центральный научно-исследовательский

И ПРОЕКТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ПРОМЫШЛЕННЫХ зданий и СООРУЖЕНИЙ (ЦНИИПРОМЗДАНИЙ) ГОССТРОЯ СССР

РУКОВОДСТВО

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ С КАРКАСОМ ИЗ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ДЛЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ РАЙОНОВ

Москва

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ (ЦНИИПРОМЗДАНИЙ) ГОССТРОЯ СССР

РУКОВОДСТВО

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ С КАРКАСОМ ИЗ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ДЛЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ РАЙОНОВ

ИЗДАТБЛ ЬСТВО

ЛИТЕРАТУРЫ

ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ

Москва — 1972

где С_к— жесткость колонны на уровне ее верхней точки закрепления (горизонтальная реакция в верхней точке закрепления от перемещения последней на единицу); k - коэффициент, принимаемый для колонн жестко защемленных внизу и с шарнирной опорой вверху равным 1,6; £б“ начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении;

Ь— горизонтальный размер грани колонн в направлении, перпендикулярном размеру п\ для двухветвевых колонн при расчете каркаса в продольном направлении здания размер b принимается равным удвоенной величине горизонтального размера грани одной ветви в направлении, перпендикулярном размеру Л.

1.14.    В случае если центр жесткости каркаса здания (отсека) не совпадает в плане с центром его массы (при несимметричном распределении масс или жесткостей), то при распределении сейсмических нагрузок следует учитывать влияние поворота здания (отсека).

Полная сейсмическая нагрузка с учетом поворота каркаса здания (отсека) может быть определена в соответствии с указаниями «Инструкции по определению расчетной сейсмической нагрузки для зданий и сооружений»¹.

Примечание. Для отсеков одноэтажных каркасных зданий, у которых имеется эксцентрицитет между центром жесткости и центром масс вследствие несимметричного расположения наружных навесных стен, допускается при расчете каркаса на действие сейсмических сил не учитывать влияние поворота; при этом величины сейсмических нагрузок следует вычислять в предположении наличия наружных стен по всему контуру отсека.

1.15.    При расчете конструкций на прочность помимо коэффициентов условий работы, принимаемых в соответствии с главами СНиП проектирования конструкций зданий для несейсмических районов, учитывается ввиду кратковременности действия нагрузки дополнительный коэффициент условий работы т_кр, который принимается равным:

а)    для бетонных и железобетонных (обычных и предварительно напряженных) конструкций /п_кр=1,2; в случае расчета сварных стыков и сечений, в которых вся рабочая арматура имеет сварные соединения, а эти сечения определяют несущую способность конструкций, а также для конструкций, указанных в п. 3.1, /п_кр= 1;

б)    для каменных конструкций т_кр=1,2; в случае расчета на срез и растяжение m_Kp= 1;

в) для стальных конструкций т_кр=1,4; в случае расчета сварных соединений m_Kp= 1.

При расчете на устойчивость сжатых и сжатоизогнутых стальных и железобетонных элементов с гибкостью более 100 учитывается дополнительный коэффициент условий работы пг_кр= 1.

1.16.    Расчет оснований зданий с учетом сейсмических воздействий производится по первому предельному состоянию (по несущей способности) в соответствии с указаниями пп. 5.29—5.33 главы СНиП П-Б.1-62 «Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования». При этом учитываются дополнительные коэффициенты условий работы т_кр:

для скальных оснований, а также оснований, сложенных маловлажными крупнообломочными, плотными песчаными и глинистыми грунтами с консистенцией 0,75 и менее— 1,2;

для рыхлых водонасыщенных песков и глинистых грунтов с консистенцией более 0,75 — 0,7;

для всех остальных грунтов — 1.

1.17.    В необходимых случаях следует производить дополнительную проверку здания на опрокидывание от сейсмических воздействий (например, для высоких узких зданий) и на сдвиг по подошве фундаментов (например, фундаментов колонн связевой панели, см. п. 3.2).

2. ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЙ КАРКАС

2.1.    Расчет каркаса здания (отсека) на действие сейсмических нагрузок должен производиться раздельно в поперечном и продольном направлениях, и соответственно в этих направлениях должны быть определены сейсмические силы.

2.2.    При расчетах каркасов зданий (отсеков) с учетом сейсмических воздействий деформации конструкций не ограничиваются, если расчет конструкций удовлетворяет условиям прочности (с учетом в необходимых случаях продольного изгиба и с проверкой устойчивости формы конструкции).

2.3.    Жесткость сечения железобетонных элементов принимается равной £б/, где £б — начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении; / — момент инерции полного бетонного сечения.

При определении жесткости стоек каркаса жесткость

11

стен, запроектированных с соблюдением требований п. 1.6, не учитывается, за исключением жесткости самонесущих каменных стен в направлении, перпендикулярном их плоскости, которая учитывается в соответствии с указанием п. 4.25.

2.4.    При расчете каркасов зданий на особое сочетание нагрузок с учетом действия сейсмических нагрузок расчетные длины колонн /₀ допускается принимать по табл. 19* и 20* главы СНиП П-В. 1-62*.

2.5.    Покрытия и перекрытия зданий, объединяющие рамы каркаса в единый пространственный блок, должны быть возможно более жесткими в горизонтальной плоскости. Для увеличения жесткости и прочности диска покрытия и перекрытия из сборных железобетонных плит должны предусматриваться мероприятия в соответствии с пп. 2.18—2.22 и 2.29.

2.6.    Сварные швы, соединяющие отдельные элементы пролетных конструкций, должны быть проверены на особое сочетание нагрузок с учетом вертикальной сейсмической нагрузки (при m_I<p = 1).

При этом сейсмическая нагрузка определяется по формуле (3), где коэффициенты (3< и тц* принимаются в соответствии с периодом и формой собственных вертикальных колебаний рассчитываемых конструкций. Конструкции, имеющие период первого (основного) тона собственных колебаний больше 0,5 сек, следует рассчитывать с учетом высших форм колебаний, как правило, не более трех. При периодах основного тона Гг^0,5 сек учитывается лишь только первая форма колебаний.

При определении частот и форм собственных колебаний ферм покрытия следует принимать:

а)    жесткости сечений для сжатых и растянутых предварительно напряженных железобетонных элементов — без учета образования трещин (£бД); для растянутых элементов, выполняемых без предварительного напряжения, — без учета работы бетона (E_aF_а);

б)    массы, сосредоточенные ь узлах верхнего пояса ферм, — исходя из суммарной равномерно-распределенной нагрузки, включающей собственный вес покрытия, снег (без учета снеговых мешков), а также подвесной транспорт (влияние которого приводится к эквивалентной равномерно-распределенной нагрузке); при этом коэффициенты перегрузки и коэффициенты сочетаний, не-

обходимые для определения величин масс, принимаются в соответствии с указаниями п. 1.10.

Вертикальные сейсмические нагрузки на фермы, соответствующие различным сочетаниям нагрузок, допускается определять при постоянных значениях |3; и т)«, вычисленных из условий, приведенных в данном пункте.

2.7.    Расчетные усилия в рассматриваемом сечении

конструкции каркаса от действия сейсмической нагрузки при учете высших форм колебаний определяются по формуле    _

W_p = l/wL<c+0,5£^₍    (₈)

где N_p — расчетное значение усилия (поперечной или нормальной силы, изгибающего момента) в рассматриваемом сечении от действия сейсмической нагрузки;

Ломакс—наибольшее значение данного усилия в рассматриваемом сечении, определяемое из сопоставления эпюр усилий, вызываемых сейсмическими нагрузками, отвечающими учитываемым формам собственных колебаний каркаса;

Nj— значения усилия в том же сечении по эпюрам для других форм колебаний (кроме значения Ломакс).

