3. Монолитные перекрытия, конструктивные схемы, особенности расчета

Ребристое перекрытие с балочными плитами состоит из плиты, работающей по короткому направлению, вто­ростепенных и главных балок. Все элементы перекрытия монолитно связаны и выполняются из бетона проектной марки 200.

Сущность конструкции монолитного ребристого пе­рекрытия в том, что бетон в целях экономии удален из растянутой зоны сечений, где сохранены лишь ребра, в которых сконцентрирована растянутая арматура. Полка ребер — плита—работает на местный изгиб по пролету, равному расстоянию между второстепенными балками. Второстепенные балки опираются на монолитно связанные с ними главные балки, которые, в свою очередь, опираются на колонны и наружные стены.

Главные балки можно располагать в продольном или поперечном направлении здания с пролетом 6—8 м. Второстепенные балки размещают так, чтобы ось одной из балок совпала с осью колонны. Пролет второстепенных балок может составлять 5— 7 м, плиты— 1,7—2,7 м.

Толщину плиты по экономическим соображениям принимают возможно меньшей. Минимальные ее значения составляют: для междуэтажных перекрытий промышленных зданий 6 см, для междуэтажных перекрытий жилых и гражданских зданий 5 см. При значительных временных нагрузках может потребоваться увеличение толщины плиты. Так, при временной нагрузке 10—15 кН/м² и пролете 2,2—2,7 м толщину плит принимают равной 8—10 см (по условиям экономичного армирования).

Высота сечения второстепенных балок составляет обычно (1/12–1/20)l_вт, главных балок— (1/8–1/15)l_гл. Ширина сечения балок b=(0,4—0,5)h.

Расчет плиты, второстепенных и главных балок

Расчетный пролет плиты принимают равным расстоянию в свету между второстепенными балками l₀, и при опирании на наружные стены — расстоянию от оси опоры на стене до грани ребра; для расчета плиты в плане перекрытия условно выделяется полоса шириной 1м.Расчетный пролет второстепенных балок l₀ принимают равным расстоянию в свету между главными балками, а при опирании на наружные стены — расстоянию от оси оп оры на стене до грани главной балки. Изгибающие моменты в неразрезных балочных плитах и второстепенных балках с равными или отличающимися не более чем на 20% пролетами определяют с учетом перераспределения моментов и при этом создают равномоментную систему. В многопролетной балке на средних опорах при равномерно распределенной нагрузке опорные моменты М_оп равны между собой. Используя уравнение равновесия для сечения в середине пролета, найдем

Отсюда

в первом пролете максимальный изгибающий момент будет в сечении, расположенном на расстоянии а≈0,425l от свободной опоры; при этом

Привлекая уравнение равновесия и учитывая, что Ма=0, получим

Если принять значение изгибающего момента на первой промежуточной опоре

найдем изгибающий момент в первом пролете:

Если же принять равномоментную схему M=M_пр=M_B, получим:

округляя знаменатель (с погрешностью менее 5% в сторону увеличения изгибающего момента), получим на первой промежуточной опоре и в первом пролете изгибающий момент

Для плит, окаймленных по всему контуру монолитно связанными с ними балками, изгибающие моменты (определяемые в предельном равновесии без учета распора) в сечениях средних пролетов и на средних опорах уменьшаются на 20%.

Для второстепенных балок огибающая эпюра моментов строится для двух схем загружения :

1) полная нагрузка q=g+p в нечетных пролетах и условная постоянная нагрузка g^’=g+1/4p в четных пролетах;

2) полная нагрузка q=g+p в четных пролетах и условная постоянная нагрузка g^’=g+1/4p в нечетных пролетах.

Условную нагрузку g^’>g вводят в расчет для того, чтобы определить действительные отрицательные моменты в пролете второстепенной балки. Главная балка создает дополнительные закрепления, препятствующие свободному повороту опор второстепенных балок, и этим уменьшает влияние временной нагрузки в загруженных пролетах на незагруженные.

При подборе сечений в первую очередь уточняют размер поперечного сечения второстепенной балки по опорному моменту па первой промежуточной опоре. Поскольку расчет ведётся по выравненным моментам, принимают ξ≈0,35. На опоре действует отрицательный момент, плита оказывается в растянутой зоне и расчет ведут как для прямоугольного сечения, полагая рабочую высоту

Установив окончательно унифицированные размеры сечения b×h, подбирают рабочую арматуру в четырех расчетных нормальных сечениях: в первом и среднем пролетах как для таврового сечения, на первой промежуточной и средний опорах — как для прямоугольного сечения. На действие отрицательного момента в среднем пролете расчет ведут как для прямоугольного сечения.

