ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ ТИПОВОГО И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ШКОЛ, ДОШКОЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ, СРЕДНИХ И ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ ГОСГРАЖДАНСТРОЯ ПРИ ГОССТРОЕ СССР (ЦНИИЭП УЧЕБНЫХ ЗДАНИИ)

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОНАПРЯЖЕННЫХ РИГЕЛЕЙ С ВНЕШНИМ АРМИРОВАНИЕМ ДЛЯ ГРАЖДАНСКИХ КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ С УКРУПНЕННОЙ СЕТКОЙ КОЛОНН

МОСКВА СТРОЙИЗДАТ 1976

2.19. Анкеры, воспринимающие только сдвигающие усилия, следует применять преимущественно для зон сечения, в которых поперечная арматура отсутствует. Например, в полках, высота которых недостаточна для нормальной анкеровки стержней, следует применять вертикальные короткие анкеры с высаженной головкой, наклонные петлевые или касательные анкеры (рис. 8).

3. РАСЧЕТ ПО ПРОЧНОСТИ

3.1.    В настоящем разделе приводятся рекомендации по расчету прочности сечений, нормальных и наклонных к продольной оси элемента, на действие изгибающего момента; по определению сдвигающих усилий, действующих на связи, и по расчету связей.

3.2.    Расчет прочности наклонных сечений на действие поперечной силы и пространственных сечений при наличии крутящих моментов, а также проверка прочности на местное действие нагрузки следует производить в соответствии с разделом 3 главы СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций.

Расчет прочности сечений нормальных к продольной оси элемента

3.3.    Усилия в стержневой арматуре и бетоне определяются в соответствии с главой СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций.

Расчетные сопротивления листовой арматуры растяжению Ял и сжатию Ял.с принимаются по табл. 2 главы СНиП по проектированию стальных конструкций, при этом для ненапрягаемой арматуры Ял.с не более 4000 кг/см², для напрягаемой вместо Ял.о напряжение стл.с='(4000—о₀) кг/см² (где Оо — предварительное напряжение с учетом всех потерь, соответствующих рассматриваемой стадии работы, при коэффициенте точности натяжения, большем единицы. Значение <х_л.о не должно превышать значений Я_я.о).

3.4.    Расчет нормальных сечений по прочности (рис. 9) должен производиться в зависимости от соотношения между величиной относительной высоты сжатой зоны

1= —, определяемой из условия равновесия, и гранич-

h₀

ным значением относительной высоты сжатой зоны |гр, при котором предельное состояние элемента наступает одновременно с достижением в растянутой арматуре на-

12

пряжений, равных расчетным сопротивлениям стержневой Rn и R& и листовой арматуры R&.

При этом высота сжатой зоны х не должна превышать предельной величины grp Л₀, где h₀— рабочая высота сечения.

3.5. Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона grp и значение коэффициента Лгр при внешнем или смешанном армировании растянутой зоны рекомендуется определять по табл. 1.

Таблица 1, Значения £ и А гр гр при проектной марке бетона Я

Класс стали 300 400 500 600 ^гр лгр ^гр Лгр *гр А гр ^гр Лгр С38/23 0,70 0,455 0,70 0,455 0,64 0,435 0,59 0,416 С44/29 0,70 0,455 0,68 0,449 0,62 0,428 0,57 0,408 С46/33 0,70 0,455 0,66 0,442 0,60 0,420 0,55 0,399 С52/40 0,67 0,446 0,63 0,432 0,57 0,408 0,53 0,390 С60/45 0,65 0,439 0,61 0,424 0,55 0,399 0,51 0,380 С70/60 0,62 0,428 0,58 0,412 0,53 0,390 0,49 0,370

При внутреннем армировании растянутой зоны определение 1ц, и расчет сечения должны производиться в соответствии с разделом 3 главы СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций.

13

3.6. Рабочую высоту сечения К следует определять по формулам:

N„h„ + N_tth_a + N_ah_a

~ Fn Рл> Nb~ Fr я_в; Na — R_a;    (2)

N_z = N_n + N_B + N_a,    (3)

где Ы_л, Nn, N_a — расчетные растягивающие усилия, воспринимаемые соответственно листовой и стержневой (напрягаемой и не-напрягаемой) арматурой;

Л/г — суммарное расчетное усилие, воспринимаемое всей растянутой арматурой; h_u, h_a — расстояние от крайнего сжатого волокна до центра тяжести соответственно листовой и стержневой (напрягаемой и ненапрягаемой) арматуры;

Fa, Ftь    — соответственно площадь растянутой

листовой и стержневой (напрягаемой и ненапрягаемой) арматуры.

