ПОСОБИЕ
по проектированию
армоцементных
конструкций

(к СНиП 2.03.03-85)

Утверждено

приказом НИИЖБ Госстроя СССР

от 29 апреля 1986 г. № 25

Москва Стройиздат 1989

Рекомендовано к изданию решением секции теории железобетона и арматуры Научно-технического совета НИИЖБ Госстроя СССР.

Пособие по проектированию армоцементных конструкций: (к СНиП 2.03.03-85)/НИИЖБ. - М.: Стройиздат, 1989.

Изложены общие положения и расчетные требования при проектировании армоцементных конструкций. Рассмотрены виды материалов и арматура, используемые для армоцементных конструкций, а также их расчетные и нормативные характеристики. Даны примеры расчета.

Для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций.

Табл. 17, ил. 60.

Разработано НИИЖБ Госстроя СССР (д-р техн. наук, проф. Г.К. Хайдуков - руководитель темы, канд. техн. наук, Е.К. Качановскийй - разд. 1 - 5, канд. техн. наук В.В. Фигаровский - разд. 1); при участии ЛенЗНИИЭП Госгражданстроя (кандидаты техн. наук Б.А. Миронков, С.Н. Панарин, инж. Г.М. Абраменкова - примеры), НИИСК Госстроя СССР (кандидаты техн. наук В.Д. Галич, В.П. Овчар, инж. Т.В. Борисова - примеры).

ОСНОВНЫЕ БУКВЕННЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Усилия от внешних нагрузок и воздействий в поперечном сечении элемента и от предварительного напряжения

M    - изгибающий момент;

N    - продольная сила;

Q    - поперечная сила;

P     - усилие предварительного обжатия.

Характеристики материалов

R_b, R_{b, ser} -  расчетные сопротивления мелкозернистого бетона сжатию соответственно для предельных состояний первой и второй групп;

R_bt, R_{bt, ser} - расчетные сопротивления мелкозернистого бетона растяжению соответственно для предельных состояний первой и второй групп;

R_sc, R_s, R_spc, R_sp - расчетные сопротивления проволочной и стержневой ненапряженной и напряженной арматуры;

R_c1 -  расчетное приведенное сопротивление бетона сжатой зоны сечения;

R_m -  расчетное сопротивление сеток растяжению для предельных состояний первой группы;

R_mω - расчетное сопротивление сеток растяжению при расчете сечений на поперечную силу в наклонных сечениях;

R_mc - расчетное сопротивление сеток сжатию;

E_b -  начальный модуль упругости мелкозернистого бетона при сжатии и растяжении;

E_m - модуль упругости сеток;

α -  отношение модулей упругости сетчатой арматуры E_m и бетона E_b;

E_s -  модуль упругости стержневой и проволочной арматуры.

Геометрические характеристики

A_b -  площадь сечения бетона;

A'_m, A_m - площадь сечения проволок сетки в сжатой и растянутой зонах;

A_c, A_t - площади сечения бетона сжатой и растянутой зон соответственно;

A'_s, A_s -   площади сечения ненапрягаемой стержневой арматуры на единицу ширины соответственно в сжатой и растянутой зонах;

A'_sp, A_sp - площади ненапрягаемой стержневой арматуры на единицу ширины соответственно в сжатой и растянутой зонах;

μ_m - коэффициент сетчатого армирования, определяемый как отношение площади арматуры A_m к площади сечения бетона A_b;

μ'_s, μ_s, μ'_sp, μ_sp - коэффициент армирования стержневой и проволочной сжатой, растянутой арматурой соответственно ненапрягаемой и напрягаемой;

μ_m, μ'_m -  коэффициенты армирования, приведенные к сетчатому, соответственно для растянутой и сжатой зоны;

t'_f, t_f -    толщина соответственно сжатой и растянутой полок двутаврового сечения;

b -  ширина сечения;

b_fc, b_f -  ширина соответственно сжатой и растянутой полок двутаврового сечения;

h -  высота прямоугольного, таврового или двутаврового сечения;

a', a -  расстояния от равнодействующей сосредоточенной сжатой A'_s, A'_sp и растянутой A_s, A_sp арматуры до ближайшей грани сечения;

x -  высота сжатой зоны бетона;

ξ -  относительная высота сжатой зоны бетона, равная ξ = x/h;

e_c - эксцентриситет продольной силы N относительно центра тяжести приведенного сечения;

l₁ - расчетная длина армоцементного элемента, подвергающегося действию сжимающей продольной силы;

d_m -  диаметр проволок сварных, тканых и плетеных сеток;

l -  пролет элемента;

r - радиус инерции поперечного сечения элемента относительно центра тяжести сечения;

d_s -  номинальный диаметр стержневой арматуры;

I₁ -  момент инерции сечения, приведенного к бетонному, относительно его центра тяжести;

I_s1 -  момент инерции сечения, приведенного к стальному, относительно его центра тяжести;

W_s1 - момент сопротивления растянутого волокна, приведенного к стальному;

B_f1 - жесткость сечения элемента армоцементных конструкций при кратковременном действии нагрузки;

B_f2 - жесткость сечения армоцементных конструкций при действии нагрузок, на участке, в пределах которого образуются трещины;

B'_f2 -  жесткость сечения элемента армоцементных конструкций при действии эксплуатационной нагрузки;

y_c -  расстояние до центра тяжести.

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящее Пособие составлено к СНиП 2.03.03-85 «Армоцементные конструкции» и распространяется на проектирование армоцементных конструкций промышленных, гражданских и сельскохозяйственных зданий и сооружений, предназначенных для работы при систематическом воздействии температур не свыше 50 °С и не ниже минус 70 °С. Проектирование армоцементных конструкций, находящихся под воздействием температур свыше 50 до 80 °С и в условиях агрессивной среды, кроме настоящих рекомендаций должно учитывать дополнительные требования, предъявляемые к конструкциям из бетона (СНиП 2.03.04-84).

1.2. Армоцементными конструкциями принято называть тонкостенные железобетонные конструкции (толщина до 30 мм), изготовляемые из мелкозернистого бетона, в качестве арматуры которых применяются: частые тонкие, сварные или плетеные проволочные сетки, равномерно распределенные по сечению элемента (сетчатое армирование); частые тонкие тканые, сварные или плетеные проволочные сетки, равномерно распределенные по сечению, в сочетании со стержневой или проволочной арматурой (комбинированное армирование) (рис. 1).

1.3. Армоцементные конструкции, как правило, должны применяться в неагрессивной среде.

Армоцементные конструкции допускается применять в слабоагрессивной газообразной среде при толщине защитного слоя бетона для арматуры согласно требованиям СНиП 2.03.03-85 при защите сетки и проволоки цинковым покрытием толщиной не менее 30 мкм или защите поверхности лакокрасочным покрытием согласно требованиям, установленным СНиП 2.03.11-85, а в слабоагрессивной твердой среде при одновременной защите соответственно арматуры и поверхности конструкции.

Рис. 1. Армирование армоцементных конструкций

а - сетчатое; б - комбинированное; 1 - частые тонкие тканые сетки; 2 - частые тонкие сварные сетки; 3 - стержневая или проволочная арматура; 4 - сетки плетеные

1.4. Наружные кровельные и ограждающие армоцементные элементы, эксплуатируемые в условиях отсутствия агрессивной среды, выполненные с учетом п. 2.1 СНиП 2.03.03-85 к качеству мелкозернистого бетона, толщине и армированию защитного слоя бетона для арматуры, допускается применять без оцинковки арматуры и устройства защитных покрытий.

1.5. Выбор конструктивных решений армоцементных конструкций должен производиться исходя из технико-экономической целесообразности применения таких конструкций в конкретных условиях строительства с учетом максимального снижения их материалоемкости, трудоемкости, энергоемкости и стоимости.

Армоцементные конструкции рекомендуется применять в элементах зданий и сооружений, для которых преимущественное значение имеют: снижение энергоемкости, снижение собственного веса, уменьшение расхода стали и бетона благодаря применению эффективного утеплителя, уменьшение раскрытия трещин и обеспечение водонепроницаемости бетона.

1.6. При выборе конструктивных решений должны учитываться методы изготовления, монтажа и условия эксплуатации конструкций.

Форма и размеры элементов должны предусматриваться исходя из наиболее полного использования свойств армоцементных конструкций, возможности заводского механизированного изготовления, удобства транспортирования и монтажа конструкции или монолитного возведения.

1.7. Армоцементные конструкции рекомендуется выполнять из унифицированных элементов, в том числе из плоских листов, придавая им в необходимых случаях пространственную форму путем сгиба. Из армоцементных листов целесообразно создавать однослойные и трехслойные элементы ограждающих конструкций, несъемную опалубку монолитных пространственных конструкций покрытий и перекрытий.

1.8. Экономически целесообразно применять армоцементные конструкции в чердачных покрытиях неотапливаемых и отапливаемых зданий и навесах без рулонной гидроизоляции, в конструкциях для которых существенное значение имеют снижение веса, уменьшение трудоемкости устройства и стоимости. Проектирование облегченных армоцементных конструкций в комплексных безрулонных покрытиях должно предусматривать применение легкого эффективного утеплителя.

