Конструкции балок с перфорированной стенкой

Разновидности балок с перфорированной стенкой связаны со схемами резов стенки. Прежде всего, резы могут быть симметричными и несимметричными относительно середины исходного двутавра. При симметричном резе балка типа I образуется из двух половинок разных двутавров 1 со вставками на опорах или двутавров 2—без вставок. Балки типа II можно создать из одного исходного двутавра, но в этом случае нижнюю часть нужно разрезать на элементы 2 и 3, развернуть их, сварить в середине и предусмотреть вставки на опорах. Балки типа III пригодны для прогонов. В этом случае появляются обрезки. При несимметричном резе (тип IV) предусматриваются вставки на одном конце.

По предложению ЦНИИПСКадвутавры с перфорированной стенкой можно компоновать из заготовок, полученных от разных исходных двутавров. При этом половинка из более мощного двутавра устанавливается в сжатой зоне и может быть из менее прочной стали (с Ry = 210 ... 260 МПа), а половинка из менее мощного двутавра устанавливается в растянутой зоне и принимается из более прочной стали (с Ry = 320 ... 360 МПа). Благодаря такой компоновке легче обеспечить местную устойчивость стенок сжатых поясов - тавров. Основные параметры, необходимые для реза стенки, указаны на рисунке 11.3. Обычно h1= 0,6 ... 0,75h0 (h0 — высота исходного двутавра), а > 90 мм, с > 250 мм, а = 40 ... 70°.

Рисунок 11.3 – Основные параметры балки с перфорированной стенкой

Параметры связаны между собой следующими зависимостями h₁ + h_f1 = h₀₁; h₂ + h_f2 = h₀₂; b₁ = h₁ + h_f1; b₂ = h₂ + h_f2; шаг отверстий s == 2 (a + b/tg α); h_f = (h₀ - b)/2; h = 2h₁, или h₁ + h₂.

С целью снижения степени концентрации напряжений в углах отверстий можно использовать криволинейные резы, при которых появятся небольшие отходы. Весьма эффективен метод закругления углов окон радиусом до 2,5, при этом концентрация напряжений снижается в 2,5 ... 3,5 раза.

Возможно создание балок с перфорированной стенкой переменной высоты благодаря резу стенки на участке, наклоненном к оси балки. В ЛИИЖТе разработан метод реза по кривым и создания криволинейных балок путем стягивания двух половинок и последующей сварки.

С целью повышения несущей способности двутавров с перфорированной стенкой их высоту можно увеличить за счет вставок между выступами стенки, но при этом возрастает трудоемкость изготовления. Возможна компоновка балок из элементов с зигзагообразным резом по стенке и тавра из разных марок стали.

а – рез с отходом, б – рез с закруглениями в углах Рисунок 11.4 – Стенки балок с криволинеными резами. Большое значение имеет технология изготовления балок с перфорированными стенками. В частности, разработана поточная технология изготовления их на специализированных участках. На таком участке предусматривается использование многооперационного манипулятора, включающего двухрезаковую машину типа СГУ и два сварочных полуавтомата.

а – с наклонным резом стенки, б – с криволинейным резом, в – с вставками, г – из разных элементов Рисунок 11.5 – Разновидности балок с перфорированной стенкой

Манипулятор состоит из центрального поворотного и двух боковых подвижных в горизонтальной плоскости кондукторов. Траверсы кондукторов снабжены пневматическими прижимами для удержания разрезанных половинок двутавров, так как под влиянием остаточных напряжений они могут выгибаться. Между боковыми и средними траверсами кондукторов укладываются два двутавра и прижимаются полками к соответствующим траверсам. Производится одновременная резка стенок двутавровгазорезательной машиной по копиру. Затем крайние траверсы вместе с прижатыми к ним разрезанными половинками двутавров перемещаются в поперечном направлении, а центральный кондуктор с двумя другими половинками поворачивается на 180° вокруг продольной оси до совмещения с выступами раздвинутых половинок. После этого производится сварка. Производительность такого участка составляет 45 ... 50 тыс. м перфорированных балок в год.

С целью снижения расхода металла надо ограничивать количество поперечных ребер жесткости и применять их только на опорах, а также в местах приложения значительных сосредоточенных сил. Так как в перемычках толщина стенок достаточно большая (1/75 ... 1/95 высоты стенки), то в этих зонах можно опирать плиты или прогоны без устройства ребер, чего нельзя делать в пределах отверстий. Узлы опирания балок с перфорированной стенкой показаны на рисунке. Область применения таких балок — прогоны пролетом 12 м.

В ЦНИИПСКе разработана серия бистальных прогонов, которые по расходу металла не отличаются от решетчатых с веерной решеткой, но проще в изготовлении, причем коэффициент загрузки вагонов при транспортировке в 5 ... 7 раз выше. Эти балки могут использоваться качестве путей для тельферов и подвесных кран-балок; балок рабочих площадок и перекрытий с пролетом до 12 м; стропильных и подстропильных балок с пролетом до 18м, а в неразрезном варианте — до 24 м (при этом в зоне промежуточной опоры сечение балки должно быть без отверстий. Наличие отверстий в стропильных балках дает возможность пропускать в них различные коммуникации с габаритами до 0,8 ... 1,0 м); балок жесткости в различных комбинированных системах.

