Железобетонный каркас одноэтажного здания

3.25. Жесткость сечения внецентренно сжатых и изгибаемых железобетонных элементов при определении сейсмических нагрузок принимается равной E_бI, где E_б - начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении; I - момент инерции полного бетонного сечения. При этом расчет каркаса на особое сочетание нагрузок допускается выполнять по деформированной схеме с учетом неупругих деформаций бетона и арматуры и наличия трещин.

3.26. Сборные железобетонные стропильные и подстропильные конструкции следует, как правило, применять в зданиях с расчетной сейсмичностью 7 баллов с пролетами, аналогичными пролетам соответствующих зданий, возводимых в несейсмических районах, а в зданиях с расчетной сейсмичностью 8 и 9 баллов - с пролетами соответственно до 18 и 12 м включительно. В зданиях с расчетной сейсмичностью 8 баллов при соответствующем обосновании допускается применять стропильные конструкции пролетом 24 м.

Конструктивные решения покрытий зданий с железобетонными несущими конструкциями следует применять при расчетной сейсмичности 7 баллов - без подстропильных конструкций и с ними; при расчетной сейсмичности здания 8 баллов предпочтение следует отдавать покрытиям без подстропильных конструкций (с шагом колонн и стропильных конструкций 6 и 12 м); при расчетной сейсмичности 9 баллов - без применения подстропильных конструкций (с шагом колонн и стропильных конструкций, как правило, 6 м).

3.27. Покрытия зданий из сборных железобетонных плит следует выполнять, как правило, из типовых конструкций, разработанных для сейсмических районов. При этом учитываются указания пп. 3.28-3.39.

3.28. Для восприятия горизонтальных сейсмических нагрузок в поперечном направлении здания следует выполнять замоноличивание плит покрытия в соответствии с указаниями пп. 3.29 и 3.30.

В зданиях (отсеках) бесфонарных или с зенитными фонарями с расчетной сейсмичностью 7 и 8 баллов и в зданиях (отсеках) с фонарными надстройками при расчетной сейсмичности 7 баллов горизонтальная сейсмическая нагрузка, действующая на плиты покрытия в продольном направлении здания (отсека), передается на продольные ряды колонн диском покрытия, образованным замоноличенными плитами в соответствии с пп. 3.29 и 3.30. Кроме замоноличивания плит в зданиях с фонарными надстройками при расчетной сейсмичности 8 баллов плиты, расположенные у торцов здания (отсека) и поперечных антисейсмических швов (кроме плит, расположенных по продольным координационным осям), на опорах соединяются между собой при помощи стальных элементов, привариваемых к закладным изделиям в полках плит, а в зданиях с сейсмичностью 9 баллов указанные стальные элементы устанавливаются по всем опорам плит (рис. 14 и 15). Сечение соединительных элементов и стержней соединительной арматуры дополнительных закладных изделий (рис. 16) в плитах определяется по расчету на растягивающие усилия, возникающие в покрытии от действия сейсмических нагрузок в продольном направлении здания. При этом покрытие пролета зданий допускается рассматривать как балку-стенку, свободно опертую и загруженную равномерно распределенной по площади сейсмической нагрузкой. Исходя из этих условий, площадь сечения соединительных элементов и стержней соединительной арматуры А_а закладных изделий в плитах покрытия определяется по формуле

,                                                      (28)

где γ = 0,5 - при бесфонарном покрытии;

γ = 0,6 - при покрытии с фонарем;

d - коэффициент, принимаемый по табл. 9 в зависимости от отношения величины пролета покрытия L₀к длине здания или отсека пВ₀ (В₀ - шаг колонн, п - количество шагов колонн);

S^п - расчетная горизонтальная сейсмическая нагрузка, действующая на покрытие рассматриваемого пролета здания в продольном направлении; нагрузка S^п определяется в соответствии с п. 3.15;

I - длина плиты покрытия;

L₀ - пролет покрытия;

R_a - расчетное сопротивление растяжению соединительных элементов или стержней соединительной арматуры закладных изделий в плитах;

m_кр - коэффициент условия работы, принимается по табл. 8;