3.7. Расчет прочности нормальных сечений (рис. 10) должен производиться:

Мд — Fb Rji.c N_a F_u o_c‘, N_a F_a R_a c,

N_a = N_x-N'z;

где    M — расчетный изгибающий момент в попе

речном сечении элемента; jv„, N_B, N а—расчетные сжимающие усилия, воспринимаемые соответственно листовой и стержневой (напрягаемой и нена-прягаемой) арматурой;

Nx — суммарное расчетное усилие, воспринимаемое всей сжатой арматурой;

Nq — расчетное усилие, воспринимаемое сжатым бетоном;

Fb, F_b, F_a— соответственно площадь сжатой листовой и стержневой (напрягаемой и ненапрягаемой) арматуры; аб — расстояние от центра тяжести сжатого бетона до верхней грани элемента, определяемое по формулам, приведенным в табл. 2. где а_и — расстояние от равнодействующей усилий в арматуре F„ до ближайшей грани сечения; а_а — расстояние от равнодействующей усилий в арматуре F_a до ближайшей грани сечения; Rnp — расчетное сопротивление бетона осевому сжатию;

b — ширина прямоугольного сечения, ширина ребра таврового и двутаврового сечений;

Ь_п и b'n — ширина полки таврового и двутаврового сечения соответственно в растянутой и сжатой зоне;

h — высота прямоугольного, таврового и двутаврового сечений; h_n и h’n — высота полки таврового и двутаврового сечений соответственно в растянутой и сжатой зоне;

Ь '„— ширина сжатой листовой арматуры;

Р' _и бд — площадь сечения и толщина сжатой листо-^л    вой    арматуры,

б) при |>1гр из условия (4), принимая £=1п>.

15

3.8.    Для сечений, имеющих полку в сжатой зоне, выбор расчетных формул производится по табл. 2 в зависимости от положения границы сжатой зоны, определяемого по условию

(b_nh_n Fj,).    (8)

Если условие (8) соблюдается, граница сжатой зоны расположена в полке (х^Лп); если условие (8) не соблюдается, граница сжатой зоны расположена в ребре (x>h'_n).

3.9.    Расчетное значение ширины сжатой полки Ь_п определяется в соответствии с п. 3.18 главы СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций.

3.10.    Подбор продольной арматуры при листовом или при стержневом армировании должен производиться в соответствии с главой СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций.

При смешанном армировании необходимо предварительно определить суммарные усилия, соответственно, в растянутой Л^2 и сжатой Ns арматуре; подбор стержневой и листовой арматуры должен производиться в соответствии с рекомендациями раздела 2.

Расчет прочности сечений, наклонных к продольной оси элемента, на действие изгибающего момента

3.11. Расчет наклонных сечений на действие изгибающего момента (рис. 11) производится из условия

М < N„z_a + N_Hz_a + W_az_a + 2 N_B z„ + 2N_x2_x,    (9)

где M — момент всех внешних сил, действующих по одну сторону от рассматриваемого наклонного сечения относительно оси, проходящей через точку приложения равнодействующей усилий в сжатой зоне и перпендикулярной плоскости действия момента;

N„z„, N_Bz_a, N_az_a, ЪЫ₀г₀, SNxZx — сумма моментов относительно указанной осп соответственно от усилий в продольной арматуре — листовой и стержневой (напрягаемой и не-напрягаемой), в отогнутой (или наклон-

18

пой) и поперечной арматуре, пересекающей растянутую зону наклонного сечения;

, z_m z_a, 2<ь ^ — расстояние от плоскостей расположения соответственно продольной — листовой и стержневой (напрягаемой и нена-прягаемой), отогнутой или наклонной и поперечной арматуры до указанной оси.

3.12, Усилия Nsi и ЛАл> воспринимаемые листовой арматурой, определяются прочностью связей, расположенных между наклонным сечением и торцом элемента, и

где Тхс и Т s с — сумма сдвигающих усилий, воспринимаемых связями, расположенными между наклонным сечением и торцом элемента;

Т₇ — сдвигающее усилие, воспринимаемое жестким упором и определяемое по формуле (23);

Т_г — сила трения между листовой арматурой и бетоном на рассматриваемом участке.

Расчетное сопротивление продольной стержневой арматуры принимается в соответствии с поз. 3 табл. 24 главы СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций.

3.13.    Вертикальная проекция высоты сжатой зоны в наклонном сечении определяется из условия равновесия проекций усилий в бетоне и арматуре наклонного сечения на продольную ось элемента по формулам, приведенным в табл. 2 настоящих Рекомендаций с учетом п. 3.12.

