ГОССТРОЙ СССР

Центральный научно-исследовательский и
проектно-экспериментальный институт
промышленных зданий и сооружений

(ЦНИИпромзданий)

РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО РАСЧЕТУ БЕТОННЫХ ПОДСТИЛАЮЩИХ СЛОЕВ
ПОЛОВ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ С УЧЕТОМ
ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТИ

Москва - 1987

Рекомендованы к изданию секцией НТС ЦНИИпромзданий Госстроя СССР.

Излагается методика расчета прочности бетонных подстилающих слоев с учетом уровня надежности, устанавливаемого в зависимости от назначения помещения. Приводятся расчетные сопротивления бетона с соответствующими значениями показателей надежности подстилающего слоя пола и вероятностью его отказа. Описываются правила расчета бетонных подстилающих слоев при нагрузках различного вида.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В 1981 г. Госстроем СССР введены «Правила учета степени ответственности зданий и сооружений при проектировании конструкций». Согласно этим правилам все сооружения по степени их ответственности разделяются на 3 группы, а все бетонные и железобетонные конструкции для каждого сооружения рассчитываются на прочность по одним и тем же расчетным сопротивлениям арматуры и бетона, определенным с учетом коэффициента надежности для данного сооружения. В развитие этого положения целесообразно осуществить дифференцированный подход к надежности элементов и конструкций одного и того же сооружения в зависимости от их функционального назначения и степени ответственности. В первую очередь это относится к конструкциям с экономической ответственностью, в которых достижение предельного состояния по прочности арматуры и бетона не приводит к аварийным ситуациям или к серьезным нарушениям технологического процесса. Расчет таких конструкций проводится по заданному уровню надежности, определенному исходя из минимума приведенной стоимости, включающей первоначальную стоимость конструкции, затраты на ее поддержание в эксплуатационном состоянии, а также стоимость ущерба от возможных нарушений технологии. Такой подход наиболее эффективен для полов производственных зданий, которые можно рассчитывать с заданным уровнем надежности, определенным в зависимости от условий эксплуатации. Исследования ЦНИИпромзданий показали, что принятый в настоящее время уровень надежности проектируемых подстилающих слоев представляется излишне высоким и в ряде случаев даже превышает уровень надежности типовых несущих конструкций повышенной ответственности. Переход к расчету бетонных подстилающих слоев с учетом требуемого уровня надежности позволит в значительном числе случаев уменьшить толщину пола на 20 - 30 %.

Использование Рекомендаций в практике проектирования позволит снизить стоимость 1 м² пола на 1,2 - 2 руб. при сокращении трудозатрат на 0,2 - 0,3 чел.-ч и экономии 8 кг цемента.

Рекомендации разработаны в ЦНИИпромзданий Госстроя СССР лабораторией полов (канд. техн. наук С.А. Шиманович) и отделом автоматизации проектирования (канд. техн. наук Н.Я. Сапожников) на основе «Рекомендаций по расчету полов с подстилающим слоем и по конструкциям металлических плит для полов производственных помещений» (СНиП II-В.8-71 «Полы. Нормы проектирования». - М.: Стройиздат, 1972).

Предложения и замечания по содержанию настоящих Рекомендаций направлять в лабораторию полов ЦНИИпромзданий по адресу: 127238, Москва, Дмитровское шоссе, 46.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1. Настоящие Рекомендации применяются при проектировании сплошных бетонных подстилающих слоев полов промышленных зданий из тяжелого бетона на грунте и на теплоизоляционном слое из сыпучих материалов, уложенных на плитах перекрытий, в тех случаях, когда по условиям эксплуатации не требуется гидроизоляция пола.

1.2. При учете экономической ответственности при проектировании следует иметь в виду, что выход какого-либо участка пола из строя (отказ пола) носит вероятностный характер, не создает угрозы человеческой жизни, а допустимость затрат, связанных с устранением его последствий, может быть оценена экономически.

1.3. При расчете подстилающих слоев с учетом экономической ответственности первоначальная экономия от устройства пола должна быть не меньше суммы затрат на необходимый ремонт и на восстановление ущерба от нарушений технологии, возникшего в случае возможного отказа пола.

