Рис XI Расчетные пролеты и сечения плит

Панель представляет собой однопролетную балку загруженную равномерно распределенной нагрузкой, где усилия M=qL²/8; Q=qL₀/2. Где q=(q+v) (постоянная нагрузка в кН/см²); L₀ – расчетная длина; – ширина панели.

Высоту сечения h предварительно назначаем: H=L₀/30. При /h< 0.1 ширина полки не должна превышать =12(n-1) + b, где n- число ребер о поперечном сечении. При расчете то сечению нормальному к продольной оси (по M). Сече­ние тавровое с полкой в сжатой зоне определяем:

Далее находи по таблице ξ. Проверяем условие

Затем находим площадь растянутой ар-ры

если – расчет ведут с учетом сжатия в ребре Выбрав по сортаменту диаметры кол-во растянутой продольной ар-ры. Про­водим расчёт прочности плиты по сечению наклонному к продольной оси (по Q). Проверка необходимости поперечной ар-ры:

При выполнении поперечная ар-ра не требуется, на приопорных участках L/4 ее устанавливают конструктивно.

Рис. XI 8 Армирование панелей перекрытия

1 — напрягаемаяя арматура; 2—узкие сетки в верхней зоне; 3 — петли для подъема

Класс бетона панелей В15-В25. Применяют сварные сетки и каркасы из арматурной проволоки. В качестве напрягаемой продольной арматуры принимают стержневую арматуру A4, A5, канаты К-7, продольную рабочую ар-ру располагают по всей нижней полки сечения, попе­речные стержни объединяют продольные в плоские сварные кар­касы

Рис. И1. 15. Два расчетных случи тавровых сечений; граница сжатой зоны проходит

а — в пределах полки, б — ниже попки

21.Основы проектирования предварительно напряженной железобетонной двухскатной балки покрытия двутаврового сечения. Покажите расчетную схему и расчетные сечения по подбору арматуры. Приведите схему размещения рабочей и конструктивно принимаемой арматуры. Какие классы арматуры используются для изготовления таких балок

Балки покрытий могут иметь пролет 12 и 18 м, а в отдельных конструкциях — пролет 24 м. Очертание верхнего пояса при двускатном покрытии может быть трапе­циевидным с постоянным уклоном, ломаным или криво­линейным (рис. 13.33, а... в).Шаг балок покрытий — 6 или 12 м. Изготавливают из бетона В25–В40; арматуры А400, А500С, В500.

Наиболее экономичное поперечное сечение балок покрытий— двутавровое со стенкой, толщину которой (60... 100 мм) устанавливают главным образом из условий удобства размещения арматурных каркасов, обеспеченния прочности и трещиностойкости. У опор толщина стенки плавно увеличивается и устраивается уширение в виде вертикального ребра жесткости. Стенки балок в средней части пролета, где поперечные силы незначительны, могут иметь отверстия круглой или многоуголь­ной формы, что несколько уменьшает расход бетона, создает технологические удобства для сквозных прово­док и различных коммуникаций.

Высоту сечения балок в середине пролета принимают 1/10... 1/15l. Высоту сечения двускатной трапециевидной балки в середине пролета определяют уклон верхнею пояса (1 :12) и типовой размер высоты сечения на опо­ре (800 мм или 900 мм). В балках с ломаным очертанием верхнего пояса благодаря несколько большему уклону верхнего пояса в крайней четверти пролета достигается большая высота сечения в пролете при сохранении ти­пового размера — высоты сечения на опоре. Балки с криволинейным верхним поясом приближаются по очерта­нию к эпюре изгибающих моментов и теоретически несколько выгоднее по расходу материалов; однако ус­ложненная форма повышает стоимость их изготовления.

Ширину верхней сжатой полки балки для обеспечения устойчивости при транспортировании и монтаже прини­мают 1/50...1/60l. Ширину нижней полки для удобного размещения продольной растянутой арматуры — 250... 300 мм.

