Микроклимат помещений, затраты на отопление и вентиляцию

Параметры микроклимата, микроклимат помещений.

При строительстве односемейных домов (коттеджей) широкое распространение получили системы отопления и вентиляции (ОВ) и горячего водоснабжения (ГВС), использующие в качестве источника тепла индивидуальные котлы, а для охлаждения воздуха в помещениях летом — автономные раздельные кондиционеры (сплит-системы).

Для того чтобы вычислить расчетные энергетические показатели традиционных систем ОВК и ГВС, проведем их оценку на примере двухэтажного коттеджа общей площадью 260 м2. В доме имеется шесть обитаемых комнат площадью 180 м2, в которые (в соответствии с санитарными нормами — 3 м3/час·м2) должно поступать приточного воздуха:

Lпн = 180 · 3 = 540 м3/час

В расчетных условиях холодного периода года в климате Москвы на нагрев саннормы приточного наружного воздуха при tнх = — 28 °С:

Qт.пн. = 540 · 1,34 · 1 · (20+28)/3,6 = 9648 Вт.

Теплопотери через наружные ограждения при tнх = — 28 °С составляют 7000 Вт.

В часы жизнедеятельности людей при включении освещения, телевизора, приготовлении пищи на кухне и т.п. в помещениях выделяется тепло и влага, которые конвективными потоками поднимаются под потолок и нагревают перекрытия и верхнюю часть стен. Через вытяжные отверстия и каналы отепленный и влажный воздух выбрасывается наружу. Компенсация теплопотерь и нагрев поступающего через форточки, щели или регулируемые отверстия приточного наружного воздуха осуществляется отопительными приборами, смонтированными под окнами. Общие расчетные затраты тепла на отопление и вентиляцию составляют:

Σqт.ов = 7000+9648 = 16648 Вт.

Удельные затраты тепла составляют:

qт.ов = 16640/260 = 64 Вт/м2

По рекомендациям в СНиП для односемейных домов удельные внутренние тепловыделения принимаются не менее 10 Вт/м2 общей площади. Применительно к рассматриваемому коттеджу это составит:

qт.выд.т. = 260 · 10 = 2600 Вт.

Приточно-вытяжная установка с двухступенчатой утилизацией тепла вытяжного воздуха
Рис 1. Приточно-вытяжная установка с двухступенчатой утилизацией тепла вытяжного воздуха

Однако при традиционном использовании под окном отопительных приборов на них ниспадает приточный холодный воздух. Внутренние тепловыделения не находятся в этой зоне и не влияют на расход тепла на отопление и вентиляцию. Поэтому общий расчетный расход тепла на отопление и вентиляцию рассматриваемого коттеджа принимается равным 16648 Вт, как это вычислено выше.

В системе ГВС расход тепла на нагрев зимой холодной водопроводной воды с начальной температурой tw.вод.х = 5 °С до twtb = 60ºC определяется нормой ее расхода за сутки 140 кг/чел.сут.

В рассматриваемом коттедже проживает 6 человек. Суточный расход горячей воды составит:

qwtb = 840 · 4,2 · (60-5) · 0,3/3,6 = 16170 Вт.

Расчетный часовой расход тепла на нужды ГВС принимается в 30 % от суточного ее расхода.

qт.гв = 840 · 4,2 · (60-5) · 0,3/3,6 = 16170 Вт.

С запасом в 20 % установочная мощность газового котла на периоды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения:

qком = (16648 + 16170) · 1,2 · 10-3 = 40 кВт·ч.

В теплый период года котел используется только на нужды ГВС, что составляет только 50 % от его производительности. Использование котла на пониженную производительность ведет к значительному снижению КПД котла и перерасходу топлива.
В последние годы летом, даже в климате Москвы, наблюдается повышение температур наружного воздуха днем выше 30 °С, что создает перегрев помещений. Поэтому для охлаждения помещений жильцы применяют раздельные автономные кондиционеры (сплит-системы).

