Лекция Принципы компановки железобетонных конструкций
 Скачать 13.92 Mb.
|
|
Лекция 8. РЕБРИСТЫЕ МОНОЛИТНЫЕ ПЕРЕКРЫТИЯ С БАЛОЧНЫМИ ПЛИТАМИ 8.1. Компоновка конструктивной схемы перекрытия Ребристое перекрытие с балочными плитами состоит из плиты, работающей по короткому направлению, второстепенных и главных балок (рис. 8.1). Все элементы перекрытия монолитно связаны и выполняются из бетона, класса С12/15.  Рис. 8.1. Конструктивные схемы ребристых перекрытий Сущность конструкции монолитного ребристого перекрытия в том, что бетон в целях экономии удален из растянутой зоны сечений, где сохранены лишь ребра, в которых сконцентрирована растянутая арматура. Полка ребер — плита — работает на местный изгиб по пролету, равному расстоянию между второстепенными балками. Второстепенные балки опираются на монолитно связанные с ними главные балки, которые, в свою очередь, опираются на колонны и наружные стены. Главные балки можно располагать в продольном или поперечном направлении здания с пролетом 6…8 м. Второстепенные балки размещают так, чтобы ось одной из балок совпала с осью колонны (рис. 8.2). Пролет второстепенных балок может составлять 5…7 м, плиты 1,7—2,7 м. Толщину плиты по экономическим соображениям принимают возможно меньшей. Минимальные ее значения составляют: для междуэтажных перекрытий промышленных зданий 6 см, для междуэтажных перекрытий жилых и гражданских зданий 5 см. При значительных временных нагрузках может потребоваться увеличение толщины плиты. Высота сечения второстепенных балок составляет обычно (1/12…1/20)l. главных балок - (1/8…1/15)l. Ширина сечения балок b=(0.4…0.5)h.  Рис. 8.2. Схемы балок и плит ребристых перекрытий 8.2. Расчет плиты, второстепенных и главных балок Расчетный пролет плиты принимают равным расстоянию в свету между второстепенными балками и при опирании на наружные стены — расстоянию от оси опоры на стене до грани ребра: для расчета плиты в плане перекрытия условно выделяется полоса шириной 1 м Расчетный пролет второстепенных балок принимают равным расстоянию в свету между главными балками, а при опирании на наружные стены — расстоянию от оси опоры на стене до грани главной балки (см. рис. 8.2 г). Для второстепенных балок огибающая эпюра моментов строится для двух схем загружения: 1) полная нагрузка g+v в нечетных пролетах и условная нагрузка g+1/4vв четных пролетах; 2) полная нагрузка g+vв четных пролетах и условная постоянная нагрузка g+1/4v в нечетных пролетах. Условную нагрузку вводят в расчет для того, чтобы определить действительные отрицательные моменты в пролете второстепенной балки. Главная балка создает дополнительные закрепления, препятствующие: свободному повороту опор второстепенных балок, и этим уменьшает влияние временной нагрузки в загруженных пролетах на незагруженные. Поперечные силы второстепенной балки принимают: на крайней свободной опоре  ; (8. 1)на первой промежуточной опоре слева  (8.2)на первой промежуточной опоре справа и на всех остальных опорах  (8.3)При подборе сечений в первую очередь уточняют размер поперечного сечения второстепенной балки по опорному моменту на первой промежуточной опоре. Поскольку расчет ведется по выравненным моментам, принимают =0,35. На опоре действует отрицательный момент, плита оказывается в растянутой зоне и расчет ведут как для прямоугольного сечения, полагая рабочую высоту  . (8.4)Установив окончательно унифицированные размеры сечения b×h, подбирают рабочую арматуру в четырех расчетных нормальных сечениях: в первом и среднем пролетах — как для таврового сечения, на первой промежуточной и средней опорах — как для прямоугольного cечения. На действие отрицательного момента в среднем пролете расчет ведут как для прямоугольного сечения. Расчет поперечных стержней выполняют для трех наклонных сечений: у первой промежуточной опоры слева и справа и у крайней свободной опоры. Все изложенное о расчете ригеля сборного балочного перекрытия полностью относится и к расчету главной балки монолитного ребристого перекрытия. На главную балку передается сосредоточенная нагрузка от опорного давления второстепенных балок (которое только при двухпролетных второстепенных балках определяют с учетом неразрезности). Кроме того, учитывают собственный вес главной балки. 