В.В. Габрусенко, Общество железобетонщиков Сибири и Урала Специально для журнала Упроектирование и СтроительСтво в СибириФ Некоторые особенности проектирования железобетонных конструкций по новым

нормам В ПОМОЩЬ ПРОЕКТИРОВЩИКУ Нормы проектирования равда, в 1990-е годы науч- фом тянулись всевозможные УРу железобетонных конструк- ная московская номенклату- ководстваФ, УРекомендацииФ или ций в послевоенное время Пра усиленно проталкивала УПособияФ, в которых подробно обновлялись с периодичнос- (видимо, не без меркантильного расшифровывались те или иные тью порядка 10 лет. На смену интереса) вопрос о Угармониза- расчетные положения и приво раздельным Нормам (НиТУ цииФ отечественных норм про- дились примеры расчета. (Кстати 123-55 для обычных и СН ектирования с западными, т. е. сказать, конкретные примеры 10-57 для преднапряженных о коренной ломке самого подхода всегда являются лучшим спосо конструкций) пришли объ- к проектированию конструкций. бом понимания и усвоения нового единенные СНиП II-В.1-62, В условиях того времени (развал расчетного аппарата Ч не только затем СНиП II-21-75, затем системы проектных организаций, студентами, но и инженерами.) СНиП 2.03.01-84 (редакции безработица в строительной от- Новые Нормы построены 1984 и 1988 гг.), а затем на- расли, дороговизна технической совершенно иначе. В них, на ступил долгий перерыв. литературы и пр. и пр.) это был бы западный манер, даны только Уконтрольный выстреФ в отечест- основные положения деклара венное проектное дело. Эти Урево- тивного характера да приведены люционныеФ намерения встретили некоторые конструктивные огра протесты научной общественности ничения. Формул в них почти нет ([1] и др.) и, к счастью, Угармониза- и, образно говоря, они представ цияФ не состоялась. ляют собой УконституциюФ для Новые нормы (СНиП 52-01- проектировщиков Ч документ хотя 2003 [2]), утвержденные и вве- и обязательный, но в реальной денные в действие 30.06.2003 г. работе почти бесполезный.

постановлением Госкомитета по Основной упор теперь сделан строительству и ЖКХ, с точки зре- на Своды правил (СП), в которых ния расчетных моделей принципи- и приведены практические мето ально не отличаются от старых, ды расчета и конструирования однако имеют немало частных вместе с расчетными формулами изменений и новшеств. Некоторые и с неизбежным повторением не из них мы и рассмотрим. которых Уосновных положенийФ из СНиП [2]. Причем СП обяза 1. ПоСТроеНие Норм тельной силы не имеют. В отличие Нормы советского времени от новых Норм [2], они не Уут давали достаточно исчерпываю- верждены и введены в действиеФ, щие указания о методах расчета и а Уодобрены для примененияФ. А конструирования. В них, наряду с в отличие от старых Норм [3], общими положениями, были пред- которые были едиными для всего ставлены необходимые расчетные многообразия конструкций Ч из формулы и правила конструиро- тяжелых и легких бетонов, с пред вания. Мало-мальски опытному напряженной и обычной армату инженеру самих Норм было вполне рой, СП разделены на целый букет достаточно для проектирования отдельных документов. Правда, конструкций. в их перечень вошли документы, Однако одними СНиПами дело посвященные таким вопросам, ко не ограничивалось. За ними шлей- торые в прежних Нормах детально 4 (34), 20 ПРОЕКТИРОВАНИЕ и СТРОИТЕЛЬСТВО в Сибири конструкции зданий и сооружений Таблица Сравнительные параметры прочности бетона По СНиП По СП Наименование 2.03.01-84* 52-01- Классы тяжелого бетона От В10 до В От В3,5 до В по прочности на сжатие. (В12,5 исключен) В том числе для железобетона В7,5 и выше В15 и выше Промежуточные классы В22,5 и В27,5 Исключены Расчетные сопротивления сжатию Rb Одинаковы Коэффициенты условий работы:

Х при непродолжительной нагрузке gb2 = 1,1 gb1 = 1, Х при продолжительной нагрузке gb2 = 0,9 gb1 = 0, Х при бетонировании в вертикальном gb3 = 0,85 gb3 = 0, положении Х при попеременном замораживании gb6 = 1,0 gb4 = 1, и оттаивании (при t Ч 400оС) не рассматривались, а являлись расчетного сопротивления растя объектами только УруководствФ жению Rs (табл.2).

