Розрахунок на міцність нормальних перерізів елементів, що працюють на згинання

5.1. Конструктивні особливості елементів, що працюють на згинання

До елементів, що працюють на згинання, належать найпоширеніші залізобетонні конструкції – плити та балки. Плита – конструкція, товщина якої значно менша за її два інші розміри – ширину і довжину. Розміри поперечного перерізу балки значно менші за її проліт.

Балки і плити застосовують як окремі конструктивні елементи, так і у поєднанні одне з одним. В останньому випадку вони утворюють плоскі або ребристі перекриття, покриття та інші конструкції. Плити та балки бувають однопролітними та багатопролітними (нерозрізними) і виконують їх монолітними, збірними та збірно-монолітними.

5.1.1. Конструктивні особливості плит

Товщину плит визначають розрахунком на діючі зусилля, але у всіх випадках вона має бути не меншою від мінімального розміру, встановленого за умов додержання необхідної товщини захисного шару бетону і виконання робіт.

Мінімальна товщина монолітних плит покриттів – 40 мм, у перекриттях цивільних будівель – 50 мм, промислових – 60 мм; збірних плит – 25...30 мм, що гарантує захисний шар не менш як 10 мм за умови розташування арматури в середині товщини плити.

Плити армують переважно зварними сітками (рис. 5.1). Стержні, розташовані вздовж прольоту конструкції – робочі, упоперек – розподільні. Площу поперечного перерізу робочої арматури визначають розрахунком, а розподільної приймають конструктивно. Робоча арматура розташовується в розтягнутій зоні відповідно до діючих у перерізі плити згинальних моментів.

В однопролітних вільно лежачих плитах робочу арматуру ставлять тільки в прольоті (рис. 5.1, а), а в стиснутих та багатопролітних, відповідно до епюри згинальних моментів, – у прольоті і на опорах (рис. 5.1, б).

Під дією згинальних моментів у двох напрямках плити армують сітками з робочою арматурою в обох напрямках.

Для армування плит застосовують зварні сітки з поздовжньою і поперечною робочою арматурою, а також з робочою арматурою в обох напрямках. Такі сітки бувають рулонні і плоскі. Армування плит сітками показано на рис. 5.1 г, д.

Рис. 5.1. Армування залізобетонних плит: а – однопролітної, що вільно лежить на двох опорах; б – те саме, монолітно зв’язаної з балками; в – епюра згинальних моментів у багатопролітній плиті; г – армування багатопролітної нерозрізної плити рулонними сітками з поздовжньою робочою арматурою; д – те саме, сітками з поперечною робочою арматурою; 1 – робоча поздовжня арматура; 2 – монтажна (розподільна) арматура; 3 – відігнута арматура

5.1.2. Конструктивні особливості балок

Балки бувають прямокутного, таврового, двотаврового, трапецуватого, коробчатого та інших перерізів (рис. 5.2, а).

Висота балок h залежить від їхньої конструкції та навантаження на них. З метою уніфікації висоту балок приймають кратною 50 мм, якщо вона не перевищує 600 мм, і 100 мм при більших розмірах. Ширину балок b приймають рівною 100, 120, 150, 180, 200, 220, 250 і далі кратною 50 мм.

Рис. 5.2. Форми поперечного перерізу залізобетонних балок та їх армування: а – можливі форми перерізу; б – перерізи з одиничною арматурою; в – переріз з подвійною арматурою; г – до визначення площі додаткової арматури; 1 – монтажна арматура; 2 – додаткова арматура

Поздовжня робоча арматура розміщується в розтягнутій зоні поперечного перерізу балки в один, два, рідше в три ряди і більше (рис. 5.2, б та г). Таке армування називають одиночним. В разі недостатньої міцності бетону в стиснутій зоні, а також коли в перерізі діють моменти двох знаків, робочу арматуру встановлюють і в стиснутій зоні (переріз з подвійною арматурою, рис. 5.2, в).

Захисний шар бетону приймають для робочої поздовжньої арматури не меншим від найбільшого діаметра стержня і не меншим як 15 мм при h250 мм та 20 мм при h>250 мм.

Для поперечної і конструктивної арматури захисний шар бетону має бути не меншим від діаметра стержня і не менш, як 10 мм при h250 мм та 15 мм при h>250 мм.

