Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Балочные сборные перекрытия



Тема 9. ПЛОСКИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ПЕРЕКРЫТИЯ

 

Классификация плоских перекрытий

 

Плоские железобетонные перекрытия являются наиболее распространенными элементами различных зданий и сооружений. Несмотря на особенности в конструкции сооружения, все плоские перекрытия могут быть приведены к двум основным типам: балочным и безбалочным. Балочные перекрытия включают в себя балки, идущие в одном или двух направлениях, и опирающиеся на них плиты. В безбалочных балки отсутствуют, а плиты этих перекрытий опираются непосредственно на колонны, имеющие в своей верхней части уширения — капители. В зависимости от способа возведения перекрытия могут быть сборными, монолитными и сборно-монолитными. В настоящее время применяют преимущественно сборные и сборно-монолитные перекрытия, отличающиеся высокой индустриальностью. Монолитные перекрытия применяются реже, главным образом, в зданиях, возводимых по индивидуальным проектам и т. п.

В последние годы находят все более широкое применение монолитные железобетонные перекрытия с использованием профилированного металлического настила, который выполняет функции опалубки и рабочей арматуры. Такие конструкции целесообразно применять в зданиях с нетиповой сеткой колонн, при реконструкции и замене перекрытий. Применение профнастила в качестве арматуры и опалубки снижает трудоемкость работ, сокращает сроки строительства, снижает высоту и массу перекрытия.

Выбор типа конструкций перекрытия производится с учетом назначения сооружения, состояния производственной базы, экономики и т. п.

 

Балочные сборные перекрытия

 

В состав балочного сборного перекрытия входят панели (плиты) и поддерживающие их балки, называемые ригелями. Ригели могут опираться на колонны (в зданиях с полным каркасом) или на внутренние колонны и наружные несущие стены (в зданиях с неполным каркасом) (рис. 9.1, а). Проектирование перекрытия включает в себя компоновку конструктивной схемы, расчет панелей, ригелей, узлов сопряжения их с колоннами, конструирование и т. п.

 

 

Рис. 9.1. Конструктивные схемы сборных балочных перекрытий:

1 — панели перекрытия; 2 — ригели; 3 — колонны

 

Компоновка конструктивной схемы перекрытия. Компоновка состоит из выбора сетки колонн, направления ригелей, типа и ширины панелей. Это делается на основании соображений технологического характера (назначения здания — производственное, жилое, общественное), значений нагрузки, обеспечения пространственной жесткости и требований экономики. При выборе сетки колонн должны соблюдаться требования типизации и унификации.

Направление ригелей может быть продольным (вдоль здания) (рис. 9.1, б) и поперечным (рис. 9.1, в). Устройство ригелей поперек здания обеспечивает его повышенную пространственную жесткость. Такое расположение целесообразно в зданиях с большими оконными проемами в продольных несущих стенах, поскольку в этих случаях на оконные перемычки не будет передаваться нагрузка от панелей перекрытия. Продольное расположение ригелей в вытянутых в плане зданиях позволяет сократить число монтажных единиц, способствует улучшению освещенности помещений и т. п.

Для выбора конструктивной схемы перекрытия разрабатывают несколько вариантов таких схем и на основании технико-экономического сравнения принимают наиболее экономичный. Наибольший расход бетона в перекрытии (около 65%) приходится на панели, поэтому разработка их рациональных решений имеет особо важное значение. Это достигается прежде всего за счет удаления возможно большего количества бетона из растянутой зоны с сохранением вертикальных ребер, обеспечивающих прочность и жесткость элемента, а также совершенствованием технологии изготовления конструкции и т. п.

Расчет и конструирование панелей. По форме поперечного сечения различают ребристые, многопустотные и сплошные панели.

● Ребристые панели применяют преимущественно в промышленных зданиях. Ширина панелей 1,0...1,8 м через 0,1 м, высота сечения панелей 25...35 см (рис. 9.2, а).

● Многопустотные панели, имеющие гладкие потолочные поверхности, применяют главным образом в гражданском строительстве. Наибольшее распространение получили панели с круглыми пустотами (рис. 9.2, б) шириной 1,4...2,4 м через 0,1 м, высотой сечения 20...24 см. Панели с овальными пустотами (рис. 9.2, б), несмотря на лучшие показатели по расходу материалов, менее технологичны в изготовлении и в последнее время применяются редко.

● Сплошные панели могут быть однослойные (рис. 9.2, г) и двухслойные с верхним слоем из легкого бетона; последние обладают высокими теплоизоляционными свойствами, малой звукопроводностью и применяются в чердачных перекрытиях.