2.8.    Ширина антисейсмического шва (в см) в покрытиях и перекрытиях определяется по формуле (9) и принимается кратной 5 см:

а = А1 + Д₂ + 2 см,    (9)

где Ал и Д₂— максимальные перемещения в см двух смежных каркасов здания (отсеков), разделенных антисейсмическим швом, при действии расчетных горизонтальных сейсмиче-ческих нагрузок.

2.9.    В зданиях со стенами, запроектированными в соответствии с требованиями п. 1.6, при расчете каркаса необходимо учитывать сейсмическую нагрузку от самонесущих стен, расположенных только в плоскостях, перпендикулярных направлению действующих сейсмических нагрузок. Сейсмическая нагрузка от поперечных и продольных навесных стен при расчете каркаса должна учитываться в обоих направлениях.

13

^г)

зданий с обычной конструктивной схемой (рис. 3) — со стойками, защемленными внизу в фундаменты и шарнирно связанными поверху с балками или фермами покрытия, при шаге колонн 6 и 12 м. При этом конструктивные решения покрытий следует применять:

а)    при расчетной сейсмичности 7 и 8 баллов — без подстропильных конструкций и с ними; для зданий с расчетной сейсмичностью 8 баллов следует отдавать предпочтение покрытиям без подстропильных конструкций (с шагом колонн и стропильных конструкций 6 и 12 м);

б)    при расчетной сейсмичности 9 баллов:

в зданиях I степени огнестойкости — из сборных железобетонных плит длиной 6 м по железобетонным стропильным балкам или фермам (без применения подстропильных балок или ферм);

в зданиях II и III степени огнестойкости, как правило, из легких материалов по стальным стропильным и подстропильным конструкциям; при отсутствии легких материалов для покрытия допускается применение сборных железобетонных плит длиной 6 м по стальным стропильным и подстропильным конструкциям; рекомендации по проектированию конструкций, указанных в данном подпункте, настоящим руководством не охватываются.

2.11. При определении периода и формы собственных колебаний каркаса здания (отсека) динамическая расчетная схема принимается в виде невесомой консольной стойки, защемленной на уровне верха фундамента, с массой, сосредоточенной на уровне верха колонн (система с одной степенью свободы). В этом случае коэффициент т) равен единице, а период собственных колебаний каркаса в секундах определяется по формуле

^<10)

где Q— вертикальная нагрузка в г, принимаемая сосредоточенной в уровне верха колонн;

С—жесткость каркаса здания (отсека) в т/м на уровне верха колонн; g—ускорение силы тяжести в м/сек².

Нагрузка Q (с учетом коэффициентов перегрузки и коэффициентов сочетаний, принимаемых в соответствии с указаниями п. 1.10) составляется из:

а)    собственного веса покрытия (включая вес подвесных потолков, трубопроводов и пр.) и стен (а также перегородок), расположенных выше верха колонн;

б)    7ч собственного веса: колонн, подкрановых балок

15

Настоящее руководство разработано в развитие главы СНиП II-А. 12-69 «Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования» в части проектирования каркасных одноэтажных и многоэтажных зданий с применением железобетонных конструкций для районов с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов и взамен «Инструкции по проектированию промышленных зданий с каркасом из сборных железобетонных конструкций для сейсмических районов», ЦНИИПромзданий, 1970.

Руководство разработано Центральным научно-исследовательским и проектно-экспериментальным институтом промышленных зданий и сооружений (канд. техн. наук И. С. Арнапольским, инженерами Б. Ф. Васильевым, В. И. Деныциковым) с участием Центрального научно-исследовательского института строительных конструкций им. В. А. Кучеренко (кандидатов техн. наук В. С. Павлыка, Я. М. Айзенберга, Ф. В. Боброва), Научно-исследовательского института бетона и железобетона (д-ра техн. наук А. П. Васильева, канд. техн. наук Ю. Д. Быченкова) и института Казахский Промстрой-нинпроект (кандидатов техн. наук Т. Ж. Жунусова, П. М Гресселя, инж. В. М. Безрукова).

