васильев. Модуль 1. Физикомеханические свойства материалов бетонных и железобетонных конструкций. Сущность железобетона

• Название: Модуль 1. Физикомеханические свойства материалов бетонных и железобетонных конструкций. Сущность железобетона
• Анкор: васильев.doc
• Дата: 25.12.2017
• Размер: 24.66 Mb.
• Имя файла: васильев.doc
• Тип: Документы; #12933
• страница: 5 из 5

17.Проектирование сборных ригелей перекрытий

Ригели в каркасных зданиях являются элементами поперечных или продольных рам. Ригели с предварительным напряжением и без, бывают таврового или прямоугольного сечения, могут быть разрезные и неразрезные.

Разрезные ригели в расчетной схеме представлены как однопролетные статически определимые балки. Неразрезные ригели в расчетной схеме представлены как многопролетные статически неопределимые балки. Особенностью неразрезных ригелей является - свойство перераспределения усилий. Физический смысл заключается в том, что после образования трещин и достижения в арматуре напряжения близких к предельным, изменяется соотношение жесткостей в пролете и на опоре. И как следствие в статически неопределимых конструкциях изменяются усилия в сечениях.

Усилия – изгибающие моменты – определяются статическим или кинематическим способом для стадии предельного равновесия.

Статический способ

- балочный момент.



Рис.17.1.Расчетная схема статически неопределимой балки для составления уравнения виртуальных работ

Кинематический способ составляется уравнения виртуальных работ для балки состоящей из жестких звеньев

_А=tg_А=f/a _B=tg_B=f/b A_f=Ff- виртуальная работа силы
A_M=M=( _А+ _B)M_l+ _АM_A+_BM_B

A_f= A_M

Для практических расчетов чтобы учесть явление перераспределения усилий выполняют следующее:

-вычисляют опорные моменты по упругой схеме;

- в зависимости от соотношения жесткостей определяют поправочные коэффициенты на которые умножают значения опорных моментов;

- по опорным моментам определяют значения пролетных моментов.

Стыки ригеля с колонной размещают непосредственно на боковой грани колонны. Ригель опирается на открытую либо скрытую консоль. Существуют и бесконсольные стыки.
18.Монолитные перекрытия.

Монолитные плоские перекрытия по конструктивной схеме разделяют на две основные группы: балочные и безбалочные. Балочные перекрытия в свою очередь могут быть ребристыми с балочными плитами (1 тип) и ребристыми с плитами, работающими в двух направлениях (2 тип). Монолитные ребристые перекрытия состоят, как правило, из системы перекрестных главных и второстепенных балок и плиты, работающей по короткому направлению.


Рис.18.1. Монолитное ребристое перекрытие с балочными плитами:

1 – главная балка; 2 – второстепенная балка; 3 – колонна; 4 - плита
Все элементы перекрытия монолитно связаны между собой и, предполагается, что работают по балочной неразрезной схеме. Главные балки стремятся располагать по короткому шагу колонн, как наиболее нагруженным элементам перекрытия. Второстепенные балки располагают с шагом как правило не более 2.7м, с учетом того чтобы ось одной из балок совпадало с осью колонн. При этом чтобы плиты в коротком направлении работали по балочной схеме соотношение короткой к длинной стороне в ячейки плане должно отвечать неравенству l₁/l₂< 0.5. При соотношении сторон плиты l₁/l₂> 0.5 необходимо учитывать работу в двух направлениях.

Пролет главных балок 6-8м, второстепенных – 5-7м, плит - 1.5 – 3м. Минимальная толщина плиты – 60мм. Высота сечения второстепнных балок 1/12- 1/20L, главных – 1/8 – 1/15L, ширина – 0,4 -0,5h.

Инженерный метод расчета элементов монолитного перекрытия, конструктивная схема которого показана на рис.18.1 основан на следующей последовательности: расчет плиты перекрытия, расчет второстепенной балки и расчет главной балки. Нагрузки на плиту и второстепенную балку принимаются как равномерно-распределенные.

Нагрузки на главную балку считаются приложенными в виде сосредоточенных сил от веса второстепенных балок, плит и временной нагрузки собираемой с соответствующих грузовых площадей.

Армируются плиты сетками с продольным расположение рабочей арматуры. Расположение сеток производится по эпюре моментов.

Второстепенные и главные балки армируются плоскими или пространственными каркасами с расположением рабочей арматуры как для неразрезных многопролетных конструкций.
19.Безбалочные перекрытия

19.1.Ребристые монолитные перекрытия, с плитами опертыми по контуру

Данный тип перекрытий применяется в основном в общественных зданиях где повышенные требования к архитектурной выразительности - вокзалы и т.д.

Перекрытие состоит из плит, работающих в двух направлениях и балок, окаймляющих ячейки плит перекрытия.

