4.2.8. Конструирование ригеля

Конструирование ригеля выполняется с помощью эпюры материалов, которая позволяет рационально расположить продольную арматуру по длине ригеля в соответствии с огибающей эпюрой моментов.

Цель построения эпюры материалов  найти места обрыва части продольных стержней конструкции в соответствии с огибающей (объемлющей) эпюрой моментов, то есть те места, где они (часть стержней) уже не требуются по условию прочности.

Построение эпюры материалов выполняется на миллиметрованном листе бумаги формата А3, где предварительно должны быть построены объемлющие эпюры моментов и поперечных сил.

За счет того, что в курсовом проекте рекомендуется компоновать симметричный ригель, то для трехпролетного ригеля эпюра материалов может быть построена для полутора пролетов, а для двухпролетного – для одного пролета. Армирование многопролетного ригеля также выполняется симметричным относительно оси симметрии по длине.

Следует иметь в виду, что эпюра материалов строится графо-аналитическим методом, то есть часть ее параметров подсчитывается аналитически, а другая находится графическим путем, то есть просто из чертежа. Поэтому очень важны тщательность выполнения графических построений и соблюдение масштабов.

Начинать построение эпюры материалов рекомендуется с пролетных сечений (то есть для арматуры, расположенной в нижних зонах по высоте сечений), а затем переходить к опорным сечениям (то есть для арматуры, расположенной в верхних зонах этих сечений).

В каждом из указанных сечений расчет арматуры допускается выполнять как для сечений с одиночным армированием для упрощения расчетов (за исключением тех случаев, когда арматура ригеля проектировалась как в сечении с двойным армированием).

Последовательность построения эпюры материалов в любом сечении одинакова, и она такова:

а) решить, какие стержни оставить в сечении, а какие оборвать.

При этом следует учитывать, что в плоском сварном каркасе необходимо иметь не менее одного стержня (как сверху, так и снизу) на всю длину каркаса (чтобы к ним приваривать поперечные стержни). Кроме того, площадь тех стержней, которые обрывают, не должна превышать 50% от расчетной площади A_s. Принимать решение на этом этапе следует, пользуясь приведенными здесь правилами;

б) подсчитать для всех характерных сечений по длине ригеля, отличающихся содержанием арматуры, предельный внутренний момент М_сеч,i который может воспринять сечение ригеля в стадии разрушения с учетом оставленной в нем продольной арматуры:

где A_si – площадь оставленной в сечении продольной арматуры;

высота сжатого бетона в сечении;

h_o,i^факт – фактическое значение рабочей высоты сечения, то есть расстояние от сжатой грани сечения до общего центра тяжести оставленных в сечении продольных стержней. При этом значение h_o,i^факт нужно рассчитывать для каждого сечения ригеля с учетом требований Норм к защитному слою бетона и просвету между стержнями [1, п.5.4, 5.12]. В пояснительной записке должны быть приведены эскизы расчетных сечений, на которых отмечены размеры, оставленная в них арматура и значения (рис. 4.7);

в) отложить момент М_сеч,i от оси балки в том же масштабе, что и построенная объемлющая эпюра моментов, и провести горизонтальную линию в этом месте до пересечения с объемлющей эпюрой. Полученные точки пересечения (например, а и b на рис. 4.8) являются точками теоретического обрыва намеченных стержней.

Однако фактически стержни следует обрывать лишь отступив от точки их теорети­ческого обрыва на некоторую величину W, расчет которой приведен дальше;

г) рассчитать величину W, на которую нужно заводить стержень за место его теоретиче­ского обрыва, из условий:

W 

где (кН) – поперечная сила в сечении, где получено место (точка) теоретического обрыва стержня. Значение может быть найдено графическим путем, опуская перпендикуляр из точки теоретического обрыва стержня на объемлющую эпюру поперечных усилий и измеряя полученную ординату ;

- диаметр обрываемого стержня (м);

, (кН/м)

– интенсивность поперечного армирования ригеля в месте теоретического обрыва продольной арматуры.

При расчетах значения шага поперечных стержней следует принимать соответствующим месту расположения точки теоретического обрыва стержня (то есть, внимательно разглядев, в зоне какого шага расположилась эта точка - в зоне расчетного шага s₁ в приопорном участке, или в зоне шага, который был назначен по конструктивным требованиям Норм. Для этого нужно еще раз обратиться к уже выполненному расчету наклонных сечений ригеля);

д) от места теоретического обрыва стержня отложить в соответствующем масштабе значение . Полученное при этом место и будет местом фактического обрыва стержня, которое нужно перенести на каркас (на рис. 4.8 – это в направлении стрелок), где окончательно изображаются концы стержней;

е) зоны эпюры материалов, которые расположены между линиями объемлющей эпюры моментов и ступенями эпюры материалов, изображаются вертикальной штриховкой (рис. 4.8). Величина полученных при этом ординат моментов (″запаса″ по прочности нормальных сечений) является критерием экономичности конструирования ригеля. Избыточный ″запас″ свидетельствует о неэкономичном использовании арматуры. Оптимальным является запас в пределах (57)% от расчетного момента.

Примеры построения эпюры материалов для ригеля приведены в учебниках [3, с. 679-681], [4, с. 446-450].