Железобетон. 1. Сущность железобетона. История развития. Области применения
 Скачать 1.61 Mb.
|
|
40. Конструкции сборно-монолитных безбалочных перекрытий. В безбалочных сборно-монолитных перекрытиях остовом для монолитного бетона служат сборные элементы — надколонные и пролетные панели. Одно из возможных решений состоит в том, что капители на монтаже временно крепят к колоннам съемными хомутами. Связь между колонной и капителью создается после замоноличивания перекрытия и образования бетонных шпонок на поверхности колонны. На капителях колонн в двух взаимно перпендикулярных направлениях укладывают надколонные плиты толщиной 50...60 мм; в центре — пролетную плиту такой же толщины, опертую по контуру. Сборные плиты — предварительно напряженные, армированные высокопрочной арматурой. Сборный остов перекрытия замоноличен слоями бетона толщиной 40...50 мм по пролетной плите и 90...100 мм по надколонным плитам. В целях создания неразрезности в местах действия опорных моментов уложена верхняя арматура в виде сварных сеток. В этом перекрытии объем монолитного бетона составляет около 50 % общего бетона перекрытия. Общий расход бетона и арматуры для сборно-монолитных или монолитных безбалочных перекрытий превышает соответствующий расход для сборных безбалочных перекрытий, выполненных из ребристых или пустотных панелей, при одинаковых нагрузках. 41. Классификация фундаментов. Расчѐт и конструирование отдельных центрально и внецентренно нагруженных фундаментов. В инженерных сооружениях, промышленных и гражданских зданиях широко применяют железобетонные фундаменты. Они бывают трех типов: отдельные — под каждой колонной; ленточные — под рядами колонн в одном или двух направлениях, а также под несущими стенами; сплошные — под всем сооружением. Фундаменты возводят чаще всего на естественных основаниях (они преимущественно и рассмотрены здесь), но в ряде случаев выполняют и на сваях. В последнем случае фундамент представляет собой группу свай, объединенную поверху распределительной железобетонной плитой — ростверком. Отдельные фундаменты устраивают при относительно небольших нагрузках и достаточно редком размещении колонн. Ленточные фундаменты под рядами колонн делают тогда, когда подошвы отдельных фундаментов близко подходят друг к другу, что обычно бывает при слабых грунтах и больших нагрузках. Целесообразно применять ленточные фундаменты при неоднородных грунтах и внешних нагрузках, различных по значению, так как они выравнивают неравномерные осадки основания. Если несущая способность ленточных фундаментов недостаточна или деформации основания под ними больше допустимых, то устраивают сплошные фундаменты. Они в еще большей мере выравнивают осадки основания. Эти фундаменты применяют при слабых и неоднородных грунтах, а также при значительных и неравномерно распределенных нагрузках. Стоимость фундаментов составляет 4...6 % общей стоимости здания. Тщательной проработкой конструкции фундаментов можно достичь ощутимого экономического эффекта. Для крупных сооружений конструкцию фундаментов выбирают из сопоставления стоимости, расхода материалов и трудовых затрат при различных вариантах конструктивных решений. По способу изготовления фундаменты бывают сборные и монолитные. Центрально-нагруженные фундаменты. Необходимая площадь подошвы центрально-нагруженного фундамента (рис. 12.7) при предварительном расчете (12.2) где — нормативная сила, передаваемая фундаменту; —глубина заложения фундамента; —усредненная нагрузка от веса 1 м 3 фундамента и грунта на его уступах. Если нет особых требований, то центрально-нагруженные фундаменты делают квадратными в плане или близкими к этой форме. Минимальную высоту фундамента с квадратной подошвой определяют условным расчетом его прочности на продавливание в предположении, что оно может происходить по поверхности пирамиды, боковые стороны которой начинаются у колонн и наклонены под углом 45°. Это условие выражается формулой (для тяжелых бетонов) (12.3) где — расчетное сопротивление бетона при растяжении; —среднее арифметическое между периметрами верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания в пределах полезной высоты фундамента h 0 Продавливающую силу принимают согласно расчету по первой группе предельных состояний на уровне верха фундамента за вычетом давления грунта по площади основания пирамиды продавливания: (12.4) В формуле (12.4) нагрузка от веса фундамента и грунта на нем не учитывается, так как он в работе фундамента на продавливание не участвует. Полезная высота фундамента может быть вычислена по приближенной формуле, выведенной на основании выражений (12.3) (12.4): (12.5) Фундаменты с прямоугольной подошвой рассчитывают на продавливание также по условию (12.3), принимая где —площадь части подошвы; и _ соотпетственно верхняя и нижняя стороны одной грани пирамиды продавливания. Полную высоту фундамента и размеры верхних ступеней назначают с учетом конструктивных требований, указанных выше. Внешние части фундамента под действием реактивного давления грунта снизу работают подобно изгибаемым консолям, заделанным в массиве фундамента. Их рассчитывают в сечениях: I—I — по грани колонны, II—II — по грани верхней ступени, III—III — по границе пирамиды продавливания. Полезную высоту нижней ступени принимают такои, чтобы она отвечала условию прочности по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении, начинающемся в сечении III—III (на основании формул гл. 3). Для единицы ширины этого сечения (12.6) где на основании рис. 12.7 Кроме того, полезная высота нижней ступени должна быть проверена по прочности на продавливание по условию (12.3). Армирование фундамента по подошве определяют расчетом на изгиб по нормальным сечениям I—I и II—II. Значение расчетных изгибающих моментов в этих сечениях (12.7) Сечение рабочей арматуры на всю ширину фундамента можно вычислить, принимая (12.8) Содержание арматуры в расчетном сечении должно обеспечивать минимально допустимый процент армирования в изгибаемых элементах. При прямоугольной подошве сечение арматуры фундамента определяют расчетом в обоих направлениях. Если в результате окончательного расчета основания фундамента согласно указаниям норм проектирования оснований предварительно принятые размеры подошвы необходимо изменить, конструкция фундамента должна быть откорректирована. Внецентренно нагруженные фундаменты. Их целесообразно выполнять с прямоугольной подошвой, вытянутой в плоскости действия момента. Предварительно краевые давления под подошвой фундамента (рис. 12.8, а) в случае одноосного внецентренного загружения определяют в предположении линейного распределения давления по грунту в направлении действия момента по формулам: (12.9) (12.10) В этих формулах (12.11) где —соответственно нормальная сила, изгибающий момент и поперечная сила, действующие в колонне на уровне верха фундамента; —соответственно сила и момент на уровне подошвы фундамента. Согласно нормам, краевые давления на грунт не должны превышать , а среднее давление Допустимая степень неравномерности краевых давлений зависит от характера конструкций, опирающихся на фундамент. В одноэтажных зданиях, оборудованных кранами грузоподъемностью более 75 т, и в открытых эстакадах по опыту проектирования принимают (рис. 12.8,6); в зданиях с кранами грузоподъемностью менее 75 т допустима эпюра давления по рис. 12.8, в; в бескрановых зданиях при расчете на дополнительные сочетания нагрузок возможна эпюра по рис. 12.8, г с выключением из работы не более подошвы фундамента При подборе размеров подошвы фундаментов с учетом перечисленных условий можно использовать формулы, приведенные в табл. 12.1. Конструкцию внецентренно нагруженного фундамента рассчитывают теми же приемами, что и центрально-загруженного. При этом расчете давление на грунт определяют от расчетных усилий без учета массы фундамента и засыпки на нем. Изгибающие моменты, действующие в консольных частях фундамента, можно вычислять, заменяя трапециевидные эпюры давления равновеликими прямоугольниками. 