следует иметь в виду при выборе того или иного способа учета ползучести бетона.

4.4.1.3    Если конструкция рассчитывается как линейно-упругая, то ползучесть и нелинейность работы бетона учитывается снижением модуля упругости бетона. Снижение модуля упругости выполняется по методике СП 63.13330. Если в результате расчета выявляется, что бетон работает с трещинами, то для уточнения результатов выполняется повторный расчет с дополнительным снижением модуля упругости бетона с помощью умножения на коэффициент 0,667 (2/3).

4.4.1.4    Усадка бетона создает в конструкциях напряжения, которые со временем релаксируют в значительной степени. При расчете усадка учитывается по методике [10]. Учет усадки необходим только в случаях, когда она происходит в условиях стеснения деформаций и только в протяженных конструкциях. При использовании программных расчетных комплексов усадку следует учитывать или непосредственно (задавая соответствующий параметр счета) или моделировать ее с помощью температурного воздействия, исходя из коэффициентов температурного расширения материалов.

4.4.2    Расчет по линейным и нелинейным диаграммам работы стали и бетона

4.4.2.1 Диаграммы состояния (деформирования) бетона, арматуры и стали используют при расчете сталежелезобетонных элементов по нелинейной деформационной модели.

44.2.2    Диаграмма состояния сжатого бетона принимается по СП 63.13330.2012 (6.1.19 6.1.26). Рекомендуется использование трехлинейной диаграммы.

4.4.2.3    Диаграмма состояния арматуры принимается по СП 63.13330.2012 (6.2.13 6.2.15).

4.4.2.3    Диаграмма состояния конструкционной стали принимается по СП

16.13330.2017 (4.2.4 и рисунку В. 1 приложения В). Рекомендуется использование двухлинейной диаграммы по точкам OBD (или OACD - с моделированием упруго-пластического    перехода) с    обязательным

ограничением деформаций текучести.    Использование    «бесконечной»

диаграммы Прандтля, в которой деформации текучести не имеют ограничений, при моделировании сталежелезобетонных конструкций не допускается.

4.4.3    Номенклатура металлопродукции

4.4.3.1    Размеры сечения профилей профилированного настила для сталежелезобетонных плит с профилированным настилом должны отвечать требованиям ГОСТ Р 24045, СТО 573938459-001-2010 [11], СТО 57398459-30-2008 [12], техническим условиям или другим стандартам организации, утвержденным в установленном порядке.

4.4.3.2    В качестве профилей стальных балок следует применять прокатные профили по ГОСТ Р 57837 [2]. Применение элементов из фасонного проката значительно облегчает конструирование, проектирование и расчет сталежелезобетонных конструкций.

При проектировании изгибаемых элементов следует использовать прокатные двутавры типов Б (балочные нормальные), III (широкополочные), ДБ и ДШ (нормальные и широкополочные дополнительных серий) (обозначения по ГОСТ Р 57837-2017). Допускается использовать сечения, усиленные листом со стороны наиболее нагруженной полки. При необходимости минимизации строительной высоты перекрытий, а также при опирании настила перекрытий (монолитного или сборного) на нижнюю полку стальной балки следует использовать двутавры типов К (колонные) или ДК (колонные дополнительных серий).

5 Рекомендации к проектированию и расчет

сталежелезобетонных плите профилированным настилом

5.1    Общие положения по проектированию

5.1.1    Проектирование сталежелезобетонных плит с профилированных настилом следует выполнять согласно СП 266.1325800.

5.1.2    Для профилированных листов по СТО 573938459-001-2010 [11] и СТО 57398459-30-2008 [13] ООО «Стальные конструкции - Профлист» разработаны СТО 57398459-035-2014 [14] и СТО 57398459-002-2011 [12] с рекомендациями по проектированию.