Использование для охлаждения помещений сплит-систем имеет ряд серьезных недостатков:

  • наличие на фасаде наружного блока искажает архитектурное решение здания и создает опасность для прохожих, так как фиксировались случаи падения на людей достаточно тяжелых (до 50 кг) блоков из-за нарушения крепления кронштейнов к стене;
  • во внутреннем блоке сплит-системы в трубках кипит рабочий агент холодильной машины при температуре to = 5 °С, что обусловливает глубокое охлаждение и осушение внутреннего воздуха, проходящего от вентилятора через теплообменник-испаритель;
  • внутренний воздух охлаждается в испарителе до 12-13 °С, при попадании на человека потока холодного воздуха возникают дискомфорт и простудные заболевания, а также радикулиты, артриты;
  • при осушке внутреннего воздуха в испарителе конденсируется влага из воздуха, которая собирается в поддоне и подлежит сливу в канализацию, но устройство отводных трубопроводов для осуществления этого процесса вызывает трудности из-за удаленности мест установки воздухоохладителей от канализационных стояков.
Рис. 2. Энергосберегающая система ОВК "Элита" в коттедже
Рис. 2. Энергосберегающая система ОВК «Элита» в коттедже

Другими словами, можно утверждать, что традиционные системы ОВК обладают повышенными расходами тепла и электроэнергии.

Сокращения расходов тепла и электроэнергии можно достичь, используя систему ОВК «Элита», разработанную ЗАО «Обитель». В ее основе — централизованное приготовление санитарной нормы приточного наружного воздуха Iпн.мин. Применительно к рассматриваемому коттеджу площадью обитаемых комнат 180 м2 величина Iпн.мин. = 540 м3/час, как это вычислено выше. В каждой комнате под окном устанавливается эжекционный доводчик (его схема опубликована на стр. 61 в № 2/2008). От центрального приточного кондиционера по воздуховодам поступает приточный воздух Iпн.мин. Например, на окно приходится обитаемая площадь комнаты 20 м2, тогда, Iпн = 20 х 3 = 60 м3/час.

Рассмотрим особенности работы эжекционного доводчика (ДЭ) в холодный и переходный периоды года. По воздуховоду (рис. 2) подается приточный воздух Iпн, который поступает в камеру и выходит из сопел со скоростью не более 16 м/с. Благодаря преобразованию кинетической энергии струи воздуха перед теплообменником создается разряжение, и это вызывает подсасывание — эжекцию внутреннего воздуха Iв.э. через щелевое отверстие в подоконнике. К отверстию в подоконнике подсасывается воздух из зоны под потолком комнаты, где воздух всегда имеет температуру tвep.y> tв. В холодный период даже в ночные часы tвер.у = 23 ºС, что обусловливает охлаждение эжектируемого воздуха Iв.э по поверхности стены и поверхности холодного остекления. При охлаждении эжектируемого воздуха Iв.э часть трансмиссионных теплопотерь компенсируется от охлаждения эжектируемого воздуха.

Испытаниями установлено, что в ДЭ коэффициент эжекции равен:

Kэ = Iв.э/Iпн = 3.

К ДЭ, установленным в помещениях рассматриваемого коттеджа, подается:

ΣIпн = 540 м3/час.

Количество эжектируемого воздуха будет:

ΣIв.э = Kэ · ΣIпн = 3 · 540 = 1620 м3/час.

При охлаждении эжектируемого воздуха на внутренней поверхности стен и остекления с tв.ух = 23 °С до tв.э = 20 °С, строительным конструкциям отдается тепло в количестве:

qт.в.э = ΣIв.э · ρв.э · ср · (tв.ух — tв.э)/3,6 = 1620 · 1,2 · 1 · (23-20)/3,6 = 1620 Вт.

Полученная величина снижения трансмиссионных теплопотерь даже меньше проведенного выше расчета при нормируемых минимальных бытовых тепловыделений 10 Вт/м2, определенных выше в qт.выд.э = 2600 Вт.

При работе вытяжного агрегата из жилых помещений, кухни, ванной, душевой, туалетов на вытяжку зимой поступает удаляемый воздух с параметрами: tух1  = 24 °С, Iух1 = 40 кДж/кг.

В приточном и вытяжном воздуховодах после фильтров установлены теплообменники, которые связаны трубопроводами со смонтированным на них насосом. Такая система называется установкой утилизации с насосной циркуляцией антифриза. В теплоизвлекающем теплообменнике установки утилизации, смонтированном в вытяжном агрегате, вытяжной воздух зимой охлаждается и осушается с Iух1 = 40 кДкг до Iух2 = 18 кДж/кг (tух2 = 5°С).