1.9. Армоцементные конструкции допускается применять в качестве несъемной опалубки для массивных монолитных железобетонных конструкций с обеспечением в случае необходимости специальных мероприятий для надежной совместной ее работы с бетоном основной конструкции.

1.10. Армоцементная несъемная опалубка может иметь достаточно прочное соединение на сдвиг по линии контакта опалубки с монолитным бетоном при соответствующей подготовке омоноличиваемой поверхности в классе бетона несъемной опалубки выше на порядок, чем монолитного, и выполнении требований п. 1.6 СНиП 2.03.03-85. Расчетную прочность на сдвиг по контуру «старого» и «нового» допускается применять по экспериментальным данным, но не более R_bq = 2R_bt, где R_bt - прочность монолитного бетона.

1.11 (1.8)*. При проектировании сборных армоцементных конструкций особое внимание необходимо обращать на прочность и долговечность и технологичность соединений и узлов. Соединения и узлы сборных ограждающих конструкций должны удовлетворять также специальным требованиям к этим ограждениям (обеспечивать передачу усилий элементами несущих конструкций, выполнение теплотехнических требований, заданной деформативности и др.).

* Здесь и далее в скобках даны номера пунктов СНиП 2.03.03-85.

1.12 (1.9). Как правило, должен применяться беспетлевой подъем армоцементных конструкций.

1.13. Армоцементные листовые конструкции целесообразно проектировать с учетом применении кантователя и специальной траверсы для подъема, оборудованной стропами со скобами, захватывающими армоцементный лист за край с шагом не более 3 м. Возможно также применение для подъема армоцементных листов вакуумприсосов.

ПРИМЕРЫ АРМОЦЕМЕНТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

1.14. Тонкостенные армоцементные конструкции могут применяться в покрытиях, перекрытиях, подвесных потолках, стенах, перегородках и других частях зданий и сооружений, в инженерных конструкциях в виде лотков небольшой емкости для жидких и сыпучих материалов, элементов санитарно-технического оборудования, декоративных элементов и т.п. Армоцементные конструкции проектируются, как правило, из элементов заводского изготовления.

1.15. В ряде случаев исходя из местных условий армоцементные конструкции целесообразно проектировать как монолитные, выполняемые без опалубки с нанесением мелкозернистого бетона на частые сетки пневмонабрызгом или вручную.

1.16. Для сводчатых конструкций массового строительства целесообразно предусматривать элементы двоякой кривизны (рис. 2) или цилиндрические ребристые элементы (рис. 3) шириной 2 - 3 м, длиной до 24 м и толщиной 2 - 3 см. Из элементов двоякой кривизны могут собираться волнистые своды пролетом до 48 м.

1.17. Складчатые элементы шириной 1 - 1,5 м, длиной до 8 м, толщиной до 25 мм применяются для покрытия с соединениями швом внахлестку (рис. 4). Складки изготавливаются методом сгиба свежеотформованного листа, имеют комбинированное армирование сетками и продольными проволоками из стержней класса Вр-I диаметром 5 - 6 мм с монтажным (при длине складок до 3 м) или расчетным предварительным напряжением. Складки могут применяться для крыш жилых зданий с чердаком, для павильонов и навесов без рулонной гидроизоляции и в качестве элементов стен неотапливаемых зданий и павильонов.

Рис. 2. Сборные сводчатые покрытия пролетом 12 - 18 м с безрулонной кровлей из армоцементных элементов двоякой кривизны

1.18. Трехслойные комплексные плоские (рис. 5) и цилиндрические (рис. 6) плиты из армоцементных листов и эффективного плитного утеплителя, укладываемые внахлестку (рис. 7), применяются в качестве скатного покрытия жилых зданий с теплым чердаком или бесчердачных безрулонных покрытий производственных зданий. Плиты имеют размер до 3 ´ 12 м. Армоцементные листы толщиной до 25 - 30 мм имеют комбинированное армирование, как правило, с предварительно напряженной арматурой класса Вр-II диаметром 5 - 6 мм. Стыки плит должны иметь уплотнение, удовлетворяющее требованиям паро- и теплоизоляции. В толще утеплителя рекомендуется устраивать вентилирующие продухи.

1.19. Армоцементный сборный или монолитный слой может быть применен в качестве индустриальной, устраиваемой на заводе стяжки по утеплителю для плит на пролет типа КЖС (рис. 8) или П. Сборный армоцементный лист может укладываться со сгибом на полужесткий или мягкий утеплитель. Предварительно напряженный армоцементный лист целесообразно применять для безрулонных покрытий.

1.20. Складчатые армоцементные призматические элементы могут применяться для большепролетных (до 36 м) покрытий с передачей распора на затяжки (рис. 9) или на опоры-контрфорсы (рис. 10). Из призматических армоцементных балочных складок могут проектироваться покрытия пролетом до 24 м (см. рис. 7).

1.21. Армоцементные пирамидальные элементы структуры (рис. 11) применяются для перекрытий и покрытий над зальными помещениями пролетом до 24 м. Армоцементные пирамиды размером до 1,5 ´ 1,5 м объединяются на заводе в блоки, например размером 3 ´ 9 м, из которых собираются с помощью сварки элементы балочного покрытия на пролет. В этих элементах может быть применена предварительно напряженная арматура. Армоцементные структурные плиты покрытия опираются на подстропильные балки, на колонны или на стены.

Армоцементные слоистые панели для стен показаны на рис. 12. Из армоцементных листов могут быть выполнены как наружные, так и внутренние слои, а также соединительные стенки. Соединения между слоями обеспечиваются заделкой края сеток в бетон при послойном изготовлении панелей или с помощью сварки закладных деталей или монолитного керамзитобетонного ребра по контуру панели при сборке панелей из готовых листов.

1.22. Армоцементные плиты-оболочки (рис. 13) находят применение в подвесных потолках покрытий с проходным межферменным этажом. Плиты-оболочки имеют размер 1,5 ´ 6 м, толщину 20 мм, комбинированное армирование и устраиваются с проемами для светового оборудования.

1.23. Панели армоцементных перегородок, которые могут быть однослойными волнистыми и коробчатыми (рис. 14), и многослойными слоистыми (рис. 15), применяются в зависимости от условий эксплуатации. Слоистые армоцементные перегородки, в том числе с утеплителем между армоцементными листами, обладают более высокими показателями звукоизоляции и огнестойкости.

Рис. 3. Сводчатое покрытие зданий пролетом 12 - 18 м с безрулонной кровлей из армоцементных цилиндрических элементов

Рис. 4. Армоцементные предварительно напряженные складки

Рис. 5. Трехслойные плоские плиты безрулонного покрытия

1 - нижний лист; 2 - верхний лист

Рис. 6. Трехслойные цилиндрические плиты безрулонного покрытия

Рис. 7. Общий вид и разрез вдоль ската безрулонного покрытия из трехслойных плит

1 - трехслойная плита; 2 - железобетонное ребро; 3 - водоприемный лоток

Рис. 8. Применение армоцементного листа в качестве выравнивающего слоя по утеплению и плитам, оболочкам на пролет

1 - несущая железобетонная плита-оболочка КЖС; 2 - армоцементный лист; 3 - утеплитель

Рис. 9. Схема армоцементного свода покрытия с затяжкой

1 - армоцементные волнистые элементы свода; 2 - плита-утеплитель и гидроизоляция; 3 - опорная балка; 4 - подстропильная балка

Рис. 10. Схема армоцементного волнистого свода

1 - волнистые элементы свода

Рис. 11. Структурная плита покрытия

1 - армоцементные пирамидальные элементы; 2 - железобетонная верхняя плита; 3 - железобетонная подстропильная балка

Рис. 12. Слоистая стеновая панель

1 - армоцементный наружный лист; 2 - утеплитель; 3 - разделительный элемент; 4 - керамзитобетонный слой

Рис. 13. Сводчатая плита подвесного потолка

Рис. 14. Армоцементные панели перегородки

а - волнистая; б - коробчатая

Рис. 15. Схема слоистой армоцементной звукоизолирующей панели перегородки

1 - армоцементный лист; 2 - минераловатные плиты

ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.24 (1.10). Армоцементные конструкции должны удовлетворять требованиям расчета по несущей способности (предельные состояния первой группы) и по пригодности к нормальной эксплуатации (предельные состояния второй группы) согласно положениям СНиП 2.03.01-84 и настоящих норм, учитывающих особенности армоцементных конструкций: а) дисперсность армирования; б) тонкостенность конструкций; в) уменьшенный защитный слой бетона.

1.25 (1.11). Расчет армоцементных конструкций должен производиться на все возможные неблагоприятные сочетания нагрузок от собственного веса и внешней нагрузки с учетом продолжительности их воздействия для всех стадий работы конструкции: изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации.

1.26. Значения нагрузок и воздействий коэффициентов перегрузок, коэффициентов сочетаний, а также разделение нагрузок на постоянные и временные (длительные, кратковременные, особые) должны приниматься в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85 и с учетом дополнительных указаний СНиП 2.03.01-84.

