ЖБК. Курс лекций. Курс лекций по дисциплине Железобетонные конструкции для специальностей Архитектура иПромышленное и гражданское строительство
 Скачать 1.89 Mb.
|
|
6.2.2. Классификация нагрузок. Нормативные и расчетные нагрузки. а) технологические (от веса людей в жилых и общественных зданиях, оборудования и кранов в промышленных зданиях); б) атмосферные (от снега, ветра, изменений температуры, гололед); в) собственный вес несущих и ограждающих конструкций; г) сейсмические, взрывные воздействия, пожар, просадка грунтов.
а) постоянные (собственный вес, давление грунтов, предварительное напряжение); б) временные: - длительные (вес стационарного оборудования на перекрытиях; давление газов, жидкостей, сыпучих тел; длительная часть крановых, снеговых нагрузок и т.д.); - кратковременные (люди, кратковременная часть крановых, снеговых нагрузок, ветровые нагрузки); - особые (сейсмические, взрывные воздействия, отказ оборудования, просадка оснований).
а) вертикальные (нагрузки от веса конструкций и временные (полезные) нагрузки); б) горизонтальные (ветровая нагрузка); в) наклонные.
а) распределенные; б) сосредоточенные.
а) нормативные; б) расчетные. Иногда применяют термин "полезная нагрузка", т.е. нагрузка, являющаяся условием функционального использования той или иной конструкции или всего сооружения в целом. Нагрузки, отвечающие нормальным условиям эксплуатации, называют нормативными. Нормативные нагрузки от технологического оборудования принимаются по паспортам заводов-изготовителей, атмосферные – по результатам многолетних наблюдений, полезные нагрузки от людей из расчета возможного скопления на единице площади и т.д. Нагрузки, отвечающие предельным максимальным значениям, появление которых возможно в результате влияния неучтенных факторов – называют расчетными. Переход от нормативной нагрузки к расчетной осуществляется путем умножения на коэффициент надежности по нагрузке:  .Как правило, на сооружение действует не одна, а несколько нагрузок. При расчете конструкций необходимо выбрать наиболее неблагоприятное их сочетание. Поэтому в нормах на проектирование установлены две категории расчетных сочетаний нагрузок:
Если в основное сочетание входит одна временная нагрузка, ее принимают без снижения. При двух и более временных нагрузках основного сочетания их умножают на коэффициент сочетания  , учитывающий меньшую вероятность совместного действия расчетных значений. Для временных длительных нагрузок  , для кратковременных  . В особых сочетаниях , а  , при этом особую нагрузку принимают без снижения. 6.2.3. Нормативные и расчетные сопротивления бетона Нормативные сопротивления бетона – это сопротивление осевому сжатию бетонных призм (призменная прочность) Rbn и сопротивление осевому растяжению Rbtn, которые определяются в зависимости от класса бетона по прочности (при обеспеченности 0,95). Расчетные сопротивления бетона получают путем деления нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надежности по материалу:  - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, где  - коэффициент надежности по бетону при сжатии, зависящий от вида бетона. - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению, где  - коэффициент надежности по бетону при растяжении, зависящий от вида бетона.При расчете элементов конструкций расчетные сопротивления бетона Rb и Rbt в отдельных случаях уменьшают или увеличивают умножением на соответствующие коэффициенты условия работы бетона γbi, которые учитывают следующие факторы: длительность действия нагрузки; многократную повторяемость нагрузки; условия, характер и стадию работы конструкции; способ ее изготовления; размеры сечения и т.д. 6.2.4. Нормативные и расчетные сопротивления арматуры Нормативные сопротивления арматуры Rsn устанавливают с учетом статистической изменчивости прочности и принимают равными наименьшим контролируемым значениям предела текучести, физического или условного (равного значению напряжений, соответствующих остаточному относительному удлинению 0,2%). Доверительная вероятность нормативного сопротивления арматуры – 0,95. Расчетные сопротивления арматуры растяжению определяют делением нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надежности по материалу:  ,где  - коэффициент надежности по арматуре, зависящий от класса арматуры.Расчетные сопротивления арматуры сжатию при наличии сцепления арматуры с бетоном:  , но не более 400 МПа. При расчете элементов конструкций расчетные сопротивления арматуры в отдельных случаях уменьшают или увеличивают умножением на соответствующие коэффициенты условия работы арматуры γsi, которые учитывают возможность неполного использования прочностных характеристик арматуры в связи с неравномерным распределением напряжений в сечении, низкой прочностью бетона, условиями анкеровки и т.д. При расчете элементов на действие поперечной силы расчетное сопротивление растяжению поперечной арматуры снижают введением коэффициента условий работы в связи с неравномерным нагружением поперечных стержней γs1 = 0,8:  .6.2.5. Коэффициенты метода предельных состояний При расчете по предельным состояниям конструкцию рассматривают в предельном состоянии. Все факторы, определяющие работу конструкции (нагрузки, свойства материалов, условия работы и т. д.), учитывают раздельно. Для этого вводят систему дифференцированных коэффициентов надежности: по нагрузке; по материалу; по степени ответственности. Отдельно учитывают вероятность совместного действия нескольких временных нагрузок (коэффициентом сочетаний ) и особенности работы конструкций (коэффициентом условий работы).