Рис. 9.2. Конструкции сборных панелей перекрытия:

1 — напрягаемая арматура; 2 — расчетное сечение

 

Ширину плит при заданном типе и пролете назначают с учетом возможностей подъемно-транспортного оборудования таким образом, чтобы масса плиты не превышала 1,5; 3; 5 т.

Все типы панелей с точки зрения статического расчета представляют собой однопролетную балку, загруженную равномерно распределенной нагрузкой, максимальные усилия в которой будут

где q=(g+v)b'f — полная нагрузка на 1 м плиты; g — постоянная нагрузка, кН/м2; v — временная нагрузка, кН/м2; b′f—ширина панели; l0 — расчетный пролет, равный расстоянию между линиями действия опорных реакций.

Высота сечения предварительно напряженных панелей (1/20...1/30)l0.

После установления размеров сечения плиты, задавшись классом рабочей арматуры и бетона, выписывают их расчетные характеристики; затем производят расчет прочности плиты по нормальным и наклонным сечениям. При расчете по нормальным сечениям для ребристой плиты вводят эквивалентное тавровое сечение (см. рис. 9.2, а), а для многопустотной — двутавровое (см. рис. 9.2, б). Расчетную ширину сечений принимают равной суммарной толщине всех ребер. В ребристых панелях производят также расчет прочности верхней полки на местный изгиб. В этом случае при отсутствии поперечных ребер из полки плиты мысленно выделяют полосу шириной 100 см (см. рис. 9.2, а), расчет которой производят как частично защемленной по концам балки пролетом l=b'f—b на действие пролетного и опорного моментов M=ql2/11. Далее выполняют расчет прогибов, трещиностойкости и проверку прочности плиты на монтажные нагрузки.

Класс бетона панелей В15...В25. Армируют панели сварными каркасами и сетками из горячекатаной арматуры периодического профиля и обыкновенной проволоки. Рабочая продольная арматура панелей без предварительного напряжения — класса A-III, предварительно напряженных — высокопрочная стержневая и канатная К-7. Сварные сетки плит укладывают в полках, каркасы — в ребрах. Монтажные петли из арматуры класса A-I закладывают по четырем углам и приваривают к основной арматуре. Швы между панелями заполняют бетоном. Длину опирания панелей на кирпичные стены определяют расчетом кладки на местное смятие и принимают не менее 75 мм для панелей пролетов до 4 м и не менее 120 мм — для больших пролетов. В целях устранения местных напряжений при опирании вышележащих стен пустоты панелей в пределах опоры заделывают кирпичной кладкой, бетоном и т. п.

 

 

Расчет и конструирование ригеля. Ригель балочного сборного перекрытия здания с полным каркасом представляет собой элемент рамной конструкции. В зданиях с неполным каркасом (свободное опирание концов ригеля на стены) при пролетах, отличающихся не более чем на 20%, и небольшой временной нагрузке сопротивлением колонн повороту опорных сечений можно пренебречь и рассматривать ригель как неразрезную балку. Форма поперечного сечения ригеля — прямоугольная и тавровая с полками внизу или вверху (см. рис. 4.1). Ригели l≤6 м обычно выполняют без предварительного напряжения, при l>6 м — предварительно напряженными. Бетон ригелей классов В15...В30. Ригели армируют двумя-тремя плоскими сварными каркасами.

Расчет железобетонных ригелей производят по методу предельного равновесия [12]. Сущность этого расчета заключается в следующем. При определенном значении нагрузки в опасном сечении напряжения в арматуре из мягкой стали достигают предела текучести и возникает участок больших местных деформаций, называемый шарниром пластичности. Внутренний изгибающий момент в этом сечении постоянен и равен RsAsz. В статически определимой конструкции, например в свободно опертой балке (рис. 9.3, а), с появлением шарнира пластичности происходит взаимный поворот частей балки, трещины раскрываются, прогиб нарастает, и балка разрушается. Иначе ведет себя статически неопределимая конструкция. Рассмотрим однопролетную балку с защемленными концами, загруженную равномерно распределенной нагрузкой q, с одинаковым продольным армированием на опорах и в пролете. Исходя из упругого расчета следует, что первые два шарнира пластичности одновременно возникнут на опорах балки (рис. 9.3, б). Нагрузку, вызывающую такое состояние, можно определить из условия q0 = 12МA /l2.

