IYI н мистере г во строител ьст ва и жилищно-коммунального хозяйства Российском Федерации

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

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ МО РАСЧЕТУ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИИ

Москва 2015

3 ikkoi.iii: к 63.1333»

Методическое пособие разработано авторским коллективом специалистов НИИСФ РАССН под руководством Н.Н. Грекина.

УДК 624.012.4.04

Содержит указания СП 63.13330.2012 по проектированию бетонных и железобетонных конструкций без предварительного напряжения арматуры, положении, детализирующие эти указания, примеры расчета, а также рекомендации необходимые для проектирования.

Для инженеров, проектировщиков, а также студентов строительных

вузов.

Таблиц 30, иллюстраций 78.

УДК 624.012.4.04

Содержит указания СП 63.13330.2012 по проектированию предварительно напряженных конструкций, положения, детализирующие эти указания, примеры расчета, а также рекомендации необходимые для проектирования.

Для инженеров, проектировщиков, а также студентов строительных

вузов.

4

посоыи: к бзлзззо

Вид сопротив ления Бетон Нормативные значения сопротивления бетона Rb.n и Rbt.n., МПа, и расчетные значения сопротивления бетона для предельных состояний второй группы Rb.s4r и Rbbur.y МПа, при классе бетона по прочности на сжатие В20 В25 взо В35 В40 В45 В50 В55 В60 В70 В80 В90 BI00 Сжатие осевое (призменная прочность) И /(*,1,7 Тяжелый, мелко зернистый 15 18,5 22 25.5 29 32 36 39,5 43 50 57 64 71 Растяже ние осевое * /(*1.ИГ Тяжелый, мелко зернистый 1,35 1,55 1,75 1,95 2.10 2,25 2.45 2.60 2.75 3,00 3,30 3.60 3,80

Примечание - Для мелкозернистого бетона на песке с модулем кру пностн 2.0 и менее значения расчетных сопротивлений Кц.-Кн.*т следует принимать с умножением на коэффициент 0.8.

2.1.11 Расчетные сопротивления бетона осевому сжатию /б. и осевому растяжению Иы для предельных состоянии первой группы определяют по формулам:

«.-V «.-V

г*    г*.

Значения коэффициента надежности по бетону при сжатии ^принимают равными

-    для расчета по предельным состояниям первой группы:

1,3 - для тяжелого и мелкозернистого бетонов;

-    для расчета по предельным состояниям второй группы: 1,0.

Значения коэффициента надежности по бетону при растяжении я* принимают равными:

-    для расчета по предельным состояниям первой группы при назначении класса бетона по прочности на сжатие:

1,5 - для тяжелого и мелкозернистого бетонов.

13

iiocobiit: к* 63.13330

-    для расчета по предельным состояниям первой группы при назначении класса бетона по прочности на растяжение:

1,3 - для тяжелого и мелкозернистого бетонов,

-    для расчета по предельным состояниям второй группы 1,0.

Расчетные сопротивления бетона Rh и Rh, (с округлением) в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие и осевое растяжение приведены соответственно в таблицах 2.5 и 2.6.

Таблица 2.5

Вид сопротив ления Бетон Расчетные значения сопротивления бетона Rb и /6>(, МПа, для предельных состояний первой группы при классе бетона по прочности на сжатие В20 В25 ВЗО В35 В40 В45 В 50 В55 В60 В 70 В 80 В 90 3100 Сжатие осевое (призменная прочность) /6, Тяжелый, мелко зернистый 11,5 14,5 17,0 19,5 22,0 25,0 27,5 30,0 33.0 37,0 41,0 44,0 47,5 Растяже ние осевое Rb, Тяжелый. мелко зернистый 0.90 1,05 1,15 1,30 1,40 1,50 1,60 1,70 1.80 1,90 2,10 2,15 2.20

