задач, решаемых в процессе проектирования здания. Определить место и значение решаемых задач в составе разделов проектной документации, разрабаты-

ваемых при реальном проектировании зданий и сооружений.

4. «Обоснование принимаемых конструктивных решений». В разделе приводится обоснование принимаемых решений по назначению конструктивной схемы здания и решений по конструированию узлов с точки зрения обеспечения прочности и устойчивости несущей системы здания. В разделе так же приводится описание принятых расчетных схем проектируемых частей зданий, сбор нагрузок на конструкции здания, расчеты конструкций.

Графическая часть оформляется в соответствии с указаниями, приведенными в разделах методических указаний.

1. МОНОЛИТНОЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ

1.1. Компоновка перекрытия. Сбор нагрузок

В зависимости от требуемых размеров здания в плане, формируется сетка координационных осей здания. Шаг осей рекомендуется назначать кратно унифицированному модулю размеров каркасных зданий, я именно: 6.0 м, 6.3 м, 7.2 м, 8.4 м. По заданной сетке осей здания принимается расположение главных и второстепенных балок в перекрытии (продольное или поперечное). Шаг второстепенных балок назначается исходя из минимальной толщины плиты перекрытия. Целесообразно толщину плиты назначать минимальной: для производственных зданий - 50 мм, для гражданских - 60 мм. Шаг второстепенных балок назначается из условия обеспечения прочности плиты перекрытия с минимальной толщиной.

Приняв толщину плиты и оптимальный для нее коэффициент армирования (0,003...0,006), необходимо определить величину максимального пролета плиты из условия ее прочности по нормальным сечениям. С этой целью для расчетной п о-

μ = 0.006, для средних пролетов μ = 0.0045.

От нагрузки, определенной на 1 м2 перекрытия в табличной форме (табл.1), для многопролетной балочной схемы плиты (рис.1.) вычисляется момент внешних

4

сил M=q 2/11 - для крайних пролетов или M=q 2/16 - для промежуточных пролетов.

Рис. 1. Расчетная схема плиты

5

Из условия равновесия моментов внешних и внутренних сил получаем выражение для оптимального пролета плиты. Например, по значению момента в крайнем пролете:

. (2)

Оптимальный шаг второстепенных балок получается увеличением пролета плиты на ширину второстепенной балки (обычно b=150-200 мм). Указанные в исходных данных расстояния между осями колонн надо разделить на равные доли с таким условием, чтобы получить шаг второстепенных балок, ближайший к оптимальному. Толщина плиты в данном случае сохранится минимальной, а следовательно, минимальной будет доля нагрузки от собственной массы перекрытия, что скажется на экономии затрат материалов всех остальных элементов конструкций.

1.2. Расчет и конструирование монолитной плиты перекрытия

Расчетную схему плиты представляют пятипролетной неразрезной балкой (рис. 1.), если количество пролетов равно или более пяти. Расчетная длина промежуточных пролетов принимается равной расстоянию между второстепенными балками в свету, для крайних пролетов - расстоянию от грани второстепенной балки до середины опорной площадки плиты на стену. Ширина опирания плиты на стену принимается 120 мм. В зависимости от нагрузки, ширина сечения второстепенных балок может быть принята 150 или 200 мм Нагрузка на расчетную полосу плиты шириной I м (перпендикулярно второстепенным балкам) берется равной полной расчетной нагрузке из табл. 1.

В соответствии с заданными классами арматуры и бетона, из норм проектирования [1] определяют расчетные сопротивления арматуры и бетона Rs и Rb Расчетное сопротивление бетона умножают на коэффициент условий работы 0.9, учитывающий длительность действующей нагрузки и относительную влажность окружающей среды ниже 75%.

По изгибающим моментам от внешней нагрузки в наиболее напряженных сечениях плиты крайнего пролета и у первой промежуточной опоры, среднего

и требуемую площадь поперечного сечения арматуры;

6

По требуемой площади арматуры подбирается сварная сетка с продольной рабочей арматурой при стандартном шаге стержней 100, 150 или 200 мм. Вначале, арматура подбирается для средних пролетов. Принятая рулонная сетка разворачивается поперек второстепенных балок и располагается в нижней части плиты в пролете с защитным слоем 10 мм, вблизи опор на участках длиной 0,25 l с обеих сторон балок она отгибается под углом 30° в верхнюю растянутую зону плиты. Сетка продлевается и в крайние пролеты. Для обеспечения потребности площади поперечного сечения арматуры в крайних пролетах и над первой промежуточной опорой подбирается добавочная сварная сетка, площадь сечения арматуры в которой устанавливается по разности между требуемой площадью арматуры в крайнем пролете и фактической площадью сечения рабочей арматуры в первой подобранной сетке.

В случае, если требуемый диаметр рабочих стержней сеток 6 мм и более, армирование целесообразно осуществить сетками с рабочими стержнями поперечного направления. При этом нижняя и верхняя зоны плиты армируются ра з- дельно сетками, разворачиваемыми вдоль второстепенных балок. Однако в этом случае рекомендуется выполнить проверку результатов подбора армирования плиты, начиная со сбора нагрузок.

