- Расчетная и экспериментальная оценки динамических характеристик здания с безригельным каркасом с использованием ВК SCAD Office
- CADmaster » CADmaster №5(50) 2009 (дополнительный) » Архитектура и строительство Расчетная и экспериментальная оценки динамических характеристик здания с безригельным каркасом с использованием ВК SCAD Office
- Методика проведения инструментальных измерений динамических характеристик здания при микросейсмических воздействиях
- Сравнительный анализ расчетных и инструментальных динамических характеристик исследуемого здания
- Оценка прочности конструктивных элементов безригельного каркаса и узлов их соединения
- Строительные нормы и правила каменные и армокаменные конструкции снип ii-22-81 Москва 2004
- Модули упругости и деформаций кладки
- Строительные нормы и правила Каменные и аpмокаменные конструкции снип ii-22-81
- Российской Федерации
Расчетная и экспериментальная оценки динамических характеристик здания с безригельным каркасом с использованием ВК SCAD Office
Скачать статью в формате PDF — 725 Кбайт
CADmaster » CADmaster №5(50) 2009 (дополнительный) » Архитектура и строительство Расчетная и экспериментальная оценки динамических характеристик здания с безригельным каркасом с использованием ВК SCAD Office
За последнее время в Иркутске было возведено большое количество жилых домов в конструкциях серии 1.120с. Серия представляет собой сборный железобетонный безригельный каркас с применением высокопрочных предварительно напряженных канатов в уровне перекрытий. В 2008 году Институт земной коры СО РАН провел инженерно-техническое обследование шестидесяти блок-секций этой серии. Предварительно были проанализированы результаты динамических расчетов, выполненных различными организациями, которые осуществляют проектирование блок-секций в конструкциях указанной серии. Анализ выявил значительный разброс расчетных периодов собственных колебаний идентичных блок-секций: интервал составил от 0,4 до 1,0 секунды. От достоверности расчетного значения периода колебаний напрямую зависит величина коэффициента динамичности и, следовательно, уровень расчетной сейсмической нагрузки на блок-секцию. В связи с этим было принято решение провести экспериментальные исследования динамических характеристик на одном из построенных объектов. Таким объектом стала 9-этажная блок-секция по улице Баррикад.
Опытный объект представляет собой «лучевую» девятиэтажную блок-секцию с выраженной асимметрией плана типового этажа, с цокольным этажом и двухэтажной надстройкой. Основу каркаса обследуемого здания составляют конструктивные ячейки 4,2×4,2 м, образуемые колоннами и панелями перекрытия. Высота этажа 3,0 м. Высота здания от дневной поверхности составляет 33,0 м. В качестве несущих конструкций рамно-связевого каркаса используются сборные колонны, диафрагмы жесткости и ребристые плиты перекрытия с высотой ребер 200 мм и толщиной полки 60 мм. Сборные железобетонные колонны из тяжелого бетона класса В25 запроектированы сечением 400×400 мм. Диафрагмы жесткости представляют собой железобетонные панели толщиной 160 мм и также выполнены из тяжелого бетона класса В25. Следует отметить непропорциональную жесткость ребристых плит перекрытия по сравнению с принятыми сечениями колонн и толщиной диафрагм жесткости. Стыки колонн приняты в соответствии с модернизированной конструкцией, где устранены некоторые недостатки прототипа — стыка «штепсельного» типа.
Уязвимым местом обеих конструкций стыка является риск возникновения «плоскости скольжения» в уровне верха плит перекрытия через каждые три монтажных яруса. Если горизонтальный шов между торцами стыкуемых колонн ненадежно заполнен раствором инъецирования, в этом сечении будут работать на срез только четыре арматурных стержня колонны диаметром 25−28 мм, поскольку проектный размер «выступа» верха колонны над плоскостью перекрытия 30 мм находится в пределах точности монтажа каркаса. Конструкции лестничных клеток запроектированы с применением сборных железобетонных маршей. Наружные стены представляют собой многослойную конструкцию: внутренний слой из кирпичной кладки толщиной 250 мм, наружный — из кирпичной кладки толщиной 120 мм и слой утеплителя толщиной 150 мм. Внутренние стены и перегородки — кирпичные, их толщина соответственно составляет 250 и 120 мм. Стены шахты лифта — кирпичная кладка толщиной 250 мм. Наружные стены цокольного этажа — сборные железобетонные панели толщиной 300 мм из тяжелого бетона класса В15.
Сейсмичность площадки строительства составляет 8 баллов.
Методика проведения инструментальных измерений динамических характеристик здания при микросейсмических воздействиях
Здание представляет собой систему с дискретными массами, которая обладает фильтрационными свойствами. Такая система способна пропускать упругие волны с определенными длинами, зависящими от конструкции и размеров здания. Под воздействием микросейсмических колебаний грунта в здании возникают установившиеся микроколебания. На этом основана методика определения динамических характеристик зданий. В процессе обработки производятся спектрально-корреляционные преобразования регистрируемых сигналов. Указанная методика известна как «метод стоячих волн» [8].
Для регистрации микросейсмических колебаний использовались восемь трехканальных автономных цифровых станций ANG-06. Все станции были синхронизированы с абсолютным временем по сигналам GPS.
С помощью спектрально-корреляционного анализа выделены формы собственных колебаний в диапазоне частот 2,637−9,08 Гц. Все зарегистрированные формы колебаний характеризуются выраженной крутильной компонентой. При инструментальных измерениях, помимо периодов колебаний, регистрировались параметры затухания и формы колебаний здания (использовалась передвижная ИСС).
В процессе обследования выполнены трехкомпонентные наблюдения в 320 точках каркаса. Результаты позволили определить все основные характеристики динамической модели здания.