5.2    Общие положения по расчетам

При расчете сталежелезобетонных плит перекрытий с профилированным настилом, а также соединительных элементов следует руководствоваться положениями СП 266.1325800, а также возможными другими рекомендациями, утвержденных в установленном порядке с участием предприятия-изготовителя профилированных стальных листов, не противоречащими СП 266.1325800.

6 Рекомендации к проектированию и расчетам комби и и рова и и ых балок

В данном подразделе приведены рекомендации по расчету сталежелезобетонных балок с жесткой арматурой в виде двутавра. Для стальной части сечения использованы диаграмма работы как для идеального жсскопластического материала по СП 266.1325800.2016 (6.2.1.6 и 6.2.1.10).

6.1    Комбинированные балки, полностью обетонированные прямоугольного сечения

6.1.1    Высота сжатой зоны бетона определяется из условий равновесия усилий, действующих в рассматриваемом нормальном сечении элемента.

В общем случае высота сжатой зоны бетона определяется методом последовательных приближений. При этом, на каждом шаге расчета назначается положение границы сжатой зоны, затем проверяется выполнение условий равновесия. Если относительная погрешность выполнения условий равновесия велика, то выполняется уточнение положения границы сжатой зоны и повторный расчет.

6.1.2    Наиболее точные результаты дает расчет с использованием диаграмм деформирования бетона, стального сердечника и стержневой арматуры. При выполнении расчета в стали сердечника и в стали стержневой арматуры допускаются пластические деформации, не превышающие предельные величины, приведенные в СП 16.13330, СП 63.13330 и СП 266.1325800. Работа растянутого бетона не учитывается.

6.1.3    При определении высоты сжатой зоны допускается вводить следующие упрощающие расчетные допущения.

1) Эпюра напряжений в сжатой зоне бетона принимается постоянной (прямоугольной) с ординатой, равной расчетному сопротивлению бетона.

2)    Эпюры напряжений в стальном сердечнике в сжатой и растянутой его частях принимаются постоянными (прямоугольными) с ординатами, равными расчетным сопротивлениям стали при растяжении и сжатии.

3)    Напряжения в сжатой части стального сердечника и в сжатой стержневой арматуре принимаются не больше величины, соответствующей условиям совместной работы стали и бетона.

4)    Допускается в запас прочности пренебрегать работой стенок стальных сердечников (балок) и учитывать в расчете только полки (это позволяет в большинстве случаев отказаться от многократных пересчетов и определить высоту сжатой зоны на первом шаге расчета).

5)    Если по результатам расчета граница сжатой зоны располагается в пределах полки стального сердечника (при изгибе в одной плоскости), то в запас прочности работа этой полки не учитывается.

6)    Если сжатая или растянутая полка расположена близко к границе сжатой зоны, то она работает с неполным расчетным сопротивлением и ее в запас прочности можно не учитывать. То же относится к стержневой арматуре. Ориентировочно (с запасом) можно принять, что сталь работает с неполным расчетным сопротивлением на расстоянии 0,25Л₀ от границы сжатой зоны. Более точно эту величину можно установить, построив в сечении элементы диаграммы деформирования материалов (т.к. это расстояние зависит как от положения границы сжатой зоны, так и от расчетных сопротивлений материалов).

6.1.4    При расчете железобетонных элементов, имеющих полку в сжатой зоне, ширину полки, вводимую в расчет следует принимать в соответствии с указаниями СП 63.13330.2012 (8.1.11).

6.1.5    При расчете по прочности изгибаемых элементов рекомендуется

соблюдать условие х < %_R • Л₀. В случае, когда площадь растянутой арматуры принята большей, чем это требуется для соблюдения условия х <    •    h₀,

допускается предельный изгибающий момент M„i, определять, принимая значение высоты сжатой зоны х =    •    h₀.

6.1.6 Значение следует определять по СП 63.13330.2012 ( 8.1.6).

Далее приведены формулы (6.1) - (6.4) расчета высоты сжатой зоны

изгибаемых элементов при £ = 7- < Все формулы записаны на основании

«о

СП 266.1325800.2016 (6.2.1.6).

