1990

3.2.3. Определение внутренних усилий в раме

Для определения усилий в раме используем принцип независимости действия сил. Расчетную схему разбивают на несколько простых схем. Так, для рамы с пятью второстепенными нагрузками простых схем будет четыре (рис. 3.3.) Значения внутренних усилий М, Q и N в отдельных точках определяют по формулам, заносят в таблицу.

Ригель может быть выполнен из обычного (ненапрягаемого) железобетона, в этом случае расчет сечения производится прямоугольным: расчет прочности по нормальным сечениям для ригеля из обычного железобетона производится по п. 5.1, для предварительно напряженного ригеля по п. 5.2, расчет наклонных сечений по п. 5.3. Кроме этого требуется построить эпюру материалов (п. 5.4) и произвести расчет на образование трещин в пролетном сечении. Количество и расположение арматуры определяют в соответствии с правилами армирования прямоугольных изгибаемых элементов в разделе 4.

23

Таблица 3.3

Сводная таблица усилий в раме (для случая пяти опор)

-при четырех сосредоточенных нагрузках следует убрать точку приложения нагрузки β из таблицы столбец 4 и строку

сзаголовком схема 2;

-при трех сосредоточенных нагрузках следует убрать точки приложения нагрузки α и γ из таблицы столбцы 3-5 и строку с заголовком схема 3.

25

4. КОНСТРУКЦИЯ ИЗГИБАЕМЫХ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ И ТАВРОВЫХ СЕЧЕНИЙ

Армирование балок с прямоугольным и тавровым сечениями осуществляется плоскими сварными каркасами, количество которых зависит от ширины конструкции:

при b ≤ 150 мм – 1 каркас;

при 150 < b ≤ 250 мм – 2 каркаса; при b > 250 мм – 3 и более.

Каждый каркас состоит из продольных рабочих и монтажных стержней а также приваренных к ним поперечных рабочих и монтажных стержней (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Конструктивные требования к расположению арматуры в балках

26

Рабочая арматура при положительных моментах (в пролете второстепенных балок и ригеля рамы) устанавливается снизу. Нагрузку, воспринимаемую от отрицательных незначительных изгибающих моментов, может воспринимать монтажная арматура. При существенной нагрузке у опоры рекомендуется устанавливать дополнительные каркасы. У опоры в монолитном варианте возможно армирование двумя сетками с поперечным расположением рабочей арматуры, частично перекрывающими одна другую и раскатываемыми вдоль ригеля.

Продольные рабочие и монтажные стержни изготавливаются из горячекатаной арматуры класса А (в соответствии с заданием). Диаметр рабочих стержней 12 … 32 мм, монтажных стержней 10 … 12 мм. Площадь рабочей арматуры определяется расчетом в соответствии с п.п. 5.1–5.2. Количество принятых стержней должно быть четным, желательно принимать не более двух разных диаметров, отличающихся один от другого не менее чем на 2 мм. Количество рядов напрягаемой арматуры не ограничено. Ненапрягаемую арматуру располагаем не более чем в два ряда по высоте. При этом нижние стержни (ряд I) располагают по всей длине балки, ряд II рекомендуется обрывать или отгибать. Для установления места обрыва строят эпюру материалов.

Расстояние в свету между продольными стержнями (ен) должно быть не менее 25 … 30 мм, но в любом случае не менее максимального диаметра стержней. Во всех случаях толщина защитного слоя бетона должна быть не менее диаметра рабочей арматуры. При высоте балок h < 250 мм защитный слой бетона должен быть не менее 15 мм, а при h 250 мм – не менее 20 мм. В условиях слабой агрессивности среды толщина защитного слоя бетона увеличивается не менее чем на 5 мм, а в условиях средней и сильной агрессивности – не менее чем на

10 мм.

Поперечная рабочая арматура (хомуты) устанавливается в соответствии со следующими конструктивными требованиями:

Диаметр хомутов принимают из условия свариваемости с продольной арматурой (прил. 7). Должно соблюдаться условие dsw 0,25d, где d – диаметр продольной арматуры.

Количество хомутов в сечении определяют из следующих соображений: в ненапряжённых элементах "n" равно количеству каркасов, которое определяют в зависимости от числа стержней продольной (рабочей) арматуры. В напрягаемых элементах сварные каркасы слу-

27

жат только для размещения поперечной арматуры и при ширине балки b = 150…200 мм принимают два каркаса, при большей – три.

Шаг хомутов по конструктивным требованиям определяется в зависимости от высоты балки h (рис. 5.2):

150 ≤ h ≤ 300

300 ≤ h

Рис. 4.2. Конструктивные требования к расположению поперечных стержней арматуры в балках

150 h 300 мм: S1 0,5h , S1 150 мм, lon 0,25l0 ;

300 h 450 мм: S 0,5h, S1 150 мм, S2 0,75h, S1 500 мм, lon 0,25l0;

h > 450 мм: S1 0,33h, S1 300 мм, S2 0,75h, S2 500 мм, lon 0,25l0.