Сравнительный анализ расчетных и инструментальных динамических характеристик исследуемого здания
С помощью программного комплекса SCAD Office версии 11.1 были проведены динамические расчеты опытной блок-секции. Формирование конечноэлементной модели исследуемого здания выполнено при помощи препроцессора Форум. При моделировании конструктивных элементов здания использовались конечные элементы: тип 5 (пространственный стержень), тип 42, 44 (3-, 4-угольные КЭ-оболочки) и 55 КЭ (упругая связь). Количество элементов расчетной модели — 26 981, количество узлов — 12 851.
При формировании расчетной модели здания авторы столкнулись с двумя основными проблемами:
- учет податливости соединения диафрагм жесткости с колоннами каркаса,
- учет жесткости кирпичного заполнения каркаса.
Существует несколько вариантов учета податливости соединения сборных конструкций при вычислениях динамических характеристик каркаса с заполнением. Один из них заключается в искусственном уменьшении жесткости самих конструкций путем снижения модуля упругости с помощью понижающих коэффициентов.
В 2004 году Институт земной коры совместно с ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко и ИрГТУ провел вибрационные испытания каркаса серии 1.120с, которые показали, что наибольшие повреждения получили не сами диафрагмы, а их шпоночные соединения с элементами каркаса и сварные стыки. Поэтому при формировании адекватной конечно-элементной модели основное внимание уделялось оценке жесткостей не столько диафрагм, сколько их соединений с элементами каркаса.
При расчетах податливость закладных деталей учитывалась с помощью конечного элемента КЭ 55 (упругой связи). При изменении линейной жесткости упругих связей в диапазоне от 9×108 т до 1 т наблюдались изменения форм и периодов колебаний здания (таблица 1). В результате установлено, что решающую роль в формировании жесткости динамической модели каркаса играет подбор жесткостей закладных деталей соединения диафрагм с элементами каркаса.
Крепление диафрагм жесткости, а также цокольных железобетонных панелей моделировалось с помощью стержневых КЭ:
- L100×63×8 (ГОСТ 8510−86*) — закладная деталь в верхней части цокольной железобетонной панели,
- 100×8 (ГОСТ 19903−74) — закладная деталь в нижней части цокольной железобетонной панели,
- 200×10 (ГОСТ 19903−74) — закладная деталь диафрагмы жесткости.
Вторая проблема заключалась в учете приведенной жесткости кирпичного заполнения. Были выполнены динамические расчеты с изменением модуля упругости кирпичного заполнения от минимальной величины до расчетного значения, соответствующего случаю монолитного (то есть абсолютно жесткого) крепления кирпичного заполнения к элементам каркаса.
Анализ расчетных динамических характеристик здания (таблица 2) позволил подобрать приведенное значение модуля упругости кирпичного заполнения с точки зрения совпадения расчетных данных с результатами инструментальных измерений:
- для внутренних кирпичных стен толщиной 250 мм E усл кл = 2·105 т/м2,
- для наружных стен слоистой конструкции E усл кл = 2,5·105 т/м2.
Как результат подбора жесткости кирпичного заполнения и учета податливости закладных деталей получены динамические характеристики здания, согласующиеся с результатами экспериментальных исследований (таблица 3).
Следует отметить, что как расчетный анализ, так и инструментальные измерения (микродинамический уровень воздействия, при котором конструкции заведомо работают в упругой стадии) выполнены в рамках линейно-упругой модели и, следовательно, их сравнительный анализ является вполне корректным. Его результаты позволяют объяснить появление в проектной практике нереально больших расчетных периодов собственных колебаний ( Т = 1,0 с), что приводит к занижению уровня расчетной сейсмической нагрузки. Причина этих проектных дефектов кроется в использовании неадекватных расчетных моделей зданий. При формировании таких моделей игнорируется учет жесткости всех конструкций сооружения, в том числе заполнения каркаса — наружных и внутренних кирпичных стен и перегородок. Таким образом, фактическая сейсмостойкость «лучевых» блок-секций не соответствует расчетной 8-балльной сейсмичности площадки строительства. Дефицит их сейсмостойкости может достигать одного балла. При этом следует учитывать, что «балл» является понятием целочисленным.
Оценка прочности конструктивных элементов безригельного каркаса и узлов их соединения
Расчеты рассматриваемого объекта выполнены на сейсмичность 7, 8 и 9 баллов. Все расчеты проводились на нормативные нагрузки (без учета временных), то есть реально представленные на объекте в момент проведения исследований. Далее были учтены расчетные коэффициенты, а также временные нагрузки и произведен расчет армирования конструкций в обычной проектной стадии. Сравнительные данные по максимальному армированию элементов каркаса при 8- и 9-балльном воздействии представлены в таблице 4.
Анализ данных таблицы 4 показывает, что при сейсмическом воздействии 8 баллов армирование основных несущих элементов каркаса «лучевой» блоксекции соответствует расчетным показателям и его конструктивная реализация не вызывает затруднений. При 9-балльном воздействии расчетное армирование диафрагм жесткости следует признать чрезмерным из-за значительного насыщения изделия арматурой. Кроме того, при модифицированной конструкции стыка колонн, принятой в проекте, размещение арматуры диаметром 40 мм в канале диаметром 50 мм с учетом неизбежных погрешностей монтажа приведет к затруднениям при выполнении операции инъецирования каналов, от качества которой в существенной мере зависит надежность конструкции стыка колонн.
Наиболее напряженным конструктивным узлом каркаса является монолитная железобетонная шпонка понизу диафрагмы жесткости (ДЖ). Она находится под воздействием нормальных усилий сжатия-растяжения N и соответствующих усилий сдвига T по горизонтальному шву.
Прочность шпонки определялась в соответствии с нормативными документами [9] и [10] по формулам, приведенным ниже. При этом рассматривались три случая.