Нагрузки, учитываемые при расчете армоцементных конструкций по образованию и раскрытию трещин, следует принимать согласно указаниям п. 1.28, а учитываемые при расчете по деформациям - согласно СНиП 2.03.01-84.

1.27. Сборные армоцементные конструкции рассчитываются на воздействия усилий при их подъеме и транспортировании. При этом коэффициент динамичности принимается равным: при транспортировании - 1,5; при подъеме и монтаже - 1,3.

1.28 (1.13). В зависимости от условий, в которых работает конструкция, и от вида применяемой арматуры к трещиностойкости армоцементных конструкций предъявляют требования соответствующих категорий: 1-я категория - не допускается образование трещин; 2-я категория - допускается ограниченное по ширине непродолжительное и продолжительное раскрытие трещин.

Категории требований к трещиностойкости армоцементных конструкций в зависимости от условий их работы и вида арматуры, а также значения предельно допустимой ширины раскрытия трещин приведены в табл. 1.

Нагрузки, учитываемые при расчете армоцементных конструкций по образованию и раскрытию трещин, должны приниматься согласно табл. 2.

Категории требований к трещиностойкости армоцементных конструкций относятся к нормальным и наклонным к продольной оси элемента трещинам.

Во избежание раскрытия продольных трещин должны приниматься конструктивные меры (установка соответствующей сетчатой арматуры), а для предварительно напряженных элементов, кроме того, значения сжимающих напряжений в бетоне в стадии предварительного обжатия должны быть ограничены, см. п. 1.53 (1.23).

Таблица 1

Таблица 2

Примечание. Под непродолжительным раскрытием трещин понимается их раскрытие при кратковременном действии постоянных, длительных и кратковременных нагрузок, а под продолжительным раскрытием - только постоянных и длительных нагрузок.

1.29 (1.14). Усилия в статически неопределимых армоцементных конструкциях от нагрузок и вынужденных перемещений (вследствие изменения температуры, влажности бетона, смещения опор и т.п.) при расчете по предельным состояниям первой и второй групп следует, как правило, определять с учетом неупругих деформаций бетона и арматуры и наличия трещин, а также с учетом в необходимых случаях деформированного состояния как отдельных элементов, так и конструкций.

Для конструкций, методика расчета которых с учетом неупругих свойств армоцемента не разработана, а также на промежуточных стадиях расчета (итерационные методы, метод поправочных коэффициентов и т.п.) усилия в статически неопределимых конструкциях допускается определять в предположении их линейной упругости.

1.30. Расчет конструкций, усилия в сечениях которых были определены с использованием упругих методов расчет, должен выполняться с учетом возможного перераспределения усилий в статически неопределимой конструкции после раскрытия трещин.

Такими зонами перераспределения в оболочках покрытий являются приконтурные зоны.

1.31. Статический расчет армоцементных конструкций в виде оболочек и складок должен производиться как тонкостенных пространственных конструкций.

1.32 (1.16). При расчете по прочности армоцементных конструкций на воздействие сжимающей продольной силы N необходимо учитывать случайный эксцентриситет e_a согласно требованиям СНиП 2.03.01-84.

1.33. Определение прогибов армоцементных конструкций следует производить согласно требованиям пп. 4.8 - 4.16 СНиП 2.03.03-85 и СНиП 2.03.01-84.

Значения предельных допустимых прогибов следует принимать в соответствии с п. 1.20 СНиП 2.03.01-84.

1.34. Среднюю плотность мелкозернистого бетона, учитываемую при расчете армоцементных конструкций, следует принимать равной 2300 кг/м³. Средняя плотность армоцемента при двух сетках принимается равной 2400 кг/м³; при наличии большого количества сеток среднюю плотность армоцемента следует увеличивать на 50 кг/м³ на каждую дополнительную сетку.

1.35. Расстояния между температурно-усадочными швами армоцементных конструкций покрытий должны устанавливаться, как правило, расчетом их напряженно деформированного состояния от этих воздействий.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

1.36. Предварительно напряженные армоцементные конструкции следует проектировать в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84 и с учетом дополнительных указаний пп. 1.36 - 1.41. Сетки в сечении преднапряженных армоцементных конструкций должны учитываться в схеме усилий так же, как ненапрягаемая арматура.

1.37 (1.21). В случае если сжатая при эксплуатационных нагрузках зона предварительно напряженных элементов не обеспечена расчетом от образования трещин, нормальных к продольной оси, в стадиях изготовления, транспортирования и возведения следует учитывать снижение трещиностойкости растянутой при эксплуатации зоны элементов, а также увеличение их кривизны.

Таблица 3

В элементах, рассчитываемых на воздействие многократно повторяющейся нагрузки, образование таких трещин не допускается.

1.38. Потери предварительного напряжения арматуры для армоцементных конструкций должны определяться согласно требованиям СНиП 2.03.01-84 как для мелкозернистого бетона.

Для упрощения вычислительных работ потери от усадки и ползучести приведены в табл. 3.

1.39 (1.23). Сжимающие напряжения в бетоне в стадии предварительного обжатия σ_bp не должны превышать величины (в долях от передаточной прочности бетона R_bp), указанных в СНиП 2.03.01-84.

Значения σ_bp определяются на уровне крайнего сжатого волокна бетона с учетом потерь предварительного напряжения арматуры по СНиП 2.03.01-84 и при коэффициенте точности натяжения арматуры γ_sp, равном единице.

1.40 (1.24). В предварительно обжатой зоне сечения армоцементных элементов площадь сечения сетчатой или комбинированной ненапрягаемой арматуры должна быть минимальной. Сетки должны располагаться симметрично относительно напрягаемой арматуры.

1.41 (1.25). На концевых участках предварительно напряженных элементов армоцементных конструкций с арматурой без анкеров, к которым предъявляются требования 2-й категории трещиностойкости, в пределах длины зоны передачи напряжений не допускается образование трещин при действии постоянной, длительной и кратковременной нагрузок, вводимых в расчет с коэффициентом надежности по нагрузке γ_f, принимаемым по табл. 2.

1.42. Напряжения в бетоне и арматуре, а также усилия предварительного обжатия бетона, вводимые в расчет предварительно напряженных конструкций, определяются с учетом следующих указаний.

Напряжения в сечениях, нормальных к продольной оси элемента, определяются по правилам расчета упругих материалов. При этом принимаются приведенное сечение, включающее сечение бетона с учетом ослабления его каналами, пазами и т.п., а также сечение всей продольной (напрягаемой и ненапрягаемой) арматуры, умноженное на отношение α модулей упругости арматуры и бетона. Если части бетонного сечения выполнены из бетонов разных классов или видов, их приводят к одному классу или виду исходя из отношения модулей упругости бетона.

Усилие предварительного обжатия P и эксцентриситет его приложения e_op относительно центра тяжести приведенного сечения (рис. 16) определяются по формулам:

P = σ_spA_sp + σ'_spA'_sp - σ_sA_s - σ'_sA'_s - σ_mA_m - σ'_mA'_m;                             (1)

e_op = (σ_spA_spy_sp + σ'_sA'_sy'_s - σ'_spA'_spy'_sp - σ_sA_sy_s - σ_mA_my_m - σ'_mA'_my'_m)/P,           (2)

где σ_s, σ'_s, σ_m, σ'_m - напряжения в ненапрягаемой арматуре соответственно s, s' и сетках, вызванные усадкой и ползучестью бетона; y_sp, y'_sp, y_s, y'_s, y_m, y'_m - расстояния от центра тяжести приведенного сечения до точек приложения равнодействующих усилий соответственно в напрягаемой и ненапрягаемой арматуре s, s' и сетках (рис. 16).

При криволинейной напрягаемой арматуре значения σ_sp и σ'_sp умножают соответственно на cos0 и cos0', где 0 и 0' - углы наклона оси арматуры к продольной оси элемента (для рассматриваемого сечения).

Напряжения σ_sp и σ'_sp принимают: в стадии обжатия бетона - с учетом первых потерь; в стадии эксплуатации элемента - с учетом первых и вторых потерь.

Напряжения σ_s и σ'_s принимают численно равными: в стадии обжатия бетона - потерям напряжений от быстронатекающей ползучести по поз. 6 табл. 5 СНиП 2.03.01-84; в стадии эксплуатации элемента - сумме потерь напряжений от усадки и ползучести бетона по табл. 3.

Рис. 16. Схема усилий предварительного напряжения в арматуре и сетках в поперечном сечении армоцементного элемента

а - изгибаемого сечения; б - внецентренно сжатого сечения; в - внецентренно растянутого сечения; г - от действия предварительного напряжения

2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ АРМОЦЕМЕНТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ БЕТОН

2.1 (2.1). Для армоцементных конструкций, - проектируемых в соответствии с требованиями настоящих норм, следует предусматривать конструкционный мелкозернистый бетон средней плотности от 2200 кг/м³ с крупностью зерен до 5 мм в соответствии с ГОСТ 25192-82.

Бетон должен иметь водопоглощение не более 8 %.

