СП СП 387.1325800.2018 Железобетонные пространственные конструкции покрытий и перекрытий

Конструирование

Конструирование оболочек с радиальной и перекрестной системами вант

13.47 При выборе системы вант следует учитывать, что по расходу арматуры на оболочку в целом, а также по расходу бетона на опорный контур оболочки с радиальной системой вант экономичнее оболочек с перекрестной системой вант.

13.48 Для радиальной вантовой системы оптимально круговое очертание опорного контура (частный случай эллипса), позволяющее унифицировать элементы оболочки и обеспечивать работу контура на любой стадии монтажа. Для этого плиты оболочки необходимо монтировать кольцами, т.е. перед укладкой очередного ряда плит (кольца) все предыдущие должны быть закончены (замкнуты).

13.49 Оболочки с радиальной системой вант эллиптического очертания в плане рекомендуется проектировать с внутренним кольцом в форме эллипса, подобного наружному.

13.50 Минимальный периметр внутреннего кольца определяют из условия размещения в нем анкеров вант.

Конструкцией кольца должна быть обеспечена его жесткость в горизонтальной плоскости при монтаже вант и плит.

13.51 Центральную опору шатровых оболочек рекомендуется проектировать железобетонной с круглым поперечным сечением из высокопрочных бетонов или трубобетонной.

13.52 Закрепление вант в контуре допускается проектировать как с упором в опорную плиту на наружной грани контура, так и соединением с выпусками на его внутренней стороне.

Для закрепления вант с упором на контуре в контурном кольце предусматривают закладные трубки диаметром, достаточным для пропуска анкерных устройств вант. Угол наклона трубок к горизонту следует принимать равным наклону касательной к поверхности покрытия у контура при расчетной равномерной нагрузке.

Закрепление вант в опорном контуре и внутреннем кольце следует проектировать таким образом, чтобы линия действия усилия в ванте проходила через центр тяжести поперечного сечения (см. рисунок 13.15). В противном случае необходимо учитывать возникающие вследствие отсутствия центровки крутящие и изгибающие моменты.

1 - центральная колонна; 2 - ванта; 3 - верхний пояс центрального кольца; 4 - нижний пояс центрального кольца;
5 - соединительные упорные планки; 6 - шайба; 7 - гайка; 8 - хвостовик; 9 - опорный контур; 10 - закладная трубка
для пропуска ванты; 11 - закладная деталь, распределяющая нагрузку от ванты; 12 - патрубок для инъекции раствора

Рисунок 13.15 - Крепление вант к опорному контуру и центральному кольцу​

13.53 Опорную плиту под анкер проектируют перпендикулярно к оси закладной трубки или под углом с установкой под анкер клиновидных шайб.

Размеры опорных плит принимают на основании расчета на местное сжатие. В необходимых случаях предусматривают местное упрочнение контура под плитой путем установки косвенной арматуры.

Для защиты вант от коррозии после окончания их регулирования и замоноличивания швов между плитами следует предусматривать возможность заполнения полости анкерных закладных трубок цементным раствором через патрубок, выведенный на верхнюю или боковую поверхность контура (см. рисунок 13.15).

Анкеры вант должны быть защищены от коррозии.

13.54 Конструкция узлов пересечения вант должна обеспечить совместную работу вант в нормальном, а в необходимых случаях и в тангенциальном направлениях к поверхности покрытия.

В местах пересечения вант следует предусматривать специальные хомуты или штампованные косынки (см. рисунок 13.16), применяемые также для опирания плит.

В конструкциях деталей, изменяющих направление стального каната или проволоки в канате (анкерных устройств), а также обжимающих канат (сжимов, хомутов подвесок и т.п.) следует применять желоба криволинейного поперечного сечения со скруглениями у торцов (в месте выхода каната) и укороченными (по сравнению с основанием) прижимными накладками, прокладками из алюминия или другого мягкого материала. Для исключения электрохимической коррозии контактирующие с алюминием стальные канаты и стальные детали должны быть защищены покрытиями из кадмия или цинка толщиной не менее 20 мкм.

а - с применением хомутов, б - с применением штампованных стальных косынок,
1 - несущая ванта, 2 - напрягающая ванта, 3 - хомут, 4 - косынка

Рисунок 13.16 - Узлы пересечения вант​

13.55 Сборные плиты подвешивают к вантам с применением выпусков рабочей арматуры, стальных крюков, привариваемых к арматуре плит и изготовленных из арматуры класса А240, или других специальных приспособлений. При подвеске в четырех точках каждый крюк рассчитывают на действие 1/3 нагрузки, приходящейся на плиту (см. рисунок 13.17).

а - плоская плита, б - ребристая плита, 1 - железобетонная плита, 2 - ванта, 3 - крюки,
4 - бетон шва, 5 - армирование шва, 6 - ребро плиты, 7 - детали крепления плит к вантам

Рисунок 13.17 - Крепление плит к вантам​

Конструирование оболочек с полигональной системой вант

13.56 Висячие оболочки полигонально-вантового типа применяют для покрытий с многоугольным планом (см. рисунок 13.5), как правило - в зданиях с квадратным и прямоугольным планами. При применении такой вантовой системы для зданий с произвольным полигональным планом предусматривают такое расположение несущих вант, при котором все усилия передаются только на углы опорного контура.

13.57 Несущая система покрытия (см. рисунок 13.5) состоит из контурных и угловых вант. В горизонтальной проекции контурные ванты расположены параллельно сторонам опорного контура и образуют полигональные гибкие контуры. Угол каждого гибкого контура соединен угловой вантой с соответствующим углом опорного контура. Угловые ванты располагаются по биссектрисам углов опорного контура (при прямоугольном плане - по диагоналям). Помимо основных, допускается применение дополнительных угловых вант, проходящих непрерывно от угла к углу сооружения под основными угловыми вантами. Дополнительные угловые ванты рекомендуется применять в тех случаях, когда требуется уменьшить стрелу провиса центра покрытия по отношению к углам сооружения - для увеличения уклона кровли по направлению к опорному контуру. По концам контурных и угловых вант устанавливают стальные анкерные детали, предназначенные для соединения вант между собой и для их крепления в углах сооружения.

Ванты могут быть одиночными или двойными, состоящими из одного или двух расположенных близко канатов, стальных арматурных стержней или других гибких элементов. Размеры стрелок провиса контурных вант рекомендуется принимать из условия, чтобы уклоны покрытия для организации водоотвода с покрытия имели направления к сторонам опорного контура. При этом размеры стрелок провиса контурных вант назначают таким образом, чтобы значения их распоров были одинаковыми.

13.58 При проектировании вант (см. рисунок 13.18) рекомендуется принимать следующее их расположение в вертикальной плоскости: диагональные - в нижнем ярусе, угловые центрального гибкого контура - во втором ярусе, угловые следующего (от центра) контура - в третьем и т.д. Контурные ванты опирают сверху на систему проходящих ниже двойных угловых вант. Допускается обратный порядок расположения угловых вант, при котором узлы сопряжения подвешиваются снизу к проходящей над ними системе угловых вант.

1 - угловые ванты, 2 - узлы сопряжения контурных вант с угловыми, 3 - диагональные ванты

Рисунок 13.18 - Расположение угловых вант полигонально-вантовой системы в вертикальной плоскости​

Конструкцией узлов сопряжения контурных вант с угловыми должна быть обеспечена свобода поворота концевых сечений контурных вант в вертикальной плоскости. Узлы проектируют с применением болтов, сварки или стальных отливок (на основе принципа работы цилиндрических или листовых шарниров), как правило, с устройством для регулирования длины вант.

13.59 Опорный контур и каркас здания выполняют из сборного, сборно-монолитного или монолитного железобетона. Опорный контур поддерживается колоннами, расположенными по периметру здания, как правило - с шагом 6 м. Для обеспечения возможности монтажа вантовой системы на полу и ее подъема путем перемещения анкерных устройств сети по направляющим элементам колонн угловые колонны рекомендуется выполнять двойными. Опорный контур проектируют в виде горизонтального или полигонального ригеля, связанного с колоннами (см. рисунок 13.19) и образующего вместе с ними многопролетную раму, в среднем пролете которой предусматривают вертикальные связи, обеспечивающие устойчивость каркаса здания. Размеры сечения опорного контура назначают с учетом 13.46.

а - с горизонтальным контуром, б - с полигональным контуром, 1 - опорный контур,
2 - угловые (двойные) колонны, 3 - промежуточные колонны, 4 - вертикальные связи

Рисунок 13.19 - Конструктивные схемы опорного контура полигонально-вантового покрытия в вертикальной плоскости​

Плиты для оболочки рекомендуется выполнять без предварительного напряжения арматуры, из легкого бетона класса В25 и выше. Узел опирания плит на двойные ванты приведен на рисунке 13.20. В швах между плитами устанавливают конструктивную, а в продольных швах оболочки - расчетную арматуру. Для обеспечения трещиностойкости оболочки в стадии эксплуатации или для уменьшения ширины раскрытия трещин до замоноличивания швов предусматривается предварительное напряжение вантовой сети пригрузкой или другим способом. Допускается применение оболочек без предварительного напряжения при надлежащем обосновании расчетом и защите вант от коррозии. Швы между плитами рекомендуется заполнять бетоном того же класса на сжатие, что и бетон плит. Для обеспечения устойчивости опорного контура оболочек с полигональной системой вант его поперечное сечение должно быть развито в горизонтальной плоскости.

а - узел опирания железобетонных плит на контурные ванты, б - поперечное сечение продольного ребра оболочки (балки),
1 - железобетонные ребристые плиты, 2 - контурные ванты, 3 - крюк жесткой конструкции, 4 - отверстие для строповки плит,
5 - дополнительная арматура в поперечных швах оболочки, 6 - рабочая арматура продольных ребер (балок)

Рисунок 13.20 - Конструктивное решение основных узлов висячей оболочки полигонально-вантового типа​

13.60 Конструкция опорного узла висячей системы должна обеспечивать возможность монтажа вантовой сети до замоноличивания стыков опорного контура. В углах контура рекомендуется предусматривать зазоры для прохода системы угловых вант, заанкеренных в специальном анкерном устройстве. Для восприятия усилия сжатия в углах опорного контура от собственного веса вантовой сети в зазорах следует предусматривать монтажные стальные распорки. После монтажа вантовой сети зазоры в углах опорного контура следует замоноличивать бетоном того же класса, что и бетон ригелей опорного контура.

 

14 Панели-оболочки "на пролет здания" и сводчатые конструкции из них

14.1 Панели-оболочки КЖС

Основные положения

14.1.1 Панель-оболочка КЖС (крупноразмерная, железобетонная, сводчатая) представляет собой короткий цилиндрический пологий предварительно напряженный свод-оболочку с двумя ребрами-диафрагмами сегментного очертания (см. рисунки 14.1, 14.2), в нижней утолщенной части которых располагается предварительно напряженная арматура. Номинальные размеры панелей b₀ и l₀ в плане рекомендуется принимать равным 3×12 м; 3×18 м и 3×24 м.

hc - строительная высота панели оболочки

Рисунок 14.1 - Панель-оболочка КЖС


lb - ширина поля плиты, ab - ширина вута, bs - расстояние между осями рабочей арматуры диафрагм,
1 - вертикальное ребро жесткости, 2 - разбивочная ось, 3 - напрягаемая рабочая арматура

Рисунок 14.2 - Поперечное сечение панели-оболочки КЖС​

Высоту поперечного сечения панели в середине пролета принимают равной 1/20-1/15 l₀ в зависимости от значения нагрузки и размера пролета. Очертание верхней поверхности оболочки рекомендуется принимать по квадратной параболе.

14.1.2 Панели-оболочки КЖС предназначаются для покрытий зданий с пролетами 12, 18, 24 м и с другими пролетами. Панели-оболочки КЖС применяют в покрытиях однопролетных и многопролетных зданий с фонарями и без фонарей, бескрановых, а также в зданиях, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью до 30 т или подвесным транспортом грузоподъемностью до 5 т.

Панели КЖС опирают на продольные несущие стены, продольные железобетонные балки прямоугольного сечения высотой 500-600 мм - при шаге колонн 6 м, предварительно напряженные железобетонные двутавровые балки с высотой сечения 1000-1200 мм или фермы раскосно-шпренгельного типа с предварительно напряженной арматурой (см. рисунок 14.3) - при шаге колонн 12 м.

Рисунок 14.3 - Продольная предварительно напряженная балка и ферма
для покрытий из панелей-оболочек КЖС при шаге колонн 12 м​

Расчет панели-оболочки КЖС

14.1.3 Усилия и деформации в панели-оболочки КЖС рекомендуется определять расчетом методом конечных элементов с учетом геометрической и физической нелинейностей.

Допускается расчет пологой цилиндрической панели-оболочки КЖС, у которой отношение l₀/b₀ ≥ 4, производить по методике расчетных предельных состояний как цилиндрического свода, работающего совместно с деформирующимися диафрагмами, в соответствии с 14.1.4-14.1.7.