и УрекомендацийФ (сталежеле- Более существенные измене зобетонные, фибробетонные и ния коснулись деформативных пространственные конструкции, характеристик материалов. Вве здания и сооружения и др.). дены новые нормативные понятия Рис. 1. Диаграммы сжатия бетона:

К моменту написания дан- Ч Удиаграммы состоянияФ бетона а) реальная, б) двухлинейная, ной статьи в свет выпущен СП (т.е. диаграммы сжатия) и арма в) трехлинейная.

52-101-2003 [4], посвященный туры (диаграмма растяжения), конструкциям из тяжелого бето- которых в старых Нормах не бы на с обычным армированием, и ло, поскольку отсутствовала сама значения eb0 приняты одинако СП 52-102-2004, посвященный надобность в них. Если диаграмма выми для бетонов всех классов:

преднапряженным конструкциям. растяжения арматуры представ- при непродолжительном действии Проектировать преднапряженный лена как двухлинейная (рис. 5.2 нагрузки равными 0,002, при про железобетон в настоящее время [4]), т.е. как идеализированная должительном Ч от 0,003 до 0, случается крайне редко, поэтому диаграмма Прандтля, согласно в зависимости от влажности воз рассмотрим пока только СП 52- которой материал деформиру- душной среды (табл. 5.6 [4]) 101-2003. ется по закону Гука до предела Кроме значения eb0, соот текучести, а затем течет вплоть ветствующего вершине реаль 2. маТериалы для до разрыва, то для бетона пред- ной диаграммы сжатия (пределу железобеТоНа ставлены два варианта диаграмм прочности бетона), введено еще В параметрах прочности бе- Ч двухлинейная и трехлинейная и значение eb2, соответствующее тона произошли незначительные (рис. 5.1 [4]). Трехлинейная диа- разрушению материала и распо изменения. В частности, исклю- грамма более близка к реальной ложенного на нисходящей ветви чены некоторые классы тяжелого (фактической) диаграмме сжатия реальной диаграммы, а также бетона и изменены значения не- бетона (рис. 1). значение eb1, соответствующее которых коэффициентов условий В связи с появлением диаграмм условному окончанию упругой работы (табл. 1). в СП были введены и показатели работы бетона.

В отношении арматуры изме- предельной сжимаемости бето- Значения начальных модулей нения коснулись только добавле- на eb0 (которые в старых Нормах упругости Еb в СП приняты без ния новых классов А500 и В500 присутствовали в скрытой форме). разделения на условия тверде и некоторого увеличения значений При этом зависимость величины ния бетона (естественные или коэффициентов надежности gs, что предельной сжимаемости от проч- при тепловой обработке) и мало привело к уменьшению значений ности в СП не учтена, поэтому отличаются от значений, при нятых в старых Нормах для бе тона естественного твердения.

Таблица Новинкой здесь явилось то, что Сравнительные параметры прочности арматуры кроме начальных модулей упру По СНиП 2.03.01-84* По СП 52-01-2003 гости при непродолжительном Класс арматуры действии нагрузки Еb установле gs Rs (Rsс), МПа gs Rs (Rsс), МПа ны начальные модули упругос А240 (А-I) 1,05 225 (225) 1,10 215 (215) ти при продолжительном дейс твии нагрузки Еb,t = Еb/(1+ jb, cr), А300 (А-II) 1,05 280 (280) 1,10 270 (270) где значение коэффициента jb, cr А400 (А-III, А400С):

меняется от 1,0 до 5,6 в зависи 6-8 мм 1,10 355 (355) 1,10 355 (355) мости от класса бетона и влаж 10-40 мм 1,07 365 (365) 1,10 355 (355) ностных условий эксплуатации А500 (А500С) Ч Ч 1,15 435 (400**) (п. 5.1.13 [4]). Например, для бе тона класса В30 при нормальной Вр-I 1,10 375-360 (375-365) Ч Ч влажности окружающей среды В500 (Вр-I, В500С) Ч Ч 1,20 415 (400**) величина Еb,t в 3,3 раза меньше величины Еb.