Вычисляем количество извлекаемого тепла из вытяжного воздуха, которое воспринимается антифризом:

Qт.у1 = ΣIу · ρу · (Iух1 — Iух)/3,6 = 540 · 1,23 · (40-18)/3,6 = 4059 Вт.

Отепленный антифриз насосом подается в теплоотдающий теплообменник, смонтированный в приточном агрегате, и утилизированное тепло обеспечивает повышение температуры приточного наружного воздуха:

tнх2 = tнх + (qm.y1 · 3,6)/(ΣIпп · ρпн · Cр) = -28 + (4059·3,6)/(540·1,4·1) = -8,8 ºС.

В качестве второй ступени утилизации теплоты вытяжного воздуха используется холодильная машина (х.м.), работающая зимой в режиме теплового насоса (ТНУ). Во втором, по ходу вытяжного воздуха, теплообменнике по трубкам циркулирует антифриз, охлажденный в испарителе х.м. Расчетный режим охлаждения вытяжного воздуха с tyx2 = 5 ºС, Iух2= 18 кДж/кг до tух3= —4 ºС, Iух3 = 3 кДж/кг.

Вычисляем количество тепла, отведенного от вытяжного воздуха во второй ступени:

qх.м = qт.у2 = 540 · 1,28 · (18-3)/3,6 = 2880Вт.

В испарителе температура испарения t0 = —7 ºС, и электрический коэффициент преобразования электроэнергии в холод(обычно называемый холодильным коэффициентом) равен ηх.ком = 1,9 кВт/кВт. Расход электроэнергии на привод компрессора будет:

Nком = qх.мх.ком  = 2,88/1,9 = 1,5 кВт.

Извлеченное тепло из вытяжного воздуха плюс затраченная электроэнергия на привод компрессора поступает с горячим холодильным агентом в конденсатор х.м. и передается на нагрев антифриза, циркулирующего между конденсатором х.м. и вторым теплообменником в приточном агрегате. Определяем нагрев приточного наружного воздуха во второй ступени утилизации:

tпн3 = tпн2 + ((ρм.у2+Nком) · 3,6)/(ΣIпн · ρпн · Ср) = -8,8 + ((2880+1500) · 3,6)/(540 · 1,28 · 1) = 14ºС.

Перепад температур по антифризу составляет 6 °С, а теплоемкость антифриза — 3,6 кДж/кг·c. Вычисляем затраты электроэнергии на работу насосов циркуляции антифриза в первой и второй ступенях утилизации при КПД насоса ηн = 0,4. Расход антифриза в первой ступени утилизации:

qаф1 = (qм.у1 · 3,6)/(Δtаф · Саф) = 678 кг/час.

Гидравлическое сопротивление сети 60 кПа. Вычисляем затраты электроэнергии на привод насоса первой ступени утилизации:

Nнас.ул = (678 · 60)/(1050 · 3600 · 0,4) = 0,03 кВт.

Расход антифриза через испаритель х.м. в режиме ТНУ:

qаф.ис = (2880 · 3,6)/(6 · 3,6) = 480 кг/час;

Nнас.ул = (480 · 60)/(1050 · 3600 · 0,4) = 0,02 кВт.

Расход антифриза через конденсатор х.м. в режиме ТНУ:

qаф.ис = (4380 · 3,6)/(6 · 3,6) = 730 кг/час;

Nнас.ул = (730 · 60)/(1050 · 3600 · 0,4) = 0,03 кВт.

Вычисляем общие затраты электроэнергии в двух ступенях утилизации:

ΣNут = 0,03 + 0,02 + 0,03 + 1,5 = 1,58 кВт·ч = 1580 Вт.

Вычисляем энергетический показатель системы двухступенчатой утилизации теплоты вытяжного воздуха на нагрев приточного наружного воздуха:

η2-хст.у = 5,3.

На догрев приточного наружного воздуха с tпн.x3 = 14 °С до tвх = 20 °С ночью требуется тепла:

qт.пн= 540 · 1,22 · 1 · (20 -14)/3,6= 1098 Вт.

На покрытие трансмиссионных те-плопотерь в ночные часы потребуется тепла:

qт.пот.ноч = 7000 — 16200 = 5380 Вт.

Расчетная потребность в тепле в ночные часы на отопление и вентиляцию коттеджа:

Σqт.ов = 5380 + 1098 = 6478 кВт.

