26. Плоскі і ребристі перекриття

26.1. Класифікація перекриттів

Найпоширенішими залізобетонними конструкціями, які застосовують у промислових і цивільних будівлях, є такі перекриття: горизонтальні захищаючі конструкції, що розділяють суміжні приміщення по висоті. Залізобетонні плоскі і ребристі перекриття сьогодні є основними видами перекриттів.

Такого поширення вони набули завдяки їхній економічності, вогнестійкості, довговічності і гігієнічності, а також високим механічним властивостям, що дає змогу зводити їх порівняно великими прольотами за доволі простого виконання, особливо в збірних конструкціях.

За конструктивною схемою залізобетонні перекриття можна розділити на дві основні групи: балкові і безбалкові.

До складу балкових перекриттів входять балки, що розташовані в одному або двох напрямах, і плити. У монолітних конструкціях перекриттів балки працюють спільно з плитами, що спираються на них. У безбалкових перекриттях плита перекриття спирається безпосередньо на колони – через розширення, так звані капітелі.

Ті та інші перекриття можна виконувати збірними, монолітними і збірно-монолітними. Тип перекриттів вибирають залежно від призначення проектованої будівлі або споруди з урахуванням економічних міркувань. Конструктивні схеми перекриттів за збірного і монолітного вирішеннях різні. Основні типи перекриттів можна класифікувати так: 1) монолітні ребристі з балковими плитами; 2) збірні і збірній-монолітні ребристі і плоскі; 3) монолітні ребристі з плитами, підпертими по контуру.

26.2. Монолітні ребристі перекриття з балковими плитами

1.Компонування перекриттів. Ребриста конструкція – основна форма монолітного залізобетону і властива не тільки перекриттям і покриттям, але і спорудам (резервуаром, підпірною стіною, фундаментом тощо).

Плити розрізняють балкові і оперті по контуру. Балкові мають відношення сторін ; оперті по контуру – .

Балкові плити ребристих перекриттів працюють в одному, коротшому, напрямі. У іншому, довшому, напрямі згинальні моменти такі малі, що ними можна нехтувати.

Ребристе монолітне перекриття з балковими плитами складається з плити і системи балок, ребер розташованих в одному або двох напрямах, причому плита з балками – єдина монолітна конструкція. Система балок, які створюють виступаючі ребра, називається балковою кліткою.

Балки поділяють на другорядні і головні. Перші слугують безпосередніми опорами плити, а другі – опорами другорядних балок і спираються на колони (або на стіни).

Прольоти балкових плит ребристих перекриттів , або, що те саме, крок другорядних балок призначають у межах 1,8 – 2,8м. У такому разі товщина плит виходить найменшою (5 – 8 см). Це вигідно, оскільки найбільша витрата бетону в перекритті доводиться саме на плиту, і кожен сантиметр її товщини дуже позначається на загальному об'ємі бетону.

Прольоти другорядних балок повинні бути в межах 5 – 8 м, а їхня висота h має бути в межах . Прольоти головних балок =6…7м, що продиктовано найменшим утрудненням приміщень, висоту головних балок приймають у межах прольоту. Ширина головних і другорядних балок .

Розміщення другорядних і головних балок і колон в плані приміщення, що перекривається, може бути різним. Якщо немає яких-небудь спеціальних вимог з розміщення балок і колон, то їх доцільно розташувати так, щоб отримати найекономічніше вирішення. Щоб знайти таке вирішення, потрібно скласти декілька різних варіантів сітки колон і балкової клітки і вибрати найвигідніший за критерієм мінімуму приведених витрат відповідно до інструкцій СН 423-71 і СН 509-78.

У разі невеликої ширини приміщення, яке перекривають, що не перевищує прольоту другорядних балок (рис. 26.1, b), можливе компонування балкової клітки з одних другорядних балок, тобто з балками одного напряму.

У разі значної ширини приміщення для зменшення прольоту другорядних балок ставлять головні балки, які можна розташовувати упоперек приміщення (рис.26.1, c) або уздовж нього (рис.26.1, а).

