§ XVII.2. Особенности

КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ

ЗДАНИИ, ВОЗВОДИМЫХ

В РАЙОНАХ

С ВЕЧНОМЕРЗЛЫМИ

ГРУНТАМИ

При выборе

конструктивной схемы зданий для

северных районов страны

следует учитывать, что здания

возводятся на вечномерзлых

грунтах. Решение

конструкций в этих условиях

принимается в зависимости от

типа и свойств грунта,

характера застройки,

температурного режима здания,

времени строительства. В этих

условиях предусматривают

специальные меры по

сохранению вечномерзлого

состояния основания или же

учитывают возможность

неравномерной осадки здания

при оттаивании основания.

Опыт проектирования и строительства показывает,

что достаточно надежны конструкции зданий,

возводимых на железобетонных сваях, погружаемых и

вмораживаемых в заранее пробуренные лидерные скважины при

Рис. XVI 1.3. Фрагмент разреза

здания на железобетонных

сваях, вмороженных в вечномерз-

лый грунт

1 — свая; 2— скважина; 3—

стена здания; 4 — цокольная

плита; 5 — железобетонный

ростверк

628

свхранении грунта вечномерзлым (рис. XVH.3). Прв\

твердомерзлых грунтах диаметр скважин назначают-!

больше размеров сечения свай, в пластично-мерзлых

грунтах — меньше. По головкам свай выполняют желе- !

зобетонный ленточный ростверк. Чтобы сохранить грунт

вечномерзлым, устраивают проветриваемое подполье.

Если здание возводится на просадочных при

оттаивании грунтах без применения свай, фундаменты

выполняют в виде перекрестных лент. В этом случае здание ре*'

комендуется делить на блоки небольшой длины (поряд-1

ка 20—30 м), а в дефор-мационных швах устраивать \

парные поперечные стены. При том и другом способе <

возведения зданий на вечномерзлых грунтах

целесообразно применять более жесткие панельные конструктив»

ные схемы зданий. v

§ XVII 3. Железобетонные конструкции,

ЭКСПЛУАТИРУЕМЫЕ В УСЛОВИЯХ СИСТЕМАТИЧЕСКОГО

ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ТЕМПЕРАТУР

1. Расчетные характеристики бетона и арматуры .,

при нагреве

Железобетонные конструкции отдельных цехов

промышленных зданий могут подвергаться систематическому

воздействию технологических температур выше 50 °С

(литейные, электроплавильные и аналогичные горячие

цехи).

При систематическом воздействии технологической

температуры до 200 °С применяют обычный железобетон

на портландцементе (или шлакопортландцементе); если

температура выше 200 °С, применяют специальный

жаростойкий бетон.

Ниже рассматриваются конструкции из обычного

тяжелого бетона.

Прочность бетона при систематическом нагреве под

влиянием нарушения структуры бетона снижается.

С повышением температуры до 200 °С снижение

прочности при сжатии может достигать 30—40%, что должно

учитываться в расчетах конструкций.

Значения расчетных и нормативных сопротивлений

бетонов умножают на коэффициенты: уь, уы —

учитывающие снижение сопротивления бетона сжатию и

растяжению при кратковременном нагреве;, уы, \ьи — то же,

626

при длительном нагреве. Значения коэффициентов в

зависимости от температуры нагрева бетона от 50 до

200 °С приведены в табл. XVI 1.1.

Таблица XVI 1.1. Значения коэффициентов, учитывающих

снижение расчетных и нормативных сопротивлений и модули

упругости бетона в условиях систематического воздействия

технологических температур

Коэффициент

Уы

Значение при температуре иагрева,

50

1

1

1

1

1

60

0,9

0,85

0,8

0,75

0,9

100

0,85

0,8

0,7

0,65

0,8

°с

200

0,7

0,6

0,5

0,35

0,7

зависимости от температу-

. XVII.1.

Деформативность бетона при систематическом

нагреве увеличивается под влиянием снижения модуля упру*

гости бетона, значение которого принимается равным:

ЕЫ = ЕЬ$Ь; (XVII. 5)

значения коэффициента р6 в

ры нагрева приведены в табл

Температурная усадка

бетона возникает при первом

иагреве и является

необратимой деформацией, которая

увеличивается с повышением

температуры нагрева:

(XVII. 6)

коэффициент температурной

усадки при нагреве до

100°С принимают as/=2,5-

• 10-6, при нагреве до

200 °С — asi = 2,25-10-s

(рис. XVII.4).

Температурное

расширение бетона является

обратимой деформацией, которая

пропорциональна

температуре нагрева:

Ч = ЩП (XVII. 7)

Рис. XVH.4. Диаграмма

температурных деформаций бетона

1 — температурное

расширение; 2 — суммарнав

температурная деформация прн

первом нагреве; 3 — деформации

прн повторных нагревах и

охлаждениях; 4 — деформация

прн охлаждении после первого

иагрева; 5 — температурная

усадка

627

коэффициент температурного расширения при нагреве

до 100°С принимают а< = 12,5-10-6, при нагреве до

200 °С — а(= 11,75-Ю-6.

