Loni se v USA a Rusku objevily dva nové normativní dokumenty o železobetonu. V červnu vstoupil v platnost SP 63.13330.2018 a v červenci vyšel ACI 318-2019. Americký regulační dokument nebyl znovu vydán od roku 2014 a od objevení SP 63.13330.2012 uplynulo více než sedm let a každý projektant zabývající se železobetonem si samozřejmě klade otázku, proč bylo nutné vydávat SP 63.13330.2018. Co nového se autoři dozvěděli? Po pečlivém přečtení se ukazuje, že v hlavních kapitolách není mnoho nových produktů, ale vývojáři jasně přitahují výdobytky vědy sovětské éry, což je dobrá zpráva, protože mohli přidat cokoli. to. Možná se autoři domnívali, že stávající společný podnik má již dost požadavků a metod na „klasický železobeton“ na běžném betonu a není důvod je doplňovat nebo měnit. Ale proč to tedy vydávat znovu, nebylo by lepší vydat aktualizovanou verzi Příručky na SP 63. Obecně platí, že pokud nezohledníte dodatek v odstavci 5.1, že výpočty pro mezní stavy druhé skupiny by měly být prováděny při působení krátkodobých a dlouhodobých zatížení, bez zmínky o konstantních zatíženích, které by měly být také zahrnuty do hlavní kombinace, pak lze zbývající přídavky považovat za více či méně úspěšné. Například v odstavci 5.2.1 kromě nutnosti výpočtu pevnosti pomocí deformačního modelu přidali možnost výpočtu pomocí mezních sil. Tato metoda výpočtu fungovala dobře během sovětského období a nyní se používá v mnoha kalkulačních programech, takže její návrat by měli vývojáři výpočetních systémů uvítat. Realizace plnohodnotného výpočtu pomocí nelineárního deformačního modelu celého výpočtového schématu vyžaduje velké přepracování výpočtových komplexů a také zapojení příslušných specialistů a času a hlavně další finanční náklady. Užitečné vysvětlení se objevilo v odstavci 8.1.23: „Při provádění statického výpočtu konstrukce pomocí nedeformovaného schématu se hodnoty Mx a My určují s ohledem na vliv průhybů v souladu s 8.1.2.“ V odstavci 8.1.34 byl také přidán užitečný pozměňovací návrh: „Hodnoty koeficientů фn jsou brány rovny 1 – pro ohýbané konstrukce bez předpínací výztuže. Například u ohybových konstrukcí, ve kterých se nebere v úvahu podélná síla, koeficient фn lze nyní také ignorovat. Ustanovení 8.1.46 bylo doplněno o tento text: “Hodnota koncentrované síly by měla být brána mínus síly působící v základně děrovací pyramidy v opačném směru.” Tento předpoklad byl popsán v „Příručce pro navrhování základů na přirozeném základu pro sloupy budov a konstrukcí (podle SNiP 2.03.01-84 a SNiP 2.02.01-83)“, v článku 2.8: „Hodnota tlačná síla F se bere rovna hodnotě podélné síly N působící na prorážecí pyramidu mínus hodnota reaktivního tlaku zeminy působící na větší základnu prorážecí pyramidy (počítáno do roviny umístění tahové výztuže ) “, a umožnil šetřit výztuž v případech, kdy byl výpočet protlačení proveden s malou rezervou. Tato položka umožnila mírně zvýšit okraj a neinstalovat příčnou výztuž. Nyní je však v takových případech zvykem instalovat příčnou výztuž konstrukčně (kvůli nekvalitnímu zpracování a možným odchylkám tloušťky desek od návrhových hodnot), takže toto upřesnění pomůže zákazníkům rozumněji zdůvodnit náklady na výztuž . V 10. kapitole v článku 10.3.2 se objevil požadavek z článku 5.8 „Příručky k SP 52-101-2003“ na nutnost instalace konstrukční výztuže ve formě sítí s tloušťkou ochranné vrstvy větší než 50 mm a silový poměr M / N > 0.3h. Tento požadavek umožňuje zabránit odštípnutí ochranné vrstvy, takže doplnění je pochopitelné a oprávněné. O kapitole 10 a požadavcích na design bych se rád zmínil podrobněji z toho důvodu, že tyto požadavky často nejsou brány tak vážně jako požadavky na design, možná z toho důvodu, že ne každý chápe jejich důležitost, proto ještě jednou věnujte pozornost těmto odstavcům bude užitečné.
