Понятия о зданиях и сооружениях. Основные элементы зданий

ОСНОВЫ КЛАССИФИКАЦИИ ЗДАНИЙ

 

В зависимости от назначения здания объединяют в сходные группы: жилые дома, общественные здания, производственные здания, вспомогательные здания промышленных предприятий.

Здания каждой из этих групп в зависимости от степени долговечности и огнестойкости основных конструктивных элементов и эксплуатационных качеств подразделены на четыре класса: I – IV. I класс отвечает повышенным требованиям, IV класс – минимальным.

Назначая класс здания при составлении задания на проектирование учитывают его народно – хозяйственное значение, стоимость размещаемого в нем оборудования, градостроительные требования и требования долговечности. СНиП для каждого класса здания устанавливает степень долговечности и огнестойкости, требования внутреннего благоустройства.

 

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

 

Созданию выразительных зданий и сооружений, надежных конструкций, обеспечение долговечности зданий, способствует рациональный выбор материалов.

Основные требования, предъявляемее к строительным материалом: высокая прочность, однородность свойств и их стабильность, технологичность и простота получения изделий посредством традиционных технологических процессов, высокие эксплуатационные качества, такие, как долговечность, сопротивляемость агрессивным средам, малый собственный вес, низкая стоимость.

Применяемые ныне материалы в различной степени удовлетворяют перечисленным требованиям. В современном строительстве основными конструкционными материалами являются сталь, дерево, каменная кладка и особенно бетон и железобетон. Из этих материалов возводят здания различного назначения, несущие конструкции которых подлежат расчету. Все конструкции независимо от материала рассчитываются по одному методу – по предельным состояниям, под которыми понимают состояние, когда конструкции перестают удовлетворять предъявленным к ним эксплуатационным требованиям.

 

ЗАДАЧИ РАСЧЕТА КОНСТРУКЦИЙ

 

Расчет конструкций производится с целью подтверждения того, что запроектированные конструкции отвечают предъявленным к ним эксплуатационным требованиям.

Какие же эксплуатационные требования предъявляются к конструкциям?

В действующих нормах проектирования строительных конструкций предусмотрены две группы эксплуатационных требований, которым должны удовлетворять конструкции в течение всего срока их службы:

1. первая группа требований – по полной непригодности к эксплуатации вследствие потери несущей способности (прочность, устойчивость, выносливость). По этой группе рассчитываются все конструкции.

2. вторая группа требований – по непригодности к нормальной эксплуатации (недопустимые деформации, местные разрушения, трещинообразование железобетонных конструкций и др.)

Практика предъявляет и другие эксплуатационные требования (долговечность, огнестойкость и др.), для проверки соответствия которым также может производиться расчет.

Однако работа конструкций в период эксплуатации зависит не только от правильного расчета и конструирования их. При отклонении от норм показателей качества материалов, качества производства работ, режима эксплуатации и т.п. конструкция может оказаться непригодной к эксплуатации даже при правильном ее проектировании.

Расчетные нормы построены в предположении, что при проектировании и возведении конструкций все проектные и производственные требования будут безусловно выполнены.

 

НАГРУЗКИ. (СНиП 2.01.07-85)

Основная характеристика нагрузки – это ее нормативное значение.

Нормативная нагрузка, регламентированная настоящими нормами, представляет собой наибольшее ее значение, которое может возникнуть при нормальной эксплуатации сооружения.

(g_n; P_n)

Изменчивость нагрузки, которая может проявиться за время эксплуатации конструкций, учитывается коэффициентом надежности по нагрузке (γ_f), при учете которого определяется расчетная нагрузка

;

(1)

В большинстве расчетов γ_f >1, например, для собственной массы конструкций γ_f =1,05 – 1,2; для снеговой нагрузки γ_f =1,4 – 1,6. В ряде случаев коэффициент надежности по нагрузке может быть меньше 1, если это ухудшает условия работы конструкции. Например, собственная масса конструкции при расчете на скольжение, всплытие, опрокидывание принимается с γ_f =0,9.

 

8.1. Постоянные и временные нагрузки. Сочетание
нагрузок.

В зависимости от продолжительности действия нагрузки делятся на постоянные и временные.

Постоянные нагрузки передаются на конструкцию в течение всего срока ее эксплуатации. К ним относятся собственный вес конструкций, давление грунтов.