2.Статичний розрахунок плит і балок ребристих перекриттів. Розрахункове навантаження, що діє на перекриття, сприймається плитою, яка передає його у вигляді розподіленого погонного навантаження на другорядні балки (рис. 26.2).

Щоб визначити розміри перерізу кожного елемента перекриття, а також площі поперечного перерізу арматури, необхідно спочатку визначити зусилля в перерізі елемента. У елементах, що згинаються, цими зусиллями є згинальні моменти М і поперечні сили Q, які залежать від прийнятої розрахункової схеми.

Для визначення зусиль монолітні перекриття умовно розчленовують на окремі елементи, плити, другорядні і головні балки, і розглядають їх як самостійні елементи. Кожен окремий елемент розраховують як нерозрізну статично-невизначену конструкцію за методами будівельної механіки пружних систем або за методом граничної рівноваги з урахуванням перерозподілу зусиль.

Розрахунок плит. Для розрахунку багатопрольотної статично-

a b c

Рис.26.1. Схеми ребристих перекрить: a – з поперечним розташуванням другорядних балок; b – з одно пролітними балками; c – з поздовжнім розташуванням другорядних балок; 1 – головні балки; 2 – другорядні балки; 3 - колони

a	b
	c
d
Рис.26.2. Схеми другорядних балок і плит

невизначної балкової плити виділяють смугу завширшки 1м, спрямовану упоперек другорядних балок (рис.26.2, c, d), які слугують її опорами, і розглядають цю смугу як плоску балку (рис.26.2, b). За ширини смуги 1м навантаження, що приходиться на 1м² плити, у той самий час є навантаженням на 1м смуги. У середніх прольотах за розрахункові прольоти плити приймають: відстань в світлі між ребрами другорядних балок, в першому прольоті плити, що вільно спирають її кінці на стіну – відстань між гранями ребра і стіни, збільшена на половину товщини плити (рис.26.2, b); .

Згідно з СНиП, багатопрольотні балкові плити розраховують з урахуванням перерозподілу зусиль. Для п'ятипрольотних плит, що мають однакові прольоти і згинальні моменти (рис.26.3): прольотний в першому прольоті

; (26.1)

прольотний в середніх прольотах

; (26.2)

опорний над опорою В під час армування рулонними сітками

; (26.3)

опорний над середніми опорами

. (26.4)

Для балкових плит з будь-якою кількістю однакових прольотів або прольотів, що відрізняються не більше ніж на 20 %, приймають обчислені для п'ятипрольотної плити прольотні і опорні моменти.

У формулах (26.1) – (26.4) = g + p – повне рівномірно розподілене розрахункове навантаження; q і p постійне і тимчасове рівномірно розподілене навантаження.

Під час розрахунку плит за пружною схемою можна використовувати готові таблиці для нерозрізних балок. Розрахунковий прольот приймають таким, що дорівнює відстані між осями ребер, а якщо їх ширина більше 0,05l, то рівним 1,05l; умовні значення постійного g′ і тимчасового p′ навантажень приймають з урахуванням опору другорядних балок повороту за формулами

g′=g+ ; P′= ,

де g і p – фактичне значення постійного і тимчасового навантаження.

Переріз арматури визначають у прольотах за максимальним моментом, а на опорах – за моментом у грані ребра. За розрахунковий момент на опорах для багатопрольотних плит і балок у тих випадках, коли плити і балки монолітно зв'язані, приймають момент у грані опори

. (26.5)

де M і Q – згинальний момент і поперечна сила на осі опори; b – ширина ребра другорядної балки.