Proč jsou požadavky na design povinné? Za prvé, formálně je kapitola 10 SP 63 uvedena v seznamu národních norem a kodexů, v důsledku čehož je povinné dodržování požadavků spolkového zákona „Technické předpisy o bezpečnosti budov a Struktury“ je zajištěno. To znamená, že splnění požadavků kapitoly 10 spolu s dalšími povinnými kapitolami SP 63 je podmínkou, která zaručuje spolehlivost a bezpečnost stavby po celou dobu její životnosti. Za druhé, splnění konstrukčních požadavků přímo i nepřímo ovlivňuje možnost splnění návrhových požadavků, např. umožňuje chránit výztuž před atmosférickými (a jinými) vlivy a zajistit její společnou práci s betonem. Pro lepší pochopení logiky některých konstrukčních požadavků si můžeme připomenout historii jejich vzhledu a vývoje. Strukturální požadavky, než se objevily v podobě, v jaké jsou nyní ve společném podniku, byly formovány více než 80 let od vydání OST 90003-38 („Normy a technické podmínky pro navrhování železobetonových konstrukcí“). Ty se měnily, doplňovaly, redukovaly s rozvojem stavebních technologií, technologií výroby betonu, rozvojem výpočtových metod a hromaděním zkušebních dat. (Trocha historie). První zkoušky železobetonu začaly ihned poté, co na něj William Wilkinson a Joseph Monnier získali patenty v roce 1854 v Anglii a v roce 1867 ve Francii. V roce 1861 ve Francii vydává stavitel François Coignet první brožuru o desetileté zkušenosti s používáním železobetonu s názvem „Využití železobetonu v umění stavby“. A v roce 1884 v Německu provedli profesor mechaniky I. Bauschinger a inženýr G. A. Weiss první rozsáhlé studie ke studiu rysů práce železobetonových konstrukcí. Mimochodem, Gustave Weiss byl první, kdo vědomě instaloval výztuž do natažené zóny betonu. Například Monier věřil, že je lepší instalovat výztuž uprostřed sekce. Konec 19. století se tak stal obdobím aktivního rozvoje železobetonu v Evropě a USA. Na začátku 20. století, v roce 1903, dokončil anglický inženýr Ernest Leslie Ransom v Seattlu stavbu tehdy nejvyšší 15patrové železobetonové budovy. Navzdory tomu, že první normy pro železobeton ve Spojených státech se objevily až v roce 1921 (v Německu a Švédsku v roce 1904, ve Francii v roce 1906).
Rýže. 1. Ingalls Building. První 15patrová železobetonová budova na světě postavená v Seattlu v roce 1903 Ernestem Leslie Ransomem (zdroj: “http://www.cincinnativiews.net/images-5/Ingalls%20Building.jpg”)
Navzdory popularitě v zahraničí, v Rusku, v té době byli inženýři skeptičtí ohledně železobetonu a nevěřili v jeho vyhlídky. V roce 1891 si vynikající ruský mostní inženýr, vědec Nikolaj Apollonovič Belelyubskij jako jeden z prvních uvědomil výhody nového materiálu a zahájil četné zkoušky železobetonových konstrukcí. Údaje, které nashromáždil, umožnily identifikovat zjevné výhody železobetonu a umožnily jeho použití v Rusku a v letech 1908-1911 byly vydány první regulační dokumenty o jeho použití a výpočtu.
