СП 5.03.01-2020 Бетонные и железобетонные конструцкции

CП 5.03.01-2020

в сечениях, где изгибающие моменты достигают предельных значений. Полная расчетная нагрузка для особого сочетания воздействий прикладывается одновременно ко всем элементам модифицированной конструктивной системы с удаленным вертикальным несущим элементом;

б) нелинейный статический анализ: учитывается физическая и геометрическая нелинейность. К модифицированной конструктивной системе с удаленным вертикальным несущим элементом пошагово прикладывают нагрузку равными ступенями от нуля до полного расчетного значения. На каж- дой(-ом) ступени (этапе) нагружения выполняют итерационный расчет конструктивной системы;

в) нелинейный динамический анализ: учитывается физическая и геометрическая нелинейность. Динамический анализ производят для конструктивной системы, в которой быстро удаляют вертикальный несущий элемент при полной расчетной нагрузке для соответствующего особого сочетания воздействий и анализируют результирующие параметры движения (ускорения).

Примечание — Выполнение нелинейных статических и нелинейных динамических расчетов возможно только в том случае, если применяемое программное обеспечение имеет такие возможности.

Ж.3.3.3 При создании расчетной модели конструктивной системы рекомендуется учитывать конструктивные элементы, которые в нормальных условиях эксплуатации (в постоянных расчетных ситуациях) являются второстепенными (ненесущими), а при наличии локальных особых воздействий могут активно участвовать в перераспределении внутренних усилий в элементах модифицированной конструктивной системы.

Расчет конструктивной системы следует выполнять с использованием сертифицированных программных комплексов, в том числе основанных на МКЭ. Рекомендуется применение программных комплексов, допускающих возможность учета в расчетах физической и геометрической нелинейности только в том случае, если такие возможности подтверждены документально.

При выполнении расчетов конструктивной системы по АТ-методу в ее расчетной модели следует определить главные и второстепенные элементы. Элементы, обеспечивающие способность конструктивной системы противостоять прогрессирующему обрушению при удалении вертикального несущего элемента, определяют как основные или главные элементы. Все остальные элементы конструктивной системы следует рассматривать как второстепенные (например, связевые элементы пространственной рамы).

Ж.3.3.4 Полученные на основании статического расчета усилия в отдельных конструктивных элементах следует сравнивать с предельными усилиями, которые могут быть восприняты этими элементами.

Правила удаления несущих конструктивных элементов Ж.3.3.5 Несущие элементы следует удалять из конструктивной системы в следующих случаях:

—если вертикальный элемент конструктивной системы не обладает требуемым расчетным сопротивлением, достаточным для восприятия вертикального связевого усилия;

—при проверке конструктивной системы зданий классов 2Б и 3 согласно таблице Ж.1 на способность противостоять особым воздействиям, сохраняя адекватное сопротивление конструктивных элементов после удаления ключевых конструктивных элементов в установленной последовательности и с учетом их расположения на плане здания и по его высоте.

Ж.3.3.6 При составлении расчетных моделей конструктивной системы следует принимать, что конструктивные элементы перекрытия (балки, контурные балки, плиты) проходят непрерывно над местами, где располагалась внутренняя и наружная удаляемая колонна.

Ж.3.3.7 Удаление вертикальных несущих элементов с недостаточным сопротивлением

Для каждой колонны, не обеспечивающей требуемого расчетного сопротивления для восприятия вертикального связевого усилия, производят удаление участка колонны длиной, равной расстоянию в свету между элементами, обеспечивающими ограничение перемещений верха колонны в поперечном направлении (рисунок Ж.15).

Для каждой несущей стены, не обеспечивающей требуемого расчетного сопротивления для восприятия вертикального связевого усилия, производят удаление участка наружной стены длиной, равной двойной высоте H этажа в свету, если длина стены более 2H (рисунок Ж.16); если длина стены менее 2H — производят удаление всей стены.

Примечание — Если стена имеет разрывности (например, проемы для окон и дверей), то они включаются в общую длину стены.

Рисунок Ж.15 — Схемы вынужденного удаления колонн и приложения нагрузок

Рисунок Ж.16 — Схема удаления участков наружных несущих стен в зданиях классов 2Б и 3

Ж.3.3.8 Удаление конструктивных элементов в зданиях классов 2Б и 3

При анализе модифицированной конструктивной системы для каждой из рассматриваемых удаляемых колонн производят удаление участка стен длиной, равной расстоянию в свету между элементами, раскрепляющими колонну и ограничивающими ее перемещение в поперечном направлении.

