Разделы сайта:

Главная

История бетона

Состав бетона

Водонепроницаемый бетон

Монолитный бетон

Электропроводный бетон

Железобетон

Полимербетон

Добавки в бетон

Материалы для бетонной смеси

Специальные цементы

Заполнители бетона

Производство цемента

Бетон и железобетон

А.И.ЗВЕЗДОВ, А.С.ЗАЛЕСОВ, Т.А.МУХАМЕДИЕВ, Е.А.ЧИСТЯКОВ, доктора техн. наук (НИИЖБ), О новых нормах проектирования железобетонных и бетонных конструкций

По заданию Госстроя РФ специалистами НИИЖБ разработана редакция нового СНиП 52-01 “Железобетонные и бетонные конструкции. Основные положения СНиГТразработан взамен действующих нормативных документов, относящихся к различным видам бетонных и железобетонных конструкций, а также взамен комплексных нормативных документов - в части, относящейся к бетонным и железобетонным конструкциям.

Структура и содержание СНиП приняты в соответствии с положениями СНиП 10-01-94 и Техническим заданием на разработку СниП, согласованным с Управлением Технормирования Госстроя РФ.

Согласно новой системе нормативных документов в строительстве [1] основные нормативные документы для бетонных и железобетонных конструкций состоят из Строительных Норм и Правил (СНиП) и Свода Правил (СП).

СНиП распространяется на все виды бетонных и железобетонных конструкций различного назначения и содержит обязательные для выполнения требования к бетонным и железобетонным конструкциям в целом, а также к бетону и арматуре, расчету, конструированию, изготовлению и эксплуатации конструкций. Эти требования сформулированы в виде принципиальных положений с указанием предельных показателей.

Своды Правил разрабатываются для отдельных видов бетонных и железобетонных конструкций и включают рекомендуемые для применения методы расчета и конструирования, развивающие и конкретизирующие положения СНиП и обеспечивающие их практическую реализацию.

В целом комплекс СНиП и Сводов Правил создает общую нормативную базу для проектирования, изготовления и эксплуатации всех бетонных и железобетонных конструкций.

Вопросы, связанные с конкретными типами бетонных и железобетонных конструкций и особыми видами воздействий, рассматриваются в специальных Строительных Нормах и Правилах (СНиП), относящихся к зданиям и соружениям различного назначения (промышленным, гражданским, транспортным, гидротехническим, энерготехническим и т.д.), к конструкциям особого назначения (основания и фундаменты), а также к различным опасным воздействиям (пожары, сейсмика, оползни, лавины, радиация и т.д.).

В развитие этих нормативных документов также разрабатываются соответствующие Своды Правил на основе указанных выше принципов. При этом вопросы, связанные с бетонными и железобетонными конструкциями, должны быть согласованы с основными нормативными документами по бетонным и железобетонным конструкциям с учетом особенностей работы специальных конструкций.

Принятая структура нормативных документов имеет целый ряд положительных качеств. Она, при наличии общего СНиП, обеспечивает единый принципиальный подход к назначению характеристик бетона и арматуры, к расчету, конструированию, возведению и эксплуатации всех бетонных и железобетонных конструкций. Отсутствие в СНиП жесткого конкретного нормирования позволяет реализовать через Своды Правил последние достижения в области новых материалов и конструктивных решений, методов расчета и конструирования.

В то же время такой подход обладает рядом дискуссионных моментов.

Прежде всего это связано с установившейся традицией, по которой нормативные документы (СНиП) должны содержать подробно изложенные конкретные обязательные методы расчета и конструирования, выполнение которых обеспечивает юридическую защиту инженеров от возможных последствий. Следует отметить, что действующие нормативные документы далеко не в полной мере отвечают этим требованиям, так как содержат лишь ограниченный перечень правил по проектированию и изготовлению бетонных и железобетонных конструкций. С другой стороны разрабатываемые Своды Правил являются по статусу нормативными документами и тем самым обеспечивают достаточную юридическую защиту инженеров.

Тем не менее, учитывая существующие традиции, было принято решение включить в СНиП в виде Приложений конкретные данные по основным характеристикам бетона и арматуры, по основным расчетным зависимостям и по конструктивным требованиям для наиболее массовых железобетонных конструкций.

Практическое же проектирование должно производиться по соответствующим Сводам Правил. В связи с этим предполагается разработать комплекс Сводов Правил для промышленного и гражданского строительства, охватывающий железобетонные конструкции из различных видов бетона (тяжелые, легкие, ячеистые, напрягающие, жаростойкие и т.д.), различные типы железобетонных конструкций (обычные, преднапряженные, сборно-монолитные, сталежелезобетонные, фибробетонные, усиленные и т.д.), железобетонные конструкции, подвергающиеся различным нагрузкам и воздействиям (динамическим, повторным, сейсмическим нагрузкам, агрессивным, пониженным и повышенным температурным воздействиям и т.д.), различные конструктивные системы (каркасные, стеновые,пространственные и т. д.). Предполагается выпустить следующие Своды Правил.

