МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА И ЖИЛИН(|10-К0ММУ11ЛЛМ10Г0 ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЦЕНТР НОРМИРОВАНИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИИ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ < «ОТВЕТСТВИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ)*

Методическое пособие

РАСЧЕТ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ БЕЗ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННОЙ АРМАТУРЫ

Москва 2015

Методическое пособие разработано авторским коллективом специалистов НИИСФ РАССЫ под руководством Н.Н. Трекина.

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.

Ill

1 Общие положения

1.1    При проектировании бетонных и 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    Бетонные элементы применяют:

а)    преимущественно в конструкциях, работающих на сжатие при расположении продольной силы в пределах поперечного сечения элемента;

б)    в отдельных случаях в конструкциях, работающих на сжатие при расположении продольной силы за пределами поперечного сечения элемента, а также в изгибаемых конструкциях, когда их разрушение не представляет непосредственной опасности длч жизни людей и сохранности оборудования (например, элементы, лежащие на сплошном основании).

Конструкции рассматривают как бетонные, если их прочность в стадии эксплуатации обеспечена одним бетоном.

1.4    Расчетная зимняя температура наружного воздуха принимается согласно СП 131.13330.2012 «СНиП 23-01-93. Строительная климатология». Расчетные технологические температуры устанавливаются заданием на проектирование.

1.5. Расчеты бетонных и железобетонных конструкций следует производить по предельным состояниям:

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

Пособие к СП 63.13330

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

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

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

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

Расчет бетонных конструкций по предельным состояниям второй группы не производится.

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.

1.6. Определение усилий и деформаций от различных воздействий в конструкциях и в образуемых ими системах зданий и сооружений следует производить с учетом возможного образования трещин и неупругих 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.

1.7    Нормативные значения нагрузок и воздействий, коэффициенты сочетаний, коэффициенты надежности по нагрузке, коэффициенты надежности по назначению, а также подразделение нагрузок на постоянные и временные (длительные и кратковременные) применяют согласно СП 20.13330.2011, СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» и ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения».

1.8    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.

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

2 Материалы для бетонных н железобетонных конструкций

2.1 Бетон

Показатели качества бетона и их применение при проектировании

2.1.1 Для бетонных и железобетонных конструкций следует предусматривать бетоны следующих классов и марок, приведенный в таблице 2.1:

Таблица 2.1

Бетон Классы по прочности на сжатие Классы прочности на осевое растяже-нне Марки по морозостойкости Марки по водонепроницаемости Марки по самопал ряжению Тяжелый В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30, В35; В40, В45. В50, В55; В60; В70; В80; В90; В100 ВЛ8.В,1.2; В,1,6; В,2,0; В(2,4; В,2,8; В,3.2; В,3,6; вд.о F50; F75; F100; F150, F200; F300, F400; F500, F600, F700, F800; F1000 W2; W4; W6; W8; W10; W12; WI4; W16; WI8; W20 - Напрягающий В20; В25; В30, В35, В40, В45; В50, В55; В60, В70 ВД8, В,1,2; В, 1,6; В,2,0; В,2.4, В,2.8; В,3,2; В,3,6; В/4,0 F50, F75; F100.F150, F200, F300, F400; F500, F600, F700, F800, F1000 W12; W14; W16; W18; W20 S^O.6; Sf0,8; Sft; S,l,2; S,l,5; S^2; S#3; _M_ Мелкозернистый групп: А - естественного твердения или подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении В3.5; В5; В7.5; В10; В 12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40 В|0,8; В,1,2; В, 1.6, В,2.0; В,2,4; В,2.8; В,3,2; В/3,6; вд.о F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500; F600; F700. F800; F1000 W2; W4; W6; W8; W10; W12; W14; W16; W18; W20 - Б- подвергнутый автоклавной обработке В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60