Временные нагрузки действуют в какие-то определенные периоды более или менее продолжительные. Они разделяются на:

1. длительные;

2. кратковременные;

3. особые.

Длительные нагрузки – это вес стационарного оборудования, давление жидкости, газов, сыпучих материалов в емкостях, а также нагрузки в складских помещениях, архивах, библиотеках и т.п. Нормы устанавливают часть длительно действующей нагрузки в жилых домах, служебных и бытовых помещениях, часть нагрузки снеговой также относят к длительной.

Кратковременные нагрузки – это вес людей, нагрузки от оборудования, часть нагрузок в жилых и общественных зданиях, часть снеговой нагрузки, ветровая нагрузка и др.

Особые нагрузки действуют в особый период. Сюда относятся: сейсмические и взрывные воздействия, аварийные нагрузки и др.

Нагрузки учитываются в сочетаниях, которые наиболее реально могут встретиться при том или ином расчете. В зависимости от учитываемого состава нагрузок СНиП предлагает различать два вида сочетаний:

· основные – состоящие из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок;

· особые – состоящие из постоянных, длительных и кратковременных и особых нагрузок;

В зависимости от вида сочетания и количества нагрузок, вводимых в расчет, последние принимаются с коэффициентом сочетаний (ψ).

Так, основные сочетания рассматриваются в двух вариантах:

1. постоянная нагрузка + одна временная нагрузка при ψ= 1;

2. постоянная (ψ₁= 1) + две или более временных (ψ₂= 0,9).

При особом сочетании:

Постоянная (ψ₁= 1) + временная длительная (ψ₂= 0,95) + кратковременная (ψ₃= 0,8) + особая (ψ₄= 1).

При расчете конструкций чаще в сочетаниях учитывают не нагрузки, а полученные от этих нагрузок расчетные усилия с упомянутыми выше коэффициентами сочетаний.

При определении расчетного значения нагрузки ее значение следует умножать на коэффициент надежности по назначению (γ_n), значение которого зависит от класса ответственности здания или сооружения. Степень ответственности здания или сооружения определяется размером материального и социального ущерба при достижении конструкциями предельного состояния. Установлены три класса ответственности зданий и сооружений:

класс I, γ_n= 1 – здания и сооружения, имеющие обоснованное народнохозяйственное и социальное значение (главные корпуса ТЭС, АЭС, телевизионные башни, резервуары для нефтепродуктов, мосты, крытые спортивные сооружения с трибунами, цирки, крытые рынки, театры, кинотеатры, учебные заведения, архивы и т.п.

класс II, γ_n =0,95 – здания и сооружения промышленного и гражданского строительства (не входящие в классы I и III)

класс III, γ_n =0,9 – складские помещения без процессов сортировки и упаковки, одноэтажные жилые дома, временные здания и сооружения. Сбор нагрузок рекомендуется производить в табличной форме.

Таблица 1. Сбор нагрузок

Нагрузка	Нормативное значение, Н/м^2	Коэф. надежности по нагрузке, γf	Коэф. надежности по назначению, γn	Расчетне значение, Н/м^2
А. Постоянная: 1) 2) 3)	gn,1 gn,2 gn,3	gf,1 gf,2 gf,3	gn	g1 g2 g3
Итого:
Б. Временная: 1)длительная 2)кратковременная	Vn,l Vn,sh	gf,1 gf,2	gn	Vl Vsh
Итого:
Полная нагрузка в том числе: -нагрузка продолжительного действия -кратковременная нагрузка

 

9. НОРМАТИВНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ
МАТЕРИАЛОВ

 

Сопротивление материалов силовым воздействиям характеризуется его нормативным сопротивлением (R_n). Это основная прочностная характеристика, которая в зависимости от механических свойств материала принимается либо по пределу текучести, либо по временному сопротивлению. Нормативное сопротивление определяется экспериментально путем выборочных испытаний образцов стандартных размеров. По существу – это браковочный минимум прочностных свойств материалов. Вероятность, с которой обеспечивается нормативное сопротивление, должно составлять не менее 95%.