Должна быть проверена прочность сварных швов в местах приварки соединительных элементов к закладным изделиям плит. В плитах покрытия длиной 12 м закладные изделия и усиление армирования в местах крепления колонн продольного фахверка должны быть проверены расчетом на реакцию верхней опоры фахверковой колонны от сейсмической нагрузки

Рис 14. Приварка плит к стропильным конструкциям и соединение плит между собой соединительными элементами в покрытиях зданий с фонарем при расчетной сейсмичности 8 баллов

1 - плиты покрытия; 2 - несущие конструкции покрытия; 3 - соединительные элементы, а. ш. - антисейсмический шов

3.29. В сборном покрытии для обеспечения передачи горизонтальных нагрузок с покрытия на колонны должны предусматриваться следующие мероприятия по замоноличиванию:

Рис. 15 Приварка плит к стропильным конструкциям покрытия и соединения плит между собой соединительными элементами в зданиях с расчетной сейсмичностью 9 баллов

1 - плиты покрытия; 2 - несущие конструкции покрытия; 3 - соединительные элементы; а. ш. - антисейсмический шов

Таблица 9

	≤ 0,5	0,75	1	1,5
d	0,38	0,62	0,96	1,88

Рис. 16. Соединение плит покрытия между собой стальными элементами

1 - плиты покрытия; 2 - стропильные конструкции; 3 - соединительные элементы; 4 - закладное изделие плиты, 5 - стержни соединительной арматуры закладного изделия плиты; 6 - цементный раствор М200; 7 - жгут из рулонного материала

а) железобетонные плиты покрытия должны крепиться к несущим конструкциям (фермам, балкам) сваркой опорных закладных изделий не менее чем в трех углах, за исключением плит, примыкающих к антисейсмическому шву или торцовой стене, которые допускается приваривать к несущим конструкциям покрытия со стороны одного продольного ребра, но при этом торцы смежных продольных ребер плит у антисейсмического шва или торцовой стены в пределах пролета покрытия соединяются между собой при помощи соединительных элементов, привариваемых к опорным закладным изделиям плит (рис. 17).

Длина сварного шва принимается по всей длине или ширине плоскости опирания закладного изделия ребер плиты на закладное изделие в железобетонной балке или ферме, на верхний пояс стальной фермы или на соединительные элементы (рис 17 и 18). Катет сварного шва принимается равным 6 мм в зданиях с расчетной сейсмичностью 7 баллов и 8 мм в зданиях с расчетной сейсмичностью 8 и 9 баллов, за исключением случаев, когда швы принимаются по расчету в соответствии с п. 3.30;

Рис. 17. Крепление плит покрытия к стропильным конструкциям, расположенным у торца или антисейсмического шва здания

1 - плиты покрытия; 2 - стропильная конструкция; 3 - соединительный элемент

Рис. 18. Соединение стальными элементами продольных ребер плит, примыкающих к фонарю здания с расчетной сейсмичностью 8 и 9 баллов

1 - плиты покрытия; 2 - стропильная конструкция; 3 - закладные изделия плит; 4 - соединительные элементы.

б) в покрытиях зданий со светоаэрационными фонарями с расчетной сейсмичностью 8 и 9 баллов продольные ребра железобетонных плит, примыкающие к фонарю, должны быть соединены по длине между собой при помощи соединительных элементов, привариваемых к опорным закладным изделиям плит (см. рис. 14 и 18);

в) в продольных швах между железобетонными плитами должны предусматриваться шпонки. Все швы (продольные и поперечные) между плитами должны быть тщательно заполнены раствором или бетоном марки М 200 на мелком гравии или щебне.