Окончание таблицы 2. /

Бетон Классы по прочности на сжатие Классы прочности на осевое растяжение Марки по морозостойкости Марки по водонепроницаемости Марки по само-напря-жению Легкий при марках по средней плотности: D800. D900 _В2?5;ВЗ,$ В5; В7,5 D1000, D1100 В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В 12,5 D1200, DI300 В2.5; В3.5. В5,В7,5;В10; В 12,5; В15; В20 ВД8; В, 1.2; F25; F35; F50; F75; F100; F150; F200; F300. F400; F500; W2; W4; W6; W8; W10; W12 DI400, DI500 В3.5. В5. В7,5. В10. В 12,5. В15.В20; В25; В30 В,1.6; В,2.0; В,2,4; В,2.8; - D1600, D1700 В7,5; В10, В12.5, В15, В20. В25; В30; В35; В40 В,3,2 DI800, D1900 В15; В20, В25; В30, В35; В40 D2000 В25. В30; В35. В40 Ячеистый бетон при марках по средней плотности: Автоклав-ный Неавто клавный D500 В 1,5; В2; В2,5 - D600 В 1,5; В2; В2.5; В3,5 В 1,5; В2 D700 В2, В2,5; В3,5; В5 В 1.5; В2; В2.5 D800 В2,5; В3,5; В5; В7.5 В2; В2.5; В3.5 F15; F25; D900 В3.5; В5; В7,5; В10 В2,5, В3,5; В5 — F75, F100 — — D1000 В7,5; В10; В 12,5 В5; В7,5 D1100 В10; В 12,5; В15; В 17,5 В7,5, В10 D1200 В 12,5; В15. В 17.5; В20 В10; В 12,5 Поризо ванный бетон при марках по средней плотности D800, D900, D1000 В2.5; В3.5; В5 D1I00. DI200. DI300 В7.5 — F15; F25; F35; F50; — — D1400 В3.5; В5; В7.5 F75; F100 Примечание - В настоящем пособии термины «легкий бетон» и «портованный бетон» используются соответственно для обозначения легкого бетона плотной структуры и легкого бетона поризованной стр\ кт\ры (со степенью порнзацин свыше 6%).

Пособие к СП 63.13330

2.1.2    Возраст бетона, отвечающий его классу по прочности на сжатие и на осевое растяжение (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.

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

2.1.3    Класс бетона но прочности на сжатие В назначают для всех видов бетонов и конструкций

Класс бетона по прочности на осевое растяжение В, назначается в случаях, когда эта характеристика имеет главенствующее значение, и ее контролируют на производстве (например, для бетонных изгибаемых элементов).

Марку бетона по морозостойкости F 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.).

Марку бетона по самонапряжению необходимо назначать для самоналряженных конструкций, когда эту характеристику учитывают в расчете и контролируют на производстве.

2.1.4    Для железобетонных конструкций рекомендуется принимать класс бетона на сжатие не ниже В15; при этом для сильно нагруженных сжатых стержневых элементов рекомендуется принимать класс бетона не ниже В25.

Для бетонных сжатых элементов не рекомендуется применять бетон класса выше В30.

2.1.5 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.

Таблица 2,2 -Требования к бетону конструкций, работающих в условиях знакопеременных температур

Условии работы конец» миш Характеристика режима Расчетная зимняя температура наружного возле ха. *С Мар*а истома по морозостойкости, ис ниже 1 Попеременное замораживание и оттаивание Ниже -40 F1000 (F450)* а) в водой асы ик ином состоинии при действии морской воды (приливная юиа. Ниже -20 до -40 включ FSOO(F300) действие соленых бры я. воли и т.п ). минерализованных. в том числе иадмерзлотиых Ниже -5 до >20 включ F600(F200) вод. противогололедных реагентов (дорожные, аэродромные покрытии, тротуарные плиты, лестничные марши и др) - 5 и выше F400 (F100) 5) в водонаеышейном состоинии при действии пресных вод (опоры мостов на реках. Ниже -40 F300 течиыс гидротехнические соорх женил и т п > Ниже -20 до -40 включ F200 Ниже -5 до -20 включ FI50 - 3 и выше FI00 в) в условиях эпизодического водонасыщснии (например, нал темные конструкции. Ниже -40 F200 постоянно подвергающиеся атмосферным воздействиям) Ниже -2<> до -40 включ FI50 Ниже -5 до -20 включ FI00 -5 и выше F75 г) в у словиях воздушно-влажного состояния, в отсутствии тпи юдичсското Ниже -40 FI50 водонасыщснии (например, конструкции, посгояшю подвсргающнсси воздействию Ниже -20 до -40 включ FI00 окружающего воздуха. но защищенные от воздействия атмосферных осадков) Ниже -5 до -20 включ F75 - 5 и выше F75 2 Возможное эпизодическое воздействие температуры ниже 0 °С а) в Ниже -40 F200 волонасыщенном состоянии (например, констру кции, находящиеся в груите или под Ниже -20 до -40 включ FI50 водой) Ниже -5 до -20 включ. F100 ■ 5 и выше F50 б) в ус.ювиих воздушно-влажною состоинми (например, внутри отапливаемых иаиий) Ниже -40 F100 в период стро1пельствл Ниже -20 до -40 включ F75 Ниже -5 до -20 включ F30 ■ 5 и выше F50