** при продолжительном действии нагрузки Rsс = Rs 4 (34), ПРОЕКТИРОВАНИЕ и СТРОИТЕЛЬСТВО в Сибири конструкции зданий и сооружений Таблица Сравнительные значения граничной относительной высоты сжатой зоны xR По СНиП 2.03.01-84* Класс ПоСП 52 Для бетона класса Коэффи арматуры 01- циент gb2 В15 В20 В30 В 0,9 0,698 0,674 0,630 0, 0, А-I 1,0 0,673 0,645 0,596 0, 0,9 0,680 0,650 0,610 0, A-II 0, 1,0 0,650 0,623 0,573 0, 0,9 0,652 0,627 0,582 0, A-III 0, 1,0 0,619 0,591 0,541 0, 3. раСчеТ приводит к увеличению расхода НормальНых СечеНий материалов.

железобеТоННых Здесь уместно заметить, что элемеНТоВ По ПрочНоСТи упомянутые Удиаграммы состоя нияФ никакого отношения к прямо Расчет при изгибе практичес угольной эпюре напряжений в бе ки не отличается от расчета по тоне сжатой зоны не имеют. Они старым Нормам. Так же реко нужны, если расчет ведется по так мендуется проектировать сече называемой нелинейной дефор ния с высотой сжатой зоны x не мационной модели. Тогда эпюра более граничной высоты xR, так напряжений при двухлинейной же принимается прямоугольная Рис. 2. Эпюры напряжений диаграмме состоит из двух фигур эпюра напряжений в сжатой зо и деформаций в нормальном сече Ч прямоугольника в верхней час не, а расчет ведется по тем же нии при изгибе в зависимости от ти и треугольника у нейтральной вида диаграмм сжатия бетона:

формулам.

оси, а при трехлинейной состоит а) реальной (пунктиром показана Есть, правда, две отличитель из трех фигур Ч прямоугольника, расчетная эпюра), ные детали. Первая Ч расчет трапеции и треугольника (рис. 2).

б) двухлинейной, ведется Упо предельным усилиямФ.

УРучнойФ расчет прочности с в) трехлинейной.

Введение нового термина сути использованием диаграмм весь расчета не меняет. Если в ста ма трудоемок (при наличии до Расчет при внецентренном рых Нормах условие прочности, полнительных неизвестных нужно сжатии по предельным усилиям например, для прямоугольного пользоваться методом последо не ведется. Причина в том, что сечения было записано в виде вательных приближений) и вряд усилий здесь два Ч продольная М Rbbx(h0 Ч 0,5x) + Rsc (h0 Ч aТ), ли вообще оправдан, так как сила N и изгибающий момент M, то в СП в виде M Mult, где накопленный еще в советское и предельная величина одного Mult = Rbbx(h0 Ч 0,5x) + Rsc (h0 Ч aТ) время экспериментальный мате из них зависит от сопутствующей Ч и есть предельное усилие. Хотя риал показал, что теоретическая величины другой. То есть сама условие прочности в СП представ прочность изгибаемых элементов, задача является двухмерной и в лено двумя формулами вместо подсчитанная по формулам Норм, общем виде решается как зави прежней одной, такая форма за отличается от фактической, как симость между N и M, поэтому писи, на наш взгляд, удобнее (не правило, не более чем на 5%.

условие прочности в СП записано зря её традиционно используют Диаграммы дают другое пре в традиционной форме.

вузовские преподаватели).

имущество Ч с их помощью можно Для случая больших эксцентри Вторая деталь Ч по-новому определить (используя компьютер ситетов (x xR) расчет по СП не определяется граничная относи ные программы) напряженно-де отличается от расчета, принятого в тельная высота сжатой зоны xR формированное состояние нор старых Нормах. Для случая малых (п. 6.2.7 [4]). Теперь она зависит мального сечения на любой стадии эксцентриситетов (x > xR) основ только от предела текучести (т.е.