1.3. Расчет и конструирование второстепенной балки Для расчета второстепенной балки определяется нагрузка с грузовой поло-

сы. Ширина полосы принимается равной расстоянию между точками, соответствующими середине пролета плиты по обе стороны рассматриваемой второстепенной балки. Нагрузка на 1 м длины второстепенной балки с учетом собственной массы определяется в табличной форме (табл. 2.).

Таблица 2 Нагрузка на 1 м длины второстепенной балки с учетом собственной массы

ты

7

кратковременная

Для учета собственной массы второстепенной балки необходимо назначить размеры ее поперечного сечения, приняв высоту h = 1/12 пролета, ширину b=(0,3...0,5)h, объемную массу железобетона ϒ= 2500 кг/м3. Постоянные и временные нагрузки от плиты на I м длины балки получаются умножением величины их на I м2 из табл. 1 на ширину грузовой полосы, второстепенной балки.

Расчетная схема второстепенной балки - многопролетная неразрезная балка с числом пролетов, равным фактическому их количеству в перекрытии, либо пятипролетная, если фактическое число пролетов у второстепенной балки больше пяти. Длина пролетов в осях определяется заданным расстоянием между осями колонн, по которым расположены главные балки. Назначив ширину сечения главной балки 250 мм и глубину опирания на наружную кирпичную стену 250 мм, расчетная длина средних пролетов определяется как расстояние в свету между гранями главных балок. Длину крайних пролетов определяют по расстоянию от середины опорной части балки на стене до ближайшей боковой поверхности главной балки.

Постоянная и временная равномерно распределенная нагрузка на балку (табл. 2.) должна рассматриваться в таких сочетаниях, при которых выявляются наибольшие положительные и отрицательные изгибающие моменты в пределах каждого пролета. Для этого требуется построение объемлющей эпюры моментов. Известные из курса строительной механики правила упрощенного построения объемлющей эпюры М состоят в том, чтобы сначала подучить эпюру от сочетания постоянной нагрузки во всех пролетах с временной нагрузкой в нечетных пролетах, а затем от сочетания той же постоянной нагрузки с временной в четных пролетах. При расчете второстепенной балки такая комбинация нагрузки не учитывает влияния главных балок на поворот опорного сечения при чередовании временной нагрузки и искажает фактическое явление. Для учета указанного влияния ре-

8

комендуется на расчетной схеме второстепенной балки в свободных от временной нагрузки пролетов оставлять ее четвертую часть.

Построение объемлющей эпюры моментов для второстепенной балки упрощается применением табличных коэффициентов для вычисления значений момен-

в сечениях, расположенных через 0,2L в каждом пролете.

При выполнении расчетов в рамках проекта, предлагается построить объемлющую эпюру М для первого пролета и половины второго пролета, используя данные, приведенные на рис. 2 и в табл. 3. Расчет прочности второстепенной балки предваряется уточнением размеров поперечного сечения. Расчетное сечение в зоне действия положительного изгибающего момента принимается тавровым, с полкой в верхней зоне (рис. 3). Ширина принимаемой в расчет полки может быть равной расстоянию между серединами пролетов плиты, но не более суммы ширины второстепенной балки и одной трети длины ее пролета b’f = b + 1/3 L

Рис. 2. Эпюры пролетов

Таблица 3 Значения коэффициента β для вычисления ординат объемлющей эпюры

моментов при отношении v/g от 0,5 до 5,0

Окончание таблицы 3

Рис. 3. Расчетное сечение в зоне действия положительного изгибающего момента

Высота и ширина сечения второстепенной балки подлежат определению, исходя из оптимальной величины относительной высоты сжатой зоны ξ = 0,30...0,40 в сечении c максимальным изгибающим моментом отрицательного зна-

Назначив при этом ширину b и определив h0 получим h= h0+a, где величина a принимается от 30 до 60 мм или а =0,1h0. Если соотношение между b и h не удовлетворяет оптимальному b= (0,3...0,5) h, необходимо повторить вычисление, изменив первоначально принятое b. Назначенные размеры поперечного сечения балки сохраняются постоянными по длине всех пролетов.

Для таврового поперечного сечения с полкой в сжатой зоне по максимальным изгибающим моментам положительного знака М, в первом пролете и во втором пролетах определяется требуемая арматура в растянутой зоне.

Полученное0 =значение≤ ᾽ αm позволяет определить величины ξ и ς. Как правило, ограничение ξ x выполняется, и далее вычисляется требуемая площадь

сечения арматуры

10

= ζ0. (8)

По найденным значениям требуемой площади поперечного сечения арматуры в первом и втором пролетах из сортамента принимается от трех до шести стержней. Стержни желательно брать одного диаметра не менее 10 мм. В графической части проекта на узлах армирования следует указать количество и расположение арматурных стержней (см. пример на рис. 4, 5), показать их расположение соблюдая толщину защитного слоя и расстояние не менее 25 мм между стержнями в свету. Желательно располагать стержни не более чем в два ряда.