Відстань у просвіті між стержнями (рис. 5.2, в) по ширині перерізу балки приймають не меншою за 25 мм для нижньої арматури та 30 мм для верхньої.

Відстань у просвіті між стержнями по висоті перерізу має бути не меншою від величини діаметра стержня і не менш, як 25 мм для нижньої арматури та 35 мм для верхньої.

Площа перерізу поздовжньої робочої арматури в балках має бути не меншою як 0,05% площі перерізу бетону.

Балки армують зварними і в’язаними каркасами. У першому випадку окремі плоскі зварні каркаси об’єднують у просторовий каркас за допомогою горизонтальних стержнів, приварюваних через 1...1,5 м (рис. 5.3, а).

При ширині балки 150 мм і більше робочих стержнів у перерізі має бути не менш, як два, тобто повинно бути встановлено не менше, як два плоских каркаси.

.

Рис. 5.3. Армування залізобетонних балок: а – армування однопрольотних балок, що вільно лежать, зварними каркасами; б – закриті двозрізні хомути; в – те саме, відкриті чотиризрізні; г – армування нерозрізної багатопролітної балки зварними каркасами; 1...3 – поздовжня робоча арматура; 5 – поперечні стержні; 6 – хомути; 7 – сполучні стержні

Діаметр поперечних стержнів каркасів визначають розрахунком, але приймають не меншим від мінімального діаметра, встановленого з умов зварювання з поздовжньою арматурою

Крок поперечних стержнів також розраховують, проте у всіх випадках на приопорних ділянках його приймають не більш як 0,5h і не більш, як 150 мм при h450 мм, а при h>450 мм – не більш, як 1/3h і не більш як 500 мм. Між приопорними ділянками хомути ставлять конструктивно з кроком не більш, як 3/4h і не більш, як 500 мм. Довжину приопорних ділянок при рівномірно розподіленому навантаженні приймають рівною 1/4 прольоту, а при зосередженому – відстані від опори до найближчого вантажу, але не менш від 1/4 прольоту.

У балках та ребрах заввишки 150 мм і менше, а також у багатопорожнинних панелях заввишки до 300 мм поперечної арматури можна не ставити, якщо її не вимагає розрахунок. У решті випадків поперечна арматура обов’язкова.

У разі армування в’язаними каркасами (рис. 5.3, б) частину поздовжньої арматури відгинають на опору, щоб збільшити міцність нахилених перерізів.

Нахилені стержні ставлять під кутом 45⁰ до поздовжньої осі балки. У високих балках (h>800 мм) кут нахилу збільшується до 60⁰, а в низьких балках і під дією значних зосереджених сил зменшується до 30⁰. Застосування відігнутої арматури дає можливість значно зменшити кількість поперечної арматури.

Окремі стержні об’єднують в каркас за допомогою хомутів. Хомути бувають закриті (рис. 5.3, б) та відкриті (рис. 5.3, в). При b>350 мм хомути роблять чотиризрізними (чотиривітковими) (рис. 5.3, в), а при меншій ширині – двозрізними (рис. 5.3, б).

Діаметр хомутів у балках заввишки до 800 мм має бути не меншим як 6 мм, а при h > 800 мм – не меншим як 8 мм. Виготовляють хомути із сталей класів А-І та Вр-І. Значно рідше застосовують сталь класу А-ІІІ. У балках прямокутного перерізу застосовують закриті хомути, а при тавровому перерізі з полицею в стиснутій зоні – відкриті. Відстань між хомутами і довжину приопорних ділянок встановлюють так само, як і у випадку армування балок зварними каркасами.

При висоті балок понад 700 мм біля бічних граней ставлять поздовжні конструктивні стержні з відстанню між ними по висоті не більш як 400 мм. Площу перерізу цих стержнів приймають не менш як 0,1% площі перерізу бетону з розмірами, що дорівнює по висоті елемента – відстані між цими стержнями; по ширині елемента – половині ширини ребра елемента, але не більш як 200 мм (рис. 5.2, г).

На рис. 5,3, г показано армування нерозрізної другорядної балки монолітного перекриття. Поздовжню арматуру встановлюють відповідно до епюри згинальних моментів у прольотах – внизу, а на опорах – угорі.