Коэффициенты  установлены в СНиП 2.01.07–85* “Нагрузки и воздействия”.
Здания и сооружения по степени ответственности, которая определяется размером материального и социального ущерба при отказе, делят на три класса (уровня). Класс I. Основные здания и сооружения объектов, имеющих особо важное народнохозяйственное и (или) социальное назначение, - главные корпуса ТЭС, АЭС, центральные узлы доменных печей, дымовые трубы высотой более 200 м, телевизионные башни, резервуары для нефти и нефтепродуктов вместимостью свыше 10 тыс. м3, крытые спортивные сооружения с трибунами, здания театров, кинотеатров, цирков, крытых рынков, учебных заведений, детских дошкольных учреждений, больниц, родильных домов, музеев, государственных архивов и т. п.  Класс II. Здания и сооружения объектов, имеющих ограниченное народнохозяйственное и (или) социальное значение (объекты промышленного, сельскохозяйственного, жилищно-гражданского назначения и связи, не вошедшие в I и III классы).  Класс III. Здания и сооружения объектов, имеющих ограниченное народнохозяйственное и (или) социальное значение, - склады без процессов сортировки и упаковки для хранения сельскохозяйственных продуктов, удобрений, химикатов, угля, торфа и др., теплицы, парники, одноэтажные жилые дома, опоры проводной связи, опоры освещения населенных пунктов, временные здания и сооружения, ограды и т. п. 
Лекция №7. Изгибаемые элементы 7.1. Конструктивные требования к армированию элементов В целях обеспечения прочности при эксплуатации, транспортировании, хранении и монтаже, для восприятия неучитываемых расчетом различных усилий (усадочных, температурных), а также требуемой долговечности и совместной работы арматуры и бетона минимальный процент армирования μ рабочей продольной арматуры принимают равным:  ;  ,где As,min – минимальная площадь сечения рабочей продольной арматуры;  - площадь нормального сечения без учета свесов полки тавровых и двутавровых сечений.Минимальный процент армирования рабочей продольной арматуры в изгибаемых элементах  . Максимальное содержание рабочей продольной арматуры в нормальных сечениях элементов принимают не более 3%. Конструктивные требования к минимальным расстояниям между стержнями арматуры приведены в СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции». 7.2. Конструирование плит Плита – плоская конструкция, толщина которой значительно меньше ширины и длины. Минимальная толщина плит: 40 мм – плиты покрытий; 50 мм – плиты перекрытий жилых и общественных зданий; 60 мм – плиты перекрытий промышленных зданий. Продольное армирование плиты – стержни укладываются параллельно направлению изгиба плиты. Плиты могут быть однопролетными и многопролетными (рис. 23), балочными и опертыми по контуру, сборными и монолитными. Плиты обычно армируют сварными сетками. Диаметр рабочих стержней сварных сеток не менее 3 мм, вязаных сеток не менее 6 мм. Расстояние между осями рабочих стержней S1 должно быть не более 200 мм, если высота плиты h менее 150 мм. При высоте плиты 150 мм и более S1 = 1,5h. Поперечные стержни располагают с шагом S2 = 250…300 мм (рис. 23, а), но не реже чем через 350 мм. Общее сечение поперечных стержней принимают не менее 10% сечения рабочей арматуры. Толщина защитного слоя для продольной рабочей арматуры в плитах принимается не менее 10…15 мм. а  )б)  ; но не более 200 мм. Рис. 23. Армирование плит: а – многопролетная монолитная плита; б – однопролетная многопустотная плита. 7.3. Конструирование балок Балка – это линейная конструкция, размеры поперечного сечения которой существенно меньше длины. Конструктивные требования к размерам. Высота h кратно 50 мм, если h < 600 мм и кратно 100 мм, если h > 600 мм. Ширина  , а именно 100, 120, 150, 200, 220, 250 мм и далее кратно 50мм. Железобетонные балки бывают прямоугольного, таврового, двутаврового, трапециевидного сечения (рис. 24).  