8.3. Конструирование плиты, второстепенных и главных балок Многопролетные балочные плиты в соответствии с характером эпюры моментов армируют рулонными сетками с продольным расположением рабочей арматуры; рулон раскатывают по опалубке поперек второстепенных балок (рис. 8.3а). Сетки перегибают на расстоянии 0,25l от оси опоры (в местах нулевых моментов) и укладывают на верхнюю арматуру каркасов второстепенных балок. В первом пролете на основную сетку плиты укладывают дополнительную, которую заводят за опоры на 0,25l (рис. 8.3б). Если нужна более сильная рабочая арматура — диаметром 6 мм и более — плиты армируют в пролете и на опоре раздельно рулонными сетками с поперечным расположением рабочей арматуры (рис. 8.3в, г).  Рис.8.3. Армирование балочных плит Второстепенные балки армируют в пролете плоскими каркасами (обычно двумя), которые перед установкой в опалубку объединяют в пространственный каркас приваркой горизонтальных поперечных стержней. Эти каркасы доходят до граней главных балок, где связываются понизу стыковыми стержнями (рис. 8.4). На опорах второстепенные балки армируют двумя гнутыми сетками с продольными рабочими стержнями.  1 – пролетая арматура: 2, 3 – надсшорная арматура: 4 – стыковой стержень диаметром (d≥d/2 и не менее 10мм; 5 – главная балка Рис. 8.4. Огибающие эпюры изгибающих моментов (а) и армирование второстепенной балки (б) Места обрыва надопорных сеток устанавливают в соответствии с эпюрой отрицательных моментов. При отношении временной нагрузки к постоянной v/g3 одну сетку обрывают на расстоянии 1/4lот грани опоры, вторую — на расстоянии 1/3lот грани опоры. Отрицательные моменты в пролете, за местом обрыва сеток, воспринимаются верхней арматурой каркасов балки. Главную балку армируют в пролете двумя или тремя плоскими каркасами, которые перед установкой в опалубку объединяют в пространственный каркас. Два плоских каркаса доводят до грани колонны, а третий (если он есть) обрывают в соответствии с эпюрой моментов. Возможен также обрыв в пролете части стержней каркасов. На опоре главную балку армируют самостоятельными каркасами, заводимыми сквозь арматурный каркас колонн (рис. 8.5). Места обрыва каркасов и отдельных стержней устанавливают на эпюре арматуры.  1 – пролетный каркас; 2 – опорный каркас Рис.8.5. Армирование главной балки На главную балку нагрузка передается через сжатую зону на опоре второстепенной балки — в средней части высоты главной балки. Эта местная сосредоточенная нагрузка воспринимается подвесками: поперечной арматурой главной балки и дополнительными сетками в местах опирания второстепенных балок. Лекция 9. РЕБРИСТЫЕ МОНОЛИТНЫЕ ПЕРЕКРЫТИЯ с плитами, опертыми по контуру 9.1. Конструктивные схемы перекрытий Размер сторон плиты в каждом направлении достигает 4—6 м; практически возможное отношение сторон 1…1,5. Балки назначают одинаковой высоты и располагают по осям колонн в двух направлениях (рис. 9.1а). Перекрытия без промежуточных колонн и с малыми размерами плит (менее 2 м) называют кессонными (рис. 9.1б). Толщина плиты в зависимости от ее размеров в плане и значения нагрузки может составлять 5—14 см, но не менее 1/50l1.  1 – 3 соответственно угловая первая и средняя панели Рис. 9.1. Конструктивные планы ребристых перекрытий с плитами, опертыми по контуру Перекрытия с плитами, опертыми по контуру, применяют главным образом по архитектурным соображениям, например для перекрытия вестибюля, зала и т. п. По расходу арматуры и бетона эти перекрытия менее экономичны, чем перекрытия с балочными плитами при той же сетке колонн. Опыты показали, что предельная разрушающая нагрузка при прямоугольном и диагональном расположении арматуры одинакова (рис. 9.2, а, б). Однако прямоугольные сетки проще в изготовлении, поэтому их применяют для армирования плит.  Рис. 9.2. Схемы армирования и характер разрушения при испытании плит, опертых по контуру На нижней поверхности плиты трещины направлены по биссектрисам углов, на верхней поверхности при заделке плиты по контуру трещины идут параллельно сторонам и имеют закругления в углах, перпендикулярные диагоналям. Установить характер разрушения железобетонных плит, опертых по контуру, важно для расчета их несущей способности и конструирования арматуры. 