В первую очередь предполагается выпуск одновременно со СНиП основного Свода Правил для наиболее массовых железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения - с тем, чтобы обеспечить практическую реализацию основных положений новогоСНиП при проектировании. Вдаль- нейшем будет последовательно осуществляться выпуск и остальных Сводов Правил. При этом, до выпуска соответствующих Сводов Правил, проектирование отдельных видов бетонных и железобетонных конструкций может осуществляться по действующим нормативным документам, но с соблюдением обязательных требований по новой редакции основного СНиП.

Следует отметить, что Своды Правил, являющиеся нормативными документами, не будут содержать различные вспомогательные материалы (таблицы, графики, примеры расчета и т.п.). По своему содержанию они соответствуют действующим Строительным Нормам и Правилам (СНиП), только имеют необязательный, а рекомендательный характер. Что касается вспомогательных материалов, то в связи с массовым использованием при проектировании компьютерных программ они потеряли свое значение, но в случае необходимости могут быть разработаны специально в соответствии с требованиями проектных организаций.

Для обеспечения практической реализации основных положений новых СНиП и Свода Правил предусматривается также параллельная разработка соответствующих компьютерных программ.

В новые СНиП и Свод Правил внесен ряд принципиально новых методов расчета и конструирования, а также произведено усовершенствование существующих . Главная цель заключалась в том, чтобы эти методы основывались на универсальных, физических и теоретических, достаточно простых расчетных моделях, освобожденных от излишнего эмпиризма, учитывающих физический характер работы железобетонных элементов и обеспечивающих необходимую надежность и оптимальный расход материалов. Методы включались после тщательного анализа и отбора методов расчета и конструирования, содержащихся в действующих отечественных, международных и национальных нормативных документах, а также в отечественных и зарубежных разработках.

В первую очередь отметим, что за основу расчета бетонных и железобетонных элементов на действие изгибающих моментов и продольных сил повеем предельным состояниям принята новая деформационная модель, использующая помимо уравнений равновесия условие деформирования в виде гипотезы плоских сечений и полные диаграммы состояния (деформирования) бетона и арматуры.Такая модель позволяет вести расчет с единых методических позиций любых бетонных и железобетонных элементов с различной конфигурацией поперечного сечения и расположением продольной арматуры, и одновременно в полной мере учитывать упруго-пластические свойства бетона, арматуры и напряженно- деформированное состояние железобетонного элемента. Деформационная модель принята в международных, а также в большинстве национальных норм [3].

В то же время для простых, но широко распространенных железобетонных элементов в новый СНиП и Свод Правил включены более простые методы расчета:

для расчета прочности - расчет по предельным усилиям, принятый в действующем СНиП, учитывающий условно пластическую работу бетона и арматуры (2];

для расчета по образованию трещин, раскрытию трещин и деформациям - расчет с применением общих правил строительной механики и сопротивления материалов для железобетонных конструкций.

При этом для оценки ширины раскрытия нормальных трещин принята физически более обоснованная расчетная модель, основанная на определении взаимных смещений арматуры и бетона на длине участка между трещинами, предложенная в свое время В.И.Мурашевым [4] и принятая в настоящее время в международных нормах [3]. Это позволило отказаться от эмпирического подхода к расчету раскрытия нормальных трещин и деформаций, принятого в действующем СНиП [2].

Что касается расчета прочности железобетонных элементов при действии поперечных сил и крутящих моментов, то проведенный анализ показал, что многочисленные новые разработки в этой области еще не достигли такого уровня, чтобы могли быть приняты в качестве нормативных методов расчета. Поэтому было принято решение включить в новые СНиП и Свод Правил расчетные модели по наклонным и пространственным сечениям, содержащиеся в действующем СНиП и предложенные в свое время М.С.Боришанским и Н.Н.Лессиг [5],но с рядом дополнений и усовершенствований, позволяющих получить более универсальный подход к расчету. Для расчета по раскрытию наклонных трещин при действии поперечных сил принята расчетная зависимость, более полно учитывающая влияние основных факторов и согласующаяся с методикой, содержащейся в международных нормативных документах.

В настоящее время в связи с широким применением в отечественном строительстве монолитных многоэтажных каркасных зданий с плоскими перекрытиями важное значение приобретает правильная оценка сопротивления плит на продавливание. Поэтому в новые СНиП и Свод Правил включена методика расчета на продавливание,принятая в международных нормативных документах и ряде национальных норм 37, позволяющая с единых позиций оценивать сопротивление плит продавливанию с учетом совместного действия сосредоточенных сил и моментов при различных схемах загружения и опирания плит.