3.14.    В элементах постоянной высоты место изменения сечения или обрыва листовой арматуры (рис. 12) должно располагаться за точкой теоретического обрыва на расстоянии W, определяемом по формуле

Q — R_a F₀ sin а

2 Я X u!

где Q — поперечная сила в нормальном сечении, проходящем через точку теоретического изменения сечения или места обрыва листовой арматуры;

Fq я а — соответственно площадь сечения и угол наклона отогнутой или наклонной арматуры, пересекающей рассматриваемое нормальное сечение;

<7хш — усилие в хомутах на единицу длины элемента на рассматриваемом участке W, определяемое в соответствии с п. 3.40 главы СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций.

Определение сдвигающих усилий, действующих на связи, соединяющие листовую арматуру с бетоном, и расчет прочности связей

3.15. Сдвигающие усилия, действующие на связи, должны определяться из условия равновесия нормальных усилий в поперечном сечении листовой арматуры и сдвигающих усилий на поверхности ее контакта с бетоном.

Рис. 13. К определению сдвигающих усилий

В общем случае суммарное сдвигающее усилие в связях в пределах какого-либо участка по длине элемента (рис. 13) определяется по формуле

^Ti —    (г+1) ~^Nnl,    (¹³)

где    Ti    —    сдвигающее    усилие,    действующее    на свя

зи, расположенные в пределах рассматриваемого участка длиной а;

JV„(H0 и JVjii — нормальные усилия в поперечном сечении листовой арматуры на границах рассматриваемого участка элемента.

3.16.    Для элементов постоянной высоты при листовом армировании постоянного сечения по всей длине элемента сдвигающие усилия в пределах участка с постоянной прочностью связей должны определяться по формуле

Ti = tiR_aFn,    (14)

где U — коэффициент, учитывающий характер распределения сдвигающих усилий по длине элемента в зависимости от числа участков с различной прочностью связей и определяемый по табл. 3; i — порядковый номер участка с постоянной прочностью связей.

Если площадь сечения листовой арматуры принята больше требуемой по расчету нормального или наклонного сечений F^1Р, в формуле (14) вместо Р_л следует

г» ТР

принять F л •

3.17.    При изменении сечения листовой арматуры по длине элемента сдвигающие усилия в пределах рассматриваемых участков (рис. 14) определяется по формулам:

Т_х = N_al-, Г, =    T₃    =    N_m-Nm.    (15)

3 Зал. 316

ПРЕДИСЛОВИЕ

В зданиях различного назначения с укрупненными пролетами и, в частности, в общественных зданиях массового типа с преимущественной высотой этажей 3,3 м по функциональным, экономическим или эстетическим требованиям поперечные сечения балок и ригелей необходимо во многих случаях принимать ограниченных размеров и в первую очередь пониженной высоты, составляющей 7ао—7*о пролета.

Опыт проектирования предварительно-напряженных железобетонных изгибаемых элементов пониженной высоты показал, что требуемая по расчету стержневая арматура, в том числе из стали повышенной прочности, зачастую не может быть размещена в пределах сечения.

Замена железобетонных конструкций стальными, как известно, неэффективна и приводит к значительному расходу стали.

Одним из способов расширения возможностей железобетона, получившим распространение в отечественной и зарубежной практике, является применение внешнего армирования элементов, при котором в качестве арматуры применяется, как правило, листовая, а иногда и профильная сталь, располагаемая на внешних поверхностях балок и ригелей.

Внешняя арматура, в основном, используется для продольного армирования, однако в ряде случаев она может служить и поперечной арматурой.

Анкеровка внешней арматуры в бетоне обеспечивается связями, которые должны воспринять сдвигающие усилия, возникающие при изгибе элемента на внутренней поверхности листа или профиля.

Определенные зоны балок и ригелей с внешним армированием в зависимости от конструктивных, технологических или экономических требований могут иметь только внешнее, только внутреннее (стержневое) или смешанное армирование.

Как показало опытное проектирование, применение внешнего армирования является эффективным средством повышения прочности и жесткости железобетонных изгибаемых элементов пониженной высоты.

I* з_ак. т

По совокупности различных показателей — расходу и степени использования прочности стали, заводской готовности, площади антикоррозионной и огнезащитной изоляции — они более эффективны, чем стальные конструкции аналогичной высоты, прочности и жесткости.