9.2. Расчет и конструирование плит, опертых по контуру Плиты, опертые по контуру, армируют плоскими сварными сетками с рабочей арматурой в обоих направлениях. Поскольку изгибающие моменты в пролете, приближаясь к опоре, уменьшаются, количество стержней в приопорных полосах уменьшают. С этой целью в пролете по низу плиты укладывают две сетки разных размеров, обычно с одинаковой площадью сечения арматуры. Меньшую сетку не доводят до опоры на расстояние: l/4 - в плитах, неразрезных и закрепленных на опоре, l/4 - в плитах, свободно опертых, где l меньшая сторона опорного контура. Сетки укладывают в пролете в два слоя во взаимно перпендикулярном направлении. Монтажные стержни сеток не стыкуются. Надопорная арматура неразрезных многопролетных плит, опертых по контуру, при плоских сетках в пролете конструируется аналогично надопорной арматуре балочных плит. Армирование может осуществляться также с применением типовых рулонных сеток с продольной рабочей арматурой, раскатываемых во взаимно перпендикулярном направлении (рис. 9.3). В первом пролете многопролетных плит изгибающий момент больше, чем в средних, поэтому поверх основных сеток укладывают дополнительные рулонные сеткиили дополнительные плоские сетки. Таблица 9.1 Соотношения между расчетными моментами в плитах, опертых по контуру
Если плита имеет один или несколько свободно опертых краев, то соответствующие опорные моменты принимают равными нулю.  1 – колонна; 2 – плита; 3 – балка; 4 – ребра; 5 – пролетная рулонная сетка; 6 – над-опорная сетка углов плиты Рис. 9.3. Конструктивное решение ребристых перекрытий с плитами опертыми по контуру (а, б, в), армирование плит плоскими (г) и рулонными (д) сетками, а также схемы нагружения балок (е) Расчетные пролеты l1 и l2 принимают равными расстоянию (в свету) между балками или расстоянию от оси опоры на стене до грани балки (при свободном описании). В плитах, окаймленных по всему контуру монолитно-связанными с ним балками, в предельном равновесии возникают распоры, повышающие их несущую способность. Поэтому при подборе сечений арматуры плит изгибающие моменты, определенные расчетом, следует уменьшить на 10…20%. Сечение арматуры плит подбирают как для прямоугольных сечений. Рабочую арматуру в направлении меньшего пролета располагают ниже арматуры, идущей в направлении большего пролета. В соответствии с таким расположением арматуры рабочая высота сечения плиты для каждого направления различна и будет отличаться на размер диаметра арматуры. 9.3. Расчет и конструирование балок Нагрузка от плиты на балки передается по грузовым площадям в виде треугольников или трапеций (рис. 9.4).  Рис.9.4. Расчетные схемы и армирование балок ребристых перекрытий с плитами опертыми по контуру Для определения этой нагрузки проводят биссектрисы углов панели до их пересечения. Произведение нагрузки  (на 1 м2) на соответствующую грузовую площадь даст полную нагрузку на пролет балки. загружённой с двух сторон панелями:Для балки пролетом l1:  (9.1)Для балки пролетом l2:  (9.2.)Кроме того, следует учесть равномерно распределенную нагрузку от собственного веса балки и части перекрытия с временной нагрузкой на ней, определяемой по грузовой полосе, равной ширине балки. Расчетные пролеты балок принимают равными расстоянию в свету между колоннами или расстоянию от оси опоры на стене (при свободном опнрании) до грани первой колонны. Для упрощения принимают расчетный пролет балки равным пролету плиты в свету между ребрами (с некоторой погрешностью в сторону увеличения расчетного пролета балки). Порядок подбора сечения и принцип армирования балки такие же, как главной балки ребристого перекрытия с балочными плитами. На опорах балки армируют седловидными каркасами, что позволяет осуществить независимое армирование в пересечениях на колоннах. Лекция 10. БАЛОЧНЫЕ СБОРНО-МОНОЛИТНЫЕ ПЕРЕКРЫТИЯ 10.1. Сущность сборно-монолитной конструкции Сборно-монолитная конструкция перекрытия состоит из сборных элементов и монолитных частей бетонируемых непосредственно на площадке. Затвердевший бетон этих монолитных участков связывает конструкцию в единую совместно работающую систему. Сборные элементы перекрытия служат остовом для монолитного бетона и в них размещена основная, чаще всего напрягаемая арматура. Дополнительную арматуру при монтаже можно укладывать на остов из сборных элементов. Сборные элементы изготовляют из бетона относительно высоких классов, бетон же монолитных участков может быть класса С12/15. Работа сборно-монолитной конструкции характеризуется тем, что деформации монолитного бетона следуют за деформациями бетона сборных элементов, и трещины в монолитном бетоне не могут развиваться до тех пор, пока они не появятся в предварительно напряженном бетоне сборных элементов. Опыты показали, что совместная работа сборных предварительно напряженных элементов и монолитных частей возможна и при бетонах на пористых заполнителях. Следует учитывать, что применение сборно-монолитной конструкции требует организации на площадке двух процессов производства работ с различной технологией и применением различных механизмов: монтаж сборных элементов и бетонирование монолитных участков. Поэтому их применение требует соответствующего обоснования. 10.2. Конструкции сборно-монолнтных перекрытий При пролетах до 9 м возможны перекрытия с предварительно напряженными элементами, которые имеют вид железобетонной доски и служат остовом растянутой зоны балки, снабженной арматурой (рис. 10.1). На эти элементы устанавливают корытной формы армированные элементы, а по ним, как по опалубной форме, укладывают монолитный бетон (рис. 10.2). В неразрезных перекрытиях над опорами устанавливают дополнительную арматуру.  1 – монолитный бетон; 2 – предварительно напряженная железобетонная доска; 3 – сборный элемент Рис. 10.1. Сборно-монолитные перекрытия  Рис. 10.2. Ребристые сборно-монолитные перекрытия с остовом из железобетон-ных панелейСборно-монолитные ребристые перекрытия рассчитывают с учетом перераспределения моментов, что дает возможность уменьшить количество опорной арматуры, укладываемой на монтаже. Возможность выравнивания моментов для неразрезных сборно-монолитных элементов проверена специальными опытами. Лекция 11. БЕЗБАЛОЧНЫЕ ПЕРЕКРЫТИЯ 11.1. Безбалочные сборные перекрытия Безбалочное сборное перекрытие представляет собой систему сборных панелей, опертых непосредственно на капители колонн (рис. 11.1). Основное конструктивное назначение капителей в том, чтобы обеспечить жесткое сопряжение перекрытия с колоннами, уменьшить размер расчетных пролетов панелей и создать опору для панелей. Сетка колонн обычно квадратная размером 6×6м. Преимущество безбалочных панельных перекрытий в сравнении с балочными — в лучшем использовании объема помещений из-за отсутствия выступающих ребер, облегчении устройства различных производственных проводок и коммуникаций. Благодаря меньшей конструктивной высоте безбалочного перекрытия уменьшается общая высота многоэтажного здания и сокращается расход стеновых материалов. Конструкция сборного безбалочного перекрытия состоит из трех основных элементов: капители, надколонной панели и пролетной панели. Капитель опирается на уширения колонны и воспринимает нагрузку от надколонных панелей, идущих в двух взаимно перпендикулярных направлениях и работающих как балки. В целях создания неразрезности надколонные панели закрепляют поверху сваркой закладных деталей. Пролетная панель опирается по четырем сторонам на надколонные панели, имеющие полки, и работает на изгиб в двух направлениях как плита, опертая по контуру. После сварки закладных деталей панели в сопряжениях замоноличивают. Безбалочное сборное перекрытие работает подобно ребристому перекрытию с плитами, опертыми по контуру, в котором надколонные панели выполняют роль широких балок. Панели перекрытий выполняют ребристыми или пустотными (рис. 11.2), а капители — полыми или сплошными. Колонны имеют поэтажную разрезку. Расчетный пролет надколонных панелей принимают равным расстоянию в свету между краями капители, умноженному на 1,05. Капители рассчитывают в обоих направлениях на нагрузку от опорных давлений и моментов надколонных плит. Расчетную арматуру укладывают по верху капители, стенки капителей армируют конструктивно. Кроме того, капители рассчитывают на монтажную нагрузку как консоли.  Рис. 11.1. Конструкция безбалочного сборного перекрытия с ребристыми панелями а – общий вид; б – конструктивный план и разрезы  Рис. 11.2. Конструкция безбалочного сборного перекрытия с пустотными панелями а – конструктивный план и разрез; б – детали капители Колонны каркаса рассчитывают на действие продольной сжимающей силы N от нагрузки на вышележащих этажах и на действие изгибающего момента М от односторонней временной нагрузки на перекрытии. 11.2. Безбалочные монолитные перекрытия Безбалочное монолитное перекрытие представляет собой сплошную плиту, опертую непосредственно на колонны с капителями (рис. 11.3). Устройство капителей вызывается конструктивными соображениями, с тем чтобы: а) создать достаточную жесткость в месте сопряжения монолитной плиты с колонной; б) обеспечить прочность плиты на продавливание по периметру капители; в) уменьшить расчетный пролет безбалочной плиты и более равномерно распределить моменты по ее ширине.  Рис. 11.3. Конструкция безбалочного монолитного перекрытия а – общий вид; б – деталь опирания плиты по наружному контуру здания; в – то же в капители колонн Безбалочные перекрытия проектируют с квадратной или прямоугольной равнопролетной сеткой колонн. Отношение большего пролета к меньшему при прямоугольной сетке ограничивается отношением l2/l1<1,5. Рациональная квадратная сетка колонн 6×6 м. По контуру здания безбалочная плита может опираться на несущие стены, контурные обвязки или консольно выступать за капители крайних колонн (рис. 11.4).  Рис. 11.4. К определению размеров капители Для опирания безбалочной плиты на колонны в производственных зданиях применяют капители трех типов: тип I — при легких нагрузках; типа II и III — при тяжелых нагрузках. Во всех трех типах капителей размер между пересечениями направлений скосов с нижней поверхностью плиты принят исходя из распределения опорного давления в бетоне под углом 45°. Этот размер принимают с = (0,2...0,3)l. Размеры и очертание капителей должны быть подобраны так, чтобы исключить продавливание безбалочной плиты по периметру капители. Толщину монолитной безбалочной плиты находят из условия достаточной ее жесткости h=1/32…1/35l2,где l2 — размер большого пролета при прямоугольной сетке колонн); для безбалочной плиты из бетона на пористых заполнителях h=1/27…1/30l2. Безбалочное перекрытие рассчитывают по методу предельного равновесия. Экспериментально установлено, что для безбалочной плиты расчетными загружениями являются: полосовая нагрузка через пролет и сплошная по всей площади. При этих загружениях возможны две схемы расположения линейных пластических шарниров плиты. Монолитная безбалочная плита армируется рулонными или плоскими сварными сетками. Пролетные моменты воспринимаются сетками, уложенными внизу, а опорные моменты — сетками, уложенными вверху. Применяемые для армирования безбалочной плиты узкие сетки с продольной рабочей арматурой на участках, где растягивающие усилия возникают в двух направлениях, укладывают в два слоя по двум взаимно перпендикулярным направлениям (рис. 11.5). Вблизи колонн верхние сетки раздвигают либо в сетках устраивают отверстия с установкой дополнительных стержней, компенсирующих прерванную арматуру. Капители колонн армируют по конструктивным соображениям, главным образом для восприятия усадочных и температурных усилий (рис. 11.6).  Рис. 11.6 Армирование капителей колонн  Рис. 11.5. Армирование безбалочного перекрытия узкими сетками 11.3. Безбалочные сборно-монолитные перекрытия В безбалочных сборно-монолитных перекрытиях остовом для монолитного бетона служат сборные элементы — надколонные и пролетные панели (рис. 11.7). Одно из возможных решений 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 уложены надколонные плиты толщиной 5—6 см; в центре — пролетная плита такой же толщины, опертая по контуру. Сборные плиты предварительно напряженные, армированные высокопрочной арматурой.  Рис. 11.7. Конструкция безбалочного сборно-монолитного перекрытия Сборный остов перекрытия замоноличен слоями бетона толщиной 4—5 см по пролетной плите и 9—10 см 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 сборно-монолитных или монолитных безбалочных перекрытий превышает соответствующий расход для сборных безбалочных перекрытий, выполненных из ребристых или пустотных панелей. |