РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СТАЛЬНЫХ
ЗАКЛАДНЫХ ДЕТАЛЕЙ
ДЛЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Москва Стройиздат 1984

Рекомендованы к изданию решением секции № 1 железобетонных конструкций Научно-технического совета НИИЖБ Госстроя СССР.

Содержат основные положения по проектированию сварных и штампованных закладных деталей для конструкций из тяжелого и легкого бетонов, данные по материалам, методы и примеры расчета, конструктивные требования, способы сварки, антикоррозионной защиты и фиксации закладных деталей.

Для инженерно-технических работников проектных организаций.

Разработаны НИИЖБ Госстроя СССР (д-р техн. наук, проф. А.П. Васильев, кандидаты техн. наук Н.И. Катин, А.М. Подвальный, Г.Н. Судаков, инженеры В.И. Игнатьев, Б.А. Шитиков) при участии ЦНИИПромзданий Госстроя СССР (инж. И.К. Никитин), МНИИТЭП ГлавАПУ Мосгорисполкома (инженеры В.И. Сомов, Б.А. Алферов) и ЦНИИЭП жилища Госгражданстроя СССР (канд. техн. наук В.В. Королев, инж. В.А. Кафанов).

ОСНОВНЫЕ БУКВЕННЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

УСИЛИЯ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ЗАКЛАДНУЮ ДЕТАЛЬ

N - нормальная сила;

Q - сдвигающая сила;

Q_x и Q_y - сдвигающие силы, действующие соответственно вдоль осей х и у, находящихся в плоскости наружной грани пластины и проходящих через центр тяжести нормальных анкеров в направлении осей ее симметрии;

Q_tot - равнодействующая сдвигающих сил Q_x и Q_y;

М - изгибающий момент относительно оси, находящейся в плоскости наружной грани пластины и проходящей через центр тяжести всех анкеров;

М_х и M_y - соответственно изгибающие моменты относительно x и y;

Т - крутящий момент;

N_an - наибольшее растягивающее усилие в одном ряду нормальных анкеров;

N_an1 - наибольшее растягивающее усилие в одном нормальном анкере;

Q_an - сдвигающее усилие, приходящееся на один ряд нормальных анкеров;

Q_an1 - наибольшее сдвигающее усилие, приходящееся на один нормальный анкер;

 - наибольшее сжимающее усилие в одном ряду нормальных анкеров;

 - наибольшее сжимающее усилие в одном нормальном анкере.

ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВ

R_b и R_bt - расчетные сопротивления бетона соответственно осевому сжатию и растяжению для предельных состояний первой группы;

R_s - расчетное сопротивление анкеров закладной детали из арматурной стали для предельных состояний первой группы;

R_y - расчетное сопротивление прокатной стали закладной детали при растяжении, сжатии и изгибе по пределу текучести;

R_sq - расчетное сопротивление прокатной стали закладной детали при сдвиге, соответствующее R_s в главе СНиП II-23-81 «Стальные конструкции»;

E_b - начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении.

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

А_aп - площадь поперечного сечения нормальных анкеров наиболее напряженного ряда;

А_aп1 - площадь поперечного сечения наиболее напряженного нормального анкера, приваренного в тавр к пластине;

А_{ап, tot} - площадь поперечного сечения нормальных анкеров закладной детали;

А_aпi - площадь сечения наклонных анкеров наиболее напряженного ряда;

А_{ап, tot, i} - площадь поперечного сечения наклонных анкеров;

z_x и z_у -    расстояния между крайними рядами нормальных анкеров, расположенных соответственно вдоль осей х и у;

d - номинальный диаметр анкерного стержня;

l_aп - длина зоны анкеровки, определяемая согласно п. 5.7 настоящих Рекомендаций;

l_a - длина анкерного стержня;

g - угол между анкерными стрежнями и пластиной или угол отгиба полосовых анкеров;

d - толщина пластины закладной детали и полосовых анкеров;

A_sp - площадь проекции поверхности одного сферического выступа на плоскость, нормальную к оси полосового анкера;

b_sa - ширина полосового анкера штампованной закладной детали;

l_sa - длина полосового анкера штампованной закладной детали.

РАЗНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

n - общее число анкеров;

п_х и n_у - число анкеров в крайних рядах, параллельных соответственно осям х и у.

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ

1.1. Настоящие Рекомендации распространяются на проектирование стальных сварных и штампованных закладных деталей для конструкций из тяжелого и легкого бетонов при действии статических нагрузок.

1.2. При проектировании закладных деталей следует соблюдать требования глав СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции», СНиП II-23-81 «Стальные конструкции», СНиП II-28-73* «Защита строительных конструкций от коррозии» и «Инструкции по сварке соединений арматуры и закладных деталей железобетонных конструкций» (СН 393-78).

1.3. При проектировании железобетонных конструкций рекомендуется применять унифицированные закладные детали или их элементы, утвержденные в установленном порядке.

1.4. Закладные детали должны отвечать условиям механизированного изготовления.

1.5. Расчетные сопротивления бетона растяжению и сжатию R_bt и R_b вводятся в расчет закладных деталей с учетом коэффициентов условий работы бетона g_bi, принимаемых по главе СНиП 2.03.01-84.

Если в бетонном элементе в месте установки закладной детали имеется арматура, коэффициент условий работы бетонной конструкции g_b9 = 0,9 можно не учитывать.

1.6. При расчете закладных деталей кроме проектных эксцентриситетов учитываются случайные эксцентриситеты, вызванные отклонениями при монтаже, а также в размерах железобетонных изделий и закладных деталей и т.п., в пределах нормированных допусков.

2. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ЗАКЛАДНЫХ ДЕТАЛЕЙ

2.1. Сварные закладные детали состоят в основном из пластин с приваренными к ним анкерными стержнями. В зависимости от характера действующих на деталь усилий, места расположения и удобства установки ее в арматурный каркас применяют детали с нормальными анкерами из арматурной стали, приваренными втавр (рис. 1), наклонными, приваренными внахлестку, и нормальными (рис. 2, а-в), или только наклонными, приваренными под слоем флюса (рис. 2, г).