Расчетное сопротивление – это прочностная характеристика материалов, в которой учитывается изменчивость его механических свойств с помощью коэффициента надежности по материалу (γ_m). Величина расчетного сопротивления определяется делением R_n на коэффициент γ_{m .}

(2)

Коэффициент γ_m установлен СНиП. Так, для сталей в металлических конструкциях γ_s =1,025 – 1,15; для арматурных сталей γ_s =1,05 – 1,20; для бетона при сжатии γ_bc =1,3; для бетона при растяжении γ_bt =1,5 и т.д.

Условия работы конструкции под нагрузкой учитываются коэффициентами условий работы материала (γ_i). Его вводят тогда, когда факторы, влияющие на переход конструкций в предельное состояние, нельзя учесть при расчете прямым путем. Для наиболее распространенных видов конструкций γ_i =1, но по нормам его значение может быть как меньше, так и больше единицы и он регламентируется соответствующими нормами. Например, если условия работы конструкции из бетона или железобетона благоприятны для нарастания прочности бетона γ_bi =1, неблагоприятны - γ_bi =0,9 и т.д.

 

10. СУЩНОСТЬ РАСЧЕТА КОНСТРУКЦИЙ ПО
ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ. ОБЩИЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ.

Расчет по деформациям

 

Производится из условия, что деформации (перемещения, прогибы) от действия внешней нагрузки f не должны превышать предельно допустимых значений f_ult

,

(9)

10.2.2. Расчет по местным разрушениям (для
железобетонных элементов)

 

а) Расчет по образованию трещин производят из условия, что усилие от внешних нагрузок в рассматриваемом сечении F не должно превышать предельного усилия F_crc, при котором образуется трещина, т.е.

,

(10)

б) Расчет по раскрытию трещин. Если проверка по образованию трещин показывает, что , то необходимо проверить ширину раскрытия трещин и установить, что они не выходят за пределы допустимых значений, т.е.

,

(9)

где a_crc – ширина раскрытия трещин от внешней нагрузки; a_crc,ult – предельно допустимое значение ширины раскрытия трещин, установленное СНиП.

 

Таблица 2. Основные характеристики строительных материалов.

Наименование материала	Плотность, кг/м^3	Расчетное сопротивление, МПа	Коэффициент относительной прочности, 1х10^3 м
Сталь обычной прочности марки ВСТ3 КП2-1			2,79
Сталь повышенной прочности марки 10ХСНД			5,07
Алюминиевый сплав упрочненный 1915Т			7,36
Бетон класса В30			0,72
Древесина (сосна) 2-го сорта			2,21
Кирпичная кладка (кирпич марки 100, раствор марки 25)		1,3	0,07

 

Огнестойкость.

Наибольшей огнестойкостью обладают бетонные и каменные конструкции. Железобетон имеет меньшую огнестойкость, чем бетон. Для повышения огнестойкости железобетонных конструкций необходимо увеличить толщину слоя бетона, защищающего арматуру.

Прочность стальных конструкций снижается вдвое при температуре 500^оС, а при 600^оС сталь становится пластичной. Прочность алюминиевых сплавов снижается уже при 200^оС.

Деревянные конструкции относятся к наименее огнестойким конструкциям, для защиты от огня их пропитывают антипиренами и оштукатуривают.

Долговечность.

Бетонные и каменные конструкции – самые долговечные. Железобетонные конструкции также весьма долговечны при условии надежной защиты арматуры бетоном. Металлические конструкции долговечны при своевременной и надежной защите от коррозии стали окраской. Деревянные конструкции в сырых условиях и без проветривания разрушаются через 5 – 10 лет, но их долговечность существенно повышается при надежной защите от атмосферных влияний (до 50 и даже 100 лет).

Атмосферная и химическая стойкость.

Металлические конструкции корродируют под воздействием влажности и загрязнений окружающей среды агрессивными газами, ________. Для защиты от коррозии их красят, оцинковывают или обрабатывают особыми составами. Деревянные конструкции в аналогичных условиях подвергаются гниению и разрушению грибами. Против гниения их антисептируют, изолируют от увлажнения, обеспечивают надежное проветривание. Химическая стойкость деревянных конструкций против некоторых веществ довольно высока. Железобетонные и каменные конструкции атмосферостойкие. Химическая стойкость железобетонных конструкций в ряде случаев недостаточна. Ее можно повысить за счет использования полимерных покрытий, добавок, а также бетонополимеров и армополимербетонов. Перспективными в этом отношении являются конструкции, армированные неметаллической арматурой.