Прн мечания 1    Для мелкозернистого бетона на песке с модулем крупности 2.0 н менее значения расчетных сопротивлений Кы следу ет принимать с умножением на коэффициент 0.8. 2    Дзя тяжелых бетонов классов В70-В100 расчетные значения сопротивления осевому сжатию/0. и осевому растяжению Мы приняты с у четом дополнительного понижающею коэффициента учитывающего > велнченне хрупкости высокопрочных бетонов в свя ш с у мсньшснисм деформации 360 - в п    * ползучести и равного г ---где п - к.тасс бетона по прочности на сжатие. зоо

14

ПОСОБИЕ К 63.13330

Вид сопротив ления	Бетон	Расчетные значения сопротивления бетона для предельных состояний первой группы Rh,, МПа, при классе бетона по прочности на осевое растяжение
		В/0,8	В, 1,2	В, 1,6	В,2,0	В,2.4	В,2.8	В,3,2
Растяжение осевое Rh,	Тяжелый, мелко зернистый	0,62	0,93	1,25	1,55	1,85	2,15	2,45

Расчетные значения сопротивления бетона осевому сжатию Rb.ur и осевому растяжению Rb,.„r для предельных состоянии второй группы принимают равными соответствующим нормативным сопротивлениям, те вводят в расчет с коэффициентом надежности по бетону у, 7Ы- 1,0. Значения /fo_<frr и Rbu*r приведены в таблице 2.4.

2.1.12    В необходимых случаях расчетные сопротивления бетона умножаются на следующие коэффициенты условий работы у»:

а)    уь\ - для конструкций, вводимый к расчетным значениям /6, и /6*. и учитывающий влияние длительности действия статической нагрузки:

уьI = 1,0- при непродолжительном (кратковременном) действии нагрузки;

#,1 = 0,9 - при продолжительном (длительном) действии нагрузки;

б)    уьз = 0,85 - для конструкций, бетонируемых в вертикальном положении при высоте слоя бетонирования свыше 1,5 м, вводимый к расчетному значению /6>;

Деформационные характеристики бетона

2.1.13    Значение начального модуля упругости бетона при сжатии и растяжении Еъ принимают в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие R согласно таблице 2.7

15

ПОСОБИЕ К 63.13330

Бетон	Значения начального модуля упругости бетона при сжатии и растяжении Eis МПа 10'\ при классе бетона по прочности на сжатие
	В20	В25	ВЗО	В35	В40	В45	В 50	В55	В60	В70	В80	В90	В100
Тяжелый	27,5	30,0	32,5	34,5	36,0	37,0	38,0	39,0	39,5	41,0	42,0	42,5	43
Мелкозернистый групп: А - естественного твердения	22,0	24,0	26,0	27,5	28.5
Б - автоклавного твердения	18,0	19,5	21,0	22,0	23,0	23,5	24,0	24,5	25,0	-	-	-	-

2.1.14 Значения коэффициента поперечном деформации бетона (коэффициента Пуассона) допускается принимать \\р = 0,2.

Модуль сдвига бетона G принимают равным 0,4 соответствующего значения Еь, указанного в таблице 2.7

При продолжительном действии нагрузки значения модуля деформаций бетона определяют по формуле

где, фь.ст - коэффициент ползучести бетона, принимаемый согласно 2.1.15.

2.1.15 Значения коэффициента ползучести бетона (рь.сг принимают в зависимости от условий окружающей среды (относительной влажности воздуха) и класса бетона. Значения коэффициентов ползучести тяжелого, мелкозернистого бетонов приведены в таблице 2.8.