Руководство предназначено для проектировщиков и инженерно-технических работников строительно-монтажных организаций.

3-2-4

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Настоящее руководство распространяется на проектирование производственных зданий с каркасом из железобетонных конструкций по обычным типовым конструктивным схемам, применяемым в массовом промышленном строительстве. При проектировании промышленных зданий для сейсмических районов, как правило, должны применяться типовые сборные конструкции, разработанные для этих районов.

1.2.    При выборе типов зданий для строительства в сейсмических районах при прочих равных условиях следует отдавать предпочтение одноэтажным зданиям.

Здания рекомендуется проектировать прямоугольной формы в плане, с параллельно расположенными пролетами, без перепада высот смежных пролетов. При сложных очертаниях в плане здания должны разделяться антисейсмическими швами на отдельные отсеки прямоугольной формы.

Антисейсмическими швами должны разделяться также участки здания, имеющие различные высоты.

Примечание. В отдельных обоснованных случаях небольшие пристройки к зданию или внутренние площадки разрешается проектировать с опиранием несущих элементов покрытий и перекрытий на колонны каркасов.

1.3.    Температурные и осадочные швы следует выполнять как антисейсмические швы.

1.4.    Антисейсмические швы в несущих и ограждающих конструкциях должны разделять смежные отсеки зданий по всей высоте. Допускается не устраивать шва в фундаменте, за исключением случаев, когда антисейсмический шов совпадает с осадочным швом.

1.5.    Антисейсмические швы в каркасных зданиях осуществляются постановкой парных колонн со вставкой. Размеры вставок назначаются в зависимости от ширины антисейсмического шва, определяемой в соответствии с

п. 2.8, и величины привязки несущих конструкций к раз-бивочным осям здания.

Заделка швов в стенах, перекрытиях и покрытиях не должна препятствовать взаимному смещению стен и каркасов.

1.6.    Каркасные здания должны проектироваться таким образом, чтобы все сейсмические силы, за исключением сил, действующих в плоскости самонесущих стен, были восприняты самим каркасом (с устройством в необходимых случаях вертикальных стальных связей между колоннами, диафрагм и пр.). Сейсмические силы от самонесущих стен, действующие в плоскости стен, должны восприниматься самими стенами.

При этом должны соблюдаться следующие требования:

а)    между поверхностями стен и гранями колонн каркаса должен быть предусмотрен зазор шириной не менее 2 см;

б)    в местах пересечения торцовых и поперечных стен с продольными должны устраиваться вертикальные антисейсмические швы на всю высоту стен (рис. 38);

в)    в навесных стенах должны устраиваться горизонтальные антисейсмические швы по всей длине стен на уровне низа каждого навесного участка (рис. 39);

г)    крепления стен к конструкциям каркаса не должны препятствовать горизонтальным смещениям каркаса вдоль самонесущих стен или смещениям каркаса на участках между горизонтальными антисейсмическими швами при навесных стенах (рис. 40);

д)    лестничные клетки, устанавливаемые на каркас здания, а также внутренние перегородки следует проектировать таким образом, чтобы они не создавали дополнительной жесткости;

е)    лестничные клетки с несущими стенами, встроенные и пристроенные к зданию, должны быть отделены от каркаса здания антисейсмическими швами по всей их высоте.

1.7.    Элементы строительных конструкций и их соединения следует стремиться проектировать так, чтобы конструкция была способна до разрушения претерпевать значительные пластические деформации (см. пп. 2.31— 2.33).

