3. Проектирование конструктивных элементов монолитного балочного перекрытия

Для монолитного варианта перекрытия в курсовом проекте необходимо запроектировать две конструкции - плиту и второстепенную балку.

Расчет указанных конструкций рекомендуется выполнять лишь по первой группе предельных состояний.

3.1. Расчет и конструирование монолитной плиты балочного типа

В курсовом проекте необходимо рассмотреть два варианта армирования монолитной плиты: отдельными стержнями и сварными сетками.

Монолитная плита перекрытия МП-1 разделена системой балок на отдельные прямоугольные ячейки, каждая из которых оперта по контуру. При соотношении сторон этих ячеек L_в.б./S ≥ 2 (рис. 2.1) плиту рассчитывают только в направлении короткого пролета S (такие плиты называют плитами балочного типа). Для балочных плит в направлении длинного пролета L_в.б. расчет армирования не выполняют, а применяют так называемое конструктивное армирование.

При расчете балочной плиты монолитного ребристого железобетонного перекрытия условно вырезается полоса шириной b=1 м в направлении ее короткого пролета S (т.е. в направлении, перпендикулярном второстепенным балкам). Расчетная схема такой полосы плиты имеет вид многопролетной неразрезной балки, промежуточными опорами которой являются второстепенные балки перекрытия (рис. 3.1).

Последовательность расчета плиты монолитного перекрытия:

а) определить расчетные пролеты l_оі многопролетной неразрезной плиты. Значение расчетного пролета l_о1 в крайнем пролете равно расстоянию от равнодействующей опорной реакции плиты на стене до грани первой второстепенной балки; соответственно в средних пролетах - расстоянию в свету между второстепенными балками l_о2.

То есть l_о1 = s – 0,5b_в.б + c/3 – а; l_о2 = s – b_в.б ;

здесь s' – крайний пролет плиты на плане перекрытия;

s – средний пролет плиты на плане перекрытия;

с – длина площадки опирания плиты на стену здания (принимать с  90 мм);

а – привязка координационной оси к внутренней грани стены (а = 200 мм).

Статическая расчетная схема плиты приведена на рис. 3.1.

б) выполнить расчет нагрузок для плиты на 1  пог. м ее пролета.

Расчет начинают с определения нагрузок на 1 м² перекрытия. Для этого необходимо назначить состав перекрытия (то есть назначить слои перекрытия) с учетом информации, приведенной в задании на курсовой проект.

Расчет нагрузок удобно выполнять в виде таблицы, которая приведена ниже.

Таблица 3.1

Расчет нагрузки на 1 м² плиты монолитного перекрытия

Наименование нагрузки	Нормативное значение, кН/м2	Коэф. надежности по нагрузке	Расчетное значение, кН/м2
Постоянная нагрузка: а) вес пола – h1 ρ1 б) цементно-песчаная стяжка – h2 ρ2 в) шлаковая подготовка – h3 ρ3 г) вес монолитной плиты – hf ρ4 Итого постоянная:	… … … … –	1.1 1.2 1.3 1.1 –	g1 … … g4 g
Временная (полезная) нагрузка:	pn	1.2	p
Итого полная нагрузка:	-	-	q1 = g + p

Примечания к табл. 3.1. hi ρi – толщина и плотность материала і-го слоя в составе перекрытия, соответственно. Для пола принимать: из бетона ρ1 = 22 кН/м3; из асфальтобетона ρ1 = 16 кН/м3. Для цементно-песчаной стяжки ρ2 = 20 кН/м3. Для шлака ρ3 = (13  15) кН/м3. pn – нормативное значение полезной нагрузки на перекрытие по заданию на проект.

Расчетная нагрузка, приходящаяся на 1 пог.м. плиты, вычисляется как:

q = q₁ B, кН/пог.м , где В = 1 м;

в) вычислить изгибающие моменты в пролетах и на опорах по схеме рис. 3.1 (приведены значения моментов с учетом перераспределения усилий за счет развития в сечениях пластических деформаций):

- для варианта армирования плиты отдельными стержнями:

- для варианта армирования плиты сварными сетками:

где: q - равномерно распределенная полная нагрузка для плиты, кН/пог.м;

- расчетные пролеты плиты; - больший из расчетных пролетов;

г) назначить класс бетона и класс арматуры с учетом требований Норм 1.

Класс бетона по прочности на осевое сжатие принимать не ниже В15, а при больших временных нагрузках принимать бетон класса до В25. Для принятого класса бетона из таблиц Норм выписать расчетные сопротивления на сжатие R_b и на растяжение R_bt. При этом следует учесть коэффициент условий работы бетона _b2= 0.9, т.е. выписанные из Норм значения R_b и R_bt надо умножить на коэффициент _b2 и результат перемножения принимать в дальнейшем во всех расчетных формулах за расчетные сопротивления R_b и R_bt.

