«СВОД ПРАВИЛ СП 27.13330.2011 БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ РАБОТЫ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОВЫШЕННЫХ И ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР Актуализированная редакция СНиП 2.03.04-84 Издание официальное Москва ...»

МИНИСТЕРСТВО РЕГИОНАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СВОД ПРАВИЛ СП 27.13330.2011

БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ

КОНСТРУКЦИИ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ

ДЛЯ РАБОТЫ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ

ПОВЫШЕННЫХ И ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР

Актуализированная редакция

СНиП 2.03.04-84 Издание официальное Москва 2011 СП 27.13330.2011 Предисловие Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила разработки — постановлением Правительства Российской Федерации от 19 ноября 2008 г. № 858 «О порядке разработки и утверждения сводов правил».

Сведения о своде правил 1 ИСПОЛНИТЕЛИ: Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона им. А.А. Гвоздева (НИИЖБ им. Гвоздева) – институт ОАО «НИЦ «Строительство»

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»

ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом архитектуры, строительства и градостроительной политики 4 УТВЕРЖДЕН приказом Министерства регионального развития Российской Федерации (Минрегион России) от 28 декабря 2010 г. № 827 и введен в действие с 20 мая 2011 г.

5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт). Пересмотр СП 27.13330. Информация об изменениях к настоящему своду правил публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты».

Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте разработчика (Минрегион России) в сети Интернет Минрегион России, Настоящий нормативный документ не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания на территории Российской Федерации без разрешения Минрегиона России II СП 27.13330. Содержание Введение ………………………………………………………………………………….. V Область применения ……………………………………………………………………...

1 Нормативные ссылки ……………………………

2 Термины и определения ……………………………………

3 Общие указания ……………………………

4 Основные положения …………………………………………………………………….. Основные расчетные требования ……………………………………………………….. Дополнительные указания по расчету предварительно напряженных конструкций …. …………………………………………………………………………... Материалы для бетонных и железобетонных конструкций…………………………....

5 Расчет элементов бетонных и железобетонных конструкций на воздействие температуры.……

Расчет температуры в бетоне железобетонных конструкций …

Расчет элементов бетонных и железобетонных конструкций по предельным состояниям первой группы …………

Проверка прочности нормальных сечений на основе деформационной Расчет железобетонных элементов по наклонным сечениям на действие Расчет железобетонных элементов по наклонным сечениям на СП 27.13330. Расчет элементов на местное сжатие при отсутствии косвенной арматуры ……… Расчет элементов на местное сжатие при наличии косвенной арматуры …………. Расчет железобетонных элементов на продавливание …………

Расчет элементов без поперечной арматуры на продавливание при действии Расчет элементов с поперечной арматурой на продавливание при действии Расчет элементов на продавливание при действии сосредоточенных силы и Расчет элементов железобетонных конструкций по предельным состояниям второй Расчет железобетонных элементов по раскрытию трещин ……………

Определение момента образования трещин, нормальных к продольной оси Расчет ширины раскрытия трещин, нормальных к продольной Расчет элементов железобетонных конструкций по деформациям

Расчет железобетонных элементов по прогибам ……………………

Жесткость железобетонного элемента на участке без трещин в растянутой зоне.…... Жесткость железобетонного элемента на участке с трещинами в растянутой зоне.… Определение кривизны железобетонных элементов на основе деформационной Конструктивные требования ………………………………

Требования, указываемые в проектах ……………………………………

Приложение А (рекомендуемое) Примеры применения жаростойкого Приложение Б (обязательное) Основные буквенные обозначения …………………... Настоящий свод правил содержит положения по расчету и проектированию бетонных и железобетонных конструкций промышленных сооружений из тяжелого и легкого конструкционного бетона, работающих в условиях воздействия технологических повышенных температур (от 50 до 200 °С включительно), влажной среды, и тепловых агрегатов из жаростойкого бетона, армированного обычной и жаростойкой арматурой, которые эксплуатируются в условиях производственных высоких температур (свыше 200 до 1200– 1400 °С).

Приведенные в настоящем СП единицы физических величин выражены: силы – в ньютонах (Н) или в килоньютонах (кН); линейные размеры – в мм (для сечений) или в м (для элементов или их участков); напряжения, сопротивления, модули упругости – в мегапаскалях (МПа), распределенные нагрузки и усилия – в кН/м или Н/мм; температура – в С, плотность – в кг/м3.

Свод правил разработан НИИЖБ им. А.А. Гвоздева – институтом ОАО «НИЦ «Строительство»: руководитель – д-р техн. наук, проф. А.Ф. Милованов. Исполнители: д-ра техн.

наук, проф. А.П. Кричевский и С.А. Фомин; кандидаты техн.

наук В.Н. Горячев, Н.П. Жданова, И.Н. Заславский, В.Н. Милонов, В.Г. Петров-Денисов, В.Н. Самойленко, В.В. Соломонов, И.С. Кузнецова; инженеры Е.Н. Больных, В.А. Тарасова; при участии ООО «УралНИИстром» (канд. техн. наук Р. Я. Ахтямов).

СВОД ПРАВИЛ

БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ,

ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ РАБОТЫ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ

ПОВЫШЕННЫХ И ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР

Concrete and Reinforced Concrete Structures intended 1 Область применения Настоящий свод правил распространяется на проектирование бетонных и железобетонных конструкций, систематически подвергающихся воздействиям повышенных (от 50 до 200 С включительно) и высоких (свыше 200 С) технологических температур (далее – воздействия температур) и увлажнению техническим паром.

Нормы устанавливают требования по проектированию указанных конструкций, изготовляемых из тяжелого бетона средней плотности от 2200 до 2500 кг/м включительно (далее – обычный бетон) и из жаростойкого бетона плотной структуры средней плотности 900 кг/м3 и более.

Требования настоящего СП не распространяются на конструкции из жаростойкого бетона ячеистой структуры.

Проектировать дымовые железобетонные трубы, резервуары и фундаменты доменных печей, работающие при воздействии температуры свыше 50 С, следует с учетом дополнительных требований, предъявляемых к этим сооружениям соответствующими нормативными документами.

2 Нормативные ссылки В настоящем СП использованы ссылки на следующие нормативные документы:

Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений»

СП 63.13330.2010 «СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции.

Основные положения»

СП 20.13330.2011 «СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия»

СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции СНиП 23-01-99* Строительная климатология СП 28.13330.2010 «СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии»

СП 16.13330.2011 «СНиП II-23-81* Стальные конструкции»

ГОСТ 25192–82 Бетоны. Классификация и общие технические требования ГОСТ 13015–2003 Изделия железобетонные и бетонные для строительства.

Общие технические требования Издание официальное СП 27.13330. ГОСТ 14098–91 Соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Типы, конструкции и размеры ГОСТ 20910–90 Бетоны жаростойкие. Технические условия ГОСТ 5781–82 Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций ГОСТ 10884–94 Сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций ГОСТ 6727–80 Проволока из низкоуглеродистой стали холоднотянутая для армирования железобетонных конструкций ГОСТ 4543–71 Прокат из легированной конструкционной стали ГОСТ 5949–75 Сталь сортовая и калиброванная коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная П р и м е ч а н и е – При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов в информационной системе общего пользования – на официальном сайте национального органа Российской Федерации по стандартизации в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим сводом правил следует руководствоваться замененным (измененным) документом. Если ссылочный материал отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения В настоящих нормах применены термины по своду правил [1] и другим нормативным документам, на которые имеются ссылки в тексте.

4 Общие указания Основные положения 4.1 Бетонные и железобетонные конструкции должны быть обеспечены требуемой надежностью от возникновения всех видов предельных состояний:

расчетом, выбором показателей качества материалов, назначением размеров и конструированием согласно указаниям настоящего СП. При этом должны быть выполнены технологические требования при изготовлении конструкций и соблюдены требования по эксплуатации сооружений и тепловых агрегатов, а также требования по экологии, устанавливаемые соответствующими нормативными документами.

4.2 Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных температур до 200 С, следует предусматривать, как правило, из обычного бетона.

Фундаменты, которые при эксплуатации постоянно подвергаются воздействию температуры до 250 С включительно, допускается принимать из обычного бетона.

Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия высоких температур свыше 200 С, следует предусматривать из жаростойкого бетона.

Несущие элементы конструкций тепловых агрегатов, выполняемые из жаростойкого бетона, сечение которых может нагреваться до температуры выше 1000 С, допускается принимать только после их опытной проверки.

4.3 Циклический нагрев – длительный температурный режим, при котором в процессе эксплуатации конструкция периодически подвергается повторяющемуся нагреву с колебаниями температуры более 30 % расчетного значения при длительности циклов от 3 ч до 30 сут.

Постоянный нагрев – длительный температурный режим, при котором в процессе эксплуатации конструкция подвергается нагреву с колебаниями температуры до 30 % расчетного значения.

4.4 Для конструкций, работающих под воздействием температуры выше 50 С в условиях периодического увлажнения паром, технической водой и конденсатом, расчет допускается производить только на воздействие температуры и нагрузки без учета периодического увлажнения. При этом в расчете сечения не должны учитываться крайние слои бетона толщиной 20 мм с каждой стороны, подвергающиеся замачиванию в течение 7 ч, и толщиной 50 мм при длительности замачивания бетона более 7 ч или должна предусматриваться защита поверхности бетона от периодического замачивания.

Окрашенная поверхность бетона или гидроизоляционные покрытия этих конструкций должны быть светлых тонов.

4.5 Конструкции рассматриваются как бетонные, если их прочность обеспечена одним бетоном. Бетонные элементы применяют преимущественно на сжатие при расположении продольной сжимающей силы в пределах поперечного сечения элемента при постоянном нагреве. Бетонные элементы из жаростойкого бетона применяют в конструкциях, которые не являются несущими (футеровка).

4.6 Жаростойкие бетоны в элементах конструкций тепловых агрегатов следует применять в соответствии с рекомендуемым приложением А.

Классы жаростойкого бетона по предельно допустимой температуре применения в соответствии с ГОСТ 20910 в зависимости от вида вяжущего, заполнителей, тонкомолотых добавок и отвердителя приведены в таблице 5.1.

Основные расчетные требования 4.7 Бетонные и железобетонные конструкции, работающие в условиях воздействия повышенных и высоких температур, следует рассчитывать на основе положений СП 63.13330 и свода правил [1] с учетом дополнительных требований, изложенных в настоящем своде правил.

Расчеты бетонных и железобетонных конструкций следует производить по предельным состояниям, включающим:

предельные состояния первой группы (по полной непригодности к эксплуатации вследствие потери несущей способности);

предельные состояния второй группы (по непригодности к нормальной эксплуатации вследствие образования или чрезмерного раскрытия трещин, появления недопустимых деформаций).