42. Ленточные фундаменты, конструирование и расчѐт /под стены и колонны/. Под несущими стенами ленточные фундаменты выполняют преимущественно сборными. Они состоят из блоков-подушек и фундаментных блоков. Блоки- подушки могут быть постоянной и переменной толщины, сплошными, ребристыми, пустотными. Укладывают их вплотную или с зазорами. Рассчитывают только подушку, выступы которой работают как консоли, загруженные реактивным давлением грунта р (без учета массы веса и грунта на ней). Сечение арматуры подушки подбирают до моменту где — вылет консоли. Толщину сплошной подушки устанавливают по расчету на поперечную силу назначая ее такой, чтобы не требовалось постановки поперечной арматуры. Ленточные фундаменты под рядами колонн возводят в виде отдельных лент продольного или поперечного (относительно рядов колонн) направления и в виде перекрестных лент (рис. 12.10). Ленточные фундаменты могут быть сборными и монолитными. Они имеют тавровое поперечное сечение с полкой понизу. При грунтах высокой связности иногда применяют тавровый профиль с полкой поверху. При этом уменьшается объем земляных работ и опалубки, но усложняется механизированная выемка грунта. Выступы полки тавра работают как консоли, защемленные в ребре. Полку назначают такой толщины, чтобы при расчете на поперечную силу в ней не требовалось армирования поперечными стержнями или отгибами. При малых вылетах полку принимают постоянной высоты; при больших — переменной с утолщением к ребру. Отдельная фундаментная лента работает в продольном направлении на изгиб как балка, находящаяся под воздействием сосредоточенных нагрузок от колонн сверху и распределенного реактивного давления грунта снизу. Ребра армируют подобно многопролетным балкам. Продольную рабочую арматуру назначают расчетом по нормальным сечениям на действие изгибающих моментов; поперечные стержни (хомуты) и отгибы — расчетом по наклонным сечениям на действие поперечных сил. Для повышения жесткости фундаментов их поперечное сечение подбирают при низких процентах армирования, однако не ниже минимально допустимого по нормам для изгибаемых элементов. При конструировании необходимо предусматривать возможность неравномерного загружения фундамента в процессе возведения сооружения и не равномерных осадок основания. С этой целью в ребрах устанавливают непрерывную продольную верхнюю и нижнюю арматуру с каждой стороны. Ленты армируют сварными или вязаными каркасами. Плоских сварных каркасов в поперечном сечении ребра должно быть не менее двух при ширине ребра не менее трех при 800 мм и не менее четырех при Верхние про- дольные стержни сварных каркасов рекомендуется укреплять на всем протяжении в горизонтальном направлении сварными сетками (корытообразными или плоскими с крюками на концах поперечных стержней), а также в продольном направлении с помощью поперечных стержней в каркасах не реже, чем через (где d — диаметр продольных стержней). При армировании ребер вязаными каркасами число вертикальных ветвей хомутов в поперечном сечении должно быть не менее четырех при мм и не менее шести при мм. Хомуты — замкнутые, диаметром не менее 8 мм, с шагом не более Расстояние между стержнями продольной рабочей арматуры можно назначать по общим правилам; в тяжелых фундаментах для увеличения крупности заполнителя в бетоне эти расстояния следует принимать не менее 100 мм. В расчетное сечение арматуры ленты включают продольные стержни каркасов и сеток. Часть нижних продольных рабочих стержней (до 30%) может быть распределено по всей ширине полки. При армировании полок сварными и вязаными сетками целесообразно широкие сварные сетки укладывать таким образом, чтобы продольные стержни использовать как арматуру лент, а поперечные — как арматуру полки. Узкие сетки при армировании укладывают в два ряда (рис. 12.11, а), размещая в нижнем ряду сетки с рабочей арматурой полки. Все сетки укладывают без нахлестки, за исключением верхних, которые в продольном направлении соединяют внахлестку без сварки по правилам соединения сварных сеток в рабочем направлении. При больших вылетах полок (более 750 мм) половина рабочей арматуры может быть не доведена до наружного края на расстояние (рис. 12.11,6). Если в полке возможно появление моментов обратного знака, то предусматривают верхнюю арматуру (см. рис. 