Суммарная температурная деформация бетона при

нагреве (см. рис. XVII.4)

Коэффициент суммарной температурной деформации J

при нагреве до 100°С принимают аы*=№-10~6, при

нагреве до 200 °С — а«=9,5-10~6.

Нормативное значение плотности тяжелого бетона,

высушенного до постоянной массы, принимается равным

2300 кг/м3, а нормативное значение средней плотности

железобетона — 2400 кг/м3.

Для армирования железобетонных конструкций,

работающих в условиях систематического воздействия

технологических температур до 200 °С, применяют

арматурные стали, предусмотренные для обычных условий,-

но с учетом дополнительных требований. Чтобы не

утрачивался эффект упрочнения холодным деформированием,,

максимальная температура нагрева проволочной

арматуры классов Bp-I, B-II, Вр-Н, а также арматурных

канатов не должна гтревышать 150 °С.

При циклическом режиме нагрева предварительно

напряженных конструкций, армированных проволочной

арматурой или изделиями из нее, температура нагрева

арматуры не должна превышать 100 °С. Под

циклическим нагревом подразумевается такой режим, при

котором не менее чем раз в сутки температура нагрева

конструкции может изменяться более чем на 30 % или не

менее чем раз в неделю на 100 %. При более высокой

температуре нагрева расчетные характеристики

обыкновенной арматурной проволоки в сварных сетках и

каркасах принимают такими же, как для арматуры класса

A-I.

Прочность стержней и проволочной арматуры при

нагреве снижается иа 5—15 %. Расчетные и нормативные

сопротивления арматуры умножают на коэффициенты

\s, ysi, учитывающие снижение сопротивления арматуры

при кратковременном и длительном нагреве (табл.

XVII.2).

Модуль упругости стальной арматуры при нагреве до

200°С снижается незначительно (на 4%). В расчетах

628

Таблица XVII.2. Значение коэффициентов для учета снижения

расчетных и нормативных сопротивлений н модуля упругости

стальной арматуры в условиях систематического воздействия

технологических температур

Арматура

Классов A-I, АН,

арматурная проволока всех

видов и канаты

Стержневая классов

А-Ш, А-IV

Всех видов

фициент

Ys

Ysi

as<

Ys

Ysi

«si

Ps

Значение при температуре нагрева, °С

50

1

1

11-10—«

1

1

12-10-»

1

100

0,96

0,95

11,5-10-е

1

1

12,5-10—в

1

200

0,85

0,85

12-10-»

0,95

0,85

13-10-»

0,96

(XVII .9)

его принимают

Е„ = Es ft;

значения ps приведены в табл. XVII.2.

Температурный коэффициент линейного расширения

стальной арматуры <xst в зависимости от вида арматуры

и температуры нагрева принимают по табл. XVII.2. В

железобетонных элементах с трещинами принимают

среднее значение температурного расширения арматуры

в бетоне:

<W = aM + (as,—aM)A; (XVI1.10)

коэффициент k зависит от процента армирования

продольной арматурой и принимается по табл. XVII.3.

Таблица XVII.3. Значения коэффициента k

Процент армирования

Коэффициент k

<0,2

0

0,2

0,2

0,4

0,55

0,7

0,7

1

0,8

2

0,95

3

1

Полная величина потерь предварительного

напряжения арматуры складывается из основных потерь при

нормальной температуре и дополнительных потерь,

вызванных действием температуры. Дополнительные

потери принимаются равными: а) 30 % потерь от ползучести

бетона при нормальной температуре; б) дополнительным

потерям от релаксации напряжений в арматуре

0,0013 (/4-/0)а01,

(XVII. 11)

629

где tt — температура нагрева арматуры при эксплуатации; t0 —

температура арматуры после натяжения, которая может приниматься

равной 20 °С.

Диаметр рабочей арматуры при температуре ее

нагрева до 100 °С рекомендуется принимать не более 25 мм,

а при температуре ее нагрева до 200 °С — не более

20 мм.

Анкеровка рабочей арматуры при температуре ее

нагрева более 100 °С увеличивается на пять диаметров ан-

керуемых стержней. Кроме того, к каждому растянутому

продольному стержню следует приваривать не менее

двух поперечных стержней.

Толщина защитного слоя бетона для рабочей

арматуры при температуре нагрева 100—200 °С должна

увеличиваться на 5 мм и приниматься не менее 1,5

диаметра рабочей арматуры.

Прочность сцепления арматуры с бетоном при

нагреве до 200 °С и последующем охлаждении практически не

снижается.

2. Определение деформаций и усилий, вызванных

действием температуры

Распределение температур в железобетонных

конструкциях при установившемся потоке тепла

рассчитывают методами строительной теплотехники. Температуру

арматуры в сечениях железобетонных элементов

принимают равной температуре бетона в месте ее

расположения.