2.2. Закладные детали, изображенные на рис. 2, а-в, следует применять при действии на деталь сдвигающей силы или при одновременном воздействии сдвигающей и отрывающей сил, когда Q>N. Их применение наиболее целесообразно в тех случаях, когда нормальные анкеры находятся на таком расстоянии от края элемента, что может произойти откол бетона. Деталь, изображенную на рис. 2, в, применяют при знакопеременной нагрузке, а деталь, изображенную на рис. 2, г, - при действии отрывающей и сдвигающей сил, когда Q_an>N_an/tg g.

Рис. 1. Закладные детали с нормальными анкерами

а - без усилений; б - с анкерными пластинами; в - с высаженными головками; г - с двумя пластинами (типа «закрытый столик»)

Рис. 3. Закладные детали усложненной конструкции

а - с жесткими анкерами; б - с приваркой уголков

Рис. 2. Закладные детали с нормальными и наклонными анкерами

а-в - с наклонными анкерами, приваренными внахлестку, и нормальными; г - с наклонными анкерами, приваренными под слоем флюса

Рис. 4. Штампованные закладные детали

1 - участок закладной детали, выполняющий функцию пластины; 2 - полосовой анкер

2.3. Применение закладных деталей только с нормальными анкерами рекомендуется в случаях, не указанных в п. 2.2, а также при Q>N, если установка деталей с наклонными анкерами в арматурный каркас затруднительна.

2.4. Закладные детали усложненной конструкции (рис. 3) рекомендуется проектировать при действии на деталь больших знакопостоянных и знакопеременных нагрузок, когда нельзя применить детали с анкерными стержнями. Такие закладные детали проектируются на основе экспериментальных данных.

2.5. Штампованные закладные детали (рис. 4) наиболее рационально применять при действии на них небольших нагрузок, например для железобетонных элементов крупнопанельных зданий или для деталей, передающих нагрузку от стеновой панели к колонне, и т.п.

Примечание. Участок штампованной закладной детали, выполняющий (аналогично сварной детали) функцию пластины, в дальнейшем будем именовать «пластина».

3. МАТЕРИАЛЫ

3.1. Анкеры сварных закладных деталей рекомендуется проектировать преимущественно из арматурной стали классов А-II и A-III диаметром 8-25 мм. Марку стали для анкерных стержней принимают по табл. 1 настоящих Рекомендаций.

3.2. Пластины сварных закладных деталей и штампованные закладные детали, рассчитываемые на усилия от статических нагрузок, рекомендуется проектировать:

а) для расчетной температуры эксплуатации конструкций до минус 30 °С вкл. из стали марок ВСт3кп2 (ГОСТ 380-71*) и ВСт3кп2-1 (ТУ 14-1-3023-80);

б) для расчетной температуры эксплуатации конструкций ниже минус 30 °С до минус 40 °С вкл. из стали марок ВСт3пс6 (ГОСТ 380-71*), ВСт3пс6-1 и ВСт3пс6-2 (ТУ 14-1-3023-80).

Расчетную температуру следует принимать согласно п. 1.3 главы СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций. Можно применять и сталь других марок при соблюдении требований по выбору материалов для сварки (см. главу СНиП II-23-81).

4. РАСЧЕТ ЗАКЛАДНЫХ ДЕТАЛЕЙ

4.1. Расчет анкерных стержней, приваренных втавр к плоским элементам стальных закладных деталей, на действие изгибающего момента, нормальной и сдвигающей сил, действующих в одной плоскости симметрии закладной детали (рис. 5, а), следует производить по формуле

                                                   (1)

где

                                                            (2)

Таблица 1

                                                  (3)

                                                      (4)

z - расстояние между крайними рядами анкеров; п_аn - число рядов анкеров вдоль направления сдвигающей силы. Если не обеспечивается равномерная передача сдвигающей силы Q на все ряды анкеров, при определении сдвигающего усилия Q_an учитывается не более четырех рядов; j - коэффициент, определяемый для анкерных стержней диаметром 8-25 мм (для тяжелого бетона классов В12,5 - В50 и легкого бетона классов В 12,5-В30) по формуле

                                              (5)

но принимаемый не более 0,7. Для бетона классов выше В50 коэффициент j принимается как для бетона класса В50. Для тяжелого (обычного) бетона коэффициент j можно определять по табл. 2.

Рис. 5. Схема усилий, действующих на закладную деталь

а - в одной плоскости симметрии; б - в двух плоскостях симметрии

В формуле (5): R_b и R_s - в МПа; A_an1 - в см²;  - коэффициент, принимаемый равным: для тяжелого (обычного) бетона - 1; для мелкозернистого бетона вида А - 0,8; для мелкозернистых бетонов видов Б и В - 0,7; для легкого бетона - (где  - объемная масса бетона, кг/м³). При определении R_b коэффициент (см. главу СНиП 2.03.01-84) принимается равным 1; j₁ - коэффициент, определяемый по формуле

                                                           (6)

но принимаемый не менее 0,15.

Коэффициент w принимается равным:

(имеется прижатие);                      (7)

(нет прижатия).                                (8)

Если растягивающие усилия в анкерах отсутствуют, j₁ = 1.

Площадь сечения анкеров остальных рядов должна приниматься равной площади сечения анкеров наиболее напряженного ряда.

В формулах (1) и (4) нормальная сила N считается положительной, если она направлена от закладной детали (см. рис. 5), и отрицательной, если она направлена к ней. Если нормальные усилия N_ап и , а также сдвигающее усилие Q_an при вычислении по формулам (2) - (4) получают отрицательные значения, в формулах (1) и (3) они принимаются равными нулю.

Кроме того, если N_ап получает отрицательное значение, в формуле (3) принимается  = N.

При расположении закладной детали на верхней (при бетонировании) поверхности изделия коэффициент j уменьшается на 20 %, а значение  принимается равным нулю.

4.2. Расчет нормальных анкеров закладных деталей на действие расположенных в двух плоскостях симметрии закладной детали изгибающих моментов и сдвигающих сил, а также нормальной силы (рис. 5, б) рекомендуется выполнять по формуле

Таблица 2

Примечания: 1. Для бетона класса В 12,5 коэффициент j следует уменьшать на 0,02 по сравнению с коэффициентом j для бетона класса В15.