- Сопротивление сдвигу Vs в условиях сжатия N Nc – действующая на стык сжимающая сила, As – площадь сечения ненапрягаемой арматуры, Rsw – расчет ное сопротивление поперечной арматуры растяжению, Vk,b – сопротивление сдвигу бетонной шпонки, Rbt – расчетное сопротивление бетона осевому растяжению для предельных состояний первой группы, Ash – площадь сечения шпонки.
Основной вклад в несущую способность шпонки на сдвиг дает учет сил трения в горизонтальном шве, создаваемого за счет усилий сжатия при значении коэффициента трения бетона по бетону, который с учетом сейсмического воздействия принят равным η=0,7×0,7 ≈ 0,5. Корректное использование этой формулы предполагает четкую передачу усилий сжатия через растворный шов между диафрагмами жесткости. На практике же монтаж диафрагм зачастую ведется «насухо» — по маякам, без заполнения горизонтального шва раствором, что вносит существенные коррективы в расчетную схему каркаса.
- Сопротивление сдвигу V o s при N = 0.
Для определения V o s в приведенных формулах принимается Nc = 0.
Данный случай является граничным. Несущая способность шпонки на сдвиг определяется работой на срез контурной арматуры и бетона шпонки на срез. Довольно близкой к этому случаю оказалась комбинация расчетных усилий для варианта растягивающих усилий в шпонке при 7 баллах (таблица 5).
- Сопротивление сдвигу Vs в условиях растяжения N = 0.
Физический смысл этой формулы заключается в способности контурной арматуры работать на срез до тех пор, пока не исчерпаны ее резервы сопротивления растяжению. Однако с увеличением растягивающего усилия в шпонке эти резервы снижаются в соответствии с квадратичной зависимостью и несущая способность шпонки на сдвиг обращается в нуль.
Проверка несущей способности монолитной железобетонной шпонки на сдвиг показала, что по прочности она не удовлетворяет комбинациям расчетных усилий при 8- и 9-балльных сейсмических воздействиях (в таблице 5 указанные комбинации выделены красным цветом).
Таким образом, анализ результатов конструктивных расчетов каркаса «лучевой» блок-секции показывает, что по условиям прочности основных несущих элементов каркас удовлетворяет нормативным требованиям в случаях сейсмических нагрузок 7 и 8 баллов. В то же время условия прочности наиболее напряженного конструктивного узла каркаса (монолитных железобетонных шпонок диафрагм жесткости) удовлетворяются лишь для 7 баллов.
Основная причина этого проектного дефекта заключается в недостаточном количестве диафрагм жесткости при принятом несимметричном плане типового этажа блок-секции. Существенным фактором также является ограниченная способность монолитных железобетонных шпонок воспринимать усилия сдвига в случае вертикальных растягивающих усилий, возникающих в диафрагмах жесткости. Контроль качества замоноличивания шпонок выявил также характерные дефекты их исполнения в натуре: несовпадение арматурных выпусков из диафрагм жесткости и образование щели поверх шпонок из-за оседания монолитного бетона, что ставит под сомнение их реальную надежность.
Эти выводы полностью согласуются с результатами натурных испытаний фрагмента безригельного каркаса серии 1.120с (Иркутск, 2004 г.), при которых 90% шпонок в диафрагмах жесткости получили повреждения 4−5 степени (разрушение) по шкале MSK-64 [11]. Что касается сварных соединений диафрагм жесткости с колоннами, то при испытаниях фрагмента каркаса был зафиксирован срез сварного шва лишь в отдельных узлах — в 5% случаев. Тем не менее, прочность сварных соединений также нуждается в дополнительной проверке, особенно с точки зрения надежности анкеровки закладных деталей в бетоне.
Строительные нормы и правила каменные и армокаменные конструкции снип ii-22-81 Москва 2004
МОДУЛИ УПРУГОСТИ И ДЕФОРМАЦИЙ КЛАДКИ ПРИ КРАТКОВРЕМЕННОЙ И ДЛИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ, УПРУГИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КЛАДКИ, ДЕФОРМАЦИИ УСАДКИ, КОЭФФИЦИЕНТЫ ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ И ТРЕНИЯ
для неармированной кладки
для кладки с продольным армированием
В формулах (1) и (2) a – упругая характеристика кладки, принимается по п. 3.21.
Модуль упругости кладки с сетчатым армированием принимается таким же, как для неармированной кладки.
Для кладки с продольным армированием упругую характеристику следует принимать такой же, как для неармированной кладки, Ru – временное сопротивление (средний предел прочности) сжатию кладки, определяемое по формуле
где k – коэффициент, принимаемый по табл. 14,
R – расчетные сопротивления сжатию кладки, принимаемые по табл. 2 – 9* с учетом коэффициентов, приведенных в примечаниях к этим таблицам, а также в пп. 3.9 – 3.14.
В формулах (2) и (4) Rsku – временное сопротивление (средний предел прочности) сжатию армированной кладки из кирпича или камней при высоте ряда не более 150 мм, определяемое по формулам:
для кладки с продольной арматурой
для кладки с сетчатой арматурой
m – процент армирования кладки,
для кладки с продольной арматурой
где As и Ak – соответственно площади сечения арматуры и кладки, для кладки с сетчатой арматурой m определяется по п. 4.30*,
Rsn – нормативные сопротивления арматуры в армированной кладке, принимаемые для сталей классов А-I и А-II в соответствии со СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций, а для стали класса Вр-I – с коэффициентом условий работы 0,6 по тому же СНиП.
3.21. Значения упругой характеристики a для неармированной кладки следует принимать по табл. 15*.
3.22. Модуль деформаций кладки Е должен приниматься:
а) при расчете конструкций по прочности кладки для определения усилий в кладке, рассматриваемой в предельном состоянии сжатия при условии, что деформации кладки определяются совместной работой с элементами конструкций из других материалов (для определения усилий в затяжках сводов, в слоях сжатых многослойных сечений, усилий, вызываемых температурными деформациями, при расчете кладки над рандбалками или под распределительными поясами), по формуле
где Е – модуль упругости (начальный модуль деформаций) кладки, определяемый по формулам (1) и (2).