1.4. При расчете с учетом экономической ответственности полы промышленных зданий условно разделяются на следующие группы:

I - полы, на которые не устанавливается стационарное технологическое оборудование (для технологического оборудования устраиваются специальные фундаменты, а полы воспринимают нагрузки при движении людей и от воздействия транспортных средств, складируемых материалов);

II - полы, на которые устанавливается стационарное оборудование, эксплуатация которого не связана с особыми требованиями к деформациям основания (возникновение остаточных деформаций или трещин в подстилающем слое пола не приводит к нарушению нормальной эксплуатации стационарного оборудования, а при необходимости ремонта пола допускается временное перемещение этого оборудования на другой участок);

III - полы, на которые устанавливаются станки, насосы и другое не связанное в единые комплексные линии оборудование с особыми требованиями к основанию;

IV - полы, на которые устанавливаются: автоматизированные линии, гибкие системы и т.д.

Определение группы пола промышленных зданий производится ведущей проектной организацией данного объекта.

Таблица 1

^* Указанные значения расчетных сопротивлений бетона соответствуют величинам, приведенным в СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции».

1.5. Расчетные характеристики бетонов, применяемых для подстилающих слоев полов, приведены в табл. 1, а характеристики их надежности - в прил. 1.

1.6. Значения коэффициента постели Ко грунтов основания и теплоизоляционных засыпок на перекрытиях приведены в табл. 2.

Таблица 2

¹⁾ Высоту опасного капиллярного поднятия грунтовых вод надлежит принимать от горизонта грунтовых вод, м:

0,3 - для крупного песка;

0,5 - для песка средней крупности и мелкого;

1,5 - для песка пылеватого;

2 - для суглинка, пылеватых суглинка и супеси, глины.

1.7. При расчете следует учитывать нагрузки на пол, приведенные в прил. 7 СНиП II-В.8-71 «Полы. Нормы проектирования».

На схеме нагрузок в плане должна быть указана их наибольшая величина, размеры и форма следов опирания на пол и наименьшие расстояния между этими следами.

Собственный вес пола, а также нагрузки, равномерно распределенные по всей площади, при расчете не учитывают.

1.8. В зависимости от формы и величины площади следа опирания различают следующие нагрузки.

а) Простого вида - равномерно распределенные по площади следа, расположенного в плане так, что наименьшее расстояние от центра следа одной нагрузки до следа другой нагрузки превышает 6l, где l - характеристика гибкости плиты бетонного подстилающего слоя (см. п. 2.3).

При подстилающем слое на грунте основания:

след в виде круга радиусом r_р £ 6l (в том числе от колес безрельсовых транспортных средств);

след в виде прямоугольника длиной a_р и шириной в_р при a_р ³ в_р;

след, ограниченный с одной стороны прямой и имеющий размеры, при которых квадрат со стороной a_р = 12,2l вписывается в этот след, в этом случае расчет ведут на нагрузку, равномерно распределенную по условному квадратному следу со стороной a_р = 12,2l;

след, ограниченный с двух сторон параллельными прямыми и имеющий размеры, при которых прямоугольник длиной a_р = 12,2l и шириной в_р < 12,2l вписывается в этот след, в этом случае расчет ведут на нагрузку, равномерно распределенную по условному прямоугольному следу длиной a_р = 12,2l и шириной в_р.

При подстилающем слое на теплоизоляционном слое из сыпучих материалов, уложенных по плите перекрытия:

след в виде прямоугольника с отношением сторон от 1 до 1,5, равновеликий следу в виде круга радиусом r_р £ 2l;

след в виде прямоугольника длиной a_р £ 0,6l, шириной в_р < a_р;

след в виде круга радиусом r_р < 2l (в том числе от колес безрельсовых транспортных средств).

