Материал: Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура
ISSN 2541-9110 |
Housing andutilities infrastructure. No. 2(13). 2020 |
|
|
максимальные моменты в загружаемых пролетах; при расположении временной нагрузки в двух смежных пролетах и далее через один пролет получают максимальные по абсолютному значению моменты на опоре.
Из приведеннойвыше информацииможно сделать вывод, что расчетные усилия будут больше при неравномерном загружении перекрытия.
Вслучае с проектированием монолитных перекрытий на всех схемах обычно учитывается только равномерно распределенная нагрузка. Вопрос неравномерного загружения монолитного перекрытия «пятнами» грузовых площадей в нормативной литературе рассмотрен только в СП 20.13330.2016. «Нагрузки и воздействия» (раздел 6, п. 1), при этом следует учитывать, что если на плитудействует система внешнихнагрузок и требуется производить расчет на различные их сочетания, то рекомендуется следующий прием. Зафиксировать все нагрузки кроме i-той, в каком-то их сочетании, и рассматривать эти нагрузки как постоянные. Нагрузкус номеромi рассматриваем как изменяющуюся пропорционально параметру pi. Как, например, это показано в работах [4, 5].
Однако указанный подход не удобен для реализации в современных программных комплексах. Кроме того, он не дает понимания, в каком сочетании необходимо зафиксировать нагрузки.
Некоторое подобие неравномерного загружения встречается вработахА.Н. Малахова
[6]и Н. Г. Головина [7]. Ими рассматривается не отсутствие временной нагрузки в некоторых частях конструкции, а недогруз промежуточных балок из-за перераспределения усилий. При этом возможное отсутствие временной нагрузки в различных частях конструкции не учитывается.
Врамкахнастоящей работы поставлена задача проверки справедливости методаопределения расчетных моментов, описанных в технической литературе и используемых на практике, при неравномерном загружении монолитного перекрытия, и определения значения моментов, которые дает известный метод.
Для рассмотрения вопроса по определению наиболее неблагоприятного загружения одного монолитного перекрытия проведено исследование конкретного здания: жилой дом, в 7 этажей, на 29 квартир с подземной автостоянкой, и арендными площадями на первом этаже по ул. Свободы в г. Ярославле.
Рассматриваемое здание имеет полный железобетонный каркас с монолитными перекрытиями. Высота этажа 3 м. Площадь перекрытия 808,4 м2. Фундамент выполнен в виде сплошной плиты выполненной из железобетона со степенью водонепроницаемости W20. Стены подземной части здания выполнены из железобетона тех же характеристик. Все перекрытия однотипные, ребристые. Наружные стены из пустотелого кирпича. Перегородки толщиной 100мм, выполнены изгипсобетона. Покрытие пола первого этажа:плитыиз стеклянного шпательного волокна «URSA»- 200 мм ГОСТ 4640; стяжка из цементно-песчаного раствора М 150 – 70 мм ГОСТ 28013-98; грунтовка – праймер битумный ТехноНИКОЛЬ ГОСТ 9.602-2005; плитка керамогранитная – 10 мм ГОСТ Р 57141-2016. Покрытие пола остальных этажей: изолон ТУ 5763-031-17925162-2005 – 10 мм ГОСТ 17241-2016; стяжка из цементно-песчаного раствора М150– 70 ммГОСТ 28013-98;водно-дисперсионнаягрун- товка – 2 мм ГОСТ 34395-2018; водно-дисперсионный клей – 3 мм ГОСТ 28780-2004; линолеум ПВХ – 5 мм ГОСТ 7251-2016. Все окна и оконные блоки соответствуют ГОСТ 30674-99. Межкомнатные и входные двери соответствуют ГОСТ 6629-88.
На основании рекомендаций [8, 9, 10] моделировалось перекрытие как совокупность пластин и стержневых элементов, которые между собой соединяют жесткостные вставки.
Рассматривались варианты равномерного сплошного загружения в соответствии с рекомендациями, приведенными в работе В.Н. Байкова [1]. При равномерно распределенной нагрузке максимальные значения момента в сечениях элементов составили:
для главных балок My = -190,71 кН×м/м; My = 106,36 кН×м/м;
для второстепенных балок My = -105,78 кН×м/м; My = 37,02 кН×м/м;
-10 -
ISSN 2541-9110 |
Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура. № 2(13). 2020 |
|
|
пластины: Mx = -11,22 кН×м/м; Mx = 11,31 кН×м/м; My = -2,66 кН×м/м; My = 1,98
кН×м/м.