Сварные швы в соединениях должны выполняться электродами, обеспечивающими достаточную пластич- ²

ность швов. При ручной сварке углеродистой стали марок ВСт.З, ВСт.Зпс, ВСт.Зкп рекомендуется применять электроды Э42А, а при ручной сварке низколегированной арматурной стали — электроды Э50А или Э55.

1.8. Предварительно напряженные железобетонные конструкции должны проектироваться с учетом следующих требований:

а)    при применении конструкций должны быть удовлетворены условия:

для центрально обжатых элементов при осевом растяжении и втором случае внецентренного растяжения

->1,25;    (1)

N-r

для элементов, работающих на изгиб, внецентренное сжатие и первый случай внецентренного растяжения

ХГ>1,25,    (²)

м_т

где N и М — несущая способность элемента по первому предельному состоянию с учетом коэффициента условия работы т_кр, принимаемого в соответствии с указаниями п. 1.15 (при внецеитренном сжатии и втором случае внецентренного растяжения M=Ne);

N_r и М_т—усилия трещинообразования, определяемые по формулам (149), (152), (155) и (158) главы СНиП П-В.1-62* «Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования», в которых R_r умножается на коэффициент т_кр;

б)    не допускается применять арматуру, для которой браковочный минимум величины относительного удлинения при разрыве ниже 4%;

в)    круглую гладкую высокопрочную проволоку без свивки в канаты (тросы) разрешается применять только при устройстве анкеров на концах;

г)    при расчетной сейсмичности 9 баллов не допускается применять без анкеров на концах проволочные пряди, двухпрядевые канаты и стержневую арматуру периодического профиля диаметром более 25 мм;

д)    при натяжении арматуры на бетонные элементы необходимо обеспечивать надежное сцепление арматуры

с бетоном этих элементов путем инъецирования каналов, заливки пазов или обетонировки.

1.9.    Расчет конструкций зданий с учетом сейсмического воздействия производится по первому предельному состоянию (по несущей способности).

1.10.    Конструкции зданий, проектируемых для строительства в сейсмических районах, должны удовлетворять расчетам:

на основное и на дополнительное сочетание нагрузок в соответствии с требованиями главы СНиП II-A.11-62 «Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования»;

на особое сочетание нагрузок при сейсмическом воздействии.

Расчет конструкций зданий на особое сочетание нагрузок производится на совместное действие постоянных, временных длительных и кратковременных нагрузок и сейсмических нагрузок. Классификация нагрузок и значения коэффициентов перегрузки принимаются в соответствии с главой СНиП П-А.11-62.

При расчете на особое сочетание нагрузок к их расчетным величинам вводятся коэффициенты сочетания:

для постоянных нагрузок — 0,9;

для временных длительных нагрузок — 0,8;

для кратковременных нагрузок на перекрытия и снеговых нагрузок — 0,5.

Примечания: 1. При расчете на сейсмические воздействия снижение нагрузок на перекрытия, предусмотренное п. 3.10 главы СНиП П-А.11-62, не учитывается.

2. Кратковременными нагрузками, которые необходимо учитывать в особом сочетании, являются нагрузки на перекрытия (по пп. 1-5 «б» и «в» главы СНиП П-А.11-62), снеговые нагрузки, нагрузки от веса мостовых и подвесных кранов.

При расчете конструкций с учетом сейсмического воздействия нагрузки от ветра, усилия от температурных деформаций каркаса при климатическом изменении температуры, усилия от удлинений нижних растянутых граней несущих конструкций, динамические воздействия от машин и оборудования, тормозные и боковые усилия от движения кранов, горизонтальные инерционные силы от грузов на гибких подвесках не учитываются. Грузоподъемность крана и вес тележки учитываются только при определении вертикальной сейсмической силы. При этом грузоподъемность принимается с коэффициентом 0,3.

При расчете конструкций на нагрузки, возникающие

в период монтажа здания, сейсмические воздействия не учитываются.