2. Значения коэффициентов j приведены при произведении коэффициентов условия работы бетона, равном 1.

                                                (9)

где

                                                  (10)

                                                  (11)

                                                         (12)

                                                 (13)

j - см. п. 4.1 настоящих Рекомендаций; j₁ - коэффициент, определяемый по формуле (6), но принимаемый не менее 0,15; w - коэффициент, принимаемый

(имеется прижатие);                    (14)

(нет прижатия).                              (15)

Площадь сечения остальных анкерных стержней принимается равной площади наиболее напряженного анкерного стержня.

Все остальные рекомендации, касающиеся знаков усилий и т.д., приведенные в п. 4.1, относятся к расчетным формулам настоящего пункта.

Если выполняется условие

                                                     (16)

значение , в формуле (11) заменяют на  (см. п. 4.1).

4.3. Расчет нормальных анкеров закладных деталей на действие нормальной и сдвигающей сил, а также изгибающих и крутящего моментов (рис. 6) рекомендуется производить по формуле (9), где N_an1, , j и j₁ определяются соответственно по формулам (10), (13), (5) и (6), a Q_an1 - no формуле

                        (17)

здесь

                                                  (18)

                                                  (19)

Рис. 6. Схема усилий, действующих на закладную деталь при наличии крутящего момента

Рис. 7. Схема усилий, действующих на закладную деталь с анкерами, приваренными внахлестку и втавр

r_{x max} и r_{у тах} - расстояния от анкерного стержня, наиболее удаленного от центра тяжести всех анкеров, соответственно до осей у и х; r_{x i} и r_{у i} - расстояния анкерного стержня соответственно до осей y и х.

4.4. В закладной детали с анкерами, приваренными внахлестку под углом от 15 до 30° и втавр (рис. 7), наклонные анкеры следует рассчитывать на действие сдвигающей силы (при Q>N, где N - отрывающая сила) по формуле

                                                 (20)

где  - см. п. 4.1 настоящих Рекомендаций.

При этом устанавливаются нормальные анкеры, которые следует рассчитывать по формуле (1) при j₁ = 1 и при значении Q_an, равном 0,1 сдвигающего усилия, определяемого по формуле (3). Допускается уменьшать площадь сечения наклонных анкеров за счет передачи на нормальные анкеры части сдвигающей силы, равной Q - 0,9 R_sA_an,tot,i. В этом случае j₁ определяется по формуле (6).

Если на закладную деталь действует только сдвигающая сила, площадь сечения нормальных и наклонных анкеров рекомендуется определять из условия

Q £ 0,9 R_s А_ап,tot,i + 0,9 R_s А_ап,tot j.                                      (21)

где j - см. п. 4.1 настоящих Рекомендаций; при этом второе слагаемое должно быть не менее 0,1Q.

4.5. Если под флюсом к пластине приварены только наклонные анкеры под углом g³45° (рис. 8), при Q_an > N_an/tg g расчет таких анкеров можно производить аналогично расчету нормальных анкеров (см. п. 4.1 настоящих Рекомендаций) по формуле

                                              (22)

где A_an,I - площадь сечения анкеров наиболее напряженного ряда;

                                           (23)

                                             (24)

                                                       (25)

Рис. 8. Схема усилий, действующих на закладную деталь с наклонными анкерами, приваренными под слоем флюса

z - расстояние между крайними рядами анкеров, но в плоскости пластины;

п_ап - число рядов анкеров вдоль направления сдвигающей силы;

                                              (26)

j - см. п. 4.1 настоящих Рекомендаций;

но не более 0,15;                                       (27)

 (имеется прижатие);                (28)

 (нет прижатия).                (29)

При отсутствии в анкерах растягивающих усилий принимается j_1i = 1.

Если величины N_an,i, Q_an,i и  менее нуля, в формулах (22) и (24) они принимаются равными нулю.

4.6. Конструкция сварных закладных деталей с приваренными к ним элементами, передающими нагрузку на закладные детали, должна обеспечивать включение анкерных стержней в работу в соответствии с принятой расчетной схемой. Внешние элементы закладных деталей и их сварные соединения рассчитывают согласно указаниям главы СНиП II-23-81. При расчете пластин и фасонного проката на отрывающую силу рекомендуется принимать, что они шарнирно соединены с нормальными анкерными стержнями. Если элемент, передающий нагрузку, приваривается к пластине по линии расположения одного из рядов анкеров, при расчете отрывающую силу рекомендуется уменьшать на величину n_r×A_an1R_s (n_r - число анкеров в данном ряду)

Кроме того, толщину пластины расчетной закладной детали, к которой втавр привариваются анкеры, следует проверять из условия

                                                           (30)

где d_d - расчетный диаметр анкерного стержня. Для типов сварных соединений, обеспечивающих большую зону включения пластины в работу при вырывании из нее анкерного стержня и при соответствующем экспериментальном обосновании, возможна корректировка условия (30).

4.7. Если все нормальные анкеры растянуты, т.е. выполняется условие

                                                                       (31)

(где  - см. п. 4.1 настоящих Рекомендаций), производят расчет на выкалывание бетона следующим образом:

а) для нормальных анкеров с усилением на концах (см. рис. 9, а и п. 5.8) из условия

                                                (32)

где А - площадь проекции на плоскость, нормальную к анкерам, поверхности выкалывания, идущей от усилений анкеров (краев анкерных пластин, высаженных головок или от мест пересечения коротышей с анкером) под углом 45° к осям анкеров; при эксцентриситете силы относительно центра тяжести анкеров  размер проекции поверхности выкалывания в направлении этого эксцентриситета уменьшается на величину, равную 2е₀, при соответствующем смещении наклонной грани поверхности выкалывания (рис. 9, а); площади анкерных пластин или высаженных головок, расположенных на поверхности выкалывания, не учитываются; j₂ - коэффициент, принимаемый равным: для тяжелых бетонов - 0,5; для бетонов на пористых заполнителях - 0,4; j₃ - коэффициент, принимаемый равным:

Рис. 9. Схема выкалывания бетона анкерами закладной детали

а - с усилениями на концах при  б - без усилений на концах при  1 - точка приложения нормальной силы N; 2 - поверхность выкалывания; 3 - проекция поверхности выкалывания на плоскость, нормальную к анкерам

При этом, если часть стержня длиной а расположена в зоне бетона при , j₃ рекомендуется определять по формуле

                                                         (33)

Сжимающие напряжения в бетоне s_bc, перпендикулярные нормальному анкеру и распределенные по всей его длине, определяются как для упругого материала по приведенному сечению от постоянно действующих нагрузок при коэффициенте надежности по нагрузке, равном 1; а₁ и а₂ - размеры проекции поверхности выкалывания; e₁ и e₂ - эксцентриситеты силы N относительно центра тяжести площади А в направлении соответственно а₁ и а₂;

б) для анкеров без усиления на концах расчет производят из условия

                                  (34)

где А_h - то же, что и А, если поверхность выкалывания идет от анкеров на расстоянии h от пластины закладной детали (рис 9, б);  и  - размеры проекции поверхности выкалывания;  и  - эксцентриситеты силы N относительно центра площади А_h в направлении соответственно  и ; A_an,a - площадь сечения всех анкеров, пересекающих поверхность выкалывания.

Условие (34) проверяется при различных значениях h, меньших длины анкеров или равных ей.

Если число рядов анкеров в направлении эксцентриситета больше двух, в условиях (32) и (34) силу N можно уменьшить на величину . Если концы анкеров находятся вблизи поверхности бетона, противоположной пластине закладной детали, необходимо произвести дополнительную проверку условия (34) без учета последнего члена при h, равном расстоянию от пластины до противоположной грани элемента; при этом часть площади А_h, расположенная между крайними рядами анкеров, не учитывается.

4.8. Если N'_an>0, при наличии усиления на концах анкеров расчет бетона на выкалывание (рис. 10) производится из условия

                                                      (35)

где N_an - см. формулу (2): А₁ - то же, что и А в формуле (32), если поверхность выкалывания начинается от места усиления анкеров наиболее растянутого ряда (см. рис. 10); е - эксцентриситет усилия N_ап относительно центра тяжести площади А₁ в направлении а.

Расчет на выкалывание можно не производить, если концы анкеров заведены за продольную арматуру, расположенную у противоположной от закладной детали грани колонны, а усиления анкеров в виде пластин или поперечных коротышей зацепляются за стержни продольной арматуры диаметром: при симметричном зацеплении - не менее 20 мм, при несимметричном - не менее 25 мм (рис. 11). В этом случае участок колонны между крайними рядами анкеров проверяется согласно п. 3.32 «Руководства по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения)» (М., 1977) на действие поперечной силы, равной

где Q_col - поперечная сила на участке колонны, прилежащем к наиболее растянутому ряду анкеров закладной детали, определяемая с учетом усилий, действующих на закладную деталь.

4.9. В том случае, если предусматривается применение унифицированных закладных деталей, их несущая способность по расчету на выкалывание может быть увеличена установкой дополнительной арматуры вдоль анкеров из расчета на полное усилие.

4.10. Для закладной детали с анкерами, наклонными к бетонной поверхности под углом g³45° и имеющими на концах усиление, расчет на выкалывание бетона производится следующим образом:

а) если все наклонные анкеры растянуты (рис. 12), т.е.

из условия                                   (36)

где N_i = Nsing + Qcosg - проекция равнодействующих всех внешних сил на ось, проходящую вдоль наклонных анкеров; A_i - площадь проекции на плоскость, нормальную к анкерам поверхности выкалывания, идущей от краев усилений анкеров под углом 45° к осям анкеров и ограниченной с наименее наклонной стороны плоскостью среза, проходящей параллельно осям анкеров на расстоянии от ближайшего ряда анкеров, равном

                                                             (37)

Рис. 10. Схема выкалывания бетона растянутыми анкерами закладной детали при

1 - проекция поверхности выкалывания на плоскость, нормальную к анкерам; 2 - анкерная пластина; 3 - точка приложения усилия N_an

Рис. 11. Конструкция закладной детали, при которой не требуется расчет на выкалывание

а - закладная деталь с коротышами, симметрично зацепленными за продольную арматуру колонны; б - эпюра Q участка колонны с закладной деталью; в - анкеры закладной детали с анкерными пластинами, несимметрично зацепленными за продольную арматуру колонны; 1 - поперечные коротыши, приваренные контактной сваркой к анкерам; 2 - анкеры; 3 - анкерные пластинки

В формулах (36) и (37):

l_а - длина заделки анкера; а_р - сторона анкерной пластины (см. рис. 12); при эксцентриситете силы N_i относительно центра тяжести анкеров  размер проекции поверхности выкалывания в направлении этого эксцентриситета уменьшают на величину 2е₀ при соответствующем смещении грани поверхности выкалывания и плоскости среза; площадь анкерных пластин (или высаженных головок), расположенных на поверхности выкалывания, не учитывается; A_sq - площадь поверхности среза; j₂ - см. п. 4.7 настоящих Рекомендаций; j_3i - коэффициент, определяемый так же, как и j₃ (см. п. 4.7); при этом величину напряжения обжатия s_bc умножают на sin²g; e - эксцентриситет силы N_i относительно центра тяжести площади A_i в направлении a.

Рис. 12. Схема выкалывания бетона наклонными анкерами при <0

а - при отсутствии эксцентриситета силы N_i - относительно центра тяжести анкеров; б - при наличии такого же эксцентриситета; 1 - поверхность выкалывания; 2 - поверхность среза; 3 - проекция поверхности выкалывания на плоскость, нормальную к анкерам; 4 - точка приложения силы N_i; 5 - линия центра тяжести площади A_i

Рис. 13. Схема выкалывания бетона наклонными анкерами при ³0

1 - поверхность выкалывания; 2 - поверхность среза; 3 - проекция поверхности выкалывания на плоскость, нормальную к анкерам; 4 - точка приложения силы N_an,i; 5 - линия центра тяжести площади A_i1

Если число рядов анкеров в направлении эксцентриситета больше двух, в условии (37) силу N_i, можно уменьшить на величину

б) при ³0 (рис. 13) -

из условия                                       (38)

где N_an,i - см. п. 4.5 настоящих Рекомендаций; А_i1 и А_sq1 - то же, что А_i и A_sq для анкеров наиболее растянутого ряда; е - эксцентриситет усилия N_an,i относительно центра тяжести площади А_i1 в направлении а.

4.11. Если сдвигающая сила Q действует на закладную деталь по направлению к краю элемента (рис. 14, а), при отсутствии наклонных анкеров расчет на откалывание бетона производится из условия

                                                             (39)

где h - расстояние от наиболее удаленного ряда анкеров до края элемента в направлении сдвигающей силы, принимаемое не более толщины элемента b₁ (рис. 14, а); b - ширина элемента, равная b = c₁+c₂+s, (c₁ и c₂ - расстояния от крайних рядов анкеров до ближайших краев элемента в направлении, нормальном к сдвигающей силе, принимаемые не более h; s - расстояние между крайними рядами анкеров в том же направлении); е - эксцентриситет силы Q относительно ширины элемента b; j₂ - см. п. 4.7 настоящих Рекомендаций; при расположении закладной детали на верхней (при бетонировании) поверхности изделий из бетона на пористых заполнителях коэффициент j₂ уменьшают на 20 %.

В случае приложения сдвигающей силы к закладной детали с наклонными анкерами, приваренными внахлестку (рис. 14, б) и имеющими на концах усиления (см. п. 5.8), расчет на откалывание бетона производится из условия

                                              (40)

где h - расстояние от усиления наклонных анкеров до края элемента в направлении сдвигающей силы Q; с - расстояние от края усиления до грани элемента; t - сторона усиления; значение суммы (h+c+t) следует принимать не более толщины b₁ элемента; b - ширина элемента, равная c₁+c₂+s₁ (где c₁ и c₂ - расстояния от крайних наклонных анкеров до ближайших краев элемента в направлении, нормальном к сдвигающей силе, принимаемые не более h; s₁ - расстояние между крайними наклонными анкерами); е - эксцентриситет усилия Q относительно середины размера b; j₄ - коэффициент, принимаемый равным: для тяжелых бетонов - 0,35; для бетонов на пористых заполнителях - 0,3; при расположении закладной детали на верхней (при бетонировании) поверхности изделия j₄ = 0,3 следует уменьшать на 20 %.

4.12. Если на концах анкеров закладной детали имеются усиления в виде анкерных пластинок или высаженных головок (см. п. 5.8 настоящих Рекомендаций), бетон под этими усилениями проверяют на смятие из условия

                                                       (41)

где j_b = 1 - для бетона классов ниже 25; j_b = 13,5  - для бетона классов В25 и выше; b_b = коэффициент, соответствующий коэффициенту g₀, определяемому согласно рекомендациям п. 3.95 «Руководства по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения)» (М., 1977) и п. 3.11 «Руководства по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из бетонов на пористых заполнителях» (М., 1978); A_loc - площадь анкерной пластины или сечения высаженной головки за вычетом площади сечения анкера; N_loc - сила смятия, определяемая следующим образом:

Рис. 14. Схема, принимаемая при расчете на откалывание бетона анкерами закладной детали

а - нормальными; б - наклонными

а) для анкеров, приваренных втавр, при l_а³15d, если вдоль анкера возможно образование трещин от растяжения бетона, или в случае применения гладких анкерных стержней - по формуле

                                                         (42)

если образование таких трещин невозможно - по формуле

                                                (43)

б) для анкеров, приваренных втавр, при l_a<15d значение N_loc увеличивается на величину, равную

в) для анкеров, приваренных внахлестку, N_loc определяется по формуле

                                                            (44)

где Q_i - усилие в анкере.

Формулой (41) можно пользоваться, если толщина анкерной пластины составляет не менее 0,2 ее длины.

При наличии на концах анкеров усилений в виде поперечных коротышей (см. п. 5.8) бетон под ними проверяют на смятие из условия

                                            (45)

где j - см. п. 4.1 настоящих Рекомендаций; А_сb - площадь поперечного сечения коротыша; R_s - характеристика, относящаяся к коротышу; j _сb - коэффициент, равный:

а) для симметричного поперечного коротыша, приваренного к одному анкерному стержню (рис. 15, а),

                                                         (46)

где l_cb - длина коротыша, принимаемая не более 10d_cb, d_cb - диаметр коротыша;

б) при применении поперечных коротышей, приваренных к двум анкерным стержням и более (рис. 15, б):

для крайних анкеров

                                                    (47)

для средних анкеров

                                                           (48)

В формулах (47) и (48) a и с - величины, принимаемые по рис. 15, б, но не более соответственно 5d_cb и 7d_cb.

Формулой (45) рекомендуется пользоваться, если диаметр поперечного коротыша d_cb = 8-16 мм.

На один поперечный коротыш можно передавать не более ¹/₃ растягивающего усилия в анкерных стержнях.

4.13. На приваренные к пластине упоры из полосовой стали или арматурных коротышей (см. п. 5.6) можно передавать не более 30 % сдвигающей силы, действующей на деталь при напряжениях в бетоне под упорами, равных R_b. При этом значение сдвигающей силы, передаваемой на анкеры закладной детали, соответственно снижается.

4.14. Перемещения в направлении сдвигающей силы, закладных деталей с нормальными анкерами, при действии на деталь сдвигающей и отрывающей сил для тяжелых бетонов классов В12,5 - В50 и бетонов на пористых заполнителях классов В12,5-В30 определяются по формуле

                                        (49)

где j_cc - коэффициент, принимаемый равным: для кратковременной нагрузки - 1; для длительной нагрузки - 2.

Формула (49) не учитывает действие упора торца пластины закладной детали на бетон.

4.15. Перемещения анкерного стержня, не усиленного на конце, по направлению действующего в нем растягивающего усилия N_ani при длине заделки, определяемой по п. 5.7, рассчитываются по формуле

                                                       (50)

где j_cc - см. п. 4.14 настоящих Рекомендаций; j_s - коэффициент, принимаемый равным 1,5 и 1,2 соответственно для арматурных сталей классов А-II и A-III; y - коэффициент, равный:

где d, мм; d₀ = 16 мм.

Перемещение закладной детали складывается из перемещений анкерных стержней и перемещений, обусловленных деформациями пластины.

4.16. Расчет по прочности растянутых полосовых анкеров штампованной закладной детали при g£25° (рис. 16, а) производят из условия

                                                    (51)

где j_sa - коэффициент, равный 0,8 для полосовых анкеров со сферическими выступами (см. пп. 5.11-5.13); A_sa - суммарная площадь поперечного сечения растянутых полосовых анкеров. Для анкеров со сферическими выступами A_sa = db_san_sa, где d и b_sa - соответственно толщина и ширина полосового анкера; n_sa - количество растянутых полосовых анкеров в детали.

Если участок закладной детали, выполняющий функцию пластины, выходит за бетонную поверхность элемента (рис. 16, б), правая часть условия (51) умножается на cosg.

Рис. 15. Схема, принимаемая при расчете на смятие бетона поперечными коротышами, приваренными к анкерным стержням закладной детали

a - при приварке коротыша к одному анкерному стержню; б - при приварке коротыша к двум анкерным стержням и более; 1 - коротыши; 2 - анкерный стержень; 3 - пластина

Рис. 16. Схема усилий, действующих на штампованную закладную деталь

а - при пластине, прилегающей к бетонной поверхности элемента; б - при пластине, выступающей за бетонную поверхность элемента

Рис. 17. Определение расчетной ширины зоны раскалывания бетона

4.17. Расчет на раскалывание бетона полосовыми анкерами со сферическими выступами штампованных закладных деталей выполняется из условия

                                     (52)

где Q и  - в Н; R_bt - в МПа; l_sa - длина полосового анкера от места выхода его из бетона до центра последнего выступа, мм; l_sa £ 250 мм;  - расчетная ширина зоны раскалывания бетона, мм (рис. 17), равная:  где b₁ и b₂ - расстояния соответственно от грани анкера до ближайшей грани железобетонного элемента и между анкерами в свету, принимаемые не более 60 мм; m - коэффициент армирования, равный:  и принимаемый не более 0,01; где A_s - площадь арматуры, расположенной в панели перпендикулярно направлению силы Q в зоне , но не более 80 мм от места выхода полосового анкера из бетона; - коэффициент, принимаемый равным: для тяжелых бетонов классов B12,5-В20 - 1; класса В25 - 0,95; класса В30 - 0,9; j_р - коэффициент, принимаемый:

при  или

при

Если часть полосового анкера длиной а расположена в зоне бетона при , то j_p определяется по формуле

                                                          (53)

Сжимающие напряжения в бетоне s_bc, перпендикулярные направлению силы Q и действующие по всей длине полосового анкера, определяются как для упругого материала по приведенному сечению от постоянно действующих нагрузок при коэффициенте надежности по нагрузке, равном 1;  - сила, прижимающая участок штампованной закладной детали, выполняющий функцию пластины, к бетону, рассчитываемая от постоянно действующих нагрузок без учета коэффициентов перегрузки.

При наличии в бетоне на участке полосового анкера растягивающих напряжений, перпендикулярных направлению силы Q, условием (52) пользоваться нельзя.

4.18. Расчет на смятие тяжелого бетона (классов В12,5-В30) под сферическими выступами растянутых полосовых анкеров штампованных закладных деталей (см. пп. 5.11-5.13) производится из условия

Q £ 1,33 A_sp(19 - n_sp)n_spn_sa,                                         (54)

где Q - в Н; R_b - в МПа; A_sp - площадь проекции поверхности одного сферического выступа на плоскость, нормальную к оси полосового анкера, мм²; n_sp - число сферических выступов на одном полосовом анкере; n_sp£9; n_sa - число растянутых полосовых анкеров в штампованной полосовой детали.

Рис. 18. Схема откалывания бетона полосовыми анкерами штампованной закладной детали

4.19. Расчет на откалывание тяжелого бетона классов В12,5-В30 растянутыми полосовыми анкерами, расположенными в одном ряду штампованной закладной детали при 15°£g£25° (рис. 18), выполняют из условия

                                              (55)

где h - расстояние от центра последнего выступа до грани элемента в направлении силы Q, h£40 см; с и с₁ - расстояния от центра последнего выступа до граней элемента в направлении, перпендикулярном силе Q, но не более h; b - ширина элемента, равная 2с₁ + s (где s - расстояние между осями полосовых анкеров); b£22 см;  - прижимающая сила, на участке штампованной закладной детали от постоянно действующих нагрузок без учета коэффициентов перегрузок.

4.20. В случае приложения к закладной детали с двумя полосовыми анкерами силы Q с эксцентриситетом e₀ в пределах  (рис. 19) расчет по прочности полосовых анкеров производится из условия

                                                    (56)

где Q_sa - растягивающее усилие в наиболее напряженном полосовом анкере, определяемое по формуле

                                                         (57)

здесь е₀ - эксцентриситет силы Q относительно оси, расположенной в плоскости пластины детали и проходящей через центр тяжести анкеров; s - расстояние между осями, проходящими через центр тяжести анкеров; A_sa1 - площадь сечения одного полосового анкера; j_sa - см. п. 4.16 настоящих Рекомендаций.

Расчет на раскалывание бетона полосовыми анкерами производится из условия

                                    (58)

Рис. 19. К расчету штампованной закладной детали при приложении к ней силы Q с эксцентриситетом

где Q и N - в Н; R_bt - в МПа; r определяют по формуле

                                (59)

j_p, , l_sa, b_d, b_sa, b₁, b₂, m и  - см. п. 4.17 настоящих Рекомендаций. Расчет на смятие бетона под сферическими выступами производят из условия

                                         (60)

где Q_sa - в Н; R_b - в МПа; A_sр, n_sp - см. п. 4.19 настоящих Рекомендаций. Расчет на откалывание бетона полосовыми анкерами производится из условия

                                              (61)

4.21. Конструкция штампованной закладной детали с приваренными к ней элементами, передающими нагрузку на закладную деталь, должна обеспечивать включение в работу полосовых анкеров в соответствии с принятой расчетной схемой. Внешние элементы штампованных закладных деталей и их сварные соединения рассчитываются согласно требованиям главы СНиП II-23-81.

4.22. Для тех случаев применения штампованных закладных деталей, которые не предусмотрены в пп. 4.16-4.20 настоящих Рекомендаций, следует пользоваться табл. 3, в которой указаны допустимые расчетные нагрузки на штампованные закладные детали, устанавливаемые в панелях перекрытий, внутренних и наружных стен крупнопанельных зданий.

5. КОНСТРУКТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

5.1. В пластинах закладных деталей, находящихся при бетонировании на верхней поверхности изделия, с наименьшим размером более 25 см и в пластинах, закрывающих полностью или большую часть грани бетонируемого элемента, рекомендуется предусматривать отверстия для выхода воздуха при укладке и уплотнении бетона и для контроля качества бетонирования.

5.2. При необходимости применения закладных деталей с приваренными к ним элементами (листами, полосами, уголками, швеллерами и т.п.), разрезающими бетон на части, рекомендуется предусматривать специальные мероприятия против расслоения бетона (например, устройство в этих элементах отверстий).

5.3. Толщина пластин или других внешних элементов сварных закладных деталей определяется в соответствии с рекомендациями п. 4.6 и технологическими требованиями по сварке, указанными в п. 5.15 настоящих Рекомендаций. Толщину пластин расчетных сварных закладных деталей рекомендуется принимать не менее 6 мм, а толщину стенок или полок фасонного проката для закладных деталей - не менее 5 мм. При конструировании нерасчетных закладных деталей указанные значения могут быть уменьшены на 1 мм. Кроме того, они должны быть не менее , где k_f - катет углового шва при приварке стальных элементов к закладным деталям.

Таблица 3

Примечания: 1. Марки штампованных закладных деталей приняты по альбому РС9903, разработанному МНИИТЭП совместно с НИИЖБ.

2. Значения расчетных нагрузок, приведенные в таблице, следует умножать на коэффициенты условий работы бетона g_bi, принимаемые согласно п. 1.5 настоящих Рекомендаций.

3. Нагрузки даны без учета влияния прижимающих сил.

4. На эскизах дано минимальное армирование панелей в области закладной детали, при котором можно пользоваться указанными расчетными нагрузками. При этом не исключается расчет панели на внецентренное растяжение.

5.4. Число расчетных нормальных анкерных стержней в закладной детали принимается не менее четырех, однако при отсутствии отрывающих сил и изгибающих моментов оно может быть уменьшено до двух.

При действии отрывающих сил и изгибающих моментов, если обеспечивается приложение этих усилий в плоскости расположения анкеров, допускается применение закладных деталей с двумя нормальными анкерными стержнями.

Число расчетных наклонных анкеров рекомендуется принимать не менее двух. В том случае, если наклонные анкеры привариваются внахлестку, рекомендуется предусматривать также нормальные анкеры, даже если они не требуются по расчету. При наличии в закладной детали не менее четырех нормальных анкеров допустима установка одного наклонного анкера.

Для анкерных стержней, привариваемых внахлестку, угол их наклона к направлению сдвигающей силы (см. рис. 2, а-в) принимается равным g = 15-30°. При g = 45-90° (см. рис. 2, г) их приварку к пластине рекомендуется производить под слоем флюса (см. п. 5.15 настоящих Рекомендаций).

5.5. При проектировании сварной закладной детали рекомендуется применять анкерные стержни по возможности меньшего диаметра. Применение для анкеров арматурной стали диаметром более 25 мм не рекомендуется. Расстояния между осями расчетных анкеров и от осей крайних анкеров до граней железобетонного элемента принимаются не менее, чем указано на рис. 20.

5.6. При действии прижимающего усилия часть сдвигающей силы можно передавать на бетон через упоры из полосовой стали или из арматурных коротышей (см. п. 4.13; рис. 21). Высоту упоров рекомендуется принимать не менее 10 и не более 40 мм при отношении толщины упора к его высоте не менее 0,5. Расстояние между упорами в направлении сдвигающей силы принимается не менее шести высот упора. Упоры рекомендуется предусматривать также в закладных деталях, воспринимающих знакопеременные сдвигающие усилия, если не представляется возможным разместить наклонные анкеры. Допускается применять упоры в случае отсутствия прижимающего усилия при действии на деталь сдвигающей силы одного направления и отсутствии трещин на поверхности бетона, примыкающей к пластине закладной детали.

5.7. Длину анкеров l_an из арматуры периодического профиля следует определять по формуле

                                          (62)

но не менее l_an = l_and, где значения w_an, Dl_an и l_an, а также допускаемые минимальные значения l_an определяются по табл. 4. При этом, если одна часть длины а анкерного стержня расположена в зоне бетона с напряжениями s_bс, соответствующими поз. 1 табл. 4, а другая часть - в зоне с напряжениями s_bс, соответствующими поз. 2, w_an определяется по формуле

                                               (63)

Рис. 20 Наименьшие расстояния между осями анкеров и от осей крайних анкеров до граней железобетонного элемента

а = 4 d_d (5 d_d); b = 6 d_d (7 d_d);
c = 3 d_d (3,5 d_d); e - 3 d_d (4 d_d).
Значения в скобках относятся к А-III

Остальные параметры табл. 4 определяются аналогичным образом. В формуле (62) коэффициент j_с для нормальных анкеров равен

                                    (64)

Таблица 4

Примечание. s_bc - сжимающие напряжения в бетоне, действующие перпендикулярно анкерному стержню и определяемые как для упругого материала по приведенному сечению от постоянно действующих нагрузок при коэффициенте надежности по нагрузке, равном 1.

где N_an1 и Q_an1 - соответственно растягивающее и сдвигающее усилия в анкерном стержне.

Примечание. Для наклонных анкеров рекомендуется принимать j_с = 1

Для нормального анкера длину l_ап отсчитывают от внутренней поверхности пластины, а для наклонного - от начала отгиба. В том случае, когда анкерные стержни установлены с запасом по площади сечения по сравнению с требуемой по расчету по прочности, при определении l_an по формуле (62) значения R_s умножают на величину, равную отношению расчетного и фактического значений площади сечений анкерных стержней.