работы конструкции. Целесооб ное отличие состоит в определе класса) растянутой арматуры и разно их использовать также для нии высоты сжатой зоны х. Кроме вовсе не зависит ни от класса расчета сечений сложной формы, того, для обоих случаев по-иному бетона, фактическая предельная при многорядном расположении рассчитывается критическая сжи сжимаемость которого уменьша арматуры и в других подобных слу мающая сила Ncr. Она участвует ется с ростом прочности, ни от чаях. Для таких сечений в старых в формуле, определяющей коэф характера действия нагрузки (ко Нормах предусматривался расчет фициент h (последний учитывает эффициента условий работы gb), по Уобщему случаюФ с решением дополнительный прогиб сжатого когда по мере увеличения про систем уравнений. При этом эпюра элемента и увеличивает эксцент должительности действия нагрузки напряжений в сжатой зоне прини риситет e0 приложения сжимающей фактическая предельная сжимае малась прямоугольной. Надо пола силы N).

мость увеличивается. В результате, гать, что использование диаграмм Как отражаются эти изменения, значения xR для бетонов низкой и позволит более точно оценить про видно из ниже приведенного при средней прочности стали сущес чность нормальных сечений.

мера расчета (табл. 4 и 5).

твенно меньше, чем были ранее Исходные данные. Колонна (табл. 3), что в ряде случаев дает Расчет при центральном и вне сечением b h = 400 400 мм дополнительный запас прочности центренном растяжении практи расчетной длиной l0 = 4,2 м. Бетон по сравнению с результатами чески полностью идентичен рас тяжелый класса В25. Расчетное расчета по старым Нормам и чету по старым Нормам.

4 (34), 22 ПРОЕКТИРОВАНИЕ и СТРОИТЕЛЬСТВО в Сибири конструкции зданий и сооружений Таблица 4 чения защитных слоев бетона.

Результаты расчета коэффициента h Увеличились минимальные зна чения процента армирования По СНиП 2.03.01-84* По СП 52-01- для изгибаемых, внецентренно Eb = 27103 МПа (при термообработке) Eb = 30103 МПа растянутых и внецентренно сжа Rs = 365 МПа Еb,t = Еb/(1+ jb, cr) = 9,09103 МПа тых конструкций. Уменьшился as = Es/Eb = 7,41 Rs = 355 МПа максимально допустимый шаг Ib = 2133106 мм4 Is = 32106 мм поперечной арматуры в свар aIs = 238106 мм4 jl = 1 + Nl/N = 1, ных каркасах с 20ds до 15ds.

jl = 1 + Nl/N = 1,8 de = e0/h = 0,163 > de,min = 0, Увеличилась также и расчетная de = e0/h = 0,163 < de,min = 0,265 kb = 0,15/[jl (0,3 + de)] = 0, длина анкеровки растянутой (где de,min = 0,5 Ч 0,01l0/h Ч 0,01Rb) ks = 0, принимаем de = 0,265 D = kb Еb,t Ib + ks Es Is = 7970109 Нмм арматуры в бетоне lan, которая По формуле 58: По формуле 6.24:

теперь определяется по другой Ncr = 6990 кН Ncr = p2D/l02 = 4463 кН формуле. Например, для стержня h = 1/ (1 Ч N/Ncr) = 1,23 h = 1/(1 Ч N/Ncr) = 1, класса А400 диаметром 20 мм в бетоне класса В25 величина lan, подсчитанная по старым Нормам Таблица (п. 5.14 [3]), составляет 562 мм, Результаты расчета несущей способности колонны а по СП (п. 8.3.21 [4]) Ч 676 мм.

По СНиП 2.03.01-84* По СП 52-01- Кроме того, в некоторых случа ях увеличилась расчетная длина Ne = N (e0h + 0,5h Ч a) = 311,9 кНм Ne = N (e0h + 0,5h Ч a) = 327,1 кНм сжатых элементов. Причем, в от xR = 0,604, xR = 217 мм xR = 0,530, xR = 191 мм По формулам 38, 39: x = 251 мм По формуле 6.22: x = 230 мм личие от старых Норм, условия Несущая способность: Несущая способность:

закрепления концов элементов (Ne)u =Rbbx (h0 Ч x/2) + RscAsТ (h0 Ч aТ) = (Ne)u =Rbbx (h0 Ч x/2) + RscAsТ (h0 Ч aТ) = описаны обще, без привязки к = 380,1 кНм = 365,5 кНм конкретным конструкциям, что (Ne)u/(Ne) = 1,218 (Ne)u/(Ne) = 1, создает условия для разного толкования требований (срав нить п. 3.25 и табл. 32 [3] и п.

