Несущие конструкции зданий — классификация, расчёт, нормативные требования

Классификация несущих конструкций, методы расчёта нагрузок по СП 20.13330.2017, требования к железобетонным конструкциям по СП 63.13330.2018 и стальным по СП 16.13330.2017. Предельные состояния, коэффициенты надёжности, допуски монтажа.

Нормативная база

Классификация несущих конструкций

Классификация нагрузок (СП 20.13330.2017)

Нормативные значения снеговых нагрузок (СП 20, Приложение Е)

Предельные прогибы несущих элементов (СП 20, Приложение Е)

Коэффициенты надёжности по уровню ответственности (ГОСТ 27751-2014)

Основные конструктивные требования к ж/б несущим элементам (СП 63.13330.2018)

• Минимальный класс бетона: фундаменты — В15; несущие конструкции — В20; преднапряжённые — В30; сейсмические районы — В25 и выше
• Минимальный защитный слой: плиты — 20 мм; балки и колонны — 30 мм; фундаменты — 40 мм (при подготовке) или 70 мм (без подготовки)
• Минимальный процент армирования: колонны — ρmin = 0,5% (при гибкости λ < 17) до 0,8% (λ ≥ 17); балки — μmin зависит от класса бетона и арматуры
• Максимальный шаг хомутов в колоннах: не более 500 мм и не более наименьшего размера сечения; в зонах сопряжения — не более 6·d_прод
• Ширина раскрытия трещин: для нормально-эксплуатируемых конструкций — 0,3 мм кратковременно; 0,2 мм длительно; для конструкций в агрессивных средах — 0,1 мм

Расчётные сопротивления сталей (СП 16.13330.2017)

8 типичных ошибок при проектировании несущих конструкций

1. Игнорирование неравномерной осадки фундаментов — при неоднородных грунтах без расчёта осадки возникают дополнительные изгибающие моменты в колоннах и перекрытиях, не предусмотренные расчётной схемой.
2. Неправильный учёт снеговой нагрузки на скатных кровлях — коэффициент μ для скатных кровель нелинейно зависит от угла наклона; снеговые мешки у парапетов и перепадов кровли не учитываются.
3. Отсутствие учёта пространственной работы здания — плоская расчётная схема без учёта пространственной жёсткости диска перекрытия приводит к занижению усилий в крайних колоннах.
4. Применение марки стали без учёта климатического района — в регионах с расчётной температурой ниже −40°C и ниже −50°C требуется сталь с гарантированной ударной вязкостью при отрицательных температурах (категории 3 и 4).
5. Неправильный класс бетона по прочности для преднапряжённых конструкций — для преднапряжённого ж/б минимальный класс В30; применение В20 ведёт к сверхнормативным потерям предварительного напряжения.
6. Занижение процента армирования колонн — конструктивный минимум армирования 0,5–0,8% (СП 63) должен соблюдаться даже при «нулевых» расчётных усилиях; несоблюдение — нарушение нормы.
7. Отсутствие деформационных швов при длинных зданиях — по СП 20 и СП 63 при длине здания более 40–60 м (для ж/б) без учёта температурно-влажностных деформаций необходимы деформационные швы или расчёт конструкций на эти деформации.
8. Применение устаревших нагрузок из СНиП 2.01.07-85* вместо СП 20.13330.2017 — СП 20 в редакции 2017 г. содержит обновлённые карты снеговых и ветровых районов; использование устаревших карт — нарушение обязательных требований.

Часто задаваемые вопросы

Какие два предельных состояния применяются при расчёте несущих конструкций?

По СП 20.13330.2017 (п. 3.3) и ГОСТ 27751-2014 расчёт несущих конструкций ведётся по двум предельным состояниям: ПС первой группы — потеря несущей способности (обрушение, потеря устойчивости, разрушение); расчёт ведётся на расчётные нагрузки (нормативные × γf × γn). ПС второй группы — нарушение нормальной эксплуатации (недопустимые прогибы, трещины, вибрации); расчёт ведётся на нормативные нагрузки. Для несущих конструкций уровня ответственности I (γn=1,1) расчётные нагрузки увеличиваются на 10%; для уровня III (γn=0,8) — уменьшаются на 20%.

Какой предельный прогиб допускается для балок перекрытий?

По СП 20.13330.2017 (Приложение Е) предельные прогибы несущих элементов: для перекрытий и покрытий при пролёте L до 6 м — L/200; при L 6–7,5 м — 30 мм; при L более 7,5 м — L/250. Для балок с накрытием из гипсокартона или штукатурки — L/350. Для элементов покрытий над зальными помещениями (пролёт ≥24 м) — L/400. Для колонн и рам — ограничения по горизонтальному смещению: высота этажа/500 (при наличии лифтов и прецизионного оборудования) до высота этажа/200 (для жилых зданий).

Каков коэффициент надёжности по нагрузке для собственного веса конструкций?

По СП 20.13330.2017 (Таблица 7.1) коэффициент надёжности по нагрузке γf для постоянных нагрузок (собственный вес): при неблагоприятном действии — 1,1 для металлических конструкций и грунта; 1,2 для бетонных и ж/б конструкций; 1,3 для бетонных конструкций с высокой изменчивостью объёмного веса. При благоприятном действии постоянных нагрузок (разгружающий эффект) γf = 0,9. Для временных длительных нагрузок (людей, оборудования, снега): γf = 1,3. Для особых нагрузок (сейсмика, взрыв): γf = 1,0.