Po skončení revoluce se v Rusku začal železobeton velmi aktivně používat a bylo potřeba šetřit beton a výztuž, tedy v hlubším studiu železobetonu. V tomto ohledu začaly vznikat první výzkumné ústavy. Výsledkem bylo, že ve 30. letech A.F.Loleit a A.A.Gvozdev (za účasti V.I. Muraševa) vytvořili teorii mezní rovnováhy konstrukcí a metodu výpočtu železobetonových prvků podle stupně destrukce. První návrhy na výpočet železobetonu podle stupně destrukce formuloval A.F.Loleit a v roce 1932 je na II všesvazové konferenci o betonu a železobetonu představil ve své zprávě: „O revizi teorie Železobeton”. Vzhledem k tomu, že v červnu 1933 zemřel, pokračoval A. A. Gvozdev v experimentálních experimentech, které pod jeho vedením prováděl. Gvozdev byl také jedním z prvních, kdo navrhl provést výpočet železobetonu s přihlédnutím k diagramům deformace betonu. (Konečný přechod na tuto metodu výpočtu nastal až v SNiP 52-01 “Železobetonové a betonové konstrukce”). V. Z. Vlasov zároveň vytvořil vlastní teorii pro výpočet tenkostěnných skořepin. První konstrukční požadavky na železobetonové konstrukce v SSSR tak byly vytvořeny ve 30. letech a postupně doplňovány vydáváním aktualizací regulačních dokumentů. Historie některých z nich je popsána níže.
Procento zesílení
První požadavky na minimální procento vyztužení železobetonových konstrukcí se objevily v OST 90003-38, která zavedla metodu pro výpočet destrukčních sil. V knize Vasilije Ivanoviče Murashova „Výpočet železobetonových prvků podle stupně destrukce“, která vyšla v roce 1938 a která se stala příručkou pro publikovaný OST, se o minimálním procentu výztuže říká: „Minimální procento nasycení průřezu výztuží závisí na různých důvodech: na velikosti smršťovacích napětí, konstrukčních úvahách atd. V prvcích, u kterých je část průřezu stlačena a část napnuta, musí být minimální procento tahové výztuže podle normy, ne nižší než hodnoty uvedené v tabulce. 1.
Obr.2. Tabulka 1 z knihy Murashova V. I. “Výpočet železobetonových prvků podle stupně destrukce”
Minimální procenta vyztužení se určují z podmínky, že pevnost železobetonového úseku není nižší než pevnost stejného úseku vypočtená jako beton bez zohlednění výztuže. U T-profilů se minimální procento vyztužení vztahuje k ploše průřezu žebra. “
V N-1946-3, publikovaném v roce 46 („Normy pro navrhování železobetonových konstrukcí (N-3-46)“, byly do tabulky přidány informace o napětích ve výztuži, o množství výztuže bylo napsáno: „19. Řez tahové výztuže jako procento návrhové plochy průřezu betonu pro ohybové, excentricky napínané a excentricky stlačené prvky, vypočtené za předpokladu, že při destrukci prvku nedochází k průtažnosti výztuže. být menší, než je uvedeno v tabulce 4.
Obr.3. Tabulka 4 z „N-3-46“
U centrálně stlačených prvků i excentricky stlačených, počítaných za předpokladu, že při jejich destrukci nedochází k kluzu tahové výztuže, musí být průřez podélné výztuže minimálně 0,5 % návrhové plochy průřezu. beton, bez ohledu na jeho značku.
O maximálním procentu výztuže se v Murashevově knize píše: „Když je část sloupu nasycena podélnou výztuží ne více než 3 %, jako ukázal experimenty, postačují běžné spony dodávané přes 10-15 průměrů podélné výztuže. Pokud nasycení podélné výztuže překročí 3 %, pak běžné svorky nemusí stačit k tomu, aby se silné tyče nezkroutily. V tomto případě je místo klasických příchytek potřeba instalovat spirálovou výztuž popř svařované svorky. V tomto případě musí být každá tyč podélné výztuže v záhybu svorky. U krátkých sloupů tedy normy neomezují maximální procento podélné výztuže, ale při vysokých procentech nasycení vyžadují zesílenou příčnou výztuž.