Пособие к СП 63.13330

2.1.6    Марку бетона по водонепроницаемости следует назначать в зависимости от требований, предъявляемых к конструкциям, вида применяемой арматуры, состояния и состава агрессивной среды согласно разделу 5.4 СП 28.13330.

Нормативные и расчетные характеристики бетона

2.1.7    Нормативные значения сопротивления бетона осевому сжатию (призменная прочность) Яь.„ и осевому растяжению (при назначении класса по прочности на сжатие) 1<ы.п принимают в зависимости от класса бетона В согласно таблице 2.4. При назначении класса бетона по прочности на осевое растяжение В, нормативные сопротивления бетона осевому растяжению 1<ы._п в МПа принимают равными числовой характеристике класса бетона на осевое растяжение.

2.1.8 Расчетные сопротивления бетона осевому сжатию Rb и осевому растяжению Ны для предельных состояний первой группы определяют по формулам:

(2.1)

Уь    Гы

Значения коэффициента надежности по бетону при сжатии уь принимают равными:

-    для расчета по предельным состояниям первой группы:

1,3 - для тяжелого, мелкозернистого, напрягающего и легкого бетонов;

1,5 - для ячеистого бетона

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

('одержание

Введение    VIII

Область применения    X

1    Общие положения    1

2    Материалы для бетонных и железобетонных конструкций    4

2.1    Бетон    4

Показатели качества бетона и их применение при проектировании 4 Нормативные и расчетные характеристики бетона    10

Деформационные характеристики бетона    14

Диаграммы состояния бетона    17

2.2    Арматура    24

Показатели качества арматуры    24

Нормативные и расчетные характеристики арматуры    27

Деформационные характеристики арматуры    29

3    Расчет элементов бетонных и железобетонных конструкций по 32

предельным состояниям первой группы

3.1    Расчет бетонных элементов по прочности    32

Общие положения    32

Расчет внецентренного сжатых элементов    33

Расчет изгибаемых элементов    39

Примеры расчета    39

3.2    Расчет железобетонных элементов по прочности    41

Расчет железобетонных элементов на действие изгибающих 41

моментов

Общие положения    41

Прямоугольные сечения    43

Тавровые и двутавровые сечения    46

Примеры расчета    48

Элементы, работающие на косой изгиб    54

Примеры расчета    60

Расчет железобетонных элементов при действии поперечных сил    63

Расчет железобетонных элементов по полосе между наклонными 64 сечениями

Расчет железобетонных элементов по наклонным сечениям на 64 действие поперечных сил

Элементы постоянной высоты, армированные хомутами, 64 нормальными к оси элемента

Элементы переменной высоты с поперечным армированием    70

Элементы, армированные отгибами    72

Элементы без поперечной арматуры    74

Расчет железобетонных элементов по наклонным сечениям на 76

действие моментов

Примеры расчета    84

Внецентренно сжатые элементы    101

Общие положения    101

Расчет при действии поперечных сил    102

Учет влияния прогиба элементов    103

Расчет нормальных сечений по предельным усилиям    106

Прямоугольные сечения с симметричной арматурой    106

Прямоугольные сечения с несимметричной арматурой    109

Двутавровые сечения с симметричной арматурой    111

Кольцевые сечения    113

Круглые сечения    115

Элементы, работающие на косое внеценгренное сжатие    118

Примеры расчета    119

Центрально растянутые элементы    141

Внецентренно растянутые элементы    141

Примеры расчета    144

Расчет нормальных сечений на основе нелинейной деформационной модели

Элементы прямоугольного сечения, работающие на кручение с изгибом

Расчет на совместное действие крутящего и изгибающего моментов

Расчет на совместное действие крутящего момента и поперечной силы

Приметы расчета Расчет на местное сжатие Примеры расчета Расчет изгибаемых элементов на продавливание Общие положения