Наиболее распространенные размеры ячеек – 4-6м (рис.19.1,а), а соотношение сторон составляет – 1-1,5. Пролеты принимаются равными расстоянию в свету между балками.

Плиты опираются на балки, с которыми монолитно связаны, балки в свою очередь опираются на колонны. Высоты сечения плит принимается 50-140мм и не менее 1/50 меньшей стороны. Высота балок принимается одинаковой для всех сторон.

Если балки расположены часто (менее 2м) без промежуточных колонн то перекрытие называют кессонным (рис.19.1,б).


Рис.19.1.Конструктивные планы ребристых перекрытий с плитами, опертыми по контуру



Рис.19.2. Схемы трещинообразования на нижней (а) и верхней (б) поверхности плит при их разрушении

Схема разрушения плит опертых по контуру представлена на рис.19.2. По нижней поверхности расположение трещин напоминает конверт (рис.19.2,а). По верхней поверхности трещины распределяются параллельно сторонам с закруглениями в углах (рис.19.2,б).

Схема разрушения для данных плит используется для оценки их несущей способности.

Инженерный метод расчета плит опертых по контуру основывается на кинематическом методе предельного равновесия. Плита рассматривается как система из плоских звеньев по линии излома и соединенных пластическими шарнирами. Задача решается следующим образом:

- задается бесконечно малое перемещение по принятым линиям излома и принятой схеме нагружения;

-составляется уравнение равенства работ внутренних и внешних сил по принятому перемещению;

-значение внешней нагрузки, удовлетворяющей данному условию и есть несущая способность плиты.

Армируется плита сетками как это показано на рис.19.3 в соответствии с распределением изгибающих моментов


Рис.19.3. Армирование плит, опертых по контуру: а – расположение сеток по нижней поверхности, б и в – расположение сеток в разрезе

Нагрузка на балки от плит передается в соответствии с грузовой площадью по закону треугольника или трапеции (рис.19.4).



Рис.19.4.Расчетные схемы балок (а,б) ребристых перекрытий, с плитами опертыми по контуру и их армирование (в)

В соответствии с нагрузкой определяются изгибающие моменты.

Расчетный пролет балок принимается равным расстоянию в свету.

19.2. Безбалочные гладкие монолитные перекрытия.

Перекрытие представляет собой сплошную плиту опертую на колонны (рис.19.5). Для распределения сосредоточенной нагрузки у верха колонн устраивают капители. Капители также повышают жесткость в месте сопряжения плиты с колонной.


Рис.19.5. Безбалочное монолитное перекрытие: а – общий; б – фрагмент опирания на стену; в – капители колонн
Сетка колонн – квадратная или прямоугольная (ограничения l₁/l₂ <1,5), рациональная сетка 6х6м. По краям плита опирается на несущие стены, крайние колонны с обвязкой, консольно.

Капители устраивают из расчета, давление распределяется под углом 45⁰. Ширина капители у низа плиты должна быть не менее 0,2-0,3L. Основное требование – обеспечить прочность от продавливания.

Толщину плиты принимают не менее h=(1/30….1/35)L большей стороны.

Расчет плит производят по методу предельного равновесия. Принимается два вида нагрузок - полосовая через пролет и сплошная при которых возможны две схемы разрушения.

Армирование плит производится рулонными сетками уложенными в соответствии с распределением изгибающих моментов – у колонн в верху, в пролетах – по низу. Капители армируют по конструктивным требованиям из условия восприятия усадочных и температурных напряжений.
20.Вертикальные несущие конструкции многоэтажных зданий

К вертикальным несущим конструкциям многоэтажных зданий относятся стены, колонны и диафрагмы жесткости. В связевых каркасах средние колонны работают близко к схеме центрального сжатия. Но из-за несовершенств в конструкциях принято считать по схеме со случайным эксцентриситетом. Крайние колонны каркаса работают как внецентренно сжатые. Внецентренное сжатие испытывают колонны в рамных каркасах.

Разрезка колонн в сборных каркасах может быть поэтажная или многоэтажная но высотой не более трех этажей (рис.20.1). Это ограничение принято из-за транспортных требований.




Рис.20.1.Разрезка многоэтажного здания на сборные элементы
Колонны армируются как правило равномерно по сечению или симметрично плоскости доминирующих изгибающих моментов. Продольная арматура принимается не выше А500, реже А600, поперечная – А240 – А300. Продольная и поперечная арматура собирается в пространственные каркасы.
21.Железобетонные фундаменты

Фундаментные конструкции практически всех зданий и сооружений выполняются из железобетона – монолитного или сборного. Фундаменты мелкого заложения принято различать трех типов:

- ленточные – под несущими и ограждающими стенами, под рядами колон в одном или двух направлениях (рис.21.1, 21.2);

- одиночные, столбчатые – под колонны или стойки;

- сплошные или массивные – выполняются под всем сооружением или технологическим оборудованием.

