The article considers the possibility of using steel-reinforced concrete structures in the design of buildings and structures
pipe concrete, reinforcement, calculation
Сталежелезобетонная конструкция (трубобетон) состоит из наружной стальной оболочки в виде круглой трубы и внутреннего бетонного ядра с рабочей и конструктивной стержневой арматурой или без нее; расчетные усилия от всех воздействий в трубобетонных конструкциях должны быть восприняты бетоном, металлом трубы и рабочей стержневой арматурой [1].
На сегодняшний день основные конструктивные требования, прочностные характеристики, эксплуатационная пригодность конструкций трубобетона должны удовлетворять ряду требований [2] и расчет по прочности трубобетонных элементов выполняют с учетом следующих особенностей работы этого вида конструкций:
- бетон и металл трубы работают в многоосном напряженном состоянии. Это приводит к изменению их расчетных сопротивлений, учитываемых в расчете;
- при действии продольных сжимающих сил, бетон ядра испытывает сжатие, как в продольном направлении, так и в боковых направлениях со стороны трубы. Это приводит к повышению его расчетного сопротивления по сравнению с одноосным напряженным состоянием;
- при действии продольных сжимающих сил, металл трубы испытывает сжатие в продольном направлении и растяжение в поперечном (тангенциальном) направлении из-за давления бетона. Это приводит к снижению его расчетного сопротивления по сравнению с одноосным напряженным состоянием;
- с увеличением эксцентриситета приложения продольной нагрузки расчетные сопротивления материалов уменьшаются. При приложении продольной сжимающей силы (сжато-изогнутые элементы рассматриваются как внецентренно-сжатые) за пределами ядра сечения бетонной части (более 0,25 r*b) или при действии только изгибающего момента, расчетные сопротивления материалов принимаются как при одноосном напряженном состоянии.
Расчет трубобетонных элементов по прочности выполняют:
- по нормальным сечениям на действие изгибающих моментов и продольных сил, по предельным усилиям или по нелинейной деформационной модели;
- на действие поперечных сил и крутящих моментов по предельным усилиям.
Расчет трубобетонных элементов на действие поперечной силы, изгибающего и крутящего моментов выполняют: по прочности наклонного бетонного сечения на действие поперечной силы, по прочности трубы на действие поперечной силы, на действие изгибающего момента и на действие крутящего момента. Прочность сечения определяется большим из двух значений – прочностью бетонного (железобетонного) ядра или прочностью трубы.
Для расчета элементов трубобетона была создана расчетная модель здания (рис. 1, 2).
Рисунок 1 – Расчетная модель здания
Рисунок 2 – Схема расположения стен из шлакоблоков
Расчет здания производился методом конечных элементов с помощью комплекса SCAD OFFICE 21. Нагрузка сформирована в автоматическом режиме с учетом расчетного коэффициента по нагрузке – для железобетонных конструкций – 1,1; для металлических конструкций – 1,05.
При формировании сейсмической нагрузки применены следующие данные и коэффициенты [3]:
– коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения зданий и сооружений – К1 = 0,25;
– коэффициент, учитывающий способность сооружения к рассеиванию энергии колебаний Kψ = 1,0;
– метод расчета – спектральный;
– количество форм колебания полученных при расчете – 20;
– сейсмичность площадки – 8 баллов.
Рисунок 3 – Коэффициент использования прочности металлического сечения колонны
Рисунок 4 – Коэффициент использования прочности железобетонного сечения колонны
Расчет трубобетонных колонн показал следующее (рис. 3, 4):
1) по предельному состоянию первой группы:
– принятые сечения сталежелезобетонных колонн достаточны для обеспечения прочности и устойчивости всего здания, а также для восприятия усилий при основном и особом сочетании нагрузок.
2) максимальный коэффициент использования прочности (максимальный процент исчерпания несущей способности):
- железобетонное сечение колонны – 0,277 (27,7 %);
- металлическое сечение колонны – 0,557 (55,7 %).
Несущая способность колонн обеспечена. Таким образом, использование трубобетонных конструкций представляет огромный интерес при проектировании зданий и сооружений различного назначения [4-7].
1. Gnedovskiy, V.I. Kosvennoe armirovanie zhelezobetonnyh konstruk-ciy. - L.: Stroyizdat, Leningrad. - 1981. - 18 s., il.
2. Rossiyskaya Federaciya. Zakony. SP 266.1325800.2016 Konstrukcii stalezhelezobetonnye. Pravila proektirovaniya (s Izmeneniyami N 1, 2, s Po-pravkami) [prinyat Ministerstvom stroitel'stva Rossii 30 dekabrya 2016 goda] - Moskva: Standartinform. - 2017. - Tekst: neposredstvennyy.
3. Rossiyskaya Federaciya. Zakony. SP 14.13330.2018 Stroitel'stvo v seysmicheskih rayonah. Aktualizirovannaya redakciya SNiP II-7-81* (s Izmene-niem N 2) [prinyat Ministerstvom stroitel'stva Rossii 24 maya 2018 goda] - Moskva: Standartinform. - 2018. - Tekst: neposredstvennyy.
4. Petrov, D.A. Svedeniya o trubobetone i ego osobennosti // Nauchno-issledovatel'skiy centr "SCIENCE DISCOVERY". Moskovskiy gosudarstven-nyy stroitel'nyy universitet (Nacional'nyy issledovatel'skiy universi-tet). - 2021. - № 5. - S. 370-372.
5. Egorov, V.V., Abu-Hasan, M.S., Bakina, O.A. Istoriya razvitiya i pri-mery ispol'zovaniya trubobetona // Innovacionnye tehnologii v stroitel'st-ve i geoekologii. Materialy VIII Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy inter-net-konferencii. Moskva. - 2021.
6. Tyukin, K.P., Kasimov, R.G. Primenenie vneshney obolochki trubobeto-na iz fibroarmirovannyh plastikov // Integraciya sovremennyh nauchnyh is-sledovaniy v razvitie obschestva. Sbornik materialov III Mezhdunarodnoy na-uchno-prakticheskoy konferencii. - 2017.
7. Koryanova, Yu.I. O probleme primeneniya trubobetona v Rossii // Stu-dencheskaya nauchnaya vesna - 2010. Materialy regional'noy nauchno-tehnicheskoy konferencii studentov, aspirantov i molodyh uchenyh vuzov Rostovskoy ob-lasti. Ministerstvo obrazovaniya i nauki Rossiyskoy Federacii; Yuzhno-Rossiyskiy gosudarstvennyy tehnicheskiy universitet (Novocherkasskiy poli-tehnicheskiy institut). - 2010.
