Предельные прогибы и перемещения по ДСТУ Б В.1.2-3:2006: таблица и как пользоваться

Что ограничивают предельные прогибы

Стандарт распространяется на несущие и ограждающие конструкции новых и реконструируемых зданий и сооружений независимо от материала: сталь, железобетон, дерево. Он задаёт предельные прогибы и перемещения, а рассчитывают конструкцию по второй группе предельных состояний, то есть на эксплуатационную пригодность, а не на разрушение.

Условие одно: расчётный прогиб f не превышает предельного fu. f находят с учётом всего, что на него влияет: упругие и неупругие деформации, трещины в бетоне, деформированная схема, работа смежных элементов, податливость узлов и оснований. Если это обосновано, отдельные факторы можно не учитывать или учитывать приближённо. Для процессов, развивающихся во времени (ползучесть, осадки оснований), прогиб растёт, и это тоже учитывают.

Сам расчёт прогиба для стальной балки разобран в статье расчёт стальной балки; здесь о том, что считать предельным значением и где его брать.

Четыре группы требований

Прогиб ограничивают не «вообще», а по определённой причине, и от причины зависит всё: какую нагрузку берут, от какой линии отсчитывают прогиб и какое значение fu. Стандарт выделяет четыре группы требований, и каждую проверяют отдельно от других.

От чего отсчитывают прогиб

Для технологических, конструктивных и физиологических требований к элементам покрытий и перекрытий прогиб отсчитывают от изогнутой оси, соответствующей состоянию элемента в момент приложения нагрузки, от которой прогиб вычисляется. Для эстетико-психологических требований его отсчитывают от прямой, соединяющей опоры. Если конструкцию проектируют со строительным подъёмом и прогиб ограничен эстетикой, прогиб уменьшают на величину подъёма.

Ползучесть тоже зависит от группы. Для физиологических требований учитывают только кратковременную ползучесть, проявляющуюся сразу после приложения нагрузки. Для технологических, конструктивных (кроме расчёта на ветер) и эстетико-психологических требований учитывают полную.

Бывают случаи, когда эстетическое требование не ставят: прогиб не портит вид (мембранные покрытия, наклонные козырьки, конструкции с провисающим или приподнятым нижним поясом), элементы скрыты от обзора или помещение с непродолжительным пребыванием людей, например трансформаторная подстанция или чердак.

Вертикальные предельные прогибы: таблица

Ниже основные строки таблицы вертикальных прогибов. l — расчётный пролёт элемента, a — шаг балок или ферм, к которым крепятся подвесные крановые пути. Для консоли вместо l берут удвоенный вылет. Для промежуточных l в строке про открытые для обзора покрытия значения интерполируют линейно. Числа в скобках берут при высоте помещения до 6 м включительно.

Примеры: как это выглядит в миллиметрах

Прогон или балка покрытия пролётом 6 м в помещении, где конструкция на виду: l/200, то есть 30 мм. Балка пролётом 12 м в цехе высотой до 6 м: в строке для 24 м (12 м) стоит l/250, значит 48 мм. Это те же значения, что в наших примерах расчёта.

Балка кранового пути пролётом 12 м, кран управляется с пола: l/250, то есть 48 мм от одного крана. Если кран из кабины и режим 7К, это уже l/500, или 24 мм. Режим кранов определяет жёсткость, которую придётся оплатить металлом: при 8К допуск вдвое жёстче, чем у крана с пола.

Консоль с вылетом 1,5 м, видимая из помещения: берут l = 2 · 1,5 = 3 м, в таблице это l/150, значит 20 мм на конце консоли. Перемычка над проёмом пролётом 2 м под кирпичной кладкой: l/200, то есть 10 мм.

Для элементов, предельные прогибы которых не заданы ни этим, ни другими стандартами, действует общая граница: не более 1/150 пролёта или 1/75 вылета консоли от постоянных, длительных и кратковременных нагрузок.

Зазоры, уклон кровли и крановые ограничения

Прогиб, ограниченный конструктивными требованиями, не должен превышать зазор между низом элемента покрытия или перекрытия и верхом перегородок, витражей, оконных и дверных коробок под ним. Такой зазор, как правило, не более 40 мм. Если из-за этого пришлось бы увеличивать жёсткость несущих элементов, лучше решить вопрос конструктивно: разместить перегородки не под балкой, а рядом, или сделать податливое крепление.

Расстояние от верхней точки тележки мостового крана до нижней точки прогнутой несущей конструкции покрытия (или предметов, прикреплённых к ней) должно быть не менее 100 мм. Покрытия прогибаются так, чтобы сохранялся уклон кровли не менее 1/200 в одном из направлений.

Для подвесных крановых путей прогиб стропильной конструкции берут как разность между прогибами соседних конструкций: балка пути неровно провисает между фермами, а крану мешает именно разность. Целостность кровельного ковра, как правило, обеспечивают конструктивно, компенсаторами или неразрезностью элементов покрытия, а не повышением жёсткости несущих элементов.