Рис. 21. Конструкция закладной детали с упорами для восприятия сдвигающей силы

1 - нормальные анкеры; 2 - упор из арматурного коротыша; 3 - упор из полосовой стали; 4 - упор из стальной пластины, работающий в двух направлениях

В элементах из мелкозернистого бетона вида Б значения 1_ап, определяемые по формуле (62), следует увеличить на 10 и 5d соответственно для растянутой и сжатой зон.

5.8. Длина анкеров закладных деталей при действии на них растягивающих сил (см. п. 5.7 настоящих Рекомендаций) может быть уменьшена при условии усиления концов анкерных стержней анкерными головками диаметром не менее 2d, высаженными горячим способом, а также приваркой анкерных пластин или поперечных коротышей. В этих случаях длина анкерного стержня определяется по расчету на выкалывание и смятие (см. пп. 4.7, 4.8, 4.10 и 4.12) и принимается при усилениях в виде головок и пластин не менее 10d и при усилении коротышами - не менее 15d. В том случае, если в бетоне возможно образование трещин вдоль анкеров (s_bt > R_bt) в пределах их расчетной длины, необходимо либо устройство высаженных головок, либо припарка анкерных пластин. Растягивающее напряжение в бетоне s_bt определяется как для упругого тела.

5.9. Расчетные анкеры из гладкой арматуры класса А-I следует применять только при наличии усилений на их концах в виде пластинок, высаженных головок и поперечных коротышей. Длина этих анкеров определяется по расчету на выкалывание и смятие бетона (см. пп. 4.7, 4.8 и 4.10-4.12).

Для конструктивных деталей допускается применение анкеров из той же стали с устройством на их концах крюков.

5.10. Закладные детали в бетонах на пористых заполнителях проектных классов В5-В10 рекомендуется проектировать таким образом, чтобы отрывающие силы воспринимались нормальными анкерами, а сдвигающие - наклонными. Анкеры закладных деталей в этих случаях рекомендуется принимать из арматурной стали периодического профиля класса А-II или из гладкой арматурной стали класса А-I диаметром не более 16 мм. На концах анкеров следует предусматривать усиления в виде высаженных головок, а также в виде приваренных пластин или поперечных коротышей. Длина анкерных стержней и размеры усиления определяются по расчету на выкалывание и смятие бетона (см. пп. 4.7, 4.8, 4.10-4.12). При этом длину анкера принимают не менее 15d, а диаметр высаженной головки - не менее 3d.

5.11. Штампованные закладные детали рекомендуется проектировать из полосовой (листовой) стали толщиной 4-8 мм. Они состоят из двух участков - внешнего и анкерного, расположенного в бетоне. Для обеспечения надежного сцепления полосовых анкеров с бетоном на них рекомендуется предусматривать сферические односторонние или двусторонние выступы. Возможно применение других способов, обеспечивающих прочность заделки анкерных участков при соответствующем экспериментальном и технико-экономическом обосновании.

Штампованные закладные детали рекомендуется проектировать таким образом, чтобы направление основного внешнего усилия совпадало с поправлением анкерующих частей или составляло с этим направлением угол не более 25°, а при раскрое полосы отходы были минимальными. Однако при этом нужно стремиться также к минимальному количеству типоразмеров.

5.12. Толщина пластины штампованной закладной детали определяется согласно пп. 4.16, 4.21 и технологическим требованиям по сварке, прицеленным в пп. 5.3 и 5.15 настоящих Рекомендаций.

5.13. Основные типы штампованных закладных деталей для железобетонных конструкций панельных зданий приведены на рис. 4. Эти детали¹ рекомендуется проектировать из полосовой (листовой) стали толщиной 4-6 мм. Отгибы анкерных участков выполняются под углом не более 25° к направлению выдергивающей силы, при этом отгибы рекомендуется располагать не ближе 25 мм от места выхода анкера из бетона. При изготовлении штампованных закладных деталей на полосовых анкерах выштамповываются 3-9 односторонних или двусторонних сферических выступов высотой 3-5 мм, шагом 25-35 мм. Полосовые анкеры рекомендуется выполнять шириной 25-30 мм. Зазор между полосовыми анкерами и между анкером и гранью железобетонного элемента рекомендуется принимать не менее 25 мм. Смежные полосовые анкеры взаимно отгибаются на угол не менее 15°. В штампованной закладной детали внутренний радиус закруглений рекомендуется принимать не менее толщины ее полосы, а внутренний радиус загиба полосовых анкеров - не менее чем полторы толщины полосы.

¹ А. с. № 552396 (СССР). Дмитриев И. Н. Закладная деталь. Опубл. Б. И., 1977, № 12.

5.14. При проектировании штампованных закладных деталей для наружных стеновых панелей из бетона на пористых заполнителях или трехслойных панелей из тяжелого бетона на концах полосовых анкеров со сферическими выступами предусматривают крюки высотой не менее 60 мм (рис. 4, г), которые должны иметь не менее чем два выступа. При этом угол между крюком и полосовым анкером рекомендуется принимать не более 115°.

5.15. Сварные соединения анкерных стержней с пластинами следует проектировать в соответствии с требованиями ГОСТ 19292-73, а также с учетом данных табл. 5 настоящих Рекомендаций. Сварные соединения рекомендуется выполнять: поз. 1-4, 6, 7, 10-12 табл. 5 - в соответствии с требованиями «Инструкции по сварке соединений арматуры и закладных деталей железобетонных конструкций» (СН 393-78); поз. 5 табл. 5 - в соответствии с «Указаниями по технологии изготовления облегченных штампо-сварных закладных деталей железобетонных конструкций» (У-87-82) Главмоспромстройматериалов, М., 1982; поз. 3, 8. 9 табл. 5 - в соответствии с «Рекомендациями по технологии сварки под флюсом наклонных соединений закладных деталей и тавровых соединений по элементу жесткости» НИИЖБ (М., 1982).

Таблица 5