Примечания: 1. Мелкозернистые пески, не удовлетворяющие требованиям ГОСТ 8736-85, допускается применять с использованием пластифицирующих добавок в количестве 0,25 % веса цемента. Обогащение мелкозернистых песков допускается производить смешиванием их с 50 % крупного песка или высевками с размером зерен не более ¹/₂ размера ячейки сеток.

2. Для повышения морозостойкости армоцементных конструкций рекомендуется применять пластифицирующие добавки.

2.2 (2.2). Мелкозернистый бетон для армоцементных конструкций в зависимости от вида и условий их работы следует предусматривать следующих классов и марок:

а) классов на прочности на сжатие:

бетон группы А - естественного твердения или подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении, на песке с модулем крупности свыше 2 - В20, В25, В30, В35 и В40;

бетон группы Б - естественного твердения или подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении, на песке с модулем крупности 2 и менее - В20, В25 и В30;

бетон группы В - подвергнутый автоклавной обработке - В20, В25, В30, В35, В40, В45, В50, В55, В60.

Допускается применение бетона промежуточных классов В22,5 и В27,5 при условии, что это приводит к экономии цемента по сравнению с применением бетона соответственно классов В25 и В30 и не снижает другие технико-экономические показатели конструкции;

б) классов по прочности на осевое растяжение - B_t1,6; B_t2; B_t2,4; B_t2,8 и B_t3,2;

в) марок по морозостойкости - F100, F150, F200, F300, F400 и F500;

г) марок по водонепроницаемости - W6, W8, W10, W12.

Примечание. Определение понятий класс бетона и марки бетона см. ГОСТ 25192-82.

2.3 (2.3). Возраст бетона, отвечающий его классу по прочности на сжатие и осевое растяжение, назначается при проектировании исходя из возможных реальных сроков фактического загружения конструкции проектными нагрузками, способа возведения, условий твердения бетона. При отсутствии этих данных класс бетона устанавливается в возрасте 28 сут.

Значение отпускной прочности бетона в элементах сборных конструкций следует назначать в соответствии с указаниями ГОСТ 13015.0-83* и стандартов на конструкции конкретных видов.

2.4. Для предварительно напряженных армоцементных конструкций класс бетона по прочности на сжатие, в котором расположена напрягаемая арматура, должен приниматься в зависимости от вида и класса напрягаемой арматуры, ее диаметра и наличия анкерных устройств не ниже указанного в табл. 4.

Передаточная прочность бетона R_bp назначается в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84.

Примечание. Передаточная прочность бетона R_bp (прочность бетона к моменту его обжатия) определяется на базовых образцах в соответствии с государственными стандартами с обеспеченностью 0,95.

Таблица 4

Таблица 5

2.5 (2.5). Класс мелкозернистого бетона, применяемого для защиты от коррозии и обеспечения сцепления с бетоном напрягаемой арматуры, должен быть не менее В20.

2.6 (2.6). Для замоноличивания стыков армоцементных конструкций класс бетона следует устанавливать в зависимости от условий работы соединяемых элементов, но не менее чем класс бетона соединяемых элементов.

2.7. Для замоноличивания стыков элементов сборных конструкций, которые в процессе эксплуатации или монтажа могут подвергаться воздействию отрицательных температур наружного воздуха, следует принимать бетоны проектных марок по морозостойкости и водонепроницаемости не ниже марок, принятых для стыкуемых элементов.

2.8. Минимальные марки мелкозернистого бетона по морозостойкости и водонепроницаемости для армоцементных конструкций в зависимости от условий их работы должны приниматься в соответствии табл. 5.

НОРМАТИВНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА

2.9. Нормативные и расчетные сопротивления мелкозернистого бетона, а также коэффициенты условий работы следует принимать в соответствии с указаниями СНиП 2.03.01-84.

Нормативные сопротивления мелкозернистого бетона R_bn и R_btn в зависимости от класса бетона В даны в табл. 6.

2.10. Расчетные сопротивления мелкозернистого бетона для предельных состояний первой R_b и R_bt и второй R_{b, ser}, R_{bt, ser} групп определяются путем деления нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надежности по бетону при сжатии γ_bc или растяжении γ_bt, принимаемые при расчете по предельным состояниям первой группы γ_bc = 1,3, при назначении класса бетона по прочности на сжатие γ_bt = 1,5, на растяжение γ_bt = 1,3 и для второй группы предельных состояний γ_bc и γ_bt = 1.

2.11. Расчетные сопротивления мелкозернистого бетона R_b, R_bt, R_{b, ser}, R_{bt, ser} (с округлением) в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие и осевое растяжение приведены: для предельных состояний первой группы - соответственно в табл. 7 и 8, для второй группы - в табл. 6.

Расчетные сопротивления мелкозернистого бетона для предельных состояний первой группы R_b и R_bt снижаются (или повышаются) путем умножения на коэффициенты условий работы бетона γ_bt, учитывающие особенности свойств бетона, длительность действия, многократную повторяемость нагрузки, условия к сжатию работы конструкции, способ ее изготовления, размеры сечения и т.п.

Таблица 6

Таблица 7

Таблица 8

Значения коэффициентов условий работы γ_bi приведены в табл. 9.

Расчетные сопротивления мелкозернистого бетона для предельных состояний второй группы R_{b, ser} и R_{bt, ser} вводятся в расчет с коэффициентом условий работы бетона γ_bi = 1.

Примечание. При использовании в расчетах промежуточных классов бетона по прочности на сжатие согласно п. 2.2 значения характеристик, приведенных и табл. 6 - 8, принимаются по линейной интерполяции.

2.12. Значения начального модуля упругости мелкозернистого бетона E_b при сжатии и растяжении принимаются по табл. 10. Для не защищенных от солнечной радиации конструкций, предназначенных для работы в климатическом подрайоне IVA согласно СНиП 2.01.01-82, значения E_b, указанные в табл. 10, следует умножать на коэффициент 0,85.

2.13 (2.12). Коэффициент линейной температурной деформации α_bt мелкозернистого бетона в интервале температур от минус 40 °С до плюс 50 °С принимается равным 1×10^-5 град^-1.

При наличии данных о минералогическом составе заполнителей, расходе цемента, степени водонасыщения, морозостойкости бетона и т.д. допускается принимать другие значения α_bt, обоснованные в установленном порядке. Для расчетной температуры ниже минус 10 °С и выше 50 °С значение α_bt принимается по экспериментальным данным.

2.14. Начальный коэффициент поперечной деформации бетона (коэффициент Пуассона) принимается равным 0,2, а модуль сдвига мелкозернистого бетона G - равным 0,4 соответствующего значения E_b.

Таблица 9

Таблица 10

АРМАТУРА

2.15 (2.14). Для армирования армоцементных конструкций необходимо применять:

а) тканые сетки по ГОСТ 3826-82;

б) плетеные сетки по ГОСТ 2715-75*;

в) тарные сетки по ТУ 14-4-713-76;

г) стержневую и проволочную арматуру в соответствии с указаниями СНиП 2.03.01-84.

2.16 (2.15). Рекомендуемый сортамент тканых и сварных сеток приведен в табл. 1 прил. 1.

Примечание. Плетеные сети по ГОСТ 2715-75* допускается применять в качестве конструктивной арматуры.

2.17 (2.16). Выбор стержневой и проволочной арматуры в зависимости от типа конструкции, наличия предварительного напряжения, условий воздействия и эксплуатации, а также выбор марок стали для закладных деталей следует производить в соответствии с указаниями СНиП 2.03.01-84.

НОРМАТИВНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АРМАТУРЫ

2.18 (2.17). Нормативные сопротивления стержневой и проволочной арматуры R_sn, а также коэффициенты условий работы арматуры должны приниматься согласно СНиП 2.03.01-84.

Расчетные сопротивления арматуры растяжению R_s для предельных состояний первой и второй групп следует принимать согласно СНиП 2.03.01-84. Расчетные сопротивления стержневой и проволочной арматуры сжатию, используемые при расчете армоцементных конструкций по предельным состояниям первой группы R_sc, принимаются равными соответствующим расчетным сопротивлениям арматуры растяжению R_s, но не более 390 МПа.

2.21 (2.18). За нормативное сопротивление проволоки сеток принимается наименьшее значение условного предела текучести, соответствующего остаточному относительному удлинению 0,2 % и принимаемого равным 0,8 временного сопротивления разрыву проволоки сеток. Допускается нормативное сопротивление проволок тканых и сварных сеток R_{m, ser} принимать равным 245 МПа (2500 кгс/см).

2.22 (2.19). Расчетное сопротивление сеток растяжению для предельных состояний первой и второй групп определяется делением нормативного сопротивления на коэффициент безопасности по материалу сеток, равный для предельных состояний первой группы 1,1.

2.23. Значения расчетных сопротивлений сеток растяжению для предельных состояний первой группы R_m и R_mω, а также сжатию R_mc, с учетом коэффициента условий работы 1,1, следует принимать по табл. 11, используемых при расчете по предельным состояниям первой группы.

Расчетное сопротивление сеток сжатию, используемое при расчете конструкций по предельным состояниям первой группы R_mc, принимается равным расчетному сопротивлению растяжения для предельных состояний первой группы R_m.