Для образования шпонок на наружных поверхностях продольных ребер плит должны предусматриваться пазы прямоугольного сечения;

Рис. 19. Установка каркаса между продольными ребрами плит покрытия

1 - плиты покрытия; 2 - стропильные конструкции; 3 - сварной каркас; 4 - цементный раствор марки 200

г) во всех продольных швах между плитами в местах пересечения с поперечными швами симметрично относительно несущей конструкции, укладываются одиночные плоские сварные каркасы из двух продольных стержней диаметром 8 мм из стали класса AI или диаметром 6 мм из стали класса AIII (рис. 19) с поперечными стержнями диаметром 6 мм из стали класса AI с шагом 200 мм;

д) во избежание работы стропильных ферм как неразрезной конструкции к подстропильным железобетонным фермам привариваются продольные ребра только одного ряда плит. Ребра другого ряда закрепляются упорными уголками, которые привариваются к закладным изделиям подстропильных ферм по ходу монтажа плит (рис. 20). Продольные ребра плит, опирающиеся на опорные стойки стропильных стальных ферм и в середине пролета подстропильных стальных ферм, для обеспечения работы стропильных ферм как разрезной конструкции необходимо крепить к конструкциям покрытия с помощью подвижных планок (рис. 21). Болтовые соединения подвижных планок с опорными стойками и подстропильными фермами должны быть рассчитаны на продольные горизонтальные сейсмические усилия, передающиеся с плит на опоры несущих конструкций покрытия;

Рис. 20. Крепление плит покрытия к подстропильным фермам в середине ее пролета (а) и на опорах (б)

1 - плиты покрытия; 2 - подстропильная ферма; 3 - упорный уголок; 4 - соединительный элемент, выполненный в виде упорного уголка; 5 - цементный раствор марки 200

е) в покрытиях с сегментными фермами уширенные продольные швы между плитами, расположенные на расстоянии 3 м от продольных координационных осей здания, должны использоваться для устройства монолитных железобетонных антисейсмических поясов. Эти пояса армируются по всей длине сварными каркасами, которые стыкуются между собой и крепятся к соединительным элементам, приваренным к закладным изделиям ферм (рис. 22). Продольная арматура каркасов принимается диаметром 12 мм из стали класса AIII.

Рис. 21. Узлы опирания железобетонных плит на опорную стойку стропильных ферм (а) и в середине пролета подстропильной фермы (б)

1 - стропильные фермы; 2 - подстропильная ферма; 3 - плиты покрытия; 4 - подвижные планки; 5 - овальные отверстия

Рис. 22. Установка каркаса в уширенные продольные швы между плитами покрытия

1 - плиты покрытия; 2 - верхний пояс сегментной фермы; 3 - сварной каркас; 4 - соединительный элемент; 5 - уширенный продольный шов заполненный бетоном марки 200 на мелком гравии или щебне; 6 - места связки каркасов и соединительного элемента

3.30. В сборных покрытиях ребра плит, примыкающие к продольным рядам колонн, а также упорные уголки (см. п. 3.29д) должны привариваться швами, рассчитанными на продольные горизонтальные усилия, передающиеся с плит на опоры несущих конструкций покрытия. При этом величина усилия, приходящегося на продольный ряд колонн, от действия сейсмических нагрузок (определяемых в соответствии с пп. 3.14а и 3.15а) в крайних рядах вся передается на ребра плит, а в средних рядах усилие распределяется между двумя смежными рядами ребер крайних плит пропорционально грузовым площадям покрытий пролетов, примыкающих к продольному ряду колонн.

Сварные швы рассчитывают на срез по двум сечениям - по металлу шва и по металлу границы сплавления:

V^п / 0,7 k_f l_w £ R_ωf γ_ωf mm_кр;                                        (29)

V^п / k_f l_w £ R_ωz γ_ωz mm_кр

где V^п - величина продольного горизонтального усилия, приходящегося на один ряд ребер плит, примыкающих к рассматриваемому продольному ряду колонн;

k_f - катет углового шва, принимаемый равным не менее указанного в п. 3.29а;

l_ω - суммарная расчетная длина швов, воспринимающих усилие V^п;

R_ωf и R_ωz - расчетные сопротивления углового шва срезу (условному) по металлу шва и по металлу границы сплавления соответственно, принимаемые по главе СНиП II-23-81 «Стальные конструкции»;

γ_ωf и γ_ωz - коэффициенты условий работы шва, принимаемые по п. 11.2 главы СНиП II-23-81;

m - коэффициент, учитывающий сложные условия работы шва и принимаемый равным 0,7;

m_кр - коэффициент условий работы для сварных соединений, принимаемый по табл. 8.