Однако эта нагрузка еще не является разрушающей, поскольку прочность пролетного сечения осталась недоиспользованной, и балка способна воспринять дополнительную нагрузку, работая как свободно опертая конструкция с постоянными моментами на опорах. Исчерпание несущей способности наступит лишь тогда, когда в середине пролета балки напряжения в арматуре достигнут предела текучести. Дополнительная нагрузка, переводящая конструкцию в состояние предельного равновесия, определится из условия q0l2/24+Δql2/8=q0l2/12, откуда Δq=q0/3. Таким образом, расчет по методу предельного равновесия позволяет вскрыть значительный резерв несущей способности конструкции по сравнению с упругим методом расчета. При этом соотношение q0 и Δq зависит от характера нагрузки, системы армирования, вида конструкции и т. д.

Рис 9.3. К расчету неразрезного ригеля

 

На всех этапах нагружения должна соблюдаться известная из сопротивления материалов зависимость: сумма пролетного и соответствующих частей опорных моментов равна моментов свободно опертой балке:

Соотношение между опорными и пролетными моментами может меняться в зависимости от принятого количества арматуры на опорах и в пролетах. В соответствии с этим, назначая количество арматуры, можно планировать места образования шарниров пластичности.

Расчет с учетом перераспределения усилий позволяет стандартизировать и упростить армирование и дает экономию арматуры по сравнению с упругим расчетом до 20%. Однако при его применении должны соблюдаться следующие условия: а) в конструкции по условиям эксплуатации допускается образование трещин и шарниров пластичности; б) до полного перераспределения усилий не допускается хрупкое разрушение бетона сжатой зоны и обрыв арматуры; в) конструкция не должна разрушаться от главных растягивающих и главных сжимающих напряжений; г) в целях ограничения раскрытия трещин в пластическом шарнире величина перераспределенного (уменьшенного) момента не должна отличаться от соответствующего момента, полученного из упругого расчета, более чем на 30%; д) прогибы конструкций должны оставаться настолько малыми, чтобы геометрия конструкции не изменилась.

Благодаря своим преимуществам (простоте, надежности и т. п.) метод предельного равновесия получил широкое распространение в расчетах широкого класса статически неопределимых железобетонных конструкций (рамы, плиты, опертые по контуру, безбалочные перекрытия, тонкостенные пространственные покрытия и т. п.).

Расчет ригеля производится в такой последовательности. Вначале устанавливают расчетную схему в виде двух — пятипролетной неразрезной балки. Расчетный пролет принимают равным расстоянию между осями колонн, а в крайних пролетах — расстоянию по линии действия опорной реакции на стене до оси колонны. Подсчитываются постоянные g и временные v погонные нагрузки на ригель g=g1lsup+g2, v = v1lsup, где g2 — нагрузка от собственного веса ригеля, g2 = bhγ; h = (1/10... 1/15)l; b = (0,3...0,4)h, lsup — ширина грузовой полосы ригеля, равная пролету панели; g1 и v1 — нагрузки на единицу площади перекрытия.

Затем как для упругой неразрезной балки находятся моменты и поперечные силы от постоянной нагрузки g и временной нагрузки v при невыгодных расположениях последней по длине ригеля:

где α, β, γ, δ — табличные коэффициенты для определения М и Q [24].

При расположении временной нагрузки через один пролет получают максимальные моменты в загружаемых пролетах, при расположении временной нагрузки в двух смежных пролетах и далее через один получают максимальные по абсолютной величине моменты на опоре (рис. 9.3, в). По полученным эпюрам М и Q строят объемлющие эпюры и производят перераспределение усилий.

Особенно целесообразно допускать образование пластических шарниров на опорах, что дает возможность упростить конструкцию стыков и получить экономию арматуры. В этом случае перераспределение усилий сводится к добавлению к эпюрам, на которых опорные моменты имеют максимальные значения, треугольных эпюр (рис. 9.3, г); при этом минимальное значение «перераспределенного» опорного момента должно быть не менее 70% от полученного по упругому расчету.

 

Задаваясь классами бетона и арматуры и шириной сечения ригеля, находят высоту его сечения по моменту Mf на грани колонны:

где 1,8 — коэффициент, соответствующий значению аm = 0,289 (ξ = 0,35), при котором сечение ригеля является наиболее экономичным; Mf=M—Q/hcol/2; M — изгибающий момент по оси опоры. Тогда полная высота сечения h=h0+а. Полученные размеры округляют в соответствии с требованиями унификации.

Далее производят подбор сечений продольной арматуры в расчетных сечениях — в пролетах и на опорах, выполняют расчет наклонных сечений, строят эпюру материалов и определяют места фактического обрыва продольной арматуры в целях ее экономии (см. § 4.3); производят расчет по второй группе предельных состояний и на монтажные нагрузки.

 

 

Проектирование и расчет стыков ригеля с колонной. Для обеспечения неразрезности ригеля и пространственной жесткости сооружения стыки ригелей выполняют, как правило, жесткими и рассчитывают на восприятие изгибающего момента и поперечной силы. Их размещают непосредственно у боковой грани колонны; при этом ригели обычно опираются на выпущенные из колонны консоли. Стыки с консолями (рис. 9.4, б) удобны в монтаже, могут воспринимать значительные усилия, однако ухудшают интерьер помещений; применяют их преимущественно для промышленных зданий. Стыки со скрытой консолью (рис. 9.4, в) усложняют конструирование опорных частей ригеля; применяют их, главным образом, в гражданских многоэтажных зданиях связевой системы. Бесконсольные стыки (рис. 9.4, г) применяют в промышленных зданиях с повышенными требованиями к интерьеру.

Действующий в стыке опорный момент вызывает растяжение верхней части сечения и сжатие нижней (рис. 9.4, а). Растягивающие усилия во всех типах железобетонных стыков воспринимаются стыковыми стержнями (или пластинами), привариваемыми к закладным деталям или верхней арматуре ригелей. Стержни могут быть заранее забетонированы в колонну и иметь выпуски (рис. 9.4, б, г) или заводиться на монтаже в специально оставленные в колонне отверстия. Сжимающие усилия в нижней части ригеля могут передаваться через бетон, укладываемый в полость стыка (стык с обетонированием), или через сварные швы между стальными закладными деталями ригеля и консоли (необетонированный стык).

 

Рис. 9.4. Стыки ригелей с колоннами:

1 — ванная сварка; 2 — стыковые стержни; 3 — вставка арматуры; 4 — бетон омоноличивания; 5 — монтажный сварной шов; 6 — закладные детали; 7 — накладка «рыбка»

 

Расчет стыка, изображенного на рис. 9.4, б, состоит из расчета стыковых стержней и опорной консоли. Расчетное растягивающее (сжимающее) усилие в стыке N = Mf/z, где z — плечо внутренней пары сил, равное в стыке с обетонированием расстоянию от центра тяжести сжатой зоны бетона, заполняющего полость, до центра тяжести сечения соединительных стержней (рис. 9.4, а); в стыке без обетонирования — расстоянию между центрами тяжести верхней и нижней арматуры ригеля.

Площадь сечения стыковых растянутых стержней

Наименьший вылет опорной консоли с учетом зазора t между торцом ригеля и гранью колонны

где Q — опорное давление ригеля на консоль; b — ширина ригеля.

Конструкция короткой консоли (l≤0,9h0) у грани колонны (рис. 9.4, д) должна отвечать условию, обеспечивающему прочность бетона по наклонной сжатой полосе между грузом и опорой:

но не более 3,5 Rbtbh0 и не менее Q, определенной согласно (4.47), где lb — расчетный размер бетонной полосы, определяемый по формуле lb = lsupsinθ + 2acosθ; lsup — длина площадки передачи нагрузки вдоль вылета консоли; φw2 — коэффициент, учитывающий влияние поперечной арматуры, φw2 = l + 10αμw,

Площадь сечения верхней продольной арматуры консоли подбирают по изгибающему моменту на грани колонны, увеличенному на 25% вследствие повышенной ответственности узла:

Короткие консоли рекомендуется армировать горизонтальными или наклонными (под углом 45° к горизонтали) стержнями. Шаг стержней должен быть не более h/4 и не более 150 мм.

Стык со скрытой консолью колонны и подрезкой ригеля на торцах (рис. 9.4, в) рассматривают как шарнирный, поскольку стальная накладка, приваренная на монтаже, обеспечивает восприятие лишь небольшого изгибающего момента ≈55 кН∙м. Расчет таких стыков производят по поперечной силе для наклонного сечения ригеля, начинающегося в месте подрезки.

Поперечные стержни и отгибы, установленные у конца подрезки, должны удовлетворять условию

где Q1 — поперечная сила в нормальном сечении у конца подрезки; h01, h0 — рабочая высота сечения ригеля в подрезке и вне ее.

Поперечные стержни, необходимые для обеспечения прочности наклонного сечения в подрезке, следует устанавливать на длине не менее l1 = Q1\qw+s (рис. 9.4, в). При этом продольная арматура в короткой консоли, об­разованной подрезкой, должна быть заведена за конец подрезки на длину не менее lаn и не менее l2

где Asw — площадь сечения дополнительных поперечных стержней, проходящих у конца подрезки и не учитываемых при определении интенсивности поперечных стержней у подрезки; qwl=RsAsw/s; а0 — расстояние от опоры консоли до конца подрезки; d0 — диаметр обрываемого стержня.

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.