|
|
Сборные балочные перекрытия
состоят из плит (панелей) и ригелей, расположенных вдоль или поперек здания ().
Нагрузка от плит передается на ригели. Ригели могут опираться на колонны
(здания с полным каркасом) или на внутренние колонны и наружные стены (в
зданиях с неполным каркасом).
Проектирование перекрытий включает в себя компоновку
конструктивной схемы, расчет панелей, ригелей, узлов сопряжения их с
колоннами, конструирование и т. п.
Компоновка состоит из разбивки здания на температурные
блоки (см. 8.4), выбора сетки колонн, направления ригелей, типа и ширины
панелей. Это делается с учетом технологического характера (назначения)
здания, величины нагрузок, требований по обеспечению пространственной
жесткости здания и экономичности конструктивного решения. При выборе сетки
колонн должны соблюдаться требования типизации и унификации. Направление
ригелей может быть поперечным ( 9.11, в) или продольным — вдоль здания (
9.11, б). При поперечном размещении ригелей здания имеют наибольшую жесткость
в этом направлении, что важно при проектировании многоэтажных сооружений. Для
выбора конструктивной схемы перекрытия разрабатывают несколько вариантов
конструктивных схем и из них по экономическим показателям выбирают
оптимальный. Наибольший расход бетона в перекрытии (около 65%) приходится на
панели, поэтому разработка их рациональных решений имеет особо важное значение.
Конструирование и расчет плит. Плиты перекрытий опираются
на ригели, работая на изгиб, и для уменьшения расхода материалов их
проектируют облегченными — пустотными или ребристыми ( 9.12). При удалении
бетона из растянутой зоны сохраняются лишь ребра шириной, необходимой для
размещения сварных каркасов и обеспечения прочности панелей по наклонному
сечению. При этом плита в пролете между ригелями работает на изгиб как балка
таврового сечения. Верхняя полка плиты также работает на изгиб между ребрами.
При необходимости
устройства гладкого потолка создается нижняя полка,
образующая замкнутую полость. По форме поперечного сечения плиты бывают с
овальными, круглыми пустотами, ребристые — с ребрами вверх (с устройством
чистого пола по ребрам), с ребрами вниз, сплошные ().
Экономичность плит приближенно оценивается по приведенной
толщине бетона, которую получают при делении объема бетона панели на ее
площадь, и по расходу стали. В 9.1 приведены технико-экономические
показатели плит перекрытий при пролете 6 м и нормативной нагрузке 6...7 кН/м2. По приведенной толщине наиболее экономичными являются ребристые панели с
ребрами вверх, однако расход стали в них выше, чем у пустотных панелей. Среди
пустотных панелей по приведенной толщине бетона и расходу стали самые
экономичные панели с овальными пустотами, но их изготовление трудоемкое и
поэтому чаще применяют панели с круглыми пустотами. Применение ребристых
панелей с ребрами вверх ограничивают из-за необходимости настила под полы,
что повышает стоимость перекрытия.
Резервом экономии материалов является применение предварительно
напряженных панелей из бетонов классов В20, ВЗО.
Ребристые плиты (с ребрами вниз) применяют преимущественно
в промышленных зданиях. В соответствии с требованиями стандартизации и
унификации и в зависимости от грузоподъемности монтажных кранов они могут
иметь следующие размеры: (1,2; 1,5; 3) х 6 или (1,2; 1,5; 3) х 12, высота
панелей 25...35 см ( 9.12, а). В качестве рабочей арматуры продольных ребер
предусматривают обычно предварительно напряженные стержни классов A-IV, A-V
или канаты К-7. Полки ребристых панелей с поперечными промежуточными ребрами
рассчитывают как плиты, опертые по контуру, что позволяет снижать значения
изгибающих моментов. Полку плиты армируют в пролете и на опорах сварными
сетками из проволоки класса Вр-I. Многопустотные панели, имеющие гладкие
потолочные поверхности, применяют главным образом в гражданском
строительстве.
Наибольшее распространение получили панели шириной
1,4...2,4 м (через ОД м) с круглыми пустотами ( 9.12, б) и высотой сечения
20...24 см. Панели с овальными пустотами ( 9.12, в), несмотря на лучшие
показатели по расходу материалов, менее технологичны в изготовлении и в
последнее время применяются редко. В многопустотных панелях толщину полок и
ребер (расстояние между пустотами) назначают не менее 25 мм.
Сплошные плиты толщиной 8... 16 см применяют для жилых и гражданских зданий. Плиты 6x3,2 м имеют массу 5000...6000 кг и
перекрывают полностью жилую комнату ().
Пустотные и ребристые панели работают на изгиб как одно-
пролетные балки таврового сечения, загруженные равномерно распределенной
нагрузкой, а их расчетный пролет зависит от формы поперечного сечения ригеля
и характера опирания.
