Изучение архитектурно-планировочного задания и принятие конструктивного решения
Требуется рассчитать плиту перекрытия многоквартирного жилого дома. Размеры перекрываемого участка 6.38х11.885 м, принято по замеру расстояния между несущими стенами. Перекрываемое пространство разделено на отдельные перемещения перегородками толщиной 120 мм и 250 мм.
Расчёт плиты следует выполнить с учётом требований пожарной безопасности. Степень огнестойкости здания II, класс конструктивной пожарной опасности С0. Требуемый предел огнестойкости перекрытия определяется по таблице 21 ФЗ-123, для II степени огнестойкости здания REI45.
Плита работает по балочной схеме, опирание вдоль длинной стороны, толщина плиты 22 см. Класс бетона В25, класс арматуры А400.
Сбор нагрузок
Нагрузки на плиту: вес пола (постоянные) 75 кг/м2, перегородки (длительные) 200 кг/м2, полезная (кратковременная) – 150 кг/м2.
Сбор нагрузок выполним в табличной форме:
Значение полезной нагрузки принимается по СП 20.13330.2020 табл.8.3, поз. 1, доля длительности, для данной нагрузки, принимается по п.8.2.3.
Нагрузка от межквартирной перегородки
Нагрузку от перегородки толщиной 250 мм прикладываем в соответствии с Пособием по проектированию бетонных и железобетонных конструкций без предварительного напряжения арматуры к СНиП 2.03.01-84 п.1.20 г) для прочих перегородок 60% их веса принимается распределённым по длине перегородки (на участках между проёмами), а 40% - в виде сосредоточенных сил, приложенных в соответствии с подпунктами «а»- «в»
Определим вес перегородки. Удельный вес конструкции складывается из удельного веса кирпичной кладки (1600 кг/м3) и удельного веса штукатурки с двух сторон (1800 кг/м3). Удельный вес перегородки составит (1600*0.25+2*1800*0.02)/(0.25+2*0.02)=1627.5862кг/м3. Размеры конструкции LxBxh: 6.34х3х0.29 м, вес перегородки 1627.5862*6.34*3*0.29=8977.44кг. Величина сосредоточенных сил на расстоянии L/12=6.34/12=0.53 м, F=8977.44*0.2=1795.49 кг. Распределённая нагрузка будет воздействовать на участке L-4*L/12=6.34-4*6.34/12=4.23 м. Интенсивность нагрузки q=0.6*8977.44/4.23=1273.3957 кг/м.
Построение расчётной модели
Расчётную модель плиты создаём в САПФИР. Габарит плиты, для расчётной модели, задаём с учётом глубины опирания плиты на стены. Толщина несущих стен составляет 380 мм, глубина опирания плиты составляет 120 мм, пролёт плиты составит 6380+2*120/3=6460 мм. В ПК САПФИР пролёт плиты может отличаться от опалубочного размера за счёт применения функции Редактируемая аналитика, для перехода в этот режим следует нажать кнопку на нижней панели инструментов.
Нагрузки на плиту прикладываем в свойствах объекта «плита», при помощи которого создаём расчётную модель.
Нагрузку от перегородки толщиной 250 мм прикладываем в виде сосредоточенных и распределённой нагрузки в длительном загружении.
Настройка материалов подбора армирования
Задание характеристик бетона:
Принимаем 3-х линейную диаграмму
СП 63.13330.ХХ п.6.1.24 При расчёте образования трещин в железобетонных конструкциях по нелинейной деформационной модели для определения напряжённо-деформированного состояния сжатого и растянутого бетона используют трёхлинейную диаграмму состояния бетона, приведённую в 6.1.20 и 6.1.22, с деформационными характеристиками, отвечающими непродолжительному действию нагрузки. Двухлинейную диаграмму (п.п. 6.1.21), как наиболее простую, используют для определения напряжённо-деформированного состояния растянутого бетона при упругой работе сжатого бетона.
Относительную влажность воздуха принимаем 70%. Данный параметр следует принимать по СП 131.13330 как среднюю месячную относительную влажность воздуха наиболее тёплого месяца для района строительства (в данном примере, для г. Тюмень).
Основные настройки материалов приведены на иллюстрации.
Расчёт и подбор арматуры
Для расчёта плиты настроим следующие сочетания нагрузок.
Создадим расчётную модель с шагом триангуляции пластин 0.5х0.5 м.
Выполним экспорт модели в ЛИРА САПР, выполним статический расчёт и подбор армирования.
Принимаем решение армировать плиту вдоль оси Y стержнями диаметром 18 мм с шагом 200 мм по всей площади и с шагом 100 мм в середине пролёта. Армирование в направлении оси X принимаем из стержней диаметром 10 мм с шагом 200 мм по всей площади плиты.
Настройка материалов для конструктивного расчёта с учётом требований огнестойкости
Создадим второй вариант конструирования плиты, скопировав в него все характеристики из Варианта 1.
Для материалов Варианта конструирования 2 выполним следующие корректировки настроек:
1 Расстояние до центра тяжести арматуры от нижней грани установим так, чтобы защитный слой бетона составлял 20 мм. A1Y=2+1.8/2=2.9 см, A1Х=2.9+1.8/2+1/2=4.3 см, шаг стержней (для расчёта по 2 группе предельных состояний) 100 мм;
2 Включим расчёт по теории Вуда, а также учёт огнестойкости, для которого укажем, что нагреву подвергается нижняя грань плиты, а продолжительность пожара составляет 45 минут;
Анализ результатов с учётом огнестойкости
Выполним расчёт с учётом огнестойкости, выведем на экран мозаики армирования и настроим шкалу в соответствии с принятыми конструктивными решениями.
Как видно из результатов, принятого армирования вдоль оси х, d10S200 недостаточно, принимаем решение уменьшить шаг арматуры в пролёте до 100 мм.
Чтобы выяснить, требуется ли дополнительная площадь арматуры для обеспечения требований огнестойкости, выведем на экран соответствующую мозаику армирования.
Как видно, на мозаике отсутствуют какие-либо значения, на основании чего можно сделать вывод, что арматуры подобранной для обеспечения прочности и трещиностойкости достаточно для обеспечения прочности плиты с учётом огнестойкости.
Принятие решения по армированию
По результатам расчёта принимаем следующее решение об армировании плиты перекрытия:
1 Вдоль короткой стороны установить стержни d18S200, со сгущением шага до 100 мм в местах, где необходимо выполнить усиление;
2 Вдоль длинной стороны установить стержни d10S200, со сгущением шага до 100 мм в середине пролёта;
Как прочитать результаты армирования с учётом огнестойкости
Внесём изменения в условия задачи: повысим требуемый предел огнестойкости до 90 минут, а также увеличим расстояние от грани до центра тяжести верхней и нижней арматуры на 5 мм.
Выполним расчёт с подбором армирования и выведем на экран мозаики армирования по оси Y1 в нижней зоне. Мозаика полной арматуры:
Как видно, принятого армирования S200d18, S100d18 достаточно для обеспечения прочности и трещиностойкости. Проанализируем результаты подбора арматуры по прочности:
Принятого армирования S200d18 достаточно для обеспечения прочности. Проанализируем результаты подбора добавочной арматуры по трещиностойкости.
На данной мозаике показана площадь арматуры, которую следует добавить к арматуре прочности для обеспечения требований по ширине раскрытия трещин. Выведем на экран мозаику арматуры, подобранной для обеспечения огнестойкости.
По результатам подбора видно, что наибольшая добавочная площадь арматуры огнестойкости требуется в центре плиты. Для наглядности, выполним расчёт одного из элементов плиты в локальном режиме, чтобы сравнить требуемые значения площади арматуры с учётом огнестойкости и без.
Общие принципы выполнения расчёта на огнестойкость в ЛИРА САПР:
1. Расчёт выполняется в соответствии с положениями СТО 36554501-006-2006.
2. Для подбора арматуры с учётом огнестойкости используются нормативные характеристики материалов (на основное и особое сочетание – используются расчётные характеристикики материалов).
3. В случае если пользователь указал программе производить расчёт огнестойкости, расчёт ведётся в следующей последовательности:
а) выполняется расчёт по прочности и трещиностойкости на основное и особое сочетания усилий (без учёта пожара) – определяется требуемое армирование;
б) сечение прогревается в соответствии с выбранным температурным режимом пожара – решается нестационарная линейная задача теплопроводности;
в) определяются характеристики бетона и арматуры с учётом полученного поля температур;
г) проверяется прочность сечения при полученном ранее армировании. Если армирование, полученное по а), не обеспечивает прочность «прогретого» сечения, то подбирается армирование в добавок к полученному по а);
если по результатам расчёта не требуется дополнительное армирование по огнестойкости, то это значит, что армирование, полученное по 1), обеспечивает прочность «прогретого» сечения при заданных параметрах.
4. РСУ/РСН задаются по обычным правилам. На основании заданных коэффициентов надёжности и доли длительности программа переходит к нормативным длительным усилиям, на которые выполняется расчёт огнестойкости.
