|
В условиях внецентреиного сжатия
находятся колонны одноэтажных производственных зданий с крановыми нагрузками
(), элементы рамных конструкций, арки (); стены прямоугольных резервуаров (),
воспринимающие боковое давление грунта, элементы безраскосных ферм и т. д.
Внецентренно сжатые элементы испытывают воздействие продольной силы N,
приложенной с эксцентриситетом относительно центра тяжести () или воздействие
силы N и момента М. Одновременное действие силы N и момента М эквивалентно
действию только одной силы N, приложенной с эксцентриситетом e0=MJN
относительно центра тяжести сечения ().
Существует класс конструкций, в которых в соответствии со
статическим расчетом продольная сила действует по оси, проходящей через центр
тяжести сечения. Однако фактически и в этих конструкциях имеет место
случайный эксцентриситет еа, обусловленный случайными горизонтальными силами,
начальным искривлением элемента, неточностью монтажа, неоднородностью свойств
бетона по сечению элемента, неточностью расположения продольной рабочей
арматуры и т. п.
Величину еа принимают равной большему из значений: еа =
1/600, ea=h/30, где / — длина элемента; h — размер поперечного сечения. Кроме
того, для конструкций, образуемых из сборных элементов, следует учитывать
смещение, зависящее от вида конструкции, способа монтажа и т. п.
Согласно нормам [1], при расчете статически определимых
конструкций случайный эксцентриситет еа суммируется с эксцентриситетом
e0=M/N, определенным расчетом; для статически неопределимых конструкций
делается послабление, обусловленное возможностью перераспределения усилий в
элементах конструкций, и значение эксцентриситета принимается равным
расчетному, но не менее случайного.
6.2. Конструктивные особенности сжатых элементов
Поперечные сечения элементов назначают в зависимости от
характера их работы. Для элементов, сжатых со случайными эксцентриситетами,
применяют преимущественно квадратную, круглую или многоугольную формы
поперечного сечения ( 6.3, а). В целях экономии такие элементы могут быть
полыми.
Поперечные сечения элементов, работающих с расчетным
эксцентриситетом, развивают в плоскости действия внешнего момента и принимают
прямоугольными, тавровыми и двутавровыми
Для сжатых колонн применяют бетоны классов В15...В30. В
последние годы разработаны проекты и начато внедрение элементов из бетонов
более высоких классов, что позволяет получить существенную экономию
материалов, особенно у элементов со случайным эксцентриситетом.
Системы армирования сжатых элементов классифицируют по
виду продольной и поперечной арматуры. Армирование в продольном направлении
может выполняться гибкой ( 6.4, а) или жесткой (несущей) арматурой ( 6.4, б),
в поперечном направлении — с помощью хомутов, сеток (так называемое косвенное
армирование, 6.4, в) и спиральной арматуры ( 6.4, г), учитываемых в расчете.
Сжатые элементы проектируют с ненапрягаемой и напрягаемой
арматурой. Предварительно напряженную арматуру целесообразно применять при
относительно больших эксцентриситетах, когда изгибающие моменты значительны и
вызывают растяжение части сечения, а также при большой гибкости элементов.
Для гибких элементов предварительное напряжение создает лучшие условия работы
в период изготовления, транспортирования и монтажа, так как они работают на
поперечный изгиб.
В основном сжатые элементы армируют ненапрягаемой
арматурой классов A-II...A-III. В этом случае диаметр продольных стержней
обычно назначают не более 40 мм и не менее 16 мм в сборных элементах и 12 мм в монолитных. Стержни диаметром более 40 мм трудно обработать, а менее 12... 16 мм не обеспечивают жесткости каркаса при монтаже.
Все стержни рабочей арматуры рекомендуется назначать
одинакового диаметра. Если рабочая арматура конструируется из стержней
разного диаметра, то допускается применение не более двух разных диаметров.
При этом стержни большого диаметра размещают в углах сечения. Рабочие стержни
устанавливают в поперечном сечении возможно ближе к поверхности элемента с
соблюдением минимальной толщины защитного слоя бетона, которая должна быть не
менее диаметра стержня и не менее 20 мм. Расстояние в свету между стержнями назначают не менее 30 мм в сборных колоннах (при горизонтальном
бетонировании), не менее 50 мм в монолитных колоннах (при вертикальном
бетонировании) и в обоих случаях не менее диаметра стержня ( 6.5).
Максимально допустимое расстояние между стержнями составляет 400 мм.
В элементах со случайным эксцентриситетом продольную
арматуру распределяют равномерно по периметру сечения с обязательной
постановкой стержней в углах, с тем чтобы колонна могла лучше воспринимать
изгибающие моменты от случайных боковых воздействий и расчетных усилий.