Эксплуатационные расходы.

Железобетонные и каменные конструкции для поддержания их в период эксплуатации в надлежащем состоянии почти не вызывают расходов. Деревянные конструкции требуют непрерывного наблюдения и возобновления покрытий против гниения и огня, а также выполнения работ по устранению ослабления стыков и соединений. Стальные конструкции также требуют периодического окрашивания.

Дефицитность материалов.

Наиболее дефицитными являются материалы для алюминиевых и стальных конструкций, так как они в значительных количествах расходуются во многих других отраслях промышленности. В железобетонных конструкциях заполнители бетона – песок, щебень, гравий, легкие заполнители чаще всего местные материалы, как и сырье для каменных конструкций. Древесина – доступный материал в лесных районах.

 

12. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ОБЩИЙ ПОДХОД К
РАСЧЕТУ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ РАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

Металлические конструкции

Стальные конструкции целесообразны главным образом в зданиях и сооружениях с большими нагрузками, пролетами и высотами. Они используются также в цехах металлургических заводов, резервуарах, высоконапорных трубопроводах, в каркасах уникальных высотных зданий, опор высоковольтных электросетей, подвижных конструкциях кранов, разводных мостов и т.п.

Экономически обосновано их применение для ферм покрытий пролетом 30 и более метров, колонн высотой 16 и более метров, подкрановых балках для кранов грузоподъемностью 30 и более тонн.

В практике последних лет наибольший экономический эффект получают при применении структурных, висячих покрытий, а также предварительно напряженных конструкций.

В ограждающих конструкциях стен и покрытий применяются профилированные настилы, рулонные полотнища, волнистые алюминиевые листы, утепленные листы из стали и алюминия.

Деревянные конструкции

В районах, где древесина является местным материалом, деревянные конструкции усиленно используются для строительства жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий, а также инвентарных подвижных и сборно-разборых зданий.

Наиболее перспективными являются клееные деревянные конструкции, преимуществом которых является их индустриальность, долговечность, надежность при пожаре, повышенная атмосферная стойкость.

Разработаны металлодеревянные конструкции для перекрытия пролетов 60 и более метров.

Металлические и деревянные конструкции рассчитываются с учетом упругости материалов, а также их неупругих свойств и однородности.

Каменные конструкции

Основная область применения конструкций из каменной кладки – стеновые конструкции (около 60% в общем балансе). Высокие эксплуатационные качества каменных конструкций, простота возведения обуславливают их целесообразность при нестандартном строительстве, возведении нетиповых частей зданий, а также при реконструкциях, ремонтах зданий.

Железобетонные конструкции

Основным строительным материалом капитального строительства является железобетон.

Применяются предварительно напряженные и обычные (ненапряженные) конструкции, как в сборном, так и в монолитном исполнении.

Заводы сборного железобетона выпускают конструкции из тяжелого, легкого, специального железобетона практически для всех областей строительства (гражданское, промышленное, сельскохозяйственное, транспортное, энергетическое и т.п.).

Это стеновые панели, колонны, плиты покрытий и перекрытий, балки, фермы, арки, подкрановые балки, фундаментные балки и блоки, элементы пространственных покрытий, пролетных строений мостов, подпорных стен, подземных переходов и строений, опоры контактных сетей, шпалы, трубы, элементы оград дорожного строительства и др.

Широкое распространение имеет монолитный железобетон в зданиях повышенной этажности, промышленном строительстве и строительстве специальных сооружений.

Эффективность железобетонных конструкций значительно повышается при использовании легкого конструкционного бетона, армоцемента для большепролетных пространственных конструкций, фибробетона, железобетона с неметаллической арматурой.

Как известно железобетон – это комплексный материал, состоящий из бетона и металлической арматуры. Совместная их работа обеспечена за счет надежного сцепления арматуры с бетоном, надежной защиты арматуры от коррозии защитным слоем бетона, а также тем, что бетон и сталь обладают близкими коэффициентами температурного расширения (прописать значения), вследствие чего в обычных условиях (при температурах от -20 до +50 ^оС) эксплуатационные качества конструкций не снижаются.

Наличие в железобетоне двух различных по свойствам материалов – бетона и стали, учитывается при расчете железобетонных конструкций.

Рассмотрим пример изгибаемого элемента без предварительного напряжения (рис. 4).