Другим важным вопросом, обусловленным широким применением в строительстве вязаной арматуры различного профиля, является расчет анкеровки и соединения арматуры внахлестку. В новые СНиП и Свод Правил взамен эмпирической зависимости действующего СНиП включена физически и теоретически более обоснованная и более универсальная методика, принятая в международных нормативных документах.

Рассмотрим краткое содержание нового СНиП.

Как уже отмечалось выше, разработанный проект СНиП включает обязательные требования, относящиеся ко всем типам бетонных и железобетонных конструкций различного назначения, ко всем видам бетона и арматуры, к расчету, конструированию, воздействию и эксплуатации железобетонных и бетонных конструкций. Помимо общих принципов нормирования характеристик материалов, методов расчета и конструирования железобетонных и бетонных конструкций в Приложениях к СНиП приведены конкретные данные, относящиеся к наиболее массовым типам железобетонных и бетонных конструкций и к основным методам их расчета и конструирования. В качестве массовых рассмотрены железобетонные конструкции без предварительного напряжения с прямоугольной и тавровой (двутавровой) формой поперечного сечения, из тяжелого бетона классов В15-В60 и арматуры классов А240-А500 и В500, загруженные статической нагрузкой кратковременного и длительного действия и эксплуатирующиеся в нормальных температурно-влажностных условиях. В качестве основных методов расчета приняты методы расчета прочности по нормальным и наклонным сечениям по предельным усилиям на действие в плоскости оси симметрии изгибающих моментов, продольных и поперечных сил; метод расчета прочности по нормальным сечениям по деформационной (на основе диаграмм деформирования бетона и арматуры) модели; методы расчета деформаций железобетонных элементов при действии изгибающих моментов и продольных сил; методы расчета по раскрытию нормальных и наклонных трещин. Конструктивные требования приведены для железобетонных элементов из тяжелого бетона классов В15-В60 и арматуры классов А240-А500, В500 и включают требования по анкеровке арматуры, минимальному проценту армирования, толщине защитного слоя и другие.

Подготовленный проект СНиП 52-01 состоит из девяти разделов:

Раздел 1. Область применения;

Раздел 2. Нормативные ссылки;

Раздел 3. Определения;

раздел 4. Общие требования к бетонным и железобетонным конструкциям;

раздел 5. Требования к бетону и арматуре; раздел 6. Требования к расчету бетонных и железобетонных конструкций;

раздел 7. Конструктивные требования; раздел 8. Требования к изготовлению, возведению и эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций;

раздел 9, Требования к восстановлению и усилению железобетонных конструкций.

В разделе 4 впервые сформулированы основные требования к бетонным и железобетонным конструкциям, включающие требования по безопасности ( несущей способности, огнестойкости), эксплуатационной пригодности (трещиностойкости, деформативности) и долговечности.

Установлено, что требования по трещиностойкости разделяются на две категории: по отсутствию трещин и ограничению ширины их раскрытия. Определен круг конструкций, к которым относится то или иное требование. Исключено, как достаточно условное, ранее действовавшее дополнительное требование по закрытию трещин.

Принято, что требования к бетонным и железобетонных конструкциям обеспечиваются выполнением требований к материалам (бетону и арматуре), расчету, конструированию, изготовлению и эксплуатации.

Сформулированы основные положения, обеспечивающие надежность бетонных и железобетонных конструкций при их расчете полувероятностным методом. Указано о возможности применения полного вероятностного расчета для оценки надежности конструкций.

В разделе 5 приведен полный перечень видов бетона и арматуры и их контролируемых показателей (классов и марок), которые применяются в бетонных и железобетонных конструкциях. При этом установлены максимально широкие диапазоны классов и марок бетона: классов по прочности на сжатие от ВО,5 до В120, марок поплотности от D200flo D5000, марок по морозостойкости от F15 до F500, марок по водонепроницаемости от W2 до W30.

Сформулированы основные принципы назначения нормативных и расчетных, прочностных и деформатив- ных характеристик бетона и арматуры. Впервые включены указания по диаграммам состояния бетона и арматуры, необходимые для расчета бетонных и железобетонных конструкций по деформационной модели.

Характеристики тяжелого бетона классов В7,5 - В60 и арматуры классов А240 -А500, В500 представлены в Приложениях к СНиП.

В разделе 6 установлен полный перечень предельных состояний, по которым должен производиться расчет железобетонных конструкций, и основные принципы расчета по каждому предельному состоянию.

Приведены общие положения по расчету бетонных и железобетонных конструкций, устанавливающие требования по учету неупругих свойств и образованию трещин в конструкциях, по учету расчетных ситуаций, характера действующих на конструкции нагрузок и воздействий, стадий работы конструкций.