а)

б)

a =

Рис. 3.1. К расчету монолитной плиты балочного типа (а – к определению расчетных пролетов плиты; б – статическая расчетная схема и эпюра изгибающих моментов в плите).

При армировании отдельными стержнями принимать стержневую арматуру класса А-І, или А-ІІ; при армировании сварными сетками принимать проволочную арматуру класса Вр-І.

Расчетное сопротивление R_s для принятого класса арматуры принять по Нормам [1, табл. 22, 23];

д) вычислить требуемую площадь арматуры в расчетных сечениях по моментам М₁ М₃. Последовательность расчета площади арматуры А_s по каждому из моментов приведена в табл. 3.2.

Таблица 3.2.

Расчет продольной арматуры в плите монолитного перекрытия

№ п/п	Алгоритм	Пояснения, справки
1	2	3
1	Вычислить рабочую высоту сечения плиты:	Рабочая высота сечения ho - равна расстоянию от общего центра тяжести арматуры до сжатой грани сечения. Величину as для плиты принимать as= (11.5) см.
2	Вычислить коэффициент:	Коэффициент m характеризует напряженное состояние сечения. b = 1 м - ширина расчетной полосы плиты.
3	Вычислить:	 – относительная высота сжатой зоны бетона;  – относительное плечо внутренней пары сил.
4	Требуемая площадь арматуры:	Расчет требуемой площади продольной арматуры из условия прочности на действие изгибающего момента. Мi – расчетный момент в рассматриваемом сече­нии.
5	По сортаменту подобрать стержне­вую арматуру или сетку (при армировании сетками).	Таблицы для назначения сеток приведены в приложениях методуказаний (табл. 2 и 3).
6	Проверить процент армирования плиты:	Оптимальные значения коэффициента армирова­ния для плит составляют Если полученное значение  не является оптимальным, надо изменить толщину плиты hf или материалы (класс бетона и арматуры) и повторить расчет заново.

После расчета требуемой площади арматуры для расчетных сечений нужно выполнить конструирование плиты. При этом следует придерживаться таких рекомендаций:

• при конструировании плиты подбор арматуры рекомендуется начинать с сечения с наименьшим значением требуемой площади А_s, то есть для среднего пролета, переходя в дальнейшем к крайнему пролету и опорным сечениям;

• при армировании монолитной плиты отдельными стержнями использовать арматуру класса А-І диаметром 6, 8, 10... мм в количестве 514 шт/пог.м;

• количество стержней в смежных пролетах обязательно назначить одинаковым, используя разные диаметры стержней для обеспечения требуемой площади арматуры. Это требование связано с удобством выполнения работ при армировании плиты перекрытия;

• исходя из приведенных рекомендаций минимальное армирование для плиты составляет 5  6А-І на 1 пог.м. ее ширины;

• армирование плиты в опорных сечениях обеспечивается путем использования отогнутых из смежных к опоре пролетов половины расположенных там стержней, таким образом, чтобы они через один не доводились до опор, а отгибались вверх (см. рис. 3.2).

Рис. 3.2. Армирование монолитной железобетонной плиты перекрытия балочного типа отдельными стержнями: поз. 14 – рабочая продольная арматура плиты; поз. 5 – монтажная (конструктивная) арматура плиты.

Монтажная (конструктивная) арматура плиты назначается из условий:

• площадь арматуры должна составлять не менее чем ;

• принимать не менее чем 33Вр-І на 1пог.м вдоль пролета плиты.

Монтажная арматура плиты располагается в плите перекрытия параллельно направлению второстепенных балок.

При армировании плиты сетками (рис. 3.3) по сортаменту следует принять марку сетки, которая обеспечит требуемую площадь арматуры. При применении рулонных сеток с рабочей поперечной арматурой их нужно раскатывать параллельно второстепенным балкам. При диаметре рабочей арматуры  5мм можно использовать рулонные сетки с продольной рабочей арматурой, которые нужно раскатывать перпендикулярно второстепенным балкам.

При толщине плиты h_f^’ > 100 мм и диаметре стержней больше 7 мм принимать раздельное армирование пролетных и опорных сечений плоскими сетками с рабочей поперечной арматурой.

Рис. 3.3. Армирование монолитной железобетонной плиты перекрытия балочного типа сварными рулонными сетками с рабочей продольной арматурой:

С-1 – основная арматурная сетка, рассчитанная по моменту М₃ ;

С-2 – дополнительная арматурная сетка, принятая для 1-го пролета и 1-й опоры.