Расчетное сопротивление сеток сжатию R_mc, приведенное в табл. 11, необходимо дополнительно умножать на коэффициент условия работы сеток γ_m2, принимаемый в зависимости от коэффициента сетчатого армирования сжатой зоны элемента по табл. 12.

2.24 (2.21). Расчетное сопротивление сеток в элементах, подвергающихся воздействию многократно повторяющихся нагрузок, следует принимать с коэффициентом условий работы по СНиП 2.03.01-84 как для арматуры класса А-II.

2.25 (2.22). Модуль упругости сеток E_m следует принимать равным 150000 МПа (1500000 кгс/см²), а модуль упругости стержневой и проволочной арматуры E_s - согласно требованиям СНиП 2.03.01-84.

Таблица 11

Таблица 12

2.26 (2.23). Длину зоны передачи напряжения l_p для напрягаемой арматуры без анкеров следует определять согласно указаниям СНиП. 2.03.01-84.

3. РАСЧЕТ АРМОЦЕМЕНТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ ПЕРВОЙ ГРУППЫ

3.1 (3.1). Расчет элементов армоцементных конструкций по прочности должен производиться для сечений, нормальных к продольной оси, а также для наклонных к ней сечений наиболее опасного направления. Кроме того, необходимо выполнить расчет указанных элементов на местное действие нагрузки (смятие и продавливание).

Расчет элементов армоцементных конструкций на местное действие нагрузки следует производить в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84.

3.2 (3.2). Сетки, а также ненапрягаемую и напрягаемую стержневую или продольную арматуру, если расстояние между стержнями арматуры не превышает 10t (t - толщина рассматриваемого сечения), при расчете по прочности сечений армоцементных конструкций следует принимать равномерно распределенными по сечению элемента с коэффициентом приведенного армирования, определяемым по формулам:

для растянутой зоны

μ_m1 = μ_m + μ_sR_s/R_m + μ_spR_sp/R_m;                                    (3)

для сжатой зоны

μ'_m1 = μ'_m + μ'_sR_sc/R_mc + μ'_spR_spc/R_mc,                                      (4)

где μ_m, μ'_m - коэффициенты сетчатого армирования, равные:

μ_m = A_m/t; μ'_m = A'_m/t,                                                    (5)

μ_s, μ'_s - коэффициенты армирования стержневой и проволочной арматурой, равные:

μ_s = A_s1/A; μ'_s = A'_s1/A,                                                  (6)

μ_sp, μ'_sp - коэффициенты армирования преднапряженной арматурой:

μ_sp = A_p1/A; μ'_sp1 = A'_sp1/A,                                             (7)

A_m, A'_m - площади сечения сеток на единицу длины соответственно в растянутой и сжатой зонах; A_s1, A'_s1 - площади сечения ненапрягаемой стержневой арматуры на данном участке поперечного сечения элемента соответственно в растянутой и сжатой зонах; R_s, R_sp - расчетные сопротивления арматуры соответственно обычной и преднапряженной растяжению; A_sp1, A'_sp1 - площади сечения напрягаемой арматуры соответственно в растянутой и сжатой зонах; R_sc, R_spc - расчетные сопротивления арматуры соответственно обычной и преднапряженной сжатию; A - площадь поперечного сечения на данном участке; t - толщина элемента на рассматриваемом участке сечения.

На участках сечения, где расстояния между арматурными стержнями свыше 10t, усилия в стержневой и проволочной арматуре должны учитываться для каждого стержня раздельно.

РАСЧЕТ ПО ПРОЧНОСТИ СЕЧЕНИЙ, НОРМАЛЬНЫХ К ПРОДОЛЬНОЙ ОСИ ЭЛЕМЕНТА

3.3 (3.3). Предельные усилия в сечении, нормальном к продольной оси элемента, определяются исходя из следующих предпосылок (рис. 17):

Рис. 17. Схема внутренних усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси элемента, при расчете на прочность

1 - сетки; 2 - стержневая или проволочная арматура, приведенная к равномерному распределению по сечению элемента; 3 - сосредоточенная стержневая и проволочная арматура

сопротивление бетона растяжению принимается равным нулю;

сопротивление бетона сжатию выражается напряжениями, равными R_b, равномерно распределенными по сжатой зоне бетона;

напряжения в арматуре, расположенной в сжатой зоне бетона, принимаются постоянными и не более R_mc, R_sc, R_pc;

растягивающие напряжения в арматуре принимаются постоянными по высоте растянутой зоны сечения и не более R_m, R_s, R_sp.

3.4 (3.1). Расчет сечений, нормальных к продольной оси элемента, когда внешняя сила действует в плоскости оси симметрии, должен производиться в зависимости от значения относительной высоты сжатой зоны бетона ξ = x/h, определяемого из условия равновесия и граничного значения относительной высоты сжатой зоны бетона ξ_R, при котором предельное состояние элемента наступает одновременно с достижением в растянутых сетках и в стержневой или проволочной арматуре напряжений, равных расчетным сопротивлениям.

3.5. Значение ξ_R определяется по формуле

                                        (8)

где ω - характеристика сжатой зоны бетона, определяемая для армоцементных конструкций мелкозернистого бетона по формуле

ω = 0,7 - 0,008R_b.                                                         (9)

Характеристику сжатой зоны мелкозернистого бетона ω для внецентренно сжатых армоцементных элементов с толщиной полки менее 0,04 м следует принимать

ω = 0,5 - 0,008R_b,

R_b - принимается в МПа; σ_s - напряжение в арматуре, МПа, принимаемое равным: для сеток R_m; для стержневой и проволочной арматуры классов: А-I, А-II, А-III, А-IIIв, Вр-I - (R_s - σ_sp); А-IV, А-V, А-VI, В-II, Вр-II, К-7 и К-19 - (R_s + 400 - σ_sp - Δσ_sp); В-II, Вр-II, К-7, К-19 - (R_s + 400 - σ_sp); R_s - расчетное сопротивление растяжению стержневой и проволочной арматуры с учетом соответствующих коэффициентов условий работы арматуры γ_si принимается по СНиП 2.03.01-84; σ_sp - определяется при коэффициенте γ_p < 1 согласно указаниям СНиП 2.03.01-84; Δσ_sp - принимается по СНиП 2.03.01-84; σ_{sc, u} - предельное напряжение в арматуре сжатой зоны, принимаемое при γ_b1 ≥ 1 (см поз. 1 табл. 9) равным 400 МПа, а для элементов из мелкозернистого бетона, если учитывается коэффициент γ_b1 < 1 - равным 500 МПа. При расчете элементов в стадии обжатия значение σ_{sc, u} принимается равным 330 МПа.

3.6 (3.6). Для напрягаемой арматуры, имеющей сцепление с бетоном и расположенной в зоне, сжатой от действия внешних усилий, расчетное сопротивление арматуры сжатию R_sc должно быть заменено напряжением σ_sc согласно СНиП 2.03.01-84.

ИЗГИБАЕМЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРЯМОУГОЛЬНОГО, ТАВРОВОГО, ДВУТАВРОВОГО И КОЛЬЦЕВОГО СЕЧЕНИЙ

3.7. Расчет прямоугольных сечений с арматурой, приведенной к равномерно распределенной по сечению элемента (см. п. 3.2), когда внешняя сила действует в плоскости оси симметрии сечения (рис. 18) при ξ = x/h < ξ_R, должен производиться из условия

M ≤ R_mμ_m1A_th/2,                                                            (10)

при этом высота сжатой зоны x определяется по формуле

x = R_mμ_mh/(R_c1 + R_mμ_m1),                                              (11)

где A_t = (h - x)b,

R_c1 = R_b + μ'_m1R_cm,                                                        (12)

μ_m1 - принимается согласно п. 3.1.

3.8. Расчет прямоугольных сечений, в которых наряду с арматурой, приведенной к равномерно распределенной (см. п. 3.2), имеется стержневая и проволочная арматура, сосредоточенная у растянутой и сжатой граней сечения (рис. 19), при ξ = x/h ≤ ξ_R должен производиться из условия

M ≤ R_c1A_c(h - x/2 - a) - R_scA'_c(h - a - a') - R_mμ_m1A_t[(h - x)/2 - a],               (13)

где A_c = xb,

при этом высота сжатой зоны бетона определяется по формуле

x = (R_mμ_m1A_t - R_scA'_c + R_sA_s)/[(R_c1 + R_mμ'_m1)b],                        (14)

где R_c1 = R_b + R_mcμ'_m1;

A_t = (h - x)b,

μ_m1 - принимается согласно п. 3.2.