Горизонтальные прогибы от крановых нагрузок

Для колонн зданий с мостовыми кранами, крановых эстакад, балок крановых путей и тормозных конструкций (балок или ферм) предельные горизонтальные прогибы берут по таблице, но не менее 6 мм. Их проверяют на отметке головки кранового рельса от тормозных сил тележки одного крана, направленных поперёк кранового пути, без учёта крена фундаментов.

h в таблице — высота от верха фундамента до головки кранового рельса (для одноэтажных зданий и эстакад) или расстояние от оси ригеля перекрытия до головки рельса (для верхних этажей многоэтажных). l — расчётный пролёт балки.

Горизонтальные перемещения каркасов, фахверк и температурные воздействия

Горизонтальные перемещения каркасных зданий ограничивают прежде всего по конструктивным причинам: чтобы не повредились стены, перегородки, окна и двери, которые держатся на каркасе. Их определяют в плоскости стен и перегородок, как правило, с учётом крена фундаментов. Для зданий высотой до 40 м, а также для опор конвейерных галерей любой высоты крен от ветра можно не учитывать. Бескаркасные здания от ветра не ограничивают, если стены, перегородки и их соединения рассчитаны на прочность и трещиностойкость.

Здесь h — высота многоэтажного здания от верха фундамента до оси ригеля покрытия, hs — высота этажа: для одноэтажного здания от верха фундамента до низа стропильных конструкций, для многоэтажного между осями смежных ригелей. Горизонтальные прогибы от температурных и усадочных воздействий не суммируют с прогибами от ветра и крена. Температурные воздействия берут без суточных колебаний и перепада от солнечной радиации.

Колебания и комфорт

Для перекрытий, лестниц, балконов и лоджий жилых и общественных зданий, а также бытовых помещений производственных зданий прогиб ограничивают по физиологическим требованиям по отдельной формуле. В неё входят вес человека, частота шагов (1,5 Гц, для танцевальных залов 2 Гц), вес самого элемента и нагрузка на него. Формулу здесь не воспроизводим, потому что без неё числа теряют смысл; пользуйтесь текстом стандарта.

Когда в здании работает оборудование, возбуждающее колебания, предельные значения виброперемещений, виброскорости и виброускорений берут по требованиям охраны труда и санитарных правил, а для высокоточного оборудования и чувствительных приборов — по специальным техническим условиям.

На что стандарт не распространяется: опоры ЛЭП и порталы ОРУ

Прогибы и перемещения конструкций, отличающихся от традиционных зданий, стандарт передаёт специальным техническим условиям и нормам. В перечне прямо названы мосты, гидротехнические сооружения, атомные электростанции, опоры воздушных линий высокого напряжения и порталы ОРУ, теплицы и оранжереи.

Для нас это не абстракция: мы изготавливаем опоры и порталы. Поэтому таблицы из этой статьи на них автоматически не переносят. Жёсткость опоры или портала задают нормы и технические условия на линии и распределительные устройства, а также задание проекта; значения из таблицы для строительного каркаса могут оказаться слишком мягкими или излишне жёсткими.

Порядок проверки

Сначала определяют, какие требования действуют для элемента: технологические (есть кран или оборудование), конструктивные (есть перегородки, полы, оконные заполнения), физиологические (перекрытие для людей), эстетические (конструкция на виду). Для одного элемента их бывает несколько, и каждое проверяют отдельно. Затем в таблице подбирают строку и предельное значение fu.

Дальше берут соответствующие нагрузки: для технологии — воздействие оборудования, для конструктивных требований — то, что может повредить смежные элементы, для эстетики — постоянные и длительные. Считают f с учётом ползучести и сравнивают с fu. Если условие не выполняется, чаще всего увеличивают сечение по жёсткости, а не по прочности; иногда дешевле изменить схему или крепление.

Как считать f для стальной балки, смотрите в расчёте балки, для колонны — в расчёте колонны, для фермы — в расчёте фермы. Чертежи КМ и КМД с нужной жёсткостью и строительным подъёмом мы разрабатываем: проектирование КМ и КМД, изготовление.

Нормативы и действительность

Таблицы и правила в статье составлены по ДСТУ Б В.1.2-3:2006 «Система обеспечения надёжности и безопасности строительных объектов. Прогибы и перемещения. Требования проектирования» (действует с 01.01.2007; сам стандарт требует применять его совместно с ДБН В.1.2-2:2006 «Нагрузки и воздействия»). Проектирование стальных конструкций выполняют по ДБН В.2.6-198:2014 «Стальные конструкции. Нормы проектирования», который ссылается на этот ДСТУ в части предельных прогибов.

Действительность и действующая редакция этих документов требуют проверки перед использованием в проекте. Значения в таблицах приведены для ориентации, дословно текст норм не воспроизводим: окончательное решение принимает проектировщик по действующему тексту.