4.8 При проектировании бетонных и железобетонных конструкций надежность конструкции устанавливают расчетом путем использования расчетных значений нагрузок и температур, расчетных значений характеристик материалов, определяемых с СП 27.13330. помощью соответствующих частных коэффициентов надежности по нормативным значениям этих характеристик с учетом степени ответственности сооружения или теплового агрегата.

Нормативные значения нагрузок и воздействий, коэффициентов сочетания, коэффициентов надежности по нагрузке, коэффициентов надежности по назначению конструкций, а также подразделение нагрузок на постоянные и временные (длительные и кратковременные) следует принимать по положениям СП 20.13330.

Расчетная технологическая температура принимается равной температуре среды цеха или рабочего пространства теплового агрегата, указанной в задании на проектирование.

Расчетные усилия и деформации от кратковременного и длительного нагревов определяют с учетом коэффициента надежности по температуре t.

Коэффициент надежности по температуре t принимают: при расчете по предельным состояниям первой группы равным 1,1, по предельным состояниям второй группы равным 1,0.

При расчете по прочности в необходимых случаях учитывают особые нагрузки с коэффициентами надежности по нагрузке f, принимаемыми по соответствующим нормативным документам. При этом усилия, вызванные действием температуры, не учитываются.

4.9 При расчете бетонных и железобетонных конструкций необходимо учитывать изменения механических и упругопластических свойств бетона и арматуры в зависимости от температуры воздействия. При этом усилия, деформации, образование и раскрытие трещин определяют от воздействия нагрузки (включая собственный вес) и температуры.

Расчетные схемы и основные предпосылки для расчета бетонных и железобетонных конструкций должны устанавливаться в соответствии с условиями их действительной работы в предельном состоянии, с учетом, в необходимых случаях, пластических свойств бетона и арматуры, наличия трещин в растянутом бетоне, а также влияния усадки и ползучести бетона как при нормальной температуре, так и при воздействии повышенных и высоких температур.

4.10 Расчет конструкций, работающих в условиях воздействия повышенных и высоких температур, должен производиться на все возможные неблагоприятные сочетания нагрузок от собственного веса, внешней нагрузки и температуры, с учетом длительности их действия и, в случае необходимости, после остывания.

Расчет конструкции с учетом воздействия повышенных и высоких температур необходимо производить для следующих основных расчетных стадий работы:

кратковременный нагрев – первый разогрев конструкции до расчетной температуры;

длительный нагрев – воздействие расчетной температуры в период эксплуатации.

Расчет статически определимых конструкций по предельным состояниям первой и второй групп (за исключением расчета по образованию трещин) следует вести только для стадии длительного нагрева. Расчет по образованию трещин необходимо производить для стадий кратковременного и длительного нагрева с учетом усилий, возникающих от распределения температуры бетона по высоте сечения элемента.

Расчет статически неопределимых конструкций и их элементов по предельным состояниям первой и второй групп должен производиться:

а) на кратковременный нагрев конструкции по режиму согласно СНиП 3.03.01, когда возникают наибольшие усилия от воздействия температуры. При этом жесткость элементов конструкции определяется от кратковременного действия всех нагрузок и нагрева;

б) на длительный нагрев – при воздействии на конструкцию расчетной температуры в период эксплуатации, когда происходит снижение прочности и жесткости элементов в результате воздействия длительного нагрева и нагрузки. При этом жесткость элементов определяется от длительного воздействия всех нагрузок и нагрева.

4.11 Определение усилий в статически неопределимых конструкциях от внешней нагрузки, собственного веса и воздействия повышенных и высоких температур производят по правилам строительной механики методом последовательных приближений. При этом жесткость элементов определяют с учетом неупругих деформаций и наличия трещин в бетоне от одновременного действия внешней нагрузки, собственного веса и температуры.

4.12 При кратковременном нагреве усилия от воздействия температуры в элементах статически неопределимых конструкций должны определяться в зависимости от состава бетона (таблица 5.1) и температуры нагрева, вызывающей наибольшие усилия:

а) при нагреве бетона № 1 свыше 50 до 250 С – по расчетной температуре;

б) при нагреве бетонов № 2–11, 23 и 24 свыше 200 до 500 С – по расчетной температуре; при нагреве свыше 500 С – при 500 С;

в) при нагреве бетонов № 12–21, 29 и 30 свыше 200 до 400 С – по расчетной температуре, при нагреве свыше 400 С – при 400 С.

4.13 Температура бетона в сечениях конструкций от нагрева при эксплуатации должна определяться теплотехническим расчетом установившегося теплового потока при заданной по проекту расчетной температуре рабочего пространства или воздуха производственного помещения.

Для конструкций, находящихся на наружном воздухе, наибольшие температуры нагрева бетона и арматуры определяют по расчетной летней температуре наружного воздуха, принимаемой по средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца в районе строительства по СНиП 23-01. Вычисленные температуры не должны превышать предельно допустимых значений температур применения бетона по ГОСТ 20910 и арматуры по таблице 5.10.

4.14 При расчете статически неопределимых конструкций, работающих в условиях воздействия температур, теплотехнический расчет должен производиться на расчетную температуру рабочего пространства и на температуру, вызывающую наибольшие усилия, определяемые по указаниям 4.12.

При расчете наибольших усилий от воздействия температуры в конструкциях, находящихся на наружном воздухе, температуру бетона и арматуры вычисляют по расчетной зимней температуре наружного воздуха, принимаемой по температуре наружного воздуха наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 по СНиП 23-01.

4.15 При расчете сборных железобетонных конструкций на воздействие усилий при их подъеме, транспортировании и монтаже, нагрузку от веса элементов следует принимать с коэффициентом динамичности, равным: 1,6 – при транспортировании;

1,4 – при подъеме и монтаже. Допускается принимать более низкие, обоснованные в установленном порядке, значения коэффициентов динамики, но не ниже 1,25.

СП 27.13330. 4.16 При расчете прочности железобетонных элементов на действие сжимающей продольной силы следует учитывать случайный эксцентриситет еа, принимаемый не менее: 1/600 длины элемента или расстояния между сечениями, закрепленными от смещения; 1/10 высоты сечения и не менее 10 мм.

Для элементов статически неопределимых конструкций значения эксцентриситета продольной силы относительно центра тяжести приведенного сечения ео принимают равным значению эксцентриситета, полученного из статического расчета, но не менее еа.

Для элементов статически определимых конструкций эксцентриситет ео принимают равным сумме эксцентриситетов из статического расчета конструкции, случайного и температурного от неравномерного нагрева по высоте сечения элемента.

Дополнительные указания по расчету предварительно напряженных конструкций 4.17 Расчет предварительно напряженных конструкций, работающих в условиях воздействия повышенных и высоких температур, должен производиться в соответствии с требованиями свода правил [2] и с учетом дополнительных указаний 4.18–4.23.

4.18 Температура нагрева предварительно напряженной арматуры не должна превышать предельно допустимой температуры ее применения, указанной в таблице 5.10.

4.19 Сжимающие напряжения в бетоне bp в стадии предварительного обжатия в долях передаточной прочности бетона Rbp не должны превышать при температуре нагрева предварительно напряженной арматуры:

100 С …………

В случае необходимости значения сжимающих напряжений в бетоне могут быть повышены при обеспечении надежной работы конструкции от воздействия предварительного напряжения, нагрузки и температурных усилий.

4.20 Полные потери предварительного напряжения арматуры, учитываемые при расчете конструкций, работающих в условиях воздействия температуры выше 50 С, определяются как сумма потерь:

основных – при нормальной температуре;

дополнительных – от воздействия температуры выше 50 С.

Основные потери предварительного напряжения арматуры для конструкций из обычного бетона состава № 1 и жаростойких бетонов составов № 2, 3, 6, 7, 10 и 11 по таблице 5.1 определяют как для тяжелого бетона по требованиям [2].

Потери от усадки жаростойкого бетона следует принимать на 10 МПа больше указанных в [2].

Время в сутках следует принимать: при определении потерь от ползучести – со дня обжатия бетона, при определении потерь от усадки – со дня окончания бетонирования до нагрева конструкции.

Дополнительные потери предварительного напряжения арматуры принимают по таблице 4.1.

Усадка бетона обычного состава № 1 и жаростойких бетонов составов № 2, 3, 6, 7, 10, 11 по таблице 5.1 при нагреве:

Ползучесть бетона обычного состава № 1 и жаростойких бетонов составов № 2, 3, 6, 7, 10 и 11 по таблице 5.1:

естественной влажности при нагреве:

сухого при нагреве:

Релаксация напряжений арматуры:

Разность деформаций бетона и арматуры от воздействия температуры (st – bt) tsEss Обозначения, принятые в таблице 4.1:

ts – разность между температурой арматуры при эксплуатации, определяемой теплотехническим расчетом и температурой арматуры при натяжении, которую допускается принимать равной 20 С;

bt – коэффициент, принимаемый по таблице 5.7 в зависимости от температуры бетона на уровне напрягаемой арматуры и длительности нагрева;

Еs – модуль упругости арматуры, принимаемый по таблице 5.14;

st и s – коэффициенты, принимаемые по таблице 5.13 в зависимости от температуры арматуры.

1 Потери предварительного напряжения от релаксации напряжений арматуры принимают для кратковременного и длительного нагрева одинаковыми и учитываются при температуре арматуры выше 40 С.

2 Потери предварительного напряжения арматуры от разности деформаций бетона и арматуры учитывают в элементах, выполненных из обычного бетона при нагреве арматуры выше 100 С и в элементах их жаростойкого бетона при нагреве арматуры выше 70 С.

3 Если от усилий, вызванных совместным действием нагрузки, температуры и предварительного обжатия, в бетоне на уровне арматуры в стадии эксплуатации возникают растягивающие напряжения, то дополнительные потери от ползучести бетона не учитывают.

Потери от ползучести бетона при натяжении в двухосном направлении следует уменьшить на 15 %.

4.21 Установившиеся напряжения в бетоне bp на уровне центра тяжести приведенного сечения наиболее обжимаемой зоны после проявления всех основных потерь определяют по формуле где М – момент от собственного веса элемента;

Р – усилие предварительного обжатия;

еор – эксцентриситет усилия Р относительно центра тяжести приведенного сечения;

ysp – расстояние от точки приложения усилия Р до центра тяжести сечения.

СП 27.13330. Геометрические характеристики приведенного сечения предварительно напряженного железобетонного элемента (Ared, Sred, Ired) определяют по требованиям 6.16–6.21 с учетом продольной предварительно напряженной арматуры S и S и влияния температуры на снижение модулей упругости арматуры и бетона.

4.22 Усилия от воздействия температуры в статически неопределимых предварительно напряженных конструкциях находят по указаниям 6.28 и 6.37.

При определении усилий от воздействия температуры жесткость элемента вычисляют по указаниям 8.28.

4.23 При определении общего прогиба предварительно напряженного железобетонного элемента необходимо учитывать прогиб, вызванный неравномерным нагревом бетона по высоте сечения элемента, по указаниям 8.24.

