Лекция 17. РАБОТА ПРОФИЛИРОВАННОГО ЛИСТА В СОСТАВЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ2

17.1. Пространственные системы перекрытий

Вкачестве перекрытий многоэтажных зданий применяются сборные, сборно-монолитные и монолитные плитно-балочные конструктивные системы из железобетона. В таких системах все элементы работают на поперечный изгиб, при котором до трети объёма растянутого бетона практически не учитывают в расчёте на прочность. Ос-

новная функция бетона в зонах растяжения балочных элементов – защита стальной арматуры от коррозии. ЕслиИнеобходимость защиты арматуры отсутствует, то излишки бетона из зон растяжения можно удалить, что обеспечивает повышениеДэффективности конструкции.

Вэтом отношении эффективны, например, пространственные

перекрытия вспарушенного типа, в которых расход бетона меньше, чем в плитно-балочных конструкцияхА. В отличие от других пространственных систем (оболочек и складок), верхняя грань вспарушенных конструкций плоская, удобнаябдля устройства пола на перекрытии. Известны, в частности, с орные вспарушенные панели, имеющие переменную толщинуии нижнюю поверхность двоякой кривизны, описанную на плоском контуре (р с. 17.1).

МинимальнаяСтолщ на панелей принята из условия прочностиоружением горизонтальных нагрузок предусматривают дополнитель-

ные элементы (межпанельные пояса жёсткости), что значительно усложняет конструкцию и ведёт к удорожанию строительства. При применении предварительно-напряжённых монолитных поясов жёсткости перекрытия превращаются из сборных в сборно-монолитные. В таких системах требуется обеспечение надёжного взаимодействия всех элементов.

2 Исследование выполнено с участием А.А.Комлева [15].

89

Рис.17.1. Вспарушенные панели и конструкция перекрытия

с их применением: 1 – колонны каркаса; 2 – вспарушенная панель; 3 – монолитные швы

17.2. Перекрытия с применением арочного профнастила

В сборно-монолитных и монолитных перекрытиях возможны более простые и не менее эффективные решения пространственных несущих конструкций. Более технологичны, по сравнению со вспа-

90

рушенными, монолитные конструкции с нижней цилиндрической (сводчатой) поверхностью (рис. 17.2). Такая поверхность может быть образована инвентарной опалубкой переставного типа. Эффективно также применение опалубки, в том числе и несъёмной, из предварительно гнутого арочного профнастила. В настоящее время существуют высокотехнологичные методы изготовления таких изделий и расширение области их применения весьма актуально.

Рис. 17.2. Конструкция перекрытия

снижней сводчатой поверхностью:

1– колонны; 2 – сборные (монолитные) балки; 3 – распорные балки; 4 – монолитный настил

Арочный профнастил в сводчатых перекрытиях даже при отсутствии специальных связей с бетоном выполняет две основные функции: во-первых, в качестве опалубки обеспечивает восприятие монтажных нагрузок и веса свежеуложенного бетона при минимальных затратах на возведение, во-вторых, повышает надёжность перекрытий в аварийных ситуациях в процессе эксплуатации здания, выполняя

91

функцию резервирующего элемента. Кроме этого, при проектировании таких перекрытий можно значительно снизить требования по раскрытию трещин на потолочной поверхности, защищённой профнастилом, и тем самым допустить применение высокопрочной арматуры без предварительного напряжения. Имеются данные о значительном влиянии профнастила на прочность балочных конструкций при отсутствии анкеров [20].

Арочный профнастил в процессе изготовления и эксплуатации перекрытия испытывает три стадии напряжённо-деформированного состояния. Под действием монтажных нагрузок и веса свежеуложенного бетона он находится в состоянии сжатия и при этом важно обеспечить его устойчивость. Состояние предварительного сжатия профнастила сохраняется и на второй стадии эксплуатационного загружения после набора прочности бетона. На этойИстадии монолитный бетон работает в основном на действие эксплуатационных нагрузок без учёта собственного веса, что позволяетДзначительно уменьшить его армирование. Можно допустить, что вследствие отсутствия специальных связей между бетоном и профнастилом, сжимающие напряжения в профнастиле мало изменяютсяАвплоть до разрушения перекрытия. В стадии разрушения профнастил активно включается в работу, обеспечивая необходимуюбживучесть конструктивной системы.