Расчет панели-оболочки КЖС по несущей способности и устойчивости

14.1.4 Требуемые для обеспечения общей несущей способности панели-оболочки КЖС площади сечения Aₛ рабочей арматуры диафрагм и толщину оболочки δ₄₋₅ (см. рисунок 14.4) определяют из условий:

Aₛ ≥ M/zRₛ; (14.1)

δ₄₋₅ ≥ M / zbf Rb γ₀ γb1; (14.2)​

где M - изгибающий момент в рассматриваемом сечении панели;

z - расстояние по вертикали от оси оболочки до оси рабочей арматуры диафрагмы;
Rₛ - расчетное сопротивление рабочей арматуры диафрагм;
bf - ширина панели поверху;
γ₀ - коэффициент условий работы тонкой оболочки, принимаемый равным

• 0,75 - для панелей шириной 3 м;
• 0,9 - для доборных панелей шириной 2 м;
• 1,0 - для доборных панелей шириной 1,5 м;

γb1 - коэффициент условий работы бетона, принимаемый согласно СП 63.13330.​

x - расстояние от рабочей поверхности анкера рабочей арматуры диафрагмы до рассматриваемого сечения,
α - угол наклона нижней поверхности оболочки у торца панели, tgα ≤ 0,5, aᵣ - расстояние по горизонтали от оси рабочей
арматуры диафрагмы до продольной грани панели на опоре, bₛ - расстояние между осями рабочей арматуры диафрагм,
hc - высота панели-оболочки, z₀ - стрела подъема оболочки (т.е. расстояние от оси оболочки до оси рабочей арматуры
диафрагмы в середине пролета), а - продольный разрез, б - план опорной части, 1-5 - номера характерных точек
продольного сечения по оси панели, 6 - ось напрягаемой арматуры диафрагмы, 7 - ось оболочки

Рисунок 14.4 - Геометрическая схема панели-оболочки КЖС​

Толщину оболочки δ₃₋₄ на участке, примыкающем к опоре, определяют с учетом усилий, действующих в опорной зоне (см. рисунок 14.4).

14.1.5 Принятую из условия обеспечения несущей способности по формуле (14.2) толщину оболочки следует проверять из условия обеспечения устойчивости оболочки на условные критические напряжения сжатия по формуле

δ₄₋₅ ≥ 0,8lb√(M₀ⁿy₀ / Eb Ired0), (14.3)​

где lb - расчетный пролет оболочки, равный расстоянию в свету между вутами (см. рисунок 14.2);

M₀ⁿ - изгибающий момент от расчетных нагрузок в середине пролета панели при коэффициенте надежности по нагрузке γf = 1;
y₀ - расстояние от центра тяжести приведенного сечения панели в середине пролета до оси оболочки;
Ired0 - момент инерции приведенного поперечного сечения панели в середине ее пролета.​

14.1.6 Площадь сечения стержней торцевой рабочей арматуры (см. рисунок 14.5, позиция 8) при опирании на продольные несущие конструкции согласно 14.1.2 следует определять по большему из значений усилий Nₑ, вычисленных по формулам:

Nₑ = (g + 2)l²bₛ/64z₀, (14.4)

Nₑ = RₛAₛbₛ / 8bₛᵤₚ, (14.5)​

где g - расчетная нагрузка от веса панели, кН/м²,

2 - сопротивление отрыву при съеме панели с формы, кН/м²,
l - расчетный пролет панели,
bₛ - расстояние между осями рабочей арматуры диафрагм,
bₛᵤₚ - ширина панели на опоре.​

Для торцевой арматуры рекомендуется применять сталь класса не ниже А400.

1 - напрягаемая арматура диафрагмы, 2 - анкер, 3 - арматурная сетка оболочки, 4 - поперечная арматура диафрагмы
(на участке Т устанавливается только при наличии подвесного транспорта), 5 - подвеска наружная, 6 - подвеска внутренняя,
7 - сетка в вуте, 8 - торцевая арматура (сечение IV-IV' при наличии подвесных кранов и для сегментных сводов)

Рисунок 14.5 - Армирование панели-оболочки КЖС размерами 3×18 м​

 

Расчет диафрагм на поперечную силу

14.1.7 Расчет диафрагм панели-оболочки КЖС на поперечную силу производят с учетом разгружающего действия вертикальных составляющих сил сжатия в оболочке. Часть поперечной силы Qd, воспринимаемой диафрагмами, определяют по формуле

Qd = Q₀ - (M/z)tg φ, (14.6)​

при этом должно выполняться условие

Qd/2b'd h₀ ≤ 0,5Rbt, (14.7)​

где Q₀ - полное значение поперечной силы в рассматриваемом сечении панели,

φ - угол наклона оси оболочки,
b'd - ширина диафрагмы в самом узком месте рассматриваемого сечения (см. рисунок 14.2),
h₀ - рабочая высота сечения.​

При соблюдении условия (14.7) на участках диафрагм длиной 0,1l, примыкающих к опорам, во всех случаях следует устанавливать конструктивную поперечную арматуру из проволоки класса В500 диаметром не менее 5 мм с шагом 100 мм, а при наличии на участках диафрагм сосредоточенных нагрузок от подвесного транспорта - диаметром не менее 6 мм класса А400 с шагом 100 мм. Кроме того, назначать шаг поперечных стержней следует согласно СП 63.13330. Также следует устанавливать стержни-подвески в вертикальных ребрах жесткости диафрагм (см. рисунок 14.5), располагаемые с шагом 1,5-1,6 м. При наличии подвесного транспорта стержни-подвески выполняют двойными.

Если условие (14.7) не соблюдается, поперечную арматуру следует устанавливать по расчету, при этом требуемую площадь сечения поперечной арматуры в диафрагмах вычисляют по формуле

fₓ = |Qd|u / 2Rsw z(1 ± tg φ), (14.8)​

где fₓ - площадь сечения одного поперечного (вертикального) стержня каркаса диафрагмы,

|Qd| - абсолютное значение части поперечной силы, воспринимаемой обеими диафрагмами панели, определяемое по формуле (14.6),
z - плечо внутренней пары сил (расстояние по вертикали от оси напрягаемой арматуры до срединной поверхности поля оболочки) в рассматриваемом сечении,
u - шаг поперечных стержней каркаса диафрагмы.​

В знаменателе формулы (14.8) знак плюс для левой половины панели принимается в тех случаях, когда значение Qd положительно, и минус - когда значение Qd отрицательно.

Расчет анкеров

14.1.8 Площадь рабочей поверхности анкера рабочей арматуры каждой диафрагмы следует проверять исходя из условия

A1,an ≥ M₁/2z₁Rb γb1, (14.9)​

где M₁ - изгибающий момент на всю ширину панели в сечении, расположенном на расстоянии 1,5 м от рабочей поверхности анкера,

z₁ - расстояние по вертикали от оси рабочей арматуры диафрагмы до оси оболочки в этом же сечении.​

При нагрузках от подвесных кранов изгибающий момент M₁ и значение z₁ следует вычислять в сечении под грузом, ближайшим к опоре.

Расчет панели-оболочки КЖС по деформациям

14.1.9 Прогиб w₀ₛₕ в середине пролета предварительно напряженной панели-оболочки КЖС при кратковременном действии равномерно распределенной нагрузки рекомендуется определять по формуле

w₀ₛₕ = qⁿl⁴ / 48Eb1 Ired0, (14.10)​

где qⁿ - равномерно распределенная на полосе оболочки единичной ширины расчетная нагрузка при коэффициенте надежности по нагрузке γf = 1, Eb1 = 0,85Eb,

Ired0 - момент инерции приведенного поперечного сечения панели КЖС в середине пролета.​

Значение прогиба w₀ₗ панели в середине пролета с учетом длительного действия нагрузки и предварительного напряжения определяют по формуле

w₀ₗ = b₀[qₛₕ + (1 + φb,cr)ql - qₑ]l⁴/48Eb1 Ired0 - (∆σₛₚ₍₂₎ - ∆σ'ₛₚ₍₂₎)l²/6Eₛh0c, (14.11)​

где qₛₕ - кратковременно действующая часть нагрузки,

φb,cr - коэффициент ползучести бетона (по таблице 6.12 СП 63.13330.2018),
ql - длительно действующая часть нагрузки,
qₑ - эквивалентная по моменту в середине пролета равномерно распределенная нагрузка от сил предварительного напряжения, определяемая по формуле​

qₑ = 8P₍₁₎ e₀ₚ / l², (14.12)​

∆σₛₚ₍₂₎ = ∆σₛₚ₅ + ∆σₛₚ₆ - сумма потерь предварительного напряжения рабочей арматуры от усадки и ползучести бетона согласно СП 63.13330,
∆σ'ₛₚ₍₂₎ - то же, для напрягаемой арматуры, если бы она имелась на уровне крайнего сжатого волокна бетона,
Eₛ - модуль упругости рабочей арматуры диафрагм,
h0c - рабочая высота поперечного сечения панели в середине пролета,
P₍₁₎ - равнодействующая усилий в напрягаемой арматуре до обжатия бетона, определяемая при коэффициенте точности натяжения γₛₚ = 1,
e₀ₚ - расстояние от оси напрягаемой арматуры до центра тяжести приведенного сечения панели в середине пролета.​

(Измененная редакция, Изм. N 1).

Расчет панели-оболочки КЖС по образованию трещин

14.1.10 Расчет по образованию трещин в диафрагмах панелей КЖС рекомендуется производить согласно СП 63.13330 с учетом:

• разгружающего действия веса панели при γₛₚ = 1 во всех случаях при определении потерь предварительного напряжения в арматуре,
• неупругих деформаций бетона - значение момента сопротивления Wₚₗ приведенного сечения панели для растянутой грани допускается определять по формуле

Wₚₗ = 1,3W, (14.13)​

где W - момент сопротивления для растянутой грани сечения, определяемый в соответствии с правилами сопротивления упругих материалов по формуле​

W = Ired0 / (e₀ₚ + a), (14.14)​

где a - расстояние от нижней грани ребра до оси напрягаемой арматуры (см. рисунок 14.2).​

 

Расчет поля оболочки на изгиб вдоль образующей

14.1.11 Оболочку панели-оболочки КЖС рекомендуется рассчитывать на изгиб в направлении ее образующей как короткую цилиндрическую оболочку между диафрагмами. При этом необходимо учитывать изменения геометрической схемы конструкции вследствие роста прогибов, появления и развития трещин в диафрагмах и уменьшения кривизны оболочки в процессе ее нагружения.

Расчет производят из условия, чтобы значение нагрузки qb, передающейся на диафрагмы за счет изгиба оболочки, не превышало значения предельной нагрузки по несущей способности оболочки на изгиб, определенной методом предельного равновесия. Расчет несущей способности оболочки на изгиб следует производить при:

• нагрузке, равномерно распределенной по всей поверхности оболочки,
• снеговой нагрузке, расположенной на половине пролета с учетом коэффициента снегоотложения μ = 1, а на участках нижних покрытий при перепаде высот - с учетом коэффициента μ, определяемого согласно СП 20.13330,
• нагружении диафрагм сосредоточенными нагрузками от симметрично расположенных подвесных кранов,
• нагружении сосредоточенными нагрузками от стоек каркаса фонаря и т.п.

Для каждого случая следует производить расчет на возможные неблагоприятные сочетания нагрузок с коэффициентами сочетаний, принимаемыми по СП 20.13330.

При этом учитывают, что при нагрузке, приложенной к полю оболочки, изгибающая нагрузка положительна (направлена вниз), при нагрузке, приложенной к диафрагмам, - отрицательна (направлена вверх), а снеговая нагрузка, приложенная на одной половине пролета, создает на ней положительную изгибающую нагрузку, на другой - отрицательную. Силы предварительного напряжения рабочей арматуры диафрагм создают положительную изгибающую нагрузку на оболочку.

14.1.12 При равномерном нагружении (см. рисунок 14.6) максимальное значение расчетной изгибающей нагрузки qb,max рассчитывают по формуле

qb,max = qM - (1 - w0,max/z₀)(q + qN)χ, (14.15)​

где qM - расчетная равномерно распределенная нагрузка, приложенная непосредственно к оболочке с учетом ее веса (без учета веса диафрагм),

w0,max - расчетный прогиб панели в середине пролета, определяемый по формуле (14.16),
q - эквивалентная по моменту в середине пролета расчетная равномерно распределенная нагрузка с учетом веса панели,
qN - вертикальная нагрузка, эквивалентная по нормальной силе, возникающей в оболочке от предварительного напряжения панели, определяемая по формуле (14.20),
χ - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения сил сжатия в оболочке, определяемый по формуле (14.21).​

1 - ось оболочки, 2 - ось рабочей арматуры диафрагмы

Рисунок 14.6 - Расчетная схема панели-оболочки КЖС​

Значения величин, входящих в формулу (14.15), определяют по формулам:

w0,max = wᵧ - (wᵧ - wₚ)√(1 - q/qᵤ), (14.16)

wᵧ = (0,173l²/z₀Eₛ)[σᵧ(1 + αAₛ/A̅b) - σₛₚ₂ + 0,002Eₛ], (14.17)

wₚ = -Pe₀ₚ l² / 6Eb1 Ired0, (14.18)

A̅b = bf δ₀, α = Eₛ/Eb,

qᵤ = 8RₛAₛz₀/b₀l², (14.19)​

где σᵧ - предел текучести арматуры диафрагм,

wᵧ - прогиб панели, соответствующий началу текучести арматуры диафрагм,
wₚ - выгиб панели от сил предварительного напряжения,
Eₛ - модуль упругости рабочей арматуры диафрагм,
σₛₚ₂ - значение предварительного напряжения в арматуре с учетом всех потерь, определяемое по СП 63.13330;​

qN = (8P/b₀l²)(Ired0/y₀Ared0 - e₀ₚ), (14.20)

χ = bf δ₀ y₀ z₀ / Ired0, (14.21)​

δ₀ - толщина оболочки в середине пролета;
Ared0 - площадь приведенного сечения панели в середине ее пролета;
P - равнодействующая усилий в напрягаемой арматуре с учетом всех потерь предварительного напряжения.​

Если вычисленное по формуле (14.21) значение χ больше 1, следует принимать χ = 1.