4.24 В элементах из бетона класса В30 и выше, имеющих преднапряжение sp = 0,4–0,6Rs, при нагреве арматуры остаток предварительного напряжения в арматуре можно ориентровочно определять по следующим формулам:

для стержневой класса А класса А класса А проволочной класса Вр1200–Вр1500, К1400, К где sp>0 – остаток предварительного напряжения в арматуре, % исходного ts > 20 – температура арматуры при нагреве, С.

Из формул (4.2)–(4.5) следует, что во время нагрева происходит полная потеря предварительного напряжения в стержневой арматуре класса А600 при ее нагреве свыше 210 С, класса А800 – свыше 220 С, класса А1000 – свыше 350 С и в проволочной класса Вр1200, Вр1500, К1400, К1500 – свыше 330 С.

4.25 Потери предварительного напряжения в арматуре, возникшие при нагреве, после остывания не восстанавливаются.

5 Материалы для бетонных и железобетонных конструкций Показатели качества бетона и их применение при проектировании 5.1 Для бетонных и железобетонных конструкций, предназначенных для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур, следует предусматривать:

обычный бетон – конструкционный тяжелый бетон средней плотности от 2200 до 2500 кг/м3 включительно по ГОСТ 25192;

жаростойкий бетон конструкционный и теплоизоляционный плотной структуры средней плотности 900 кг/м3 и более по ГОСТ 20910, составы которых приведены в таблице 5.1.

СП 27.13330. СП 27.13330. СП 27.13330. СП 27.13330. Жаростойкий бетон средней плотности до 1100 кг/м3 включительно следует предусматривать преимущественно для ненесущих ограждающих конструкций и в качестве теплоизоляционных материалов.

Жаростойкий бетон средней плотности более 1100 кг/м3 надлежит предусматривать для несущих конструкций.

5.2 При проектировании бетонных и железобетонных конструкций, работающих в условиях воздействия повышенных и высоких температур, в зависимости от их назначения и условий работы должны устанавливаться показатели качества бетона, основными из которых являются:

а) класс бетона по прочности на сжатие В;

б) класс обычного бетона по прочности на осевое растяжение Вt (назначается в случаях, когда эта характеристика имеет главенствующее значение и контролируется на производстве);

в) класс жаростойкого бетона по предельно допустимой температуре применения согласно ГОСТ 20910 (должен указываться в проекте во всех случаях);

г) марка жаростойкого бетона по термической стойкости в водных Т 1 и в воздушных Т2 теплосменах (назначается для конструкций, к которым предъявляются требования по термической стойкости);

д) марка по водонепроницаемости W (назначается для конструкций, к которым предъявляются требования по ограничению водонепроницаемости);

е) марка по морозостойкости F (назначается для конструкций, которые в период строительства или при остановке теплового агрегата могут подвергаться эпизодическому воздействию температуры ниже 0 С);

ж) марка по средней плотности D (назначается для конструкций, к которым кроме конструктивных предъявляются требования теплоизоляции, и контролируется при их изготовлении).

5.3 Для бетонных и железобетонных конструкций, предназначенных для работы в условиях систематического воздействия повышенных и высоких температур, предусматривают бетоны:

а) классов по прочности на сжатие:

обычный бетон составов №1 и №1а по таблице 5.1 – от В20 до В60;

жаростойкие бетоны составов по таблице 5.1:

№ 12, 13, 14, 15 – от В12,5 до В25;

№ 4, 5, 8, 9, 16–18, 23, 29 – от В12,5 до В20;

№ 22, 24, 30, 32, 35–37 – от В1 до В5;

П р и м е ч а н и е – Возможно применение высокопрочных бетонов классов по прочности на сжатие от В60 до В80, но при условии опытной проверки изменения их физико-механических свойств при температурных воздействиях.

б) обычный бетон классов по прочности на осевое растяжение: составов №1 и №1а по таблице 5.1 от Bt0,8 до Bt3,2 включительно;

в) жаростойкий бетон марок по термической стойкости:

СП 27.13330. в водных теплосменах составов № 2–21, 23 и 29 по таблице 5.1 – Т15, Т110, Т115, Т125;

в воздушных теплосменах составов № 22, 24, 27, 30, 32, 35–37 по таблице 5.1 – Т210, Т215, Т220, Т225.

Для бетонов других составов марка по термической стойкости в водных и воздушных теплосменах не нормируется;

г) марок по водонепроницаемости:

обычный бетон составов №1, №1а и жаростойкие бетоны составов № 2–21, 23, 29 по таблице 5.1 – W2, W4, W6, W8.

Для бетона других составов марка по водонепроницаемости не нормируется;

д) марок по морозостойкости:

обычный бетон составов № 1, № 1а и жаростойкие бетоны составов № 2–21, 23 и 29 по таблице 5.1 – F25, F35, F50, F75.

Для бетона других составов марка по морозостойкости не нормируется;

е) жаростойкий бетон марок по средней плотности составов по таблице 5.1:

№ 23,29 – D1700, D1600, D1500;

№ 24, 30 – D 1400, D1300, D1200;

№ 22, 24, 26, 28, 30, 32, 33, 36 – D1100;

№ 25, 27, 32, 34, 35, 37 – D1000;

Для бетона других составов марка по средней плотности не нормируется.

5.4 Возраст бетона, отвечающий его классу и марке, назначается при проектировании исходя из реальных сроков фактического загружения проектными нагрузками и нагрева конструкции, способов их возведения и условий твердения. При отсутствии этих данных класс бетона устанавливается в возрасте 28 сут.

Значение отпускной прочности бетона в элементах, выполненных из обычного тяжелого бетона, устанавливается по ГОСТ 13015 и жаростойкого бетона – по ГОСТ 20910.

Для железобетонных конструкций из обычного тяжелого бетона, работающих в условиях воздействия повышенных температур, класс бетона по прочности на сжатие рекомендуется принимать:

для железобетонных элементов, рассчитываемых на воздействие многократно повторяющейся нагрузки, – не ниже В25;

для железобетонных сжатых стержневых элементов из тяжелого бетона – не ниже В20;

для сильно нагруженных сжатых стержневых элементов (например для колонн, воспринимающих значительные крановые нагрузки, и колонн нижних этажей многоэтажных зданий) – не ниже В30.

5.5 Для железобетонных конструкций из жаростойкого бетона, работающих в условиях воздействия высоких температур, рекомендуется принимать класс бетона по прочности на сжатие не ниже В12,5.

Для предварительно напряженных железобетонных конструкций из обычного и жаростойкого бетонов, работающих в условиях воздействия повышенных и высоких температур, класс бетона по прочности на сжатие должен приниматься в зависимости от вида и класса напрягаемой арматуры, ее диаметра и наличия анкерных устройств, но не менее В25.

Для бетонных и железобетонных конструкций, работающих в условиях воздействия высоких температур:

жаростойкие бетоны составов № 2–21, 23 и 29 по таблице 5.1 должны иметь марку по термической стойкости в водных теплосменах, не менее, при нагреве:

постоянном …………………………………………………………………………. Т15, циклическом …………………………………………………………………………. Т115, циклическом, с резким охлаждением воздухом или водой ………………………. Т125;

жаростойкие бетоны составов № 22, 24, 27, 30, 32, 35–37 по таблице 5.1 должны иметь марку по термической стойкости в воздушных теплосменах, не менее, при нагреве:

Для железобетонных конструкций из обычного бетона состава № 1 и жаростойких бетонов составов № 2–21, 23 и 29 по таблице 5.1 марки по водонепроницаемости должны быть не менее:

для фундаментов, боровов и других сооружений, находящихся под землей ниже уровня грунтовых вод ……………………………………………………………………….W6;

для тепловых агрегатов и других сооружений, находящихся над землей и подвергающихся атмосферным осадкам ……………………………………………….W10.

Для бетонных и железобетонных конструкций, работающих в условиях воздействия повышенных и высоких температур, которые в период строительства или при остановке теплового агрегата могут подвергаться эпизодическому воздействию температуры ниже 0 С в условиях воздушно-влажностного состояния, обычный бетон состава № 1 и жаростойкие бетоны составов № 2, 3, 6, 7, 13, 20, 21 по таблице 5. должны иметь марку по морозостойкости не ниже F25.

Требования к конструкциям и изделиям из жаростойкого бетона, предназначенным для эксплуатации в условиях воздействия агрессивной среды и высокой температуры, должны устанавливаться в соответствии с требованиями СП 28.13330 в зависимости от степени агрессивности среды и условий эксплуатации.

В конструкциях и изделиях, предназначенных для работы в условиях воздействия высокой температуры и агрессивной среды, должен применяться жаростойкий бетон, наиболее стойкий в агрессивной среде:

нейтральной и щелочной газовой – жаростойкий бетон на портландцементе и шлакопортландцементе;

кислой газовой и в расплавах щелочных металлов – жаростойкий бетон на жидком стекле;

углеродной и фосфорной газовой – жаростойкий бетон на высокоглиноземистом и глиноземистом цементах и фосфатных связках, на алюмосиликатных заполнителях с содержанием в них окиси железа Fe2O3 не более 1,5 %;

водородной газовой – жаростойкий бетон на высокоглиноземистом цементе с заполнителями, содержащими окись алюминия Al2O3, не более 7 %.

Для конструкций, работающих в условиях воздействия повышенных температур и попеременного увлажнения, рекомендуется применять обычный бетон класса по прочности на сжатие не менее В25 и марки по водонепроницаемости не менее W6 при нагреве до 120С включительно и не менее W8 при нагреве свыше 120 С.

5.6 При неравномерном нагреве бетона по высоте сечения элементов конструкций, в которых напряжения сжатия в бетоне от собственного веса и нагрузки составляют до 0,1 МПа включительно, а также элементов конструкций, в которых СП 27.13330. усилия возникают только от воздействия температуры, предельно допустимая температура применения бетона устанавливается по ГОСТ 20910.

При неравномерном и равномерном нагреве по высоте сечения элементов конструкций, в которых напряжения сжатия и жаростойком бетоне от собственного веса и нагрузки составляют более 0,1 МПа, предельно допустимая температура применения бетона устанавливается расчетом.

При воздействии температур, превышающих значения, указанные в ГОСТ 20910, необходимо предусматривать устройство защитных слоев (футеровок).

5.7 Для замоноличивания стыков элементов сборных железобетонных конструкций проектную марку раствора следует устанавливать в зависимости от условий работы соединяемых элементов, но принимать не ниже М50.

5.8 Для замоноличивания стыков элементов сборных железобетонных конструкций, которые в процессе эксплуатации или монтажа на наружном воздухе могут подвергаться воздействию отрицательных температур, следует применять растворы проектных марок по морозостойкости и водонепроницаемости не ниже принятых для стыкуемых элементов.