3.9. Расчет двутавровых сечений с арматурой, приведенной к равномерно распределенной (см. п. 32), имеющих полку в сжатой зоне, при ξ = x/h £ ξ_R должен производиться в зависимости от положения границы сжатой зоны бетона:

а) если граница сжатой зоны проходит в полке (рис. 20), т.е. соблюдается условие

R_c1A_fc ≥ R_mμ_mf1A_f + R_mμ_mω1A_ωt,                                       (15)

расчет должен производиться по формуле

M ≤ R_mμ_mf1A_ft[h - (t_f + t'_f)/2] + R_mμ_mω1A_ω(h_ω + t'_f)/2;                        (16)

б) если граница сжатой зоны проходит в ребре (рис. 21), т.е. условие (15) не соблюдается, расчет производится по формуле

M ≤ R_cf1A_fc[h - (t_f + t'_f)/2] + R_cω1A_ωc[h - (x + t_f)/2] - R_mμ_mω1A_ωt(h - x)/2.            (17)

Высота сжатой зоны x определяется из условия

R_cf1A_fc + R_cω1A_ωc = R_mμ_mf1A_t + R_mμ_mω1A_mωt.                                        (18)

В формулах (15) - (18):

R_cf1 = R_b + R_mcμ_mf1;

R_cω1 = R_b + R_mcμ_mω1; A_fc = b'_ft'_f;

A_ft = b_ft_f; A_ω = t_ωh_ω;

A_ωc = (x - t'_f)t_ω; A_ωt = (h - x - t_f)t_ω.

Коэффициент приведенного армирования стенки μ_mω1 сжатой полки μ'_mf1 и растянутой полки μ_mf1 принимаются в соответствии с п. 3.2.

3.10. Расчет тавровых сечений с полкой в сжатой зоне или приведенных к тавровым сечениям, в которых наряду с арматурой, приведенной к равномерно распределенной, имеется стержневая или проволочная арматура в растянутой зоне, при ξ = x/h ≤ ξ_R следует выполнять в зависимости от высоты сжатой зоны бетона:

Рис. 18. Схема усилий и эпюра напряжений в изгибаемых элементах прямоугольного сечения

а - при b > h; б - при b < h; 1 - сетки; 2 - стержневая или проволочная арматура, приведенная к равномерно распределенной по сечению элемента

Рис. 19. Схема усилий и эпюра напряжений в изгибаемых элементах прямоугольного сечения с сосредоточенной стержневой и проволочной арматурой

1 - сетки; 2 - стержневая или проволочная арматура, приведенная к равномерно распределенной по сечению элемента; 3 - сосредоточенная стержневая или проволочная арматура

Рис. 20. Схема усилий и эпюра напряжений в изгибаемых элементах двутаврового сечения при x ≤ t'_f

1 - сетки; 2 - стержневая и проволочная арматура, приведенная к равномерно распределенной по сечению

Рис. 21. Схема усилий и эпюра напряжений в изгибаемых элементах двутаврового сечения при x > t'_f

1 - тонкие сетки; 2 - стержневая или проволочная арматура, приведенная к равномерно распределенной по сечению

а) если сжатая зона находится в пределах полки (рис. 22), т.е. соблюдается условие

R_cf1A_cf ≥ R_mμ_mω1A_ω + R_sA_s                                              (19)

прочность сечения определяется из условия

M ≤ R_mμ_mω1A_ω(h_ω + t'_f)/2 + R_sA_s(h - t'_f/2 - a);                           (20)

Рис. 22. Схема усилий и эпюра напряжений в изгибаемых элементах таврового сечения с полкой в сжатой зоне при x ≤ t'_f

1 - тонкие сетки; 2 - стержневая или проволочная арматура, приведенная к равномерно распределенной по сечению элемента; 3 - сосредоточенная стержневая или проволочная арматура

Рис. 23. Схема усилий и эпюра напряжений в изгибаемых элементах таврового сечения с полкой в сжатой зоне при x > t'_f

1 - тонкие сетки; 2 - стержневая или проволочная арматура, приведенная к равномерно распределенной по сечению элемента; 3 - сосредоточенная стержневая или проволочная арматура

б) если граница сжатой зоны выходит за пределы полки (рис. 23), т.е. условие (19) не выполняется, прочность сечения определяется из условия

M ≤ R_cf1A_cf[h - t'_f/2 - a] + R_cω1A_cω[h - (x + t'_f)/2 + a] - R_mμ_mω1A_ωt[(h - x)/2 - a], (21)

при этом высота сжатой зоны x определяется из условия

R_cf1A_cf + R_ω1A_ωc = R_mμ_mω1A_ωt + R_sA_s.                                         (22)

В формулах (19) - (22):

R_cω1 = R_b + R_mcμ_mω1;

A_fc = b'_ft'_f; A_ω = t_ωh_ω;

A_ωc = (x - t'_f)t_ω;

A_ωt = (h - x)t_ω.

Коэффициенты приведенного армирования сжатой полки μ'_mf1, μ_mf1, μ_mω1 принимаются согласно п. 3.2.

Рис. 24. Схема кольцевого сечения, принимаемая в расчете по прочности армоцементных элементов

3.11 (3.11). Ширина сжатой полки b'_f тавровых и двутавровых сечений, вводимая в расчет в соответствии с пп. 3.9 и 3.10, принимается из условия, что ширина свободного свеса в каждую сторону от ребра должна быть не более 1/6 пролета элемента и не более:

а) 1/2 расстояния в свету между продольными ребрами при наличии поперечных ребер;

б) t'_f при отсутствии поперечных ребер или при расстоянии между ними большими, чем расстояние между продольными ребрами, при t'_f ≤ 0,1h;

в) 6t'_f1 при t'_f ≥ 0,1h;

3t'_f при 0,05t_f < t'_f < 0,1h.

3.12 (3.12). Расчет кольцевых сечений (рис. 24) должен производиться:

а) при R_mμ_mr1 > 0,38R_cr1

из условия

                        (23)

где R_cr1 = R_b + R_mcμ_mr1; A_r = 2πr_mt_ω;

α_r = R_mμ_mr1/(R_b + 3,35R_mμ_mr1),                                            (24)

здесь r_m - радиус срединной поверхности стенки кольцевого элемента, равный:

r_m = (r_i + r_e)/2,                                                             (25)

r_e, r_i - радиусы соответственно наружной и внутренней граней кольцевого сечения;

μ_mr1 - коэффициент приведенного армирования кольцевого сечения, определяемый в соответствии с п. 3.3;

б) при R_mμ_mr1 < 0,38R_cr1

из условия

                                   (26)

α_r = 0,73R_mμ_mr1/(R_b + 2R_mμ_mr1);                                            (27)

R_cr1 = R_b + R'_mcμ'_mr1.                                                     (28)

3.13 (3.13). При расчете по прочности изгибаемых элементов армоцементных конструкций рекомендуется соблюдать условие x ≤ ξ_Rh.

В случае когда площадь сечения растянутой арматуры по конструктивным соображениям или из расчета по продельным состояниям второй группы принята большей, чем это требуется для соблюдения условия x ≤ ξ_Rh, расчет следует производить по формулам (10), (13), (17), (20), (21), принимая x = ξ_Rh.

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

Пример 1.

Дано. Прямоугольное сечение армоцементного элемента (рис. 25) с размерами h = 300 мм и b = 90 мм находится под действием изгибающего момента M = 0,3 кН×м. Элемент выполнен из бетона класса В20 и армируется ткаными сетками № 7-07 по ГОСТ 3826-82* в количестве восьми слоев, равномерно распределенных по сечению.

Требуется проверить прочность нормального течения.

Рис. 25. Схема усилий и эпюра приведенных напряжений в изгибаемом элементе прямоугольного сечения, армированного ткаными сетками

Расчет. В соответствии с п. 3.2 и данным табл. 1 прил. 1 определяем коэффициент сетчатого армирования μ при одной сетке на 1 см толщины сечения элемента μ = 0,0050; тогда коэффициент армирования элемента при восьми слоях сетки будет μ_m = 8μ/b = 8×0,0050/9 = 0,004.

В соответствии с п. 3.7 прочность прямоугольного сечения с арматурой, приведенной к равномерно распределенной по сечению, проверяем по условию (10), а высоту сжатой зоны определяем по формуле (11)

x = R_mμ_m1h/(R_c1 + R_mμ_m1),

где R_m = 245 МПа (табл. 11); R_b = 10,5 МПа (табл. 7) при γ_b1 = 0,9 (табл. 9)

по зависимости (12)

R_c1 = R_b + μ_mR_mc = 10,5 + 0,004×245 = 11,18 МПа.

Тогда x = 245×0,004×30/(11,48 + 245×0,004) = 2,4 см. Прочность сечения определяем из условия (10)

M ≤ R_mμ_mA_th/2,

где A_t = (h - x)b = (300 - 24)90 = 24840 мм², тогда M ≤ 245×0,004×24840×300/2 = 365148 Н×мм.

Прочность элемента обеспечена, так как M = 0,365 кН×м > 0,3 кН×м. Проверяем условие ξ = x/h ≤ ξ_R.

По формуле (8)

где по формуле (9) ω = 0,7 - 0,008R_b = 0,7 - 0,008×10,35 = 0,617, тогда ξ_R = 0,617/[1 + 245/500(1 - 0,617/1,1)] = 0,507.

Предельное отношение высоты сжатой зоны будет равно:

ξ = 2,4/300 = 0,08 < 0,507.

Условие удовлетворяется.

Пример 2.