Это требует нагрева эжектируемо-го воздуха в теплообменнике ДЭ до температуры:

tв.э.т = tв.э + (Σqm.ов · 3,6)/(ΣIв.э · ρв.э · Ср) = 20 + (6478 · 3,6)/(1620 · 1,2 · 1) = 32 ºС.

За последние годы в зимний период года расчетные температуры наружного воздуха tнх = —28 ºС в климате Москвы не наблюдаются. Средняя отопительная температура для климата Москвы tн.ср.от = —3,1 ºС. При штатных температурах наружного воздуха расчетная тепловая производительность теплового насоса будет излишней. Предлагается использовать теплоту конденсации рабочего агента для нагрева воды на нужды ГВС.

В теплый период года температура испарения холодильного агента t0 = 8 ºС и температура tн = 50 ºС. В этом режиме энергетический показатель работы холодильной машины равен ηх.м = 3,4.

В испарителе холодильной машины для охлаждения антифриза вырабатывается холода:

qх.ис.лето = Nх.ком · ηх.м  = 1,5 · 3,4 = 5,1 кВт.

В конденсаторе холодильной машины вырабатывается в этом режиме тепло:

qт.кон.лето = qх.ис.лето + Nх.ком = 5,1 + 1,5 = 6,6 кВт.

Летом водопроводная вода имеет температуру 15 ºС, и теплом конденсации ее можно нагреть до 45 ºС. Вычисляем количество нагреваемой воды летом от теплоты конденсации рабочего агента холодильной машины:

qт.w.вод = (qт.кон.лето · 3,6)/((45-15)· 4,2) = (6600 · 3,6)/(30·4,2) = 189 кг/час.

Суточный расчетный расход воды на ГВС выше вычислен в 840 кг/сут. При работе холодильной машины в системе «Элита» в летнем режиме нагрев суточного расхода водопроводной воды на ГВС будет обеспечен за время:

τх.м.ГВ = 840/189 = 4,5 часа.

Рационально в системе ГВС применить два бака-аккумулятора по 500 кг емкости каждый с концевым электронагревателем мощностью 15 кВт. На догрев расчетного часового расхода воды в системе ГВС в 840 • 0,3 = 252 кг/час потребуется затрат электроэнергии:

NГВ = 252 · 4,2 · (60-45)/3,6 = 4410 Вт.

Всего на периоды ГВС в сутки в баках-аккумуляторах будет затрачено электроэнергии на догрев суточного расхода воды:

ΣNГВ = 840 · 4,2 · (60-45)/3,6 = 14700 Вт/сут.

В традиционной схеме с газовым котлом на нужды суточного ГВС потребуется тепла:

ΣqГВ = 840 · 4,2 · (60-15)/3,6 = 44100Вт/изб.

Сокращение затрат энергии на нужды ГВС летом достигается в 3,3 раза:

14700/4410 = 3,3.

Для традиционного охлаждения шести жилых комнат коттеджа сплит-системами потребуется 6 местных воздухоохладителей, вентиляторы которых потребляют 0,6 кВт·ч электроэнергии. Два компрессорноконденсаторных блока потребляют в час электроэнергии 4,4 кВт·ч. Общее потребление электроэнергии на охлаждение помещений коттеджа: 4,4 + 0,6 = 5 кВт·ч.
В системе «Элита» на работу приточного и вытяжного вентиляторов затрачивается электроэнергии при КПД вентилятора 0,4 и сопротивлении приточной сети 1,1 кПа и вытяжной сети 0,8 кПа:

приточный вентилятор

Nвн.пн = (540 · 1,1)/(3600 · 0,4) = 0,5 кВт·ч

вытяжной вентилятор

Nвн.у = (540 · 0,8)/(3600 · 0,4) = 0,4 кВт·ч

Общие часовые затраты электроэнергии в системе «Элита»:

ΣNэл = Nком + Nнас + Nвн.пн + Nв.у = 1,5 + (0,03+0,02) + 0,5 + 0,4 = 2,45 кВт·ч

По сравнению с традиционной системой охлаждения помещений от автономных кондиционеров расход электроэнергии снижен:

5/2,45 = 2 раза.