Число расчетных швов и их местоположение зависят от конструктивной схемы здания и расположения связей между опорными участками стропильных конструкций покрытия (см. п. 3.31).

3.31. В зданиях с пролетами до 24 м включительно при расчетной сейсмичности 7 баллов конструктивная схема и расположение связей между опорными участками железобетонных стропильных конструкций принимается как для несейсмических районов. При этом число и месторасположение расчетных сварных швов в покрытии определяется в соответствии с «Рекомендациями по применению сборных железобетонных типовых плит в покрытиях зданий промышленных предприятий», серия 1.400-11.

В зданиях с пролетом 30 м и более при расчетной сейсмичности 7 баллов и с пролетами 12 м и более при расчетной сейсмичности 8 и 9 баллов конструктивная схема и расположение связей между опорными участками железобетонных стропильных конструкций принимаются в соответствии с п. 3.32. При этом возможны следующие случаи распределения продольного горизонтального усилия между сварными швами крепления крайних продольных ребер плит.

I. Случай. Усилие V^п распределяется на все места приварки крайних продольных ребер плит.

Такой случай может быть:

когда на колонны непосредственно опираются стропильные конструкции и между последними на опорах не реже чем через шаг установлены вертикальные связи, чередуясь с распорками в уровне верха колонн (рис. 23, а);

когда стропильные конструкции опираются на подстропильные конструкции.

II. Случай. Усилие V^п передается на продольные ряды колонн в отдельных узлах.

Этот случай имеет место, когда на колонны непосредственно опираются стропильные конструкции и между последними на опорах более чем через шаг колонн устанавливаются вертикальные стальные связи, а в остальных шагах колонн предусматриваются распорки в уровне их верха (рис. 23, б).

Рис. 23. Схемы расположения расчетных сварных швов крепления железобетонных плит в покрытиях без подстропильных конструкций

а - первый случай; б - второй случай; 1 - связи; 2 - распорки; 3 - расчетные сварные швы для усилия ; 4 - расчетные сварные швы для усилия

Рис. 24. Схема связей в покрытиях с железобетонными балками в зданиях с шагом колонн 6 м при расчетной сейсмичности 8 баллов

1 - стропильные балки; 2 - вертикальные связевые фермы; 3 - стальные распорки; 4 - колонны; а. ш. - антисейсмический шов

Рис. 23. Схема связей покрытия с железобетонными фермами (при скатной кровле) в зданиях с шагом крайних колонн 6 м и средних 12 м при расчетной сейсмичности 8 баллов

1 - стропильные фермы; 2 - подстропильные фермы; 3 - вертикальные связевые фермы; 4 - стальные распорки; 5 - колонны; а. ш. - антисейсмический шов

Примечание. При балочных покрытиях с пролетами 6 и 9 м при отсутствии вертикальных связей между колоннами вертикальные связи и распорки между балками могут не ставиться. Крепление балок к колоннам в этом случае должно быть рассчитано на передачу сейсмических сил с плит покрытия на колонны.

Рис. 26. Крепление вертикальной связи и распорки в покрытии здания с расчетной сейсмичностью 8 баллов в месте опирания стропильной фермы на колонну среднего ряда

1 - железобетонная стропильная ферма; 2 - колонна; 3 - вертикальная связевая ферма; 4 - стальная распорка; 5 - соединительное изделие

Рис. 27. Крепление железобетонных стропильных ферм к подстропильной в месте опирания ее на крайнюю колонну в зданиях с расчетной сейсмичностью 8 баллов

1 - стропильные фермы; 2 - подстропильная ферма; 3 - колонна; 4 - упор, плотно прижатый к бетонной поверхности подстропильной фермы; 5 - упор, плотно прижатый к бетонной поверхности стропильной фермы

3.32. В зданиях с пролетами 30 м и более при расчетной сейсмичности 7 баллов и с пролетами 12 м и более при расчетной сейсмичности 8 баллов должны быть предусмотрены:

а) в продольных рядах колонн без подстропильных конструкций вертикальные стальные связи между опорными участками железобетонных балок или ферм и распорки по верху колонн (рис. 24 и 25); при этом нижние пояса связей и распорки крепятся к закладным изделиям колонн (рис. 26); количество вертикальных связей между опорными участками стропильных конструкций определяется из условия расположения расчетных сварных швов крепления ребер плит, примыкающих к продольным рядам колонн (см. п. 3.30) и принимается не менее двух, располагаемых в крайних шагах здания (отсека);

б) в продольных рядах колонн с подстропильными конструкциями - стальные упоры или распорки для закрепления опорных участков железобетонных стропильных конструкций от опрокидывания (рис. 27, 28 и 29).

В зданиях с пролетами 12 м и более при расчетной сейсмичности 9 баллов между железобетонными балками или фермами на опорах должны быть установлены не реже чем через шаг вертикальные стальные связи, чередующиеся с распорками. При этом нижние пояса связей и распорки должны крепиться к закладным изделиям балок или ферм (рис. 30 и 31).

Стальные вертикальные связи, распорки и упоры должны быть рассчитаны на восприятие приходящихся на них расчетных горизонтальных сейсмических нагрузок; при этом в зданиях с расчетной сейсмичностью 9 баллов связи между опорными участками балок или ферм должны быть рассчитаны с учетом усилий, возникающих в связях от смещения места приложения вертикальной нагрузки на колонны при повороте опорной плоскости колонн от сейсмических воздействий (рис. 32) при выполнении узла опирания стропильной конструкции на колонну по рис. 33.

Величина силы, приходящейся на вертикальную связь, от смещения места приложения вертикальной нагрузки на колонну U определяется по формуле

,                                                         (30)

где N - расчетная нормальная сила на колонну от нагрузок покрытия (коэффициенты сочетаний принимаются в соответствии с п. 2.2);

b - ширина поперечного сечения стропильной конструкции в месте опирания на колонну;

с - размер площадки соприкасания стальной опорной части стропильной конструкции с закладным элементом колонны с учетом смятия (в месте передачи усилий) стальных частей и бетона верха колонны; величина с принимается равной 60 мм;

h - высота вертикальной связи.

Рис. 28. Крепление железобетонных стропильных ферм к подстропильным в середине ее пролета (при скатной кровле) в зданиях с расчетной сейсмичностью 8 баллов

1 - стропильные фермы; 2 - подстропильная ферма; 3 - стальные упоры, привариваемые к подстропильной ферме и плотно прижатые к стропильным фермам

3.33. В покрытиях с железобетонными фермами нижний пояс стропильных ферм должен быть раскреплен стальными распорками и вертикальными связями, устанавливаемыми посередине пролета ферм. Вертикальных стальных связей должно быть две на здание (отсек) и располагать их следует в крайних шагах стропильных конструкций (рис. 34).

3.34. Конструкцию соединения железобетонных стропильных несущих конструкций покрытия с подстропильными, а также стропильных и подстропильных конструкций с колоннами каркаса здания с расчетной сейсмичностью 7 и 8 баллов допускается принимать как для несейсмических районов с учетом дополнительных мероприятий, предусмотренных в п. 3.32.

Рис. 29. Крепление железобетонных стропильных ферм к подстропильным в месте опирания их на колонну (при скатной кровле) в зданиях с расчетной сейсмичностью 8 баллов

1 - стропильные фермы; 2 - подстропильные фермы; 3 - колонны; 4 - упоры, плотно прижатые к бетонной поверхности фермы; 5 - стальные распорки

В зданиях с расчетной сейсмичностью 9 баллов узел опирания железобетонной стропильной конструкции на колонну следует выполнять с применением соединительного элемента, привариваемого на монтаже к стальным изделиям оголовка колонны и стропильной конструкции. Для обеспечения возможности поворота верхнего сечения колонны соединительный элемент изготавливается из двух стальных пластин, соединенных между собой по двум сторонам сваркой, располагаемой в узле за гранями колонны (рис. 33).

