Прочность многоэтажных
паркингов: что следует учитывать при проектировании
Первые многоэтажные паркинги для хранения
легковых автомашин, принадлежащих гражданам, в СССР стали появляться в
начале 60-годов. При этом в
качестве расчетных нагрузок принимался вес народного на тот период времени
автомобиля - Жигули "копейки".
В 60-е годы в свободной продаже в СССР не было легковых автомобилей
для личного использования со снаряженной массой 2000 – 2500 кг. Поэтому при
проектировании первых многоэтажных гаражей для хранения личного автотранспорта
граждан такие массы не учитывались. В настоящее время частные легковые
автомобили с такой массой имеются в свободной продаже.
На момент проектирования первых многоэтажных гаражей в СССР выпускались легковые
автомобили со следующими характеристиками:
Марка автомобиля |
Снаряженная масса, кг |
Год начала выпуска |
МЗМА-402 |
1021 |
1956 |
ЗАЗ-965 |
650 |
1960 |
ЗАЗ-966 |
720 |
1966 |
Москвич-407 |
990 |
1958 |
Москвич-410 |
1180 |
1958 |
Москвич-412 |
1045 |
1967 |
ВАЗ-2101 |
955 |
1970 |
В дальнейшем стали появляться
легковые автомашины с массой до 2,5 тонн. Изначальная расчетная нагрузка
многоэтажных паркингов, рассчитанных на легковые автомашины класса "Жигули
первой модели" перестала соответствовать реальным нагрузкам.
В современных многоэтажных паркингах хранятся машины весом в несколько тонн.
Самые тяжелые легковые автомобили:
No |
Марка |
Масса снаряженная,
кг |
Основные
характеристики |
1 |
Mercedes-Benz G 63 AMG 6x6
(W463) |
3850 |
Длина: 4714 мм
Ширина: 1811 мм
Высота: 1979 мм
Клиренс: 245 мм |
2 |
Brabus G 63 AMG 6x6 B63S-700 |
3700 |
Длина 5980 мм
Высота 2280 мм
Ширина 2110 мм
|
3 |
Mercedes-Benz G63 AMG 6x6
Mansory |
3675 |
Длина 4662 мм
Ширина 1760 мм
Высота 1951 мм |
4 |
Hummer - H2 |
3493 |
Длинна - 4820 мм
Ширина - 2063 мм
Высота - 1977 мм
Клиренс - 254 мм |
5 |
Ford - Excursion
U137 |
3487 |
Длинна - 5758 мм
Ширина - 2032 мм
Высота - 2037 мм
|
6 |
ЗиЛ - 114 |
3085 |
Длинна - 6305 мм
Ширина - 2068 мм
Высота - 1540 мм
|
7 |
Ford - Expedition EL |
2880 |
Длинна - 5621 мм
Ширина - 2002 мм
Высота - 1974 мм
|
8 |
Bentley - Azure |
2810 |
Длинна - 5350 мм
Ширина - 1888 мм
Высота - 1460 мм
|
9 |
Maybach - 62 |
2805 |
Длинна - 6160 мм
Ширина - 1981 мм
Высота - 1575 мм
|
10 |
Bentley - Azure |
2801 |
Длинна - 5342 мм
Ширина - 2057 мм
Высота - 1476 мм
|
Силовые
нагрузки в многоэтажных паркингах в настоящее время не соответствуют
расчетным силовым нагрузкам 1960 годов.
В 70-е годы началось строительство по индивидуальным проектам кооперативных
многоэтажных гаражей для легковых автомобилей в Москве и Ленинграде.
В разных
странах мира расчетные нагрузки на перекрытия в многоэтажных
паркингах различаются: 250 до 600
кг/кв.метр. В РФ целесообразно принимать этот показатель 600 кг/кв.
В многоэтажных паркингах надо проводить расчет и проверять на
практике перекрытие на продавливание сосредоточенной
нагрузкой от домкрата. В качестве исходной величины можно брать 1200
кг на площадку размером 10х10 см.
В многоэтажных паркингах обязателен расчет колонн, стен, ограждений
(парапетов) и всего паркинга на удар автомобилем.