1.11.    При проектировании конструкций зданий следует учитывать, что сейсмические нагрузки могут иметь любое направление в пространстве.

При расчете на сейсмическое воздействие зданий (отсеков) в целом или при расчете их отдельных несущих элементов, за исключением оговоренных в пп. 2.6, 4.5 и 4.18, сейсмические нагрузки принимаются действующими горизонтально в направлениях продольной и поперечной осей здания (отсека). Действие сейсмических нагрузок в обоих направлениях учитывается раздельно.

1.12.    Расчетные величины действующих сейсмических нагрузок для зданий определяются по формуле

Stk — Qk Кс Рг Л;*.

где Si_k — расчетная величина сейсмической нагрузки (соответствующая i-й форме собственных колебаний), статически приложенной в какой-либо точке k, где согласно расчетной схеме здания сосредоточена нагрузка Q*;

Q_k— нагрузка, вызывающая инерционную силу (собственный вес конструкций здания, вес стационарного оборудования, временная нагрузка на перекрытие, нагрузка от снега и др.), которая в соответствии с расчетной схемой здания принята сосредоточенной в точке k\ при определении величины Qh значения коэффициентов перегрузки и коэффициентов сочетания принимаются в соответствии с указаниями п. 1.10;

Кс— коэффициент сейсмичности (принимается по табл. 1);

Р/ — коэффициент динамичности, соответствующий г'-й форме собственных колебаний рассчитываемого каркаса здания (отсека);

7

t|_it — коэффициент, зависящий от формы деформаций каркаса при его собственных колебаниях по i-й форме и от места расположения нагрузки Q (рис. 1).

Расчетная сейсмическая нагрузка для одноэтажных зданий, высота которых до низа балок или ферм не более 8 ж и с пролетами не более 18 м, определяется с дополнительным коэффициентом 0,8.

Для зданий с числом этажей -п>5 расчетная сейсмическая нагрузка определяется с дополнительным коэффициентом, равным 1+0,1 (п—5), но не более 1,4.

Значение (3,- определяется по следующей формуле или по графику рис. 2:

(3, = -^- = 0,159 р..,    (4)

‘I

Рис. 1. Схема деформации сооружения при го- где T_t—численное значение пе-ризонтальных колебани-    риода собственных ко-

^ях    лебаний в сек\

Pi — численное значение круговой частоты собственных колебаний в рад/сек.

Величина Pi должна приниматься не менее 0,8 и не более 3.

Значение тц*. определяется по формуле

XtixrfZQfX, (х,)

%* =     •    (В)

2 Q/*?(*/)

где Х_; (x_k) и X; (xj) — смещения каркаса здания при его собственных колебаниях соответственно в рассматриваемой точке k и во всех точках /', т. е. в точках, отвечающих расположению масс в рассматриваемой динамической схеме (см. рис. 1).

1.13. При расчете каркасов зданий (отсеков), если отношение высоты колонн в пределах этажа к горизонтальному размеру их грани в направлении действия сейсмиче-

8

ского толчка больше 15, в формуле (3) вместо коэффициента динамичности (3*, должен приниматься коэффициент динамичности р/_а, определяемый по формуле

р,«=(^б)

где а — коэффициент, принимаемый по табл. 2.

Для зданий с числом этажей п>Ъ из коэффициентов, введенных в настоящем пункте (а) и в п. 1.12, для расчета следует принимать один — больший.

Таблица 2

Значение коэффициента а

я_ h <15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 >25 а 1 1,05 1,1 1,15 1,2 1,25 1.3 1,35 1.4 1,45 1,5

Здесь    Я— высота колонны, равная расстоянию между точками

закрепления колонны, принятыми в расчетной схеме рамы каркаса;

И— горизонтальный размер граней колонн рассматриваемого этажа в направлении действия сейсмических нагрузок.

щих в пределах высоты Я переменное сечение, принимается приведенный размер

(7)

1

Госстройиздат, 1962.

2