сопротивление бетона сжатию с чения), то в СП расчет, по сущест 6.2.18 [4]).

учетом продолжительного действия ву, сводится к определению растя Можно, конечно, поставить нагрузки Rb = 14,50,9 = 13,05 МПа. гивающих напряжений в крайнем вопрос о том, насколько право Арматура из четырех стержней волокне упругого сечения при мерно изменение самого вида диаметром 20 мм класса А-III действии внецентренного сжатия и некоторых формул и не лучше (А400) расположена симметрично: сравнении их с расчетным сопро ли было изменить значения эм As = AsТ = 628 мм2, Es = 200103 МПа. тивлением бетона растяжению:

пирических поправок в старых Рабочая высота сечения h0 = 360 мм, st = N/A Ч Ne0hy/I Rbt. Эта формулах, УосвященныхФ 30-ти, aТ = 40 мм. Величина продольной известная формула сопромата а то и 50-летним опытом их при сжимающей силы от расчетной была преобразована и записана в менения. Можно недоумевать, нагрузки N = 1300 кН, расчетный СП в несколько УнеудобоваримомФ зачем подверглись изменениям эксцентриситет e0 = 65 мм. Доля виде: N RbtA/(Ae0 hy/I Ч 1).

обозначения некоторых индексов длительно действующей нагрузки Данное изменение привело, как и коэффициентов. При всем том Nl /N = 0,8. и следовало ожидать, к снижению следует, однако, признать, что расчетной несущей способности 4. раСчеТ НормальНых СП более реалистично учитыва конструкций и, следовательно, к СечеНий беТоННых ет современную технологическую увеличению требуемых размеров элемеНТоВ По ПрочНоСТи дисциплину в строительстве, кото сечения или повышению прочнос рая в большинстве случаев, увы, Как и в старых Нормах, бетон- ти бетона. Например, сравнитель существенно ниже дисциплины ные элементы рассчитывают на ный расчет элемента сечением советской эпохи.

внецентренное сжатие в зависи- 600 600 мм из бетона класса мости от условий работы Ч без В15, сжатого силой N с эксцент библиоГрафичеСКий учета и с учетом сопротивления риситетом e0h = 150 мм, показал, СПиСоК:

бетона растянутой зоны. В пер- что его несущая способность Nult, вом случае расчетные формулы определенная по старым Нор- 1.Габрусенко В.В. О подготовке сохранились без изменений. мам составляет 675 кН, а по СП и введении новых Норм проекти Во втором случае произошло Ч 540 кН. рования железобетонных конс одно существенное изменение, Подводя первые итоги, трукций // Бетон и железобетон.

а именно: эпюра напряжений можно заключить, что расчет Ч 1995, №1. Ч С.27-28.

в растянутой зоне принята не по СП 52-101-2003 более ос- 2.СНиП 52-01-2003. Бетонные прямоугольной, а треугольной, торожно оценивает прочность и железобетонные конструкции.

т.е. не в одной в сжатой, но и нормальных сечений, особенно Основные положения.

в растянутой зоне учитывается при внецентренном сжатии, что 3.СНиП 2.03.01-84*. Бетонные только упругая работа бетона. увеличивает расчетные запасы и железобетонные конструкции Это привело к отказу от упруго- прочности, а вместе с этим уве- (с изменениями 1988 г.).

пластического момента сопро- личивает и расход материалов 4.СП 52-101-2003. Бетонные тивления Wpl, который, например, по сравнению с расчетом по и железобетонные конструкции для прямоугольного сечения в 1,75 старым Нормам. без предварительного напряже раза больше, чем упругий момент В этом же направлении дейс- ния арматуры.

сопротивления W. твуют и некоторые конструктив Если в старых Нормах условие ные изменения. В частности, для прочности имело вид N RbtWpl / ряда конструктивных элементов Продолжение в одном из бли /(e0h Ч r) (где r Ч радиус ядра се- увеличились минимальные зна- жайших номеров 4 (34), ПРОЕКТИРОВАНИЕ и СТРОИТЕЛЬСТВО в Сибири конструкции зданий и сооружений    Книги, научные публикации