Для опорного сечения аналогичный расчет выполняется с учетом ширины сжатой зоны, равной ширине ребра. Арматуру, принимаемую из стержней того же диаметра, располагают в верхней части балки (рис. 5) с соблюдением зазора между ними по горизонтали не менее 30 мм, а по вертикали - 25 мм.

Балку предлагается армировать отдельными стержнями, объединяя их хомутами в вязаный каркас. Конструирование арматуры балки выполняется с соблюдением правил построения эпюры материалов (эпюры арматуры). При этом необходимо иметь решение о расположении поперечной арматуры по длине пролетов, которое обосновывается расчетом прочности наклонных сечений.

Для проверки прочности наклонных сечений, вычисляют значения попереч-

На максимальную поперечную силу рассчитывается прочность балки по наклонному сечению. Сначала проверяется прочность на действие главных сжимающих напряжений:

(12)

Как правило, это условие при размерах поперечного сечения b и h0, принятых из расчета прочности нормального сечения, обеспечивается. Выполнение этого условия прочности позволяет перейти к расчету наклонного сечения. Этим расчетом обосновать диаметр и шаг поперечного армирования.

Приняв согласно максимально допустимый шаг поперечных стержней s ≤ h/2 и s ≤ 150 мм при высоте балки не более 450 мм или s ≤ h/3 и s ≤ 500 мм при высоте балки более 450 мм, для приопорных участков длиной 0,25L назначают

Уточнив расчетом, диаметр и шаг поперечной арматуры, определяют длину приопорных участков, на которых соблюдаются расчетные требования и длину

12

средних участков, где шаг хомутов назначается конструктивно согласно требова-

ниям [1]: s ≤ 3/4 h и s ≤ 500 мм.

Из числа стержней, продольной рабочей арматуры, принятой для сечений с максимальными изгибающими моментами в середине пролетов, не менее двух стержней и не менее 50% от общей площади поперечного сечения арматуры следует расположить в нижней зоне по всей длине пролета с заведением концов стержней за грань опор на длину ≥ 10d. Остальные стержни до опор продолжать не требуется. Их можно отогнуть под углом 45° в верхнюю зону для восприятия растягивающих напряжений от опорных моментов отрицательного знака, можно и обрывать, заводя за точку теоретического обрыва на длину w, обеспечивающую прочность наклонных сечений в этой зоне.

Для построения эпюры материалов (см. рис. 6), на объемлющей эпюре моментов ординаты М в расчетных сечениях делят на доли, соответствующие долям каждого из принятых арматурных стержней. При этом разница между площадью сечения арматуры требуемой и фактически принятой должна отражаться разницей ординат моментов объемлющей эпюры и эпюры материалов. Места теоретического обрыва арматурных стержней находят графическим наложением эпюры материалов, и объемлющей эпюры моментов. При этом получают точки пересечения кривой объемлющей эпюры моментов с линиями разграничения долей арматурных стержней.

Для найденных точек теоретического обрыва отдельного стержня определяют величину поперечной силы Qi, действующей в теоретической точке обрыва

и вычисляют требуемую длину анкеровки стержня за точкой обрыва:

=2 +5d,

где qsw определяется по данным интенсивности поперечного армирования в зоне w. Величина w должна быть не менее 20d, где d - диаметр обрываемого стержня.

В зоне действия изгибающих моментов отрицательного знака ближайшие к опоре отгибы должны начинаться на расстоянии не ближе h0/2 от сечения, где стержни продольного армирования полностью используются по прочности.

Армирование второстепенной балки, выполненное на основе построения

эпюры материалов, приведено на рис. 6. Содержание этого рисунка приводится на чертеже армирования второстепенной балки, где указывается вся необходимая информация по расположению арматуры в поперечных сечениях по длине пролётов второстепенной балки с ее привязкой к оси главной балки.

13

Рис. 6. Эпюра материалов

В графической части к разделу 1 вычерчивается план здания в масштабе 1:100 или 1:200 с нанесением на одной половине плана опалубочных размеров перекрытия, на второй половине - схемы армирования монолитной плиты сварными рулонными сетками. На опалубочном чертеже маркируют второстепенные и главные балки, показывают сечения перекрытия с высотными отметками. На схеме армирования плиты маркируют сварные сетки, приводят необходимые размеры характеризующие расположение арматурных сеток, величины нахлестов в рабочем и нерабочем направлениях, указывают привязки сеток к осям здания. Там же обозначаются необходимые разрезы по перекрытию. На чертежах приводится схема армирования второстепенных балок, эпюры материалов совмещенные с эпюрами моментов для обоснования расположения точек обрыва и отгиба арматуры. Фрагменты разрезов по плите и второстепенным балкам с нанесением арматурных сеток и деталей отгибов вычерчиваются масштабе 1:20 или 1:50. На фрагменте схемы армирования приводится план расчетной полосы плиты с обозначением стыков сеток в рабочем и нерабочем направлениях. На отдельных узлах приводят детали стыков с указанием величины нахлёста сеток.

14