Нормативные и расчетные характеристики бетона 5.9 Основными прочностными характеристиками бетона являются нормативные сопротивления бетона осевому сжатию Rbn и нормативные сопротивления бетона осевому растяжению Rbtn, приведенные в таблице 5.2.

Нормативные значения сопротивления бетона осевому сжатию (или призменная прочность) определяют по формуле назначении класса бетона по прочности на сжатие определяют по формуле В формулах (5.1) и (5.2) RВ – сопротивление бетона, численно равное классу бетона по прочности на сжатие В.

Вид сопротивления 5.10 Расчетные значения сопротивления бетона осевому сжатию Rb и осевому растяжению Rbt (таблица 5.2) определяют по формулам:

Значения коэффициентов надежности по бетону при сжатии:

b = 1,3 – для предельных состояний первой группы по несущей способности;

b = 1,0 – для предельных состояний второй группы по эксплуатации Значения коэффициентов надежности по бетону при растяжении:

bt = 1,5 – для предельных состояний первой группы по несущей способности при назначении класса бетона по прочности на сжатие;

bt = 1,0 – для предельных состояний второй группы по эксплуатационной пригодности.

В некоторых случаях расчетные значения прочностных характеристик бетона умножают на следующие коэффициенты условия работы:

b1 = 0,9 – при продолжительном действии нагрузки;

b2 = 0,85 – для конструкций, бетонируемых в вертикальном положении.

5.11 Влияние температуры на изменение прочности бетона при сжатии учитывают умножением прочностных характеристик бетона на коэффициент условия работы бетона при сжатии bt (таблица 5.3).

Расчетные сопротивления сжатию:

для предельных состояний первой группы для предельных состояний второй группы Значения коэффициента условия работы бетона при сжатии bt принимают по таблице 5.3 в зависимости от температуры в середине высоты:

сжатой зоны бетона при расчете по формулам (7.1, 7.6, 7.7, 7.12–7.14, 7.23, 7.27, 7.28);

полки и ребра сжатой зоны – по формулам (7.8– 7.10);

части сечения – по формуле (6.17);

сечения – по формуле (7.29);

центра тяжести приведенного сечения – по формуле (6.16).

5.12 Влияние температуры на изменение прочности бетона при растяжении учитывают умножением прочностных характеристик бетона на коэффициент условия работы бетона при растяжении tt (таблица 5.3).

Расчетные сопротивления растяжению:

для предельных состояний первой группы для предельных состояний второй группы Значение коэффициента условия работы бетона при растяжении tt принимают по таблице 5.3 в зависимости от температуры бетона:

в центре тяжести сечения при расчете – по формулам (7.3, 7.31, 7.35, 7.37, 7.39, 7.53, 7.59);

на уровне растянутой арматуры – по формулам (8.3, 8.9, 8.15);

в зоне анкеровки – по формуле (9.2);

у нижней полки металлической балки – по формуле (10.49).

СП 27.13330. лице 5. 4–11, 23, 12–15, 1 При расчете на длительный нагрев несущих конструкций, срок службы которых не превышает 5 лет, коэффициент bt следует увеличить на 15 %, но он не должен превышать величины bt при расчете на кратковременный нагрев.

2 Для конструкций, которые во время эксплуатации подвергаются циклическому нагреву, коэффициенты bt и b следует снизить на 15 % и коэффициент tt – на 20 %.

Деформационные характеристики бетона 5.13 Основными деформационными характеристиками бетона являются значения:

предельных относительных деформаций бетона при осевом сжатии b0 и растяжении bt0;

начального модуля упругости бетона Еb;

коэффициента ползучести b,cr;

коэффициента поперечной деформации (коэффициент Пуассона) b.p;

коэффициента линейной температурной деформации bt;

коэффициента температурной усадки бетона сs.

5.14 При кратковременном действии нагрузки и температуры в расчетах используют начальный модуль упругости бетона Eb (таблица 5.4).

Номера составов и средняя Начальные модули упругости бетона при сжатии и растяжении принимаются равными плотность бетона в кг/м3 Еb·103 (МПа) при классе бетона по прочности на сжатие 1–3, 6, 7, 13, 20, Подвергнутые при атмосферном давлении 2200– При кратковременном нагреве значения начального модуля упругости бетона определяют по формуле Значение коэффициента b принимают по таблице 5.3 в зависимости от температуры бетона:

в центре тяжести сечения при расчете по формулам (6.16, 6.17, 6.48, 7.19, 8.39);

в середине высоты сечения – (10.9, 10.11, 10.12, 10.18, 10.29);

на уровне растянутой арматуры – (8.6, 8.7);

крайнего волокна бетона – (5.11, 8.47).

5.15 При длительном действии нагрузки и температуры значения начального модуля деформаций бетона Eb определяют по формуле Коэффициент ползучести бетона b,cr получен как отношение полных относительных деформаций сжатия бетона при длительном воздействии температуры к упругим деформациям бетона естественной влажности до воздействия температуры (таблица 5.5).

Значения коэффициента ползучести бетона b,cr принимают для длительного нагрева в зависимости от температуры бетона:

в центре тяжести приведенного сечения при расчете по формулам (5.10, 6.16, 6.17, 6.20, 6.21);

в середине высоты сечения – по формулам (10.11, 10.12, 10.18, 10.29).

СП 27.13330. Номера составов Коэффициент ползучести бетона b,cr при длительном нагреве бетона, С 5.16 При расчете прочности, образования и раскрытия трещин и деформаций железобетонных конструкций с учетом влияния температуры по деформационной модели для оценки напряженно-деформируемого состояния сжатого бетона как наиболее простая может быть использована двухлинейная диаграмма состояния бетона (рисунок 5.1).

При трехлинейной диаграмме (рисунок 5.1, а) сжимающие напряжения бетона b в зависимости от относительных деформаций укорочения бетона b определяют по формулам:

Значения напряжения b1 принимают:

Значения относительных деформаций bl принимают При двухлинейной диаграмме (рисунок 5.1, б) сжимающие напряжения бетона b в зависимости от относительных деформаций b определяют по формулам:

Значение приведенного модуля упругости Eb,red,t определяют по формуле Растягивающие напряжения бетона bt в зависимости от относительных деформаций растяжения bt определяют по диаграмме на рисунке 5.1. При этом расчетные сопротивления бетона сжатию Rb заменяют на расчетные значения сопротивления растяжению Rbt.

5.17 Относительные деформации бетона при сжатии и растяжении в зависимости от температуры бетона при кратковременном и длительном воздействии температуры и нагрузки даны в таблице 5.6. Температуру бетона при определении напряженнодеформированного состояния сжатого бетона принимают по наименьшей температуре сжатого бетона и при определении напряженно-деформируемого состояния растянутого бетона – по наибольшей температуре растянутого бетона.

5.18 При расчете железобетонных элементов по нелинейной деформационной модели строят двухлинейную диаграмму состояния бетона с деформационными характеристиками, отвечающими:

кратковременному воздействию температуры и нагрузки – используют при расчете прочности и раскрытия нормальных трещин для определения напряженнодеформируемого состояния сжатой зоны бетона, а также при расчете трещинообразования для определения напряженно-деформируемого состояния растянутого бетона при упругой работе сжатого бетона;

кратковременному и длительному воздействию температуры и нагрузки – используют при расчете деформаций для определения напряженно-деформируемого состояния сжатого бетона.

Трехлинейную диаграмму состояния бетона с деформационными характеристиками, отвечающими:

кратковременному воздействию температуры и нагрузки – используют при расчете трещинообразования;

кратковременному и длительному воздействию температуры и нагрузки – используют при расчете деформаций железобетонных элементов без трещин, для определения напряженного деформируемого состояния сжатого бетона.

СП 27.13330. бетона по бетона, нагружение таблице 5.1 С 4–11, 23, 5.19 Коэффициент линейной температурной деформации бетона bt в зависимости от температуры следует принимать по таблице 5.7. Коэффициент bt определен с учетом температурной усадки бетона при кратковременном и длительном нагреве. При необходимости определения температурного расширения бетона при повторном воздействии температуры после кратковременного или длительного нагрева к коэффициенту линейной температурной деформации bt следует прибавить абсолютное значение коэффициента температурной усадки бетона cs для кратковременного или длительного нагрева соответственно.

5.20 Коэффициент температурной усадки бетона cs принимают по таблице 5.8.

Коэффициент температурной усадки бетона принят:

при кратковременном нагреве для подъема температуры на 10 С/ч и более;

при длительном нагреве – в зависимости от воздействия температуры во время эксплуатации.

5.21 Марку по средней плотности бетона естественной влажности принимают по таблице 5.1. Среднюю плотность бетона в сухом состоянии при его нагреве выше 100 С уменьшают на 150 кг/м3. Среднюю плотность железобетона при 3 % принимают на 100 кг/м3 больше средней плотности соответствующего состояния бетона.

5.22 Коэффициент теплопроводности бетона в сухом состоянии принимают по таблице 5.9 в зависимости от средней температуры бетона в сечении элемента. Коэффициент теплопроводности огнеупорных и теплоизоляционных материалов принимают по таблице 6.2.

составов бетона по таблице 5. П р и м е ч а н и е – Для бетонов состава № 1 с карбонатным щебнем (доломит, известняк) коэффициент bt увеличивается на 1· 10-6 · град-1.

СП 27.13330. бетона по таблице 5.1 Расчет на нагрев П р и м е ч а н и е – Значение коэффициента cs принимают со знаком «минус».

Номера составов бетона Окончание таблицы 5. Номера составов бетона 1 Коэффициенты теплопроводности бетонов составов № 23 и № 29 приведены: над чертой для бетонов со средней плотностью 1350, под чертой 1550; для бетонов составов № 24 и № 30 соответственно 950 и 1250 кг/м3.

Если средняя плотность бетона отличается от указанных величин, то в этом случае коэффициент теплопроводности принимают интерполяцией.

2 Коэффициент теплопроводности обычного и жаростойкого бетонов с естественной влажностью после нормального твердения или тепловой обработки при атмосферном давлении и средней температуре бетона в сечении элемента до 100 С следует принимать по данным таблицы, увеличенным на 30 %.

Показатели качества арматуры 5.23 Для армирования температуростойких железобетонных конструкций применяют арматуру, отвечающую требованиям соответствующих государственных стандартов ГОСТ 5781, ГОСТ 10884, ГОСТ 6727, ГОСТ 4543, ГОСТ 5949 и технических условий СТО АСЧМ 7 [3], следующих классов и марок:

стержневая арматурная сталь:

горячекатаная гладкого профиля класса А240, периодического профиля с постоянной и переменной высотой выступов (соответственно кольцевой и серповидный профили) классов: А300, А400, А500, А600, А800, А1000;

холоднодеформируемая периодического профиля класса В500;

проволочная арматурная сталь:

холоднотянутая высокопрочная гладкая и периодического профиля классов Вр1200 – Вр1500;

арматурные канаты спиральные семипроволочные классов: К-1400 (К-7), К- (К-7) и девятнадцатипроволочные класса К-1500 (К-19).