Расчет на продавливание элементов без поперечной арматуры Расчет на продавливание элемента с поперечной арматуры Примеры расчета

4. Расчет элементов железобетонных конструкций по предельным состояниям второй группы Общие положения

Расчет железобетонных элементов по раскрытию трещин Определение момента образование трещин Определение ширины раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента Примеры расчета Расчет железобетонных конструкций по деформациям Расчет железобетонных элементов по прогибам Определение кривизны железобетонных элементов Общие положения

Кривизна железобетонных элементов на участке без 218 трещин в растянутой зоне

Кривизна железобетонных элементов на участке с 219 трещинами в растянутой зоне

Определение кривизны железобетонных элементов на 224

основе нелинейной деформационной модели

Определение углов сдвига железобетонных элементов    226

Примеры расчета    227

5. Конструктивные требования    234

Общие положения    234

Геометрические размеры конструкций    234

Армирование    236

Защитный слой бетона    236

Минимальные расстояния между стержнями арматуры    237

Продольное армирование    239

Поперечное армирование    242

Анкеровка арматуры    246

Соединения арматуры    250

Г нутые стержни    254

Требования к бетонным и железобетонным конструкциям 254

Принципы армирования железобетонных конструкций 261

массового применения

Фиксация арматуры    266

Приложение 1 Нормативные ссылки    272

Приложение 2 Термины и определения    275

Приложение 3 Сортамент армату ры    278

Приложение 4 Основные бу квенные обозначения    279

Приложение 5 Соотношение класса и марки бетона    282

Пособие к СГ1 63.13330

Приложение 6 Соотношение расчетных сопротивлений арматуры по 282 старым и новым нормам

Библиография    283

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.

Материалы по проектированию редко встречаемых конструкций с ненапрягаемой высокопрочной арматурой в настоящее Пособие не включены, а приведены в «Пособии по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций».

В Пособии нс приведены особенности проектирования конструкций отдельных видов зданий и сооружений, связанные с определением усилий в этих конструкциях. Эти вопросы освещены в соответствующих Сводах правил и пособиях.

Единицы физических величин, приведенные в Пособии: силы выражены в ньютонах (Н) или килоньютонах (кН); линейные размеры - в мм (для сечений) или в м (для элементов или их участков); напряжения, сопротивления, модули упругости - мегапаскалях (МПа); распределенные нагрузки и усилия - в кН/м или Н/мм. Поскольку 1 МПа = 1 Н/мм², 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.

Пособие разработано в АО «ЦНИИПромзданий» - Генеральный директор докт. техн. наук В.В. Гранев; авторский коллектив - доктора технических наук Э.Н. Кодыш, Н.Н. Трекин; инженеры - В.Г. Наумов, К.Е. Соседов, И.А. Терехов, Д.Н. Трекин при участии «НИИЖБ» (доктора технических наук - А.И. Звездов, Т.А. Мухамедиев).

Пособие к СП 63.13330

Отзывы и замечания просим присылать по адресам:

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

Область применении

Рекомендации настоящего Пособия распространяются на проектирование бетонных и железобетонных конструкций зданий и сооружений, выполняемых из тяжелого, мелкозернистого, легкого, ячеистого и напрягающего бетонов без предварительного напряжения арматуры и эксплуатируемых в климатических условиях России при систематическом воздействии температур не 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 трубобстонных, сталсжслсзобетонных и фибробетонных 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 менее 500 и свыше 2500 кг/м³, бетонополимеров и полимербетонов, бетонов на известковых, шлаковых и смешанных вяжущих (кроме применения их в ячеистом бетоне), на гипсовом и специальных вяжущих, бетонов на специальных и органических заполнителях, бетона крупнопористой структуры.