Колонны сечением до 40 х 40 см можно армировать четырьмя стержнями, а при
расстоянии между ними более 400 мм следует предусматривать промежуточные
стержни по периметру сечения.
В элементах с расчетными эксцентриситетами (е0>еа) и
сечениями, развитыми в плоскости действия момента, продольные рабочие стержни
размещают вдоль коротких граней ( 6.5).
Расположение продольной арматуры может быть симметричным
(As=Af) ( 6.5) относительно центра тяжести сечения и несимметричным (А3ФА'3).
Первый вариант армирования применяют в элементах с малыми эксцентриситетами
приложения продольной силы и при действии близких по значению моментов разных
знаков. Симметричное армирование проще в изготовлении, но менее экономично в
случае больших эксцентриситетов.
Поперечную арматуру (хомуты) в сжатых элементах
устанавливают конструктивно для обеспечения проектного положения продольной
арматуры и предотвращения ее стержней от выпучивания при действии внешней
нагрузки, а при необходимости для восприятия поперечной силы. Исходя из этого
расстояния между хомутами назначают: при Л1С^400 МПа — не более 500 мм и не более 20d в сварных каркасах или \5d ъ вязаных; при RK>450 МПа — не более 400 мм и не более I5d в сварных каркасах и 12d в вязаных. В местах стыкования рабочих стержней внахлестку
без сварки расстояния между хомутами принимают не более 10d. Если общее
насыщение элемента продольной арматурой составляет более 3%, то хомуты
устанавливают не более чем через 10d и 300 мм. Во всех случаях шаг хомутов округляют до размеров, кратных 50 мм.
Продольную и поперечную арматуру в сжатых элементах
объединяют в пространственные сварные и вязаные каркасы. Сварные
пространственные каркасы образуются из плоских каркасов, расположенных у
противоположных граней колонны, с помощью поперечных соединительных стержней,
привариваемых контактной точечной сваркой к угловым продольным стержням или
путем сварки отдельных плоских каркасов между собой. Если каркасы
противоположных граней колонны имеют промежуточные продольные стержни, то их
по крайней мере через один соединяют с помощью привариваемых поперечных
стержней или шпилек ( 6.5, б). При этом расстояние между закрепленными
стержнями должно быть не более 400 мм.
Шпильки допускается не ставить при ширине грани колонны 500 мм и менее, если число продольных стержней у этой грани не превышает четырех ( 6.5, а).
Вязаные пространственные каркасы образуют путем охвата
продольных стержней замкнутым хомутом. При этом продольные стержни хотя бы
через один должны располагаться в местах перегиба хомутов, а расстояние между
перегибами должно быть не более 400 мм по ширине грани элемента ( 6.5, д).
В качестве продольной арматуры целесообразно применять
горячекатаные стали классов A-III, Ат-Ш и A-II. Максимальные сжимающие
напряжения в арматуре зависят от предельной сжимаемости бетона и достигают
а3=400 МПа, а при длительном действии нагрузки сг, = 500 МПа. Поэтому
применение в сжатых элементах арматуры с расчетным сопротивлением Д. > as
невыгодно, так как не используются прочностные свойства стали. При
значительных нагрузках и больших эксцентриситетах возможно применение в
вязаных каркасах арматуры классов AT-IV, AT-V, A-V диаметром до 32 мм в сочетании с сетками косвенного армирования, повышающего деформативность бетона.
Насыщение поперечного сечения сжатых элементов продольной
арматурой оценивают коэффициентом (процентом) армирования fi (ji%). При этом
в элементах со случайным эксцентриситетом принимают n = (A1+As)/bh0, а в
элементах с расчетным эксцентриситетом ц = А31Ыг0 и ii' = A'slbh0. По
экономическим соображениям оптимальный процент армирования принимают 1...2%.
Не рекомендуется проектировать элементы с fi>3%.
Минимальное содержание арматуры устанавливают в
зависимости от гибкости элемента: оно обеспечивает воспринятие не учитываемых
расчетом воздействий (температурных, усадочных и др.) и предотвращает хрупкое
разрушение от образования трещин. В элементах с расчетным эксцентриситетом
минимальный процент армирования, определенный по площади сечения арматуры А,
или А,, колеблется в пределах 0,05...0,25%, а в элементах со случайным
эксцентриситетом и продольной арматурой, расположенной по всему контуру,
минимальный процент армирования относится к полной площади сечения бетона и
принимается вдвое больше указанных значений.
|