Дано. Поперечное сечение армоцементной складчатой панели (рис. 26), изгибающий момент M = 12,56 кН×м. Приведенное сечение складки приведено на рис. 26, б.

Панель изготовлена из мелкозернистого бетона класса В40. Прочность бетона панели R_b = 22 МПа. Складчатая панель армируется:

двумя слоями сварных сеток для армоцемента № 12,5-0,5 по ТУ 14-4-713-76; коэффициент армирования при толщине стенки 20 мм μ_m = 0,0014;

ненапрягаемой арматурой в виде стальной низкоуглеродистой холоднотянутой проволоки класса Вр-I диаметром 3 мм (A_s = 4×0,0707 = 0,2828 см²);

напрягаемой арматурой из высокопрочной проволоки Вр-II диаметром 4 мм (A_sp = 4×12,56 = 50,24 мм²).

Расчетные и нормативные характеристики:

сварной сетки для армоцемента R_m = 245 МПа - табл. 11;

мелкозернистого бетона R_b = 22 МПа - табл. 7;

сварных сеток из стальной низкоуглеродистой холоднотянутой проволоки класса Вр-I, по СНиП 2.03.01-84 R_s = 375 МПа;

высокопрочной проволоки класса Вр-II R_s = 1180 МПа.

Требуется проверить прочность приведенного двутаврового сечения, нормального к продольной оси.

Расчет производится в зависимости от относительной высоты сжатой зоны бетона ξ = x/h.

 

Рис. 26. Сечение предварительно напряженной складчатой армоцементной панели покрытия

а - сечение панели; б - расчетное сечение

Определяем граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона по формуле (8)

где ω - характеристика сжатой зоны бетона, определяется для армоцементных конструкций из мелкозернистого бетона по формуле (9):

ω = 0,7 - 0,008R_b = 0,7 - 0,008×22 = 0,524.

Значение предварительного напряжения в проволочной арматуре Вр-II принимаем σ_sp = 1062 МПа, тогда σ_s = 1180 + 400 - 1062 = 518 МПа, а σ_{sc, u} принимаем по СНиП 2.03.01-84 равным 500 МПа. После подстановки

ξ_R = 0,524/[1 + 518/500(1 - 0,524/1,1)] = 0,524/1,545 = 0,34.

Определяем коэффициенты армирования:

сжатой полки сварными сетками и стальной низкоуглеродистой холоднотянутой проволоки

μ'_st = A_st/(t'_fb'_f) = 28,28 : 250 : 20 = 0,00566;

растянутой полки - высокопрочной проволокой

μ_s = 50,24/(740×20) = 0,0038.

В соответствии с п. 3.2 определяем коэффициенты приведенного армирования:

верхний (сжатой) полки

μ'_mf1 = μ_m + μ_sR_sc/R_mc = 0,0014 + 0,00566×375 : 245 = 0,01;

растянутой полки

μ_mf1 = μ_m + μ_pR_ps/R_mc = 0,0014 + 0,0038×1180 : 245 = 0,0197;

Приведенная толщина вертикальной сетки t_ω = t/sin 45° = 20×2/0,7 = 56 мм.

μ_mω1 = 0,0014.

Для определения положения нейтральной оси проверяем условие (15):

R_c1A_cf > R_mμ_mf1A_ft + R_mμ_mω1A_ωt;

R_c1A_cf = (22 + 245×0,01)250×20 = 122500 Н > R_mμ_mf1A_ft + R_mμ_mω1A_ωt = 245×0,0014×240×56 + 245×0,0197×20×740 = 117495,1 Н.

Так как 122500 > 117495,1, условие (15) соблюдается, нейтральная ось проходит в пределах верхней полки.

Принимая x = t'_f, условие предельной высоты сжатой зоны также выполняется, так как

ξ = x/h = 20/280 = 0,07 и ξ_R = 0,33.

Пользуясь формулой (16), определяем несущую способность сечения

M ≤ R_mμ_mf1A_ft[h - (t_f + t'_f)/2] + R_mμ_mω1A_ω(h_ω + t'_f)/2 = 245×0,0197×740×20[280 - (20 + 20) : 2] + 245×0,0014×56×240(240 + 20) : 2 = 19,122 кН×м.

M_p = 12,56 кН×м < M = 19,122 кН×м. Прочность нормального сечения складчатой панели обеспечена.

Пример 3.

Дано. Элемент таврового сечения с размерами b'_f = 250 мм; t'_f = 20 мм; t_ω = 30 мм; a = 20 мм; h = 600 мм (рис. 27). Бетон мелкозернистый класса В40 (R_b = 19,8 МПа).

Арматура: две тканые сетки № 10-1 ГОСТ 3826-82*; стержневая арматура класса Вр-I; Æ = 3 мм; R_s = 375 МПа; шаг - 100 мм; сосредоточенная стержневая арматура класса A-III; R_s = 365 МПа; два стержня диаметром 10 мм. Изгибающий момент M = 50 кН×м.

Требуется проверить прочность сечения.

Рис. 27. Сечение таврового элемента

1 - сетки № 12,5 по ТУ 14-4-713-76; 2 - стержневая арматура класса А-III

Расчет. Проверку прочности сечения производим согласно п. 3.10 из выражения (19)

R_cf1A_cf ≥ R_mμ_mω1A_ω + R_sA_s.

Определяем, проходит ли нейтральная ось в полке или в стенке. Определяем коэффициенты приведенного армирования согласно (п. 3.2). Коэффициенты армирования стержневой арматурой равны:

μ_s = A_s/A_bf = 7,068 : (20×100) = 0,0035;

μ_sω = A_s/A_bω = 7,068 : (30×100) = 0,0024.

Коэффициенты армирования, пользуясь данными табл. 1 прил. 1, при двух сетках в полке толщиной 20 мм равны: μ_mf = 0,0071 и в двух сетках в стенке толщиной 30 мм μ_mω = 0,0047.

Тогда приведенные коэффициенты армирования:

μ_mf1 = μ_mf + μ_sR_s/R_m = 0,0071 + 0,0035×365 : 245 = 0,0123;

μ_mω1 = μ_mω + μ_sωR_s/R_m = 0,0047 + 0,0024×365 : 245 = 0,0083.

Приведенная прочность сжатой полки

R_cf1 = R_b + R_mcμ_mf1 = 19,8 + 245×0,0123 = 22,313.

Сечение сжатой полки равно:

A_cf = b'_ft'_f = 250×20 = 5000 мм²,

а вертикальной стенки равно:

A_ω = t_ωh_ω = 580×30 = 17400 мм².

Площадь стержневой арматуры

A_s = 2×78,50 = 157 мм².

После подстановки полученных величин в выражение (19) получаем 22,813×5000 > 245×0,0123×17400 + 365×15700, т.е. граница сжатой зоны пересекает вертикальную стенку.

Прочность сечения определяем из выражения (21)

M ≤ R_cf1A_cf[h - t'_f/2 - a] + R_cω1A_ωch_ω - (x - 2a + t'_f)/2 - R_mμ_mω1A_ωt[(h - x)/2 - a].

Определяем приведенную прочность сжатой части стенки

R_cω1 = R_b + R_mcμ_mω1 = 19,8 + 245×0,0083 = 21,83 МПа.

Высоту сжатой зоны x определяем из условия (22)

R_cf1A_fc + R_cω1A_ωc = R_mμ_mω1A_ωt + R_sA_s.

После подстановки

22,813×5000 + 21,82×30x = 245×0,0083(17400 - 30x) + 365×157.

Тогда x = 47,1 мм, а отношение к высоте сечения

ξ = x/h = 47,1/600 = 0,079; ξ < ξ_R = 0,37.

Выполняя подстановку полученных величин в выражение (21), получаем

M = 22,83×5000(600 - 20/2 - 20) + 21,813×27,1[580 - (47,1 - 2×20 + 20)/2] - 245×0,0083×17400[(600 - 47,1)/2 - 20]10^-6 = 56,165 кН×м.

Поскольку расчетный изгибающий момент в сечении превышает внешний изгибающий момент M = 56,2 кН×м > 50 кН×м, прочность сечения обеспечена.

Пример 4.

Дано. Элемент двутаврового сечения с размерами b'_f = 800 мм; t'_f = 20 мм; h = 300 мм; t_ω = 40 мм; t_f = 20 мм; b_f = 1000 мм; бетон мелкозернистый класса В25 (при γ_b1 = 0,9, R_b = 13,05 МПа); арматура класса Вр-I; Æ = 5 мм; шаг - 150 мм; R_s = 360 МПа; сетка тканая № 10-1; R_m = 245 МПа; коэффициент сетчатого армирования при одной сетке на 1 см μ_m = 0,0071. Изгибающий момент M = 9 кН×м. Требуется проверить прочность сечения.

Расчет. Расчет ведем согласно указаниям п. 3.9. Предварительно согласно п. 3.2 определяем коэффициент приведенного армирования

μ_m1 = μ_m + μ_sR_s/R_m,

где коэффициент армирования проволочной арматурой верхней и нижней полки

μ_s = A_s/A_b = 19,63 : (20×150) = 0,00654.