При определении изгибающей нагрузки qb,max значения σₛₚ₂ и P, входящие в формулы (14.17), (14.18) и (14.20), вычисляют при γₛₚ = 1,1.

14.1.13 Минимальное значение изгибающей нагрузки qb,min при равномерном нагружении панели определяют по формуле

qb,min = qM - (1 - w0,min/z₀)(q + qN)χ, (14.22)​

где w0,min - расчетный прогиб панели в середине пролета при нагрузке, равной q, определяемый по формуле

w0,min = wᵧ - (wᵧ - wₚ)√(1 - q/q'ᵤ), (14.23)​

здесь wᵧ, wₚ, qN, χ определяют по формулам (14.17), (14.18), (14.20), (14.21);

σₛₚ₂, P определяют при γₛₚ = 0,9.​

q'ᵤ = 8σᵧAₛz₀/b₀l². (14.24)​

14.1.14 При нагружении панели-оболочки постоянной равномерно распределенной нагрузкой g в сочетании с нагрузкой от снега p, расположенной на левой половине пролета (см. рисунок 14.6), изгибающие нагрузки соответственно для левой qb,l и правой qb,r половин пролета определяют по формулам:

qb,l = qM,l - [1 - 2(1 + γ)w0,max/(2 + γ)z₀][g(3 + 2γ)/3 + qN]χ, (14.25)

qb,r = qM,r - [1 - 2w0,min/(2 + γ)z₀][g(3 + γ)/3 + qN]χ, (14.26)​

где qM,l и qM,r - равномерно распределенные нагрузки, приложенные непосредственно к оболочке соответственно на левой и правой половинах пролета с учетом собственного веса оболочки;

γ - отношение временной (снеговой) к постоянной равномерно распределенной нагрузке, определяемое по формуле​

γ = p/g, (14.27)​

здесь w0,max, w0,min - вычисляют по формулам (14.16) и (14.23), заменяя q на qc, определяемую по формуле​

qc = g + 0,5p. (14.28)​

В формуле (14.25) параметры w0,max и qN вычисляют при γₛₚ = 1,1, а в формуле (14.26) параметры w0,min и qN вычисляют при γₛₚ = 0,9.


При расчете несущей способности оболочки на изгиб методом предельного равновесия схему разрушения оболочек принимают в виде, приведенном на рисунке 14.7.

а - вид на диафрагму; б - план; 1 - оболочка; 2 - рабочая арматура диафрагм;
3 - трещины в диафрагме; 4 - пластические шарниры в оболочке

Рисунок 14.7 - Схема разрушения панели-оболочки КЖС​

14.1.15 При армировании одной сварной сеткой с рабочими стержнями, расположенными вдоль образующей оболочки (поперек панели), и при схеме излома с образованием трех пластических шарниров (по оси панели и по линиям сопряжения оболочки с вутами диафрагм) значение предельной нагрузки qᵤ, кН/м², определяют по формуле

qᵤ = (8000RₛAₛ/lb²)(δₓ - RₛAₛ/Rb γb1), (14.29)​

где Rₛ - расчетное сопротивление рабочей арматуры оболочки, МПа,

Aₛ - площадь сечения рабочей арматуры, м², на 1 м оболочки,
lb - расстояние в свету между вутами диафрагм, м,
δₓ - толщина оболочки в рассматриваемом сечении, м.​

Абсолютные значения расчетных изгибающих нагрузок, найденных из уравнений (14.15), (14.22), (14.25) и (14.26), не должны превышать предельной изгибающей нагрузки, определенной по формуле (14.29).

 

Проверка прочности сопряжения оболочки с диафрагмой

14.1.16 Прочность сопряжения оболочки с диафрагмами следует проверять расчетом на изгиб сечений II-II и III-III (см. рисунок 14.5) при действии на оболочку расчетных изгибающих нагрузок. При этом принимается, что изгибающие моменты в вертикальном сечении II-II (у начала вута) и горизонтальном сечении III-III (по диафрагме) одинаковы. Значения расчетных изгибающих моментов M₂ и M₃ для этих сечений определяют по формуле

M₂ = M₃ = -q[lb²/16 + (ab/2)(ab + lb)], (14.30)​

где q - расчетная изгибающая нагрузка для рассматриваемой схемы нагружения,

ab и lb - см. рисунок 14.2.​

Расчет покрытий на нагрузки от подвесных кранов

14.1.17 При расчете покрытия из панелей-оболочек КЖС на нагрузки от подвесных электрических кранов (см. рисунок 14.8) следует принимать, что на каждой колее находятся по два максимально сближенных крана, и учитывать максимально возможное приближение кранов к торцевой стене здания (расположение торцевых упоров на балках крановых путей).

aₖ - расстояние от оси опоры панели-оболочки до оси крайней балки кранового пути;
l₂ - принимаемое в расчетах расстояние от оси опоры панели-оболочки до оси средней балки кранового пути

Рисунок 14.8 - Типовые схемы нагружения (а, б, в) покрытия из панелей-оболочек КЖС подвесными кранами​

Расчет неразрезной балки кранового пути производят как балки на оседающих опорах, которыми служат диафрагмы панелей-оболочек. При этом связь между опорными давлениями балки и вертикальными перемещениями диафрагм принимается нелинейной. Расчет рекомендуется выполнять численными методами.

Конструирование

14.1.18 Минимальную толщину поля оболочки следует принимать не менее 30 мм; диафрагмы рекомендуется проектировать облегченной кессонированной конструкции с вертикальными ребрами жесткости и с минимальной толщиной стенки, равной 40 мм. Толщину стенки в первом от опоры кессоне диафрагмы принимают не менее 50 мм. Сопряжение оболочки с диафрагмами выполняют с применением пологих вутов (i = 1:5), как показано на рисунке 14.2.

14.1.19 Основную напрягаемую рабочую арматуру панели (см. рисунок 14.5) рекомендуется проектировать из двух предварительно напряженных элементов, расположенных в нижней утолщенной зоне диафрагм и принимать из одного или двух вплотную расположенных стержней в каждом ребре (диафрагме).

По концам напрягаемых элементов рабочей арматуры предусматривают прикрепленные к ним стальные анкерные детали (см. рисунок 14.15). Эти детали должны обеспечивать надежное заанкеривание рабочей арматуры в бетоне опорного узла панели, так как эта арматура играет роль затяжек рассматриваемой сводчатой системы.

14.1.20 Армирование оболочки выполняют из сварной арматурной сетки. Площадь сечения арматуры (в процентах полной площади сечения бетона оболочки), расположенной в средней части пролета между точками 4-5 (см. рисунок 14.4), должна быть не менее: 0,3% - поперечной; 0,2% - продольной.

Диафрагмы, как правило, армируют сварными каркасами только в опорных зонах (на участках длиной 0,1l₀ или более - в зависимости от результатов расчета), а также стержнями-подвесками, расположенными в вертикальных ребрах диафрагм.

14.1.21 Панели КЖС рекомендуется проектировать из бетонов класса В25-В40 по прочности на сжатие в зависимости от размеров пролета и нагрузок. В тех случаях, когда это технически и экономически целесообразно, рекомендуется проектировать панели-оболочки КЖС из бетонов тех же классов на пористых заполнителях. Рекомендуется проектировать комплексные панели-оболочки повышенной заводской готовности с плитным утеплителем (без стяжки) и кровлей, приклеенными на заводе-изготовителе.

Отверстия для пропуска вентиляционных шахт и установки крышных вентиляторов следует располагать по оси панели на различных расстояниях от торца. Армирование вокруг отверстий следует принимать по расчету.

Для устройства светоаэрационных или зенитных фонарей панели следует проектировать с проемами (см. рисунок 14.9) размерами 2,5×6 м - для панелей размерами 3×18 м; 2,5×9 м - для панелей 3×24 м.

Размеры в метрах​

а - план, б - продольный разрез по оси панели

Рисунок 14.9 - Панель-оболочка КЖС с проемом для светоаэрационного или зенитного фонаря​

По периметру фонарного проема в оболочке предусматривают плавное утолщение до 70-80 мм; сжатую зону диафрагм в пределах проема рекомендуется соответственно усиливать. Армирование вокруг проема оболочки и сжатой зоны диафрагм принимают по расчету.

14.1.22 Для обеспечения совместной работы панелей КЖС с каркасом здания должно быть предусмотрено их крепление сваркой во всех четырех углах панели к продольным несущим конструкциям покрытия. Крепление рекомендуется осуществлять с применением листовых шарниров, обеспечивающих возможность поворота сечения панели в вертикальной плоскости. Жесткое крепление панелей, создающее их защемление на опорах, не допускается.

Строповку панели при ее подъеме следует осуществлять только за отверстия в угловых анкерных деталях (см. рисунок 14.5, позиция 2).

На всех стадиях производства, складирования, транспортирования и монтажа панель-оболочка должна опираться только на угловые анкерные детали.

 

14.2 Сегментные своды из панелей-оболочек КЖС

Основные положения

14.2.1 Сегментный свод из двух панелей-оболочек КЖС проектируют в виде трехшарнирной системы. Своды устанавливают на продольные конструкции и колонны здания (см. рисунок 14.10) с устройством стальных или предварительно напряженных затяжек, или непосредственно на фундаменты (см. рисунок 14.11).

1 - панель-оболочка КЖС; 2 - ключевой шарнир свода; 3 - затяжки; 4 - подвески

Рисунок 14.10 - Конструктивная схема сегментного свода для покрытий, опирающегося на продольные балки каркаса здания


1 - панель-оболочка КЖС; 2 - ключевой шарнир; 3 - фундамент

Рисунок 14.11 - Конструктивная схема сегментного свода, опирающегося на фундаменты​

Стрелу подъема свода fc рекомендуется принимать в пределах от 1/9 до 1/8 его пролета lc (см. рисунок 14.11).

Пролеты сводов, опирающихся на колонны и продольные конструкции, принимают равными 24, 36 или 48 м. При опирании на фундаменты пролеты сводов назначают в зависимости от технологических требований и размеров применяемых панелей-оболочек КЖС, а также от стрелы подъема сооружения.

14.2.2 Сегментный свод из трех шарнирно соединенных между собой панелей-оболочек КЖС (см. рисунок 14.12) включает в себя затяжки, соединяющие наружные края свода, и систему гибких связей, образующих пространственную связевую систему, которая в плане имеет форму ромбов (см. рисунок 14.12, б).

а - вид сбоку; б - план свода, состоящего по длине из 6 панелей-оболочек КЖС; 1 - опорная конструкция;
2 - панели-оболочки КЖС; 3 - затяжки; 4 - наклонные связи, образующие в плане ромбическую систему связей;
5 - стойки, снабженные напрягающим устройством; 6 - дополнительные стержни, соединяющие нижние
углы треугольной решетки; 6' - опорная связь треугольной решетки

Рисунок 14.12, лист 1 - Конструктивная система сегментного свода из трех панелей-оболочек КЖС


Рисунок 14.12, лист 2​

Стрелу подъема сводов, очерченных по дуге окружности, рекомендуется принимать равной 1/7 пролета. Пролеты сводов, составленных из панелей-оболочек 3×18 м и 3×24 м, равны соответственно 52 и 69 м между осями опорных конструкций.

Расчет сегментных сводов

14.2.3 Расчеты сводов следует выполнять методом конечных элементов с учетом изменений геометрической схемы конструкции в процессе их нагружения и к моменту исчерпания несущей способности. Свод следует проектировать таким образом, чтобы исчерпание его несущей способности начиналось с появления текучести в материале затяжек.

Расчеты сводов выполняют на различные сочетания нагрузок, включающие симметричную и несимметричную снеговые нагрузки, интенсивность которых принимают в соответствии с СП 20.13330 для покрытий сегментного очертания. Значение модуля деформаций бетона принимают в соответствии с 5.7.

14.2.4. Вертикальное перемещение wᵧ (осадку) ключевого узла свода из двух панелей-оболочек КЖС в момент начала текучести затяжек определяют по формуле

wᵧ = 1/2[fc - √(fc² - lcAₜσᵧ(2lₖ/EbA̅b cos²α + lcKₜ/EₛAₜ))], (14.31)​

где Aₜ - площадь поперечного сечения стальных затяжек или рабочей арматуры железобетонных затяжек одной секции свода,

σᵧ - предел текучести материала стальных затяжек или рабочей арматуры железобетонных затяжек,
α - угол наклона оси рабочей арматуры диафрагм к горизонту (см. рисунок 14.13),
lₖ - длина панели свода в осях шарниров (см. рисунок 14.13),
Eₛ - модуль упругости стальных затяжек или рабочей арматуры железобетонных затяжек,​

A̅b = bf δ₄₋₅, (14.32)

Kₜ = 1 - (σₛₚ - ∆σₛₚ)/σᵧ, (14.33)​

здесь σₛₚ - предварительное напряжение в арматуре железобетонных затяжек до обжатия бетона при γₛₚ= 0,9,

∆σₛₚ - потери предварительного напряжения в арматуре затяжек при γₛₚ = 0,9, для открытых стальных затяжек Kₜ = 1.​

Для определения осадки ключевого узла свода w при расчетных нагрузках в формулу (14.31) вместо σᵧ подставляют расчетное сопротивление стальных затяжек Rᵧ или рабочей арматуры Rₛ железобетонных затяжек.