б) Сложного вида (рис. 1 и 2) - при подстилающем слое на грунте основания:

равномерно распределенные по площади следа, отличающегося по величине площади или по форме следа от указанных в подпункте «а»;

Рис. 1. Схемы расположения в плане нагрузок сложного вида, расчетного центра О, осей координат и разделения следов нагрузок на элементарные площадки

а - нечётное количество одинаковых нагрузок, расположенных в один ряд; б - то же, при четном количестве нагрузок в £ 4,4l; (в; ; ) - нагрузки разной величины с различными площадями следов; 1 - след колеса транспортного средства; 2 - след станка, агрегата

Рис. 2. Схемы расположения в плане равномерно распределенных нагрузок сложного вида, расчётного центра О, осей координат и разделения следов нагрузок на элементарные площадки

а, в - нагрузки, равномерно распределенные по длине параллельных следов (от подкладок под тяжелые предметы, от штабелей цилиндрических валов и др.) при в £ 4,4l; a > в; б; ; г - то же, при в > 4,4l

неравномерно распределенные по площади следа;

расположенные так, что наименьшее расстояния от центра следа одной нагрузки до следа другой нагрузки менее 6l.

Примечание. Определение a_р; в_р; r_р приведено в п. 1.9.

1.9. Для нагрузок простого вида расчетные размеры следа определяются по формулам:

                                                          (1)

                                                           (2)

                                                            (3)

где а и в - длина и ширина прямоугольного следа на поверхности покрытия, см; при опирании предметов на пол по образующей цилиндрической поверхности или ребром след условно принимают прямоугольным, у которого в = 0,1l; h₁ - толщина слоев пола, расположенных выше подстилающего слоя, см; r - радиус круга, равновеликого площади следа опирания на поверхности покрытия, см; при прямоугольном следе

                                             (4)

для следа колес безрельсовых транспортных средств r = Д/2. Д, см, принимают по табл. 3 настоящих Рекомендаций; при опирании предметов на пол углом след условно принимают круглым, у которого r = 0,1l, см.

Если бетонный подстилающий слой используется в качестве покрытия, то принимают a_р = а; в_р = в; r_р = r.

1.10. Расчетную нагрузку Р_р, кН, от колеса транспортных средств определяют по формуле Р_р = КР, где Р - нагрузка на колесо, кН; К - коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от других колес, для транспортных средств с двумя осями К = 1,2, с тремя и четырьмя осями К = 1,8.

1.11. Проектирование и устройство подстилающих слоев в полах производственных зданий выполняются в соответствии с требованиями СНиП II-В.8-71 «Полы. Нормы проектирования» и СНиП III-В.14-72 «Полы. Правила производства и приемки работ».

Таблица 3

Расчетные характеристики транспортных средств

2. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ПОЛА

Общие положения

2.1. Расчет прочности пола с бетонным подстилающим слоем производят на изгиб.

При нескольких нагрузках простого или сложного вида расчет ведут на каждую из них в отдельности.

2.2. Напряжение растяжения при изгибе s_р, МПа, в плите бетонного подстилающего слоя определяют по формуле

                                                (6)

Толщину h, см, бетонного подстилающего слоя определяют из расчета на прочность по формуле

                                                     (7)

В формулах (6) и (7): М_р - расчетный изгибающий момент, Н × см, отнесенный к одному сантиметру ширины сечения плиты, определяемый при нагрузках простого вида по формулам (8), (10) и (11) при нагрузках сложного вида по формуле (12);

R_вt - принимают согласно п. 1.5 для соответствующей группы пола.

Толщина подстилающего слоя в производственных помещениях должна быть не менее 100 мм (см. СНиП II-В.8-71).

Расчет при нагрузках простого вида

2.3. Расчетный изгибающий момент М_р в плите бетонного подстилающего слоя, расположенного на грунте основания, при действии на пол нагрузки простого вида, равномерно распределенной по площади следа в виде прямоугольника (см. п. 1.8), определяют по формуле

М_р = К₁Р_р,                                                               (8)

где Р_р - расчетная нагрузка на всю площадь следа, кН, принимаемая по п. 1.7; для следа, условно принятого прямоугольным (см. пп. 1.8 и 1.9) Р_р равняется нагрузке на площади этого условного следа; К₁ - коэффициент, принимаемый по табл. 4 в зависимости от отношений а_р/l = a; в_р/l = b; где а_р и в_р - расчетные длина и ширина прямоугольного следа (а_р ³ в_р), см, определяемые по п. 1.9; l - характеристика гибкости плиты бетонного подстилающего слоя, см, принимаемая по табл. 5 или определяемая по формуле

                                                  (9)

где Е_б - модуль упругости бетона, МПа, принимаемый по табл. 1; h - толщина бетонного подстилающего слоя, см; К₀ - коэффициент постели грунта основания, Н/см³, принимаемый по табл. 2.