Представлены указания по расчету основных видов бетонных и железобетонных конструкций, в том числе статически неопределимых, плоскостных, пространственных, объемных и массивных, предварительно напряженных, сборно-монолитных, сталежелезобег тонных и фибробетонных.

Установлены основные принципы расчета прочности бетонных и железобетонных элементов при действии изгибающих моментов и продольных сил, поперечных сил, крутящих моментов и при местном действии нагрузки (смятие, продавливание).

Для расчета железобетонных элементов с простой формой поперечного сечения (прямоугольной и тавровой) и с сосредоточенным расположением продольной арматуры на действие изгибающих моментов и продольных сил принят метод расчета по предельным усилиям, представленный в действующих нормах, но с дополнительными усовершенствованиями в части определения граничного значения высоты сжатой зоны и учета продольного изгиба.

Для общего случая расчета железобетонных конструкций с различными формой поперечного сечения и расположением продольной арматуры, различным направлением действующих усилий и т.д. принята деформационная модель, позволяющая на единой методологической основе более полно и точно оценивать напряженно-деформированное состояние и прочность различного типа железобетонных элементов.

Для коротких железобетонных элементов (коротких консолей и т.п.) предлагается использовать каркасностержневую модель, принятую в действующих нормах, и позволяющую более точно оценивать особенности работы таких элементов.

Установлены основные принципы и приведены основные зависимости расчета железобетонных элементов при действии поперечных сил. Расчет производится на основе моделей наклонных сечений аналогично методам расчета, принятым вдействующем СНиП. При этом внесены усовершенствования в определение поперечных усилий, воспринимаемых бетоном и поперечной арматурой в наклонном сечении, что позволяет унифицировать методику расчета при сохранении уровня безопасности, принятой в действующих нормах.

Сформулированы основные принципы расчета железобетонных элементов на местное действие нагрузки (на смятие и продавливание). При этом расчет на продавливание предлагается производить на совместное действие продавливающей силы и момента, что обеспечивает безопасность плоских железобетонных элементов при различных схемах нагружения и опира- ния.

Установлены основные принципы расчета по образованию нормальных и наклонных трещин Расчет по образованию нормальных трещин предлагается производить по предельным (при образовании трещин) усилиям и подеформационной модели с учетом неупругих деформаций бетона.

Представлены основные принципы и зависимости для расчета железобетонных элементов по раскрытию нормальных и наклонных трещин. Для расчета по раскрытию нормальных трещин предложена новая методика, физически и теоретически более обоснованная по сравнению с полуэмпирической зависимостью, содержащейся в действующих нормах. Для расчета по раскрытию наклонных трещин принята более простая зависимость, которая в прямом виде учитывает влияние основных факторов (относительной величины шага и диаметра хомутов) на раскрытие наклонных трещин.

Приведены предельно допустимые значения ширины раскрытия трещин.

Установлены основные принципы и зависимости для расчета железобетонных элементов по деформациям. Расчет подеформациям предлагается производить по деформационной модели и по новой методике определения жесткости железобетонных элементов, физически и теоретически более обоснованной и универсальной по сравнению с методикой, принятой в действующих нормах. t

Приведены указания по назначению предельно допустимых прогибов железобетонных элементов.

Основные расчетные зависимости для оценки прочности железобетонных элементов по предельным усилиям и подеформационной модели, а также зависимости для определения ширины раскрытия трещин и деформаций представлены в Приложениях к СНиП.

В разделе 7 установлены принципиальные положения по конструктивным требованиям, которые должны соблюдаться для бетонных и железобетонных элементов, и приведены граничные конструктивные параметры и основные конструктивные требования по геометрическим размерам, толщине защитного слоя бетона, продольному и поперечному армированию, анкеровке арматуры и ее соединениям. При этом введены изменения в части конструктивных требований для продольной и поперечной арматуры , а также в методике расчета анкеровки арматуры, направленные на более точное отражение физического характера работы железобетонных элементов и обеспечение их надежности.

В разделе 8 приведены основные положения, которые должны соблюдаться при изготовлении, возведении kf эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций.

Установлены требования к подбору состава бетона, его приготовлению, транспортированию, укладке и твердению; требования к условиям хранения арматуры, ее установке и сварочным соединениям, требования к опалубке.

Установлены требования к изготовлению, транспортированию и монтажу сборных конструкций, назначению отпускной и передаточной прочности бетона, требования к возведению монолитных конструкций и назначению прочности бетона при снятии опалубки.

Установлены требования по контролю качества бетона, арматуры и конструкций в целом, в том числе путем испытаний контрольных образцов неразрушающими методами, с применением и без применения статистических методов контроля.

В разделе 9 приведены основные положения, которые должны соблюдаться при восстановлении и усилении бетонных и железобетонных конструкций. Установлены требования по обследованию конструкций, по поверочным расчетам, конструированию и расчету усиленных элементов.