а – опорный участок; б – выпуск верхнего элемента; в – консоль из двух швеллеров Рисунок 11.6 – Узлы опирания балок

Область применения балок с перфорированной стенкой ограничивается несущей способностью таких балок, образованных из самых мощных прокатных двутавров, если необходимо, со вставками.

Определение кривизны оси элементов при изгибе и прогибов на участках без трещин.

СНиП 2.03.01-84 Бетонные и ж/б конструкции стр.52.

Определение кривизны оси элементов при изгибе и прогибов на участках с трещинами.

СНиП 2.03.01-84 Бетонные и ж/б конструкции стр.53.

Сжатые элементы, усиленные косвенным армированием. Расчет стыков сборных колонн.

Ребристые монолитные перекрытия с балочными плитами. Компоновка перекрытия. Расчет и

конструирование монолитной плиты балочного типа.

Виды железобетонных элементов, подверженных центральному и внецентренному растяжению и

их конструктивные особенности. Расчет прочности центрально растянутых элементов прямоугольного профиля.

Железобетонные конструкции — сборные, монолитные, сборно-монолитные — выбирают путем технико-экономического сравнения запроектированных вариантов зданий по приведенным затратам, энергоемкости, трудоемкости, расходу дефицитной стали, надежности, долговечности, технологичности возведения, эстетическим воздействиям на человека.

1. Сборные конструкции. Под сборными понимают конструкции, возведение которых на строительной площадке производят из заранее изготовленных элементов. В целях повышения эффективности производства и качества продукции сборные элементы изготовляют на высокомеханизированных и автоматизированных предприятиях сборного железобетона, специализированных на выпуск определенного ассортимента изделий и конструкций.

При строительстве самых разнообразных зданий сборные железобетонные конструкции оказываются наиболее эффективными, так как их возведение не зависит от погодных условий. Они способствуют индустриализации и максимальной механизации строительства. Установлено, что 2,2...2,5 м3 сборного железобетона заменяют 1 т металлоконструкций. При этом стоимость железобетонных конструкций массового производства ниже, чем металлоконструкций.

Основной недостаток сборных конструкций заключается в трудоемкости, высокой стоимости и металлоемкости стыков их элементов, в снижении жесткости элементов и конструкций в целом вследствие нарушения общей пространственной неразрезности (статической неопределимости).

2. Монолитные конструкции. Под монолитными понимают конструкции, возведение которых осуществляют непосредственно на строительной площадке укладкой бетонной смеси (товарного бетона) в заранее приготовленную опалубку. В результате специфических недостатков их все более вытесняют сборные железобетонные конструкции.

• Основные недостатки монолитного бетона: 1) сезонность работ; 2) устройство трудоемких и дорогостоящих опалубки и подмостей; 3) продолжительность сроков строительства, зависящая от длительности твердения бетона в естественных условиях; 4) низкая индустриализация строительства, объясняющаяся особенностями приготовления бетонной смеси, ее транспортирования и укладки, распалубки и т. д.

Удельный вес себестоимости и трудоемкости производства конструкций из монолитного железобетона по элементам затрат (включая стоимость материалов) приведен в табл.1.

Таблица 1. Удельный вес себестоимости и трудоемкости производства конструкций из монолитного железобетона

Виды работ	Удельный вес, %
	по себестоимости	по трудоёмкости
Опалубочные	18	41
Приготовление бетонной смеси	41	9
Арматурные	24	19
Транспортирование бетонной смеси	5	6
Укладка бетонной смеси и уход за бетоном	12	25

Из табл. 1 видно, что основные резервы снижения стоимости монолитного железобетона заключаются в уменьшении расхода бетона и арматуры, опалубочных материалов, снижении трудоемкости опалубки, укладке бетонной смеси и уходе за бетоном.

• Основное достоинство монолитных конструкций заключается в их пространственной неразрезности (высокой статической неопределенности), что обеспечивает монолитным конструкциям меньшую материалоемкость по сравнению с другими видами железобетонных конструкций, Именно поэтому они находят широкое применение при строительстве типовых и разнообразных уникальных зданий, возводимых индустриальным способом: передвижная, щитовая или блочная инвентарная или дещевая несъемная (из армоцемента, стеклоцемента) опалубка; унифицированные пространственные армокаркасы и крупные арматурные блоки, механизированное приготовление, подача и укладка бетона.

Конструкции, трудно поддающиеся членению, например бассейны для плавания, фундаменты под оборудование и сооружения с мощными динамическими нагрузками (турбогенераторы, молоты), фундаменты под прокатное оборудование и пр., тоже выполняют монолитными. В каждом случае применение монолитного железобетона должно быть экономически обосновано.