Для железобетонных конструкций из жаростойкого бетона при нагреве арматуры выше 400 С предусматривают стержневую арматуру и прокат из:

легированной стали марки 30ХМ;

коррозионно-стойких жаростойких и жаропрочных сталей марок 12Х13, 20Х13, 08Х17Т, 12Х189Н9Т, 20Х23Н18, 45Х14Н14В2М.

5.24 Из-за развития пластических деформаций и изменения структуры стали температура применения арматуры лимитируется согласно таблице 5.10. В предварительно напряженной арматуре с повышением температуры происходят дополнительные потери предварительного напряжения, что еще более ограничивает допускаемую температуру нагрева преднапряженной арматуры.

СП 27.13330. Вид и класс арматуры, марка стали и проката Стержневая арматура классов:

Проволочная арматура классов:

Прокат из стали марок:

Стержневая арматура и прокат из стали марок:

Нормативные и расчетные характеристики арматуры 5.25 Основной прочностной характеристикой арматуры является нормативное сопротивление напряжению Rsn, принимаемое равным гарантированному значению предела текучести с обеспеченностью не менее 0,95 (таблица 5.11). Нормативные значения сопротивления сжатию Rscn принимают равным нормативным значениям сопротивления растяжению, но не более значений, отвечающих предельным деформациям сжатого бетона, окружающего сжатую арматуру. Нормативные сопротивления проката из стали марок ВСт-3 принимают по СП 16.13330.

5.26 Расчетные значения сопротивления арматуры Rs определяют по формуле Коэффициент надежности s по арматуре для предельных состояний первой группы принимают равным:

s = 1,1 – для арматуры классов А240, А300, А400, А500;

s = 1,15 – для арматуры классов А600, А800;

s = 1,2 – для арматуры классов А1000, В500, Вр1200-Вр1500, К1400, К1500;

s = 1,3 – для арматуры марок 30ХМ, 12Х13, 20Х13, 12Х18Н9Т, 20Х23Н18, 45Х14Н14В2М, 08Х17Т.

Расчетные сопротивления продольной арматуры растяжению Rs и сжатию Rcs для предельных состояний первой группы приведены в таблице 5.12, для предельных состояний второй группы приведены в таблице 5.11 (с округлением значений).

Расчетные значения сопротивления поперечной арматуры (хомутов и отогнутых стержней) Rsw снижают по сравнению с Rs путем умножения на коэффициент условия работы s1 = 0,8, но принимают не более 300 МПа.

5.27 Влияние температуры на изменение нормативных и расчетных сопротивлений арматуры учитывают умножением прочностных характеристик арматуры при растяжении и сжатии на коэффициент условия работы арматуры st, определяемый по таблице 5.13.

Расчетные сопротивления продольной арматуры Расчетные сопротивления поперечной арматуры:

Значения коэффициентов условия работы арматуры st принимают по таблице 5.13 в зависимости:

от температуры в центре тяжести растянутой арматуры при расчете по формулам (5.17, 7.5, 7.7, 7.8, 7.10, 7.11, 7.13, 7.14, 7.24, 7.26, 7.28, 7.43, 8.48);

сжатой арматуры – по формулам (5.17, 7.6–7.10, 7.12–7.14, 7.23, 7.25, 7.27, 7.28);

максимальной ts поперечной – по формулам (7.33, 7.57);

косвенной арматуры – по формуле (7.50);

в зоне анкеровки – по формулам (9.1, 9.4).

СП 27.13330. 20Х23Н18, 12Х18Н9Т, П р и м е ч а н и е – Значения Rsc в скобках используют только при расчете на кратковременное воздействие усилий.

Вид и класс арматуры, арматуры и проката А240, ВСт3кп2, ВСт3Гпс5, ВСт3сп5, ВСт3пс А240, В500, Вр1200Вр1500, ВСт3пс5, ВСт3пс6, К1400, К А300, А400, А А600, А800, А Окончание таблицы 5. Вид и класс арматуры, арматуры и проката 20Х23Н 12Х18Н9Т, 08Х17Т 45Х14Н14В2М А600, А800, А1000, В1200-Вр1500, К1400, К1500, ВСт3Гпс5, 30ХМ, 12Х13, 20Х13, 20Х23Н18, 12Х18Н9Т, 45Х14Н14В2М Деформационные характеристики арматуры характеристиками арматуры являются значения относительных деформаций удлинения арматуры s0 при достижении напряжениями расчетного сопротивления Rst и модуля упругости арматуры Еst и коэффициента линейного температурного расширения арматуры st. Значения относительных деформаций арматуры s0 определяют как упругие при значении сопротивления арматуры Rst.

Значения модуля упругости арматуры Еs принимают одинаковыми при растяжении и сжатии (таблица 5.14).

СП 27.13330. А400, А500, Вр1200–Вр1500, 20Х23Н18, 08Х17Т, 5.29 Влияние температуры на изменения модуля упругости арматуры учитывают умножением модуля упругости арматуры Еs на коэффициент s Значения коэффициента s принимают по таблице 5.13 в зависимости от температуры в центре тяжести:

растянутой арматуры – при расчете по формулам (5.18, 6.20, 7.5, 7.19, 8.10, 8.13, 8.15, 8.37, 8.47);

сжатой арматуры – по формулам (5.18, 6.21, 8.14, 8.38).

5.30 В качестве расчетной диаграммы состояния (деформирования) арматуры, устанавливающей связь между напряжениями st и относительными деформациями s арматуры, принимают двухлинейную диаграмму (рисунок 5.2), которую используют при расчете железобетонных элементов по деформационной модели. Диаграммы состояния арматуры при растяжении и сжатии принимают одинаковыми.

Рисунок 5.2 – Двухлинейная диаграмма растянутой арматуры Напряжения в арматуре s определяют в зависимости от относительных деформаций s согласно диаграмме состояния арматуры по формулам:

Значение относительной деформации s2 = 0,025.

Значения Еst принимают по формуле (5.23) и Rst – по формуле (5.20).

5.31 С повышением температуры коэффициент температурного расширения арматуры st увеличивается и значения его принимают по таблице 5.13 в зависимости от класса и марки арматуры и температуры ее нагрева.

6 Расчет элементов бетонных и железобетонных конструкций на воздействие температуры Расчет температуры в бетоне железобетонных конструкций 6.1 Расчет распределения температуры в железобетонных конструкциях производят для установившегося теплового потока методом расчета температуры ограждающих конструкций. Температуру арматуры в сечениях железобетонных конструкций принимают равной температуре бетона в месте ее расположения.

6.2 Для конструкций, находящихся на открытом воздухе, коэффициент теплоотдачи наружной поверхности е, Вт/(м2·С), в зависимости от преобладающей скорости ветра зимой и летом определяется по формуле где – скорость ветра, м/с.

При определении наибольших усилий в конструкции от воздействия температуры, а также при определении максимальной температуры нагрева бетона и арматуры исходят из максимальной средних скоростей ветра (румбы) за июль или январь, повторяемость которых составляет 16 % и более, согласно СНиП 23-01, но не менее 1 м/с.

6.3 Температуру бетона в сечениях конструкций при его нагреве в процессе эксплуатации определяют теплотехническим расчетом установившегося потока тепла при заданной по проекту расчетной температуре рабочего пространства или воздуха производственного помещения. Для конструкций, находящихся на открытом воздухе, наименьшие и наибольшие температуры бетона и арматуры определяют соответственно при минимальной зимней и максимальной летней температурах наружного воздуха района строительства.

6.4 Теплотехнический расчет статически неопределимых конструкций, работающих в условиях температурных воздействий, производят на расчетную температуру, вызывающую наибольшие усилия (в 4.12). При расчете наибольших усилий от температурных воздействий в конструкциях, находящихся на открытом воздухе, температуру бетона вычисляют соответственно по расчетной летней или зимней температуре наружного воздуха.

6.5 Коэффициент теплопроводности бетона, Вт/(мС), в сухом состоянии принимают в зависимости от средней температуры бетона в сечении элемента (таблица 5.9).

Для конструкций, находящихся в помещении или на воздухе, но защищенных от воздействия ветра, коэффициент теплоотдачи наружной поверхности е принимают в зависимости от температуры наружной поверхности и воздуха по таблице 6.1.

Значения коэффициентов теплоотдачи наружной е и внутренней i поверхностей Коэффициенты 6.6 Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности конструкции i находят методом расчета теплопередачи как для случая сложного теплообмена, и при определении распределения температуры бетона по сечению элемента допускают его СП 27.13330. принимать в зависимости от температуры воздуха производственного помещения или рабочего пространства теплового агрегата, как для е.

6.7 Термическое сопротивление R0 (м2·С/Вт) невентилируемой воздушной прослойки принимают независимо от ее толщины и направления равным 0,140 при 50 С; 0,095 – при 100 С; 0,035 – при 300 С и 0,013 – при 500 С.

6.8 При стационарном нагреве конструкции, состоящей из n-слоев, со стороны более нагретой поверхности температуру материала tn между слоями n–1 и n определяют по формуле температуру материала более нагретой поверхности tb – по формуле а температуру материала менее нагретой поверхности tes – по формуле В трехслойной конструкции температуру материала между первым и вторым слоями, считая слои от более нагретой поверхности, вычисляют по формуле а между вторым и третьим слоями – по формуле Температура менее нагретой поверхности третьего слоя равна Тепловой поток Q (Вт/м2) определяют из выражения где ti – температура воздуха производственного помещения или рабочего пространства теплового агрегата;

tе – температура наружного воздуха.

Сопротивление теплопередаче R0 (м2·С/Вт) многослойной конструкции равно R1, R2, …, Rn-1, Rn – термическое сопротивление материала в отдельных слоях 1, 2, …, n-1, n – толщина отдельных слоев, м;

1, 2, …, n-1, n – коэффициенты теплопроводности материалов в слоях конструкции, принимаемые в зависимости от средней температуры слоя, Вт/(м · С).

6.9 При расчете распределения температуры по толщине конструкции необходимо учитывать различие площадей теплоотдающей внутренней и наружной поверхностей:

при круговом очертании, если толщина стенки более 0,1 наружного диаметра;

при квадратном или прямоугольном очертании, если толщина стенки более 0, длины большей стороны;

при произвольном очертании, если разница в площадях теплоотдающих внутренней и наружной поверхностей более 10 %.

Для трехслойной конструкции ограждения с учетом различия в площадях теплоотдающих внутренней Ais и наружной Aes поверхностей:

температура материала более нагретой поверхности температура материала между первым и вторым слоями температура материала между вторым и третьим слоями температура менее нагретой поверхности третьего слоя Сопротивление теплопередачи конструкции рассчитывают по формуле где Ais и Aes – расчетные площади теплоотдающих внутренней и наружной А1 и А2 – расчетные площади конструкции на границе между первым и вторым и 6.10 Вычисленные температуры не должны превышать предельно допустимые температуры применения бетона по ГОСТ 20910 и арматуры по таблице 5.10.