Рис. 30. Пример расположения связей покрытия с балками (при скатной кровле) в зданиях с расчетной сейсмичностью 9 баллов

1 - железобетонная стропильная балка; 2 - вертикальные связевые фермы; 3 - стальные распорки; 4 - колонны; а. ш. - антисейсмический шов

Рис. 31. Крепление вертикальной связи и распорки к железобетонной стропильной балке в покрытии здания с расчетной сейсмичностью 9 баллов

1 - железобетонная стропильная балка; 2 - колонна; 3 - вертикальная связевая ферма; 4 - стальная распорка; 5 - закладное изделие в стропильной конструкции

Примечание. Для зданий с расчетной сейсмичностью 8 баллов, возводимых на площадках строительства с I категорией повторяемости землетрясений, рекомендуется узел опирания железобетонной стропильной конструкции на колонну выполнять по типу аналогичного узла в зданиях с расчетной сейсмичностью 9 баллов (рис. 33).

Рис. 32. Схемы к расчету вертикальных связей между опорными участками железобетонных стропильных конструкций на усилия от смещения места приложения вертикальной нагрузки на колонну

а - схема покрытия; б - схема деформированного элемента покрытия; в - расчетная схема связи; 1 - вертикальная связь; 2 - распорка

Рис. 33. Опирание железобетонной стропильной конструкции на колонну при расчетной сейсмичности 9 баллов

1 - стропильная конструкция; 2 - колонна; 3 - соединительные изделия; (связи и распорки условно не показаны)

Рис. 34. Пример расположения связей покрытия с железобетонными фермами при расчетной сейсмичности 7 баллов

1 - стропильные фермы; 2 - вертикальные связевые фермы; 3 - стальные распорки; а. ш. - антисейсмический шов

3.35. Узлы соединения несущих конструкций покрытия с колоннами должны быть рассчитаны на срез от усилий, возникающих в этих местах от действия на рассматриваемое соединение горизонтальных сейсмических нагрузок.

В соответствии с решениями узлов опирания железобетонных стропильных конструкций на колонны и конструкции связей опорные участки стропильных конструкций должны быть рассчитаны с учетом усилий, возникающих при деформациях колонн во время сейсмического воздействия (см. рис. 32 и 33). В случае недостаточной прочности необходимо произвести соответствующие усиления опорных частей стропильных конструкций.

3.36. Закладные изделия, устанавливаемые в верхнем поясе железобетонных ферм для крепления стоек светоаэрационного фонаря, должны быть проверены расчетом на усилия, передающиеся с фонаря на диск покрытия при сейсмическом воздействии.

3.37. При определении частот и форм собственных колебаний ферм следует принимать:

а) жесткость сечений для сжатых и растянутых предварительно напряженных железобетонных элементов - без учета образования трещин (E_бA_б), для растянутых элементов, выполняемых без предварительного напряжения, - без учета работы бетона (E_аA_а);

б) массы, сосредоточенные в узлах верхнего пояса ферм, - исходя из суммарной равномерно распределенной нагрузки, включающей собственный вес покрытия, вес снега (без учета снеговых мешков), а также подвесной транспорт, влияние которого приводится к эквивалентной равномерно распределенной нагрузке; при этом коэффициенты сочетаний, необходимые для определения величин масс, принимаются в соответствии с п. 2.2. Эквивалентная нагрузка от мостовых подвесных кранов определяется от одного крана на каждом крановом пути и при расположении крана в плоскости фермы.

Вертикальные сейсмические нагрузки на фермы, соответствующие различным комбинациям нагрузок, допускается определять при постоянных значениях β_i и η_ik, вычисленных из условий, приведенных в данном пункте.

3.38. Железобетонные плиты длиной 12 м по стропильным конструкциям зданий с пролетами 18 м и более с расчетной сейсмичностью 9 баллов применять не рекомендуется.

3.39. Минимальная длина опирания продольных ребер железобетонных плит покрытия длиной 6 м на стальные конструкции должна быть 70 мм, на железобетонные - 75 мм, для плит длиной 12 м - 90 мм на стальные и железобетонные конструкции. Допускается отклонение фактической длины опирания смонтированных плит от указанных выше значений не более чем на 10 мм.