2.4. Расчетный изгибающий момент М_р в плите бетонного подстилающего слоя, расположенного на грунте основания, при действии на пол нагрузки простого вида, равномерно распределенной по площади следа в виде круга (см. п. 1.8), определяют по формуле

                                                            (10)

где К₃ - коэффициент, принимаемый по табл. 6, в зависимости от отношения r_р/l = r; r_р - определяется по п. 1.9; Р_р и l - определяются по п. 2.3.

2.5. Расчетный изгибающий момент М_р в плите бетонного подстилающего слоя, расположенного на слое грунта или сыпучего материала толщиной , см, уложенного по жесткому основанию (например, на теплоизоляционной засыпке, уложенной по железобетонному перекрытию), при действии на пол нагрузки простого вида (см. п. 1.8) определяют по формуле

М_р = К₂Р_р,                                                       (11)

где К₂ - коэффициент, принимаемый по табл. 7 в зависимости от отношений r_р/l = r и /l, r_р - определяется по п. 1.9; Р_р и l - по п. 2.3.

2.6. Расчет плиты бетонного подстилающего слоя на изгиб при нагрузках простого вида производят следующим образом. Вначале устанавливают Р_p, К_о и соответственно а_р, в_р или r_р и , принимают бетон класса В22,5 (марки М300), ориентировочно задаются значением h = 10 см, находят l и соответственно a, b или r и /l, определяют К₁, К₂ или К₃, М_р и вычисляют s_р.

Таблица 4

Продолжение табл. 4

Продолжение табл. 4

Продолжение табл. 4

Продолжение табл. 4

Продолжение табл. 4

Продолжение табл. 4

Продолжение табл. 4

Таблица 5

Таблица 6

Таблица 7

Таблица 8

Продолжение табл. 8

Продолжение табл. 8

Продолжение табл. 8

Продолжение табл. 8

Продолжение табл. 8

Продолжение табл. 8

Продолжение табл. 8

Продолжение табл. 8

Продолжение табл. 8

Продолжение табл. 8

Продолжение табл. 8

Продолжение табл. 8

Продолжение табл. 8

Продолжение табл. 8

Если полученное значение s_р равно или на 1 - 5 % меньше R_вt, то ориентировочно принятое значение h = 10 см принимают за окончательное, в противном случае расчет повторяют.

При повторном расчете надо учитывать следующее:

а) если при ранее произведенном расчете получилось s_р > R_вt, то задаются большим значением h;

б) если при предварительно принятом h = 10 см по расчету получилось s_р < R_вt для бетона класса В22,5 (марки М300), то, сохраняя h = 10 см, повторным расчетом устанавливают более низкий класс (марку) бетона.

Расчет при нагрузках сложного вида

2.7. При нагрузках сложного вида (см. п. 1.8) расчетный изгибающий момент в плите бетонного подстилающего слоя, расположенного на грунте основания, определяют как сумму моментов от отдельных нагрузок по формуле

                                                     (12)

где М₀ - изгибающий момент в расчетном центре от нагрузки простого вида, равномерно распределенной по следу, центр тяжести которого совпадает с расчетным центром; при следе в виде круга М₀ определяют по формуле (10), а при следе в виде квадрата или прямоугольника, длинная сторона a которого расположена параллельно оси ОУ (рис. 1, в, 2, а) - по формуле (8); М_i - изгибающий момент в расчетном центре от сосредоточенной нагрузки Р_i, приложенной в центре тяжести элементарной площадки; определяют по формуле

М_i = К_чР_i,                                                           (13)

где Р_i, кН - определяется по п. 2.14; К_ч - коэффициент, принимаемый по табл. 8 в зависимости от отношений  и , в которых x_i и У_i - координаты точки приложения нагрузки Р_i, определяемые по схеме расположения нагрузок (рис. 1 и 2) в соответствии с пп. 2.13 и 2.14.