2. Приведенные в табл. 15* (поз. 7 – 9) значения упругой характеристики a для кирпичной кладки распространяются на виброкирпичные панели и блоки.
3. Упругая характеристика бутобетона принимается равной a = 2000.
4. Для кладки на легких растворах значения упругой характеристики a следует принимать по табл. 15* с коэффициентом 0,7.
5. Упругие характеристики кладки из природных камней допускается уточнять по специальным указаниям, составленным на основе результатов экспериментальных исследований и утвержденным в установленном порядке.
3.23*. Относительная деформация кладки с учетом ползучести определяется по формуле
где s – напряжение, при котором определяется e,
v – коэффициент, учитывающий влияние ползучести кладки:
v = 1,8 – для кладки из керамических камней с вертикальными щелевидными пустотами (высота камня от 138 до 220 мм),
v = 2,2 – для кладки из керамического кирпича пластического и полусухого прессования,
v = 2,8 – для кладки из крупных блоков или камней, изготовленных из тяжелого бетона,
v = 3,0 – для кладки из силикатного кирпича и камней полнотелых и пустотелых, а также из камней, изготовленных из бетона на пористых заполнителях или поризованного и силикатных крупных блоков,
v = 3,5 – для кладки из мелких и крупных блоков или камней, изготовленных из автоклавных ячеистых бетонов,
v = 4,0 – то же, из неавтоклавных ячеистых бетонов.
3.24. Модуль упругости кладки Е при постоянной и длительной нагрузке с учетом ползучести следует уменьшать путем деления его на коэффициент ползучести v.
3.25*. Модуль упругости и деформаций кладки из природных камней допускается принимать по специальным указаниям, составленным на основе результатов экспериментальных исследований и утвержденным в установленном порядке.
3.26*. Деформации усадки кладки из керамического кирпича и керамических камней не учитываются.
Деформации усадки следует принимать для кладок:
из кирпича, камней, мелких и крупных блоков, изготовленных на силикатном или цементном вяжущем, – 3×10 -4 ,
из камней и блоков, изготовленных из автоклавных ячеистых бетонов на песке и вторичных продуктах обогащения различных руд, – 4×10 -4 ,
то же, из автоклавных бетонов на золе – 6×10 -4 .
3.27. Модуль сдвига кладки следует принимать равным G = 0,4 Е, где Е – модуль упругости при сжатии.
3.28. Величины коэффициентов линейного расширения кладки следует принимать по табл. 16.
Модули упругости и деформаций кладки
Изменения главы СНиП II-22-81
Постановлением Госстроя СССР от 11 сентября 1985 г. № 143 утверждены и с 1 января 1986 г. вводятся в действие разработанные ЦНИИСК им. Кучеренко и представленные Главтехнормированием изменения главы СНиП 11-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции», утвержденной постановлением Госстроя СССР от 31 декабря 1981 г. № 292. Текст изменений публикуется ниже.
Пункт 2.1. Абзац первый изложить в новой редакции:
«2.1. Кирпич, камни и растворы для каменных и армокаменных конструкций, а также бетоны для изготовления камней и крупных блоков должны удовлетворять требованиям соответствующих ГОСТов и применяться следующих марок или классов:»
подпункт «б» изложить в новой редакции: «б» бетонов классов по прочности на сжатие:
тяжелого — В3,5: В5, В7,5, В12.5, В15, В20, В25, В3О,
на пористых заполнителях — В2, В2.5, В3.5, В5, В7,5, В12,5, B15, B20, В25, В30:
ячеистых — В1, В2, В2,5: В3,5, BS: В7,5, В12,5,
крупнопористого — В1, В2, В2,5, В3,5, В5, В7,5,
поризованного — 82,5, B3,S, B5, В7,5,
силикатного — В12.5, 815, B20, В25, В30».
Пункт 3.3. Табл. 4 дополнить с левой стороны графой «Классы бетона», в которой в верхних четырех строках проставляются прочерки, а в нижележащих строках указываются классы бетона: В30, В25, B20, В15, В12,5, В7,5, B5,В3.5, В2,5, В2,.
в графе 1 табл. 4 слова «Марка бетона или камня» заменить словами «Марка камня».
Примечание 2 к табл. 4 изложить в новой редакции:
«2. Классы бетона следует принимать по табл. 1 СТ СЭВ 1406-78. За марку блоков из природного камня следует принимать предел прочности на сжатие МПа (кгс/см 2 ), эталонного образца-куба, испытанного согласно требованиям ГОСТ 10180-78 и ГОСТ 8462-75».
Пункт 3.8. Табл. 9. Указанные в горизонтальной строке марки бетона заменить классами бетона, «М200» на «В15», «М150» на «812,5», «М100» на «В7,5», «М75» на «В5» «М50» на «В3,5», «М35» на «В2.5».
Пункт 3.11. Подпункт «в» изложить а новой редакции:
«в) 1,1 — для крупных блоков и камней, изготовленных из тяжелых бетонов и из природного камня (g ³ 1800 кг/м 3 ),
0,9 — для кладки из блоков и камней из автоклавных ячеистых бетонов и из силикатных бетонов классов по прочности выше 825,
0,8 — для кладки из блоков и камней из крупнопористых бетонов и из неавтоклавных бетонов. Виды ячеистых бетонов принимают в соответствии с ГОСТ 25485-82».
Пункт 3.21. В табл. 15 позиции 4 и 5 изложить в новой редакции:
«4. Из крупных блоке», изготовленных из ячеистых бетонов:
автоклавных 750 750 500 500 350
неавтоклавных 500 500 350 350 350
5 Из камней из ячеистых бетонов:
автоклавных 750 500 350 350 200
неавтоклавных 500 350 200 200 200».