В целом применение балок и ригелей пониженной высоты с внешним армированием позволяет:

более эффективно использовать высокопрочные материалы и в первую очередь цемент, бетон, сталь;

снизить или сохранить типовую высоту помещений при укрупнении сеток колонн;

применить для различных сеток колонн единую высоту балок и ригелей и создать унифицированную каркасную систему, обеспечивающую возможность органического сочетания укрупненных и типовых сеток колонн в зданиях различного назначения при минимальном сортаменте индустриальных изделий;

повысить технический уровень предприятий строительной индустрии в результате перехода на производство однотипных конструкций большой тиражности при значительном сокращении номенклатуры выпускаемых изделий.

Настоящие Рекомендации разработаны с учетом главы СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций ЦНИИЭП учебных зданий Госграж-данстроя (инж. Д. М. Лаковский), Проектным институтом № 3 Министерства промышленного строительства СССР (инж. И. Я- Подольский) под руководством д-ра техн. наук проф. Г. И. Бердичевского.

При составлении Рекомендаций использованы также материалы конструкторских разработок, опытного проектирования и лабораторных исследований, выполненных НИИпромстроем Минпромстроя СССР (кандидаты техн. наук Б. Я. Мартьянов и А. Д. Назаров), НИИ бетона и железобетона и ЦНИИпромзданий Госстроя СССР (д-р техн. наук проф. Г. И. Бердичевский, кандидаты техн. наук Ю. В. Дмитриев и А. М. Манькин), Львовским политехническим институтом (канд. техн. наук Ф. Е. Клименко, инж. А. Д. Шеховцев).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Настоящие Рекомендации распространяются на сборные, сборно-монолитные и монолитные ригели и балки с внешним армированием, применяемые в перекрытиях и покрытиях гражданских зданий при нормальном. и сухом температурно-влажностных режимах, неагрессивных средах и отсутствии динамических нагрузок.

1.2.    Проектирование конструкций с внешним армированием должно производиться в соответствии с разделом 1 главы СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций, а также с учетом настоящих Рекомендаций.

1.3.    Расчет балок и ригелей с внешним армированием должен производиться по несущей способности и де-формативности. Расчет по раскрытию трещин производится только для элементов с внутренним или со смешанным армированием растянутой зоны.

Расчетные значения ширины раскрытия трещин и прогибов не должны превышать их предельных величин, приведенных в табл. 1 и 2 главы СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций.

Примечание. Расчет по предельным состояниям второй группы не производится, если на основании опытных данных установлена эксплуатационная пригодность конструкции.

1.4.    Расчет статически неопределимых балок и ригелей с внешним армированием рекомендуется производить с учетом перераспределения усилий в соответствии с «Руководством по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций» (НИИЖБ, М., Стройиз-дат, 1975).

1.5.    В конструкциях с внешним армированием должны применяться тяжелые бетоны и бетоны на пористых заполнителях, проектная марка и передаточная прочность которых принимаются не ниже указанных в разделе 2 главы СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций.

1.6.    В качестве напрягаемой листовой арматуры рекомендуется преимущественно применять сталь классов С60/45 и С70/60; допускается также использование ста-

2 Зак. 316

ли классов С52/40, С46/23, С44/29 и С38/23, если применение более прочных сталей приводит к недоиспользованию из прочностных свойств.

В качестве ненапрягаемой листовой арматуры рекомендуется применять преимущественно сталь классов С46/33 и С52/40; допускается также использование стали классов С38/23 и С44/29.

1.7. Выбор видов и классов стали для внутреннего армирования следует производить в соответствии с разделом 2 главы СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций.

2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ БАЛОК И РИГЕЛЕЙ

2.1. В настоящем разделе приводятся рекомендации по выбору вида продольного и поперечного армирования и типа связей.

Продольное и поперечное армирование

2.2. Выбор вида продольного армирования (внешнего, внутреннего или смешанного) для растянутой и сжатой зон (рис. 1) и расположение арматуры по длине балок и ригелей (рис. 2) зависит от возможности размещения в пределах бетонного сечения требуемой по расчету стержневой арматуры и производится преимущественно из условия минимального расхода стали.

2.3. Если требуемая по расчету стержневая арматура не может быть размещена в пределах сечения рассматриваемой зоны, рекомендуется применять:

а) в растянутой зоне сборных предварительно-напряженных конструкций — преимущественно смешанное армирование согласно пп. 2.4. и 2.5; только внешнее армирование в этом случае допускается, если достигается

6

снижение расхода стали по сравнению со смешанным армированием;

б) в сжатой зоне сборных конструкций, в растянутой зоне сборных конструкций без предварительного напряжения и монолитных конструкций — внешнее армирование; допускается также смешанное армирование в соответствии с п. 2.8.