Применение системы «Элита» обеспечивает круглогодовое поддержание комфортных параметров воздуха в жилых комнатах коттеджа с затратой тепла на отопление и вентиляцию в 2,6 раза меньше по сравнению с традиционными системами отопления и естественной приточновытяжной вентиляцией.

В теплый период года применение системы «Элита» вместо традиционных сплит-систем позволяет сократить затраты электроэнергии на охлаждение помещений в 2 раза, а использование теплоты конденсации рабочего агента холодильной машины позволяет в 3,3 раза сократить расход энергии на систему ГВС коттеджа.

О.Я. Кокорин, д.т.н., проф., ст. научный консультант,
И.А. Лимонтов, руководитель направления
«Энергосберегающие климатические системы»,
ЗАО «Обитель» (Москва)

Также читайте:

Оконная фурнитура | Двери межкомнатные | Деревянные окна | Фурнитура для межкомнатных дверей

Расчет железобетонных конструкций

Совершенствование методов расчета железобетонных конструкций

Расширение международных связей, включая инвестиции отечественных компаний в строительство за границей, зарубежных компаний — в строительство объектов в России и вступление нашей страны во Всемирную торговую организацию (ВТО), выдвигает требование о необходимости сближения нормативной базы, в том числе и в области проектирования, создание в дальнейшем единой системы.

Для разрешения поставленной задачи Правительством РФ было принято решение о разработке актуализированных редакций действующих СНиПов, в которых необходимо учесть последние разработки российских и зарубежных ученых и провести возможную гармонизацию с Еврокодом.

В 2011 г. на рассмотрение научной и инженерной общественности были представлены две редакции СНиП по проектированию железобетонных конструкций.

Одна редакция разработана НИИЖБ им. А. А. Гвоздева на базе Сводов правил СП 52-101-2003 и СП 52-102-2004 — СНиП 52-01-2003 (далее — СНиП-1).

Рис. 1. Отклонение предельных по прочности моментов для внецентренно сжатых элементов
Рис. 1. Отклонение предельных по прочности моментов для внецентренно сжатых элементов

Другая редакция СНиП 52-01-2003 [6] разработана в РААСН — далее СНиП- 2, и в значительной мере повторяла СНиП 2.03.01-84* (далее — СНиП-0) с добавлением материалов по расчету с использованием диаграмм деформирования арматуры и бетона и некоторых других материалов (авторы СНиП- 2 — Н. И. Карпенко, В. И. Травуш, В. М. Бондаренко и др.).
В первой редакции СНиП-1 введен расчет на базе диаграмм — бетона и арматуры и гипотезы плоских сечений, в качестве теоретической основы для расчета нормальных сечений любого очертания и армирования для двух предельных состояний.
Представленные расчетные диаграммы имеют кусочно-линейное очертание, что позволяет для простых сечений получать аналитические зависимости для расчета по прочности, трещиностойкости и деформациям.
Однако в эту редакцию не вошли многие разделы и положения, имевшиеся в предыдущем СНиП-0. В редакции СНиП-1 изменен расчет по прочности наклонных сечений, приводящий в большинстве случаев к уменьшению несущей способности на 20-30%, и расчет на продавливание, учитывающий моменты и также приводящий к значительному уменьшению несущей способности по сравнению с СНиП-0. Кроме того, предлагаемые расчетные диаграммы состояния бетона не учитывают состав и класс бетона, его напряженное состояние и характер действующей нагрузки.
В редакции СНиП-2 добавлен общий случай расчета для обоих предельных состояний, основанный на криволинейных диаграммах — для бетона и арматуры и предназначенный для использования в компьютерных программах. Для элементов из высокопрочных бетонов (при классе В70 и выше) приведен расчет по деформациям, основанный на двухлинейной диаграмме бетона и почти аналогичный методу расчета, представленному в СНиП-1. Добавлен также раздел «Общие критерии прочности железобетонных плит и пологих оболочек при двухосном напряженном состоянии».