а) б) в) г)Рис. 24. Поперечное сечение балок: а – прямоугольное; б – тавровое; в – двутавровое; трапециевидное. Балки армируются сварными и вязаными каркасами. Минимальный диаметр рабочей арматуры – 12 мм. Минимальный диаметр поперечной арматуры в сварных каркасах задается из условия свариваемости. Шаг поперечных стержней: - на приопорных участках длиной 1/4пролета (в зоне максимальной поперечной силы): при h≤ 450 мм. . . . . . . . . . . . . . . . . . не более h/2 и не более 150 мм; при h> 450 мм. . . . . . . . . . . . . . . . . . не более h/3 и не более 500 мм; - на остальной части пролета. . . . . . . . . . . . не более 3h/4 и не более 500 мм. Расстояния между продольными стержнями сварных и вязаных каркасов приведены в СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции». 7.4. Расчет сечений изгибаемых балок по предельным состояниям I группы 7.4.1. Общий способ расчета прочности по нормальным сечениям Рассмотрим однопролетную железобетонную балку (рис. 25), свободно лежащую на двух опорах, симметрично загруженную двумя сосредоточенными силами. На определенной ступени загружения в балке образуются нормальные и наклонные трещины, в соответствии с этим прочность изгибаемых элементов рассчитывают как по нормальным, так и по наклонным сечениям. П  рочность изгибаемых железобетонных конструкций рассчитывают по III стадии НДС. Рис. 25. Схема изгибаемой железобетонной балки: а-а – нормальное сечение; б-б – наклонное сечение. Рис. 26. Схема усилий при расчете прочности изгибаемых элементов по нормальному сечению. В расчетной схеме усилий (рис. 26) принимают, что на элемент действует изгибающий момент M, а в арматуре и бетоне действуют усилия, соответствующие напряжениям, равным расчетным сопротивлениям (при условии, что характер разрушения сечения соответствует 1 случаю III стадии НДС, когда в растянутой арматуре и сжатом бетоне достигнуты предельные сопротивления). В бетоне сжатой зоны сложную криволинейную эпюру напряжений заменяют прямоугольной, т.е. напряжение в бетоне Rb принимают одинаковым по всей высоте сжатой зоны. При этом принимают, что бетон растянутой зоны не работает σbt= 0. Сечение элемента может быть любой симметричной формы. В растянутой зоне имеется арматура площадью сечения Asс расчетным сопротивлением растяжению Rs, в сжатой зоне - арматура площадью сечения A’s с расчетным сопротивлением сжатию Rsc. Равнодействующие нормальных напряжений в арматуре и бетоне:  ;  ;  ,где  - площадь сечения бетона сжатой зоны.Из уравнения равенства нулю суммы проекций всех нормальных усилий на продольную ось элемента можно определить площадь сечения бетона Abсжатой зоны, а по ней высоту сжатой зоны х.  .Общее условие прочности изгибаемых элементов по нормальным сечениям: момент внешних сил не должен превосходить момента внутренних усилий, т.е. прочность элемента достаточна, если внешний расчетный изгибающий момент не превосходит расчетной несущей способности сечения, выраженной в виде обратно направленного момента внутренних сил.  .Условие прочности при моментах, взятых относительно оси, проходящей через точку приложения равнодействующей усилий в растянутой арматуре As:  .Высоту сжатой зоны х для сечений, характер разрушения которых соответствует 2 случаю III стадии НДС, когда разрушение происходит по сжатому бетону хрупко, а напряжения в растянутой арматуре предельного значения не достигают, также определяют из условия равенства нулю суммы проекций всех нормальных усилий на продольную ось элемента, но в этом случае Rs заменяют напряжением  . На основе экспериментов установлено, что напряжение  зависит от относительной высоты сжатой зоны бетона  .Граничная относительная высота сжатой зоны бетона  , при которой растягивающие напряжения в арматуре начинают достигать предельных значений  , зависит от класса бетона и класса арматуры и находится по формуле (25) СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции».Таким образом, сечения, работающие по 1 случаю III стадии НДС, удовлетворяют условию:  .Сечения, не удовлетворяющие данному условию, соответствуют 2 случаю. |
(коэффициент ответственности) учитывает степень ответственности сооружения и обеспечивает заданный уровень надежности. На этот коэффициент умножается величина действующих нагрузок. 
, 
позволяют оценить некоторые 
,