2.8. Для определения расчетного изгибающего момента при нагрузках сложного вида вычерчивают схему расположения следов опирания нагрузок на пол, расчетного центра О, осей координат и схему разделения следов нагрузок на элементарные площадки с указанием на каждой из них центра тяжести приложения нагрузки (рис. 1 и 2). Нагрузки, места приложения которых на полу могут изменяться, следует располагать по возможности ближе к расчетному центру.

2.9. Расположение расчетного центра О выбирают из условия получения наибольшего значения изгибающего момента от заданных нагрузок. Для нагрузок, равномерно распределенных по следу, приведенных на рис. 1 и 2, расположение и количество расчетных центров следует принимать по табл. 9.

2.10. В расчетном центре располагают начало прямоугольных координат и размещают ось ОУ так, чтобы центры тяжести элементарных площадок (см. п. 2.11), на которые разделены площади одного или нескольких следов опирания, расположились возможно ближе к этой оси.

В тех случаях, когда недостаточно ясно, какое следует установить направление оси ОУ, изгибающий момент определяют вначале для одного направления оси, а затем для другого, перпендикулярного первому направлению (рис. 1), и из полученных изгибающих моментов принимают наибольший.

2.11. Следы опирания нагрузок разделяют на элементарные площадки простой геометрической формы (квадрат, прямоугольник, круг). Размеры элементарных площадок устанавливают равными 0,3 - 0,5 расстояния от их центра тяжести до расчетного центра. Такой же величины следует принимать длину элементарных площадок следов опирания предметов ребром или по образующей цилиндрической поверхности (рис. 2).

Одинаковые элементарные площадки следует располагать симметрично относительно осей координат или во всяком случае относительно одной из них.

Следы нагрузок размерами менее 0,5l и след колеса безрельсового транспорта на элементарные площадки не разделяют.

Таблица 9

Таблица 10

Значение L в зависимости от в (по рис. 2, г)

2.12. С расчетным центром совмещают центр тяжести элементарной площадки, по форме и размерам соответствующей нагрузке простого вида со следами круглой (рис. 1, ), или квадратной (рис. 1, а, б, ) формы, а также прямоугольной формы (рис. 1, , 2, а, б), если ось ОУ располагается параллельно длинной стороне прямоугольника; при расположении длинной стороны прямоугольника перпендикулярно оси ОУ длину этой стороны прямоугольника следует принимать не более 0,6l (рис. 2, в, г) и определять для него радиус равновеликого круга r, r_р (см. п. 1.9).

Для элементарной площадки определяют нагрузку, равную Р₀, кН, передаваемую на эту площадку.

2.13. Нагрузку, приходящуюся на каждую элементарную площадку, расположенную вне расчетного центра, заменяют эквивалентной сосредоточенной нагрузкой Р с точкой приложения в центре тяжести элементарной площадки.

Значение Р_i, кН, определяют по формуле

                                                        (14)

где f_i - площадь элементарной площадки, см²; F - вся площадь следа нагрузки, см²; Р_р - расчетная нагрузка на всю площадь следа, кН.

2.14. Для всех элементарных площадок определяют координаты Х_i и У_i точек приложения Р_i относительно осей ОХ и ОУ и вычисляют приведенные координаты этих точек  и .

Нагрузки и элементарные площадки с приведенными координатами точек приложения Р_i;  > 8 или  > 6 в расчете не учитывают.

2.15. Расчет плиты бетонного подстилающего слоя на изгиб при нагрузках сложного вида производят следующим образом. Вначале устанавливают К_о, принимают бетон класса В22,5 (марки М300), ориентировочно задаются значением h = 10 см и находят l. Для каждой схемы нагрузок, каждого расчетного центра и направления осей координат определяют P₀; Р_i; M₀; X_i; Y_i; ; ; M_i; ; M_p и по формуле (6) вычисляют s_p.

Если наибольшее из полученных значений s_p равно или на 1 - 5 % меньше R_вt, то ориентировочно принятое значение h = 10 см принимают за окончательное. В противном случае расчет повторяют. Повторный расчет производится только по схеме загружения, по которой получен наибольший момент М_p. При повторном расчете следует выполнять указания, приведенные в п. 2.6.

Приложение 1

Расчётные сопротивления бетона растяжению с характеристиками их надежности

^* См. табл. 1.

СОДЕРЖАНИЕ