Известно, что все расчеты, представленные в СНиП-0, основаны на экспериментальных исследованиях с использованием при расчетах по прочности только прямоугольной, а по трещино- стойкости и деформациям — треугольной эпюры сжатой зоны бетона. Сопоставительные расчеты по деформациям по СНиП-1 и СНиП-0 выявили значительные расхождения в результатах.
Принимая во внимание, что в актуализированной редакции СНиП-1 результаты упрощенных и общих методов расчета не должны сильно различаться, целесообразно упрощенные способы расчета представить в СНиП-1 на основе кусочно-линейных диаграмм — близких к реальным диаграммам, приведенным в СНиП-2.
Это касается в первую очередь уточнения формул для R, момента образования трещин и кривизны сечения. В отличие от первой редакции СНиП-1 эти кусочно-линейные диаграммы состояния бетона должны различаться в зависимости от класса и вида бетона.

Для выявления наиболее рациональных методов расчета и проектирования железобетонных конструкций, поиска форм гармонизации окончательной актуализированной редакции СНиП 52-01-2003 с Еврокодом и устранения вышеперечисленных недоработок НТС НИЦ «Строительство» была создана редакционная комиссия, которая, рассмотрев имеющиеся материалы, поручила специалистам ОАО «ЦНИИПромзданий» — авторам пособий по расчету железобетонных конструкций — провести выборочные сопоставления результатов расчетов, выполняемых по 3 вариантам: СНиП-1, СНиП-2 и СНиП-0 для I и II предельных состояний (в настоящей статье представлены результаты расчетов только по первой группе предельных состояний), и по полученным результатам представить предложения по корректировке и дополнению СНиП-1.

На основании проведенных исследований в актуализированную редакцию СНиП-1 предлагалось включить следующие материалы, в том числе имевшиеся в СНиП-0: минимально допустимые классы бетона для предварительно-напряженных конструкций (табл.8 [1]); минимально допустимые марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости (табл. 9 и 10 [1]); коэффициенты условий работы бетона, учитывающие небольшой размер сечения, попеременное замораживание и оттаивание, отсутствие защиты от солнечной радиации (табл. 15 [1]); термически упрочненную арматуру класса Ат-1200; коэффициенты условий работы поперечной арматуры, учитывающие наличие сварных соединений, низкие марки легкого и ячеистого бетонов; расчетные длины ступенчатых колонн одноэтажных промзданий, а также элементов ферм и арок (табл. 32 и 33 [1]); расчет кольцевых сечений внецентренно сжатых элементов; расчет элементов на отрыв; раздел «Расчет закладных деталей»;уточнения потерь от ползучести при мелкозернистом и легком бетоне; расширить раздел «Расчет на выносливость» за счет уточнения минимальных классов бетона, конкретизации учета неупругих деформаций сжатого бетона, введения коэффициентов условий работы для бетона и арматуры; категории потрещиностойкости, и в связи с этим — расчета по закрытию ранее образованных трещин; особенности расчета конструкций с арматурой, напрягаемой на бетон, включая потери напряжений арматуры; расчет колонн с косвенным армированием; расчет коротких консолей; сварные соединения арматуры и закладных деталей, а также многочисленные поправочные коэффициенты, влияющие на величину Nor. Эти разделы и положения базируются на практике проектирования и строительства в России и их целесообразно учесть.

Рис. 2. Отклонения предельных по прочности моментов для изгибаемых элементов с предварительным напряжением арматуры (= 0,8 Rs)
Рис. 2. Отклонения предельных по прочности моментов для изгибаемых элементов с предварительным напряжением арматуры ( = 0,8 Rs)

Предлагается также ввести в СНиП- 1 следующие дополнения: указания по построению диаграмм состояния бетона и арматуры из редакции СНиП-2 с учетом дополнительных поправок: при этом принятые в СНиП-1 упрощения диаграммы состояния бетона и арматуры можно некоторыми корректировками оставить; изменения в расчете на продавливание — контур расчетного поперечного сечения отстоит от площадки передачи нагрузки на ho (это изменение принято с учетом с указаний Еврокода-8); расчет по раскрытию трещин — аналогичный указаниям СНиП-2, при этом коэффициент Ψs принимать как принято в СНиП-2 при расчете по деформациям с использованием диаграмм состояния бетона и арматуры; учет продольных сил при расчете наклонных сечений на действие поперечных сил.