6.1 7 Случай 1. Нейтральная ось не пересекает профиль жесткой арматуры и находится ниже верхней гибкой арматуры. Весь двутавр расположен в растянутой зоне.

Расчет положения границы сжатой зоны выполняется по формуле:

.. _ RsAs-RscAs + RyASt+RbAs    ‘£ 1 4 Rub    [ОА)

Рисунок 3.1 - Случай, когда нейтральная ось не пересекает профиль жесткой арматуры и находится ниже верхней гибкой арматуры в обетонированной балке прямоугольного сечения

6.1.8 Случай 2. Нейтральная ось пересекает сжатую (верхнюю) полку жесткой арматуры

Если при определении величины х по формуле (6.2) окажется, что нейтральная ось не пересекает профиль жесткой арматуры (весь профиль находится в растянутой зоне), а при проверке по формуле (6.1) - пересекает стенку профиля, то расчет следует производить, полагая, что нейтральная ось проходит в пределах толщины верхней (на рисунке) полки профиля жесткой арматуры.

6.1.9 Случай 3. Нейтральная ось пересекает стенку жесткой арматуры. Расчет положения границы сжатой зоны выполняется по формуле:

^ _ Ry(bfitfi-bf₂tf₂-t_w(2c+2tfi +h_w))+Rb(tfi(t_w-bf₁)+t_wc-As)-R_sA_s+R_scAs

—2Ryt_w—Rij(b—t_w)

Расчет балки прямоугольного сечения с жесткой арматурой из двутавра приведен в А. 1 (приложения А).

_fe_

Рисунок 6.5 - Случай, когда нейтральная ось пересекает стенку жесткой арматуры в полностью обетонированной балке таврового сечения

6.2.3 Случай 3. Нейтральная ось пересекает сжатую (верхнюю) полку жесткой армату ры.

Если значение х, определенное по формуле (3.3), больше с (нейтральная ось пересекает профиль жесткой арматуры), а значение х, определенное по формуле (3.4), меньше с (нейтральная ось не пересекает профиль жесткой арматуры), то расчет следует производить, полагая, что нейтральная ось проходит в пределах толщины верхней полки профиля жесткой арматуры.

Рисунок 6.6 Случай, когда нейтральная ось пересекает сжатую (верхнюю) полку жесткой арматуры в полностью обетонированной балке таврового

сечения

7.3.2    Расчеты по прочности объединения железобетона и стали упорами.........29

7.3.3    Расчеты по прочности объединения железобетона и стали

высокопрочными болтами, обжимающими железобетон.............................32

Приложение А................................................................................................................34

А. 1 Расчет по прочности и трещиностойкости балки прямоугольного

сечения с жесткой арматурой из двутавра.....................................................34

А.2 Расчет по прочности балки таврового сечения с жесткой арматурой из

двутавра..............................................................................................................40

А.З Расчет по прочности балки с опиранием плиты на нижний пояс................43

А.4 Расчет сдвиговых соединений.........................................................................46

Список использованной литературы...........................................................................61

Расчет балки прямоугольного сечения с жесткой арматурой из двутавра приведен в А.2 (приложения А).

6.3 Комбинированные балки с ониранием железобетонной плиты на нижний пояс стальной балки

Расчет положения границы сжатой зоны выполняется по формуле:

_ RsiAsi⁺Rs2A_S2⁺Ry(bfitfi-bf2tf2+twhw⁺2twtf2)    с\

~    2R_yt_w    '    ‘    '

Рисунок 6.7 Случай, когда нейтральная ось пересекает стенку стального профиля жесткой арматуры в комбинированной балки с опиранием железобетонной плиты на нижний пояс

Расчет балки прямоугольного сечения с жесткой арматурой из двутавра приведен в А.З (приложения А).