Величина горизонтальной силы 10 тонн. Высота - на уровне
300-700 мм от пола. По числу одновременно ударяющихся
автомобилей и их взаимного расположения требований в нормативных и
законодательных документах нет.
|
Расчет силовых нагрузок при проектировании первых многоэтажных
гаражей изначально выполнялся по СНиП II-Б.1 "Основные положения по расчету
строительных конструкций" (Дата введения: 01.01.1955. Дата окончания срока
действия: 01.01.1963) который был заменен СНиП II-А.11-62 "Нагрузки и
воздействия. Нормы проектирования" (Дата введения 01.01.1963. Дата окончания
срока действия: 01.09.1974).
Отдельно выделенного раздела, посвященного расчету силовых нагрузок
и воздействий от транспортных средств, в вышеуказанных СНиПах не было.
Первое упоминания о них появилось лишь спустя несколько десятилетий
в СП 20.13330.2016 (СНиП 2.01.07-85* "Нагрузки и воздействия").
Первые многоэтажные паркинги проектировались
по
Н 113-54 "Нормы и технические условия
проектирования гаражей" (Дата введения 01 апреля 1954 года. Дата
окончания срока действия 03 июля 1962 года) который был заменен на СНиП
II-Д.9-62 "Предприятия по обслуживанию автомобилей. Нормы
проектирования" (Дата введения 04 июля 1962 года. Дата окончания срока
действия
01 апреля 1975 года). Между
Н 113-54 и действующим на сегодняшний день
СП 113.13330.2016 "Стоянки автомобилей" (Дата введения 01.01.2013) имеются
значительные различия.
С 1955 года была утверждена типовая сетка колонн, кратная
преимущественно 6 м и шаг рам в продольном направлении, кратный 6 м.
В первых многоэтажных паркингах, как объектах, не являющихся стратегически
важными, использовалась арматура класса типа А-II. В
настоящее время при строительстве многоэтажных паркингов используется бетон и арматура более высокой прочности,
по сравнению с применяемыми в 60-е годы.
Стандартные нагрузки (зарубежный опыт проектирования
многоэтажных гаражей)
4.2.9. Стандартные нагрузки. Регламентирующим документом по
определению нагрузок являются нормы DIN 1055, лист 3 «Транспортные
нагрузки», лист 4 «Ветровые нагрузки» и лист 5 «Снеговые нагрузки».
В качестве вертикальной транспортной нагрузки для этажей,
гаража принимается равномерно распределенная нагрузка величиной 3,5 кН/м2,
если на этаже размещаются легковые или подобные им автомобили с допускаемой
полной массой до 2,5 т.
Примечание: поскольку легковой автомобиль обычно весит
максимум 2 т и имеет площадь около 10 м2, в зоне хранения и стоянки возможно
давление 2—2,5 кН/м2, что отражено, например, в американских рекомендациях
для многоэтажных гаражей. Право включения в расчет такой более низкой
нагрузки в каждом случае предоставляется местным органом строительных
инспекций.
Для расчета плит перекрытий и балок подъездных путей и рамп
принимается равномерно распределенная транспортная нагрузка величиной 5
кН/м2. Нагрузка, передающаяся на колонны и стены, принимается равной 3,5
кН/м2.
В нормах DIN 1055, лист 3, разд. 9 для небольших промышленных
предприятий, а также магазинов установлено, что при расчете строительных
элементов, воспринимающих нагрузку более чем от трех этажей, в полную
транспортную нагрузку включаются три максимально загруженных этажа с полной
транспортной нагрузкой. Нагрузки остальных этажей должны учитываться с
последовательным уменьшением на 10 % —но не более, чем на 40 %. При этом
общее снижение не должно превышать 20 % суммарной: транспортной нагрузки. По
распределению нагрузок гаражи соответствуют названному типу зданий и поэтому
проектируются наравне с ними. В отдельных случаях перед проведением расчетов
рекомендуется провести согласование нагрузок с местными органами
строительного контроля.