При линейном распределении температур по высоте

сечения свободную температурную деформацию et

элемента определяют на уровне оси, проходящей через

центр тяжести сечения, а кривизну оси при изгибе \/rt

принимают равной тангенсу угла наклона на эпюре

деформаций:

а) в железобетонном элементе без трещин (рис.

XVII.5, а)

?t = [aM tb (ft - у) + аы tbly] yt/h; (XVII. 12)

1 lrt = (аМ1 tu - abt tb) yt/h; (XVII. 13)

б) в железобетонном элементе с трещинами в

растянутой зоне при расположении растянутой зоны у менее

нагретой грани (рис. XVII.5, б)

et = [al(m/, (ft0 -ft) + «bt (ъ) Yt/V, (XVII. 14)

l/'« = («Ы tb ~ <W ts) ъ1К (XVII. 15)

630

в) в железобетонном элементе с трещинами в

растянутой зоне и расположении растянутой зоны у более

нагретой грани (рис. XVII.5, в) et определяют по формуле

(XVII.14):

1 lrt = (<xstm tt - аы tb) у,/ho, (XVII. 16)

где h, h\, tB — температура нагрева бетона и арматуры; у< —

коэффициент перегрева, принимаемый равным 1,1 при расчете по первой

группе предельиых состояний и равный 1 при расчете по второй

группе предельиых состояний; у, у, — расстояния от оси, проходящей

через центр тяжести сечеиия до наименее нагретой грани и до точки

приложения усилия в растяиутой арматуре.

Прогиб элемента,

вызванный неравномерным

нагревом,

ft = Si(l/rt)p; (XVII. 17)

коэффициент st зависит от

условий закрепления

элемента по краям; при свободном

опирании si = l/s.

Температурный момент

от неравномерного нагрева

в элементах, заделанных на

опоре, а также в замкнутых

рамах с одинаковыми

сечениями

Mt = (\lrt)B, (XVII. 18)

где В — жесткость элемента.

3. Основные положения рас-

чета конструкций с учетом

температурных воздействий

Конструкции,

находящиеся в условиях воздействия

температур, рассчитывают

на возможные

неблагоприятные сочетания усилий от

кратковременного и

длительного воздействия

температуры, собственного веса и

внешней нагрузки.

Статически определимые конструкции рассчитывают

на действие длительного нагрева, а статически

неопределимые проверяют на действие первого

кратковременного нагрева, когда возникают максимальные темпера-

Рис. XV11.5. Расчетные схемы

распределения температуры и

температурных удлинений в

сечениях

а — бетонном; б —

железобетонном с растянутой зоной у

менее нагретой грани; в —то

же, у более нагретой грани;

1 — распределение

температуры; 2 — распределение

температурных удлинений

631

турные усилия, и на действие длительного нагрева после

снижения прочности и жесткости элементов.

Расчет по первой группе предельных состояний — по

прочности — ведется на действие расчетных нагрузок,

по выносливости — на действие нагрузок с

коэффициентом надежности yt = l. Расчет по второй группе

предельных состояний ведется на действие нагрузок с

коэффициентом надежности yt—1. Усилия от температуры

вводят в расчет с коэффициентом перегрева yt (см. выше).

Расчетные и нормативные сопротивления бетона и

арматуры вводят в расчеты по первой и второй группам

предельных состояний сниженными в зависимости от

температуры и длительности нагрева конструкции.-^

Расчетные сопротивления бетона сжатию

устанавливают в зависимости от средней температуры сжатой

зоны, для тавровых сечений — в зависимости от средней

температуры свесов полки.

В расчетах по образованию трещин сопротивление

бетона растяжению при кратковременном нагреве

Rbt,serybt и при длительном нагреве Rbt.serybti

определяют для температуры нагрева бетона на уровне

растянутой арматуры. В этих расчетах геометрические

характеристики приведенного сечения определяют с учетом

влияния температуры.

Ширину раскрытия трещин, нормальных к

продольной оси элемента, вызванных действием температуры,

собственного веса и внешней нагрузки, определяют по

формулам гл. VII. К этой ширине раскрытия трещин

необходимо добавить ширину раскрытия трещин,

вызванную разностью коэффициентов температурного

расширения арматуры в бетоне и суммарной температурной

деформации бетона, по формуле

acrc,t *= (<*stm ~ <*ъд U 'crc- (XVII. 19)

Перемещения, кривизны и жесткости 5 элементов, не

имеющих трещин в растянутой зоне, определяют по

формулам гл. VII. При этом модуль упругости бетона

Еь заменяют на Еы, значение которого устанавливают

по температуре нагрева центра тяжести сечения,

коэффициент 0,85 заменяют коэффициентом 0,75, а

коэффициент с при длительном нагреве принимают равным 3.

Перемещения, кривизны и жесткости В элементов,

эксплуатируемых с трещинами в растянутой зоне, также

определяют по формулам гл. VII, но по значениям со-

632

|яр©тивлений материалов и модулей упругости

материалов, соответствующим температуре нагрева. Значение

коэффициента упругих деформаций v при длительном

нагреве принимают при сухом и нормальном режиме

равным 0,15, при влажном режиме—0,1.