Особенно эффективно применение арочной опалубки в сборномонолитных перекрытияхикаркасных зданий в сочетании со сборными железобетонными р гелями таврового сечения и полками понизу. Установленная наСполки р гелей арка из профнастила способна воспринимать монтажные нагрузки без специальных креплений. Однако при этом необходимо принимать меры для восприятия арочных распоров и усилий от горизонтальных нагрузок. Эту функцию могут выполнять, например, продольные ригели или рёбра монолитного настила на участках между колоннами.

Предварительные расчёты показывают, что новое конструктивное решение при пролётах до 6 м сопоставимо по расходу материалов со сборными конструкциями, а при больших пролётах эффективнее их.

Монолитные сводчатые перекрытия эффективнее плоских конструкций практически при любых пролётах. В них проще обеспечить неразрезность смежных ячеек и в определённой степени решить проблему распорности конструктивной системы.

92

Анализ результатов численного моделирования показывает, что возможны три расчётные схемы сводчатых перекрытий: арочная, балочная и комбинированная (рис. 17.3).

Рис. 17.3. Расчетные схемы перекрытий сДнижнейИсводчатой поверхностью: а – балочная схема; б – арочнаяАсхема; 1 – шарнир; 2 – подвижная опора; 3 – неподвижная опора; 4 – конструктивный элемент,

воспринимающийбраспорные усилия

Арочная схема перекрытия применима при наличии конструктивных элементов, воспринимающихи распорные усилия. В пространственной системе здан я восприятие арочного распора достаточно просто решаетсяСс помощью специальных элементов: межколонных балок, диафрагм жёсткости, затяжек в уровне опор и т.п.

При отсутствии распорных элементов (в том числе затяжек) прочность и жёсткость сводчатого перекрытия может быть обеспечена армированием приопорных участков и созданием неразрезной системы. В этом случае применяется расчётная схема в виде многопролётной балки переменного сечения (в каркасных зданиях шириной, равной шагу колонн). Небольшая высота сечения балок в середине каждого пролёта исключает восприятие этими сечениями больших изгибающих моментов, поэтому в расчётной схеме в этих местах предусматривается линейный (вдоль ширины) шарнир. Для обеспечения геометрической неизменяемости схемы в крайних укороченных пролётах шарниры не предусматриваются.

Эффективность распорных систем без затяжек в уровне опор подтверждается широким применением и исследованиями сборных

93

железобетонных перекрытий каркасных зданий со связевыми (межколонными) плитами. Смежные межколонные плиты в таких перекрытиях образуют неразрезную систему по всей длине здания (температурного блока) с помощью соединительных элементов, приваренных в верхней части плит. Расчётную схему межколонных плит можно отнести к разряду комбинированных.

Комбинированная (распорно-балочная) расчётная схема возможна и в нашем случае при обеспечении неразрезности многопролётного арочного перекрытия.

Эффективность расчётной схемы определяется степенью приближения её к действительной работе конструкции. Для уточнения действительной работы сводчатых перекрытий выполнен анализ пе-

ремещений опорных сечений в загруженном состоянии. Зависимость несущей способности от деформаций опорных сечений характерна для статически неопределимых (в том числе распорных) систем, и оценка её необходима при выборе расчётной схемы.

участков перекрытия испытывают распирающееИвоздействие и стремятся раздвинуть конструкцию. Опорные сечения смещаются в гори-

При отсутствии надопорной арматуры нижние волокна опорных

Рис. 17.4. Деформированные схемы опорных сечений:

а– с раскрепленным верхним поясом;

б– без раскрепления верхнего пояса

Колонны или стены, на которые опираются арки, в определённой степени препятствуют раздвижке, уменьшая поворот и способствуя возникновению распорных усилий. Однако из-за малой изгибной

94