DIN (сокр.) — нем. Deutsches Institut für Normung e.V. —
Немецкий институт по стандартизации.
http://www.din.de/
Расчет на продавливание плит перекрытий в многоэтажных паркингах
При проектировании зданий, конструкцией которых предусматривается сооружение
безбалочных железобетонных перекрытий, в обязательном порядке выполняется
проверка перекрытий на прочность, деформативность, на раскрытие трещин. При
проведении данных расчетов, в качестве основного пособия, используется «Руководство
по проектированию железобетонных конструкций с безбалочными перекрытиями»,
детально описывающее порядок расчета безбалочных железобетонных перекрытий.
В данной статье рассмотрим одну из основных составляющих расчета – проверку
плиты на продавливание.
Расчет безбалочных железобетонных
перекрытий на продавливание производится в местах смены толщины плиты,
местах приложения повышенных нагрузок на небольшую площадь, в других местах,
в случае необходимости.
Прочность плиты на продавливание определяется по формуле:
P≤K*Rp*h0*bср;
где:
K – коэффициент плотности: для тяжелых бетонов – 1, для легких – 0,8;
Rp — расчетное значение, определяющее сопротивление бетона растяжению;
bср — среднее арифметическое периметров оснований пирамиды, образующейся при
продавливании в пределах h0;
h0 – рабочая высота плиты;
P – расчетная продавливающая сила, определяемая по формуле P= (F -F1)q,
где F — площадь перекрытия, F1 — площадь большего основания пирамиды
продавливания, q =3140 кгс/м2.
Пример
Исходные данные:
Площадь перекрытия F=25м2; площадь большего основания пирамиды F1=2,4м2;
рабочая высота плиты h0=25,5см; сопротивление бетона растяжению Rp=12;
среднее арифметическое периметров оснований пирамиды bср=520см.
Следовательно:
P=(25-2,4)*3140=70964 кгс
Прочность на продавливание = 1*12*25,5*520=159120 кгс.
Согласно полученных
результатов, условие прочности на продавливание выполняется
159120кгс>70964кгс.
Следовательно, проектируемое железобетонное перекрытие соответствует
требованиям прочности на продавливание.
Железобетонные элементы рассчитывают по прочности на действие
изгибающих моментов, продольных сил; поперечных сил, крутящих моментов и на
местное действие нагрузки (местное: сжатие, продавливание).
СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без
предварительного напряжения арматуры
Расчет перекрытия на продавливание производится в сечениях,
где очертания капителей образуют входящие углы, где изменяется толщина
плиты, в местах приложения значительных грузов, распределенных на небольшой
площади, а также в других местах, где это окажется необходимым для принятого
конструктивного решения.
Предполагается, что продавливание происходит по боковой поверхности пирамиды
или конуса, боковые грани или образующая которых наклонены под углом 45° к
горизонтали.
Бетонные и железобетонные конструкции должны быть обеспечены с
требуемой надежностью от возникновения всех видов предельных состояний
расчетом, выбором показателей качества материалов, назначением размеров и
конструированием согласно правил. При этом должны
быть выполнены технологические требования при изготовлении конструкций и
соблюдены требования по эксплуатации зданий и сооружений, а также требования
по экологии, устанавливаемые соответствующими нормативными документами.
Конструкции рассматривают как бетонные, если их прочность обеспечена
одним только бетоном.
Бетонные элементы применяют:
а ) преимущественно на сжатие при расположении продольной сжимающей силы в
пределах поперечного сечения элемента;
б ) в отдельных случаях в конструкциях, работающих на сжатие, при
расположении продольной сжимающей силы за пределами поперечного сечения
элемента, а также в изгибаемых конструкциях, когда их разрушение не
представляет непосредственной опасности для жизни людей и сохранности
оборудования и когда применение бетонных конструкций целесообразно.
Расчеты бетонных и железобетонных конструкций следует производить по
предельным состояниям, включающим:
- предельные состояния первой группы (по полной непригодности к эксплуатации
вследствие потери несущей способности);
- предельные состояния второй группы (по непригодности к нормальной
эксплуатации вследствие образования или чрезмерного раскрытия трещин,
появления недопустимых деформаций и др.).
При проектировании бетонных и железобетонных конструкций надежность
конструкций устанавливают расчетом путем использования расчетных значений
нагрузок и воздействий, расчетных значений характеристик материалов,
определяемых с помощью соответствующих частных коэффициентов надежности по
нормативным значениям этих характеристик с учетом степени ответственности
зданий и сооружений.