6.11 В ребристых конструкциях, когда наружные поверхности бетонных ребер и тепловой изоляции совпадают, расчет температуры в бетоне производят по сечению ребра. Если бетонные ребра выступают за наружную поверхность тепловой изоляции, расчет температуры в бетоне ребра выполняют по методам расчета температурных полей или по соответствующим нормативным документам.

6.12 Расчет распределения температур в стенках боровов и каналов, расположенных под землей, допускается производить:

для кратковременного нагрева – принимая сечение по высоте стен неравномерно нагретым с прямолинейным распределением температур бетона и коэффициента теплоотдачи наружной поверхности стенки е – по таблице 6.1;

СП 27.13330. для длительного нагрева – принимают сечение по высоте стен равномерно нагретым.

6.13 Коэффициент теплопроводности огнеупорных и теплоизоляционных материалов принимают по таблице 6.2.

Изделия огнеупорные Изделия огнеупорные высокоглиноземистые Изделия огнеупорные Изделия высокоогнеупорные периклазохромитовые Изделия высокоогнеупорные хромомагнезитовые Изделия пенодиатомитовые теплоизоляционные Изделия диатомитовые теплоизоляционные Маты минераловатные металлической сетке Маты минераловатные теплоизоляционные из синтетическом связующем Маты теплоизоляционные из ваты каолинового состава Окончание таблицы 6. Изделия из стеклянного штапельного волокна Перлитофосфогелевые изделия без гидроизоляционно-упрочняющего кремнеземного волокна Изделия муллитокремнеземистые огнеупорные волокнистые теплоизоляционные марки МКРВ - Диатомитовая крошка Вермикулит вспученный П р и м е ч а н и е – Коэффициент теплопроводности огнеупорных (позиции 1–13) и теплоизоляционных (позиции 14–54) материалов с естественной влажностью при средней температуре нагрева материала в сечении элемента до 100 С следует принимать по табличным данным, с увеличением соответственно на 20 и 10 %.

СП 27.13330. Расчет деформаций от воздействия температуры 6.14 Расчет деформаций, вызванных нагреванием и охлаждением бетонных и железобетонных элементов, должен производиться в зависимости от наличия трещин в растянутой зоне бетона и распределения температуры бетона по высоте сечения элемента.

6.15 При расчете элементов, подвергающихся нагреву, положение центра тяжести всего сечения бетона или его сжатой зоны, а также статический момент и момент инерции всего сечения следует определять, приводя все сечение к ненагретому, более прочному бетону.

6.16 Для элемента, выполненного из одного вида бетона, если температура бетона наиболее нагретой грани не превышает 400 С, сечение не разбивают на части и момент инерции приведенного сечения принимается равным При кратковременном нагреве приведенная площадь бетона где Ebt – модуль упругости нагретого бетона определяют по формуле (5.9).

6.17 Когда температура бетона наиболее нагретой грани сечения превышает 400 С в прямоугольном сечении элемента, выполненном из одного вида бетона, сечение по высоте разбивают на две части, линия раздела должна проходить по бетону, имеющему температуру 400 С. В двутавровых и тавровых сечениях элементов, выполненных из одного вида бетона, линия раздела должна проходить по границе между ребром и полкой. В элементе, сечение которого по высоте состоит из различных видов бетона, линия раздела должна проходить по границе бетонов.

При кратковременном нагреве приведенная площадь Ared,i i-й части сечения, на которое разбивают все сечение элемента, определяют по формуле где Ebt,i – модуль упругости бетона i-й части сечения определяют по формуле (5.9), в которой коэффициент bi принимают в зависимости от состава и температуры бетона в центре тяжести площади i-й части сечения. Коэффициент bi допускается определять в зависимости от средней температуры бетона i-й 6.18 Для элемента, сечение которого по высоте состоит из трех видов бетона или двутаврового сечения, выполненного из одного вида бетона, если температура бетона наиболее нагретой грани превышает 400 С, сечение разбивают на три части (рисунок 6.1).

6.19 Во всех случаях расчета арматуру рассматривают как самостоятельную часть сечения. Площадь нагретой растянутой As и сжатой As' арматуры приводят к ненагретому, более прочному бетону по формулам:

где As,red, As',red – соответственно приведенная площадь растянутой и сжатой арматуры.

Коэффициенты приведения арматуры к более прочному бетону:

растянутой арматуры:

сжатой арматуры:

где Est, Est' – модули упругости растянутой и сжатой арматуры, которые определяются 6.20 Приведенный момент инерции i-й части сечения Расстояние от центра тяжести i-той части сечения до наименее нагретой грани элемента, относительно которой определяют центр тяжести сечения Расстояние от центра тяжести i-той части сечения до центра тяжести всего приведенного сечения 6.21 Температурное удлинение центра тяжести i-й части бетонного сечения (рисунок 6.2) и его температурная кривизна где bti, bti+1 – коэффициенты, принимаемые по таблице 5.7 в зависимости от температуры бетона более и менее нагретой грани i-й части сечения.

С учетом каждой части сечения бетона и арматуры определяют площадь Ared, статический момент Sred и момент инерции Ired всего приведенного сечения относительно его центра тяжести:

где Расстояние от центра тяжести приведенного железобетонного сечения до наименее нагретого или наиболее растянутого волокна определяют по формуле СП 27.13330. а – на 2 части; б – на 3 части; в – на 4 части; Ц.Т. – центр тяжести приведенного сечения;

tb1, tb2,..., tbi – наибольшая температура бетона 1-й, 2-й,... i-й частей сечения Рисунок 6.1 – Схемы разбивки на части по высоте прямоугольного, таврового а – температуры бетона; б – деформации удлинения от нагрева; в – напряжения в бетоне от нагрева; г – деформации укорочения от остывания; д – напряжения в бетоне от остывания при нелинейном изменении температур по высоте бетонного сечения элементов; Ц.Т. – центр тяжести приведенного сечения 6.22 Для участков бетонного и железобетонного элемента, где в растянутой зоне не образуются трещины, нормальные к продольной оси элемента, деформации от нагрева рассчитывают следующим образом:

а) сечение элемента приводится к более прочному бетону, удлинение t оси элемента и ее кривизну определяют по формулам:

где К = A's,red y's 's + As,red ys s.

В формулах 6.16–6.34: Ared, Ared,i, As,red, A's,red, ybi, ys, y's, Ired, Ired,i, yi принимают по указаниям 6.16–6.22.

Удлинение s и 's соответственно арматуры S и S' находят из формул:

где st – коэффициент, принимаемый по таблице 5.13 в зависимости от температуры t – коэффициент надежности по температуре, принимаемый при расчете по предельным состояниям: первой группы – 1,1; второй группы – 1.

При расчете бетонного сечения в формулах удлинение арматуры s и 's не учитывают;

СП 27.13330. б) при неравномерном нагреве бетона с прямолинейным распределением температуры по высоте сечения элемента (рисунок 6.3, а) удлинение оси элемента t и ее кривизну допускается определять по формулам:

где tb, tb1 – температура бетона менее и более нагретой грани сечения;

bt и bt1 – коэффициенты, принимаемые в зависимости от температуры бетона менее и более нагретой грани сечения по таблице 5.7;

в) при остывании неравномерно нагретого бетона с прямолинейным распределением температуры по высоте сечения элемента от усадки бетона укорочение sс оси элемента и ее кривизну допускается определять по формулам:

где cs и cs1 – коэффициенты, принимаемые по таблице 5.8 в зависимости от температуры бетона менее и более нагретой грани сечения.

6.23 Благодаря сцеплению бетона с арматурой на участках между трещинами деформации арматуры уменьшаются. Температурные деформации арматуры по длине между трещинами непостоянны. Среднее температурное удлинение арматуры в бетоне составит Приняв изменения температурных деформаций арматуры в бетоне от нагрева по тому же закону, что и при растягивающем усилии, находим значение среднего коэффициента температурного расширения арматуры в бетоне для первого нагрева по формуле Коэффициент, учитывающий работу растянутого бетона между трещинами, для практических расчетов допускают принимать в зависимости от процента армирования продольной растянутой арматуры элемента или определять по формуле (8.22):

а – бетонного и железобетонного без трещин; б – железобетонного с трещинами в растянутой зоне, расположенной у менее нагретой грани; в – то же, у более нагретой грани; г – железобетонного с трещинами по всей высоте сечения; Ц.Т. – центр тяжести приведенного сечения Рисунок 6.3 – Схемы распределения температур (1), деформаций от неравномерного нагрева (2) и остывания (3) при прямолинейном изменении температур по высоте сечения элементов СП 27.13330. 6.24 Для участков железобетонного элемента, где в растянутой зоне образуются трещины, нормальные к продольной оси элемента, деформации от нагрева рассчитывают следующим образом:

а) для железобетонного элемента с трещинами в растянутой зоне, расположенной у менее нагретой грани сечения (рисунок 6.3, б), удлинение t оси элемента и ее кривизну определяют по формулам:

б) для участков железобетонного элемента с трещинами в растянутой зоне бетона, расположенной у более нагретой грани сечения (рисунок 6.3, в), удлинение t оси элемента определяют по формуле (6.43) и ее кривизну определяют по формуле в) для участков железобетонного элемента с трещинами по всей высоте сечения (рисунок 6.3, г) удлинение t оси элемента и ее кривизну определяют по формулам:

где ts и ts' – температуры арматуры соответственно S и S' ;

tb – температура бетона сжатой грани сечения;

stm, 'stm – коэффициенты, определяемые по формуле (6.42) для арматуры S и S';

bt – коэффициент, принимаемый по таблице 5.7 в зависимости от температуры бетона более или менее нагретой грани сечения;

t – принимается по указаниям 6.22;

' – толщина защитного слоя более нагретой грани;

элемента допускается принимать равной нулю. В железобетонных элементах из обычного бетона при температуре арматуры до 100 С и из жаростойкого бетона при температуре арматуры до 70 С, для участков с трещинами в растянутой зоне бетона удлинение оси элемента t и ее кривизну допускается определять по формулам (6.37) и (6.38), как для бетонных элементов без трещин.

6.25 Для участков железобетонных элементов, где в растянутой зоне образуются трещины, нормальные к продольной оси элемента от усадки бетона, при остывании укорочение cs оси элемента и ее кривизну допускается находить по формулам (6.39) и (6.40).

6.26 Предельно допустимые деформации от воздействия температуры в элементах конструкций, в которых требуется их ограничение при нагревании и охлаждении, должны устанавливаться нормативными документами по проектированию соответствующих конструкций, а при их отсутствии должны указываться в задании на проектирование.