Двускатные балки выполняют из бетона класса В25... В40 и армируют напрягаемой проволочной, стержневой и канатной арматурой (рис. 13.34). При армировании высокопрочной проволокой ее располагают группами по 2 шт. в-вертикальном положении, что создает удобства для бетонирования балок в вертикальном положении. Стенку балки армируют сварными каркасами, продоль­ные стержни которых являются монтажными, а попереч­ные— расчетными, обеспечивающими прочность балки по наклонным сечениям. Приопорные участки балок для предотвращения образования продольных трещин при отпуске натяжения арматуры (или для ограничения ши­рины их раскрытия) усиливают дополнительными по­перечными стержнями, которые приваривают к стальным закладным деталям. Повысить трещиностойкость приопорного участка балки можно созданием двухосного предварительного напряжения (натяжением также и по­перечных стержней).

Двускатные балки двутаврового сечения для ограни­чения ширины раскрытия трещин, возникающих в верх­ней зоне при отпуске натяжения арматуры, целесооб­разно армировать также и конструктивной напрягаемой

арматурой, размещаемой в уровне верха сечения на опоре (рис, 13.35). Этим уменьшаются эксцентриситет силы обжатия и предварительные растягивающие на­пряжения в бетоне верхней зоны.

Двускатные балки прямоугольного сечения с часто расположенными отверстиями условно называют решет­чатыми балками (рис. 13.36). Типовые решетчатые балки в зависимости от значения расчетной нагрузки имеют градацию ширины прямоугольного сечения 200, 240 и 280 мм, Для крепления плит покрытий в верхнем поя­се балок всех типов заложены стальные детали.

Балки покрытия рассчитывают как свободно лежа­щие; нагрузки от плит передаются через ребра. При пяти и больше сосредоточенных силах нагрузку заменяют эквивалентной равномерно распределенной. Для двускатной балки расчетным оказывается сечение, распо­ложенное на некотором расстоянии х от опоры. Так, при уклоне верхнего пояса 1:12 и высоте балки в середине пролета h = l/12, высота сечения на опоре составит h_oп — = l/24, а на расстоянии от опоры

h_x=(l+2x)/24

Если принять рабочую высоту сечения балки h₀ = βh_x, изгибающий момент при равномерно распреде­ленной нагрузке

M_x=qx(l-x)/2, то площадь сечения продольной арматуры

А_sx = M_x/(R_sζh₀) = 12qx(l - x)/[ R_sζβ(l+2x)]

Расчетным будет то сечение балки по ее длине, в ко­тором A_sx достигает максимального значения. Для оты­скания этого сечения приравнивают нулю производную

dА_sx /dх = 0.

Отсюда, полагая, что — величина постоянная и диф­ференцируя, получают

2х² + 2x1 — l² = 0.

Из решения квадратного уравнения находят x=0,37l. В общем случае расстояние от опоры до расчетного се­чения x=0,35...0,4l.

Если есть фонарь, то расчетным может оказаться се­чение под фонарной стойкой.

Поперечную арматуру определяют из расчета проч­ности по наклонным сечениям. Затем выполняют расче­ты по трещиностойкости, прогибам, а также расчеты прочности и трещиностойкости на усилия, возникающие при изготовлении, транспортировании и монтаже. При расчете прогибов трапециевидных балок следует учиты­вать, что они имеют переменную по длине жесткость.

Для расчета балок покрытий на ЭВМ разработаны программы, согласно которым можно выбрать оптималь­ный вариант конструкции. Варьируя переменными пара­метрами (класс бетона, класс арматуры, размеры по­перечного сечения, степень натяжения арматуры и др.), ЭВМ выбирает для заданного пролета и нагрузки луч­ший вариант балки по расходу бетона, арматуры, стои­мости и выдает данные для конструирования.

Балки двутаврового сечения экономичнее решетча­тых по расходу арматуры приблизительно на 15%, по расходу бетона — приблизительно на 13%. При наличии подвесных кранов и грузов расход стали в балках уве­личивается на 20...30 %.