12.10, в, пунктир) Расчет ленточных фундаментов Общие сведения. Расчет ленточного железобетонного фундамента охватывает: определение давления грунта по подошве фундамента с учетом его совместного деформирования с основанием; вычисление внутренних сил и моментов, действующих в фундаменте; установление размеров поперечного сечения ленты и ее необходимого армирования. Расчет деформаций основания и анализ его результатов по требованиям о допустимой абсолютной осадке, средней осадки, относительной неравномерности осадок, крена и других показателей, а также установление значения расчетного давления на основание R выполняют по указаниям норм проектирования оснований зданий и сооружений. Ленточный фундамент и его основание работают под нагрузкой совместно, образуя единую систему. Результатом их взаимодействия является давление грунта, развивающееся по подошве. При расчете различают фундаменты: жесткие, перемещения которых вследствие деформирования конструкции малы по сравнению с перемещениями основания; деформируемые, перемещения которых соизмеримы с перемещениями основания. К жестким фундаментам могут быть отнесены ленты большого поперечного сечения и сравнительно малой длины, нагруженные колоннами при небольших расстояниях между ними. Ленты большой длины, нагруженные колоннами, расположенными на значительных расстояниях, относятся к деформируемым фундаментам. Простыми математическими зависимостями не представляется возможность выразить физические свойства всего многообразия грунтов и их напластовании. Б нормах проектирования оснований зданий и сооружении указывается, что расчетную схему основания (линейно или нелинейно деформируемое полупространство; обжимаемый слой конечной толщины; среда, характеризуемая коэффициентом постели, и т.д.) надлежит принимать, учитывая механические характеристики грунтов, их напластование и особенности сооружения (размеры и конфигурация в плане, общая жесткость надфундаментнои конструкции и т.п.). При этом рекомендуется выбирать схему либо линейно деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи, либо линейно деформируемого слоя конечной толщины, если он (на глубине менее условно ограниченной сжимаемой толщи полупространства) представлен малосжимае-мым грунтом с модулем деформации или если размеры подошвы фундамента велики (шириной, диаметром более 10 м), а грунт обладает независимо от глубины залегания малосжимаемого грунта. В практике при решении ряда задач применяют метод расчета фундаментов на линейно деформируемом основании с коэффициентом постели. Он приемлем при слабых грунтах или при очень малой толщине сжимаемого слоя, подстилаемого недеформируемым массивом. 43. Сплошные фундаменты, конструирование и расчѐт. Сплошные фундаменты бывают: плитными безбалочными, плитно-балочными и коробчатыми. Наибольшей жесткостью обладают коробчатые фундаменты. Сплошными фундаменты делают при особенно больших и неравномерно распределенных нагрузках. Конфигурацию и размеры сплошного фундамента в пла- не устанавливают так, чтобы равнодействующая основных нагрузок от сооружения проходила в центре подошвы. В некоторых случаях инженерной практики при расчете сплошных фундаментов достаточным оказывается приближенное распределение реактивного давления грунта по закону плоскости. Если на сплошном фундаменте нагрузки распределены редко, неравномерно, правильнее рассчитывать его как плиту, лежащую на деформируемом основании. Под действием реактивного давления грунта сплошной фундамент работает подобно перевернутому железобетонному перекрытию, в котором колонны выполняют роль опор, а элементы конструкции фундамента испытывают изгиб под действием давления грунта снизу. Для сплошных фундаментов практическое значение имеет расчет плит на обжимаемом слое ограниченной глубины и в некоторых оговоренных случаях — на основании с учетом коэффициентов постели. Решение подобных задач выходит за пределы данного курса. В зданиях и сооружениях большой протяженности сплошные фундаменты (кроме торцовых участков небольшой длины) приближенно могут рассматриваться как самостоятельные полосы (ленты) определенной ширины, лежащие на деформируемом основании. Сплошные плитные фундаменты многоэтажных зданий загружены значительными сосредоточенными силами и моментами в местах опирания диафрагм жесткости. Это должно учитываться при их проектировании. Безбалочные фундаментные плиты армируют сварными сетками. Сетки принимают с рабочей арматурой в одном направлении; их укладывают друг на друга не более чем в четыре слоя, соединяя без нахлестки в нерабочем направлении и внахлестку без сварки — в рабочем направлении. Верхние сетки укладывают на каркасы подставки. Плитно-балочные сплошные фундаменты армируют сварными сетками и каркасами. В толще плиты уложены двойные продольные и поперечные сетки. Наиболее напряженная зона дополнительно усилена двойным слоем продольных сеток. На местный изгиб плита армирована верхней арматурой, сгруппированной в сетки из трех рабочих стержней; между ними оставлены промежутки для доступа к нижней арматуре. В ребрах плоские каркасы объединены в пространственные приваркой поперечных стержней и связаны шпильками с арматурой плиты. Плита единичной ширины, выделенная из сплошного фундамента вместе с основанием, по классификации теории упругости рассматривается как плоская задача при плоской деформации. В отличие от расчетной схемы балок, лежащих на линейно деформируемом полупространстве в данном случае в расчетной схеме принимают во внимание деформирование ограниченной толщины основания размером обычно не более полудлины рассчитываемой полосы. Основная система, последовательность решения и формулы, приведенные для балок на упругом полупространстве, в принципе сохраняются. 44. Проектирование свайных фундаментов. Свайные фундаменты применяются при возведении зданий и сооружений на грунтах с недостаточной несущей способностью. Они состоят из группы свай, объединенных поверху ростверком — железобетонной плитой (балкой). По сравнению с фундаментами на естественном основании применение свайных фундаментов уменьшает объем земляных работ, снижает трудоемкость нулевого цикла, облегчает производство работ в зимнее время. Рис. 10.6. Схема свайного фундамента: а—на сваях -стойках, б — на висячих сваях; / — твердый грунт; -2 — сваи; 3 — рыхлый грунт; 4 — ростверк По форме поперечного сечения различают железобетонные сваи сплошные и полые (пустотелые и сваи-оболочки). При диаметре поперечного сечения до 800мм и наличии внутренней полости сваи называют пустотными, при диаметре более 800мм — сваями-оболочками. При небольших нагрузках широко применяют сваи квадратного сплошного сечения (цельные и составные) размером от 200X200 мм до 400X400 мм, длиной 3..>16м без предварительного напряжения продольной арматуры и 3...20 м с предварительным напряжением. Сваи без предварительного напряжения изготовляют из бетона класса В15, арматуры классов А-П, A-III, диаметром не менее 12мм. В верхней части сваи, непосредственно воспринимающей удар молота, устанавливают 3...5 сеток из арматурной проволоки на расстоянии 5см друг от друга. В средней части располагают две строповочные петли. Шаг поперечной (спиральной) арматуры принимают у концов сваи 50 мм, в средней части 100..150 мм (рис. 10.7). Сваи с предварительно напряженной продольной арматурой изготовляют из бетона В20...В25; по Рис. 10.7. Железобетонная свая: сравнению со сваями без предварительного напряжения арматуры они экономичней (по расходу арматуры) и поэтому пред- почтительней. Полые круглые сваи и сваи-оболочки применяют при больших нагрузках. Их изготовляют звеньями длиной 2...G м. Стыки звеньев могут быть болтовыми, сварными или на вкладышах.- Сваи и свайные фундаменты рассчитывают по предельным состояниям. По предельным состояниям первой группы определяют несущую способность свай по грунту, прочность материала свай и ростверков; по предельным состояниям второй группы рассчитывают осадки свайных фундаментов, образование и раскрытие трещин в железобетонных фундаментах и ростверках. Помимо этого сваи рассчитывают по прочности на восприятие усилий, возникающих при монтаже, транспортировке, а также при выемке свай из пропарочных камер. |