Лекция 7 Конструкции плоских железобетонных перекрытий
По типу несущих конструкций различают многоэтажные здания стенового, каркасного и комбинированного типа. Здания стенового типа возводят из стеновых материалов. Каркасные здания строятся с применением стальных или железобетонных конструкций. В зданиях комбинированного типа наружные стены возводятся из стеновых материалов, а внутренние несущие конструкции выполняются в виде каркаса. Железобетонные каркасные здания экономически выгодно строить при числе этажей до 30. По способу возведения различают здания с монолитным и со сборным каркасами. В монолитных зданиях общая устойчивость обеспечивается жесткостью узлов сопряжения колонн с перекрытиями и устройством диафрагм и ядер жесткости. В сборном варианте применяют рамную, связевую или совмещенную рамно-связевую системы. При рамном каркасе, узлы сопряжения колонн с ригелями перекрытий выполняют жесткими, при связевом шарнирными. В качестве связей в связевом или совмещенном каркасе выступают металлические связи, жесткие диафрагмы или ядра жесткости, в роли которых часто используются лифтовые шахты или лестничные клетки. Иногда эти элементы выполняют в монолитном железобетоне, тогда как колонны и перекрытия делаются сборными.
Одним из основных элементов конструктивной схемы зданий являются плоские перекрытия. По своему конструктивному решению плоские перекрытия делятся на два основных вида балочные и безбалочные. И те и другие могут быть монолитными, сборными, и сборно-монолитными. К сборно-момнлитным перекрытиям мы будем относить те конструкции, в которых несущие элементы замоноличиваются или домоноличиваются после монтажа сборных элементов. Выбор конструктивного решения зависит от назначения проектируемого здания, его архитектурно-планировочного решения, сроков возведения и других предъявляемых к зданию требований.
Балочные перекрытия. Ребристое монолитное перекрытие состоит из главных и второстепенных балок и плиты и все эти элементы объединяются в одно целое в процессе бетонирования (рис. 7.1). Тем самым увеличивается жесткость всего сооружения за счет создания сплошного неразрезного диска в плоскости перекрытий. Главные балки опираются на стены и, или колонны, и в последнем случае их шаг определяется сеткой колонн. Главные балки располагаются либо в продольном, либо в поперечном направлении по отношению к наружным стенам зданий. Их пролет принимается, в основном, от 6 до 9 м, высота балок h в пределах от 1/8 до 1/15 пролета, ширина b от 0,4 до 0,5 h.
Рис. 7.1 Виды монолитных перекрытий в стеновых и каркасных зданиях:
а - с плитами опертыми по контуру только на стены или на главные балки; б – то же с облегченной плитой;
в – балочное ребристое перекрытие; г – кессонное перекрытие; 1 – стена; 2 – колонна; 3 – ригель каркаса;
4 – плита перекрытия; 5 – балка кессонного перекрытия; 6 – главная балка; 7 – второстепенная балка;
8 – возможная консоль
Второстепенные балки имеют пролеты в пределах от 5 до 7 м, и располагаются с шагом от 1,5 до 3 м. Оси крайних второстепенных балок в ячейке, образованной четырьмя колоннами,
должны совпадать с осями колонн. Толщина плиты определяется расчетом и зависит от геометрии балочной клетки и назначения здания (т.е. нагрузки), но принимается не менее 50 мм в жилых и гражданских зданиях и не менее 60 мм в промышленных. Что касается расчета плит, то по характеру статической работы их разделяют на балочные плиты и плиты опертые по контуру. К балочным относят прямоугольные плиты, у которых отношение длинной стороны к короткой ℓ1 / ℓ2 ≥ 2. В этом случае работой плиты в направлении большего пролета можно пренебречь и рассматривать плиту как балку единичной ширины, расположенную вдоль короткого пролета. В этом случае, при проверке прочности, вычисление расчетных моментов от действия равномерно-распределенной нагрузки производится по соотношениям (6.1) - (6.3), с учетом перераспределения усилий. Расчетный пролет плиты принимается равным расстоянию в свету между гранями второстепенных балок. Минимальную толщину балочной плиты, при ее свободном опирании, следует принимать равной hp = ℓ2/35, а при упругой заделке – hp = ℓ2/45.