22. Конструктивное решение плиты и второстепенной балки монолитного ребристого перекрытия с балочными плитами. Как определить количество и положение рабочей продольной ар-ры с учётом перераспределения моментов

Ребристое перекрытие с балочными плитами состоит из плиты, работающей по короткому направлению, второстепенных и главных балок. Все эл-ты перекрытия монолитно связаны и выполняются из бетона класса В15. сущность конструкций монолитного ребристого перекрытия в том, что бетон в целях экономии удалён из растянутой зоны сечений, где сохранены лишь рёбра, в которых сконцентрирована растянутая ар-ра. Полка рёбер- плита с пролётом, равным расстоянию между второстепенными балками, работает на местный изгиб. Второстепенные балки опираются на монолитно связанные с ними главные балки, а те, в свою очередь- на колонны наружной стены.

Расчётный пролёт плиты принимают равным расстоянию в свету между второстепенными балками L₀ и при опирании на наружные стенки- расстоянию от оси опоры на стене до грани ребра, для расчёта плиты в плане перекрытия условно выделяется такой шириной 1м. Расчётный пролёт второстепенных балок L₀ также принимают равным расстоянию в свету между главными балками, а при опирании на наружную стену- расстоянию от оси опоры до грани главной балки.

Армирование . Многопролётные балочные плиты в соответствии

с характером эпюры моментов армируют рулонными сетками с продольным расположением рабочей ар-ры. Рулон раскатывают по опалубке поперёк каркасов второстепенных балок (при опирании на наружную стену); сетки перегибают на расстоянии 0,25 L от опоры (в местах нулевых моментов). В первом пролёте на основную сетку плиты укладывают дополнительную, которую заводят за опоры на 0,25L (при опирании на крайнюю второстепенную балку).

Рис. XS.23. Армирование балочных плит

Если нужно более мощная рабочая ар-ра- диаметром 6 мм и более, плиты армируют в пролёте и на опоре раздельно рулонными сетками с поперечным расположением ар-ры.

Рис. Х1.24. Армирование второстепенной балки

1—пролетная арматура; 2—надопорная арматура—сетка; 3—сты­ковые стержни rfx/i/2 и не менее 10 мм

Второстепенные балки армируют в пролёте 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 связывается понизу стыковыми стержнями. На опорах второстепенные балки армируются загнутыми сетками с продольными рабочими стержнями. Место обрыва надъопорных сеток устанавливают в соответствии с эпюрой отрицательных моментов. При отношении временной нагрузки к постоянной ≤3 одну сетку обрывают на расстоянии ¼ L, а вторую на расстоянии 1/3L от грани опоры. Отрицательные моменты в пролёте за местом обрыва сеток воспринимаются верхней ар-ой каркасов балки.

Определение кол-ва продольной ар-ры в общем виде.

Расчёт плиты . зная расчётную длину (соответственно в продольном и поперечном направлениях) и полную нагрузку q (постоянная + временная) с учётом коэф-та надёжности. q=∑(постоянная- временная)0,95. находим изгибающие моменты с учётом их перераспределения: в первом пролёте и на первой промежуточной опоре. M₁=qL₀/11;в средних пролётах и на средних опорах M₂=qL₀/16.

Назначив класс бетона и класс ар-ры, находим высоту сжатой зоны h₀=ha, затем определяем требуемой кол-во ар-ры: А=M₁/R_bbh₀’, где R_b для В20 находим по таблицам η, потом А_s=M₁/R_s ηh₀;

Если плита окаймлена по всему контуру балками, то под влиянием распоров моменты смещаются на 20% (в противном случае нет) .

A=0.8M₂/R_bbh₀²6, потом η, потом А_s=0,8M₂/R_s ηh₀- требуемая площадь ар-ры.

Расчёт балки. Имеем расчётный пролёт L₀₃ и ширину b₀. нагрузка на 1 пог.м q=∑(от плиты(пост+ времен)+от собственного веса).

Находим моменты с учётом перераспределенияусилий:1. в первом пролёте M₁=qL₀₃²/31;

2. на 1-ой промежуточной опоре M₂=qL₀₃²/14;

3.в средних пролётах и на средних опорах M₃=qL₀₂²/16.

В среднем пролёте по расчётному сечению M₄=0,4М₂. соответственно находим поперечную силу: 1.0,4qL₀₃; 2.0.6 qL₀₃; 3. 0,5qL₀₃

23. Основные принципы конструирования крупноразмерных сборных железобетонных плит покрытий промзданий. По каким соображениям устраиваются поперечные рёбра и вуты? Показать эпюры моментов для полки и рёбер и схему армирования плиты

Вуты устраиваются для увеличения жёсткости плиты в своей плоскости для восприятия горизонтальных усилий ветровой или крановой нагрузок. Поперечные рёбра- более жёсткая конструкция- экономия металла. Ребра - сокращают размеры плиты (более экономично).