Ленточные фундаменты устраивают для передачи нагрузки на основание от протяженных элементов строительных конструкций – стен зданий и сооружений, опорных рам оборудования и т.п. Ленточные фундаменты имеют, как правило, вид непрерывных стен или перекрестных балок. Под рядами колонн ленточные ф-ты устраивают при их близком расположении или при слабых или неоднородных грунтах.

Ленточные фундаменты изготавливаются из сборного или монолитного бетона и железобетона. Подошва ленточных фундаментов имеет, как правило, уширение для снижения давления на грунты основания.



Рис.21.1.Сборные ленточные фундаменты по стены: а-общий вид сборного фундамента состоящего из блоков (1) и подушек (2); б-типы сборных подушек – сплошные, ребристые и пустотелые.




Рис.21.2. Ленточные монолитные фундаменты под колонны: а - одиночный ряд колонн; б – перекрестный ленточный фундамент; в,г – армирование ленточного фундамента; 1- ребро ленты; 2 – полка; 3 – сварные каркасы; 4 – нижние сварные или вязанные сетки
Одиночные или столбчатые фундаменты - представляют собой столбы с развитой опорной частью, передающие на грунт сосредоточенные нагрузки от колонн (рис.21.3), стен углов зданий, опор рам, балок, ферм, арок и других элементов.

Столбчатые фундаменты под отдельные опорыделают цельными или составными из железобетонных блоков и плит. Для установки колонн в верхней части отдельных фундаментов устаиваются углубления – «стаканы» для заделки колонн бетоном. Такие фундаменты принято называть стаканного типа.

Фундаменты больших размеров делают составными из отдельных блоков и плит, что удобно для изменения формы и величины фундаментов. При больших нагрузках и эксцентриситетах чаще всего используются монолитные столбчатые фундаменты. В производственных зданиях верх стакана устанавливается на уровне земли для облегчения монтажа колонн, выполняемый после засыпки котлована.

Бетон – тяжелый В15-В25.

Армирование – подошва армируется сварными сетками. Защитный слой не менее 35мм с подготовкой и 70мм – без гравийно-песчаной подготовки.

Сборные колонны заделывают в стаканы – глубина заделки не менее 1,5 большего размера стороны сечения. Зазоры заполняют бетоном на мелком заполнителе.

Рис.21.3.Сборные железобетонные фундаменты колонн стаканного типа: а общий вид; б – сечение стакана; в – установка колонны в стакан фундамента
Монолитные отдельныефундаменты устраивают под сборные и монолитные каркасы (колонны (рис.21.4)).

В монолитных фундаментах для сборных колонн приняты – удлиненный подколонник и плита может быть многоступенчатой.

Для монолитных колонн – по форме ступенчатые, пирамидальные (рис.21.4)

Армирование – сварные сетки в плите и пространственные каркасы в подколоннике.

Отдельные фундаменты на свайном основании, чаще выполняются в монолитном варианте и состоят из свай и монолитного ростверка на который опирается колонна (рис.21.5).





Рис.21.4. Монолитный отдельный фундамент под сборную колонну: общий вид и схема армирования; б – армирование стенок стакана




Рис.21.5. Монолитный ростверк свайного фундамента под колонну: а – вид сверху; б – схема армирования; в – схема распределения усилий

Сплошные фундаменты сооружаются под всей площадью здания и представляют собой сплошную, ребристую (кессонную), безбалочную или коробчатую железобетонную плиту. Этот тип фундаментов рекомендуется применять для снижения неравномерности деформаций при слабых, просадочных (грунты существенно снижающие свои свойства при замачивании) и набухающих (грунты, увеличивающиеся в объеме при замораживании) грунтах.
Модуль №6. Каменные и армокаменные конструкции
22.Физикомеханические свойства материалов каменных и армокаменных конструкций

Каменная кладка состоит из искусственных или природных камней, объединенных с помощью раствора в монолит. Достоинством каменных конструкций является долговечность, прочность, огнестойкость, хорошая тепло и звукоизоляция, относительно низкая себестоимость.

К недостаткам можно отнести относительно большая масса и высокая трудоемкость.

Для повышения несущей способности кладку армируют.

В качестве каменных материалов используют штучные камни массой не более 40кг. К штучным материалам относят: кирпич керамический; керамические камни, природные камни правильной формы и бутовые (неправильной) формы.

По происхождению можно дать следующую классификацию:

- природные – добываемые в карьерах;

- искусственные – изготавливаемые путем обжига (керамический кирпич) и не обжигаемые – силикатные, шлаковые, бетонные.

По структуре:

- полнотелый кирпич и сплошные камни;

- пустотелый с пустотами различной формы.

Выпускают кирпич следующих размеров:

- одинарный – 250х120х65мм;

- утолщенный (полуторный) -250х120х88мм;

- двойной 250х120х138мм.