α₀ - угол наклона срединной поверхности полки панели к горизонту, C₁ - пята свода,
C₂ и C₃ - оси опорного и пролетного шарниров, 1 - панель оболочка КЖС, 2 - упор затяжки,
3 - закладная деталь с отверстием для шарнира, 4 - ось рабочей арматуры диафрагм,
5 - ось затяжки, 6 - ось опорной конструкции

Рисунок 14.13 - Геометрическая схема трехшарнирного сегментного свода​

14.2.5 Для исключения сжимающих усилий в наклонных стержнях треугольной решетки 4 и в дополнительных стержнях 6 (см. рисунок 14.12) при несимметричном нагружении рекомендуется в процессе сборки сегментного свода из трех панелей-оболочек с помощью специальных устройств (см. 14.2.9) создавать предварительные растягивающие усилия, превышающие усилия сжатия, значение которых определяется в процессе расчета свода.

Конструирование сегментных сводов

14.2.6 Сегментные своды во всех случаях проектируют из панелей-оболочек КЖС шириной 3 м. Длину панелей для сводов из двух панелей-оболочек принимают равной 12, 18 и 24 м, а для сегментных сводов из трех панелей-оболочек - 18 и 24 м. В каждой секции свода из двух панелей-оболочек КЖС (монтажной секции) должны быть предусмотрены две затяжки. В своде из трех панелей-оболочек КЖС, у которых внутренняя пространственная система, образованная ромбической системой связей, обеспечивает повышенную жесткость сводчатого покрытия, затяжки допускается располагать в швах каждой второй панели.

14.2.7 Опорный и ключевой узлы свода (см. рисунок 14.14) проектируют по принципу цилиндрического шарнира, расположенного в закладной детали с отверстием, приваренной к рабочей арматуре диафрагмы. В узле соединяются закладные детали двух швов: с одной и двумя пластинами, причем суммарная толщина двух крайних пластин одной из деталей равна толщине средней пластины другой детали (см. рисунок 14.14, а, сечение 1-1). Образование шарнирного соединения двух панелей-оболочек обеспечивается пропуском металлического стержня (шарнира) в совмещенные отверстия пластин двух закладных деталей (см. рисунок 14.14, а). Опорный шарнир устраивают по типу ключевого, причем у крайних панелей опорная закладная деталь включает две пластины, между которыми располагается металлическая пластина упора затяжки (см. рисунок 14.14, б, в). Оси затяжки, опорного шарнира и опорной конструкции должны быть сцентрированы в опорном узле свода.

Схема опорного узла определяется взаимным расположением центра узла (см. рисунок 14.13, точка C₁) и центра пяты свода (см. рисунок 14.13, точка C₂). Тангенс угла наклона к горизонту линии, соединяющей эти точки, определяется по формуле

tg α₀ = 4fc/lc. (14.34)​

14.2.8 Армирование диафрагм и оболочки следует назначать по расчету, но не менее установленного в 14.1.20. Стержни-подвески в вертикальных ребрах жесткости диафрагм следует выполнять двойными, в вутах сопряжения оболочки с диафрагмами следует устанавливать конструктивные сетки.

а - ключевой узел, б - опорный узел с железобетонными предварительно напряженными затяжками,
в - опорный узел с затяжками из стального проката, 1 - панель-оболочка КЖС, 2 - опорная конструкция,
3 - закладные детали с отверстием для шарнира, 4 - металлический шарнир, 5 - арматура диафрагм плиты,
6 - затяжки из стального проката, 7 - преднапряженные железобетонные затяжки, 8 - отверстие для строповки свода,
9 - закладная деталь опорной конструкции, 10 - металлический упор затяжки

Рисунок 14.14 - Узлы сегментного свода​

14.2.9 В сегментных сводах, состоящих из трех панелей-оболочек КЖС, предварительные растягивающие усилия (см. 14.2.5) в стержневых наклонных связях 4 создают с помощью стоек 5 (см. рисунок 14.12), оборудованных устройством, позволяющим придавать им удлинение.

Растягивающее напряжение в стержневых элементах 6 (см. рисунок 14.12) создают с помощью различных устройств (простейшее - талреп).

Монтаж сводчатого покрытия рекомендуется вести укрупненными монтажными блоками, состоящими из двух КЖС панелей-оболочек, соединенных по длинной стороне сваркой закладных деталей с установкой наклонных связей 4 - для средних блоков или наклонных связей 4 и 6' - для крайних блоков, напрягаемых на сборочном стенде удлинением стойки 5 (см. рисунок 14.12).

 

14.3 Гиперболические панели-оболочки

Основные положения

14.3.1 Гиперболическая панель-оболочка представляет собой длинную оболочку отрицательной гауссовой кривизны, обрамленную продольными бортами и торцевыми диафрагмами (вертикальными или наклонными) с нижними горизонтальными гранями (см. рисунки 14.15 и 14.16), служащими для опирания панели-оболочки на поддерживающие конструкции. Линейчатая поверхность оболочки позволяет армировать панель прямолинейной предварительно напряженной арматурой.

14.3.2 Панели-оболочки с наклонными торцевыми диафрагмами применяют для покрытий однопролетных и многопролетных зданий, а с вертикальными торцевыми диафрагмами, как правило, только для однопролетных. Панели-оболочки с вертикальными торцевыми диафрагмами рекомендуется применять в покрытиях многопролетных зданий при опирании на широкие балки, что позволяет организовать водоотвод между торцами панелей.

14.3.3 Высоту сечения панели-оболочки в середине пролета рекомендуется принимать в пределах от 1/25 до 1/15 пролета, стрелу подъема оболочки в продольном направлении - в пределах от 1/60 до 1/40 пролета.

а - с вертикальными торцевыми диафрагмами; б - то же, с наклонными; в - поперечное сечение панели;
г - план армирования панели с вертикальными торцевыми диафрагмами; д - то же, с наклонными; 1 - продольный борт;
2 - диафрагма вертикальная; 3 - то же, наклонная; 4 - каркас продольного борта; 5 - предварительно напряженная холоднодеформированная
арматура периодического профиля (арматурные канаты); 6 - сварная сетка оболочки; 7 - арматура торцевой диафрагмы

Рисунок 14.15 - Гиперболическая панель-оболочка, армированная пакетами из высокопрочной проволоки​

Глубину волн f принимают в пределах 1/8-1/4 ширины b₀, ширину прямолинейных участков сечения (продольных бортов) - в пределах 1/4-1/2 глубины волны f.

14.3.4 Если ширина и глубина волны ограничены, строительную высоту конструкции увеличивают введением продольного ребра-киля (см. рисунки 14.16 и 14.17). Для облегчения съема панели с формы боковые грани киля следует принимать с уклоном 1:50-1:20.

Для уменьшения веса большепролетных панелей-оболочек киль рекомендуется выполнять облегченным: с тонкой стенкой и вертикальными ребрами жесткости (см. рисунок 14.17, г, д) или с отверстиями (см. рисунок 14,17, в, д). Панели-оболочки с отверстиями в киле или с затяжками рекомендуется применять при прокладке коммуникаций в пределах покрытия.

14.3.5 Бескилевые панели-оболочки рекомендуется армировать предварительно напряженной холоднодеформированной проволочной арматурой периодического профиля классов 1400, 1500 или арматурными канатами К-7, К-19 классов К1400, К1500 в виде двух пакетов, расположенных по двум системам прямолинейных образующих (см. рисунок 14.15).

В килевых панелях-оболочках предварительно напряженную арматуру располагают в киле, ширину которого рекомендуется принимать достаточной для возможности размещения арматуры (см. рисунок 14.16).

а - общий вид; б - поперечное сечение; в - план армирования; 1 - торцевое ребро; 2 - наклонная торцевая диафрагма;
3 - продольный борт; 4 - киль; 5 - каркас продольного борта; 6 - сварная сетка оболочки; 7 - предварительно напряженная арматура;
8 - арматура торцевого ребра; 9 - верхняя сварная сетка у торца панели; 10 - то же, нижняя; 11 - верхняя сварная сетка над килем

Рисунок 14.16 - Гиперболическая килевая панель-оболочка


а - пролетом 12 м; б, в - то же, 18 м (со сплошным килем и с отверстиями в нем); г - то же, 21 м (со сплошным
и облегченным килем и с затяжкой); д - то же, 24 м (с облегченным килем, с отверстиями в нем и с затяжкой)

Рисунок 14.17, лист 1 - Поперечные сечения гиперболических панелей-оболочек


Рисунок 14.17, лист 2​

Расчет гиперболических панелей-оболочек

14.3.6 Расчет гиперболических панелей-оболочек на действие вертикальных нагрузок рекомендуется производить исходя из предположения о недеформируемости контура поперечного сечения оболочки как балки на двух опорах с криволинейным поперечным сечением. При расчете поперечное сечение оболочки (см. рисунок 14.18, б) заменяют приведенным (см. рисунок 14.18, в) путем проектирования горизонтальных участков оболочки на ось симметрии поперечного сечения. При этом для упрощения фактическое приведенное сечение можно заменить двутавровым (для бескилевых панелей) или крестообразным (для килевых) (см. рисунок 14.18, в, г).

14.3.7 При проверке принятых размеров поперечного сечения панели-оболочки и ее армирования высоту сжатой зоны сечения определяют с разбивкой поперечного сечения на участки (см. рисунок 14.18, б).

14.3.8 Расчеты по прочности сечений, наклонных к продольной оси, по образованию и раскрытию трещин и по деформациям рекомендуется производить по расчетному (двутавровому или крестообразному) приведенному сечению.

14.3.9 В зоне действия максимальных изгибающих моментов и в местах приложения сосредоточенных нагрузок оболочку следует проверять на действие усилий поперечного направления, определяемых по формулам (14.35)-(14.37).

а - схема усилий в поперечном сечении изгибаемой волны; б - разбивка на элементарные площадки половины поперечного сечения;
в - приведенное поперечное сечение при расчете на изгиб панели-оболочки; г - то же, килевой панели-оболочки;
1 - контур фактического приведенного сечения; 2 - контур расчетного приведенного сечения;
Aₛₚ - площадь сечения напрягаемой арматуры; ΔAₛ - площадь сечения арматуры элементарной площадки

Рисунок 14.18 - Расчетные схемы и поперечное сечение волны покрытия


Рисунок 14.18, лист 2​

14.3.10 Усилия M, N, Q в продольном сечении i-й панели-оболочки (см. рисунок 14.19) определяют соответственно по формулам:

Mᵢ = ∑ₙ₌ᵢⁿ⁼ᵐ (Δtₙ - ΔPₙ)(zₙ - zᵢ), (14.35)

Nᵢ = ∑ₙ₌ᵢⁿ⁼ᵐ (Δtₙ - ΔPₙ)sin γᵢ, (14.36)

Qᵢ = ∑ₙ₌ᵢⁿ⁼ᵐ (Δtₙ - ΔPₙ)cos γᵢ, (14.37)​

где n - номер элементарной площадки поперечного сечения волны,

ΔPₙ - внешняя нагрузка, приходящаяся на элементарную площадку поперечного сечения,
zₙ - абсцисса n-й элементарной площадки,
zᵢ - абсцисса продольного сечения i оболочки,
γᵢ - угол наклона к оси OZ, касательной к контуру поперечного сечения в точке i,
Δtₙ = τₙΔAₙ - сдвигающее усилие, действующее на элементарную площадку поперечного сечения, где τₙ - касательное напряжение в элементарной площадке поперечного сечения, определяемое по формуле​

τₙ = (∑ₙ₌ᵢⁿ⁼ᵐΔNnb - ∑ₙ₌ᵢⁿ⁼ᵐᵃΔNₙₐ)/0,5Δx(bia + bib), (14.38)​

здесь ΔNₙₐ и ΔNnb - нормальные силы от балочного изгибающего момента, действующие на элементарные площадки левого и правого поперечных сечений,

Δx - длина рассматриваемого продольного сечения, принимаемая не более ширины волны,
bia и bib - ширина горизонтальных сечений оболочки в точках i-х поперечных сечений а-а и b-b.​

а - элемент длиной Δx; б - половина поперечного сечения а-а; в - то же, поперечного сечения б-б

Рисунок 14.19 - К расчету на усилия поперечного направления​

В формулах (14.35)-(14.37) суммирование распространяется на участок поперечного сечения от точки i до крайней площадки n = mₐ поперечного сечения а-а или до n = mb поперечного сечения б-б.

В формулах (14.35) и (14.36) знаки принимаются положительными: для Mᵢ - если растянутое волокно расположено снизу условной консоли, для Nᵢ - если в сечении i действует растягивающее усилие.