2.4. В предварительно-напряженных балках и ригелях со смешанным армированием растянутой зоны внутреннюю арматуру рекомендуется принимать из высокопрочной арматурной стали, а внешнюю — из листовой стали, класс которой назначается исходя из полного использования прочности ее сечения, требуемого по условию жесткости.

2* Зак. 316

Во избежание снижения жесткости и трещиностойко-сти элемента следует, как правило, исключать сопротивление листовой арматуры, расположенной в одной зоне с напрягаемой стержневой арматурой, обжатию бетона. Влияние сжатой (при эксплуатации) листовой арматуры допускается при этом не учитывать. Проектирование таких элементов должно производиться в соответствии с п. 2.5.

2.5. Сопротивление листовой арматуры обжатию бетона рекомендуется исключать одним из следующих способов изготовления:

а) одностадийным, при котором листовая арматура подвергается предварительному напряжению усилием, определенным по формуле (25), и присоединяется к бетону непосредственно в процессе формования (рис. 3).

Рис. 3. Изготовление элемента одностадийным способом а — натяжение стержневой и листовой арматуры; б — элемент после обжатия

При отпуске натяжения всей напрягаемой арматуры (стержневой и листовой) листовая укорачивается, не препятствуя обжатию бетона, а после упругого обжатия препятствует деформации ползучести и усадки бетона, тем самым способствуя снижению потерь предварительного напряжения в стержневой арматуре;

б) двухстадийным, при котором листовая арматура, применяемая как ненапрягаемая, присоединяется к бетону после его обжатия усилием предварительного напряжения в стержневой арматуре (рис. 4).

2.6.    В элементах, спроектированных с соблюдением всех требований по жесткости и трещиностойкости и изготовляемых одностадийным способом, допускается применять ненапрягаемую листовую арматуру.

2.7.    Сечение или прочность листовой арматуры в длинномерных балках и ригелях рекомендуется принимать ступенчато-переменной по длине элемента. Сварные соединения листовой арматуры следует проектировать в соответствии с главой СНиП по проектированию стальных конструкций.

8

Стыки сжатой листовой арматуры ие рекомендуется располагать в зоне максимальных изгибающих моментов.

Место изменения сечения или обрыва листовой арматуры определяется согласно п. 3.14.

Рис. 4. Последовательность изготовления элемента двухстадийным ■способом а— при оттауске натяжения; б —лосле присоединения листовой арматуры 1

2.8.    Листовая арматура на отдельных участках может быть усилена путем приварки к ней с внутренней стороны стержневой арматуры.

2.9.    Ширину листовой арматуры рекомендуется назначать равной ширине элемента для использования ее в качестве бортоснастки при формовании элемента.

2.10.    При проектировании статически неопределимых балок и ригелей перераспределение усилий рекомендуется назначать таким образом, чтобы сечение листовой арматуры сохранялось постоянным по длине элемента, а недостающая прочность растянутой зоны в пролете и на опорах компенсировалась внутренней арматурой.

2.11.    Поперечную арматуру рекомендуется выполнять из стали классов А-Н и А-Ш и использовать одновременно в качестве связей для продольной листовой арматуры.

В отдельных случаях допускается применять в качестве поперечной арматуры листовую сталь, например в монолитных конструкциях, для опалубки или для усиления существующих конструкций.

Анкеровка листовой арматуры

2.12. В качестве связей рекомендуется использовать преимущественно вертикальные стержни поперечного армирования из стали классов А-П и А-Ш (рис. 5,а, б).

9

2.13. Если связи растянутого листа выполняют также функции поперечной арматуры и при этом обеспечивается прочность элемента по наклонным сечениям, в качестве связей сжатого листа рекомендуется использовать анкеры, воспринимающие только сдвигающие силы (рис. 5,в).

2.14.    Наклонные анкеры рекомендуется применять, если устройство вертикальных анкеров не обеспечивает требуемой прочности или жесткости соединения. Анкеры присоединяются к листовой арматуре внахлестку фланговыми швами (рис. 5, г, д), при этом длина швов, определяемая расчетом, должна быть не менее 4d.

2.15.    При двойном листовом армировании наклонные анкеры допускается присоединять к листовой арматуре через промежуточный элемент (рис. 5,е), который при расчете может быть учтен как продольная арматура.

2.16.    В ригелях рамных каркасов и неразрезных балках допускается в опорной зоне применять наклонные, а в пролете — вертикальные анкеры.

2.17.    Жесткие упоры рекомендуется применять, если значительное сдвигающее усилие должно восприниматься на небольшом участке опорной зоны балки, в пределах которого трудно разместить требуемое число анкеров.

На площадке смятия жесткого упора не должно быть выступов, которые могут привести