В качестве отправной точки было принято составление так называемых ячеек загружений. Это самостоятельное загружение кратковременной полезной нагрузки, прикладываемой на площадь, заключенную между четырьмя рядом расположенными колоннами. Был проведен их перебор при помощи задействования функции расчетных сочетаний усилий и перемещений в программе SCAD++, из пакета программ SCAD Office 21.1. После чего были найдены в отчете элементы с максимальным моментом и комбинацией загружений, которая послужила причиной их образования:
для главных балок: расположение элемента с максимальным отрицательным значением момента показано на рис. 1, а, значение максимального отрицательного моментаMy = -236,336 кН×м/м, комбинация загружений, соответствующая моменту:
L1+L2+L3+0,7·L5+0,9L9+0,7L10+0,7L12+0,7L13+0,7L16+0,7L17+0,7L18+0,7L20,
где L1, L2, L3… – это номера нагрузок приложенных к одному пятну 1А, 1Б, 1В… Расположение элемента с максимальным положительным значением момента пока-
зано на рис. 1, б, значение максимального положительного момента My = 110,322 кН×м/м, комбинация загружений, соответствующая моменту:
L1+L2+L3+0,7×L5+0,9×L6+0,7×L8+0,7×L10+0,7×L11+0,7×L13+0,7×L15+0,7×L19+0,7×L20,
где L1, L2, L3… – это номера нагрузок приложенных к одному пятну 1А, 1Б, 1В…
а)
Ж |
А |
Б |
В |
6 |
|
|
|
|
|
Ж |
|
Е |
|
|
|
5 |
|
|
|
Д |
|
|
|
4 |
|
|
Г |
Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
3 |
|
|
|
В |
|
|
|
2 |
|
|
|
Б |
|
|
|
1 |
|
|
|
А |
|
|
А |
1 |
|
|
4 |
б)
Ж |
А |
Б |
В |
6 |
|
|
|
|
|
Ж |
|
Е |
|
|
|
5 |
|
|
|
Д |
|
|
|
4 |
|
|
Г |
Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
3 |
|
|
|
В |
|
|
|
2 |
|
|
|
Б |
|
|
|
1 |
|
|
|
А |
|
|
А |
1 |
|
|
4 |
Рис. 1. Схемы загружения пятнами для главных балок:
а – соответствующая максимальному отрицательному моменту; б – соответствующая максимальному положительному моменту
для второстепенных балок: Расположение элемента с максимальным отрицательным значением момента показано на рис. 2, а, значение максимального отрицательного момента My = -108,329 кН×м/м, комбинация загружений, соответствующая моменту:
L1+L2+L3+0,7L5+0,7L8+0,9L9+0,7L10+0,7L12+0,7L13+0,7L14+0,7L17+0,7L19,
где L1, L2, L3… – номера нагрузок, приложенных к одному пятну 1А, 1Б, 1В… Расположение элемента с максимальным положительным значением момента пока-
зано на рис. 2, б, значение максимального положительного момента My=39,087 кН×м/м,
- 11 -
ISSN 2541-9110 |
Housing andutilities infrastructure. No. 2(13). 2020 |
|
|
комбинация загружений, соответствующая моменту: |
|
|
L1+L2+L3+0,9L4 +0,7L8+0,7L9+0,7L10+0,7L17+0,7L19, |
где L1, L2, L3… – номера нагрузок, приложенных к одному пятну 1А, 1Б, 1В… |
|
а) |
б) |
Ж |
А |
Б |
В |
6 |
|
|
|
|
|
Ж |
|
Е |
|
|
|
5 |
|
|
|
Д |
|
|
|
4 |
|
|
Г |
Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
3 |
|
|
|
В |
|
|
|
2 |
|
|
|
Б |
|
|
|
1 |
|
|
|
А |
|
|
А |
1 |
|
|
4 |
Ж |
А |
Б |
В |
6 |
|
|
|
|
|
Ж |
|
Е |
|
|
|
5 |
|
|
|
Д |
|
|
|
4 |
|
|
Г |
Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
3 |
|
|
|
В |
|
|
|
2 |
|
|
|
Б |
|
|
|
1 |
|
|
|
А |
|
|
А |
1 |
|
|
4 |
Рис. 2. Схемы загружения пятнами для второстепенных балок:
а – соответствующая максимальному отрицательному моменту; б – соответствующая максимальному положительному моменту
для элементов перекрытия, моделируемых пластинами: Расположение эле-
мента с максимальным отрицательным значением момента в направлении оси Х показано на рис. 3, а, значение максимального отрицательного момента в направлении оси Х Mx= - 23,47 кН×м/м, комбинация загружений соответствующая моменту:
L1+L2+0,7L4+0,7L5+0,7L6+0,7L10+L11+0,7L13+0,7L16+0,9L17+0,7L18,