Значения нормальных сил ΔNₙₐ и ΔNnb определяют по формулам:

ΔNₙₐ = σₙₐΔAₙₐ = (Mₓₐ/Iₐ)(yₙₐ - yₐ)ΔAₙₐ, (14.39)

ΔNnb = σₙbΔAnb = (Mxb/Ib)(ynb - yb)ΔAnb, (14.40)​

где σₙₐ и σₙb - нормальные напряжения, действующие на элементарные площадки левого и правого поперечных сечений,

Iₐ, Ib, yₐ, yb - приведенные моменты инерции и ординаты центров тяжести левого и правого поперечных сечений волны,
ΔAₙₐ, ΔAnb, yₙₐ, ynb - площади и ординаты центров тяжести элементарных площадок левого и правого поперечных сечений,
Mₓₐ, Mxb - продольные балочные изгибающие моменты в левом и правом поперечных сечениях волны, при отсутствии внешней нагрузки на участке Δx​

Mxb = Mₓₐ + QₓΔx, (14.41)​

здесь Qₓ - поперечная сила в сечении x.​

14.3.11 В многоволновом покрытии горизонтальные усилия Nₜ, действующие в стыке между волнами, определяют по формуле

Nₜ = Mₜᵢ/f, (14.42)​

где Mₜᵢ - изгибающий момент поперечного направления в среднем продольном сечении волны zᵢ = 0;

f - глубина волны.​

По усилиям Nₜ проверяют соединения между смежными волнами и сечения распорок, если их устанавливают для снижения деформативности крайних волн.

14.3.12 При действии полосовых и сосредоточенных вертикальных нагрузок, приложенных к гребням волн, следует учитывать их распределение между волнами.

Нагрузку, приходящуюся на полуволну k, определяют по формуле

Fₖ = 0,5aₖPloc, (14.43)​

где aₖ - коэффициент, учитывающий отдаленность k-й полуволны от точки приложения нагрузки, определяемый по таблице 14.1;

Ploc - величина местной нагрузки.​

Таблица 14.1​

​

14.3.13 Поперечное сечение волны и ее армирование проверяют по усилиям, полученным от суммирования полосовых и сосредоточенных нагрузок, приложенных к смежным волнам. С учетом симметрии для расчета панели-оболочки следует принимать усилия в наиболее нагруженной полуволне, увеличенные в два раза.

14.3.14 Опорные конструкции волнистых покрытий из гиперболических панелей-оболочек рекомендуется рассчитывать с учетом их совместной работы с элементами покрытия. Интенсивность давления волнистого покрытия на опорную конструкцию, работающую по балочной схеме, рекомендуется определять по таблице 14.2 в зависимости от вида нагрузки, действующей на волнистое покрытие, при этом отношение 2b/L должно быть для пунктов 1, 2 и 4 в пределах 0,5-0,25, для пунктов 3 и 5 - 0,33-0,25.

Таблица 14.2​

​

14.3.15 Более точный расчет панелей-оболочек при неравномерных нагрузках с учетом деформаций и расчет крайних волн покрытия следует выполнять методом конечных элементов с учетом геометрической и физической нелинейностей.

Конструирование гиперболических панелей-оболочек

14.3.16 Минимальную толщину оболочки принимают с учетом принятого диаметра арматуры и минимально допустимой толщины защитного слоя бетона, но не менее 30 мм. В случае размещения рабочих стержней по низу волны толщину оболочки в этом месте рекомендуется увеличивать спрямлением верхней кривой поперечного сечения оболочки или путем утолщения всего сечения.

Минимальную толщину продольных бортов следует принимать в зависимости от диаметра рабочих стержней, расположенных в этих бортах, равной (1,5-4) δ, где δ - толщина оболочки.

14.3.17 Затяжки в панелях-оболочках выполняют стальными (из прокатных профилей) или железобетонными, армированными стержневой арматурой или арматурными канатами. Стальные затяжки могут быть открытыми или обетонированными.

14.3.18 Оболочки рекомендуется армировать двумя слоями сварных сеток из обыкновенной холоднодеформированной проволоки, продольные борта и киль - сварными каркасами и отдельными стержнями, а торцевые диафрагмы - сварными сетками, каркасами и отдельными стержнями.

В наклонных диафрагмах для восприятия главных растягивающих напряжений следует предусматривать дополнительное армирование сварными сетками (см. рисунки 14.15, д и 14.16, в).

14.3.19 В бескилевых панелях-оболочках и в оболочках с затяжками следует предусматривать четыре подъемных петли в торцевых диафрагмах, а в килевых, кроме того, - две петли в киле на расстоянии 2,5-3 м от опор.

14.3.20 В продольных бортах следует предусматривать расположенные с шагом 1,2-3 м закладные детали для соединения панелей. При необходимости, устанавливаемой расчетом на действие усилий поперечного направления, в крайних панелях (у торцов здания и у температурных швов) к этим деталям приваривают стальные поперечные распорки из уголка или трубы.

14.3.21 Утепленную кровлю следует проектировать с утеплителем и гидроизоляционным ковром, укладываемыми непосредственно по криволинейной поверхности железобетонного волнистого покрытия.

Панели-оболочки полной заводской готовности рекомендуется проектировать с утеплителем и гидроизоляционным слоем, нанесенными механизированным способом.

14.3.22 В волнистых покрытиях допускается предусматривать проемы для освещения, аэрации, коммуникаций и т.п. при соблюдении 6.5. Ширину проема рекомендуется принимать не более 0,4 ширины панели. При этом необходимо сохранять участки поперечного сечения по низу и на гребнях волн панели, в которых размещается рабочая арматура. При необходимости увеличения ширины отверстия, превышающего указанный размер, проем рекомендуется устраивать на всю ширину волны, предусматривая рамное обрамление, равнопрочное сечению волны.

14.3.23 В местах примыкания волнистых покрытий к торцевым стенам следует предусматривать соединения, не препятствующие вертикальным перемещениям конструкций покрытия.

 

15 Вспарушенные панели с плоской верхней поверхностью

Основные положения

15.1 Вспарушенные панели с плоской верхней поверхностью - пространственные элементы покрытий и перекрытий с переменной толщиной, увеличивающейся к контуру, и выпуклой срединной поверхностью, описанной на плоском контуре (см. рисунок 15.1). Панели со ступенчатым изменением толщины называются ступенчато-вспарушенными (см. рисунок 15.2).

Прямоугольные вспарушенные панели заводского изготовления проектируют длиной l₁ ≤ 7 м, шириной l₂ ≤ 3,6 м и с отношением сторон l₁/l₂ ≤ 2. При больших пролетах или полигональном плане перекрываемого помещения применяют сборные вспарушенные конструкции. При этом размеры таких конструкций рекомендуется принимать не более 12 м по длине и 9 м по ширине.

1 - арматурная сетка, 2 - дополнительные сетки в углах панели, 3 - предварительно напряженный арматурный пояс

Рисунок 15.1 - Схема вспарушенной панели


Рисунок 15.2 - Поперечное сечение и построение нижней поверхности ступенчато-вспарушенной панели​

15.2 Вспарушенные панели проектируют как для однопролетных (разрезных), так и многопролетных (неразрезных) покрытий и перекрытий, а также в качестве средних распорных элементов сборных безбалочных перекрытий (см. рисунок 15.3).

1 - колонна, 2 - надколонные плиты, 3 - вспарушенные панели

Рисунок 15.3 - Применение вспарушенных панелей в сборных безбалочных перекрытиях​

Вспарушенные панели и конструкции могут опираться по углам, по контуру, по трем или по двум противоположным сторонам.

15.3 Панели и конструкции с плоской верхней поверхностью применяют в сборных покрытиях и перекрытиях зданий и сооружений, для которых расчетная нагрузка - равномерно распределенная (или близкая к ней).

15.4 Шатровые панели с плоской плитой постоянной толщины и с ребрами по контуру применяют в перекрытиях жилых и общественных зданий.

15.5 Вспарушенные панели и конструкции, как правило, проектируют с предварительно напряженным армированием по контуру.

15.6 Нижнюю поверхность прямоугольных вспарушенных панелей рекомендуется очерчивать по поверхности положительной гауссовой кривизны, заданной уравнением

z = f[(1 - 4x²/l₁²)(1 - 4y²/l₂²) / (1 - C(4x²/l₁² + 4y²/l₂²))], (15.1)​

где f - стрела подъема поверхности в центре панели по отношению к плоскому контуру;

l₁ и l₂ - размеры сторон контура (по осям бортовых ребер);
x, y - текущие координаты (см. рисунки 15.1, 15.2);
C - параметр, изменяющийся от 0,3 до 0,5 (рекомендуется принимать C = 0,45).​

Расчет вспарушенных панелей

15.7 Расчет вспарушенных панелей следует производить по предельным состояниям согласно СП 63.13330 и подразделу 4.2. При этом несущую способность и сечения рабочей арматуры пояса определяют методом предельного равновесия.

15.8 Для прямоугольных вспарушенных и ступенчато-вспарушенных панелей (см. рисунки 15.1 и 15.2), опертых по контуру, распор H допускается определять, применяя шатровую схему излома (см. рисунок 15.4, б), по формуле

H₁ = H₂ = H = ql₁²l₂² / 12fₚ√(l₁² + l₂²), (15.2)​

а площадь сечения арматуры предварительно напряженного пояса Aₛ - по формуле

Aₛ = H / 2γdRₛ, (15.3)​

где fₚ = h₀ - δₛ/4 - расчетный подъем панели (см. рисунок 15.2);

l₁, l₂ - расчетные размеры панели (расстояние между осями опорных площадок);
Rₛ - расчетное сопротивление предварительно напряженной арматуры пояса;
γd - коэффициент, принимаемый равным 1; для плит с отношением длины сторон от 1,7 до 2 или при h₀/l₂ ≤ 1/25 γd = 0,8, а для крайних панелей покрытий или перекрытий, для которых не выполняются рекомендации 15.20, γd = 0,7.​

а - с изломом посредине пролета (балочная схема), б - с разделением на 5 дисков (шатровая схема излома),
1 - боковые грани, 2 - основная арматура пояса, H₁ и H₂ - усилия в поясе

Рисунок 15.4 - Схемы разрушения вспарушенных панелей и шатровых складок​

Для полигональных в плане вспарушенных панелей, у которых центральная панель отсутствует или ее размер r₁ < r/4, площадь сечения арматуры предварительно напряженного пояса Aₛ определяют по формуле

Aₛ = qr² / 6γdfₚRₛ cos(α/2), (15.4)​

где r₁ - радиус круга, вписанного в контур центральной панели;

r - радиус круга, вписанного в полигональный контур;
α = 2π/n, где n > 4 - число сторон полигонального контура.​

Несущую способность панели по сжимающим усилиям в плите допускается проверять как для вспарушенной панели с несмещаемым контуром (см. 15.9).

15.9 Для вспарушенных и ступенчато-вспарушенных панелей с несмещаемым контуром предельную нагрузку q или толщину плиты δₛ определяют по формуле

q = [3(l₁² + l₂²)/l₁²l₂²]fd δₛRb, (15.5)​

где fd - расчетный подъем панели, определяемый с учетом неупругих деформаций сжатого бетона по формуле

fd = fₚ[1 - H(l₁ + l₂)/4fₚ²Eb1δₘ]; (15.6)​

здесь δₘ - средняя толщина вспарушенной или ступенчато-вспарушенной панели;

Eb1 - модуль деформаций бетона, определяемый с учетом длительности действия нагрузки по 5.7.​

15.10 Для панелей, опертых по двум сторонам или по углам, кроме расчета по шатровой схеме, приведенного в 15.8, следует производить расчет несущей способности панели в одном или при l₁ ≠ l₂ в двух направлениях по балочной схеме излома как балки П-образного сечения (см. рисунок 15.4, а).

Расчет начинают с вычисления геометрических характеристик приведенного сечения и вычисления предельных изгибающих моментов в опорном сечении (M₀) и в середине пролета (Mc).

Значение предельной нагрузки определяют по формуле

qb = 24(M₀ + Mc)/lₓ(3lᵧ² - lₓ²), (15.7)​

где lₓ - ширина балки П-образного сечения;

lᵧ - расстояние в свету между колоннами в направлении пролета балки.​

В качестве предельной по несущей способности панели перекрытия нагрузки используют меньшую из нагрузок q и qb.

15.11 Расчет прогиба поля ступенчато-вспарушенной панели w₁ допускается производить приближенно - как для железобетонной опертой по контуру плиты, без трещин в растянутой зоне, по формуле

w₁ = (l₁² + l₂²)²(pₛ/Eb1 + pₗ/Eb,τ) / 32δₛfₚ², (15.8)​

где pₛ и pₗ - соответственно кратковременно и длительно действующие на перекрытие нагрузки.

Для панели, опертой по углам, к вычисленному по формуле (15.8) значению прогиба плит w₁ следует добавлять прогиб ребер w₂, вычисленный как для балок Г-образного сечения, и вычесть значение выгиба ребра от обжатия напрягаемой арматурой пояса.

15.12 Расчет по несущей способности шатровых панелей с ребрами по контуру и плоскими плитами постоянной толщины производится по методу предельного равновесия с применением конвертной и балочной схем излома.