Расчет поперечных стержней выполняют для трех наклонных сечений: у первой промежуточной опоры слева и справа , и у крайней свободной опоры Q_a.

Все изложенное о расчете, ригеля сборного балочного перекрытия полностью относится и к расчету главной балки монолитного ребристого перекрытия.

На главную балку передается сосредоточенная нагрузка от опорного давления второстепенных балок (которое только при двухпролетных второстепенных балках определяют с учетом неразрезности). Кроме того, учитывают собственную массу главной балки.

В местах пересечения второстепенной и главной балок над колонной в верхней зоне пересекается верхняя арматура трех элементов: плиты, второстепенной балки и главной балки. Поэтому на опоре главной балки в зависимости от числа рядов арматуры принимают а=6...9 см, при этом h₀=h—(6...9) см.

Особенностью подбора сечений главной балки по изгибающим моментам является то, что на действие положительного момента в пролете она работает как тавровая с шириной полки b'_п =l/3, а на действие отрицательного момента на опоре — как прямоугольная с ши­риной ребра b.

Конструирование плиты, второстепенных и главных балок

Многопролетные балочные плиты в соответствие с характером эпюры моментов армируют рулонными сетками с продольным расположением рабочей арматуры; рулон раскатывают по опалубке поперек второстепенных балок (рис. XI.23,а). Сетки перегибают на расстоянии 0,25 l от оси опоры (в местах нулевых моментов) и укладывают на верхнюю арматуру каркасов второстепенных балок. В первом пролете на основную сетку плиты укладывают дополнительную, которую заводят за опоры на 0,25l (рис. XI.23, б). Если нужна более сильная рабочая арматура — диаметром 6 мм и более,— плиты армируют в пролете и на опоре раздельно рулонными сетками с поперечным расположением рабочей арматуры (рис. XI.23,в, г).

Второстепенные балки армируют в пролете 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 связываются понизу стыковыми стержнями (рис. XI.24). На опорах второстепенные балки армируют сетками с поперечным расположением рабочей арматуры. Для этого над главной балкой раскатывают рулонные сетки или же укладывают по всей длине над главными балками плоские сетки. Вблизи колонн надопорные сетки прерывают и взамен их устанавливают дополнительные стержни или дополнительные отрезки сетки с площадью, равной площади рабочих стержней надопорной сетки, приходящихся на ширину колонны. За расчетную площадь растянутой арматуры второстепенной балки на опоре принимают суммарную площадь всех рабочих стержней надопорных сеток, расположенных между осями соседних второстепенных балок.

При значительных пролетах второстепенных балок надопорная растянутая арматура может быть образована двумя сетками, частично перекрывающими одна другую. Над крайней опорой второстепенную балку армируют конструктивными сетками.

Места обрыва надопорных сеток устанавливают в соответствии с эпюрой отрицательных моментов. При отношении временной нагрузки к постоянной p/g≥3 одну сетку обрывают на расстоянии 1/4l от оси опоры, вторую — на расстоянии 1/3l от оси опоры. Отрицательные моменты в пролете, за местом обрыва сеток, воспринимаются верхней арматурой каркасов балки.

Главную балку армируют в пролете двумя или тремя плоскими каркасами, которые перед установкой в опалубку объединяют в пространственный каркас. Два плоских каркаса доводят до грани колонны, а третий (если он есть) обрывают в соответствии с эпюрой моментов. Возможен также обрыв в пролете части стержней каркасов. На опоре главную балку армируют самостоятельными каркасами, заводимыми сквозь арматурный каркас колонн (рис. XI.25). Места обрыва каркасов и отдельных стержней устанавливают на эпюре арматуры.

На главную балку нагрузка передается через сжатую зону на опоре второстепенной балки – в средней части высоты балки. Эта местная сосредоточенная нагрузка воспринимается подвесками: поперечной арматурой главной балки и дополнительными сетками в местах опирании второстепенных балок. Площадь сечения арматуры, работающей как подвески, определяют по формуле

Длину зоны, в пределах которой учитывается поперечная арматура, воспринимающая сосредоточенную нагрузку, определяют по формуле: