Железобетон. 1. Сущность железобетона. История развития. Области применения
 Скачать 1.61 Mb.
|
|
55. Расчѐт и конструирование железобетонной подкрановой балки. Железобетонные предварительно напряженные подкрановые балки испытывают динамические воздействия от мостовых кранов и поэтому их применение рационально при кранах грузоподъемностью до 30 т среднего режима работы и кранах легкого режима работы. При кранах тяжелого режима работы и кранах грузоподъемностью 50 т среднего режима работы и более целесообразны стальные подкрановые балки. Наиболее выгодна двутавровая форма поперечного сечения подкрановой балки. Развитая верхняя полка повышает жесткость балки в горизонтальном направлении, уменьшает перемещения при поперечных тормозных условиях, а также улучшает условия монтажа и эксплуатации крановых путей и крана; нижняя полка дает возможность удобно разместить напрягаемую арматуру и обеспечить прочность балки при отпуске натяжения. Расчетным на вертикальные нагрузки является тавровое сечение с верхней сжатой полкой, а на горизонтальные нагрузки — прямоугольное сечение (верхняя полка). Высоту сечения подкрановых балок назначают в пределах толщину верхней полки = ширину верхней полки По условиям крепления и рихтовки крановых путей принимают размер полки Типовые подкрановые балки имеют высоту сечения мм при пролете 6 м и мм при пролете 12 м. Сборные подкрановые балки пролетом 6 и 12 м по условиям технологичности изготовления и монтажа выполняют разрезными с монтажным стыком на колоннах. Расчетные нагрузки от мостовых кранов для расчета прочности подкрановых балок определяют с коэффициентом надежности Расчетная вертикальная нагрузка (13.5) Расчетные вертикальные нагрузки для группы режима работы мостового крана 6К следует умножать на коэффициент динамичности Расчетная горизонтальная нагрузка (от одного колеса моста) (13.0) Горизонтальная сила приложена в уровне го- ловки крановых рельсов, но для упрощения расчета, пренебрегая незначительным влиянием эксцентриситета, ее полагают приложенной посередине высоты полки таврового сечения. Расчет прочности ведут по расчетной нагрузке от двух сближенных мостовых кранов одинаковой грузоподъемности, умноженную на коэффициент сочетаний, равный 0,85 (при кранах легкого и среднего режима). Подвижную нагрузку от мостовых кранов располагают в пролете подкрановой балки так, чтобы в ряде сечений по длине пролета получить максимальные усилия Расстояние между четырьмя силами, передающимися через колеса мостового крана, устанавливают по габаритам ширины и базы моста (рис. 13.17, а). Расчет ведут по линиям влияния, располагая одну силу в вершине линии влияния (рис. 13.17,6). Максимальные усилия определяют суммированием произведений сил на соответствующие им ординаты. Например, максимальный изгибающий момент в рассматриваемом сечении (13.7) По найденным усилиям строят огибающие эпюры М, Q. Ординаты огибающих эпюр определяют по таблицам, приведенным в справочниках. Расчет на выносливость ведут по расчетной вертикальной нагрузке от одного мостового крана, определяемой умножением нормативной нагрузки на коэффициент, равный 0,5. Прогиб определяют от действия одного крана при коэффициенте надежности, равном единице: стового крана, и уменьшить износ путей, между подкрановой балкой и рельсом укладывают упругую прокладку из прорезиненной ткани толщиной 8... 10 мм. При этом принимают во внимание, что предварительно напряженные балки имеют выгиб, а крановый рельс должен иметь горизонтальное положение. Рельс после рихтовки прикрепляют к балке болтами с помощью стальных деталей. Горизонтальную нагрузку, вызванную ударом крана о тупиковый упор (до 150 кН для групп режимов работы кранов 4К... 6К), учитывают только при расчете упоров и их креплений к балкам кранового пути. 56. Типы конструкций плит покрытия их достоинства и недостатки. Плиты беспрогонных покрытий представляют собой крупные ребристые панели размерами 3X12 и 3X16 м, которые опираются непосредственно на ригели поперечных рам; плиты 1,5X12 и 1,5X6 м используют как до-борные элементы в местах повышенных снеговых отложений— у фонарей, в перепадах профиля покрытия. Плиты прогонных покрытий имеют значительно меньшие размеры — 3X0,5 и 1,5X0.5 м. Они опираются на железобетонные прогоны, а те, в свою очередь, — на ригели поперечных рам. Беспрогонная система покрытий в наибольшей степени отвечает требованиям укрупнения элементов, уменьшения числа монтажных единиц и является основной в строительстве одноэтажных каркасных зданий. Ребристые плиты 3X12 м, принятые в качестве типовых, имеют продольные ребра сечением 100X450 мм, поперечные ребра сечением 40X150 мм, полку толщиной 25 мм, уширения в углах — вуты, которыми обеспечивается надежность работы в условиях систематического воздействия горизонтальных усилий от торможения мостовых кранов. Продольные ребра армируют напрягаемой стержневой или канатной арматурой, поперечные ребра и полки — сварными каркасами и сетками. Бетон принимают классов ВЗО, В40. Плиты ребристые 3X6 м (также принятые в качестве типовых) имеют продольные и поперечные ребра и армируются напрягаемой арматурой. Плиты двухконсольные 2Т размерами 3X12 и 3X6 м имеют продольные ребра, расположенные на расстоянии 1,5 м, и консольные свесы полок. Благодаря уменьшению изгибающих моментов в поперечном направлении ребер не делают, форма плиты упрощается. В плитах размером 3Х12м продольные предварительно напряженные ребра изготовляют заранее, а затем бетонируют полку. Связь ребер с полкой создается устройством выпусков арматуры и сцеплением бетона. Раздельное изготовление плиты позволяет снизить класс бетона полок до В15. Плиты 3X6 м изготовляют как раздельно, так и целиком. Крупноразмерные плиты 3X18 м и 3X24 м, опирающиеся на балки пролетом 6 или 12 м, разработаны для покрытий со скатной и малоуклонной кровлей. Плиты 2Т в этом решении имеют трапециевидные продольные ребра с уклоном верхнего пояса 1:12 и полку переменной толщины (25...60 мм). Плиты круп- норазмерные железобетонные сводчатые КЖС имеют криволинейные продольные ребра с уширениями в нижней и верхней частях, гладкую полку толщиной 40...50 мм в середине пролета и 140... 160 мм в торце у опор (рис. 13.31). Плиты ребристые под малоуклонную кровлю имеют трапециевидные продольные ребра с уклоном верхнего пояса 1 :20, 1 :30, поперечные ребра с шагом 1000 мм и полку толщиной 25 мм . По технико-экономическим показателям ребристые малоуклонные плиты немного уступают сводчатым плитам КЖС, однако их преимущество в том, что при малом уклоне покрытия можно широко применять средства механизации в производстве кровельных работ. При криволинейной поверхности сводчатых плит это затруднено. 57. Железобетонные стропильные балки. Расчѐт и конструирование двускатной железобетонной балки. Железобетонные стропильные балки применяют для перекрытия пролетов 6, 9, 12 и 18 м. При пролетах 24 м и более они уступают фермам по технико- экономическим показателям и, как правило, не используются. В зависимости от профиля кровли балки бывают двускатными (рис. 11.10,а, б), односкатными, с параллельными полками, ломаным или криволинейным очертанием верхней полки. Двускатные балки выполняют из бетона класса В25... В40 и армируют напрягаемой проволочной, стержневой и канатной арматурой (рис. 13.34). При армировании высокопрочной проволокой ее располагают группами по 2 шт. в вертикальном положении, что создает удобства для бетонирования балок в вертикальном положении. Стенку балки армируют сварными каркасами, продольные стержни которых являются монтажными, а поперечные— расчетными, обеспечивающими прочность балки по наклонным сечениям. Приоиорные участки балок для предотвращения образования продольных трещин при отпуске натяжения арматуры (или для ограничения ширины их раскрытия) усиливают дополнительными поперечными стержнями, которые приваривают к стальным закладным деталям. Повысить трещиностойкость при-опорного участка балки можно созданием двухосного предварительного напряжения (натяжением также и поперечных стержней). Двускатные балки двутаврового сечения для ограничения ширины раскрытия трещин, возникающих в верхней зоне при отпуске натяжения арматуры, целесообразно армировать также и конструктивной напрягаемой арматурой, размещаемой в уровне верха сечения на опоре (рис. 13.35). Этим уменьшаются эксцентриситет силы обжатия и предварительные растягивающие напряжения в бетоне верхней зоны. Двускатные балки прямоугольного сечения с часто расположенными отверстиями условно называют решетчатыми балками (рис. 13.36). Типовые решетчатые балки в зависимости от значения расчетной нагрузки имеют градацию ширины прямоугольного сечения 200, 240 и 280 мм. Для крепления плит покрытий в верхнем поясе балок всех типов заложены стальные детали. Балки покрытия рассчитывают как свободно лежащие; нагрузки от плит передаются через ребра. При пяти и больше сосредоточенных силах нагрузку заменяют эквивалентной равномерно распределенной. Для двускатной балки расчетным оказывается сечение, расположенное на некотором расстоянии х от опоры. Так, при уклоне верхнего пояса 1 : 12 и высоте балки в середине пролета высота сечения на опоре составит а на расстоянии от опоры Если принять рабочую высоту сечения балки изгибающий момент при равномерно распределенной нагрузке то площадь сечения продольной арматуры Расчетным будет то сечение балки по ее длине, в котором достигает максимального значения. Для отыскания этого сечения приравнивают нулю производную Отсюда, полагая, что — величина постоянная и дифференцируя, получают Из решения квадратного уравнения находят В общем случае расстояние от опоры до расчетного сечения Если есть фонарь, то расчетным может оказаться сечение под фонарной стойкой. Поперечную арматуру определяют из расчета прочности по наклонным сечениям. Затем выполняют расчеты по трещиностойкости, прогибам, а также расчеты прочности и трещиностойкости на усилия, возникающие при изготовлении, транспортировании и монтаже. 58. Классификация железобетонных ферм их достоинства и недостатки. Особенности их работы, расчѐта и конструирования. Железобетонные фермы применяют в ткачестве ригелей покрытий промышленных и общественных зданий при пролетах 18, 24, 30 м и шаге 6 и 12м. При больших пролетах железобетонные фермы получаются тяжелыми, неудобными при транспортировании, трудоемкими в монтаже и могут применяться лишь при специальном обоснований. Очертание стропильных ферм зависит от профиля кровли и общей компоновки покрытия. Для зданий со скатной кровлей как типовые фермы применяют: сегментные раскосные с верхним поясом ломаного очертания (рис. 11.11, а,) и безраскосные арочного очертания (рис. 11.11,6,), для зданий с плоской кровлей — раскосные с параллельными поясами (рис. 11.11,г). Для нетиповых решений возможны и другие виды ферм: арочные раскосные с разреженной решеткой (рис. 11.11, в), полигональные (рис. 11.11,6), треугольные (рис., ll.ll.e), с нижним ломаным поясом (см. рис. 11.11,6). Высота ферм в середине пролета (1/6...1/10) l. Ширина сечения верхнего пояса назначается из условия устойчивости его из плоскости фермы при монтаже и перевозке (1/70...1/80) l, а также из условия опирания плит. Ширина сечения нижнего пояса принимается такой же, как и верхнего, а высота сечения назначается из условия размещения рабочей растянутой арматуры. Размеры сечения сжатых элементов решетки и стоек определяются расчетом, при этом ширину их целесообразно назначать равной ширине поясов для удобства бетонирования в горизонтальном положении. Особое внимание при конструировании ферм следует обращать на армирование узлов. В опорном узле для воспринятия больших перерезывающих сил и сил обжатия устанавливают поперечную арматуру 1, объединенную контурным стержнем 2 в плоский каркас. Два таких плоских каркаса образуют пространственный каркас узла. Для улучшения условий анкеровки напрягаемой арматуры и предотвращения возникновения продольных трещин в бетоне устанавливают косвенную арматуру 3 в виде сеток. Для предотвращения раскрытия трещин в месте сопряжения нижнего пояса с узлом ставят дополнительную сетку 4. Арматуру элементов решетки заводят в узлы, которые имеют уширения, позволяющие лучше разместить ее и заанкеровать. Фермы рассчитывают на эксплуатационные нагрузки от покрытия, массы фермы, снега, подвесного оборудования и т. п., а также нагрузки, возникающие при изготовлении, транспортировании и монтаже. Нагрузка от покрытия и от массы фермы считается приложенной к узлам верхнего пояса, а нагрузка от подвесного оборудования — к узлам нижнего. Железобетонная ферма имеет жесткие узлы и представляет собой многократно статически неопределимую рамную систему. Однако в предельном состоянии по прочности в узлах раскрываются трещины, жесткость их падает, и влиянием возникающих изгибающих моментов можно пренебречь, рассматри- вая узлы как шарнирные. Это позволяет при расчете прочности рассматривать ферму как статически определимую систему. Такой расчет в общем верно отражает характер работы конструкции и обеспечивает достаточную точность. Если нагрузка приложена в панелях верхнего пояса между узлами, то при рас- чете учитывают местный изгиб верхнего пояса. При определении изгибающих моментов от внеузловой нагрузки пояс фермы рассматривают как неразрезную балку, опорами которой являются узлы фермы. При наличии выгибов или изломов верхнего пояса учитывают разгружающее действие момента от продольной силы N. При расчете безраскосной фермы принимают жесткое соединение поясов и стоек в узле. Усилия определяют как для статически неопределимой системы. Расчетные усилия в элементах ферм находят от всех возможных невыгодных сочетаний действующих нагрузок. По найденным усилиям производят расчет сечений элементов. Верхний пояс рассчитывают на внецентренное сжатие, нижний — на центральное растяжение, решетку — на сжатие или растяжение. При расчете трещиностойкости предварительно напряженного нижнего пояса необходимо учитывать влияние изгибающих моментов, возникающих вследствие жесткости узлов. Эти моменты в фермах со слабоработающей решеткой (например, в сегментных) можно определить, рассматривая нижний пояс как неразрезную балку на упругооседающих опорах; осадку опор находят по диаграмме перемещений фермы. 59. Железобетонные арки. Расчѐт и конструирование двухшарнирной арки. Арками называют системы, состоящие из криволинейных элементов, горизонтальное смещение опор которых ограничено. Железобетонные арки бывают трехшартрные, двухшарпирные и бесшарнирные. Двухшарнирные арки мало чувствительны к вертикальным осадкам и более чувствительны к горизонтальным смещениям. Железобетонные арки могут быть сборными и монолитпыми. В качестве стропильных конструкций одноэтажных про- мышленных зданий наиболее широко применяют сборные пологие двухшарнирные арки с затяжкой (рис. 11.12). Такие арки имеют стрелу подъема f= (1/5...1/8)l, высоту сечения h = (1/30...1/50)l и ширину b = (0,4...0,5)h. Сечение арки - прямоугольное и двутавровое, обычно с симметричным армированием, так как возможны моменты разных знаков. В стенке двутавра могут устраиваться отверстия для пропуска коммуникаций. Арки собирают из отдельных блоков длиной 6 м (рис. 11.12, а). Между собой блоки соединяют ванной сваркой выпусков продольной арматуры с последующим замоноличиванием стыков мелкозернистым бетоном. По аркам укладывают железобетонные плиты l= 6...12 м, крепящиеся к верхнему поясу с помощью сварки закладных деталей и выполняющие функцию горизонтальных связей. Затяжки железобетонных арок, как правило, выполняют предварительно напряженными. Рассчитывают арки на нагрузку от собственной массы и массы покрытия, нагрузку от снега и сосредоточенные нагрузки от подвесного транспорта. Арки большого подъема рассчитывают также на действие ветра. Определение усилий производят методами строительной механики. Двухшарнирная арка с затяжкой является статически неопределимой системой с одним неизвестным. При ее расчете задаются сечениями арки и затяжки и определяют неизвестное усилие распора из уравнения метода сил (рис. 11.12,6). В практике проектирования величину распора пологой железобетонной арки постоянного по длине сечения, очерченной по дуге окружности или квадратной параболе, определяют по формуле (при равномерно распределенной нагрузке) ) 8 /( 2 f kql H где k — коэффициент, учитывающий упругую податливость затяжки [16]; предварительно принимают k = 0,9. По найденному значению распора в нескольких сечениях арки определяют ax ax ax Q N M , , по известным формулам (рис. 11.12,6): sin cos ; sin cos ; H Q Q Q H N Hy M M x ax x ax x ax где ax ax ax Q N M , , — усилия в сечении арки на расстоянии х от левой опоры; x x Q M , — усилия в том же сечении простой балки; φ — угол между касательной к оси балки в рассматриваемом сечении и горизонталью; у — ордината оси арки в рассматриваемом сечении. Усилия в арке, вычисленные для различных нагружений, сводятся в таблицу, по которой устанавливают максимальные и минимальные расчетные усилия в сечениях при наиболее невыгодных сочетаниях нагрузок. Подбор сечений продольной арматуры арки производят по формулам внецентренного сжатия, при этом расчетную длину принимают: для двухшарнирной арки 0,54 L, для трехшарнирной 0,59 L, где L - длина оси арки. Затяжку рассчитывают на центральное растяжение, пренебрегая изгибающими моментами от собственной массы. Арматуру подбирают из условий прочности, после чего проверяют трещиностойкость затяжки. 60. Расчѐт и конструирование монолитных железобетонных рам одноэтажных каркасных зданий В одноэтажном каркасном здании из монолитного железобетона основная несущая конструкция — поперечная рама. Нагрузка от покрытия здания — балочного или тонкостенного пространственного — передается на поперечные рамы. Прямолинейные ригели возможны при пролетах до 12...15 м, ломаные ригели — до 15...18 м, криволинейные ригели без затяжек — до 18 м, с затяжками — до 24 м и более. Рамы с криволинейными ригелями применяют преимущественно в качестве диафрагм коротких оболочек, являющихся весьма экономичным типом монолитных покрытий. Затяжка, препятствуя горизонтальным перемещениям верха стоек, уменьшает значения изгибающих моментов и поперечных сил в стойках и ригелях, а также и в заделке стоек, вследствие чего облегчается конструкция фундаментов. Соединение стоек монолитных рам с фундаментами может быть жестким и шарнирным. В жестком соединении арматуру стоек сваривают или стыкуют внахлестку с соответствующими выпусками арматуры фундамента; такое соединение просто и экономично. Шарнирное соединение применяют в тех случаях, когда в заделке колонны возникает значительный изгибающий момент, а грунты оснований имеют малую несущую способность и фундаменты рамы оказываются весьма тяжелыми. Вместе с тем нужно иметь в виду, что шарнирное соединение приводит к возрастанию изгибающих моментов в пролете и ригель становится тяжелее. Ригель армируют как балку, заделанную на опоре; часть продольной арматуры ригеля переводят в зону отрицательных моментов у опоры и заводят в стойку; стойки армируют как сжатые элементы, часть стержней которых заводят в ригель. При конструировании монолитной рамы особое внимание следует уделять узлам и сопряжениям. Расположение арматуры в узлах должно соответствовать характеру действующих усилий и в то же время обеспечивать удобство производства работ. В узле сопряжения ригеля с колонной наибольшие растягивающие усилия возникают на некотором удалении от края, поэтому растянутую арматуру в узле выполняют закругленной и заводят на длину, устанавливаемую на эпюре моментов. В сжатой зоне узла возникают значительные местные напряжения, в связи с чем входящие углы целесообразно выполнять со скосами (вутами), уменьшающими местные напряжения. Сжатую арматуру ригеля и стойки заводят в глубь узла, а вут армируют самостоятельными продольными стержнями. В рамных конструкциях с относительно небольшими усилиями вуты не делают, что несколько упрощает производство работ. В узлах, где ригель имеет перелом, например в коньковом узле, усилия в нижней растянутой арматуре создают равнодействующую, направленную по биссектрисе входящего угла, под действием которой арматура стремится выпрямиться и выколоть бетон. Поэтому коньковые узлы армируют с перепуском концов нижних растянутых стержней и усиливают дополнительными поперечными стержнями, определяемыми расчетом. Поперечная арматура должна воспринимать растягивающее усилие, равное вертикальной составляющей усилий в продольных растянутых стержнях, не заанкеренных в сжатой зоне (13.59) или воспринимать 35 % вертикальной составляющей усилий во всех продольных растянутых стержнях (13.60) где — площадь сечения продольных растянутых стержней, незаанкерованных в сжатой зоне; —входящий угол в растянутой зоне. Поперечная арматура, необходимая по расчету, должна быть расположена на длине (13.61) Шарнирное сопряжение стойки рамы с фундаментом создается устройством упрощенного (несовершенного) шарнира. В этом месте размеры сечения стойки уменьшаются до размеров основного сечения; здесь устанавливают вертикальные или перекрещивающиеся стержни, а примыкающие к шарниру части стойки и фундамента усиливают поперечными сетками. Продольное усилие стойки передается через сохраняемую площадь бетона и арматурные стержни, поперечная сила в стойке обычно погашается силой трения. |