Балка на двух опорах, загруженная равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью q, Н/м.

 

 

 

Для конструкции из упругого материала справедливы известные из курса сопротивления материалов уравнения:

,

(10)

гипотеза плоских сечений:

,

(11)

Закон Гука:

,

(12)

 

,

(13)

максимальное краевое напряжение:

.

(14)

Эти уравнения дают возможность решить задачу расчета сечений – по известному изгибающему моменту М подобрать такое сечение, чтобы несущая способность балки была обеспечена, или же если сечение балки известно, проверить его несущую способность.

Для железобетонной конструкции решение подобной задачи усложняется тем, что железобетон – это материал, который не подчиняется закону Гука (модуль деформации Е не является величиной постоянной, диаграмма носит нелинейный характер, после появления трещин железобетон теряет сплошность, гипотеза плоских сечений не является справедливой), т.е. классические методы сопротивления материалов к его расчету оказываются неприменимыми. Учет всех факторов, влияющих на несущую способность железобетонной конструкции в аналитической форме, затрудняется вследствие их многочисленности и сложности.

Теория сопротивления железобетона носит экспериментально – теоретический характер. Поэтому при расчете железобетонных конструкций наряду с классическими формулами сопротивления материалов используются эмпирические формулы и коэффициенты, учитывающие многочисленные параметры, определяющие различные свойства материалов и условия эксплуатации конструкций.

 

12.1. Основы расчета железобетонных конструкций, по
предельным состояниям первой группы.

 

Сущность железобетона.

Железобетон – это комплексный материал, в котором соединяются бетон и стальная арматура.

Бетон хорошо сопротивляется сжимающим усилиям и во много раз (10-15 раз) хуже растягивающим, поэтому бетонные конструкции, в которых под нагрузкой возникает растяжение, имеют низкую несущую способность. Так бетонная балка разрушается при относительно малой относительно малой нагрузке вследствие образования трещин в растянутой зоне, тогда как прочность сжатой зоны не используется.

Железобетонная балка, снабженная в растянутой зоне стальной арматурой, обладает несущей способностью во много раз большей, т.к. после образования трещин в бетоне растянутой зоны, растягивающие усилия воспринимаются арматурой.

Стальная арматура хорошо сопротивляется не только растяжению, но и сжатию, поэтому арматуру рационально использовать и для усиления сжатого бетона. Примером такой конструкции является железобетонная колонна (рис. 5).

Широкому применению железобетона в строительстве способствуют такие его качества, как долговечность, огнестойкость, стойкость против атмосферных воздействий, высокая сопротивляемость статическим и динамическим нагрузкам, способность задерживать радиоактивные излучения, возможность использования местного сырья для приготовления бетона (песок, гравий, щебень), небольшие эксплуатационные расходы.

Вместе с тем применение железобетона связано с рядом осложнений, связанных с его значительным весом, относительно высокой звуко- и теплопроводностью, необходимостью применения форм (опалубки) и выдерживания в них конструкции до набора прочности, низкой трещиностойкости.

Благодаря совершенствованию технологии изготовления, составов бетона, применению легких заполнителей бетонов, а также их поризации эти трудности удается преодолевать. Повышение трещиностойкости железобетонных конструкций достигается использованием предварительного напряжения их путем создания значительных сжимающих напряжений в частях конструкций, которые при эксплуатации испытывают растяжение. В предварительно напряженных конструкциях удается предотвращать образование трещин или снизить ширину их раскрытия.

 

Бетон

По своей структуре бетон представляет собой неоднородное тело, в котором бессистемно расположены зерна заполнителей различной крупности и формы, скрепленные цементным камнем, поры и пустоты, заполненные воздухом и водой. Такая структура определяет его основные физико-механические свойства.

Прочность бетона. Классы бетона.

Отсутствие закономерности в расположении частиц затвердевшего бетона, а также в размещении и размерах пор приводит к тому, что при испытании образцов из одного и того же бетона наблюдается разброс показателей его прочности.

Прочность бетона с течением времени возрастает, при этом существенное влияние имеет изменение температуры и влажности среды, в которой происходит твердение (набор прочности бетона).

Различают несколько характеристик прочности бетона.

Кубиковая прочность (R_n, МПа) – временное сопротивление (предел прочности) на сжатие образца, имеющего форму куба.