где L1, L2, L3… – номера нагрузок, приложенных к одному пятну 1А, 1Б, 1В… Расположение элемента с максимальным положительным значением момента в
направленииоси Х показано на рис. 3, б, значение максимального положительного момента в направлении оси Х Mx = 11,88 кН×м/м, комбинация загружений соответствующая моменту:
L1+L2+L3+0,7L4+0,7L8+0,9L9+0,7L10+0,7L16+0,7L17+0,7L18+0,7L20,
где L1, L2, L3… – номера нагрузок, приложенных к одному пятну 1А, 1Б, 1В… Расположение элемента с максимальным отрицательным значением момента в
направлении оси Y показано на рис. 3, в, значение максимального отрицательного момента в направлении оси Y My= -23,325 кН×м/м, комбинация загружений соответствующая моменту:
L1+L2+0,7L4+0,7L5+0,7L6 +0,7L10 +0,9L11 +0,7L13+0,7L16+L17+0,7L18,
где L1, L2, L3… – номера нагрузок, приложенных к одному пятну 1А, 1Б, 1В… Расположение элемента с максимальным положительным значением момента в
направлении оси Y показано на рис. 3, г, значение максимального положительного момента
- 12 -
ISSN 2541-9110 Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура. № 2(13). 2020
в направлении оси Y My = 2,077 кН×м/м, комбинация загружений, соответствующая моменту:
|
L1+L2+L3+0,7L4+0,7L8+0,9L9+0,7L10 +0,7L16+0,7L18+0,7L20. |
||
а) |
б) |
в) |
г) |
Ж |
А |
Б |
В |
|
Ж |
А |
Б |
В |
6 |
|
|
|
6 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
Е |
|
|
|
|
Е |
|
|
|
5 |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
Д |
|
|
|
|
Д |
|
|
|
4 |
|
|
|
Г |
4 |
|
|
|
Г |
|
|
|
Г |
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
В |
|
|
|
|
В |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
Б |
|
|
|
|
Б |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
А |
|
|
|
А |
А |
|
|
|
1 |
|
|
|
4 |
1 |
|
|
4 |
|
Ж |
А |
Б |
В |
|
|
6 |
|
|
|
|
Ж |
|
|
|
Ж |
|
|
Е |
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
Д |
|
|
|
Д |
Г |
4 |
|
|
Г |
Г |
Д |
Г |
|
|
||
|
|
|
Д |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
В |
|
|
|
В |
|
2 |
|
|
|
|
|
Б |
|
|
|
Б |
|
1 |
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
А |
А |
|
1 |
|
|
4 |
|
Ж |
А |
Б |
В |
6 |
|
|
|
|
|
Ж |
|
Е |
|
|
|
5 |
|
|
|
4 |
|
|
Г |
|
|
|
|
|
|
|
Д |
3 |
|
|
|
2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
А |
1 |
|
|
4 |
Рис. 3. Схемы загружения пятнами с максимальными моментами в элементах перекрытия, моделируемых пластинами:
а– соответствующая максимальному отрицательному моменту в направлении оси Х;
б– соответствующая максимальному положительному моменту в направлении оси Х;
в– соответствующая максимальному отрицательному моменту в направлении оси Y; г – соответствующая максимальному положительному моменту в направлении оси Y
Анализ результатов исследований показывает, что традиционная модель дает заниженные значения расчетных усилий по сравнению со значениями, полученными при подборе расчетных сочетаний усилий. Расчет, полученный с помощью подбора расчетного сочетания усилий программой SCAD++, из пакета программ SCAD Office 21.1., очень близок к максимальным значениям моментов и позволяет, не вводя вручную все возможные комбинации загружений, подобрать необходимую схему загружения.
Заключение.
Установлено, что усилия, возникающие в элементах конструкции при равномерном сплошном загружении перекрытия, не в полной мере отражают возможные экстремальные состояния при проектном режиме эксплуатации.
Результаты расчетов различныхкомбинаций неравномерного нагружения перекрытия показали, что, не смотря на понижающий коэффициент, все нагрузки, полученные в результате подбора расчетных сочетаний неравномерно распределенных усилий, превышают аналогичные при равномерно распределенной нагрузке.