15.13 Расчет сборных предварительно напряженных вспарушенных конструкций по предельным состояниям следует выполнять на усилия, возникающие до и после замоноличивания стыков, согласно 4.2.

15.14 Для предварительно напряженных опертых по контуру панелей, удовлетворяющих 15.1, 15.17 и 15.20, проверку трещиностойкости допускается не производить. Проверку трещиностойкости панелей, опертых по двум сторонам или по углам, следует производить как для балочных элементов П-образного сечения в одном или в двух направлениях.

 

Конструирование

15.15 Нижнюю поверхность ступенчато-вспарушенных панелей проектируют таким образом, чтобы в направлении осей x и y она была очерчена дугами поверхности (см. рисунок 15.1), пересечения которых с внутренними гранями контурных ребер лежали бы в плоскости осей арматурного пояса опорного контура (см. рисунок 15.2). В качестве описывающих дуг в зависимости от технологических и архитектурных требований допускается принимать квадратную параболу или дугу круга со стрелой подъема f. Число ступеней рекомендуется принимать от 2 до 5.

15.16 Вспарушенные и ступенчато-вспарушенные панели допускается проектировать с одним или несколькими кессонами. При l₁/l₂ > 1,7 панели конструируют с двумя или тремя кессонами, окаймленными ребрами, при этом вспарушенные плиты смежных кессонов проектируют как неразрезные (см. рисунок 15.5).

а - ступенчато-вспарушенная панель с одним кессоном, б - ступенчато-вспарушенная панель с двумя кессонами, в - вспарушенная панель,
1 - основная растянутая арматура пояса, 2 - каркас поперечного армирования контурного ребра, 3 - сетка плиты

Рисунок 15.5 - Конструктивные схемы вспарушенных панелей​

15.17 Плиту панелей (см. рисунок 15.1) проектируют из бетона класса 25 и выше и армируют сварной сеткой из проволоки диаметром 3-4 мм с ячейкой размером 200×200 мм, а по углам на участках размерами l₁/6 и l₂/6 - дополнительной сеткой из стержней того же диаметра, располагаемой под основной сеткой.

В плите допускается предусматривать отверстия и проемы. Конструирование и армирование плиты в зоне отверстий должно соответствовать 6.5.

15.18 Контурные ребра панелей армируют предварительно напряженными стержнями или канатами таким образом, чтобы создавался замкнутый арматурный пояс. Заанкеривание стержней в опорной зоне предусматривают путем приварки их к стальным опорным колодкам анкерных устройств и за счет сцепления с бетоном согласно требованиям СП 63.13330. В случае, если стержни или канаты проектируют без анкеров, арматурные элементы следует доводить до наружной грани противоположной стороны панели.

Предварительное напряжение осуществляют натяжением арматуры на бетон в процессе монтажа элементов с последующим обетонированием или натяжением на упоры на заводе-изготовителе (в пределах контурных ребер сборных элементов) с последующим устройством стыков пояса, перекрывающих швы между элементами.

Для компенсации деформаций для сборных вспарушенных конструкций следует предусматривать строительный подъем fc ≥ fₚ/5 , но не менее 20 мм.

15.19 В контурных ребрах кроме основной растянутой арматуры (арматурного пояса) следует предусматривать поперечную арматуру (см. рисунок 15.5). В ребрах, опертых по всей длине, устанавливают одиночные арматурные каркасы, располагаемые ближе к наружной грани ребра. При этом вблизи углов каркасы должны включать поперечные стержни диаметром 4-6 мм с шагом не более 50 мм и нижние стержни диаметром не менее 6-8 мм. В контурных ребрах, испытывающих изгиб в вертикальной и горизонтальной плоскостях, вблизи углов на участках размерами l₁/6 и l₂/6 предусматривают дополнительные арматурные каркасы у внутренней грани ребра.

15.20 В средней части вспарушенных и ступенчато-вспарушенных панелей рекомендуется принимать: толщину плиты δf - не менее 30 мм, ширину контурных ребер - не менее 100 мм, ширину промежуточных ребер между кессонами панелей - не менее 50 мм. Высоту контурных ребер панелей перекрытий следует принимать не более удвоенной высоты сечения примыкающей к ребру плиты и не менее высоты, требуемой по расчету панели по балочной схеме излома.

Для уменьшения податливости в горизонтальной плоскости в контурных ребрах на длинных сторонах l₁ панелей, расположенных по краю здания или сооружения, рекомендуется предусматривать горизонтальные полки у нижней грани ребра, увеличение ширины или соответствующего армирования ребра. Допускается также увеличение толщины или армирования плиты в крайних панелях или установка связей между панелью и другими несущими конструкциями здания или сооружения.

15.21 Вспарушенные панели размерами не более 4×6 м для безбалочных перекрытий (см. рисунок 15.3) допускается проектировать без предварительно напряженного арматурного пояса с омоноличиванием стыка по контуру, обеспечивая передачу распорных усилий на надколонные полосы. При этом ребра панели армируют с учетом усилий, действующих в стадиях изготовления, транспортирования и монтажа. Толщину вспарушенной плиты в середине таких панелей перекрытий принимают по расчету на продавливание согласно СП 63.13330, но не менее δп = 40 мм.

Очертание нижней поверхности панели должно удовлетворять 15.6, 15.15.

15.22 Сборные вспарушенные конструкции на прямоугольном плане рекомендуется конструировать таким образом, чтобы стыки между монтажными элементами располагались вдоль линий излома расчетной шатровой схемы разрушения. При этом конструкции допускается проектировать:

• из четырех треугольных элементов (см. рисунок 15.6, а) - при l₂ < 7,2 м;
• из четырех трапециевидных и одного прямоугольного элемента (см. рисунок 15.6, б) - при l₂ ≥ 7,2 м;
• из треугольных или трапециевидных панелей (см. рисунок 15.6, в) - на полигональном плане.

Монтажные элементы конструкций проектируют с окаймляющими, а в случае необходимости - и с промежуточными ребрами, с плитой переменной толщины согласно 15.15 и 15.18. Стыки между сборными элементами, совпадающие с расчетными линиями излома, допускается конструировать как цилиндрические шарниры.

15.23 Ширину опорных площадок при опирании по контуру, по трем или двум сторонам рекомендуется принимать не менее 50 мм, а опорные поверхности панелей, опирающихся по углам, размерами не менее 70×70 мм - при опирании на металлические закладные детали, и размерами не менее 100100 мм - при опирании на бетонные поверхности.

а - на прямоугольном плане из треугольных элементов, б - на прямоугольном плане из прямоугольного
и трапециевидных элементов, в - на полигональном контуре, 1 - сборные панели, 2 - арматурный пояс

Рисунок 15.6 - Схемы сборных вспарушенных конструкций​

15.24 В многопролетных покрытиях и перекрытиях из вспарушенных панелей замоноличивание стыков и сварные соединения между ними предусматривают из расчета покрытия или перекрытия как элемента здания в целом на горизонтальные нагрузки и с учетом конструктивных требований. В случае необходимости по контуру панелей предусматривают шпонки, образуемые бетоном замоноличивания стыка.

Допускается устройство предварительно напряженного пояса на всю длину или ширину перекрытия по осям опор в швах между смежными пролетами (см. рисунки 15.7, 15.8).

1 - вспарушенные панели, 2 - оси опор панелей и арматурных поясов

Рисунок 15.7 - Схема неразрезного сборного перекрытия с предварительно
напряженной арматурой, уложенной в швы между панелями


1 - контурный элемент, 2 - центральная плита, 3 - колонна с отверстиями для пропуска напрягаемой арматуры,
4 - замоноличиваемые пазы, 5 - напрягаемая арматура, 6 - стальная пластина для сварного соединения сборных элементов;
в сечении A―A: 5a и 5b - положение верхней арматуры соответственно в опорном сечении и в средней части пролета

Рисунок 15.8 - Вспарушенное перекрытие с натяжением арматуры на бетон​

Стыки между конструкциями смежных пролетов должны соответствовать конструктивным и расчетным требованиям 6.4.

 

16 Шатровые конструкции

Основные положения

16.1 Шатровые конструкции для покрытий или междуэтажных перекрытий зданий различного назначения представляют собой тонкостенные складки и пространственные плитно-стержневые системы (рамно-шатровые конструкции) с формой несущей конструкции в виде многогранника на плоском полигональном (как правило, прямоугольном) контуре. Форма многогранника - полная или усеченная пирамида со средним диском в центральной части плана конструкции (см. рисунок 16.1, а). Шатровые тонкостенные складчатые конструкции (шатровые оболочки) образованы тонкостенными плоскими или ребристыми плитами в форме горизонтальной и наклонных (боковых) граней шатра.

Основная несущая конструкция рамно-шатровых конструкций - пространственная шатровая рама. Продольные оси основных элементов шатровой рамы расположены на пересечениях граней шатра - вдоль ребер шатровой складки.

Диагональные рамы сборных рамно-шатровых конструкций в зависимости от длины перекрываемого пролета, строительной высоты перекрытия и уровня действующих нагрузок принимают в виде отдельных сборных элементов - рам с подкосами (рисунок 16.2, а), или в составе плит П1 и П2 в виде ребер переменной высоты, увеличивающейся от высоты контура среднего диска до высоты бортового элемента в угловых зонах (рисунок 16.2, б). В последнем конструктивном решении контур среднего диска образован внутренними поперечными ребрами плиты П2 и средними частями сопряженных внешних продольных ребер плит П2 и П3. Внешний контур шатровой рамы, в котором размещается основная арматура шатра (затяжка), образован длинными контурными ребрами трапециевидных в плане плит П1. Внутренний контур образован сопряженными ребрами плит П1 и П2.

а - с вертикальными бортовыми элементами, б - гладкие с капителью и надколонной полосой; в - из ребристых плит

Рисунок 16.1 - Схемы шатровых складок покрытий и перекрытий​

Пространственная работа конструкций шатрового типа определяется наличием усилий распора. Восприятие усилий распора конструктивно решается устройством замкнутого контура из бортовых элементов по периметру шатра, в которых размещается основная арматура (затяжка) шатра. Значение распора определяется уровнем действующих нагрузок и соотношением основных геометрических размеров конструкции, к которым относятся размеры плана шатра в осях контурных элементов, габариты среднего диска и высота стрелы подъема шатра.

Стрела подъема шатра - расстояние от уровня срединной поверхности среднего диска до уровня пояса затяжки шатра. Строительную высоту шатровых конструкций рекомендуется назначать в пределах 1/8-1/12 перекрываемого пролета.

a - под нагрузки до 30 кН/м²; б - под нагрузки до 10 кН/м²; 1, 2 - колонны с капителями; 3 - бортовые элементы;
4 - диагональные рамы; 5, 6 - плиты настила; 7 - диагональные ребра плит (подкос рамы);
8 - контур среднего (центрального) диска; 9 - внешний (основной) контур; 10 - внутренний (промежуточный) контур

Рисунок 16.2* - Сборные рамно-шатровые перекрытия​

________________
* Измененная редакция, Изм. N 1.

Шатровые конструкции проектируют многопролетными (или многоволновыми) и однопролетными (отдельно стоящими), с опиранием по углам на колонны, по нескольким сторонам или по контуру (см. рисунок 16.1).

Железобетонные шатры выполняют сборными, сборно-монолитными, монолитными и комбинированными, например, из тонких железобетонных пластин на стальном решетчатом каркасе. (Измененная редакция, Изм. N 1).

16.2 Шатровые конструкции предназначаются для покрытий и перекрытий, как правило, квадратных или прямоугольных (с отношением сторон l₁/l₂ < 2) ячеек зданий с укрупненным шагом колонн или стен. Размеры шатровых складок в плане рекомендуется принимать:

• для покрытий: от 12×12 м до 18×18 м - железобетонные, до 2424 м - комбинированные;
• перекрытий - от 6×6 м до 12×12 м.

Рамно-шатровые конструкции покрытий и перекрытий в зависимости от уровня действующих нагрузок рекомендуется принимать размерами в плане от 6×6 м до 18×18 м.

В шатровых конструкциях могут быть предусмотрены проемы для пропуска коммуникаций, для световых и аэрационных фонарей, а также крепежные приспособления для восприятия сосредоточенных нагрузок от подвесного транспорта, коммуникаций и т.п., которые следует располагать, как правило, в узлах сопряжения ребер.

 

Расчет шатровых конструкций

16.3 Расчет шатровых конструкций выполняют по предельным состояниям как тонкостенной пространственной конструкции в соответствии с 4.2.

Предварительные расчеты и расчет по несущей способности шатровых конструкций производят методом предельного равновесия согласно 16.5-16.10.

Для шатровых складок с отношением стрелы подъема к пролету f/l ≥ 1/10 (см. рисунок 15.4) расчет по деформациям шатра в целом допускается не производить.

Расчеты напряженно-деформированного состояния шатровых конструкций следует выполнять методом конечных элементов с учетом возможного образования трещин и развития неупругих (нелинейных) деформаций в бетоне и арматуре, соответствующих кратковременному и длительному действиям нагрузки. Допускается расчеты производить в линейной постановке. При этом в гранях шатровой складки, в элементах шатровой рамы рамно-шатровой конструкции, а также в контурных элементах в первом приближении следует принимать модуль деформаций бетона с понижающим коэффициентом 0,3.