Нормативные значения нагрузок и воздействий, коэффициентов сочетаний,
коэффициентов надежности по нагрузке, коэффициентов надежности по назначению
конструкций, а также подразделение нагрузок на постоянные и временные
(длительные и кратковременные) принимают согласно СНиП 2.01.07.
Для бетонных и железобетонных конструкций, проектируемых в
соответствии с требованиями СП 52-101-2003, следует предусматривать
конструкционный тяжелый бетон средней плотности от 2200 кг/м3 до 2500 кг/м3
включительно.
Основными показателями качества бетона, устанавливаемыми при
проектировании, являются:
а) класс бетона по прочности на сжатие В;
б) класс по прочности на осевое растяжение В, (назначают в случаях, когда
эта характеристика имеет главенствующее значение и ее контролируют на
производстве);
в) марка по морозостойкости F (назначают для конструкций, подвергаемых
действию попеременного замораживания и оттаивания);
г) марка по водонепроницаемости W (назначают для конструкций, к которым
предъявляют требования ограничения водопроницаемости).
Классы бетона по прочности на сжатие В и осевое растяжение В t отвечают
значению гарантированной прочности бетона, МПа, с обеспеченностью 0,95.
Для бетонных и железобетонных конструкций следует предусматривать
бетоны следующих классов и марок:
а) классов по прочности на сжатие:
В10; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60;
б) классов по прочности на осевое растяжение:
В t 0,8; В t 1,2; В t 1,6, В t 2,0; В t 2,4; В t 2,8; В t 3,2;
в) марок по морозостойкости:
F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500;
г) марок по водонепроницаемости:
W2; W4; W6; W8; W10; W12.
Возраст бетона, отвечающий его классу по прочности на сжатие и осевое
растяжение (проектный возраст), назначают при проектировании исходя из
возможных реальных сроков загружения конструкций проектными нагрузками. При
отсутствии этих данных класс бетона устанавливают в возрасте 28 сут.
Значение отпускной прочности бетона в элементах сборных конструкций следует
назначать в соответствии с ГОСТ 13015.0 и стандартами на конструкции
конкретных видов.
Для железобетонных конструкций рекомендуется применять класс бетона по
прочности на сжатие не ниже В15.
Марку бетона по морозостойкости назначают в зависимости от требований,
предъявляемых к конструкциям, режима их эксплуатации и условий окружающей
среды.
Для надземных конструкций, подвергаемых атмосферным воздействиям окружающей
среды при расчетной отрицательной температуре наружного воздуха в холодный
период от минус 5 °С до минус 40 °С, принимают марку бетона по
морозостойкости не ниже F75, а при расчетной температуре наружного воздуха
выше минус 5 °С в указанных выше конструкциях марку бетона по
морозостойкости не нормируют.
В остальных случаях требуемые марки бетона по морозостойкости устанавливают
в зависимости от назначения конструкций и условий окружающей среды по
специальным указаниям.
Марку бетона по водонепроницаемости назначают в зависимости от
требований, предъявляемых к конструкциям, режима их эксплуатации и условий
окружающей среды.
Для надземных конструкций, подвергаемых атмосферным воздействиям при
расчетной отрицательной температуре наружного воздуха выше минус 40 °С, а
также для наружных стен отапливаемых зданий марку бетона по
водонепроницаемости не нормируют.
В остальных случаях требуемые марки бетона по водонепроницаемости
устанавливают по специальным указаниям
Для армирования железобетонных конструкций следует применять
отвечающую требованиям соответствующих государственных стандартов или
утвержденных в установленном порядке технических условий арматуру следующих
видов:
- горячекатаную гладкую и периодического профиля с постоянной и переменной
высотой выступов (соответственно кольцевой и серповидный профиль) диаметром
6-40 мм;
- термомеханически упрочненную периодического профиля с постоянной и
переменной высотой выступов (соответственно кольцевой и серповидный профиль)
диаметром 6- 40 мм;
- холоднодеформированную периодического профиля диаметром 3-12 мм.
Основным показателем качества арматуры, устанавливаемым при
проектировании, является класс арматуры по прочности на растяжение,
обозначаемый:
А - для горячекатаной и термомеханически упрочненной арматуры;
В - для холоднодеформированной арматуры.