16

ПОСОБИЕ К 63.13330

Относительная влажность воздуха окружающей среды.% Значения коэффициента ползучести ф*-сг при классе бетона на сжатие В10 В15 В20 В25 взо В35 В40 В45 В50 В55 В60-В100 выше 75 (повышенная) 2,8 2,4 2,0 1,8 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 40-75 (нормальная) 3,9 3,4 2,8 2,5 2,3 2,1 1,9 1,8 1,6 1,5 1,4 ниже 40 (пониженная) 5,6 4,8 4,0 3,6 3,2 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0

Примечание - Относительную влажность воздуха окружающей среды принимают

2.1.16    Значения коэффициента линейной температурной деформации бетона при изменении температуры от минус 40 °С до плюс 50°С принимают:

аы =Г10’⁵°С'¹ - для тяжелого и мелкозернистого бетона;

2.1.17    Для определения массы железобетонной или бетонной конструкции плотность бетона принимается равной, кг/м³: для тяжелого бетона - 2400, мелкозернистого - 2200.

Плотность железобетона из тяжелого бетона при содержании арматуры 3% и менее может приниматься равной 2500 кг/м³; при содержании арматуры свыше 3% плотность определяется как сумма масс бетона и арматуры на единицу объема железобетонной конструкции. При этом масса 1 м длины арматурной стали принимается по приложению 3, а масса листовой и фасонной стали - по государственным стандартам.

При определении нагрузки от собственного веса конструкции удельный вес ее в кН/м³ допускается принимать равным 0,01 плотности в кг/м³.

Диаграммы состояния бетона

2.1.18    Диаграммы состояния бетона используют при расчете железобетонных элементов по нелинейной деформационной модели.

17

IKK01,11 К К 63.13330

В качестве расчетных диаграмм состояния бетона, определяющих связь между напряжениями и относительными деформациями, могут быть использованы диаграммы бетона: криволинейные, в том числе с ниспадающей ветвью, либо упрощенные кусочнолинейные (двухлинейные и трехлинейные), отвечающие поведению бетона При этом должны быть обозначены основные параметрические точки диаграмм (максимальные напряжения и соответствующие деформации, граничные значения и т.д )

2.1.19 Фактическая диаграмма а-#;, полученная экспериментально в основном для тяжелого бетона, имеет незначительный начальный линейный участок упругой работы бетона и выраженное криволинейное очертание на оставшемся восходящем (стадия накопления повреждений) и нисходящем (стадия разрушения) участках (рис.2.1). Следует отметить, что соотношение упругих и неупругнх деформаций бетона не остается постоянным и меняется в зависимости от многих факторов: вид и класс бетона: скорость и xapaiaep нагружения, температурно-влажностные условия и т.д. С увеличением класса бетона доля неупругнх деформаций бетона снижается, в результате чего уменьшается кривизна диаграммы а-е и для высоких классов бетона она приближается к линейной на большей части восходящего участка диаграммы То же самое происходит и с увеличением скорости нагружения.

Рисунок 2.1 - Криволинейные диаграммы деформирования бетона

1S

НОС'ОБИЕ К 63.13330

Введение

Настоящее Пособие разработано в развитие Свода Правил СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции Основные положения».

В Пособии приведены все указания по проектированию СП 63.13330.2012, положения, детализирующие эти указания, примеры расчета элементов, а также рекомендации по проектированию. В пособии также приведены материалы по проектированию конструкции с ненапрягаемои высокопрочной арматурой.

В пособии нс приведены детальные указания по расчету линейных железобетонных систем, элементы которых могут иметь напрягаемую арматуру (фермы, арки, и т.п.). Эти положения освещены в соответствующих Сводах Правил и пособиях

Единицы физических величин, приведенные в Пособии: силы выражены в ньютонах (Н) или кплонмотонах (кН); линейные размеры - в мм (для сечений) или в м (для элементов или их участков); напряжения, сопротивления, модули упругости - в мегапаскалях (МПа); распределенные нагрузки и усилия - в кН/м или Н/мм. Поскольку 1 МПа = 1 Н/мм\ при использовании в примерах расчета формул, включающих величины в МПА (напряжения, сопротивления и т.п.), остальные величины приводятся только в Н и мм (мм²).