Другорядні балки також розраховують з урахуванням перерозподілу зусиль. Їх розраховують на рівномірно розподілене навантаження. Навантаження на балки передається плитами з вантажної площі шириною, що дорівнює відстані в осях між балками. Крім того, враховують всі балки. У балках з однаковими прольотами або з прольотами, що відрізняються не більше ніж на 20 %, згинальні моменти визначають за формулами: у першому прольоті на межі опори В

; ; (26.6)

у середніх прольотах і на гранях середніх опор

; . (26.7)

На рис. 26.3 показані об’ємлювальні епюри згинальних моментів, які будують так:

У першому прольоті максимальному моменту

(26.8)

відповідає опорний момент на грані опори В:

. (26.9)

З′єднуючи пунктирною лінією цю крапку з крайньою опорою і відклавши від пунктирної лінії значення ординат квадратної параболи

Рис.26.3. Епюри моментів і епюра поперечних сил нерозрізних рівно пролітних плит і балок з рівномірно розподіленим навантаженням

Рис.26.4. Армування нерозрізних балкових плит окремими стержнями: a – стержні одного типу; b – стержні двох типів

, (26.10)

отримаємо епюру максимальних моментів у середніх прольотах, яка слідує від горизонтальної пунктирної лінії, що відповідає моментам , відкладати до низу ординати квадратної параболи ∙ .

У прольотах розрахунковим є максимальний позитивний момент. Якщо ж в прольотах можлива поява від′ємних моментів, то необхідно визначити також мінімальний прольотний момент.

Значення мінімальних моментів у першому прольоті визначають з рівняння прямої, проведеної з крапки із ординатою до перерізу з віссю абсцис на відстані від грані опори В.

Значення мінімальних моментів у середніх прольотах знайдемо, якщо від пунктирної лінії, що з′єднує вершини опорних мінімальних моментів, відкладатимемо ординати квадратної параболи

.

У цих формулах: = g + p – розрахункове навантаження на 1м балки; g і р –постійні і тимчасові розрахункові навантаження на 1м балки; = – розрахунковий прольот другорядної балки у першому прольоті; – розрахунковий прольот середніх прольотів, рівний розміру l між ребрами головних балок; .

Щоб виявити додатні і від′ємні моменти в прольоті, що обводить епюру моментів для другорядних балок визначають за двома схемами навантаження:

1. повне навантаження в непарних прольотах і умовне постійне навантаження в парних прольотах;

2. повне навантаження в парних прольотах і умовне постійне навантаження в непарних прольотах.

Мінімальні моменти в середніх прольотах визначені відкладанням до низу від пунктирної лінії, що з′єднує вершини опорних мінімальних моментів, ординат квадратної параболи від навантаження .

Тут врахований вплив не тільки постійного навантаження, але і частина тимчасового навантаження , оскільки завдяки монолітному зв'язку другорядних і головних балок значення опорного моменту по інший бік опори буде меншим, ніж з боку завантаженого прольоту, внаслідок опору ребра головної балки скручуванню. Практично це і враховується введенням в навантаження .

Розрахункові поперечні сили по гранях опор визначають за такими формулами:

у першому прольоті по грані опори А

; (26.11)

у першому прольоті по грані опори В

26.12)

у середніх прольотах по гранях опор

. (26.13)

Розрахунок головних балок. Головні балки ребристих перекриттів розраховують на зосереджені постійні і тимчасові навантаження, що передаються на них другорядними балками, і на вагу найголовнішої балки. Вагу балки, зазвичай, додають до постійного навантаження від другорядних балок у вигляді зосереджених вантажів, що дорівнюють вазі ребра головної балки на ділянці між осями другорядних балок.

Статичний розрахунок головних балок виконують методами будівельної механіки або за готовими таблицями нерозрізних балок із зосередженими навантаженнями, і перерозподіляють у них зусил унаслідок пластичних деформацій.

За розрахункові прольоти головних балок приймають їх осьові розміри. За розрахункові згинальні моменти на опорах приймають моменти по гранях колони:

, (26.14)

де b – ширина колони; Q – поперечна сила у опорному перерізі головної балки ( на грані колони ), яка визначається наближено: у першому прольоті по грані крайньої опори;

; (26.15)

також, по грані опори В

; (26.15)

у середніх прольотах по гранях опор

= , (26.15)

де – розрахункова поперечна сила по грані опори вільно опертої балки з прольотом і навантаженням, що дорівнюють прольотом і навантаженню балки, яку розглядаємо.