Расчет по второй группе предельных состояний проводят в
зависимости от категории требований трещиностойкости. Сечения пустотелых
панелей приводятся к эквивалентному двутавровому профилю ( 9.14, б). Круглые
или овальные отверстия заменяют соответственно квадратными или прямоугольными
с той же площадью, моментом инерции и положением центра тяжести. В этом
случае, например, для круглого отверстия диаметром d высоту эквивалентного
квадратного сечения принимают hl = 0,9d ().
Для обеспечения анхеровки продольной арматуры по концам
многопустотных панелей размещают корытообразные сетки, а в ребристых —
специальные анкеры из приваренных уголков, обеспечивающих закрепление
стержней на опорах. Длину опира- ния панелей на кирпичные стены определяют
расчетом кладки на местное сжатие и принимают не менее 75 мм для панелей пролетом до 4 м и не менее 120 мм для пролетов более 4 м. В целях устранения местных напряжений при опирании вышележащих стен пустоты панелей в пределах
опоры заделывают кирпичной кладкой, бетоном и т. п. Монтажные петли из
арматуры класса A-I закладывают по четырем углам и приваривают к основной
арматуре. Швы между панелями заполняют бетоном.
Расчет и конструирование ригеля. Сборные ригели
многоэтажных зданий обычно конструируют как однопролетные элементы, которые
объединяют на монтаже с колоннами. В зданиях с полным каркасом ригели
являются элементами рамной конструкции. При свободном опирании торцов ригеля
на стены (здания с неполным каркасом) при пролетах, отличающихся друг от
друга не более чем на 20%, и небольшой временной нагрузке сопротивлением
колонн повороту опорных сечений можно пренебречь и рассматривать ригель как
неразрезную балку.
Форма поперечного сечения ригеля — прямоугольная или
тавровая с полками внизу или вверху (см. 5.3, а). Ригели при /< 6 м обычно выполняют без предварительного напряжения, при /> 6 м — предварительно напряженными из бетона классов В15...ВЗО.
Высота сечения ригеля зависит от пролета и величины
нагрузок и назначается в пределах 1/8...1/12 пролета. Так, высота типовых
ригелей принята: для промышленных зданий — 800 мм, для гражданских зданий (в зависимости от нагрузки) — 450 и 600 мм. Ширину сечения обычно принимают b/h = 0,3...0,4. Ригели, как изгибаемые элементы, армируют
двумя-тремя сварными каркасами, при b <150 мм допускается устанавливать один каркас. В элементах высотой h > 300 мм поперечную арматуру (хомуты) располагают по всей длине, при А <300 мм — только на при- опорных участках длиной, равной 1 /4 пролета.
Расчет ригеля производят в такой последовательности.
Вначале назначают расчетную схему в виде двух-, пятипролетной рамы или
неразрезной балки (в зданиях с неполным каркасом). Расчетный пролет принимают
равным расстоянию между осями ко-г лонн, а в крайних пролетах — расстоянию от
оси колонны до линии действия опорной реакции стены. Подсчитывают постоянные
g и временные v погонные нагрузки на ригель g=gllmp + g2, v= VJnp, где gl я
Vt — нагрузки на единицу площади покрытия;
— грузовая полоса ригеля, равная пролету панели; g2 = Ay—
нагрузка от собственного веса ригеля; А — площадь сечения ригеля; у — плотность
железобетона. Затем как для упругой рамы или неразрезной балки с учетом
значений табличных коэффициентов, приведенных в справочной литературе,
находят изгибающие моменты и поперечные силы от постоянной g и временной
нагрузки v при невыгодных расположениях последней по длине ригеля
Постоянная нагрузка всегда прикладывается во всех пролетах
одновременно. При расположении временной нагрузки через один пролет ( 9.15,
а, 6) получают максимальные моменты в загружаемых пролетах, при ее
расположении в двух смежных пролетах и далее через один получают максимальные
по абсолютной величине моменты на опоре ( 9.15, в). По полученным эпюрам М и
Q строят объемлющие эпюры ( 9.15, г) и производят перераспределение усилий.
Особенно целесообразно допускать образование пластических шарниров на опорах,
что дает возможность упростить конструкцию стыков и получить экономию
арматуры. Минимальное значение «перераспределенного» опорного момента должно
быть не менее 70% от полученного расчетом в упругой стадии.
Далее производят подбор продольной арматуры в расчетных
сечениях — в пролетах и на опорах, выполняют расчет наклонных сечений, строят
эпюру материалов и определяют места фактического обрыва продольной арматуры в
целях ее экономии (см. § 5.4), производят расчет по второй группе предельных
состояний и на монтажные нагрузки. Ригель армируют в соответствии с
требованиями, предъявляемыми к изгибаемым элементам. Общий вид ригеля
таврового сечения для гражданских зданий показан на 9.16. Конструкцию стыка
ригеля с колонной назначают в соответствии со способом обеспечения
пространственной жесткости здания, т. е. с принятой системой каркаса. С
учетом этого стыки ригеля с колонной подразделяют на три основных типа:
жесткие, упругоподатливые и шарнирные. Жесткие стыки воспринимают
значительные изгибающие моменты и поперечные силы, упругоподатливые —
поперечные силы и небольшие изгибающие моменты, шарнирные — только поперечные
силы.
Наиболее широкое применение в промышленных зданиях и
сооружениях получил жесткий стык, устраиваемый на консолях. Такие стыки
удобны в монтаже и могут воспринимать значительные усилия, однако наличие
выступающей консоли несколько ухудшает интерьер. Действующий в стыке
изгибающий момент вызывает растяжение в верхней части опорного сечения и
сжатие в нижней ( 9.17, а). Растягивающие усилия воспринимаются стыковыми
стержнями (или пластинами), привариваемыми во время монтажа к закладным
деталям или непосредственно к верхней арматуре ригелей. Эти стержни могут
быть заранее забетонированы в колонну и иметь выпуски ( 9.17, б) или
заводиться на монтаже в специально оставляемые в колонне отверстия. Сжимающее
усилие в нижней части ригеля может передаваться через сварные швы,
присоединяющие стальные закладные детали нижней части ригеля к закладным
деталям колонны (стык без обетонирования), или через бетон, тщательно
укладываемый в полость стыка (стык с обетонированием). В этом случае
монтажный зазор между колонной и торцом ригеля принимают равным 50 мм. В стыке с обетонированием соединение ригеля с консолью понизу при помощи сварки закладных
деталей является конструктивным. Расчет прочности стыка, изображенного на
9.17, б, состоит из расчета стыковых стержней и опорной консоли.
Наиболее экономичны по расходу металла и технологичны при
производстве монтажных работ чисто шарнирные стыки ригелей с колоннами.
Однако при их применении ригель работает по схеме шарнирно опертой балки,
вследствие чего расход бетона и арматуры на элемент повышается. Кроме того, в
этом случае по сравнению с другими типами стыков снижается общая жесткость
здания.
Сборные колонны и их стыки. Колонны зданий массового
строительства высотой до 16 этажей имеют унифицированное сечение 400 х 400 мм ( 9.18, а). Увеличение их несущей способности в нижних этажах достигается повышением класса
бетона (до В60) и процента армирования (до 15%). Для колонн зданий большей
этажности можно также применять жесткую арматуру. Однако использование ее в
колоннах приводит к чрезмерному расходу стали. Повысить несущую способность
колонн можно при сохранении унифицированных размеров и путем поперечного армирования
часто расположенными сварными сетками в сочетании с продольной обычной и
особенно высокопрочной арматурой. В этом случае продольные деформации бетона
возрастают более чем в 2 раза, и напряжения в сжатой высокопрочной арматуре
достигают условного предела текучести.
Разрезка колонн линейная, на несколько этажей. В последние
годы наблюдается тенденция к увеличению длины сборных элементов колонн до
4...5 этажей в целях уменьшения числа стыков и исключения случайных
эксцентриситетов, вызванных неточностью монтажа. Для таких гибких элементов
существенное значение приобретает расчет прочности и трещиностойкости в
стадиях транспортирования и монтажа. Для обеспечения этих качеств продольную
арматуру колонн целесообразно подвергать предварительному натяжению.
Конструкции стыков сборных колонн зависят от назначения
здания, размеров колонн и действующих усилий. При больших эксцентриситетах
продольной силы N, т. е. при значительных моментах, применяют жесткие стыки,
выполненные путем ванной сварки выпусков продольной арматуры, расположенных в
специальных подрезках, при последующем замоноличивании этих подрезок бетоном
( 9.18, 6). При четырех арматурных выпусках для удобства сварки устраивают
угловые подрезки бетона длиной 150 мм. Концы колонн, а также места подрезок
бетона усиливают поперечными сварными сетками и заканчивают в виде пластин
толщиной 8...10 мм или бетонного выступа. Полость стыка (подрезки и шов между
торцами стыкуемых элементов) замоноличивают в инвентарных формах под
давлением
Расчет замоноличенного стыка (в стадии эксплуатации)
производят в зоне подрезки. При этом учет косвенного армирования зависит от
его расположения в зоне стыка. При наличии косвенного армирования в виде
сеток как в бетоне колонны, так и в бетоне замоноличивания рассматривают все
сечение, ограниченное стержнями сеток, расположенными у граней
замоноличенного участка колонны.
|