Пункт 3.23. Пояснение к значению v = 3,5 изложить в новой редакции: «v =3,5 – для кладкииз крупных блоков или камней, изготовленныхиз автоклавных ячеистых бетонов»,
Пояснение к значению v = 4 изложить в новой редакции: v = 4 то жеиз неавтоклавных ячеистых бетонов».
Пункт 3.26. Абзац четвертый изложить в новой редакции: «из камней и крупных блоков, изготовленных из автоклавных ячеистых бетонов на песке и вторичных продуктах обогащения различных руд — 4·10 – 4 ».
Абзац пятый: «то же из автоклавных бетонов на золе — 6.10- 4 ».
Пункт 4.23. Текст, приведенный в первой графе табл. 22, изложить а новой редакции:
«Камни марок М25 и выше из бетонов на пористых заполнителях и из порисованных бетонов.
Камни марок M25 и выше из автоклавных ячеистых бетонов.
Камни марок М25 и выше из неавтоклавных ячеистых бетонов».
Пункт 6.51. В абзаце втором исключить фразу «Длина опоры однопролетных рандбалок должна быть не менее Н».
Пункт 6.5. В табл. 26, позиции 11 марки бетона для кладок I, II и III групп заменить классами:
М100 и выше на «В7,5 и выше», М75 на «B5» M50 на «В3,5», М35 на «В2,5».
Пункт 6.66. Табл. 31 с левой стороны дополнить графой «Классы бетона» в первой строке таблицы указать классы бетона «B3,5 — В7,5», во второй строке классы бетона «В1—В2», в третьей строке «прочерк».
В графе 1 табл. 31 слова «Марка раствора или бетона» заменить словами «Марка раствора».
Пункт 7.1. В подпункте «б» фразу «Высота каменных конструкций, возводимых способом замораживания, не должна превышать 15 м» заменить фразой «Высота каменных конструкций, возводимых способом замораживания, определяется расчетом, но не должна превышать 15 м и четырех этажей».
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Нормы настоящей главы должны соблюдаться при проектировании каменных и армокаменных конструкций новых и реконструируемых зданий и сооружений.
1.2. При проектировании каменных и армокаменных конструкций следует применять конструктивные решения, изделия и материалы:
а) наружные стены из: пустотелых керамических и бетонных камней и кирпича, облегченной кирпичной кладки с плитным утеплителем или засыпкой из пористых заполнителей, сплошных камней и блоков из бетона на пористых заполнителях, поризованных и ячеистых бетонов. Применение сплошной кладки из полнотелого глиняного или силикатного кирпича для наружных стен помещений с сухим и нормальным влажностным режимом допускается только при необходимости обеспечения их прочности,
б) стены из панелей и крупных блоков, изготовленных из бетонов различных видов, а также из кирпича или камней,
в) кирпич и камни марок по прочности на сжатие 150 и более в зданиях высотой более пяти этажей,
г) местные природные каменные материалы,
д) растворы с противоморозными химическими добавками для зимней кладки с учетом указаний разд. 7.
Примечание. При соответствующем обосновании допускается применять конструктивные решения, изделия и материалы, не предусмотренные настоящим пунктом.
1.3. Применение силикатных кирпича, камней и блоков, камней и блоков из ячеистых бетонов, пустотелого кирпича и керамических камней, глиняного кирпича полусухого прессования допускается для наружных стен помещений с влажным режимом при условии нанесения на их внутренние поверхности пароизоляционного покрытия. Применение указанных материалов для стен помещений с мокрым режимом, а также для наружных стен подвалов и цоколей не допускается. Влажностный режим помещений следует принимать в соответствии с главой СНиП по строительной теплотехнике.
1.4. Прочность и устойчивость конструкций и их элементов должна обеспечиваться при возведении и эксплуатации, а также при транспортировании и монтаже элементов сборных конструкций.
1.5. При расчете конструкций следует учитывать коэффициенты надежности γп, принимаемые согласно Правилам учета степени ответственности зданий и сооружений при проектировании конструкций, утвержденным Госстроем СССР.
1.6. При проектировании зданий и сооружений следует предусматривать мероприятия, обеспечивающие возможность возведения их в зимних условиях.
МАТЕРИАЛЫ
2.1. Кирпич, камни и растворы для каменных и армокаменных конструкций, а также бетоны для изготовления камней и крупных блоков должны удовлетворять требованиям соответствующих ГОСТов или технических условий и применяться следующих марок:
а) камней — по пределу прочности па сжатие (а кирпича — на сжатие с учетом его прочности при изгибе) — 4, 7, 10, 15, 25, 35, 50 (камни малой прочности — легкие бетонные и природные камни), 75, 100, 125, 150, 200 (средней прочности — кирпич, керамические, бетонные и природные камни), 250, 300, 400, 500, 600, 800, 1000 (высокой прочности — кирпич, природные и бетонные камни),
б) бетонов — по пределу прочности на сжатие:
тяжелого — М 50, М 75, M l00, М 150, М 200, М 250, М 300, М 350, М 400:
на пористых заполнителях — М 25, М 35, М 50, М 75, М 100, М 150, М 200, М 250, М 300, М 350, М 400,
ячеистого — М 15, М 25, М 35, М 50, М 75, М 100, М 150,
Строительные нормы и правила Каменные и аpмокаменные конструкции снип ii-22-81
Модули упругости и деформаций кладки при кратковременной
и длительной нагрузке, упругие характеристики кладки,
деформации усадки, коэффициенты линейного расширения
и коэффициенты трения
3.20. Модуль упругости (начальный модуль деформаций) кладки Ео при кратковременной нагрузке должен приниматься равным :
для неармированной кладки
для кладки с продольным армированием
В формулах (1) и (2) – упругая характеристика кладки, принимается по п.3.21.
Модуль упругости кладки с сетчатым армированием принимается таким же, как для неармированной кладки.