-блоки размеры разные

Основной характеристикой каменных материалов является их прочность - марка, сопротивление при сжатии. Марки камней изменяются в пределах 0,4 – 100МПа.

К каменным материалам предъявляют требования по прочности и по морозостойкости - количество циклов замораживания и оттаивания в водонасыщенном состоянии.

Раствором для каменных кладок служат цементные, известковые и смешенные. Характеристикой раствора является так же их марка – прочность при сжатии (кубик с ребром 7см).

Чаще всего используют растворы марок 10-100.

Для армирования кладки используют проволоку В-1 диаметром 3-8мм в виде сварных сеток.

Прочность кладки зависит от прочности камня и раствора, размеров камней и их формы, качества заполнения растворных швов и их сцепления с камнем.

Кирпич опирается не всей площадью на раствор а частично. В результате давление распределяется неравномерно вызывая изгиб, локальные напряжения, внецентренное сжатие и скалывание. Поперечные деформации раствора превышают поперечные деформации камней в результате возникают растягивающие напряжения. Из-за сложного напряженного состояния прочность кладки меньше прочности камня.

Прочность кладки на слабых растворах составляет 10-15% от прочности кирпича, при прочном растворе – 30-40%.

Основой характеристикой кладки является расчетное сопротивление сжатию - R, осевому растяжению R_t, растяжению при изгибе R_u, сопротивление срезу R_sh.

Расчетное сопротивление получается делением временного сопротивления на коэффициент безопасности равного 2.

Расчетное сопротивление кладки сжатию применяется при расчете столбов простенков, стен.
23.Расчет каменных конструкций.

Расчет каменных и армокаменных конструкций ведется по методу предельных состояний: первая группа – расчет по прочности и устойчивости; вторая – расчет по образованию трещин и деформациям.

Центральное сжатие



где N – расчетная продольная сила, m_g – коэффициент учитывающий увеличение прогиба вследствие ползучести; - коэффициент продольного изгиба, R – расчетное сопротивление кладки сжатию, А – площадь сечения элемента.

Коэффициенты m_g и  зависят от геометрии элементов, условий их закрепления упругих характеристик. Подбор сечения производят последовательным приближением, задаваясь предварительно сечением и свойствами кладки.

Внецентренное сжатие.

Продольная сила приложена с эксцентриситетом и характер напряженного состояния зависит от величины эксцентриситета:

- при малых e₀ все сечение сжато (рис.6,а);

- при увеличении эксцентриситета появляется растянута зона (рис.23.1,б);

- при больших эксцентриситетах появляются трещины и работает только часть сечения (рис.23.1,в).



Рис.23.1. Эпюры напряжений при внецентренном сжатии кладки и ее

расчетная схема

С учетом гибкости, длительности действия нагрузки условие прочности записывается



где А_С – площадь сжатой части сечения;



φ – коэффициент продольного изгиба для всего сечения с расчетной высотой l₀;

φ – коэффициент продольного изгиба для сжатой части сечения с фактической высотой сечения H;

для прямоугольного сечения

.

Для повышения несущей способности каменных конструкций их армируют:

-поперечное армирование сетками и т.д.;

-продольное армирование – с расположением арматуры в специальных пазах, бороздах и с заделкой их раствором, армирование путем включения железобетонных элементов;

-армирование путем охвата кладки стальными или железобетонными обоймами.

Сетчатое армирование применяют в негибких столбах с небольшими эксцентриситетами. Сетки препятствуют развитию поперечных деформаций тем самым создавая эффект обоймы.

При марке раствора 50 и выше расчетное сопротивление при центральном сжатии

,

где - коэффициент объемного армирования; А_st – площадь сечения стержней сетки, С – размер ячейки сетки, S – шаг сеток по высоте.

При внецентренном сжатии при марке раствора 50 и выше расчетное сопротивление кладки

,

где e₀ – эксцентриситет продольной силы, y – расстояние от ц.т. сечения до сжатой грани.

24.Несущие системы зданий из каменных и армокаменных конструкций

Расчетные схемы каменных зданий определяются в основном условиями взаимодействия несущих стен и перекрытий при горизонтальных нагрузках. Жесткость этих конструкций и определяет характер работы стен и столбов сооружения. В соответствии с этим различают здания с жесткой и упругой конструктивной схемой.

Жесткая конструктивная схема обусловлена тем, что в расчетной схеме опорные системы это вертикальные поперечные стены и перекрытия можно принимать как не деформируемые конструкции.

К упругим опорам относят перекрытия и покрытия, расстояния между поперечными стенами в которых велико (превышают нормируемые значения) и деформациями перекрытий в своей плоскости пренебрегать нельзя.

Жесткая конструктивная схема характерна для многоэтажных зданий, упругая – для одноэтажных производственных зданий.