Численные исследования прочности, трещиностойкости и деформативности проводились на железобетонных элементах в основном прямоугольного сечения при изгибе и внецентренном сжатии и кольцевых сечений только при внецентренном сжатии. За эталон приняты результаты расчетов по СНиП-0 [1] как методика, подтвержденная многочисленными экспериментальными исследованиями и проверенная практикой проектирования. Результаты расчетов представлены в сопоставлении с принятым эталоном в виде гистограмм (рис. 1-3), где голубым цветом показаны расхождения результатов расчета по кусочно-линейным диаграммам (СНИП-1); красным цветом — расхождения результатов с учетом коррекции кусочно-линейных диаграмм состояния СНиП-1: зеленым — расхождения результатов расчета по криволинейным (фактическим) диаграммам арматуры и бетона (СНиП-2).

Сопоставление предельных по прочности моментов для внецентренно сжатых элементов прямоугольного сечения с симметричной арматурой, определенных по методам общего случая расчета СНиП-1 (Mult1), СНиП-2 (Mult2), и СНиП-0 (Mult0) показало достаточную их близость друг другу при классах бетона В40 и менее. При более высоких классах бетона значения Mult в ряде случаев существенно превышают значения Mult0 (до 20% и более), при этом значения Mult2 превышают Mult0 несколько меньше (до 13%, рис.1). Считая значения Mult0 достаточно экспериментально обоснованными, расчет внецентренно сжатых элементов по методике СНиП-1 при таких классах бетона может привести к неосторожному завышению несущей способности (или занижению необходимой арматуры). Поэтому предлагаем скорректировать двухлинейную диаграмму εb — σb сжатого бетона, заменив значение εb2 с 1,5 • 10-3 на (В/20 — 0,5) • 10-3, но не более εb2, что позволит избежать значительного завышения момента Mult1 (не более 14%).
Для кольцевых сечений моменты Мult определенные по формулам СНиП-0 также близки к значениям Mult, определенных с помощью диаграмм εb — σb, приведенных в СНиП-1 и СНиП-2. Поэтому формулы из СНиП-0 предлагаем включить в СНиП-1.
Сопоставление предельных по прочности моментов Мult для изгибаемых элементов как с предварительным напряжением, так и без него, определенных по методикам СНиП-1 и СНиП-2, показало удовлетворительную близость их к моментам Мин, определенным по СНиП-0. Но для преднапряженных элементов использование коэффициента условий работы арматуры с условным пределом текучести Ys6, приведенного в СНиП-0, привело к большему сближению результатов расчета (рис. 2). Учитывая экспериментальную обоснованность коэффициента, предлагаем в трехлинейной диаграмме арматуры σs — εs значение σs ограничивать значением не 1,1 Rs, а Ys6Rs.
Большое завышение значений Мult, вычисленных по СНиП-2 при арматуре А500 (рис. 3), связано с диаграммой εs — σs для этой арматуры, имеющей условный предел текучести, когда при деформациях εs>Rs/Es + 0,002 напряжения σs, больше Rs. Однако, поданным металлургов, эта арматура имеет ярко выраженную площадку текучести. Поэтому диаграммы εs — σs для арматуры А500 должны быть скорректированы.

Рис. 3. Отклонения предельных по прочности моментов для изгибаемых элементов без предварительного напряжения арматуры
Рис. 3. Отклонения предельных по прочности моментов для изгибаемых элементов без предварительного напряжения арматуры

На основании проведенного анализа результатов сопоставления расчетов для актуализированной редакции СНиП 52-01 -2003 можно предложить следующие рекомендации:

  1. В нормативный документ необходимо включить разделы и отдельные положения, перечисленные в статье и имевшиеся в СНиП 2.03.01-84;
  2. В двухлинейной диаграмме сжатого бетона εb — σb при классах бетона более В40 следует принимать значения εb1 = (В/20-0,5) · 10-3, но не более εb2;
  3. Методику расчета кольцевых сечений целесообразно включить без изменений;
  4. В диаграмме εs — σs арматуры с условным пределом текучести необходимо ограничивать значение σs величиной Ys6Rs, где Ys6 — см [1].

Данные для построения криволинейной диаграммы εs — σs для арматуры класса А500 рекомендуется уточнить.

Э. Н. Кодыш, д. т. н.,проф.; Н. Н. Трекин, д. т. н., проф.;
И. К. Никитин (ОАО «ЦНИИПромзданий»)

Список литературы:
1. СНиП 2.03.01 -84* Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования.

Также читайте:

Оконная фурнитура | Двери межкомнатные | Деревянные окна | Фурнитура для межкомнатных дверей