Коэффициент армирования проволочной арматурой стенки

μ_s = A_s/A_b = 19,53 : (40×150) = 0,0033.

Тогда:

μ'_m1 = μ'_m + μ'_sR_s/R_m = 0,0071 + 0,00654×360 : 245 = 0,0167;

μ_mω1 = μ_m + μ_sR_s/R_m = 0,0071×0,5 + 0,0033×360 : 245 = 0,0083;

μ_mf1 = μ_m + μ_sR_s/R_m = 0,0071 + 0,00654×360 : 245 = 0,0167.

Определяем предельное отношение высоты сжатой зоны из выражения (8)

.

Для мелкозернистого бетона из выражения (9):

ω_n = 0,7 - 0,008R_b = 0,7 - 0,008×13,05 = 0,596;

ξ_R = 0,596/[1 + 360/500(1 - 0,596/1,1)] = 0,448.

Высоту сжатой зоны x определяем из условия (18)

R_cf1A_fc + R_cω1A_ωc = R_mμ_mf1A_ft + R_mμ_mω1A_ωt.

Вычислим величины, входящие в это выражение с использованием п. 3.9:

R_cf1 = R_b + R_mcμ_mf1 = 13,05 + 245×0,0167 = 16,92 МПа;

R_cω1 = R_b + R_mcμ_mω1 = 13,05 + 245×0,083 = 15,08 МПа;

A_cf = b'_ft'_f = 800×20 = 1600 мм²;

A_ft = b_ft_f = 1000×20 = 20000 мм²;

A_ω = h_ωf_ω = (300 - 20 - 20)40 = 10400 мм²;

A_ωc = (x - t'_f)t_ω = (x - 20)40 = 40x - 800;

A_ωt = (h - x - t_f)t_ω = (300 - x - 20)40 = 12000 - 40x - 800 = 11200 - 40x.

Полученные величины подставляем в выражение (18):

16,92×1600 + 15,08(40x - 800) = 245×0,0167×20000 + 245×0,0083(11200 - 40x).

Высота сжатой зоны x = 131 мм. Проверяем отношение ξ = 0,44 < ξ_R = 0,448. Граница сжатой зоны проходит в ребре двутаврового сечения, и в соответствии с п. 3.9 прочность сечения определяем по формуле (17)

M ≤ R_cf1A_fc[h - (t_f + t'_f)/2] + R_cω1A_ωc[h - (x + t_f)/2] - R_mμ_ω1A_ωt(h - x)/2;

после подстановки

M ≤ 16,92×1600[300 - (20 + 20)/2] + 15,08×4440[30 - (131 + 20)/2] - 245×0,0083×5960(300 - 131)/2 = 9,60×10⁶ Н×мм.

Так как расчетный момент в сечении M = 9,6 кН×м > M = 9 кН×м, прочность сечения обеспечена.

Пример 5.

Дано. Элемент кольцевого сечения с наружным радиусом r_e = 300 мм и внутренним радиусом r_i = 260 мм, бетон класса В25 (R_b = 13,05 МПа, при γ_b1 = 0,9), армирование равномерное по периметру двумя сетками ткаными № 10-1; R_m = 245 МПа; шаг - 100 мм; класс Вр-I; Æ = 5 мм; R_s = 360 МПа. Расчетный изгибающий момент M = 40 кН×м. Коэффициент армирования при одной сетке на 1 см μ_m = 0,0071. Требуется проверить прочность сечения.

Расчет. Проверяем условие R_mμ_mr1 < 0,38R_cr1.

R_cr1 = R_b + R'_mcμ'_mr1 = 13,05 + 245×0,0215 = 18,32 МПа;

μ_mr1 = μ_m + μ_sR_s/R_m = 0,0071 + 0,00981×360 : 245 = 0,0215;

μ_s = A_s/A_b = 19,63 : (20×100) = 0,00981;

245×0,0215 < 0,38×18,32.

После подстановки 5,268 < 6,961, т.е. условие выполнено. Прочность сечения определяем из формулы (26)

α_r = 0,73R_mμ_mr1/(R_b + 2R_mμ_mr1) = 0,73×245×0,0215 : (13,05 + 2×245×0,0215) = 0,163039.

Радиус срединной поверхности

r_m = (r_i + r_e)/2 = (260 + 300) : 2 = 280 мм,

площадь кольцевого сечения A_r = 2π_mr_mt_ω = 35168 мм². Прочность кольцевого сечения

M ≤ 35168[18,32sin180×0,16304/3,14 + 0,234×245×0,0229]280 = 41050200 Н×мм.

Поскольку M = 10 кН×м < 41,05 кН×м, прочность кольцевого сечения обеспечена.

Пример 6.

Дано. Элемент кольцевого сечения с наружным радиусом r_c = 300 мм и внутренним радиусом r_i = 260 мм, бетоном класса В20 (R_b = 10,5 МПа при γ_b1 = 0,9) и с армированием, равномерно распределенным по периметру, выполненным двумя сетками № 10-1; коэффициент армирования μ_m = 0,0071 при одной сетке на 1 см (см. табл. 1 прил. 1); проволока класса Вр-I; Æ = 5 мм; шаг - 50 мм; R_s = 375 МПа. Расчетный изгибающий момент равен 75,5 кН×м. Требуется проверить прочность сечения.

Расчет. Проверяем условие R_mμ_mr1 < 0,38R_cr1. Вычисляем коэффициент армирования проволочной арматурой μ_s = A_s/A_b = 19,63/20×50 = 0,01963; приведенный коэффициент армирования

μ_mr1 = μ_m + μ_sR_s/R_m = 0,0071 + 0,01963×375 : 245 = 0,03715.

Приведенная расчетная прочность полки на сжатие

R_cr1 = R_b + R_mcμ_mr1 = 10,5 + 245×0,03715 = 19,6 МПа.

После подстановки получаем 245×0,03715 < 0,38×19,6, или 9,102 > 7,448, т.е. условие выполнено. Прочность кольцевого сечения определяем по формуле (23). Из выражения (24) определяем коэффициент α_r:

α_r = R_mμ_mr1/(R_b + 3,35R_mμ_mr1) = 245×0,03715 : (10,5 + 3,35×245×0,03715) = 0,3064.

Из примера 5 радиус срединной поверхности кольцевого сечения r_m = 280 мм, а площадь кольцевого сечения A_r = 35168 мм².

Прочность кольцевого сечения по формуле (23)

 35168[19,6(sin180×0,3064 : 3,14) + 245×0,03715(1 - 1,35×0,3064)1,6×0,3064]280 = 75674502 Н×мм.

Поскольку расчетный момент по прочности в кольцевом сечении M = 75,67 кН×м > M = 75,5 кН×м, прочность кольцевого сечения обеспечена.

ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРЯМОУГОЛЬНОГО, ТАВРОВОГО, ДВУТАВРОВОГО И КОЛЬЦЕВОГО СЕЧЕНИЙ

3.15. При расчете внецентренно сжатых элементов необходимо учитывать случайный эксцентриситет e_a, обусловленный не учтенными в расчете факторами, в том числе неоднородностью свойств бетона по сечению элемента, а также влияние прогиба на их несущую способность. Значение e_a следует принимать не менее 1/600 всей длины элемента или длины его части между точками закрепления элементов, учитываемой в расчете 1/30 высоты сечения элемента.

Для элементов статически неопределимых конструкций величина эксцентриситета продольной силы относительно центра тяжести приведенного сечения e₀ принимается равной эксцентриситету, полученному из статического расчета конструкции, но не менее e_a.

Расчет внецентренно сжатых элементов должен производиться с учетом влияния прогиба элемента как в плоскости изгиба, так и в нормальной к ней плоскости. В последнем случае принимается, что продольная сила приложена с эксцентриситетом e₀ не менее случайного эксцентриситета e_a.

3.16. Влияние прогиба на величину эксцентриситета продольного усилия следует учитывать, как правило, путем расчета конструкций по деформированной схеме, принимая во внимание неупругие деформации материала и наличие трещин.

Допускается производить расчет конструкции по недеформированной схеме, учитывая влияние прогиба элемента путем умножения эксцентриситета e_c на коэффициент η, определяемый по формуле

η = 1/(1 - N/N_crt),                                                          (29)

где N_crt - условная критическая сила, определяемая для армоцементных элементов любой формы сечения из мелкозернистого бетона по формуле СНиП 2.03.01-84.

При гибкости элемента l₀/r ≤ 14 (для прямоугольных сечений при l₀/h < 4) допускается принимать η = 1. При гибкости элемента в пределах 14 ≤ l₀/r < 35 (4 < l₀/h < 10) и μ ≤ 0,025 (здесь μ = (A_m + A'_m + A_s + A'_s)/A_b) допускается принимать:

для прямоугольных сечений

N_crt = 0,15E_bA/(l₀/h)²;                                                   (30)

для других форм сечений

N_crt = 2E_bI/l₀².                                                               (31)

При гибкости l₀/r > 35 (l₀/h > 10) определение N_crt следует производить по п. 3.24 СНиП 2.03.01-84. При отношении N > N_crt следует увеличивать размеры сечения.

3.17.