Кубиковая прочность образца с размерами ребра 15 см, изготовленного и испытанного по стандарту, называется классом бетона по прочности на сжатие (В, МПа).

СНиП 52-01-2003 устанавливает следующие классы бетонов по прочности на сжатие (гарантированная прочность, МПа, с обеспеченностью 0,95) в целом в пределах от В0,5 до В120, а по СП 52-101-2003 для конструкций без предварительного напряжения В10; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60.

Призменная прочность (R_b,n, МПа).

Образцы, имеющие форму призм, при испытании на сжатие показывают меньшую прочность, чем кубики того же поперечного сечения, т.к. с увеличением высоты образца снижается влияние сил трения, возникающих по опорным поверхностям. При отношении высоты призмы h к стороне а ее основания > 4 трение практически не оказывает влияния на временное сопротивление и оно составляет 0,7 – 0,8 от кубиковой прочности.

Призменная прочность является основной прочностной характеристикой бетона при расчете конструкций, работающих на сжатие и изгиб. По ее значению установлены принятые в СНиП нормативные и расчетные сопротивления бетона на сжатие.

Прочность на растяжение.

Временное сопротивление бетона на растяжение (R_bt,n, МПа) устанавливается путем испытания на разрыв стандартных образцов в виде восьмерок.

Между величиной R_bt,n и кубиковой прочностью установлена эмпирическая зависимость:

,

(15)

Для конструкций, работающих на растяжение дополнительно к классу бетона на сжатие (В) устанавливается класс бетона на растяжение (B_t, МПа).

СНиП предусматривает следующие классы бетона на растяжение в целом от B_t0,4 до B_t6, а по СП 52-101-2003 B_t0,8; B_t1,2; B_t1,6; B_t2,0; B_t2,4; B_t2,8; B_t3,2.

По прочности бетона на растяжение СНиП устанавливает нормативные и расчетные сопротивления, принимаемые при расчете конструкций по прочности на растяжение, а также по трещиностойкости.

Марки бетона.

Марка бетона по морозостойкости F соответствует минимальному числу циклов попеременного замораживания и оттаивания, выдерживаемых образцом при стандартных испытаниях, и принимается по СНиП от F15 до F1000.

Марка бетона по водонепроницаемости W соответствует максимальному значению давления воды (МПа·10^-1), выдерживаемому образцом при испытании и принимается в пределах от W2 до W30.

Марка по средней плотности Д соответствует среднему значению объемной массы бетона в кг/м³ и принимается в пределах от Д200 до Д5000.

При необходимости устанавливают дополнительные качества бетона, обусловленные требованиями к конструкции.

Таблица 3. Нормативные и расчетные сопротивления бетона (СП 52-101-2003)

Класс бетона по прочности на сжатие	Нормативное сопротивление (Rn)	Расчетное сопротивление (R)
сжатие Rb,n, MПа	растяжение Rbt,n, МПа	сжатие Rb, MПа	растяжение Rbt, MПа
В10	7,5	0,85	6,0	0,56
В15	11,0	1,1	8,5	0,75
В20	15,0	1,35	11,5	0,9
В25	18,5	1,55	14,5	1,05
В30	22,0	1,75	17,0	1,15
В35	25,5	1,95	19,5	1,3
В40	29,0	2,1	22,0	1,4
В45	32,0	2,25	25,0	1,5
В50	36,0	2,45	27,5	1,6
В55	39,5	2,6	30,0	1,7
В60	43,0	2,75	33,0	1,8

 

Нормативное сопротивление бетона на сжатие (R_b,n) и растяжение (R_bt,n) устанавливается по временному сопротивлению (прочности).

Расчетное сопротивление получают делением нормативного сопротивления на коэффициент надежности по бетону_.

.

(16)

.

Значение коэффициентов надежности по бетону принимают равными:

при сжатии - γ_bc

1,3 - для предельных состояний по несущей способности (первая группа);

1,0 – для предельных состояний по эксплуатационной пригодности (вторая группа);

при растяжении - γ_bt

1,5 - для предельных состояний первой группы;

1,0 – для предельных состояний второй группы.

Для предельных состояний второй группы расчетные сопротивления равны нормативным их значениям.

.

(17)

 

Учет условий работы конструкции.