Армирование балочных плит осуществляется рулонными сетками с рабочей арматурой в продольном направлении. В пролете сетка располагается в нижней зоне плиты, а над опорами, в пределах четверти пролета в каждую сторону, в верхней зоне (рис. 7.2 а). В крайних пролетах, при свободном опирании на наружную стену плиту армируют
дополнительной сеткой для восприятия изгибающих моментов в пролете и на опоре,
Рис. 7.2. Армирование монолитных балочных плит:
а – рулонными сетками с продольной арматурой; б – плоскими сварными сетками
которые в данном случае увеличены. В тех случаях, когда диаметр рабочей арматуры более 5,5 мм применяют плоские сетки с поперечной рабочей арматурой (рис. 7.2 б).
В современном строительстве в зданиях с несущими стенами или со сборным каркасом широкое применение находят монолитные часторебристые перекрытия по профилированному металлическому настилу (рис.7.3). Профилированный настил используется
Рис. 7.3. Монолитное железобетонное перекрытие по профилированному
металлическому настилу:
1 – стальной профилированный настил; 2 – анкерные стержни; 3 – прогон каркаса;
4 - монолитный бетон
в качестве неснимаемой опалубки, а в случае обеспечения сцепления с бетоном можнт служить также внешней арматурой.
В некоторых решениях перекрытий второстепенные балки могут отсутствовать (рис. 7.1 а, б). Такое перекрытие называют ребристым перекрытием с плитами опертыми по контуру (рис. 7.4). В этой конструкции главные балки, расположенные во взаимно перпендикулярных направлениях, принимают одной высоты равной 1/10 – 1/15 короткого пролета. Прямоугольные плиты с соотношением сторон ℓ1 / ℓ2 < 2, опертые по контуру,
работают на изгиб в двух направлениях и их статический расчет при проверке прочности также необходимо производить с учетом перераспределения усилий. Не вдаваясь в подробности, отметим, что такой расчет основан на построении механизма разрушения плиты по линейным пластическим шарнирам. Минимальную толщину плит опертых по контуру назначают в зависимости от условий опирания. Для свободно опертой плиты минимальная толщина составляет hp = ℓ2/45, а при заделке по контуру hp = ℓ2/50.
Рис. 7.4. Армирование монолитных плит опертых по контуру
Армирование плит производят сварными сетками с рабочей арматурой расположенной в двух направлениях. Плиты в пролете армируется двумя сетками – одна сетка в нижней зоне доводится до опор, дополнительная располагается в средней половине пролета.
Надопорное армирование выполняется в виде сеток с поперечной рабочей арматурой.
Для монолитного перекрытия кессонного типа (рис.7.1, г) высота перекрестных балок принимается от 1/15 до 1/20 длины короткого пролета между опорами, а толщина собственно плиты не менее 50 мм.
Второстепенные и главные балки ребристых перекрытий рассчитываются как многопролетные неразрезные балки и армируются плоскими сварными каркасами. Второстепенные балки в местах опирания на главную балку, а главные балки в местах опирания на колонны армируются дополнительными каркасами с верхней рабочей арматурой
в соответствие с расчетом.
Сборные балочные перекрытия состоят из ригелей по которым укладываются панели и плиты перекрытий различного типа. Ригели располагаются как вдоль, так и поперек здания. Для гражданских зданий пролет ригелей находится в пределах от 2,8 до 6,8 м, для промышленных от 6 до 12 м. Многопролетные ригели могут быть как неразрезными, в каркасах рамного типа, так и разрезными с шарнирным опиранием. По форме поперечного сечения ригели бывают тавровыми с полками в сжатой или растянутой зонах, двутавровыми и прямоугольными. Высоту ригелей назначают в пределах от 1/10 до 1/15 пролета. Если ригель прямоугольный, то его ширина принимается от 0,3 до 0,5 высоты.
Рис.7.5. Схема армирования сборного неразрезного ригеля
Рис.7.6. Сборные ребристые плиты перекрытий в каркасных зданиях:
1 – рядовая плита; 2 – рядовая и межколонная плита; 3 – межколонная пристенная плита;
4 – доборная плита; 5 – ригель поперечный; 6 – ригель продольный; 7 – арматурный каркас;
8 – бетон замоноличивания; А – Д – узлы сопряжения элементов перекрытия
Армируются ригели стержневой арматурой в виде пространственных каркасов. Схема армирования неразрезного ригеля приведена на рис. 7.5. Неразрезные ригели рассчитываются с учетом перераспределения усилий.
Панели перекрытий выполняют ребристыми, пустотными или сплошного сечения (рис. 4.1). Ребристые панели, в основном, применяются в промышленных зданиях, пустотные в гражданских и жилых. Высота сечения принимается равной 1/15 ÷ 1/20 пролета для панелей из обычного железобетона и 1/20 ÷ 1/30 для предварительно напряженного.