Рис. XI II.30. Схема техническо­го решения покрытия с дву­скатными плитами типа 2Т раз­мером 3Х18 м

Плиты покрытия представляют собой крупные ребристые панели 3x12 м и 3x16 м, которые опираются на ригели поперечных рам. Ребристые плиты 3x12 имеют продольные рёбра сечением 100x50, поперечные-40x150мм, уширением в углах –вуты.

Рис. X1II.29. Плита покрытия типа 2Т

Продольные рёбра армируют напрягаемой ар-рой, поперечные рёбра и полки сварными каркасами и сетками.

Опирание крупно- размерных плит на несущие конструкции осуществляется через стальные закладные детали, заделанные по углам.

24. Тонкостенное пространственное покрытие в виде купола. Покажите эпюры меридиональных и кольцевых усилий для сферического шарнирно- опёртого по контуру купола, схемы армирования оболочки купола и нижнего опорного кольца. Как подбирается сечение рабочей ар-ры в опорном кольце?

Купола – это пространственные конструкции, поверхность которых образована поверхностью вращения.

При асимметричной нагрузке касательные силы на заштрихованном участке равны 0 и этот эл-т находится под действием меридиональных N₁ и кольцевых N₂сил.

Рис. XIV.27. К расчету купола

а — схема купола с шарнирно-подвижным опиранием по кон­туру; б—часть купола, отде­ленная плоскостью, параллель­ной основанию; в — элемент купола с действующими на не­го внутренними усилиями

Рис. XIV.28. Шаровой статичес­ки определимый купол

а—расчетная схема; б, в-— эпюры усилий Ni и Ns в полу­сферическом куполе от веса покрытия

φ –текущая угловая координата

Q_φ- нагрузка на сегмент ограниченный углом

Ν₁= Q_φ/2πsinφ

N₁/R₁+ N₂/R₂=q_φ, где q_φ-составляющая нагрузки, нормальная к пов-ти купола.

Купол сферический R₁= R₂= R

q_φ=gcosφ Q_φ=2πRag a=R(1-cosφ) r=Rsin φ

N₁=Rg/(1+cosφ) N₂=Rgcosφ-Rg/(1+cosφ)

Схемы армирования оболочки купола и нижнего опорного кольца.

Рис. XIV.32. Детали армирования монолитных куполов

а—при обычном армировании; б—с предварительным напряжени­ем кольцевой арматуры; 1—рабочая арматура опорного кольца;

2—дополнительная арматура по расчету на Мх, 3—конструктивная сетка, укладываемая во всей области оболочки; 4—кольцевая арма­тура по расчету на Ns; 5 — напрягаемая арматура; 6 — торкретная штукатурка

Оболочки пологих куполов, за исключением приопорных зон, сжаты; их армируют конструктивно- одиночной сеткой из стержней d=5…6мм с шагом 15-20 см. У контура ставят дополнительную меридиональную ар-ру, расчитанную по опорному моменту , обычно из стержней d=6…8 мм, и дополнительно кольцевую ар-ру для восприятия местных растягивающих кольцевых усилий. Рабочую ар-ру опорного кольца ставят в виде кольцевых стержней d=20…30 мм, которые по длине соединяют при помощи сварки.

В современном строительстве опорные кольца куполов подвергают предварительному обжатию постредством натяжения кольцевой рабочей ар-ры.

25.Температурный блок одноэтажного промышленного здания каркасного типа в сборном железобетоне как пространственная система. Как обеспечивается пространственная жёсткость? Дайте обоснование необходимости использования стальных связей

Современные ОПЗ в подавляющем большинстве случаев решаются по каркасной схеме. Каркас здания может быть образован из плоских эл-ов, работающих по балочной схеме или включать в себя пространственную конструкцию покрытия.