В необходимых случаях расчетные значения прочностных характеристик бетонов умножают на коэффициенты работы γ_bi, учитывающие особенности работы бетона в конструкции (характер нагрузки, условия окружающей среды и т. д.):

а) γ_b1=0,9 при длительном действии нагрузки; его вводят к расчетным сопротивлениям бетона R_b и R_bt;

б) γ_b1=1,0 при кратковременном действии нагрузки.

Другие значения коэффициентов условий работы приводятся в СНиП.

Деформативность бетона и модуль деформаций.

В бетоне различают объемные и силовые деформации. Объемные деформации вызываются усадкой бетона и изменениям температуры; силовые деформации – это деформации под нагрузкой. Они носят направленный характер.

Между напряжениями и деформациями бетона наблюдается нелинейная зависимость, т.е. бетон не укладывается в закон Гука.

Такой характер (рис. 6) носят деформации материала, свойства которого отвечают закону Гука.

Для бетона диаграмма σ – ε имеет другой вид (рис.7).

 

 

Начальный модуль упругости бетона – это нормируемая характеристика, она приводится в СНиП в зависимости от вида и класса бетона.

Упругие деформации характеризуются начальным модулем упругости

.

(18)

Полные деформации – модулем упруго-пластичности (модуль деформаций)

.

(19)

Из условий:

,	(20)
	(21)

определяем

,

(22)

где - коэффициент упруго-пластичности бетона.

Ползучесть бетона

Ползучесть бетона проявляется при длительном действии нагрузки – это возрастание пластических деформаций при постоянном длительном напряжении.

При расчете железобетонных конструкций ползучесть бетона учитывается введением специальных коэффициентов в расчетные формулы. При этом принимаются во внимание класс бетона, возраст бетона, длительность действия нагрузки, характер окружающей среды и др.

Предельные деформации бетона

Е_bо – деформации бетона при достижении предела прочности. Значения предельных относительных деформаций бетона согласно СНиП-52-01-2003 принимаются:

а) непродолжительное действие нагрузки при осевом сжатии Е_bо =0,002

при осевом растяжении Е_btо =0,0001

б) продолжительное действие нагрузки в зависимости от влажности окружающей среды:

при сжатии Е_bо =0,003 - 0,004

при растяжении Е_btо =0,00021 – 0,00028

Арматура.

Для железобетонных конструкций применяют стержневую (А) арматуру и проволочную (В). Как та, так и другая выпускаются круглой, гладкой или периодического профиля.

Согласно СНиП-52-01 и СП-52-101 к применению рекомендуются:

1) горячекатаная гладкая и периодического профиля с постоянной и переменной высотой выступов (кольцевой и серповидный профиль) диаметром 6-80мм; (А)

2) термомеханически упроченная периодического профиля (кольцевого и серповидного) диаметром 6-40мм; (А)

3) холоднодеформированная периодического профиля или гладкая диаметром 3-12мм; (В)

4) арматурные канаты диаметром 6-15мм (К)

СНиП также предусматривает применение неметаллической композитной арматуры, фибровой арматуры для дисперсного армирования, а также профильную из листовой стали в качестве жесткой арматуры.

Вид арматуры следует принимать в зависимости от назначения конструкции, характера нагрузок и воздействий окружающей среды.

Классы арматуры.

Основным показателем качества арматуры, который нормируется, является класс арматуры по прочности на растяжение – это значение предела текучести (физического или условного) в МПа, устанавливаемого в соответствии с требованиями стандартов. Пределы прочности классов по СНиП-52-01:

- для стержневой арматуры – от А240 до А1500;

- для проволочной – от В500 до В2000;

- для канатов – от К1400 до К2500.

В настоящее время осуществляется переход на нормы проектирования железобетонных конструкций СНиП-52-01-2003.

Нормы построены так:

1. Выпущен СНиП 52-01 – основные положения;

2. В развитие этих норм предусмотрен выпуск сводов Правил, примерный перечень которых приведен в приложении к СНиП-52-01-2003, всего предусмотрено разработать 17 сводов Правил. Пока выпущен только СП-52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры».

Для железобетонных конструкций, проектируемых в соответствии с требованиями свода Правил СП-52-101, следует предусматривать арматуру:

- гладкую класса А240;

- периодического профиля горячекатаную и термически упрочненную;

- периодического профиля классов: А300, А400, А500;

- периодического профиля проволочную класса В500.