Временную равномерно распределенную нагрузку на большепролетных шатровых перекрытиях допускается учитывать с понижающим коэффициентом φ₂ в зависимости от площади конструктивной ячейки перекрытия в соответствии с рекомендациями СП 20.13330. (Измененная редакция, Изм. N 1).

16.4 Расчет по несущей способности конструкций шатрового типа производится приближенно на основе:

• расчета шатра в целом для определения основной растянутой арматуры поясов и нормальных усилий в шарнирно соединяемых гранях складок или элементах диагональных рам;
• определения изгибающих моментов:
  • в гранях шатровой складки как в плитах, в предположении, что ребра шатра - их опоры;
  • в диагональных рамах рамно-шатровых конструкций с учетом горизонтального усилия распора шатра в опорных узлах;
  • в плитах настила при опирании их на несущие элементы конструкции.

16.5 При расчете отдельно стоящей шатровой конструкции методом предельного равновесия следует рассматривать следующие наиболее опасные схемы излома конструкции при действии равномерно распределенной нагрузки:

• балочные схемы, с изломом шатра по плоскостям z0x и z0y (см. рисунок 15.4, а) и шатровую схему с образованием пяти дисков (см. рисунок 15.4, б) - при опирании шатра на подвижные опоры по углам;
• балочные схемы с изломом в середине пролета (см. рисунок 15.4, а) и шатровую схему (см. рисунок 15.4, б) - при опирании шатра по двум противоположным сторонам;
• шатровую схему (см. рисунок 15.4, б) - при опирании по всему контуру.

Расчет по шатровой схеме допускается производить и при несимметричных нагружениях.

Для многопролетных шатровых перекрытий, опирающихся на колонны, основную арматуру допускается подбирать как для отдельных разрезных шатровых конструкций из расчета шатра в целом по балочным схемам (см. рисунок 15.4, а), а при опирании на стены - по шатровой схеме (см. рисунок 15.4, б), исходя из предположения шарнирного сопряжения шатров между собой.

16.6 Расчет граней шатровой складки как плит производят в соответствии с условиями их опирания и допущением, что плиты наклонных граней работают только в направлении, перпендикулярном к горизонтальным ребрам, а верхняя горизонтальная плита - в двух направлениях, как плита, опертая по контуру.

Расчет плит производят на изгиб с учетом их сжатия усилием, центрально передающимся от грани к грани через цилиндрические шарниры в горизонтальных ребрах и определяемым по шатровой схеме (см. рисунок 15.4, б). При этом в наклонных гранях, опирающихся по углам отдельно стоящих шатров, распределение нормальных усилий Nₓ и Nᵧ по высоте принимают по треугольнику с вершиной у верхнего ребра, а в опертых по всей длине и в смежных гранях многопролетных шатровых складок - равномерным.

В случае укладки в сборных шатрах перпендикулярно к ребрам арматуры, соединяющей отдельные грани и воспринимающей опорный изгибающий момент, плиты допускается рассматривать как неразрезные.

Расчет изгибающих моментов в плитах, рассматриваемых как неразрезные, допускается производить для средней полосы. При этом для расчета плиты средней грани учитывается только часть полной расчетной нагрузки q: q₁ = ηq, приходящейся на полосу направления l₁, и q₁ = (1 - η)q, приходящейся на полосу направления l₂ (здесь η - коэффициент распределения нагрузки в направлении l₁ и l₂, η = 0,5 при l₁ = l₂; η ≅ 0 при l₁ = 2l₂; при промежуточных соотношениях l₁ и l₂ - определяется по интерполяции).

16.7 Расчет шатровых конструкций в целом по балочным схемам излома (см. рисунок 15.4, а) производят в направлениях x и y на действие полной равномерно распределенной расчетной нагрузки интенсивностью q.

Основную растянутую арматуру шатра Aₛₓ и Aₛᵧ в серединах пролетов x и y определяют по формуле

Aₛₓ₍ᵧ₎ = ql₂₍₁₎(l₁₍₂₎ - c₁₍₂₎)² / 16fₚ₁₍₂₎Rₛ, (16.1)​

где c₁, c₂ - ширина надколонной капители или стороны сечения колонны соответственно в направлении l₁ и l₂ (см. рисунок 16.1);

fₚ₁, fₚ₂ - расчетные подъемы шатра, определяемые как расстояния между равнодействующими в арматуре бортовых элементов по направлениям x и y и срединной плоскостью горизонтальной грани.​

При этом должно выполняться условие

RₛAₛ₁₍₂₎ ≤ RbAb1(2)/2, (16.2)​

где Ab1, Ab2 - площади бетона в поперечных сечениях горизонтальной грани шатровой складки или в поле плит на половине пролета рамно-шатровой конструкции соответственно по плоскостям z0x и z0y.

Размещение основной арматуры в элементах шатровой конструкции следует принимать в соответствии с 16.16.

16.8 Расчет по шатровой схеме при опирании шатровой конструкции по всему контуру производят для определения усилия Hc (углового распора), воспринимаемого арматурой пояса (для шатровой складки и наклонных граней) в диагональном сечении a―a одного из углов (см. рисунок 15.4, б) и определяемого по формуле

Hc = [q₁l₁''l₂'' + (q₂/6)(2l₁'l₂' + l₁'l₂'' + l₁''l₂' - 4l₁''l₂'')](l₁' - l₁'')(l₂' - l₂'') / 8fpc√[(l₁' - l₁'')² + (l₂' - l₂'')²], (16.3)​

где q₁ - интенсивность равномерно распределенной нагрузки на горизонтальной грани;

q₂ - интенсивность равномерно распределенной нагрузки, отнесенной к горизонтальной проекции наклонных граней;
l₁', l₂', l₁'', l₂'' - размеры шатровой складки, приведенные на рисунке 16.1;
fpc - расчетный подъем складки, определяемый как расстояние между срединной плоскостью плиты горизонтальной грани и горизонтально направленной равнодействующей растягивающих усилий в арматуре пояса и граней, пересекающей диагональное сечение a―a (см. рисунок 15.4, б).​

Подбор требуемой арматуры в диагональном сечении складки производят из условия

Hc ≤ ∑RₛᵢAₛᵢ, (16.4)​

где Rₛᵢ, Aₛᵢ - соответственно расчетное сопротивление и проекция площади сечения i-го стержня арматуры, пересекающего диагональное сечение, на вертикальную плоскость.

Положение равнодействующей усилий в арматуре (расчетный подъем складки fpc) определяют по формуле

fpc = ∑RₛᵢAₛᵢξᵢ / ∑RₛᵢAₛᵢ, (16.5)​

где ξᵢ - расстояние от срединной плоскости горизонтальной грани до оси i-го стержня, пересекающего диагональное сечение a―a (см. рисунок 15.4, б).

Для квадратной шатровой складки при q₁ = q₂ = q и формула (16.3) принимает вид

Hc = q(l₁'³ - l₁''³) / 24√2fpc. (16.6)​

Сечение растянутой арматуры во всех вертикальных промежуточных сечениях бортовых элементов и наклонных гранях шатровых складок, опертых по контуру, должно быть не менее сечения угловой арматуры.

При опирании шатровой конструкции по двум противоположным сторонам сечение основной растянутой арматуры рекомендуется определять по балочной схеме излома по формулам (16.1), (16.2), а сечение арматуры в направлении, перпендикулярном к пролету - по значению углового распора, определяемого по формулам (16.3)-(16.6) с учетом 16.7 и 16.8.

В общем случае расчет несущей способности шатровых конструкций может быть выполнен методом предельного равновесия с применением девятидисковой схемы излома, включающей восьмиугольный центральный диск, четыре угловых и четыре пролетных диска, образованных исходящими из углов центрального диска линейными пластическими шарнирами (см. рисунок 16.3).

Несущую способность конструкции в зависимости от схемы нагружения и прочностных характеристик элементов конструкции находят из условия равенства работ внешних и внутренних сил и устанавливают минимумом предельной нагрузки при варьировании трех независимых геометрических параметров Y₁, Y₂ и Y₃ (рисунок 16.3), определяющих форму схемы излома (размеры сторон центрального диска, расстояние от угла шатра до ближайшего пластического шарнира на бортовом элементе).

Рисунок 16.3 - Девятидисковая схема излома​

 

При проектировании рамно-шатровых конструкций до выполнения детального расчета методом конечных элементов следует выполнить расчетную оценку несущей способности рамно-шатрового перекрытия методом предельного равновесия с использованием балочной и конвертной схем излома для установления требуемого по условию прочности усилий распора шатра в середине пролета внешнего контура и в его угловой зоне и предварительного подбора сечений арматурного пояса-затяжки и угловой связи внешнего контура.

Расчет по балочной и конвертной схемам производится из условий:

• для балочной схемы

qL₀²(L + L₀)/32 = M₀ + M₁ + M₂;​

• для конвертной схемы

qL₀³/24 = M₀ + M₁ + M₂ + M₃,​

где M₀ и M₁ - величины предельных моментов соответственно во внешнем и внутреннем контурных элементах в точках пересечения их линиями излома;

M₂ - величина предельного момента в ребре по контуру среднего кессона ячейки в точках пересечения линиями излома;
M₃ - величина предельного момента в пролетном ребре ячейки на участке между внешним контуром и контуром среднего кессона ячейки в точке пересечения линией излома между угловым и пролетным дисками.​

В угловой зоне ребра смежных плит П1 (рисунок 16.2, б), образующие угол внешнего контура, должны быть соединены сваркой закладных деталей. Усилие в связях и сварных швах в направлении перпендикулярно диагонали ячейки

Nc = (√2/2)M₀/zₛ,​

где M₀ - величина предельного момента в угловой зоне внешнего контура из условия разрушения по конвертной схеме;

zₛ - расстояние по высоте сечения между уровнем усилия в угловой связи и срединной поверхностью полки плиты.​

При расчете сборных шатровых конструкций методом предельного равновесия следует учитывать возможность реализации схем излома, включающих, наряду с линейными пластическими шарнирами, конструктивные шарниры по швам сопряжения сборных элементов. Если при таких схемах излома несущая способность конструкции оказывается ниже требуемой, допускается устанавливать учитываемые в расчете связи, препятствующие раскрытию конструктивных шарниров (стальные пластины, соединяющие закладные детали смежных сборных элементов и др.). (Измененная редакция, Изм. N 1).


16.9 Крайний бортовой элемент шатровой складки следует проверять на изгиб в плоскости, проходящей через его ось и перпендикулярной к примыкающей к нему грани. При этом ребро (пролетом l₁ или l₂) следует рассматривать совместно с примыкающими полкой и гранью как конструкцию таврового сечения. Нагрузка на бортовой элемент, в этом случае, - проекция опорной реакции R неразрезной плиты на нормаль к грани (см. рисунок 16.4).

Рисунок 16.4 - Расчетная плоскость изгиба крайних элементов шатровых складок​

16.10 Угловые зоны шатровых конструкций в месте опирания на капители или колонны следует проверять на прочность при действии в них усилия

N = V sin φd + H cos φd, (16.7)​

где V - вертикальная опорная реакция от нагрузки на шатре;

H - распор шатра или шатровой рамы в диагональном направлении от нагрузки на шатре;
φd - угол наклона диагонального ребра шатровой складки или подкоса шатровой рамы к горизонту.​

Для квадратной в плане шатровой конструкции

V = q(l₀ + l₁)²/16; (16.8)

φd = arctg [f√2 / (l₀ - l₂)]; (16.9)

H = (q / 64√2f)·[((l₀ + l₁ - 2l₂)/3)·[(l₀ + l₁ + l₂)² + 3l₂²] + (l₀ - l₁)(l₀ + l₁)²]. (16.10)​

В формулах (16.8)-(16.10):

q - полная расчетная нагрузка;
l₀ - длина пролета внешнего контура шатра;
l₁ - длина пролета внутреннего контура (при его наличии в рамно-шатровой конструкции);
l₂ - длина пролета среднего диска;
f - стрела подъема шатровой складки или рамы.​

При отсутствии внутреннего контура в рамно-шатровой конструкции и для шатровой складки формула (16.10) приобретает вид

H = (q/96√2f)·[2l₀ + 5l₂(l₀ + l₂)]. (16.11)​

На прочность проверяется: в шатровой складке - опорное сечение бетона в плоскости, перпендикулярной к ребру, размером, равным стороне капители или колонны; в рамно-шатровой конструкции - сечение опорного подкоса или нижняя по высоте половина опорного сечения диагонального ребра. При этом в расчетном поперечном сечении учитывается продольная арматура.

Для повышения прочности опорного сечения шатра допускается применять косвенное армирование.

16.11 При проектировании колонн, поддерживающих неразрезные шатровые складки, следует учитывать изгибающий момент, возникающий из-за эксцентриситета приложения реакции от шатрового покрытия к верху колонн в процессе монтажа и при эксплуатации.

 

Конструирование

16.12 Монолитные шатровые складки проектируют преимущественно с гладкими гранями без подкрепляющих ребер (см. рисунок 16.1, б). Очертание нижней поверхности шатрового покрытия ячейки зданий выбирают с учетом применения многооборачиваемой переставной укрупненной опалубки. Наклон боковых граней рекомендуется принимать не более 60°, а при бетонировании в односторонней опалубке - не более 35°. Толщину плиты граней назначают с учетом 6.1, но не менее 1/50 поперечного размера граней. В местах сопряжения граней рекомендуется предусматривать вуты.