Поперечная рабочая арматура считается подобранной если выполнятся условия (5.24) и (5.29). В случае невыполнения следует произвести расчёт наклонных сечений (п. 5.4).

При ширине поперечного сечения более 350 мм плоские сварные каркасы могут объединяться в один пространственный каркас путем приварки к продольным стержням соединительных стержней (хомутов) диаметром 5 … 6 мм через 1.0 … 1.5 м.

28

5. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

5.1. Расчет изгибаемых элементов с одиночной ненапряженной арматурой по нормальным напряжениям

В сборном варианте консольного перепада все изгибаемые эле-

менты имеют прямоугольное сечение. Расчетная схема сечения пред-

ставлена на рис. 5.1, а.

Рис. 5.1. Варианты сечений изгибаемых элементов с одиночной арматурой

В монолитном варианте ригель рамы также имеет прямоугольное сечение, второстепенная балка при расчете у опоры – прямоугольное сечение, в пролете – тавровое.

Ширину свесов полки bs в каждую сторону для любого таврового сечения принимают в зависимости от следующих условий:

- ширина свесов в каждую сторону должна не превышать ½ расстояния в свету между ребрами, т.е. при расчете второстепенной бал-

ки b́f ≤ ls;

-ширина свесов должна не превышать 1/6 длины пролета, т.е. при расчете второстепенной балки bs ≤ 1/6lв;

-если tf ≥ 0,1 h, ширина свесов полки bs ≤ 6tf;

-если 0,05h ≤ tf ≤0,1h, bs ≤ 3tf; при меньшей высоте полки сечение рассматривается как прямоугольное.

Чтобы определить как рассчитывать сечение, предварительно находят положение нейтральной оси. Для этого определяют момент воспринимаемый сечением (несущую способность сечения) при x = tf (tf – толщина плиты лотка):

29

(рис. 5,2 б), в этом случае сечение рассматривается как прямоуголь-

ное с шириной b'f и расчет производится в соответствии с п. 5.2.1.

- при M f M граница сжатой зоны проходит через ребро бал-

ки (рис. 5.2, в), в этом случае сечение рассматривается как тавровое с учётом восприятия изгибающего момента свесами полки, расчет производится в соответствии с п. 5.2.2.

где h – высота балки, м;

а – расстояние от растянутой грани второстепенной балки до центра тяжести арматуры; для балок принимается а = 4…6 см для пролётов, а = 7…9 см для опор.

Так как высота изгибаемой конструкции была изначально принята исходя из величины пролета, ее сравнивают с рекомендуемой

где Mmax максимальный изгибающий момент в балке, кНм. Далее расчет сечения ведется по наибольшей из принятых. Ширина второстепенной балки принимается равной

30

Значения "h" и "b" округляются до стандартных, в соответствии

сп. 3.1.1.

5.1.1.Расчет прямоугольных сечений

Порядок расчета прямоугольных сечений с одиночной ненапрягаемой арматурой следующий:

1. Определяется величина сжатой зоны сечения

где b2 – коэффициент условий работы бетона; для тяжёлого мелко-

зернистого бетона естественного твердения b2 0,9.

По полученному значению находят ξ = х/h0 ≤ ξR , где ξR определяется по формуле (2.17) или из прил. 5. В случае если условие не выполняется, повышают класс бетона, арматуры или увеличивают размеры сечения.

2. Находится требуемая площадь сечения рабочей арматуры

3.По требуемой площади рабочей арматуры при помощи прил. 6 подбирается количество и диаметр рабочих стержней арматуры в сечении, и определяется их фактическая общая площадь as. Количество, диаметр стержней их расположение в сечении должно быть установлено в соответствии с п. 4.

4.После конструирования сечения (см. п. 4) определяют фактическое значение рабочей высоты сечения.

5.Определяется процент армирования

31

Допустимый процент армирования монолитных балок находится в пределах 1…2%. Если процент армирования получился не оптимальным, то меняют размеры сечения (в первую очередь высоту) и производят расчёты заново.

5.1.2. Расчет таврового сечения

В случае, когда нейтральная линия проходит в ребре балки порядок расчета таврового сечения следующий:

1. Вычисляют момент, воспринимаемый свесами полки,

2. Находят площадь арматуры, соответствующую этому моменту,

3. Определяется момент, воспринимаемый ребром полки,

где М – максимальный изгибающий момент в рассматриваемом сечении, кНм.

4.По формуле (5.5) вычисляется высота сжатой зоны бетона.

5.Рассчитывается площадь арматуры в сечении, необходимая для восприятия изгибающих моментов в ребре полки,

6.Определяется суммарная требуемая площадь растянутой арматуры в сечении

32