ПРOБЛЕМAТИКA ПРOЕКТИРOВAНИЯ ЖЕЛЕЗOБЕTOННЫХ КОНСТРУЩИЙ
THE PROBLEMS OF DESIGNING IRON-CONCRETE CONSTRUCTIONS
проектирование строительство конструкция железобетонный
Ластовка Анатолий Васильевич
Аннотация. Развитие теории и практики строительной науки позволяет совершенствовать основы проектирования, строительства и эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций. Однако есть опасность разрушения конструкций на разных этапах жизненного цикла. Необходимо повышать качество и надежность возводимых зданий и сооружений. Российская федерация стремится к интеграции с Европой. Это касается многих сфер и проектирование железобетонных конструкций не осталось в стороне. В Европе сегодня действует масса стандартов, применение которых позволяет сделать максимально качественные конструкции. При реализации данных стандартов в России возникает ряд проблем, о которых речь пойдет в данной статье. Кроме того, автором предложены варианты их решения.
Ключевые слова: проектирование, бетон, железобетон, железобетонные конструкции, Еврокоды, стандарты, надежность, интеграция.
Annotation. The development of the theory and practice of construction science makes it possible to improve the fundamentals of the design, construction and operation of concrete and reinforced concrete structures. However, there is a danger of destruction of structures at different stages of the life cycle. It is necessary to improve the quality and reliability of erected buildings and structures. The Russian Federation is seeking integration with Europe. This applies to many areas and the design of reinforced concrete structures is not left out. In Europe today there are a lot of standards, the use of which allows you to make the highest quality designs. When implementing these standards in Russia, a number of problems arise, which will be discussed in this article. In addition, the author proposed options for their solution.
Keywords: design, concrete, reinforced concrete, reinforced concrete structures, Eurocodes, standards, reliability, integration.
Даже при беглом изучении первых норм проектирования железобетонных конструкций обращает на себя внимание тот факт, что они были достаточно просты как в понимании, так и в практическом применении. Как показано, например в [1], первые датские нормы Dutch Code for Reinforced Concrete (1912) состояли всего из 30 страниц, а Технические условия (ТУ) и нормативы для железобетонных конструкций примерно того же периода времени, принятые Российским министерством путей сообщения в 1911 году (вторая версия) - всего из 28 страниц. Следует отметить, что по этим нормам в начале ХХ века в России было запроектировано и построено 22 железобетонных моста.
Вместе с тем, несмотря на названные выше причины, уже при введении первых норм проектирования специалисты были обеспокоены ограничивающим эффектом, который может влиять на инновации в строительной отрасли.
Как показано в [1], в одном из первых технических журналов по проектированию конструкций (1905) приводится следующее высказывание: «Необходимо убедиться в том, что предписания строительных норм являются настолько гибкими, что строительная индустрия, в которой каждый день появляются новые идеи, не связана и остается свободной для развития новых способов проектирования и возведения конструкций». Аналогичные мысли и опасения содержались и в статье профессора Н. А. Белелюбского «К составлению технических условий для железобетонных конструкций» в журнале «Цемент, его производство и применение».
В течение последнего столетия разработка норм проектирования железобетонных конструкций - практически непрерывный процесс. В этот период в большинстве стран были разработаны национальные нормы проектирования железобетонных и предварительно напряженных конструкций, имевшие достаточно высокийуровень (СНиП, ACI, PN, BS, DIN, ASCE, AASHTO и др.).
Следует отметить, что выполненный анализ требований и правил проектирования, включенных в нормы различных стран, позволил констатировать, что все они базируются на довольно схожих концептуальных подходах, имея в основе метод предельных состояний, просто содержание (наполнение) каждой из них соответствует уровню экономического развития, географическому положению страны, а главное - существующей национальной инженерной традиции.
В последние десятилетия были предприняты активные действия, направленные на переход от национальных норм к международным, общим для больших групп стран. Наиболее характерным примером интернационализации строительных норм применительно к европейской практике является внедрение единых европейских норм - Еврокодов (EUROCODES), разработка которых продолжается уже более 30 лет. Как подчеркивается в ряде публикаций [1-3], при всех выявленных недостатках наиболее значимым достижением Еврокодов следует считать их гармонизацию на базе единой концепции надежности, общих символов и обозначений, легальных единиц измерения, применяемых в нормах.
Следует отметить, что международные стандарты разрабатывает не только CEN, но и параллельно ISO (International Standard Organization). Применительно к тематике бетонных и железобетонных конст-рукций в составе ISO действует 8 комитетов, разрабатывающих довольно большое количество нормативных документов. Кроме того, действует Азиатский Кодекс - образец для проектирования железобетонных конструкций ACMA (Asian Concrete Model Code). При этом существует довольно тесное взаимодействие между International Committee on Model Code for Asia (ICCMCA) и техническим комитетом ISO/TC 71.
Как отмечают И.В. Ефремов и Н.Н. Рахимова [1], интернационализация норм несет в себе следующие преимущества:
- существенно облегчает обмен научно - техническими данными и мнениями между учеными и специалистами различных стран. Дискуссия на международном уровне и соответствующая кооперация в проведении исследований повышает уровень знания более существенно, чем это может быть получено специалистами отдельной страны (особенно в тех случаях, когда небольшие страны испытывают дефицит высококвалифицированных специалистов по отдельным направлениям исследований);
- обсуждение различных точек зрения является намного более рациональной основой для разработки общепринятых логических правил проектирования.
В качестве примера такого международного консенсуса, достигнутого в результате активных дискуссий, в работе [1] приводится разработка EN 1168 [4], содержащего требования к пустотным плитам безопалубочного формования (англ. Hollow Core Slabs - HCS). В действующей редакции стандарта EN 1168 [4], который ранее не предполагал разработку Национального приложения, содержатся пункты, относящиеся к национальному применению (National Application Document). Как показано в [1], ранее наблюдали существенные различия в требованиях к плитам, изготавливаемым в Германии и Франции. В германской практике допускали изготовление плит безопалубочного формования длиной не более 6 м. Причиной ограничения длины пролета плиты было то, что существенную роль в сопротивлении срезу играет прочность бетона при растяжении (при отсутствии поперечного армирования). В связи с этим немецкие инженеры не хотели полагаться на столь «ненадежный» параметр, как прочность при растяжении.
Вместе с тем в соответствии с требованиями стандарта Франции плиты изготавливали длиной не менее 6 м. Основным аргументом было то, что длина зоны передачи напряжений и длина анкеровки для напрягающих канатов (номинальным диаметром 9 и 12 мм) в плитах безопалубочного формирования может быть относительно большой (эта проблема достаточно подробно рассмотрена, в частности в [5]). Увеличенная длина зоны передачи напряжений, когда проскальзывание напрягающего каната наблюдается на значительной части длины пролета плиты, оказывает существенное влияние на сопротивление коротких плит при изгибе и срезе.
Важными документами, составляющими основу для подготовки новых поколений Еврокодов по железобетонным конструкциям, являются очередные версии так называемых кодексов-образцов (fib Model Code), подготовленных fib, внесших значительный вклад в развитие как национальных, так и международных норм проектирования. Так, большинство национальных норм и первое поколение Еврокодов опирались на МС 90. Главным назначением MC (Model Codes), которые по своей сути не являются обязательной нормой, а содержат скорее некую передовую реферативную техническую информацию, является формирование предложений по совершенствованию действующих норм на основе обобщенного передового знания, накопленного мировой научной общественностью за некоторый оценочный период до очередного пересмотра норм.
Как утверждается в [3], разработанный и опубликованный в 2013 году fib MC 2010 [6] признан наиболее значимым, хотя в ряде положений и небезошибочным, шагом вперед в теории и практике железобетона. При этом сам документ видится как основа для пересмотра EN 1992.
Стоит отметить, что процесс внедрения Еврокодов в практику проектирования строительных конструкций происходит в непростых экономических условиях и сопряжен с наличием ряда усложняющих факторов, как внешних, так и внутренних.
К числу внешних усложняющих факторов следует отнести:
- непрерывность и незавершенность процесса создания евронорм на базе новых экспериментальных данных и теоретических моделей, разработки новых материалов и технологий;
- неопределенность прогнозирования дальнейшего развития строительных норм в рамках МНТКС СНГ, ЕЭП, ЕврАЗЭС и т.д.;
- появление новых международных нормативных документов.
К числу внутренних усложняющих факторов относятся:
- многоступенчатость и отсутствие комплексности во внедрении европейских стандартов в Российской Федерации;
- непоследовательность государственных органов при формировании структуры ТНПА в области строительства.
Следует отметить, что представленные выше перечни не исчерпывают полностью все реально имеющиеся усложняющие факторы. Кроме того, из сопоставления перечней неизбежно вытекает вывод о большой взаимосвязи внешних и внутренних факторов друг с другом.
Достаточно подробный анализ перечисленных выше и некоторых других факторов был представлен в публикациях [3].
О необходимости сохранения системы национальных ТНПА по проектированию строительных конструкций. Согласно сложившейся практике разработки и принятия европейских нормативных документов, в этом процессе участие могут принимать только страны- члены ЕС. В таких условиях другие страны могут только выражать свой собственный взгляд и понимание принципов и правил проектирования исключительно при разработке своих отечественных нормативных документов. Таким образом, вопрос сохранения и постоянного совершенствования своей национальной нормативной системы, построенной на принципах общей с Еврокодами концепции надежности [8], приобретает принципиальное значение.
Рассмотрим вопрос о необходимости сохранения системы национальных ТНПА по проектированию железобетонных конструкций. Аналогичное обоснование можно сделать, на наш взгляд, и по ТНПА на проектирование конструкций, выполняемых из других материалов.
По своему содержанию ЕN 1992-1-1:2004 [2] не является документом прямого действия, а устанавливает только основные (базовые) требования по проектированию конструкций (следует отметить, что среди большой группы разработчиков Евронорм существует мнение о том, что эти нормы должны содержать главным образом философию проектирования, а детальные правила должны быть включены в национальные нормы).
Для детального проектирования в практике европейских стран разработаны или разрабатываются дополнительные документы (пособия, руководства, рекомендации, учебники, программное обеспечение и т. п.), в которых содержатся в том числе и альтернативные расчетные модели, применение которых обеспечивает устанавливаемую ТКП ЕN 1990-2011 [4] надежность железобетонных конструкций, но учитывающие отечественные инженерные традиции.
В настоящее время Еврокоды принято рассматривать как наиболее передовые комплексные нормы проектирования. Как утверждают разработчики Еврокодов [1-3], их применение позволяет выработать общее понимание проблемы проектирования и обеспечивает, с одной стороны, разработку гармонизированных проектных стратегий для стран Европы, а с другой - открывает широкие возможности для международного сотрудничества. Необходимо иметь в виду, что реальное отношение к Еврокодам самое разное в странах-членах Европейского Комитета нормирования (CEN). Несмотря на взятые обязательства, касающиеся отмены с марта 2010 года национальных стандартов, входящие в противоречие с Еврокодами, большинство стран, в первую очередь Германия (DIN) и Великобритания (BS), инициировавших применение Евростандартов, не только сохранили национальные нормы, но и продолжают их активно раз-вивать и настойчиво предлагать в качестве международных. Это состояние (возможно, неосознанно) было описано в 2017 году в статье C.H. Goodchild (MPA Concrete Centre) [3] следующим образом: «Хотя их
(Еврокодов) применение по-прежнему не является обязательным в Великобритании, Еврокоды находят всё более широкое применение как наиболее подходящие стандарты для конструкционного проектирования...» (англ. «Although their use is still not obligatory in the UK, the Eurocodes are increasing being accepted as the most appropriate structural design standards... »).
С приходом нового поколения инженеров в странах Европы и с учетом того, что в ряде стран нацио-нальные стандарты не получают дальнейшего развития, а в других прекращено финансирование разработок нормативных документов национального уровня, в проектной практике Европы для Еврокодов практически не остается альтернативы. (В данном случае является показательным пример Польши. Так, в настоящем году одна из самых престижных конференций Krynica 2018 в секции Бетонные конструкции едва собрала всего 10 докладов с довольно разрозненной тематикой, результаты которой, очевидно, не могут претендовать на внесение в Евронормы).