Для кладки с продольным армированием упругую характеристику следует принимать такой же, как для неармированной кладки, Ru – временное сопротивление (средний предел прочности) сжатию кладки, определяемое по формуле
где k – коэффициент, принимаемый по табл.14,
R – расчетные сопротивления сжатию кладки, принимаемые по табл.2-9 с учетом коэффициентов, приведенных в примечаниях к этим таблицам, а также в пп.3.9-3.14.
Т а б л и ц а 14
1. Из кирпича и камней всех видов, из крупных блоков, рваного бута и бутобетона, кирпичная вибрированная
2. Из крупных и мелких блоков из ячеистых бетонов
Упругую характеристику кладки с сетчатым армированием следует определять по формуле
В формулах (2) и (4) Rsku – временное сопротивление (средний) предел прочности) сжатию армированной кладки из кирпича или камней при высоте ряда не более 150 мм, определяемый по формулам:
для кладки с продольной арматурой
для кладки с сетчатой арматурой
– процент армирования кладки,
для кладки с продольной арматурой
где Аs и Аk – соответственно площади сечения арматуры и кладки, для кладки с сетчатой арматурой определяется по п.4.30, Rsn – нормативные сопротивления арматуры в армированной кладке, принимаемые для сталей классов А-I и А-II в соответствии с главой СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций, а для стали класса Вр-I с коэффициентом условий работы 0,6 по той же главе СНиП.
3.21. Значения упругой характеристики для неармированной кладки следует принимать по табл.15.
Т а б л и ц а 15
при марках раствора
при прочности раствора
1. Из крупных блоков, изготовленных из тяжелого и крупнопористого бетона на тяжелых заполнителях и из тяжелого природного камня
2. Из камней, изготовленных из тяжелого бетона, тяжелых природных камней и бута
3. Из крупных блоков, изготовленных из бетона на пористых заполнителях и поризованного, крупнопористого бетона на легких заполнителях, плотного силикатного бетона и из легкого природного камня
4. Из крупных блоков, изготовленных из ячеистых бе-
5. Из камней из ячеистых бетонов вида:
6. Из керамических камней
7. Из кирпича глиняного пластического прессования лолнотелого и пустотелого, из пустотелых силикатных камней, из камней, изготовленных из бетона на пористых заполнителях и поризованного, из легких природных камней
8. Из кирпича силикатного полнотелого и пустотелого
9. Из кирпича глиняного полусухого прессования пол-нотелого и пустотелого
Примечания: 1. При определении кэффициентов продольного изгиба для элементов с гибкостью l/i 28 или отношением l/h 8 (см. п. 4.2) допускается принимать величины упругой характеристики кладки из кирпича всех видов, как из кирпича пластического прессования.
2. Приведенные в табл. 15 (пп. 7-9) значения упругой характеристики для кирпичной кладки распространяются на виброкирпичные панели и блоки.
3. Упругая характеристика бутобетона принимается равной = 2000.
4. Для кладки на легких растворах значения упругой характеристики следует принимать по табл. 15 с коэффициентом 0,7.
5. Упругие характеристики из природных камней допускается уточнять по специальным указаниям, составленным на основе результатов экспериментальных исследований и утвержденным в установленном порядке.
3.22. Модуль деформаций кладки Е должен приниматься:
а) при расчете конструкций по прочности кладки для определения усилий в кладке, рассматриваемой в предельном состоянии сжатия при условии, что деформации кладки определяются совместной работой с элементами конструкций из других материалов (для определения усилий в затяжках сводов, в слоях сжатых многослойных сечений, усилий, вызываемых температурными деформациями, при расчете кладки над рандбалками или под распределительными поясами) по формуле
где Ео – модуль упругости (начальный модуль деформаций) кладки, определяемый по формулам (1) и (2).
б) при определении деформаций кладки от продольных или поперечных сил, усилий в статически неопределимых рамных системах, в которых элементы конструкций из кладки работают совместно с элементами из других материалов, периода колебаний каменных конструкций, жесткости конструкций по формуле
3.23. Относительная деформация кладки с учетом ползучести определяется по формуле
где – напряжение, при котором определяется ,
– коэффициент, учитывающий влияние ползучести кладки,
=1,8 – для кладки из керамических камней с вертикальными щелевидными пустотами (высота камня 138 мм),
=2,2 – для кладки из глиняного кирпича пластического и полусухого прессования,
=2,8 – для кладки из крупных блоков или камней, изготовленных из тяжелого бетона,
=3,0 – для кладки из силикатного кирпича и камней полнотелых и пустотелых, а также из камней, изготовленных из бетона на пористых заполнителях или поризованного и силикатных крупных блоков,
=3,5 – для кладки из мелких и крупных блоков, изготовленных из автоклавного ячеистого бетона вида А,
=4,0 – то же, из автоклавного ячеистого бетона вида Б.
3.24. Модуль упругости кладки Ео при постоянной и длительной нагрузке, с учетом ползучести, следует уменьшать путем деления его на коэффициент ползучести .
3.25. Модуль упругости и деформаций кладки из природных камней допускается принимать по специальным указаниям, составленном на основе результатов экспериментальных исследований и утвержденным Госстроями союзных республик в установленном порядке.
3.26. Деформации усадки кладки из глиняного кирпича и керамических камней не учитываются.
Деформации усадки следует принимать для кладок:
из кирпича, камней, мелких и крупных блоков, изготовленных на силикатном или цементном вяжущем – 310 -4 ,
из камней и блоков, изготовленных из автоклавного ячеистого бетона (вида А) – 4Х10 -4 ,
то же, из неавтоклавного ячеистого бетона (вида Б) – 8 10 -4 ,
3.27. Модуль сдвига кладки следует принимать равным
Ео – модуль упругости при сжатии.
3.28. Величины коэффициентов линейного расширения кладки следует принимать по табл.16.