6.27 Расстояние между температурно-усадочными швами в бетонных и железобетонных конструкциях из обычного и жаростойкого бетонов должны устанавливать расчетом. Расчет допускается не выполнять, если принятое расстояние между температурно-усадочными швами не превышает значений, указанных в таблице 6.3, в которой наибольшие расстояния между температурно-усадочными швами даны для бетонных и железобетонных конструкций с ненапрягаемой и с предварительно напряженной арматурой, при расчетной зимней температуре наружного воздуха минус 40 С, относительной влажности воздуха 60 % и выше и высоте колонн 3 м.

Бетонные:

Железобетонные:

а) сборные и сборно-каркасные б) сборные и сборно-каркасные г) сборно-монолитные и д) сборно-монолитные и Примечания 1 Для железобетонных конструкций (позиция 2), расчетная температура внутри которых не превышает 50 С, расстояния между температурно-усадочными швами при расчетной зимней температуре наружного воздуха минус 30, 20, 10 и 1 С увеличивают соответственно на 10, 20, 40 и 60 % и при влажности наружного воздуха в наиболее жаркий месяц года ниже 40, 20 и 10 % уменьшают соответственно на 20, 40 и 60 %.

2 Для железобетонных каркасных зданий (позиция 2, а, б, г) расстояния между температурно-усадочными швами увеличивают при высоте колонн 5 м – на 20 %, 7 м – на 60 % и 9 м – на 100 %. Высоту колонн определяют:

для одноэтажных зданий – от верха фундамента до низа подкрановых балок, а при их отсутствии – до низа ферм или балок покрытия; для многоэтажных зданий – от верха фундамента до низа балок первого этажа.

3 Для железобетонных каркасных зданий (позиция 2, а, б, г) расстояния между температурно-усадочными швами определены при отсутствии связей либо при расположении связей в середине температурного блока.

Расстояния между температурно-усадочными швами в сооружениях и тепловых агрегатах с расчетной температурой внутри 70, 120, 300, 500 и 1000 С уменьшают соответственно на 20, 40, 60, 70 и 90 %.

СП 27.13330. Расчет усилий от воздействия температуры 6.28 Расчет статически неопределимых железобетонных конструкций на воздействие температуры производят одним из методов строительной механики, путем последовательных приближений, с принятием действительной жесткости сечений. Если определение усилий в плоской статически неопределимой системе производят методом сил, то в общем случае перемещения по направлению лишних неизвестных в системе канонических уравнений вычисляют по формуле где Ared,x, Dx – приведенные площадь и жесткость элемента в сечениях, определяемые В выражении (6.48) для немассивных стержневых конструкций третьим интегралом, учитывающим деформации сдвига, можно пренебречь. При расчете железобетонных изгибаемых, сжатых или растянутых элементов, когда е0 = 0,8h0, с достаточной для расчета точностью можно не учитывать и второй интеграл, выражающий продольные деформации элементов.

6.29 Если исключить возможность хрупкого разрушения, то, согласно теории прочности, за предельное состояние конструкции принимают такое состояние, когда при постоянном усилии значительно увеличиваются деформации. Такое состояние конструкции характеризуется образованием пластических шарниров с превращением статической системы в механизм. При воздействии только температурных усилий предельным состоянием конструкции является образование пластических шарниров с переходом системы в статически определимую. С образованием пластических шарниров снижаются температурные усилия, но разрушения конструкции не происходит.

6.30 Для конструкций, за предельное состояние которых принимают образование первого или такого количества пластических шарниров, когда система превращается в статически определимую конструкцию, расчет по несущей способности ведут на совместное действие усилий от температуры и нагрузки. Для конструкций, за предельное состояние которых принимают образование последнего пластического шарнира, когда система превращается в механизм, расчет по несущей способности ведут методом предельного равновесия на действие усилий от нагрузки без учета температурных усилий.

6.31 Для большей части железобетонных элементов при воздействии температуры можно допустить определение жесткости для наиболее напряженного сечения от совместного воздействия температуры и нагрузки, принимая ее постоянной по длине однозначной эпюры моментов. Для более точного определения усилий в предварительно напряженных элементах, а также в сжатых или изгибаемых слабоармированных элементах с ненапрягаемой арматурой, у которых участки без трещин занимают значительную длину пролета, жесткость определяют с учетом распределения трещин по длине от совместного воздействия температуры и нагрузки.

6.32 Кривизну железобетонных элементов постоянного сечения с трещинами в растянутой зоне вычисляют для наиболее напряженного сечения, а для других сечений принимают пропорционально изменению изгибающего момента.

6.33 Значительная часть железобетонных элементов в условиях воздействия температуры работает с трещинами в растянутой зоне. При расчете их способом последовательных приближений вначале статически неопределимую конструкцию рассчитывают на действие нагрузки и температуры при минимальной жесткости элемента. Для предварительно напряженных элементов, работающих без трещин, целесообразно для первого приближения принимать жесткость элементов, как для упругой стадии работы.

6.34 При кратковременном неравномерном нагреве по высоте сечения железобетонного элемента температурный момент с повышением температуры сжатой зоны нарастает, и тем интенсивнее, чем больше процент армирования и выше прочность бетона. При кратковременном нагреве крайнего волокна сжатой зоны бетона до 500–600 С наблюдаются наибольшие температурные моменты.

Момент от неравномерного нагрева бетона по высоте сечения при равномерном нагреве бетона по длине элемента, заделанного на опорах от поворота, а также в замкнутых рамах кольцевого, квадратного и прямоугольного очертаний, имеющих одинаковые сечения, определяют по формуле где – кривизна оси элемента от изменения температуры, которую определяют по формулам (6.38, 6.40, 6.44, 6.45, 6.47);

D – жесткость сечения, определяемая по формуле (8.33).

6.35 Момент при остывании от усадки и ползучести бетона определяют по формуле (6.49), считая кривизну равной сумме кривизн оси элемента при остывании от усадки и от ползучести бетона. Кривизну оси элемента при остывании от усадки бетона вычисляют по формуле (6.40) и от ползучести бетона по формуле где Мt и Mt' – моменты, возникающие соответственно при кратковременном и длительном воздействии температуры.

Наибольшие температурные моменты возникают при первом кратковременном нагреве. При повторных кратковременных нагревах и длительном нагреве температурные моменты меньше, чем при первом нагреве.

6.36 Температурные моменты в сборных железобетонных элементах тепловых агрегатов зависят от вида стыка арматуры и прочности раствора в шве. Температурные моменты в элементах со стыковыми накладками из арматуры и в шве:

с жестким раствором прочностью, равной прочности бетона, такие же, как и в монолитном элементе;

с раствором пластичной консистенции, прочность которого в 3 раза меньше прочности бетона, следует уменьшить на 15 % ;

с теплоизоляционным раствором – уменьшить на 30 %.

СП 27.13330. Температурные моменты в элементах со стыками арматуры из косынок и накладок из листовой стали и из уголков на 50 % меньше моментов в элементе без стыка.

6.37 При совместном воздействии усилий от температуры и нагрузки с увеличением нагрузки происходит снижение температурных усилий вследствие развития пластических деформаций бетона и арматуры. В элементе, жестко заделанном на опорах, когда моменты от нагрузки и температуры суммируются в опорных сечениях, температурные усилия влияют на образование первых пластических шарниров, но значение их снижается на 50 % из-за развития пластических деформаций сжатия бетона и арматуры, нагретых до высоких температур. Усилия при образовании первых пластических шарниров будут равны где Мош, Мо и Мt – моменты соответственно при образовании первых пластических шарниров на опорах, от нагрузки и температурного воздействия.

До образования первых пластических шарниров на опорах жестко заделанного элемента в пролете момент от нагрузки снижается из-за образования температурного момента другого знака. После образования опорных пластических шарниров железобетонный элемент превращается в статически определимую конструкцию.

Температурный момент в пролете пропадает, и остается только момент от нагрузки.

Полное разрушение элемента происходит при образовании пластического шарнира в середине пролета, когда в нагретой до высоких температур арматуре резко увеличиваются пластические деформации.

6.38 Расчет зданий из монолитного железобетона, подвергаемых воздействию повышенных технологических температур, следует производить с использованием сертифицированных в России компьютерных программ, согласованных с НИИЖБ.

Согласно СП 52-103 [7] пространственная конструктивная система здания рассматривается как статически неопределимая, состоящая из взаимосвязанных несущих конструктивных элементов, обеспечивающих прочность и устойчивость здания при эксплуатации в условиях технологического нагрева.

7 Расчет элементов бетонных и железобетонных конструкций по предельным состояниям первой группы Расчет бетонных элементов по прочности 7.1 Бетонные элементы рассчитывают по прочности на действие продольных сжимающих сил и на местное сжатие при постоянном нагреве и температурах выше предельно допустимых для применения арматуры (таблица 5.10).

7.2 Расчет по прочности элементов бетонных конструкций, подвергающихся воздействию продольной сжимающей силы и высоких температур, должен производиться для сечений, нормальных к их продольной оси без учета сопротивления бетона растянутой зоны.

Расчет внецентренно сжатых элементов без учета сопротивления бетона растянутой зоны производится, принимая, что достижение предельного состояния характеризуется разрушением сжатого бетона. Сопротивление бетона сжатию условно представляется напряжениями, равными Rb,tem, равномерно распределенными по сжатой зоне сечения (рисунок 7.1).

Рисунок 7.1 – Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси внецентренно сжатого бетонного элемента, рассчитываемого без учета сопротивления 7.3 При расчете внецентренно сжатых бетонных элементов должен учитываться случайный эксцентриситет продольной силы еа, определяемый согласно указаниям 4.1.

Эксцентриситет продольной силы е0 относительно центра тяжести приведенного сечения равен сумме эксцентриситетов продольной силы – определяемого из статического расчета конструкции и случайного. Следует учитывать также деформации от неравномерного нагрева бетона по высоте сечения, определяемые согласно 7.15, суммируя их с эксцентриситетом продольной силы. Если деформации от нагрева уменьшают эксцентриситет продольной силы, то учет их не производится.

7.4 Для бетонных внецентренно сжатых элементов при гибкости l0/i > 14, для прямоугольных сечений при l0/h > 4 и расположении продольной сжимающей силы в пределах поперечного сечения необходимо учитывать влияние на их несущую способность прогибов путем умножения значения е0 на коэффициент.

Расчет внецентренно сжатых бетонных элементов, подвергающихся равномерному и неравномерному нагреву по высоте сечения, производится из условия где Rb,tem – определяют по формуле (5.5);

Ab – площадь сечения сжатой зоны бетона, определяемая из условия, что ее центр тяжести совпадает с точкой приложения равнодействующей внешних сил. Для элементов прямоугольного сечения Ab определяется по формуле 7.5 Внецентренно сжатые бетонные элементы, в которых образование трещин не допускают по условиям эксплуатации, независимо от расчета по условию (7.1) должны быть проверены с учетом сопротивления бетона растянутой зоны. Для прямоугольных сечений такая проверка ведется из условия где Rbtt определяют по формуле (5.7);

– коэффициент определяют по формуле (7.17), в которой значения Ncr и D вычисляют по формулам (7.18 и 7.19) без учета арматуры.