6.4 Расчет по образованию н раскрытию трещин

6.4.1 Расчет сталежелезобетонных балок по образованию трещин, нормальных к продольной оси изгибаемого элемента, производят из условия:

М > Mere    (6.6)

где М - изгибающий момент от внешней нагрузки относительно оси, нормальной к плоскости действия момента и проходящей через центр тяжести приведенного поперечного сечения элемента;

Введение

Настоящие методические рекомендации разработаны в развитие положений к СП 266.1325800.2016 «Конструкции сталежелезобетонные. Правила проектирования» в части конструкций, подверженных изгибу. Методические рекомендации составлены с учетом требований Федеральных законов от 27 декабря 2002 г. №184-ФЗ «О техническом регулировании», от 22 июня 2008 г. №123-Ф3 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», от 30 декабря 2009г. №384-Ф3 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

Методические рекомендации разработаны авторским коллективом ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко - институт АО «НИЦ «Строительство», НИИЖБ им. А.А. Гвоздева - институт АО «НИЦ «Строительство», ООО «ТЕХСОФТ: к. т. н. Д.В. Конин (руководитель работы); д. т. н. И И. Ведяков, инженеры А.С. Крылов, Л.С. Рожкова (ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко); д. т. н. С.Б. Крылов (НИИЖБ им. А.А. Гвоздева); д. т. н. В.А. Семенов (ООО «ТЕХСОФТ).

1 Область применения

Настоящие методические рекомендации разработаны в развитие положений СП 266.1325800.2016 и содержат рекомендации для расчета элементов, подверженных изгибу: сталежелезобетонных плит перекрытий с профилированным настилом, комбинированных балок полностью обетонированных прямоугольного и таврового сечения, сдвиговых соединений. Область применения настоящих рекомендаций ограничивается областью применения сталежелезобетонных конструкций, приведенной в СП

266.1325800.2016 (раздел 1).

2 Нормативные ссылки

В дополнение к нормативным ссылкам, приведенным в СП

266.1325800.2016 (раздел 2) в настоящих рекомендациях использованы нормативные ссылки на следующие доку менты:

ГОСТ Р 57837-2017 «Двутавры стальные горячекатаные с параллельными гранями полок. Технические условия»;

СП 16.13330.2017 «СНиП 11-23-81* Стальные конструкции»;

СП 20.13330.2016 «СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия»;

СП 266.1325800.2016 «Конструкции сталежелезобетонные. Правила проектирования»;

СП 294.1325800.2017 «Конструкции стальные. Правила проектирования».

3 Термины н определения

В настоящих рекомендациях приведены термины по ГОСТ 27751, ГОСТ Р 1.4, СП 16.13330, СП 63.13330, СП 266.125800. Л также следующие термины из СП 266.125800.2016 с измененными определениями:

гибкий упор: конструктивный элемент, объединяющий стальную и железобетонную части сталежелезобетонной конструкции при их совместной работе и возможном незначительном взаимном сдвиге; выполняется в виде арматурных петель, коротышей из армату ры или калиброванной стали, стад-болтов с круглой головкой, гибких уголковых упоров и т.д.;

дюбель: стальной гвоздь для соединения профилированного настила и уголковых гибких упоров к опорной балке с помощью специального порохового пистолета.

4 Общие положения и рекомендации но проектированию

4.1 Типы сталежелезобетонных конструкций

Настоящие методические рекомендации разработаны в дополнение к СП

266.1325800.2016 и содержат рекомендации для расчета и проектирования элементов, подверженных изгибу: сталежелезобетонных плит перекрытий с профилированным настилом (рисунок 4.1), комбинированных балок полностью обетонированных прямоугольного и таврового сечения (рисунок 4.2), тавровых балок с оп и раннем железобетонной плиты на нижний пояс двутавровой балки, сдвиговых соединений.