В таблицах нормативные и расчетные сопротивления и модули упругости материалов приведены в МПа и в кгс/см².

Пособие разработано в АО «ЦНИИПромзданнй» - Генеральный директор докт. техн. наук В.В. /'ранее, авторский коллектив - доктора технических наук Э.Н. Кодыш, Н.Н. Трети, инженеры - В.Г. Наумов, К.К Соседов, И.А. Терехов, Д.Н. Трети при участии «НИИЖБ» (доктора технических наук -А.М. Звездов, Т.А. Му хаме Он ев).

Отзывы и замечания просим присылать по адресам:

127238, Москва, Дмитровское шоссе, 46, корп. 2, АО «ЦНИИПромзданнй»

5

ПОСОБИЕ К 63.13330

Область применения

Рекомендации настоящего Пособия распространяются на проектирование железобетонных конструкций зданий и сооружений, выполняемых из тяжелого и мелкозернистого бетона с предварительным напряжением арматуры и эксплуатируемых в климатических условиях России при систематическом воздействии температур нс выше 50°С и не ниже минус 70°С в среде с неагрессивной степенью воздействии при статическом действии нагрузки.

Рекомендации Пособия не распространяются на проектирование трубобетонных, сталежелезобетонных и фнбробетонных конструкций, бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений, мостов, тоннелей, труб под насыпями, покрытий автомобильных дорог и аэродромов и некоторых других специальных сооружений, а также на конструкции изготовляемые из бетонов средней плотностью свыше 2500 кг/м³, бетонополимеров и полимербетонов, бетонов на известковых, шлаковых и смешанных вяжущих, на гипсовом и специальных вяжущих, бетонов на специальных и органических заполнителях

1 Общие положения

1.1    При проектировании железобетонных конструкций, кроме выполнения расчетных и конструктивных требований настоящего Пособия, должны выполняться технологические требования по изготовлению и возведению конструкций, а также должны быть обеспечены условия для надлежащей эксплуатации зданий и сооружений с учетом требований по экологии согласно соответствующим нормативным документам.

1.2    В сборных конструкциях особое внимание должно быть уделено прочности и долговечности соединений.

1.3    Расчетная зимняя температура наружного воздуха принимается согласно СП 131.13330.2012. Расчетные технологические температуры устанавливаются заданием на проектирование.

1 4 Расчеты железобетонных конструкций следует производить по предельным состояниям:

- предельные состояния первой группы (по полной непригодности к эксплуатации вследствие потерн несущей способности) включают в себя: расчет по прочности, расчет на устойчивость, расчет на защиту от прогрессирующего обрушения, расчет на усталостное

6

IKK01,11 К К 63.13330

разрушение от многократно повторяющихся или цикличных нагрузок, расчет на всплывание заглубленных сооружении и т.д.;

- предельное состояние второй группы (по непригодности к нормальной эксплуатации вследствие чрезмерного раскрытия трещин, появления недопустимых деформации и др ).

Расчеты по предельным состояниям первой группы, содержащиеся в настоящем Пособии, включают расчеты по прочности с учетом в необходимых случаях деформированного состояния конструкции перед разрушением

Расчеты по предельным состояниям второй группы, содержащиеся в настоящем Пособии, включают расчеты по раскрытию трещин и по деформациям.

Расчет по предельным состояниям конструкции в целом, а также отдельных ее элементов следует, как правило, производить для всех стадий - изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации, при этом расчетные схемы должны отвечать принятым конструктивным решениям работы конструкции на этой стадии.

1.5    Определение усилий и деформаций от различных воздействий в конструкциях и в образуемых ими системах зданий и сооружений следует производтъ с учетом возможного образования трещин и неупругнх деформаций в бетоне и арматуре (физическая нелинейность), а также с учетом в необходимых случаях деформированного состояния конструкций перед разрушением (геометрическая нелинейность).