Т а б л и ц а 16
го расширения кладки
1. Кирпич глиняный полноте-
лый, пустотелый и керамические камни
2. Кирпич силикатный, камни и
блоки бетонные и бутобетон
3. Природные камни, камни и
блоки из ячеистых бетонов
П р и м е ч а н и е. Величины коэффициентов линейного расширения для кладки из других материалов допускается принимать по опытным данным
3.29. Коэффициенты трения следует принимать по табл. 17.
Т а б л и ц а 17
Коэффициенты трения при
1. Кладка по кладке или бетону
2. Дерево по кладке или бетону
3. Сталь по кладке или бетону
4. Кладка и бетон по песку или гравию
5. То же, по суглинку
6. То же, по глине
^ 4. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ
ПЕРВОЙ ГРУППЫ (ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ)
4.1. Расчет элементов неармированных каменных конструкций при центральном сжатии следует производить по формуле
N – расчетная продольная сила,
R – расчетное сопротивление сжатию кладки, определяемое по табл. 2-9,
– коэффициент продольного изгиба, определяемый по п. 4.2,
A – площадь сечения элемента,
mg – коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки и определяемый по формуле (16) при eog = 0
При меньшем размере прямоугольного поперечного сечения элементов h 30 см (или с меньшим радиусом инерции элементов любого сечения i 8,7 см) коэффициент mg следует принимать равным единице.
4.2. Коэффициент продольного изгиба для элементов постоянного по длине сечения следует принимать по табл. 18 в зависимости от гибкости элемента
или прямоугольного сплошного сечения при отношении
и упругой характеристики кладки ,принимаемый по табл. 15, а для кладки с сетчатым армированием – по формуле (4).
В формулах (11) и (12)
lo – расчетная высота (длина) элемента, определяемая согласно указаниям п.4.3,
i – наименьший радиус инерции сечения элемента,
h – меньший размер прямоугольного сечения.
Т а б л и ц а 18
Коэффициенты продольного изгиба при
упругих характеристиках кладки
П р и м е ч а н и я: 1. Коэффициенты при промежуточных величинах гибкостей определяются по интерполяции.
2. Коэффициенты для отношений h, превышающих предельные (пп. 6.16-6.20), следует принимать при определении с (п. 4.7) в случае расчета на внецентренное сжатие с большими эксцентриситетами.
3. Для кладки с сетчатым армированием величины упругих характеристик, определяемые по формуле (4), могут быть менее 200.
4.3. Расчетные высоты стен и столбов lo при определении коэффициентов продольного изгиба в зависимости от условий опирания их на горизонтальные опоры следует принимать:
а) при неподвижных шарнирных опорах lo = H (рис. 4,а),
б) при упругой верхней опоре и жестком защемлении в нижней опоре: для однопролетных зданий lo = 1,5 Н, для многопролетных зданий l o = 1,25 Н (рис. 4,б),
Рис.4. Коэффициенты и m по высоте сжатых стоек и столбов а – шарнирно опертых на неподвижные опоры, б – защемленных внизу и имеющих верхнюю упругую опору, в – свободно стоящих
в) для свободно стоящих конструкций lo = 2Н (рис. 4,в),
г) для конструкций с частично защемленными опорными сечениями – с учетом фактической степени защемления, но не менее lo = 0,8 Н, где Н – расстояние между перекрытиями или другими горизонтальными опорами, при железобетонных горизонтальных опорах расстояние между ними в свету.
П р и м е ч а н и я: 1. При жестких опорах (см. п. 6.7) и заделке в стены сборных железобетонных перекрытий принимается lo = 0,9 Н, а при монолитных железобетонных перекрытиях, опираемых на стены по четырем сторонам, l o = 0,8 Н.
2. Если нагрузкой является только собственная масса элемента в пределах рассчитываемого участка, то расчетную высоту lo сжатых элементов, указанную в п. 4.3 следует уменьшить путем умножения на коэффициент 0,75.
4.4. Значения коэффициентов и mg для стен и столбов, опирающихся на шарнирные неподвижные опоры, с расчетной высотой lo = Н (см. п. 4.3) при расчете сечений, расположенных в средней трети высоты lo следует принимать постоянными, равными расчетным значениям и mg , определенным для данного элемента. При расчете сечений на участках в крайних третях lo , коэффициенты и mg увеличиваются по линейному закону до единицы на опоре (рис. 4,a).
Для стен и столбов, имеющих нижнюю защемленную и верхнюю упругую опоры, при расчете сечений нижней части стены или столба до высоты 0,7 H принимаются расчетные значения и mg , а при расчете сечений верхней части стены или столба значения и mg для этих сечений увеличиваются до единицы по линейному закону (рис. 4,б).
Для свободно стоящих стен и столбов при расчете сечений в их нижней части (до высоты 0,5 H) принимаются расчетные значения и mg , а в верхней половине значения и mg увеличиваются до единицы по линейному закону (рис. 4,в).
В месте пересечения продольной и поперечной стен, при условии их надежного взаимного соединения, коэффициенты и mg разрешается принимать равными 1. На расстоянии H от пересечения стен коэффициенты и mg определяются по пп. 4.1-4.3. Для промежуточных вертикальных участков коэффициенты и mg принимаются по интерполяции.
4.5. В стенах, ослабленных проемами, при расчете простенков коэффициент принимается по гибкости стены.
Для узких простенков, ширина которых меньше толщины стены, производится также расчет простенка в плоскости стены, при этом расчетная высота простенка принимается равной высоте проема.
4.6. Для ступенчатых стен и столбов, верхняя часть которых имеет меньшее поперечное сечение, коэффициенты и mg определяются:
a) при опирании стен (столбов) на неподвижные шарнирные опоры – по высоте lo = H ( H – высота стены или столба согласно п. 4.3) и наименьшему сечению, расположенному в средней трети высоты Н,
б) при упругой верхней опоре или при ее отсутствии – по расчетной высоте l o , определенной согласно п. 4.3 и сечению у нижней опоры, а при расчете верхнего участка стены (столба) высотой Н1 – по расчетной высоте lo1 и поперечному сечению этого участка, l o1 – определяется так же, как lo, но при Н=Н1 .