5 -L, i

Рисунок 4.1 -Конструкция сталежелезобетонной плиты, армированная профилированным настилом: / - стальной профилированный настил с рифлеными стенками гофров; 2-элементбалочной клетки; 3- монолитный бетон плиты; -/-стержневой упор; 5 - сетка противоусадочного армирования; 6- соединение гофрированных профилей между собой; 7 рабочая арматура

Рисунок 1.2 - Типовые поперечные сечения комбинированных балок: а полностью обетонированная балка прямоугольного сечения; б полностью обетонированная балка таврового сечения; в тавровая балка с опиранием железобетонной плиты на нижний пояс двутавровой балки

Сталежелезобетонные конструкции являются оптимальным видом конструкций при проектировании и возведении многоэтажных, высотных зданий, конструкций зрелищных сооружений, в т. ч. покрытий стадионов и трибун, перекрытий подтрибунных помещений, а также других видах зданий и сооружений, где требуется повышенная прочность конструкций, и малая строительная высота для перекрытий.

4.2 Нагрузки и воздействия

4.2.1    Нагрузки и воздействия следует принимать согласно требованиям СП 20.13330, в соответствии со специальными техническими условиями на проектирование данного объекта (если таковые разработаны), а также в соответствие с заданием на проектирование, учитывающим специфические виды нагрузок, данные для которых могут быть приведены в СП 20.13330 не в полном объеме. Для сложных видов нагрузок (снеговые и ветровые) могут использоваться результаты моделирования и продувок в аэродинамических трубах и результаты расчетов нагрузок с использованием специализированных компьютерных программ.

4.2.2    Сочетания нагрузок следует принимать согласно требованиям СП 20.13330.2016 (раздела 6).

4.2.3    Сейсмическое воздействие следует учитывать согласно требованиям СП 14.13330 [3].

4.2.4    Этапы монтажа необходимо учитывать для определения перераспределения усилий и деформаций между элементами конструкции в процессе ее воздействия. Это перераспределение усилий влияет на напряженно-деформированное состояние здания и после его возведения, а также на запас устойчивости конструкций. Особенно сильно это влияние проявляется в зданиях и сооружениях, расчетная схема которых изменяется в процессе возведения из-за использования временных связей, опор и т.д.

Наиболее точно этапы монтажа могут быть учтены с помощью специальных модулей расчетных программных комплексов.

Этапы монтажа учитываются при расчете сталежелезобетонных плит с профилированным настилом согласно СП 266.1325800.2016 (разделу 6.1).

4.2.5 Строительные нагрузки, действующие на конструкцию при монтаже или строительстве (собственный вес, вес подмостей, кранов, работающих людей, инструментов, мелкого оборудования, односторонний распор и др.), а также при изготовлении и транспортировании элементов, следует принимать по проектным данным с учетом предусматриваемых условий производства работ и требований СП 70.13330.

4.3 Лопо.1нще.1ьные положения по расчетам

4.3.1    В расчетных схемах фактические эксцентриситеты, не предусмотренные проектом, моделируются с помощью смещения элементов относительно их проектных положений с помощью введения жестких вставок или с помощью введения дополнительных изгибающих моментов в качестве внешней нагрузки в местах эксцентриситетов.

4.3.2    При необходимости выполнения расчета на стойкость против прогрессирующего (цепного) обрушения при проектировании конструкций должна быть предусмотрена конструктивная схема, не допускающая возможности прогрессирующего обрушения в случае локального разрушения несущих конструкций или их элементов, при аварийных воздействиях, не предусмотренных условиями нормальной эксплуатации зданий (пожары, взрывы, ударные воздействия транспортных средств, несанкционированная перепланировка и т.п.).

Соответствующие расчеты конструкций и их элементов следует проводить при учете постоянных и длительных нагрузок и воздействий (при коэффициентах надежности по нагрузке у/ = !)• Расчетные прочностные и деформ анионные характеристики материалов следует принимать равными их нормативным значениям. В случае необходимости учет кратковременных нагрузок и воздействий следует предусматривать в задании на проектирование.