васильев. Модуль 1. Физикомеханические свойства материалов бетонных и железобетонных конструкций. Сущность железобетона
 Скачать 24.66 Mb.
|
14.Расчет изгибаемых железобетонных элементов по деформациямРасчет перемещений железобетонных элементов – прогибов, углов поворота –основан на определении кривизны оси при изгибе или жесткости элемента. Участки элемента могут быть с трещинами и без трещин (при полной нагрузке не образуются трещины).Кривизна оси на участке без трещин определяется как для сплошного сечения по известной зависимости  (14.1)где с и t – соответственно деформации сжатой и растянутой грани элемента; D - изгибная жесткость сечения, равная D=Eb1*Jred; M – изгибающий момент от внешней нагрузки или момент усилия предварительного обжатия относительно оси, проходящей через центр тяжести приведенного сечения; Ired – момент инерции приведенного сечения относительно его центра тяжести, определяемый как для сплошного тела по общим правилам сопротивления упругих материалов с учетом всей площади бетона и площадей сечения арматуры с коэффициентом приведения арматуры к бетону, равном  ;Eb1 – модуль деформации сжатого бетона, принимаемый равным: Eb1=0,85Eb- при кратковременном действии нагрузки; Eb1= Eb = Eb/(1+сr) – при продолжительном действии нагрузки. Кривизна оси на участке с нормальными трещинами в растянутой зоне определяется на основе следующих предпосылок: -верна гипотеза плоских сечений; -бетон сжатой зоны работает упруго; -растянутый бетон в сечении с трещиной не учитывается; - растянутый бетон в сечении между трещинами учитывается коэффициентом S. Жесткость сечения на участке с трещинами определяется D=Ebred*Jred, (14.2) где   - моменты инерции бетона сжатой зоны, растянутой и сжатой арматуры относительно центра тяжести сечения (без учета бетона растянутой зоны);S1 =ES/Ebred – для сжатой арматуры; S2 =ES,red/Eb,red – для растянутой арматуры; ES,red = ES/S S =1-0,8S,crc/S  Рис.14.1. Приведенное поперечное сечение (а) и схема напряженно деформированного состояния изгибаемого элемента с трещинами (б) при расчете его по деформациям 1 – центр тяжести приведенного сечения без учета растянутой зоны бетона Положение нейтральной оси определится из уравнения равновесия моментов относительно нейтральной оси по выражению  (14.3)где  ,  - статические моменты бетона сжатой зоны растянутой и сжатой арматуры соответственно относительно нейтральной оси.Для предварительно-напряженных изгибаемых элементов расчетная схема имеет вид, показанный на рис.3. Положение нейтральной оси определится из уравнения равновесия моментов относительно нейтральной оси по выражению  (14.4)где yN – расстояние от нейтральной оси до точки приложения продольной силы (усилия предварительного обжатия) определенного как для внецентренного сжатия; Ib, I  , Is – моменты инерции соответственно сжатой зоны бетона, площадей арматуры сжатой и растянутой зоны относительно нейтральной оси; Sb, S , Ss – статические моменты соответственно сжатой зоны бетона, площадей арматуры сжатой и растянутой зоны относительно нейтральной оси.Полную кривизну изгибаемых элементов определяют: а) для участков без трещин в растянутой зоне по формуле  , (14.5)где  и  – кривизны соответственно от непродолжительного действия кратковременных нагрузок и от продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок; – кривизна от непродолжительного действия усилия предварительного обжатия Р (т.е. при действии M=Peор)б) для участков с трещинами в растянутой зоне по формуле  , (14.6)где – кривизна от непродолжительного действия всех нагрузок, на которые производят расчет по деформациям; – кривизна от непродолжительного действия постоянных и длительных нагрузок; – кривизна от продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок.Кроме того, в формулах (4.29) и (4.30) может быть учтена кривизна  , обусловленная остаточным выгибом элемента вследствие усадки и ползучести бетона в стадии изготовления от усилия предварительного обжатия P(1) и собственного веса элемента.Расчет изгибаемых элементов по прогибам производят из условия  (14.7)где f – прогиб элемента от действия внешней нагрузки; fult – значение предельно допустимого прогиба. Прогибы изгибаемых элементов определяют по общим правилам строительной механики в зависимости от изгибных и сдвиговых деформационных характеристик железобетонного элемента в сечении по его длине (кривизны и углов сдвига). Прогиб элементов, обусловленный деформацией изгиба, определяют по формуле  , (14.8)где  – изгибающий момент в сечении х от действия единичной силы, приложенной в сечении, для которого определяют прогиб, в направлении этого прогиба; – полная кривизна элемента в сечении х от внешней нагрузки, при которой определяют прогиб.