3. Конструювання плит і балок ребристих перекриттів. Під час конструювання ребристих перекриттів визначають розміри перерізів плит і балок та площу перерізу робочої арматури.

Плити. Робочу висоту плити визначають за формулою

(26.29)

Економічно вигідна товщина плити буде при .

Площа арматури в поперечному перерізі плити за формулою

ξ . (26.30)

Елементи ребристих перекриттів армують окремими стрижнями або зварними сітками і зварними каркасами. Сьогодні спосіб армування зварними сітками і зварними каркасами набув повсюдного застосування, як найбільше індустріальний і економічний. Проте плити з великою кількість отворів, а також плити складної конфігурації і малих розмірів армують окремими стрижнями.

Для покриттів мінімальну товщину монолітних плит приймають 5 см; для міжповерхових перекриттів цивільних будівель – 6 см і для промислових – 7 см. Захисний шар робочої арматури в плитах з важкого бетону завтовшки до 10см повинен бути не меншим 10 мм, а в товстіших плитах – 15 мм.

Під час армування балкових плит окремими стрижнями діаметри стрижнів приймають 6, 8 або 10 мм і розташовують їх уздовж прольоту плити з максимальним кроком у прольотах і на опорах 20 см і мінімальним 7 см.

У багатопрольотних нерозрізних балкових плитах, зазвичай, половина прольотної арматури переводиться у опори зі зниженої зони у верхню з ухилом 1 : 2, а інша половина протягується до опор, до того ж кількість стрижнів повинна бути не менше трьох на 1м ширини плити.

На рис. 26.4 показані найрозповсюдженіші способи армування плит окремими стрижнями.

У першому прольоті і на другій опорі згинальні моменти більші, ніж в середніх прольотах і на середніх опорах, і тут необхідне збільшення площі поперечного перерізу арматури досягається великим діаметром стрижнів за збереження їх кількості і кроку у всіх прольотах, що дуже зручно у виробничому сенсі. Гладкі стрижні опорної арматури закінчують прямими крюками, а пролітну арматуру на крайніх опорах – круглими крюками. На середніх опорах стрижні прольотної арматури залишають без крюків, оскільки вона закінчується в стислій зоні бетону. Під час використання арматури періодичного профілю крюки на кінцях стрижнів не роблять.

Розподільчу і монтажну арматуру плит діаметр 6 мм встановлюють перпендикулярно до робочих стрижнів і перев'язують в'язальним дротом діаметром до 1мм.

Плити армують зварними сітками безперервним і роздільним способами.

За діаметра робочих стрижнів сіток до 5мм, малих навантажень (до 6 кН/м²) і малих прольотів (до 1,6м) можна застосовувати рулонні сітки з повздовжньою робочою арматурою, що укладаються за способом безперервного армування розкочуванням їх уздовж прольоту плит, упоперек другорядних балок. За такого способу армування в середній половині прольотів сітки розташовують знизу, а над балками – опорами – зверху, причому місця перегинів сіток розміщують на відстані 0,25l від осі опор (рис.26.5, a, b). У першому прольоті і на другій опорі укладають додаткові сітки або окремі стрижні. Армування за цим способом широкого розповсюдження не набуло.

За діаметра робочих стрижнів сіток до 6 мм і більше приймають рулонні сітки з поперечним розташуванням робочої арматури. Такі сітки укладають за способом роздільного армування, розкочуючи їх уздовж балок-ребер, плит, що є опорами. У такому випадку сітки, створюючи прольотну арматуру плит, розкочують між балками знизу, а опорні сітки розташовують над цими балками зверху (рис.26.5, c). Такий спосіб армування широко поширений. Плити з прольотами більше 2,5 м іноді для економії надопорної арматури армують двома зварними сітками, що укладаються з перепуском близько 0,1l відповідно до згинального опорного моменту, що змінюється (рис.26.6, а). На вільних опорах арматурні сітки плит повинні мати поперечні стрижні (див. рис.26.5, b) або крюки для анкерування їх у зоні опори. Тому, якщо в сітках немає поперечних стрижнів в зоні опори, їх потрібно приварювати додатково або їхні кінці повздовжніх стрижнів заломлювати гаками крюками.