16.13 Сборные шатровые конструкции, как правило, проектируют из ребристых плит (см. рисунки 16.1, в, 16.5). Размеры плит в плане рекомендуется принимать не более 3,6 м по ширине и 12 м по длине. Стыки между сборными элементами шатровых конструкций следует выполнять в соответствии с 6.4.

При проектировании сборных железобетонных элементов рамно-шатровых перекрытий следует использовать бетон классов не ниже В30. Замоноличивание швов между сборными элементами следует выполнять мелкозернистым бетоном класса не ниже класса бетона сборных элементов. (Измененная редакция, Изм. N 1).

16.14 Бортовые элементы монолитных шатровых складок рекомендуется проектировать плитными шириной не менее 0,5 м (см. рисунок 16.1, б) или п-образного сечения с ребрами, направленными вниз. Бортовые элементы сборных шатровых складок рекомендуется предусматривать с ребрами, выступающими вниз (см. рисунки 16.1, а, 16.6, а, 16.7, б), или в виде двутавровых элементов - с опиранием плит на верхнюю и нижнюю полки (см. рисунок 16.5, 16.6, б). Бортовые элементы сборных рамно-шатровых конструкций в зависимости от уровня расчетных нагрузок рекомендуется выполнять в виде отдельных балочных элементов или ферм с параллельными поясами (см. рисунок 16.5, 16.2, а), или путем увеличения по высоте ребер контурных плит (см. рисунок 16.2, б).

Наклонные грани сборных и монолитных складок, опирающихся по краю здания на стены, следует конструировать как горизонтально развитые плиты (см. рисунок 16.6, в), а при опирании в пролете на колонны, кроме того, рекомендуется предусматривать вертикальное ребро (см. рисунок 16.6, г).

Угловые зоны шатровых складок и рамно-шатровых конструкций, в которых сопрягаются несущие элементы разных направлений, при пролетах 12 м и более рекомендуется выполнять единым сборным элементом - угловым блоком (см. рисунок 16.5).

Рисунок 16.5 - Ячейка сборного шатрового перекрытия под тяжелые нагрузки


а - п-образных, б - двутавровых с плитами поверху, в - крайних, г - при опирании на колонны

Рисунок 16.6 - Схемы бортовых элементов​

Ребра жесткости, подкрепляющие поле сборных плит и рамно-шатровых элементов, допускается выполнять постоянной (см. рисунки 16.6, а, б, 16.7, б) или переменной высоты (см. рисунок 16.2, б).

Для шатровых складок рекомендуется предусматривать строительный подъем центра среднего диска относительно середин пролетов его контура размерами 1/250-1/120 пролета. (Измененная редакция, Изм. N 1).

16.15 При конструировании элементов сборных шатровых перекрытий и покрытий следует учитывать способ их монтажа.

При монтаже целиком размеры шатровой конструкции в плане после укрупнительной сборки должны соответствовать размерам перекрываемой ячейки здания (см. рисунок 16.7, а).

Сборка из унифицированных плит прямоугольной, трапециевидной и треугольной форм, диагональных рам, угловых блоков и бортовых балок (при наличии таких элементов в принятом конструктивном решении шатровой конструкции) с применением сборочных кондукторов (см. рисунок 16.7, б) или с последовательным опиранием элементов на ранее смонтированные (бескондукторный монтаж). Бескондукторный монтаж рекомендуется обеспечивать специальной конфигурацией поперечного сечения контурных ребер сборных элементов (см. рисунок 16.6, а, б) или устройством монтажных столиков на закладных деталях ребер.

Для сборки шатрового покрытия при шаге колонн или пролете 18 м и более вдоль стыков плоских плит допускается предусматривать дополнительные железобетонные или металлические ребра, соединяемые с плитами с помощью выпусков, упоров, шпонок и замоноличивания, согласно 6.4.

В сборных элементах рекомендуется предусматривать закладные металлические детали для монтажа с применением сварных монтажных стыков. Монтажные стыки конструируют как расчетные, если шатровые конструкции монтируются целиком или укрупненными элементами с незамоноличенными стыками. При замоноличиваемых стыках сборные элементы допускается проектировать с выпусками арматуры.

a - из шатровых элементов размером на ячейку здания,
б - из унифицированных элементов с применением сборочного кондуктора

Рисунок 16.7 - Схемы сборных шатровых конструкций​

16.16 Шатровые конструкции рекомендуется армировать:

• сварными сетками - в плитах;
• сварными каркасами - в ребрах сборных и монолитных элементов;
• сварными сетками, каркасами и предварительно напряженной арматурой - в надколонных ребрах и плитах.

Основная растянутая арматура, располагаемая в бортовых элементах, должна быть доведена до опор и заанкерена или заведена в смежный бортовой элемент для образования замкнутого пояса шатра. При этом предварительно напряженную арматуру пояса проектируют, как правило, с возможностью осуществления ее натяжения и обетонирования в открытых сверху каналах.

До 80% площади сечения основной растянутой арматуры шатровых складок Aₛ, необходимого для восприятия растягивающего усилия H в вертикальном сечении посредине пролета складки (см. рисунок 16.3, а), располагают в бортовых элементах при предварительно напряженном, и до 60% - при обычном армировании. Остальную часть арматуры Aₛ располагают в прилегающих к бортовым элементам частях граней.

В рамно-шатровых конструкциях всю основную арматуру размещают в бортовом элементе, который при больших усилиях может быть выполнен, например, в виде фермы со сталежелезобетонным нижним поясом (см. рисунок 16.2, a). При устройстве дополнительного внутреннего контура (см. рисунок 16.2, б) площадь сечения основной арматуры шатра в его внешнем контуре допускается снижать в соответствии с расчетным распределением усилия распора между контурами.

В многопролетных шатровых конструкциях в качестве основной арматуры шатра допускается использовать арматуру, устанавливаемую в швах между бортовыми элементами смежных ячеек на всю длину здания и напрягаемую на месте возведения натяжением на бетон. Арматуру (как правило, канатную) рекомендуется предусматривать неразрезной, прямолинейной или с отгибом в верхнюю зону опорных сечений ригелей, образованных смежными бортовыми элементами и бетоном замоноличивания. Включение сборного бетона в совместную работу с монолитным рекомендуется обеспечивать устройством гребенчатых шпонок на поверхностях сборных элементов. Проектную прочность бетона замоноличивания рекомендуется устанавливать не ниже прочности бетона сборных элементов. (Измененная редакция, Изм. N 1).

16.17 При конструировании для предварительного назначения геометрических размеров большепролетных сборных железобетонных рамно-шатровых конструкций перекрытий с элементами шатровой рамы в виде ребер сборных плит (рисунок 16.2, б) следует принимать:

а) для рамно-шатровых конструкций при размерах менее 15×15 м стрелу подъема шатровой рамы в диапазоне 0,09-0,12 пролета внешнего контурного элемента; при размерах 15×15 м и более в диапазоне 0,08-0,11 пролета внешнего контурного элемента;

б) высоту внешнего контура в пределах 1/8-1/10 размера конструктивной ячейки здания;

в) высоту ребер контура центрального диска в пределах 1/6-1/8 размера стороны центрального диска;

г) высоту ребер внутреннего контура не менее высоты ребер контура центрального диска;

д) изменение высоты сечения диагональной рамы - линейным от высоты центрального диска до высоты внешнего контура.​

При нарушении рекомендуемых соотношений по а) и б) рационально повышать несущую способность и жесткость конструкции выполнением в центральной части плана конструкции строительного подъема на величину расчетного прогиба конструкции от собственного веса при пониженном значении модуля деформаций бетона или применять предварительное напряжение нижней арматуры внешнего контура. В последнем случае целесообразно использовать натяжение канатной арматуры, расположенной в створе колонн, на всю длину и ширину блока здания.

16.18 При разработке рамно-шатровых перекрытий для прямоугольных ячеек с соотношением сторон до 1:1,5 (например, 12×18 м) следует принимать рекомендуемые соотношения по 16.17, а)-г) по максимальному из размеров.

16.19 Рамно-шатровые конструкции для пролетов свыше 18 м следует выполнять монолитными или сборно-монолитными. При разработке конструктивных решений для пролетов свыше 18 м рекомендуется применение высокопрочной арматуры и предварительного напряжения в ребрах контуров.

16.17-16.19. (Введены дополнительно, Изм. N 1).

 

Приложение А

Основные буквенные обозначения​

Усилия от внешних нагрузок и воздействий в поперечном сечении элемента

N - продольная сила;
Q - поперечная сила;
M - изгибающий момент;
T - крутящий момент.

Характеристики материалов

φb,cr - коэффициент ползучести бетона;
εb0, εbt0 - предельные относительные деформации бетона соответственно при равномерном осевом сжатии и осевом растяжении;
εs0 - относительные деформации арматуры при напряжении, равном Rₛ;
Eₛ - модуль упругости арматуры;
Eb - начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении;
Rb, Rb,ser - расчетные сопротивления бетона осевому сжатию для предельных состояний соответственно первой и второй групп;
Rb,loc - расчетное сопротивление бетона смятию;
Rb,n - нормативное сопротивление бетона осевому сжатию;
Rb,t, Rbt,ser - расчетные сопротивления бетона осевому растяжению для предельных состояний соответственно первой и второй групп;
Rbond - расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном;
Rbt,n - нормативное сопротивление бетона осевому растяжению;
Rₛ, Rs,ser - расчетные сопротивления арматуры растяжению для предельных состояний соответственно первой и второй групп;
Rsc - расчетное сопротивление арматуры сжатию для предельных состояний первой группы;
Rsw - расчетное сопротивление поперечной арматуры растяжению.

Характеристики положения продольной арматуры в поперечном сечении элемента

S - обозначение продольной арматуры: при наличии сжатой и растянутой от действия внешней нагрузки зон сечения - расположенной в растянутой зоне; при полностью сжатом от действия внешней нагрузки сечении - расположенной у менее сжатой грани сечения; при полностью растянутом от действия внешней нагрузки сечении: для внецентренно растянутых элементов - расположенной у более растянутой грани сечения; для центрально-растянутых элементов - всей в поперечном сечении элемента;

S' - обозначение продольной арматуры: при наличии сжатой и растянутой от действия внешней нагрузки зон сечения - расположенной в сжатой зоне; при полностью сжатом от действия внешней нагрузки сечении - расположенной у более сжатой грани сечения; при полностью растянутом от действия внешней нагрузки сечении внецентренно растянутых элементов - расположенной у менее растянутой грани сечения.

Геометрические характеристики

ξ - относительная высота сжатой зоны бетона, равная x/h₀;
δ - толщина полки пространственного элемента;
μₛ - коэффициент армирования, определяемый как отношение площади сечения арматуры S к площади поперечного сечения элемента bh₀ без учета свесов сжатых и растянутых полок;
A - площадь всего бетона в поперечном сечении;
a, a' - расстояние от равнодействующей усилий в арматуре соответственно S и S' до ближайшей грани сечения;
Ab - площадь сечения бетона сжатой зоны;
Abt - площадь сечения бетона растянутой зоны;
Aloc - площадь смятия бетона;
Ared - площадь приведенного сечения элемента;
Aₛ, Aₛ' - площади сечения арматуры соответственно S и S';
Asw - площадь сечения хомутов, расположенных в одной нормальной к продольной оси элемента плоскости, пересекающей наклонное сечение;
b - ширина прямоугольного сечения; ширина ребра таврового и двутаврового сечений;
bf, b'f - ширина полки таврового и двутаврового сечений соответственно в растянутой и сжатой зонах;
dₗ - высота бортового элемента;
dₛ, dsw - номинальный диаметр стержней соответственно продольной и поперечной арматуры;
e, e' - расстояния от точки приложения продольной силы N до равнодействующей усилий в арматуре соответственно S и S';
e₀ - эксцентриситет продольной оси N относительно нейтральной оси, проходящей через центр тяжести приведенного сечения;
f - стрела подъема элемента конструкции;
h - высота прямоугольного, таврового и двутаврового сечений;
h₀, h'₀ - рабочая высота сечения, равная соответственно h―a и h―a';
hf, h'f - высота полки таврового и двутаврового сечений соответственно в растянутой и сжатой зонах;
I - момент инерции сечения всего бетона относительно нейтральной оси, проходящей через его центр тяжести;
i - радиус инерции поперечного сечения элемента относительно центра тяжести сечения;
Ired - момент инерции приведенного сечения элемента относительно нейтральной оси, проходящей через его центр тяжести;
l₀ - расчетная длина элемента, подвергающегося действию сжимающей продольной силы;
l₁ - пролет конструкции или ее продольный размер;
l₂ - длина волны или поперечный размер конструкции;
qₛ, q'ₛ - погонные усилия, воспринимаемые арматурой полки сборного элемента соответственно в растянутой и сжатой зонах;
R - радиус кривизны элемента конструкции;
sw - расстояние между хомутами, измеренное по длине элемента;
W - момент сопротивления сечения элемента для крайнего растянутого волокна;
x - высота сжатой зоны бетона.

---

УДК 691.328; 69.003.12
ОКС 91.080.40

Ключевые слова: железобетонные пространственные конструкции, оболочка, свод, складка, купол, покрытие, перекрытие, расчет, конструирование

---