Российской Федерации
Модули упругости и деформаций кладки при кратковременной
и длительной нагрузке, упругие характеристики кладки, деформации
усадки, коэффициенты линейного расширения и трения
6.21 Модуль упругости (начальный модуль деформаций) кладки Е при кратковременной нагрузке должен приниматься равным:
для неармированной кладки
для кладки с продольным армированием
В формулах ( 1 ) и ( 2 ) – упругая характеристика кладки, принимается по таблице 16 ,
Модуль упругости кладки с сетчатым армированием принимается таким же, как для неармированной кладки.
Для кладки с продольным армированием упругую характеристику следует принимать такой же, как для неармированной кладки, Ru – временное сопротивление (средний предел прочности) сжатию кладки, определяемое по формуле
где k – коэффициент, принимаемый по таблице 15 ,
R – расчетные сопротивления сжатию кладки, принимаемые по таблицам 2 10 с учетом коэффициентов, приведенных в примечаниях к этим таблицам, а также в 6.10 6.15 .
Упругую характеристику кладки с сетчатым армированием следует определять по формуле
В формулах ( 2 ) и ( 4 ) Rsku – временное сопротивление (средний предел прочности) сжатию армированной кладки из кирпича или камней при высоте ряда не более 150 мм, определяемое по формулам:
для кладки с продольной арматурой
для кладки с сетчатой арматурой
– процент армирования кладки,
для кладки с продольной арматурой
где As и Ak – соответственно площади сечения арматуры и кладки, для кладки с сетчатой арматурой определяется по 7.31 ,
Rsn – нормативные сопротивления арматуры в армированной кладке, принимаемые для сталей классов А240 и А300 в соответствии с СП 63.13330, а для стали класса В500 – с коэффициентом условий работы 0,6 по тому же СП.
3.22 Модуль деформаций кладки Е должен приниматься:
а) при расчете конструкций по прочности для определения усилий в кладке при знакопеременных и малоцикловых нагружениях (для определения усилий в затяжках сводов, в слоях сжатых многослойных сечений, усилий, вызываемых температурными деформациями, при расчете кладки над рандбалками или под распределительными поясами) по формуле:
где Е – модуль упругости (начальный модуль деформаций) кладки, определяемый по формулам ( 1 ) и ( 2 ).
1 При определении коэффициентов продольного изгиба для элементов с гибкостью lo/i 28 или отношением lo/h 8 (см. 7.2 ) допускается принимать величины упругой характеристики кладки из кирпича всех видов как из кирпича пластического прессования.
2 Приведенные в таблице 16 (позиции 7 – 9) значения упругой характеристики для кирпичной кладки распространяются на виброкирпичные панели и блоки.
3 Упругая характеристика бутобетона принимается равной = 2000.
4 Для кладки на легких растворах значения упругой характеристики следует принимать по таблице 16 с коэффициентом 0,7.
5 Упругие характеристики кладки из природных камней, полистиролбетонных блоков допускается уточнять по специальным указаниям, составленным на основе результатов экспериментальных исследований и утвержденным в установленном порядке.
6 Для кладки из крупноформатных камней следует принимать как для керамических камней с коэффициентов 0,7.
б) при определении деформаций кладки от продольных или поперечных сил, усилий в статически неопределимых рамных системах, в которых элементы конструкций из кладки работают совместно с элементами из других материалов, периода колебаний каменных конструкций, жесткости конструкций по формуле
6.23 Для нелинейных расчетов относительные деформации кладки при кратковременной нагрузке могут определяться при любых напряжениях по формуле
При зависимости между напряжениями и деформациями по формуле (8) тангенциальный модуль деформаций определяется по формуле
6.24 Относительная деформация кладки с учетом ползучести определяется по формуле
где – напряжение, при котором определяется ,
v – коэффициент, учитывающий влияние ползучести кладки:
v = 1,8 – для кладки из керамических камней в т.ч. крупноформатных с вертикальными щелевидными пустотами (высота камня от 138 до 220 мм),
v = 2,2 – для кладки из керамического кирпича пластического и полусухого прессования,
v = 2,8 – для кладки из крупных блоков или камней, изготовленных из тяжелого бетона,
v = 3,0 – для кладки из силикатного кирпича и камней полнотелых и пустотелых, а также из камней, изготовленных из бетона на пористых заполнителях или поризованного и силикатных крупных блоков,
v = 3,5 – для кладки из мелких и крупных блоков или камней, изготовленных из автоклавных ячеистых бетонов,
v = 4,0 – то же, из неавтоклавных ячеистых бетонов и полистиролбетонов .
6.25 Модуль упругости кладки Е при постоянной и длительной нагрузке с учетом ползучести следует уменьшать путем деления его на коэффициент ползучести v.
6.26 Модуль упругости и деформаций кладки из природных камней допускается принимать на основе результатов экспериментальных исследований и утвержденным в установленном порядке.
6.27 Деформации усадки кладки из керамического кирпича и керамических камней в т.ч. крупноформатных не учитываются.
Деформации усадки следует принимать для кладок:
из кирпича, камней, мелких и крупных блоков, изготовленных на силикатном или цементном вяжущем, – 310 -4 ,
из камней и блоков, изготовленных из автоклавных ячеистых бетонов на песке и вторичных продуктах обогащения различных руд, – 410 -4 ,
то же, из автоклавных бетонов на золе – 610 -4 .
6.28 Модуль сдвига кладки следует принимать равным G = 0,4 Е, где Е – модуль упругости при сжатии.
6.29 Величины коэффициентов линейного расширения кладки следует принимать по таблице 17 .
Станьте первым!