Зварні сітки під час армування плит з′єднують в робочому і в неробочому напрямах перепуском їх внаклад (див. п.2 підрозділу 17). При тому стики розташовують врозбіг так, щоб в одному перерізі з'єднувалося не більше 50 % робочих стрижнів; з'єднання в одному перерізі всіх стрижнів допускається там, де згинальні моменти становлять половину максимального розрахункового.

Другорядні і головні балки. Економічно вигідну висоту таврових балок ребристих перекриттів можна бути визначити за емпіричною формулою

, (26.16)

де – h висота балки, см; М – розрахунковий додатний момент.

Рис.26.5. Армування нерозрізних балкових плит зварними сітками: a,b – неперервне армування; c – окреме армування

Рис.26.6. Розташування арматури в поперечному перетині і над опорне армування балкових плит великого прольоту: a – над опорне армування балкових плит великого діаметру двома сітками; b – розташування нижньої (пролітної) арматури балок; c – розташування верхньої (надопорної) арматури балок

Ширину ребра таврових балок приймають такою, що дорівнює b=(0,4.0,5)h. Розміри h і b приймають кратними 5 cм. Ширину полиці таврового перерізу при , що вводиться в розрахунок для другорядних балок, приймають такою, що дорівнює відстані між балками , а для головних балок ; при розрахункова ширина полиці таврового перетину .

У разі дії додатного моменту і ξ у перерізі повздовжньої арматури визначають за табл. 3. 1

при за формулою.

ξ .

При ξ > перетині розраховують як таврове з урахуванням стиснення ребра балки.

Площу перерізу повздовжньої арматури на від′ємні моменти визначають як для прямокутного перерізу завширшки b при ξ ξ .

За знайденою площею арматури підбирають кількість стрижнів і їхні діаметри. Арматура балок ребристого перекриття складається з робочих і монтажних стрижнів, хомутів або поперечних стрижнів у зварних каркасах.

Товщина захисного шару бетону до хомутів або до поперечних стрижнів 15мм, а до стрижнів робочої арматури залежить від діаметрів цієї арматури.

При d 20мм 20мм

при 20мм d 32мм 25мм

при d 32мм 30мм

Відстань між стрижнями робочої арматури в світлі у разі її розташування у нижньої грані балок приймають з двох більше значення: 25 мм або (рис.26.6, c).

У разі розташування робочої арматури у верхньої грані балок відстань в світлі приймають з двох більше значення: 30 мм або (рис.26.6, c).

Другорядні балки монолітних перекриттів утворюють з плитами єдине ціле, тому перерізи балок, зазвичай, бувають тавровими. Такі балки армують переважно зварними каркасами, рідше – окремими стрижнями.

Основною конструктивною умовою під час армування балок окремими стрижнями є обов'язкове розташування прямих стрижнів з боків перерізу, а відігнутих, нахилених, зазвичай, під кутом 45° – ближче до центра перерізу.

Прямі стрижні, що встановлюються по низу і по верху перерізу по його кутах, становлять основу просторового в'язаного каркасу (рис.26.7). Нижніми прямими стрижнями слугують стрижні робочої арматури балок, що проходять від опори до опори і опори, що з′єднуються на осі, з перепуском.

Верхні прямі стрижні, зазвичай, складені, оскільки над опорами нерозрізних балок є робоча арматура, а в прольоті ставлять конструктивно монтажні стрижні.

У середніх прольотах нерозрізних балок за значних корисних тимчасових навантажень замість верхніх монтажних стержнів може бути потрібна по розрахунку робоча арматура, яку протягують через опори і вводять у склад надопорної арматури не менше двох стрижнів.