Для статически неопределимых конструкций, методика расчета которых с учетом физической нелинейности еще недостаточно разработана, допускается определять усилия в предположении линейной упругости материала.

Расчеты статически неопределимых конструктивных систем рекомендуется производить на компьютерах с использованием современных программных комплексов, основанных на математических методах расчета, например, методом конечных элементов. Допускается использовать достаточно обоснованные приближенные методы.

1.6    Нормативные значения нагрузок и воздействий, коэффициенты сочетаний, коэффициенты надежности по нагрузке, коэффициенты надежности по назначению, а также подразделение нагрузок на постоянные и временные (дл1ггельные и кратковременные) применяют согласно СП 20.13330.2011 и ГОСТ 27751-2014.

1.7    При расчете элементов сборных конструкций на воздействие усилий, возникающих при их подъеме, транспортировании и монтаже, нагрузку от всех элементов следует принимать с коэффициентом динамичности, равным: 1,60 - при транспортировании, 1,40 - при подъеме и монтаже. В этом случае следует учитывать также коэффициенты надежности по нагрузке.

7

ikkoi.iii: к бзлзззо

Допускается принимать более низкие, обоснованные в установленном порядке, значения коэффициентов динамичности, но не ниже 1,25.

2 Материалы для железобетонных конструкций

2.1 Веток

Показатели качества бетона н их применение при проектировании

2.1.1 Для железобетонных конструкций, проектируемых в соответствии с требованиями настоящего Пособия, следует предусматривать бетоны следующих классов и марок, приведенный в таблице 2.1:

Таблица 2.1

Бетон Классы по прочности на сжатие Марки по морозостойкости Марки по водонепроницаемости Тяжелый В20; В25: ВЗО; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В70; В80; В90; В100 F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500; F600; F700; F800; FIOOO W2; W4; W6; W8; WIO; WI2; W14; W16; W18; W20 Мелкозернистый групп: А - естественного твердения или подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении В20; В25; ВЗО; В35; В40 F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500; F600; F700; F800; FI000 W2; W4; W6; W8; WIO; WI2; VVI4; W16; W18; W20 Б - подвергнутый автоклавной обработке В15; В20; В25; ВЗО; В35; В40; В45; В50; В55; В60

2.1.2 Возраст бетона, отвечающий его классу по прочности на сжатие (проектный

возраст), назначают при проектировании, исходя из возможных реальных сроков загружения конструкции проектными нагрузками. При отсутствии этих данных класс бетона устанавливают в возрасте 28 суток.

ikkoi.iii: к 63.13330

2.1.3    Значение отпускной прочности бетона в элементах сборных конструкций следует назначать в соответствии с ГОСТ 13015 и стандартами на конструкции конкретных видов.

2.1.4    Класс бетона по прочности на сжатие И назначают для всех видов бетонов и конструкций

Марку бетона по морозостойкости /•' назначают для конструкций, подверженных в процессе эксплуатации попеременному замораживанию и оттаиванию (надземные конструкции, подвергающиеся атмосферным воздействиям, находящиеся во влажном грунте или под водой и др.).

Марку бетона по водонепроницаемости W назначают для конструкций, к которым предъявляют требования ограничения водопроницаемости (резервуары, подпорные стены и др)

2.1.5    Класс бетона, в котором расположена напрягаемая арматура без анкеров, следует принимать:

-    для арматуры классов А600, АнбООС [1], А800, .Вр1400, Bp 1500 - не ниже В20,

-    для арматуры классов А1000, Вр1200, Вр1300, К1400, К1500 - не ниже ВЗО

Примечание - Классы арматуры приведены в 2.2.