СП 27.13330. Расчет железобетонных элементов по прочности Основные положения 7.6 Расчет по прочности железобетонных элементов в условиях воздействия температуры на действие изгибающих моментов, продольных сил (внецентренное сжатие или растяжение) производят для сечений, нормальных к их продольной оси, на основе предельных усилий. Предельные усилия в сечении, нормальном к продольной оси элемента, определяют исходя из следующих предпосылок:

сопротивление бетона растяжению принимают равным нулю;

сопротивление бетона сжатию представляют напряжениями, равными Rb,tem и равномерно распределенными по сжатой зоне бетона;

деформации и напряжения в арматуре определяют в зависимости от высоты сжатой зоны бетона;

растягивающие напряжения в арматуре принимают не более расчетного сопротивления растяжению Rst ;

сжимающие напряжения в арматуре принимают не более расчетного сопротивления сжатию Rsct.

7.7 Расчет по прочности нормальных сечений производят в зависимости от соотношения между значениями высоты сжатой зоны бетона, определяемыми из соответствующих условий равновесия, и граничным значением относительной высоты сжатой зоны R, при котором предельное состояние элемента наступает одновременно с достижением в растянутой арматуре напряжения, равного расчетному сопротивлению Rst.

Значение R определяют по формуле Относительная деформация растянутой арматуры при напряжениях, равных Rst Относительную деформацию сжатого бетона при кратковременном нагружении b,ult и напряжениях, равных Rb,tem, принимают равной b2 по таблице 5.6.

Значение R определяют в зависимости от класса арматуры по таблице 7.1.

Значения Прочность сечений изгибаемых элементов Проверку прочности прямоугольного сечения изгибаемых элементов (рисунок 7.2) при воздействии температуры производят из условия при R по формуле Рисунок 7.2 – Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого железобетонного элемента, при расчете его по прочности Высоту сжатой зоны х определяют по формуле где М – момент от внешней нагрузки и температурных усилий.

7.9 Для изгибаемых элементов, имеющих полку в сжатой зоне (тавровые и двутавровые сечения) при R, проверку прочности сечения определяют в зависимости от положения границы сжатой зоны (рисунок 7.3).

Если граница сжатой зоны проходит в полке, то соблюдается условие Расчет производят по формуле (7.6), как для прямоугольного сечения шириной b'f.

Если граница сжатой зоны проходит в ребре, то условие (7.8) не соблюдается, и расчет производят по формуле M Rb,tem b x (h0 – 0,5x) + Rb,tem(b'f – b) h'f (h0 – 0,5h'f) + Rsct A's (h0 - a'). (7.9) Высоту сжатой зоны бетона х определяют по формуле СП 27.13330. Рисунок 7.3 – Положение границы сжатой зоны в сечении изгибаемого 7.10 Значение b'f, вводимое в расчет, принимают из условия, что ширина свеса полки в каждую сторону от ребра должна быть не более 1/6 пролета элемента при наличии поперечных ребер или при h'f 0,1 h – не более половины расстояния в свету между продольными ребрами.

При отсутствии поперечных ребер или при расстояниях между ними больших, чем расстояния между продольными ребрами, и при h'f < 0,1 h принимается b'f = 6 h'f.

При консольных свесах полки:

при h'f 0,1 h принимается b'f = 6 h'f;

при 0,05h < h'f < 0,1 h принимается b'f = 3 h'f;

при h'f 0,05 h свесы полки не учитывают.

7.11 При расчете по прочности изгибаемых элементов необходимо соблюдать условие x Rh0. В случае когда по конструктивным соображениям или по расчетам по предельным состояниям второй группы площадь растянутой арматуры принята большей, чем это требуется для соблюдения условия x Rh0, допускается предельный изгибающий момент М определять по формулам (7.6 и 7.8), подставляя в них значения x Rh0.

Значение R определяют по формуле (7.4) и по таблице 7.1.

7.12 При симметричном армировании изгибаемого элемента, когда Rst As = R'sct A's, прочность сечения определяют по формуле Если вычисленная без учета сжатой арматуры (A's = 0) высота сжатой зоны х < 2а', то в формулу (7.11.) подставляют вместо а' значение 0,5х.

Прочность внецентренно сжатых элементов 7.13 Проверку прочности прямоугольных сечений внецентренно сжатых элементов следует производить из условия где N – продольная сила от внешней нагрузки и температурных усилий.

Высоту сжатой зоны (рисунок 7.4) определяют Расстояние от точки приложения продольной силы N до центра тяжести сечения растянутой или менее сжатой арматуры равно Значение коэффициента, учитывающего влияние продольного изгиба элемента на его несущую способность, определяют по формуле Условную критическую силу определяют по формуле Рисунок 7.4 – Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси внецентренно сжатого железобетонного элемента, при расчете его по прочности СП 27.13330. 7.14 Жесткость железобетонного элемента допускается определять по формуле где J, Js – моменты инерции соответственно бетонного сечения и сечения всей продольной арматуры относительно центра тяжести поперечного сечения Ebt, Est – модули упругости бетона и арматуры, определяют по формулам (5.9 и 5.18);

l – коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента в предельном состоянии, определяется по формуле где М1, Мl1 – изгибающие моменты внешних сил относительно центра тяжести сечения растянутой (или менее сжатой) арматуры соответственно от действия полной нагрузки и от действия постоянных и длительных нагрузок.

Относительное значение эксцентриситета продольной силы 7.15 Продольный изгиб (прогиб) элемента от неравномерного воздействия температуры по высоте сечения элемента определяют по формуле где – кривизна продольной оси элемента от температуры, определяется по формулам (6.34, 6.38, 6.44, 6.45, 6.47);

l0 – расчетная длина элемента (7.17).

7.16 Проверку прочности прямоугольных сечений внецентренно сжатых элементов с арматурой, расположенной у противоположных в плоскости изгиба сторон сечения, при эксцентриситете продольной силы е формуле где Ared – приведенная площадь прямоугольного сечения, определяемая по формуле Rcst As – сумма произведений площадей продольной арматуры, устанавливаемой по каждой стороне сечения, на расчетные сопротивления, определяемые в зависимости от температур по формуле (5.20);

– коэффициент продольного изгиба;

t – коэффициент, учитывающий влияние нагрева на продольный изгиб. При температуре бетона в центре тяжести сечения:

100С t=0,95, 200С t=0,90, 300С t=0,85, lо – расчетная длина элемента, см. 7.17.

7.17 Расчетную длину l0 внецентренно сжатого элемента определяют для конструкции с учетом ее деформированного состояния при наиболее невыгодном для данного элемента расположении нагрузки, принимая во внимание неупругие деформации материалов и наличие трещин.

Допускается расчетную длину l0 элемента постоянного поперечного сечения по длине l при действии продольной силы принять равной:

а) для элементов с шарнирным опиранием на двух концах – 1,0l;

б) для элементов с жесткой заделкой без поворота опорного сечения на одном конце и незакрепленным другим концом (консоль) – 2,0l;

в) для элементов с шарнирным опиранием, несмещаемым на одном конце:

с жесткой, без поворота заделкой………………………………0,7l;

с податливой, с ограниченным поворотом заделкой…………..0,9l;

г) для элементов с податливым шарнирным опиранием, допускающим ограниченное смещение опоры на одном конце, а на другом конце:

с жесткой, без поворота заделкой……………………………… 1,5l, с податливой, с ограниченным поворотом заделкой………….2,0l;

д) для элементов с несмещаемыми заделками на двух концах:

жесткими, без поворота…………………………………………..0,5l, податливыми, с ограниченным поворотом…………………….. 0,8l;

е) для элементов с ограниченно смещаемыми заделками на двух концах:

жесткими, без поворота……………………………………………0,8l, податливыми, с ограниченным поворотом……………………….1,2l.

Прочность растянутых элементов 7.18 Проверку прочности железобетонных элементов прямоугольного сечения проводят по формулам:

при центральном растяжении:

где As.tot – площадь всей продольной арматуры;

при внецентренном растяжении и продольной силе, приложенной между усилиями в арматуре S и S' (рисунок 7.5, а):

при продольной силе, приложенной за пределами расстояния между усилиями в арматуре S и S' (рисунок 7.5, б):

СП 27.13330. Высоту сжатой зоны определяют по формуле если х > R h0, то в условие (7.27) подставляют х = R h0.

Расстояние от растягивающей продольной силы до равнодействующей усилий в арматуре определяют по формуле (7.15) без коэффициента, т.к. нет дополнительного продольного изгиба от растягивающей силы, и без еt.

а – продольная сила N приложена между равнодействующими усилий в арматуре S и S';

б – то же, за пределами расстояния между равнодействующими усилий в арматуре S и S'.

Рисунок 7.5 – Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси внецентренно растянутого железобетонного элемента, при расчете его по прочности Проверка прочности нормальных сечений на основе деформационной модели 7.19 При расчете прочности в условиях воздействия температуры усилия и деформации в сечении, нормальном к продольной оси элемента, определяют на основе деформационной модели, используя уравнения равновесия внешних сил и внутренних усилий в сечении элемента с учетом изменения свойств бетона и арматуры от воздействия температуры.

Общие положения расчета, расчетные зависимости между усилиями и деформациями, методика расчета по прочности нормальных сечений принимают по СП 52-101 [1].

Бетон по высоте сечения разбивают на элементарные участки с одинаково деформируемыми стержнями арматуры. Диаграмму деформирования бетона на сжатие строят для средней температуры бетона сжатой зоны (рисунок 5.1). Диаграмму деформирования арматуры строят для температуры ее нагрева (рисунок 5.2). До момента разрушения соблюдается условие равновесия внешних сил и внутренних усилий с учетом плоского деформирования сечения. Моментную ось удобно выбирать на сжатой грани сечения.

Критерием исчерпания прочности нормального сечения является достижение краевой деформацией сжатого бетона ее предельного значения b2.

В сжатых колоннах при четырехстороннем воздействии температуры определяют распределение температур по сечению колонны. Сечение разбивают на полые прямоугольники с одинаковой температурой нагрева, для которых принимают равномерное распределение напряжений. Строят диаграммы деформирования бетона для температуры нагрева середины толщины каждого участка бетона и диаграммы деформирования арматуры для температуры ее нагрева.

За предельное значение деформаций укорочения с однозначной эпюрой напряжений и деформаций принимают предельную деформацию наименее нагретого бетона в сечении при однородном напряженном состоянии b0 при нулевой кривизне в сечении.

По диаграмме деформирования для каждого участка определяют напряжения в бетоне и в арматуре, соответствующие предельной деформации бетона наименее нагретого участка.

Прочность сечения проверяется из уравнения равновесия.