Якщо під час конструювання виявляється недостатньо відігненої арматури, на опорах можлива постановка спеціальних відігнених стрижнів, які зазвичай встановлюють у другому ряду (рис.26.7).

Робочу арматуру балок приймають діаметром, не меншим 10мм.

На крайніх опорах, коли поперечна арматура потрібна за розрахунком, для надійного анкерування нижніх робочих стрижнів необхідно, щоб гладкі стержні заходили за грань опори на довжину 15 і закінчувалися гаками, а у стрижнів періодичного профілю, що залишаються без гаків, це закладення повинно становити 15 у разі бетону класу В15 і можна зменшувати до 10 у разі бетону класу В 20 і вище.

Хомути виконують, зазвичай, з гладких круглих стрижнів діаметром 6 мм, а для високих балок – 8 – 10мм. Крок хомутів, що встановлюються за розрахунком, не повинен перевищувати половини висоти балок і бути більшим 50см. Якщо хомути за розрахунком не потрібні, їх крок не повинен перевищувати 3/4h і бути не більше 50см.

У середній частині прольотів таврових балок перекриттів хомути можна виконувати відкритими П-подібними, оскільки балку (ребро) зверху перерізають стрижні арматури плити; на приопорних ділянках, де є нижня стисла арматура, хомути ставлять закритими.

За ширини балок до 3см хомути роблять двогілковими, а у разі великої ширини – чотиригілковими (рис.26.7, d, e).

Армування головних балок окремими стрижнями здійснюють за тими самими принципами, але з дотриманням деяких особливостей.

На рис. 26.8 зображено армування нерозрізних головних балок окремими стрижнями (в’язаними каркасами).

У разі висоти головних балок 70 см і необхідніша постановка особливої повздовжньої прямої арматури діаметром 10 – 16 мм уздовж бічних граней з розташуванням їх по висоті на відстані не більше 40см (рис.26.9). Мета постановки таких повздовжніх стрижнів – зменшити гнучкість гілок хомутів в'язаних каркасів і цим запобігти їх випучуванню під час бетонування ребра.

Армування багатопролітних нерозрізних балок перекриттів зварними каркасами виконують двома способами: 1) змішаним із застосуванням зварних каркасів і надопорних зварних сіток; 2) одними плоскими зварними каркасами, створюють просторовий каркас балки.

Змішаний спосіб армування застосовують тільки для другорядних балок перекрить і порівняно рідко. Він полягає в

Рис.26.7. Армування нерозрізних другорядних балок окремими стержнями (в’язаними каркасами): a– армування балки; b – круглі гаки гладкої арматури; c – перегини арматури; d – поперечний перетин з замкненими хомутами; e – відкриті хомути; №1 - №11 – номери стержнів

Рис.26.8. Армування нерозрізних головних балок окремими стержнями (в’язаними каркасами): п – підвіски; п.о. – підвіски, з’єднані з відігненими стержнями; п.х. – парні хомути

тому, що у прольотах балок розташовують зварні каркаси з нижніми робочими стрижнями, а над опорами розкочують зварні сітки (рис.26.10).

Другий найпоширеніший спосіб армування балок каркасами годиться і для другорядних, і для головних балок ребристих перекриттів. У цьому разі прольоти армують плоскими зварними каркасами з нижньою робочою арматурою, а опори – зварними каркасами з верхньою робочою арматурою (рис.26.11, 26.12).

Згідно з чинними нормами поперечні стрижні зварних каркасів у балках мають у своєму розпорядженні приопорні ділянки протяжністю (від кожної опори) з прискореним кроком , а в середній частині балки крок збільшується до розміру s.

Розміри і s обмежуються такими межами: за висоти перерізу h< 45см, h/2 і 15см, за висоти перерізу; см, і см; у середній половині прольоту балок s і s 50см.

У місцях перетину головних балок, армованих зварними каркасами з другорядними балками встановлюють спеціальні додаткові поперечні сітки, перпендикулярні напряму другорядних балок (див. рис. 26.11). Це підвищує опірність головних балок зосередженим навантаженням і запобігає появі у них тріщин.