Для каждой удаляемой несущей стены, рассматриваемой при анализе модифицированной конструктивной системы, следует произвести удаление участка длиной, равной 2Н и соответственно равной высоте стены в свету между элементами, раскрепляющими верх стены в поперечном направлении (рисунок Ж.17).

Примечание — Удалению подвергаются только плоские участки стен. В перекрестных стенах, имеющих тавровое сечение в плане, удаляют только элемент стены одного направления, но не весь фрагмент стены. Для углов наружных стен, в месте пересечения одной или обеих несущих стен различных (ортогональных) направлений, участок стены длиной, равной высоте этажа в свету Н, в каждом направлении удаляют.

Для каждого установленного на плане положения удаляемого конструктивного элемента отдельный расчет конструктивной системы следует выполнять, рассматривая следующие модифицированные расчетные схемы:

—с удаленным элементом на первом этаже;

—с удаленным элементом на этаже, расположенном непосредственно под покрытием (верхний этаж);

—с удаленным элементом на этаже, расположенном в середине высоты здания;

—с удаленным элементом на этаже, расположенном непосредственно над местом стыковки колонн по высоте или изменения размеров колонн.

Примечание — Например, если в расчетной модели 10-этажного здания угловую колонну определяют как удаляемый элемент, а стыковку колонн предполагается выполнять на третьем этаже, то расчет модифицированной системы следует производить с удаленной колонной на первом и пятом этажах и дополнительно на четвертом этаже (над местом стыковки колонн по высоте).

Ж.3.4.2 Нелинейный статический анализ Моделирование конструктивной системы

При выполнении нелинейного статического анализа следует применять пространственную расчетную модель конструктивной системы. Плоские (2D) расчетные модели применять не рекомендуется.

Для каждого из компонентов расчетной модели должны быть заданы зависимости, связывающие усилия и деформацию и моделирующие их нелинейное поведение при нагружении. Параметрические точки следует определять расчетом.

Описание пластических шарниров

Для создания расчетной модели, позволяющей адекватно выполнять нелинейные расчеты, необходимо произвести описание и врезку пластических шарниров в сечениях конструктивных элементов.

Параметры диаграммы «момент — угол поворота» (M ) определяют по следующему алгоритму: 1) рассчитывают параметрические точки диаграммы «момент — кривизна» (M 1/ ) для харак-

терных сечений элементов пространственной рамы с учетом их геометрических характеристик, характеристик свойств материалов с учетом внезапного приложения нагрузки, количества армирования, принятого в строительном проекте;

2) рассчитывают параметрические точки диаграммы «момент — угол поворота» (M ) для установленной длины пластического шарнира. Определяют свойства и контрольные точки для пластических шарниров.

Применение положений энергетического баланса и назначение критериев живучести

Максимальное нелинейное динамическое перемещение элемента конструктивной системы для заданного уровня нагружения может быть рассчитано из ее энергетического баланса, а именно равенства совершаемой внешними гравитационными силами работы wi при максимальном динамическом

перемещении d,i и потенциальной энергии деформации (работы внутренних сил) ui , вычисленной

при данном перемещении.

Для основной формы колебаний изгибаемого конструктивного элемента равенство работы, совершаемой внешними гравитационными силами при максимальном вертикальном перемещении d и потен-

циальной энергии деформации достигается в случае, когда площадь SOABC SODC (рисунок Ж.18).

Зависимость между величиной квазистатического усилия Pi и соответствующим максимальным динамическим перемещением на первом полупериоде колебаний в общем случае определяют по формуле

CП 5.03.01-2020

d,i

Fdd st — потенциальная энергия деформации элемента конструкции при перемещении, рав-

0

Рисунок Ж.18 — Диаграмма определения максимального динамического перемещения d,i

с применением положений энергетического баланса

Из установленной зависимости, описывающей нелинейную статическую реакцию конструктивного элемента (системы в целом), может быть перестроена зависимость Pi d,i , связывающая макси-

мальные динамические перемещения с соответствующими уровнями внезапно приложенной гравитационной нагрузки.

При описании полной нелинейной статической диаграммы F конструктивной системы с достаточной для практики точностью может быть использована двухлинейная (билинейная) аппроксимация

снаклонной ветвью на участке ( y ; u ).

Вэтом случае для построения квазистатической диаграммы достаточно установить два уровня внезапно приложенной гравитационной нагрузки: Pyd — соответствующий динамическому перемеще-

нию d,y st,y , при котором достигаются относительные деформации текучести в растянутой арматуре (образование пластического шарнира); Pud — соответствующий предельному значению переме-

щения d,u st,u.

При установленной зависимости, описывающей нелинейную статическую реакцию элемента конструктивной системы, могут быть решены две задачи:

— при известном (заданном) значении особой нагрузки Pi из энергетического баланса системы (wi ui ) определяют максимальное динамическое перемещение d,i на первом полупериоде колеба-

— при установленном из нелинейной статической диаграммы F предельном значении верти-

и проверяют критерий живучести: Pi Pu.

CП 5.03.01-2020

Ж.3.4.3 Нелинейный динамический анализ Расчетная модель конструктивной системы

Расчетную модель создают в соответствии с правилами, приведенными в Ж.3.4.2.

Для нелинейного динамического анализа применяют программный комплекс, в котором имеется возможность задания истории нагружения и коэффициентов демпфирования.

При данном анализе также необходимо учитывать поведение материалов в условиях динамического приложения нагрузки.

Расчетное сочетание нагрузок и процедура нагружения

Внезапное удаление колонны из конструктивной системы в соответствии с расчетным сценарием эквивалентно эффекту от внезапного приложения к модифицированной конструктивной системе гравитационной нагрузки, воспринимавшейся данным вертикальным элементом.

При выполнении расчета историю нагружения в удаляемом элементе следует принимать в виде двухлинейной диаграммы. Коэффициент демпфирования допускается принимать равным 5 %, время выключения вертикального элемента — 1 / 10Т (где Т — собственный период колебаний, определенный из модального анализа).

Динамическую нагрузку Ed, равную реакции в потенциально удаляемом элементе от особого сочетания нагрузок на все перекрытие без применения повышающих коэффициентов, определяют по формуле

Нелинейный динамический анализ следует выполнять по следующей схеме.

Производят статический расчет немодифицированной конструктивной системы на особое сочетание нагрузок и определяют реакцию в удаляемом элементе. Фиксируют деформированное состояние системы. К узлу с удаляемым элементом прикладывают сосредоточенную силу, равную реакции в удаляемом элементе, определенной ранее, согласно графику истории нагружения, приведенному на рисунке Ж.19.

Рисунок Ж.19 — График истории нагружения конструктивной системы

Ж.3.5 Специфические требования при расчете сопротивления конструктивной системы из железобетона

При назначении расчетных характеристик (сопротивлений) для материалов, применяемых в железобетонных конструкциях, при расчетах на особые воздействия к расчетным сопротивлениям, установленным в ТНПА, применяют повышающие коэффициенты, приведенные в таблице Ж.11.

Таблица Ж.11 — Повышающие коэффициенты при расчете железобетонных конструкций

Рисунок К.1 — Схемы для определения эквивалентных нагрузок от постнапряжения: а — в анкерных устройствах на концевых участках плит; б — в пролете при параболическом профиле трассы; в — в местах изменения толщины плиты

К.2 Для определения вторичных эффектов рекомендуется выполнять статический анализ конструктивной системы при действии только эквивалентной нагрузки от постнапряжения. Результаты анализа, представленные эпюрами распределения моментов поперечных и продольных сил, включают сочетания первичных и вторичных эффектов.

К.3 Для определения вторичных эффектов постнапряжения в конструктивной системе применяют два метода.

Метод А

При проверках предельных состояний несущей способности вторичные эффекты, включаемые в основные сочетания расчетных нагрузок, необходимо определять по следующему алгоритму.

1 Рассчитать значения эквивалентных нагрузок от постнапряжения в пролетах плиты с использованием коэффициента p 1,0 к усилию обжатия для назначенного профиля оси трассы напрягающего элемента.

2 Произвести статический расчет конструктивной системы с указанием эпюр распределения изгибающих моментов от эквивалентных нагрузок.

3 Произвести расчет первичных моментов от постнапряжения (Mmt Pmte) в плите на каждой

из опор с условием, что от предварительного напряжения не возникают первичные изгибающие моменты в колоннах (элементах, на которые не создается натяжение).

4 Определить первичные эффекты из эпюр распределения изгибающих моментов, полученных из статического расчета конструктивной системы (пункт 2), с учетом, что изгибающие моменты и продольные силы в колоннах вызваны только вторичными эффектами.