Таким образом, обоснована необходимость дополнения методики определения расчетных моментов при неравномерном загружении монолитного перекрытия, представленной в СП 20.13330.2016. «Нагрузки и воздействия».
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Байков, В. Н. Железобетонные конструкции: Общий курс: учебник для вузов / В. Н. Байков, Э. Е. Сигалов. – М.: Стройиздат, 1991. – 767 с.
2.Пецольда, Т. М. Железобетонные конструкции. Основы теории расчета и кон-
-13 -
ISSN 2541-9110 |
Housing andutilities infrastructure. No. 2(13). 2020 |
|
|
струирования: учебное пособие для студентов строительных специальностей / Т. М. Пецольда, В. В. Тур. – Брест: БГТУ, 2003. – 380 с.
3.Кремнев, В. А. Расчет прочности на продавливание плиты безбалочного безкапительного перекрытия / В. А. Кремнев, В. С. Кузнецов, Ю. А. Талызова // Вестник МГСУ.
–2014. – № 10. – С. 34-40.
4.Тамразян, А. Г. К расчетуплоских железобетонных перекрытий при локальном приложении нагрузки / А. Г. Тамразян, И. К. Манаенков // Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения. – 2017. – № 1. – С. 156-161.
5.Тамразян, А. Г. Учет свойств ограниченного бетона при расчете несущей способности плит перекрытий / А. Г. Тамразян, И. К. Манаенков // Строительство: наука и образование. – 2014. – № 1. – С. 2.
6.Малахова, А. Н. Особенности работы монолитного балочного перекрытия под нагрузкой / А. Н. Малахова // Вестник МГСУ. – 2013. – № 11. – С. 50-57.
7.Головин, Н. Г. Проектирование монолитных железобетонных перекрытий многоэтажного здания: методические указания для студентов направления 270800.62 «Строительство» / Н. Г. Головин. – М.: МГСУ, 2014. – 60 с.
8.Скорук, Л. Н. Поиск эффективных расчетных моделей ребристых железобетонных плит и перекрытий / Л. Н. Скорук // CADmaster. – 2004. – № 3. – С. 78-83.
9.Карпиловский, В. С. SCADOffice. Версия 21. Вычислительный комплекс SCAD++ / В. С. Карпиловский, Э. З Криксунов, А. А. Маляренко, А. В. Перельмутер, М. А. Перельмутер, С. Ю. Фиалко. – М.: Издательство «СКАД СОФТ», 2015. – 848 с.
10.Труш, Л. И. Программно-вычислительный комплекс SCAD для расчета железобетонных конструкций: учебное пособие / Л. И. Труш. – Н. Новгород: Нижегородский государственный строительный университет, 2004. – 101 с.
Поступила в редакцию 28 января 2020
DESIGN OF A MONOLITHIC REINFORCED CONCRETE FLOOR
WITH UNEVEN LOAD DISTRIBUTION
N. D. Frumin, S. A. Tumakov
Fryunin Nikita Dmitrievich, graduate student Department ofbuildingconstructions, Yaroslavl State Technical University, Yaroslavl, Russian Federation, phone: +7(903)827-87-70; e-mail: fryunin_nikita@mail.ru
Tumakov Sergey Anatolyevich, Cand. tech. sciences, associate Professor Department of building constructions, Yaroslavl State technical University, Yaroslavl, Russian Federation, phone: +7(4852)40-21-99; e-mail: tumakovsa@ystu.ru
The article considers the validity of the calculation of a monolithic overlap for the action of a uniformly distributed load. The task is to determine whether the forces that occur when the load is evenly distributed differ from those that occur when the load is not evenly distributed, and in which direction. A search for articles and other information on the topic of the work was carried out. The literature has been analyzed for existing methods for determining calculated loading schemes and typical loading schemes. To achieve this goal, a building with a monolithic frame was selected, loads on one floor were collected, based on recommendations, and a design model was drawn up that is as close as possible to the actual structure. The forces for uniform load distribution are determined. The selection of calculated combinations of forces is performed and the combinations of «spots» where these forces occur are determined. The «spot» loads obtained during theanalysis of theDCS reports were modeled, and a number of models were drawn up randomly. The simulation was carried out by making combinations of loads from individual «spots». A comparison of the received forces from different loading schemes is performed. The results showed that the DCS gives very close results to a similar load modeled without lowering coefficients. The force variations obtained during uniform
- 14 -