Балочная схема обеспечена обширной производственной базой и получила широкое распространение. Пространственный каркас зд-ия условно расчленяют на поперечные и продольные рамы, каждая из которых воспринимает горизонтальные и вертикальные нагрузки.

Основным элементом каркаса является поперечная рама, состоящая из колонн, защемлённых в фундаментах, ригеля (фермы, балки, арки) и покрытия под ним в виде плит. Плиты покрытия привариваются к ригелям не менее чем в трёх точках с помощью закладных деталей, швы тщательно замоноличиваются, при этом покрытие образует жёсткий в своей плоскости диск. Ригели соединяются с колонной обычно шарнирно, следовательно, достигается простота монтажа и независимая детализация ригелей и колонн, поскольку при таком соединении приложенная к ригелю нагрузка не вызывает в стойках изгибающих моментов. Поперечная рама воспринимает нагрузку от массы покрытия, снега, кранов, стен, ветра и обеспечивает жёсткость здания в поперечном направлении.

В продольную раму включён один ряд колонн в пределах температурного отсека и продольные конструкции: ПБ, вертик. связи, распорки по колоннам, конструкции покрытия.

Продольная рама обеспечивает жёсткость здания в продольном направлении и воспринимает нагрузки от продол. Торможения кранов и ветра, действующего в торце здания.

К элементам каркаса также относятся факверховые колонны, несущие нагрузку от стеновых панелей и воспринимаемого ими ветра.

Основными факторами, обеспечивающими попереч. Пространственную жёсткость каркаса ОПЗ явл-ся защемление колонны в фундаментах и достаточная изгибная жёсткость колонн.для обеспечения пространственной жёсткости используются вертикальные связи из стального проката, устанавливая швы по продольным рядам колонн в серединах температурных блоков (для снижения температурных усилий в колоннах).

Расчёт продольной рамы не производится, лишь расчёт связей на действие ветровой нагрузки на торец здания и усилий продольного торможения мостовых кранов.

Так же, помимо обеспечения пространственной жёсткости в целом должна обеспечивать жёсткость отдельных эл-ов.

При достаточно больших высотах и пролётах зд-ия на уровне низа стропильных конструкций или на уровне крановых путей устраивают горизонтальные сязи в виде ферм из стальных уголков (а;1-1). Эти связи явл-ся дополнительными опорами для стоек фахверка по высоте и передают ветровую нагрузку на продольные ряды основных колонн.

26. Соединения сборных железобетонных конструкций. Омоноличенный и шарнирный стыки ригеля с колонной в многоэтажных промышленных и гражданских зданиях. Каковы их конструктивные особенности? Укажите области применения

Омоноличенный и шарнирный стыки ригеля с колонной в многоэтажных промышленных и гражданских зданиях. Каковы их конструктивные особенности? Укажите области применения.

Поперечное сечение ригеля может быть прямоугольным, тавровым с полками вверху, тавровыми с полками внизу. При опирании панелей перекрытия на нижние полки ригеля таврового сечения строительная высота перекрытия уменьшается.

Стыки ригелей обычно размещают непосредственно у боковой грани колонны. Действующий в стыках ригелей опорный момент вызывает растяжение верхней части и сжатие нижней (рис XI.16, a) В стыковых соединениях ригель может опираться на железобетонную консоль колонны или же на опорный столик из уголков, выпущенных из колонны (рис XI.16,б). В верхней части стыка выпуски арматуры из колонны и ригеля соединяют вставкой арматуры на ванной сварке, которая повышает точность монтажного соединения в случае нарушения соосности выпусков арматуры. В нижней части стыка монтажными швами соединяют закладные детали колонны и ригеля. После приварки монтажных хомутов полость стыка бетонируют.

Скрытые стыки на консолях (с подрезкой торца ригеля) усложняют конструирование, так как требуют усиления арматуры входящего угла дополнительными каркасами и закладными деталями, повышающими расход стали и трудоемкость изготовления; кроме того, при таком стыке снижается несущая способность и жесткость ригеля на опоре (рис XI..16,в). Эти стыки считаются шарнирными, фигурная же стальная накладка, привариваемая на монтаже, обеспечивает восприятие небольшого изгибающего момента (~50 кН*м).

В бесконсольных стыках (рис XI.16, г), как показали исследования, поперечная сила воспринимается бетоном замоноличивания полости и бетонными шпонками, образующимися в призматических углублениях на боковой поверхности колонны и в торце сборного ригеля. Специальными исследованиями установлено, что этот стык равнопрочен с консольным стыком, но в то же время по расходу материалов и трудоемкости он экономичнее.

Рис. Xi.16. Конструкции стыков сборного ригеля с колонной

а—усилия, действующие в стыке; б—жесткий стык на консолях;

в—жесткий стык бесконсольный; г—скрытый стык на консолях;

1—арматурные выпуски из ригеля и колонны; 2—ванная сварка;

3—вставка арматуры; 4—поперечные стержни, привариваемые на монтаже; 5—бетон замоноличивания; 6—усиленный арматурный выпуск из ригеля; 7—опорный столик из уголков с отверстием для удобства бетонирования; 8—стальные закладные детали; 9—приз­матические углубления для образования бетонных шпонок: 10—фи­гурная деталь «рыбка», привариваемая на монтаже

Расчет стыка (рис.XI 16, б) состоит из расчета стыковых стержней и опорной консоли.

Расчетное (сжимаемое) растягивающее усилие в стыке N=Mf/Z, где Z- расстояние от центра тяжести сжатой зоны бетона, до центра тяжести сечения соединительных стержней.

Площадь сечения стыковых растянутых стержней As=N/Rs

Наименьший вылет опорной консоли с учетом зазора t l=Q/(Rb*b)+t, где Q – опорное давление ригеля на консоль ; b – ширина консоли.

Конструкция короткой консоли должна отвечать условию: ,

но не более

расчетный размер бетонной полосы

Площадь сечения верхней продольной арматуры консоли подбирают по изгибающему моменту на грани колонны, увеличенному на 25%, вследствие повышенной ответственности узла

Стык со скрытой консолью колонны и подрезного ригеля на торцах рассматривают как шарнирный. Поперечные стержни арматуры должны удовл. условию:

,

где Q1-поперечная сила в нормальном сечении, рабочая высота сечения ригеля в подрезке и вне ее. Поперечные стержни следует устанавливать на длине не менее

27. Экономическая целесообразность применения круглых или прямоугольных в плане жел. бет. резервуаров в зависимости от их ёмкости. Как конструктивно оформляется жёсткое или шарнирно-подвижное соединение стенки с днищем? Нарисовать эпюры моментов и кольцевых усилий для упомянутых двух случаев соединения стенки с днищем

По форме резервуары больших объёмов как правило, проектируют цилиндрической или прямоугольной формы. Выбор формы определяется технико-экономическим обоснованием. При этом необходимо иметь в виду , что при одинаковой ёмкости и высоте вертикальных стенок периметр цилиндрических резервуаров меньше, чем прямоугольных. Отсюда в цилиндрических резервуарах объём бетона на изготовление меньше и в этих резервуарах меньше сжимаемая поверхность , отсюда меньше утечка жидкости. Однако в цилиндрических резервуарах величина растягивающих усилий в стенках зависят от гидростатического давления, которое определяется диаметром круглого резервуара. В прямоугольных резервуарах изгибающие моменты в вертикальных стенках не зависят от размера резервуара в плане. Отсюда возможность унификации резервуара. Заглубленные резервуары до 10000м³ проектируют круглыми в плане формы. Более 10000м³- прямоугольные.

Сопряжение стенки с днищем может быть жёстким (для прямоугольных резервуаров это решение обязательно), или шарнирно- подвижным.

Рис. XV1.3. Детали сборного цилиндрического резервуара

а—конструкция стены; б—жесткое сопряжение стены с днищем;

в—подвижное сопряжение стены с днищем; 1—слой торкрет-бето­на; 2—кольцевая напрягаемая арматура; 3—стеновая панель; 4— днище; 5—бетон со щебнем мелких фракций; 6—выравниваю­щий слой раствора; 7—битумная мастика; 8—асбестоцементный раствор

Рис. XVI.8. К расчету стены цилиндрического резервуара; эпюры кольцевых усилий и изгибающих моментов

а — сопряжение стены с днищем жесткое; б—то же, подвижное