Tento požadavek je také v SP 63, v odstavci 10.3.14: „Pokud je obsah stlačené podélné výztuže instalované na jedné z lícních ploch prvku větší než 1,5 %, příčná výztuž by měla být instalována v krocích nejvýše 10d a ne více než 300 mm.” Tento požadavek se však nevztahuje na případy, kdy výztuž není instalována podle výpočtu, ale konstrukčně s větším průměrem větší plochy, než požaduje výpočet, neboť s nárůstem průměru výztuže dochází k napětí v klesá a stabilita se zvyšuje. Sníží se také napětí v betonu. Je také třeba mít na paměti, že když je nasycení výztuží více než 3 %, jsou napětí v betonu vypočtena s přihlédnutím k odečtení plochy výztuže.
Maximální procento vyztužení SP 63 neomezuje, což nemůže vyvolávat otázky, protože požadavky jsou v různých regulačních dokumentech různé. Například v článku 8.3.5.1 SP 266 je napsáno: „Největší procento vyztužení sloupů je podélně tuhé a flexibilní armatury neakceptují více než 15 %. Pokud při výpočtu konstrukce v ní vznikají ohybové momenty pouze z náhodných excentricity, pak se procento vyztužení považuje za nejvýše 25%. A v odstavci 5.2.8 SP 430 je napsáno: „. procento vyztužení v jakémkoli úseku (včetně úseků s překrývající se výztuží) není větší než 10 %. Protože SP 63 je povinný regulační dokument, musí specifikovat kritérium pro klasifikaci konstrukce jako železobetonové s pružnou nebo tuhou výztuží. Doufejme, že se časem takové kritérium objeví.
Zohlednění náhodné excentricity při analýze stlačených konstrukcí (body 7.1.7, 8.1.7 SP 63.13330.2018)
Požadavek na zohlednění náhodné excentricity při výpočtu stlačených železobetonových prvků v sovětských normách se poprvé objevil v SNiP II-21-75. Podrobně jsou popsány v knize A. A. Gvozdeva „Nové v navrhování betonových a železobetonových konstrukcí“ (Moskva, 1978): k tomu je třeba se uchýlit ke zkušebnímu zatěžování zkušebního vzorku s malým úsilím změřit deformace na čelech, vyhodnotit excentricitu a její směr, vzorek odlehčit a přesunout v lisu, aby se dosáhlo rovnoměrnější deformace. Tato operace se někdy několikrát opakuje. Navíc nelze očekávat, že jakýkoli prvek ve skutečné struktuře bude centrálně komprimován. Mezitím i malá excentricita výrazně snižuje únosnost stlačeného prvku. Důvodem výskytu nahodilé excentricity může být: heterogenita vlastností betonu nad průřezem, zejména u betonážních prvků ve vodorovné poloze, s výraznou výškou průřezu a pohyblivou konzistencí betonu; počáteční zakřivení osy stlačeného prvku nebo jeho odchylka od svislice; nezohledněny vodorovné síly a další důvody. Náhodná excentricita se bere . rovna větší ze tří hodnot: 1/600 volné výšky stlačeného prvku, 1/30 výšky sekce, 1 cm. Tyto hodnoty jsou převzaty z doporučení Evropského Výboru pro beton (CEC) a Mezinárodní federace předpjatého betonu (FIP) a jsou také převzaty do pravidel řady zemí. Podle stavebního předpisu American Concrete Institute se předpokládá, že náhodná excentricita je 1/10 výšky průřezu stlačeného prvku. V normách cizích zemí, které berou v úvahu náhodnou excentricitu, se ve všech případech připočítává k výstřednosti určené výpočtem. V našich . normách je toto pravidlo zachováno pro staticky určité konstrukce. Pro staticky neurčité struktury byla učiněna shovívavost: je-li excentricita určená z výpočtu menší než náhodná, pak se bere náhodná excentricita; je-li z výpočtu určena excentricita překračující náhodnou hodnotu, pak se tato výstřednost nebere v úvahu. To je odůvodněno následujícími úvahami. Přítomnost náhodné excentricity by měla vést k vzájemnému posunutí konců stlačené tyče. Ale u staticky neurčité konstrukce je takovému posunutí do jisté míry zabráněno spojením této tyče s ostatními prvky konstrukce, což poněkud zmírňuje efekt náhodné excentricity. Toto změkčení je zásadní pro úseky, kde je vypočítaná excentricita významná, a je zanedbatelná nebo zcela chybí v úsecích, kde je velká.