Для элементов постоянного сечения, работающих как свободно опертые или консольные балки, прогиб допускается определять, вычисляя кривизну только для наиболее напряженного сечения и принимая для остальных сечений кривизны изменяющимися пропорционально значениям изгибающего момента, т.е. по формуле  (14.9)где  – полная кривизна в сечении с наибольшим изгибающим моментом;S – коэффициент, принимаемый в зависимости от схемы нагружения - 5/48 для равномерно-распределенной нагрузки. Если прогиб, определяемый по формуле (14.9), превышает допустимый, то его значение рекомендуется уточнить за счет учета повышенной жесткости на участках без трещин и учета переменной жесткости на участках с трещинами. Расчет предварительно напряженных элементов по деформациям производят с учетом эксплуатационных требований, предъявляемых к конструкциям. Модуль №5. Железобетонные конструкции многоэтажных зданий 15.1.Конструктивные схемы зданий Конструктивная схема здания это понятие, характеризующее тип несущей системы здания. Различают каркасные, панельные (бескаркасные), многоэтажные и одноэтажные. Каркасные конструктивные схемы из сборного железобетона - промышленные и гражданские здания состоят из отдельных элементов, соединенных в единую пространственную систему – фундаменты, колонны, ригели, плиты перекрытия и покрытий, элементы жесткости. Общие требования – должна быть обеспечена: прочность несущей системы и каждого элемента в отдельности; пространственная жесткость и устойчивость; трещиностойкость.  Рис.15.1.Несущие элементы многоэтажного каркасного здания из сборного железобетона Каркас одноэтажного здания состоит из фундамента, колонны, ригеля, покрытия и плиты пп. Рис.15.2. Каркас одноэтажного промышленного здания Панельные конструктивные системы состоят из фундаментов, стен (продольных и поперечных) и плит перекрытия и покрытия.  Рис.15.3.Конструктивные схемы бескаркасных панельных домов: а и б- с несущими продольными и поперечными несущими стенами; в с несущими продольными стенами; г – с несущими поперечными стенами Рис.15.4. Комбинированные каркасно-панельные конструктивные схемы: а – с поперечным каркасом; б – с продольным каркасом; в – с безригельным перекрытием; г – с неполным каркасом и несущими наружними панелями По способу восприятия горизонтальной нагрузки – каркасные и с жесткой конструктивной схемой – панельные. 15.2.Конструктивные схемы многоэтажных промзданий Для размещения различных производств наиболее рациональной конструктивной схемой является многоэтажный каркас. Каркасные системы открывают широкие возможности для планировки помещений и в большей степени отвечают требованиям по размещению технологии производства. До настоящего времени каркасные промздания в основном возводились из сборного железобетона. Высота промзданий как правило не превышает шести этажей общей высотой до 40м. Сетка колонн и высота этажа определяется функциональным назначением. Наиболее распространенные сетки колонн – 6х6, 6х9, 6х12, реже 9х9, 9х12 и 12х12. Небольшой шаг обусловлен большими промнагрузками на перекрытия. Различают: -каркасы регулярной структуры (рис.15.5,а); -каркасы с верхним крановым этажом(рис.15.5,б); -каркасы с межферменными этажами.   Рис.15.5. Каркас многоэтажного промышленного здания: а – с регулярной структурой; б – с мостовым краном на верхнем этаже Пространственная жесткость каркасной несущей системы обеспечивается вертикальными конструкциями - рамами, диафрагмами жесткости или связевыми панелями, которые объединены дисками перекрытий. От способа восприятия горизонтальных нагрузок различают рамные, связевые, рамно-связевые и комбинированные каркасы. Рамные системы - горизонтальная нагрузка воспринимается продольными и поперечными рамами с жесткими узлами сопряжения колонн и ригелей, колонн и перекрытий. Жесткое сопряжение элементов перекрытия с колоннами в двух направлениях чаще всего встречается в каркасах из монолитного бетона.  