Классы арматуры по прочности на растяжение А и В отвечают гарантированному
значению предела текучести (с округлением) с обеспеченностью не менее 0,95,
определяемому по соответствующим стандартам.
Кроме того, в необходимых случаях к арматуре предъявляют требования по
дополнительным показателям качества: свариваемость, пластичность,
хладостойкость и др.
Для железобетонных конструкций, проектируемых в соответствии с
требованиями настоящего Свода правил, следует предусматривать арматуру:
- гладкую класса А240 (A-I);
- периодического профиля классов А300 (А- II), А400 (A-III, A400C), А500
(А500С), В500 (Вр- I , В500С).
В качестве арматуры железобетонных конструкций, устанавливаемой по расчету,
следует преимущественно применять арматуру периодического профиля классов
А500 и А400, а также арматуру класса В500 в сварных сетках и каркасах. При
обосновании экономической целесообразности допускается применять арматуру
более высоких классов.
При выборе вида и марок стали для арматуры, устанавливаемой по
расчету, а также прокатных сталей для закладных деталей следует учитывать
температурные условия эксплуатации конструкций и характер их нагружения.
В конструкциях, эксплуатируемых при статической нагрузке в отапливаемых
зданиях, а также на открытом воздухе и в неотапливаемых зданиях при
расчетной температуре минус 40 °С и выше, может быть применена арматура всех
вышеуказанных классов, за исключением арматуры класса А300 марки стали Ст5пс
(диаметром 18-40 мм) и класса А240 марки стали Ст3кп, которые применяют при
расчетной температуре минус 30 °С и выше.
При других условиях эксплуатации класс арматуры и марку стали принимают по
специальным указаниям.
При проектировании анкеровки арматуры в бетоне и соединений арматуры
внахлестку (без сварки) следует учитывать характер поверхности арматуры.
Бетонные элементы рассчитывают по прочности на действие продольных
сжимающих сил, изгибающих моментов и поперечных сил, а также на местное
сжатие.
Расчет по прочности бетонных элементов при действии продольной
сжимающей силы (внецентренное сжатие) и изгибающего момента следует
производить для сечений, нормальных к их продольной оси.
Расчет бетонных элементов прямоугольного, таврового сечений при действии
усилий в плоскости симметрии нормального сечения производят по предельным
усилиям согласно 6.1.7 - 6.1.12. В остальных случаях расчет производят на
основе нелинейной деформационной модели согласно 6.2.21 - 6.2.31, принимая в
расчетных зависимостях площадь арматуры равной нулю.
Бетонные элементы в зависимости от условий их работы и требований,
предъявляемых к ним, рассчитывают по предельным усилиям без учета или с
учетом сопротивления бетона растянутой зоны.
Расчет железобетонных элементов на продавливание
Расчет на продавливание производят для плоских железобетонных
элементов (плит) при действии на них (нормально к плоскости элемента)
местных, концентрированно приложенных усилий - сосредоточенных силы и
изгибающего момента.
При расчете на продавливание рассматривают расчетное поперечное сечение,
расположенное вокруг зоны передачи усилий на элемент на расстоянии нормально
к его продольной оси, по поверхности которого действуют касательные усилия
от сосредоточенных силы и изгибающего момента.
Действующие касательные усилия по площади расчетного поперечного сечения
должны быть восприняты бетоном с сопротивлением бетона осевому растяжению и
расположенной по обе стороны от расчетного поперечного сечения на расстоянии
поперечной арматурой с сопротивлением поперечной арматуры растяжению .
При действии сосредоточенной силы касательные усилия, воспринимаемые бетоном
и арматурой, принимают равномерно распределенными по всей площади расчетного
поперечного сечения. При действии изгибающего момента касательные усилия,
воспринимаемые бетоном и поперечной арматурой, принимают с учетом неупругой
работы бетона и арматуры. Допускается касательные усилия, воспринимаемые
бетоном и арматурой, принимать линейно изменяющимися по длине расчетного
поперечного сечения в направлении действия момента с максимальными
касательными усилиями противоположного знака у краев расчетного поперечного
сечения в этом направлении.