2.1.6    Передаточную прочность бетона Rh_P (прочность бетона к моменту' его обжатия, контролируемая аналогично классу бетона по прочности на сжатие) следует назначать не менее 15 МПа и не менее 50% принятого класса бетона по прочности на сжатие

2.1.7    Не допускается применять мелкозернистый бетон для предварительно напряженных железобетонных конструкций пролетом свыше 12м без экспериментального обоснования

2.1.8    Марку бетона по морозостойкости в зависимости от требований, предъявляемых к конструкциям, режима их эксплуатации и условий окружающей среды, согласно разделу 5.4 СП 28 13330, следует принимать:

-    для конструкций зданий и сооружений (кроме наружных стен отапливаемых зданий) - по таблице 2.2;

-    для наружных стен отапливаемых зданий - по таблице 2.3.

9

ПОСОБИЕ К'63.13330

Таблица 2.2 - Требования к бетону конструкций, работающих в условиях знакопеременных температур

Условия работы конструкций Марка бетона по морозостойкости, не ниже Характеристика режима Расчетная зимняя температура наружного воздуха, °С 1. Попеременное замораживание и Ниже -40 F1000 (F450)* оттаивание: Ниже -20 до -40 включ. F800 (F300) а) в водонасыщенном состоянии при Ниже -5 до -20 включ. F600 (F200) действии морской воды (приливная зона. - 5 и выше F400 (F100) действие соленых брызг, волн и т.п.), минерализованных, в том числе надмерзлотных вод, противогололедных реагентов, (тротуарные плиты, лестничные марши и др.) б) в водонасыщенном состоянии при Ниже -40 F300 действии пресных вод Ниже -20 до -40 включ F200 Ниже -5 до -20 включ F150 - 5 и выше F100 в)в условиях эпизодического Ниже -40 F200 водонасыщення (например, надземные Ниже -20 до -40 включ F150 конструкции, постоянно подвергающиеся Ниже -5 до -20 включ F100 атмосферным воздействиям) - 5 и выше F75 г) в условиях воздушно-влажного состояния. Ниже -40 F150 в отсутствии эпизодического водонасыщення Ниже -20 до-40 включ F100 (например, конструкции, постоянно Ниже -5 до -20 включ F75 подвергающиеся воздействию окружающего - 5 и выше F75 воздуха, но защищенные от воздействия атмосферных осадков) 2. Возможное эпизодическое воздействие Ниже -40 F200 температуры ниже 0 °С Ниже -20 до-40 включ F150 а) в водонасыщенном состоянии (например. Ниже -5 до -20 включ F100

10

IKK01,11 К к 63.13330

Таблица 2.3 - Требования к морозостойкости бетона стеновых конструкций

Условия работы конструкций Минимальная марка бетона по Относительная влажность Расчетная зимняя морозостойкости наружных стен внутреннего воздуха температура наружного отапливаемых зданий помещения фщ,, % воздуха, °С Ниже -40 F200 (pint > 75 Ниже -20 до -40 включ. F100 Ниже -5 до -20 включ. F70 - 5 и выше F50 Ниже -40 F100 60 < (pmt <75 Ниже -20 до -40 включ. F50 Ниже -5 до -20 включ. - - 5 и выше - Ниже -40 F75 фии < 60 Ниже -20 до -40 включ - Ниже -5 до -20 включ. - - 5 и выше -

Примечания: 1    При наличии паро- и пирон юляцнн конструкций марки бетонов по морозостойкости. указанные в настоящей таблице, могут быть снижены на один у ровень. 2    Расчетная зимняя температура наружного воздуха принимается согласно СП 131.13330 как температура наиболее холодной пятидневки.

Нормативные и расчетные характеристики бетона

2.1.10 Нормативные значения сопротивления бетона осевому сжатию (призменная прочность) Rb.„ и осевому растяжению (при назначении класса по прочности на сжатие) Rbut принимают в зависимости от класса бетона И согласно таблице 2.4.

При назначении класса бетона по прочности на осевое растяжение В, нормативные сопротивления бетона осевому растяжению Иы.п в МПа принимают равными числовой характеристике класса бетона на осевое растяжение

12