3. Сборно-монолитные конструкции. Под сборно-монолитными принято понимать комплексные конструкции, в которых сборный и монолитный железобетон, укладываемый на месте строительства, работает под нагрузкой как одно целое. Этого достигают надежным сцеплением сборных элементов с монолитным бетоном посредством выбора формы и размеров сборных элементов, насечки их поверхности, применения в необходимых случаях напрягаемой и ненапрягаемой арматуры, сварки закладных деталей и выпусков арматуры.

На поверхности контакта сборных элементов с монолитным бетоном предусматривают по расчету или конструктивно выпуск поперечной арматуры с надежной анкеровкой в дополнительно уложенном монолитном бетоне. Сборный железобетон в сборно-монолитных конструкциях одновременно является опалубкой для монолитного железобетона и воспринимает все нагрузки в монтажный период.

Сборно-монолитный железобетон удачно сочетает положительные качества сборного и монолитного железобетона, благодаря чему является весьма экономичным.

Сборные элементы позволяют возводить здания теми же индустриальными методами, что и при строительстве полносборных зданий, а монолитный железобетон — достигать их необходимой пространственной жесткости, что существенно снижает расход стали и бетона по сравнению с полносборными зданиями. В монолитных частях сборно-монолитных конструкций, работающих в основном на сжатие, можно широко использовать ячеистые и легкие бетоны на местных естественных или искусственных пористых заполнителях, что способствует облегчению конструкции и, следовательно, дальнейшему их удешевлению. Сборные элементы целесообразно применять предварительно напряженными.

Различают сборно-монолитные конструкции с высоким (до 90%) и низким (до 25%) процентом содержания сборных элементов. Преимущество первых конструкций заключается в высокой индустриальности изготовления и монтажа, а вторых - в повышенной монолитности (неразрезности). Сборно-монолитные конструкции рассчитывают в обеих стадиях работы: до приобретения бетоном замоноличивания заданной прочности — на воздействие собственного веса этого бетона и нагрузок, действующих на данном этапе возведения конструкции; после приобретения бетоном замоноличивания заданной прочности — на нагрузки, действующие на данном этапе возведения и при эксплуатации конструкции.

В условиях центрального (осевого) растяжения находятся затяжки арок, нижние пояса и нисходящие раскосы ферм, стенки круглых в плане резервуаров для жидкостей ( V.1) и некоторые другие конструктивные элементы.

Центрально-растянутые элементы применяют, как Правило, предварительно напряженными, что является радикальным средством существенного повышения их сопротивления образованию трещин в бетоне.

Основные принципы конструирования железобетонных элементов, изложенные в главе II, относятся также и к центрально-растянутым элементам. Стержневую рабочую арматуру, применяемую без предварительного напряжения, соединяют по длине обычно на сварке, стыки внахлестку без сварки допускаются только в плитных и стеновых конструкциях.

Растянутая предварительно напрягаемая арматура (стержни, проволочные пучки, арматурные канаты) в'ли-пейных элементах (затяжки арок, нижние пояса ферм) не должна иметь стыков. В поперечном сечении элемента предварительно напрягаемую арматуру размещают симметрично ( V.2) с тем, чтобы при передаче обжимающего усилия (всего целиком или постепенно, обжимая сечение усилиями отдельных групп стержней) по возможности избежать внецентренного обжатия элемента.

При натяжении на бетон предварительно напряженная арматура, размещаемая в специально предусматриваемых каналах, в процессе обжатия не работает в составе поперечного сечения элемента. В этом случае целесообразно снабжать предварительно напряженный элемент небольшим количеством   ненапрягаемой  арматуры ( V.2,б). Ее располагают ближе к наружным поверхностям, чтобы она эффективнее усиливала элемент против возможных внецентренных воздействий в процессе обжатия.

В условиях внецентренного растяжения находятся стенки резервуаров (бункеров), прямоугольных в плане, испытывающие внутреннее давление от содержимого ( V.3,а), нижние пояса безраскосных ферм ( V.3, б) и некоторые другие элементы конструкций. Такие элементы одновременно растягиваются продольной силой W и изгибаются моментом М, что равносильно вне-центренному растяжению усилием N с эксцентриситетом eo=M/N относительно продольной оси элемента.

Внецентренно растянутые элементы, относящиеся к случаю 2, армируют продольными и поперечными стержнями аналогично армированию изгибаемых элементов, а относящиеся к случаю 1 — аналогично армированию центрально-растянутых элементов.

Внецентренно растянутые элементы, как и центрально-растянутые, обычно подвергают предварительному напряжению, что значительно повышает их трещиио-стой кость.

Во внецентренно растянутых элементах содержание продольной арматуры должно быть ц^0,05 %; это относится к арматуре 5 для элементов случая 2 и К арматуре 5 и S' для элементов случая

Стыки сборных растянутых элементов, через которые передаются растягивающие усилия, конструируют на сварке выпусков арматуры или стальных закладных деталей, а также с помощью арматурных изделий (пучков, канатов, стержней), перекрывающих стыки, размещаемых в каналах или пазах и натягиваемых на бетон.