Ребристые панели состоят из двух продольных несущих ребер и тонкой плиты, усиленной поперечными ребрами (рис. 7.6). Возможно устройство среднего, третьего продольного ребра. Плита армируется сварными сетками из холоднотянутой проволоки, а ребра арматурными стержнями класса A-III при обычном железобетоне и арматурой классов A-IV,
A-V или B-I в варианте с преднапряжением. На опорах продольных ребер устанавливают металлические закладные детали. С помощью этих деталей панели привариваются к закладным деталям ригелей и вместе с последними образуют жесткий диск в плоскости перекрытия. Зазоры между панелями после монтажа заполняются цементным раствором. Ребристая панель рассчитывается как балка, свободно лежащая на двух опорах с поперечным сечением в виде тавра с полкой в сжатой зоне. Расчет тонкой плиты панели
Рис. 7.7. Железобетонная сборная плита типа «двойное Т»
зависит от наличия или отсутствия поперечных и дополнительных продольных ребер и от соотношения расстояний между ними. Плита панели рассчитывается либо как балочная, либо как опертая по контуру.
В сборных покрытиях и перекрытиях промышленных и гражданских зданий широкое распространение получили балочные плиты типа «двойное Т» (рис. 7.7) пролетом 9м и более. Такие плиты могут иметь предварительно напряженную арматуру в ребрах. На эти ребра опирается двухконсольная плита, работающая в поперечном направлении. В местах сопряжения плиты с ребрами устаиваются вуты.
Для покрытий и перекрытий зданий различного назначения применяются также
коробчатые настилы (рис. 7.8). Настил состоит из двух полок и вертикальных стенок,
Рис. 7.8. Сборный железобетонный коробчатый настил
которые образуют коробчатое сечение. Применение таких настилов позволяет образовывать гладкие потолки. Пустоты настилов могут также использоваться для прокладки инженерных коммуникаций и воздуховодов для систем вентиляции.
Основной особенностью сборно-монолитных балочных перекрытий является применение в них сборных элементов, выполняющих во-первых, роль несъемной опалубки,
а во-вторых, участвующих в восприятии усилий от внешних нагрузок. Сборно-монолитные перекрытия применяются в жилых и гражданских зданиях при пролетах, как правило, от 3 до 9 м. Балочные перекрытия такого типа включают железобетонные балки-прогоны, расположенные поперек короткого пролета, и блоки заполнения или ребристые плиты, заполняющие пространство между балками (рис.7.9). В основном применяются два способа изготовления таких перекрытий. В первом случае, монтируются или балки с широким тавром в нижней зоне или балки с заполнением плоскими плитами между ними (рис. 7.9 а,б). Затем по этим балкам укладывается арматурная сетка и производится добетонировние всей конструкции до необходимой высоты. Во втором случае, несущие балки предварительно изготавливаются на неполную высоту с вертикальными выпусками арматуры в виде петель или фермочек (рис.7.9 в,г,д). Далее поверх собранных элементов монтируется арматурная сетка и производится укладка бетона.
Рис. 7.9. Балочные сборно-монолитные перекрытия:
а– с балками таврового сечения; с пустотными балками; в, г, д - с балками с выпусками
арматуры; 1 – тавровая балка: 2 – балка с нижними опорными полками; 3 – балка с
выпусками арматуры; 5 - пустотный блок заполнения; 6 – ребристая плита заполнения;
7 – арматурная сетка; 8 – бетон замоноличивания
Возможен вариант устройство сборно-монолитного кессонного перекрытия (рис. 7.10), в котором роль несущей конструкции выполняет система перекрестных балок. Такое перекрытие состоит из тонкостенных железобетонных коробчатых элементов размерами в плане от 1 до 3 м. Их стенки и днища армируются сетками. Основная рабочая арматура укладывается между сборными коробами и может быть напрягаемой. Такими перекрестными системами можно перекрывать пролеты до 36 м. Высота ребер кессонного перекрытия принимается равной 1/30 пролета.
Рис. 7.10. Сборно-монолитное кессонное перекрытие:
а – план и разрез покрытия; б – железобетонный сборный кессон; в – армирование кессона;
г – стык кессонов; 1, 2 – арматура кессона; 3 – замоноличенный шов;
4 – стержни напрягаемой арматуры; 5 – анкерный блок