Рис.15.6. Жесткие узлы сопряжения сборных ригелей с колоннами Связевые системы - горизонтальная нагрузка воспринимается вертикальными диафрагмами жесткости. Узлы сопряжения колонн и ригелей принимаются - шарнирными. Рамно-связевые системы – рамная система в поперечном направлении, в продольном - связевая система. Комбинированные – рамная система в сочетании со связевой системой в одном направлении. Наиболее распространенный тип каркасов из сборного железобетона это рамно-связевый – рамный в поперечном направлении и связевый в продольном. Встречаются и комбинированные каркасы и с различными типами сопряжений элементов перекрытий и колонн. Диафрагмы жесткости могут быть – сплошные плоские, в виде ядер жесткости различного очертания в плане, и в виде связевых панелей из металлических связей. Диафрагмы жесткости могут устанавливаться и в рамном направлении при недостаточной пространственной жесткости. По способу возведения: -из сборного железобетона с системой разрезки -каркасы из монолитного железобетона; -сборно-монолитные каркасы – комбинация предыдущих двух. Несущими элементами сборного каркаса являются: колонны, ригели, плиты перекрытия и покрытия, элементы жесткости, фундаменты и стены. 15.3.Многоэтажные гражданские здания Конструктивные схемы. Различают каркасные и бескаркасные (панельные,см. рис.15.3) многоэтажные гражданские здания и комбинированные (см.рис.15.4). Количество этажей может меняться в значительных пределах – от 12 до 24 – 36 и более. Наиболее распространенные каркасные системы, состоящие, как и промышленные здания из несущих подсистем – продольные и поперечные рамы, вертикальные диафрагмы жесткости и объединяющие их в единую систему диски перекрытия. Каркасы гражданских зданий также различают по способу восприятия горизонтальных нагрузок – связевые, рамные и рамно-связевые. В зависимости от объемно-планировочных решений и назначения здания могут быть каркасы с продольными или поперечными рамами, с одним ядром жесткости или двумя ядрами жесткости.     Рис.15.7.Конструктивные решения планов многоэтажных гражданских зданий: 1 – каркасное с поперечным расположением рам; 2 – каркасное с продольным расположением рам; 3 – панельное с поперечным расположением несущих стен; 4 – каркасное с центральным ядром жесткости замкнутого очертания; 5 – каркасное с двумя ядрами жесткости открытого очертания – двутавры; 6 – каркасное с двумя ядрами жесткости. Основные вертикальные конструкции - многоэтажные рамы с колоннами постоянного или переменного сечения, вертикальные диафрагмы жесткости, как правило, сплошные или с проемами – схема. Вертикальные конструкции объединены дисками перекрытия. Бескаркасные – это панельные жилые дома, гостиницы и т.д. Это здания со стационарной планировкой. В таких зданиях вертикальные несущие элементы – это стены являются и диафрагмами жесткости в продольном и поперечном направлениях а связывают их в единую систему диски перекрытия. Стеновые панели навешивают на торцы несущих стен По способу возведения монолитные, сборные и сборно-монолитные. 16. Плоские перекрытия многоэтажных зданий По конструктивной схеме перекрытия можно разделить на балочные и безбалочные. Балочные – все элементы перекрытий (ригели и плиты) работают по балочной расчетной схеме. Безбалочные перекрытия - плиты перекрытия опираютсяна ригели, стены или непосредственно на колонны (капители колонн) – плиты работают в двух направлениях. Могут быть сборными и монолитными.  Рис.16.1.Фрагмент сборного перекрытия Состав сборного перекрытия - ригели и плиты перекрытий. Ригели опираются на колонны или несущие стены. Ригели вместе с колоннами образуют рамы. Размеры пролетов плит перекрытия и ригелей определяют общей компановкой конструктивной схемы здания. В сборных конструкциях пролеты и высоты, габариты всего здания, как правило, унифицированы. Плиты перекрытия делятся на сплошные, пустотные и ребристые(рис.16.2,16.3).  Рис.16.2. Сечения сплошных плит Рис.16.3. Сечения пустотных (а,б,в) и ребристых (г и д) плит Для облегчения веса в плитах устраивают пустоты или ребра – общий принцип – удаление как можно большего бетона из растянутой зоны. Расчетный пролет принимают равным расстоянию между осями опор. Высота сечения принимается h=1/20 – 1/30 пролета. Фактическое сечение сложной формы заменяется эквивалентным расчетным сечением.  Рис.16.4.Формирование расчетного сечения многопустотных плит Армирование многопустотных плит (рис.16.5) – продольная арматура А500 и выше, высокопрочная проволока и канаты. В пустотных плитах каркасы устанавливаются, как правило, только в приопорных зонах,  Рис.16.5. Армирование многопустотной плиты перекрытия Швы между плитами омоноличивают для обеспечения совместной работы. |