53 Расчет и конструирование плит, опертых по контуру

Плиты, опертые по контуру, армируют плоскими сварными сетками с рабочей арматурой в обоих направ­лениях. Поскольку изгибающие моменты в пролете, при­ближаясь к опоре, уменьшаются, количество стержней в прионорных полосах уменьшают. С этой целью в про­лете по низу плиты укладывают две сетки разных раз-

меров, обычно с одинаковой площадью сечения армату­ры. Меньшую сетку не доводят до опоры на расстояние l_k (рис. 1Х.29,а). В плитах, неразрезиых и закрепленных на опоре, принимают 1_к = 1₁/4, в плитах, свободно опертых 1_к = l₁/8, где l₁ меньшая сторона опорного контура. Пролет­ную арматуру плит конструируют также и из унифицированных сеток с продольной рабочей арматурой. Сетки вкладывают в пролете в два слоя во взаимно перпендикулярном направлении (рис. XI.29,б). Монтажные стер­жни сеток не стыкуются.

Надопорная арматура неразрезных многопролетных плит, опертых по контуру, при плоских сетках в пролете конструируют аналогично надопорной арматуре балоч­ных плит (см. рис. XI.23, в).

Плиты, опертые по контуру, рассчитывают кинемати­ческим способом метода предельного равновесия. Плиту в предельном равновесии рассматривается как систему плоских звеньев, соединенных друг с другом по линиям излома пластическими шарнирами, возникающими в пролете приблизительно по биссектрисам углов и на опоpax вдоль балок (рис.; XI.30, в). Изгибающие моменты плиты М зависят от площади арматуры A_s, пересечен­ной пластическим шарниром, и определяются на 1 м ширины плиты по формуле: M=R_sA_sZb.

При различных способах армирования плит, опертых по контуру, составляют уравнение работ внешних и внут­ренних сил на перемещениях в предельном равновесии и определяют изгибающие моменты от равномерно рас­пределенной нагрузки. ^:

Панель плиты в общем случае испытывает действие пролетных М₁, М₂ и опорных моментов М_{1 ,} M'_1, М_{11 ,} M'₁₁ (рис. XI.30,б). В предельном равновесии плита под на­грузкой провисает, и ее плоская поверхность превраща­ется в поверхность пирамиды, гранями которой служат треугольные и трапециевидные звенья. Высотой пира­миды будет максимальный прогиб плиты f, угол поворо­та звеньев

Внешняя нагрузка в связи с провисанием плиты пе­ремещается и совершает работу, равную произведению интенсивности нагрузки q на объем фигуры перемещения;

При этом работа внутренних сил определяется ра­ботой изгибающих моментов на соответствующих углах поворота (см. рис. XI.30, в)

Из условия равенства работ внешних и внутренних сил Aq=Аm приравняем формулы (XI.37) и (XI.38), а

угол поворота φ заменим его значением по формуле

(XI.36). Тогда

Если одна из нижних сеток плиты не доходит до опоры на ^l/4 l , площадь нижней рабочей арматуры, пере­сеченной линейным пластическим шарниром в краевой полосе, будет вдвое меньше и формула (XI.39) принима­ет вид

В правые части уравнений (XI.39) — (XI.40) входят расчетные моменты на единицу ширины плиты: два про­летных момента М1, М₂ и четыре опорных момента М_{1 ,} M'_1, М_{11 ,} M'₁₁. Пользуясь рекомендуемыми соотношения­ми между расчетными моментами задачу сводят к одному неизвестному.

Если плита имеет один или несколько свободно опертых краев, то соответствующие опорные моменты в урав­нениях (XI.39) и (XI.40) принимают равными нулю.

Расчетные пролеты 1₁ и 1₂ принимают равными рас­стоянию (в свету) между балками или расстоянию от оси опоры на стене до грани балки (при свободном опи­рании).

Сечение арматуры плит подбирают как для прямо­угольных сечений. Рабочую арматуру в направлении меньшего пролета располагают ниже арматуры, идущей в направлении большего пролета. В соответствии с та­ким расположением арматуры рабочая высоте сечения плиты для каждого направления различна и будет отли­чаться на размер диаметра арматуры.

 Безбалочные монолитные перекрытия Перекрытие представляет собой сплошную плиту, опертую непосредственно на колонны. Колонны могут быть с капителями и без капителей. Устройство капителей вызывается конструктивными соображениями. Использование капителей позволяет создать достаточную жесткость в местах сопряжения монолитной плиты с колонной, обеспечить прочность плиты на продавливание по периметру капители, уменьшить расчетный пролет безбалочной плиты и более равномерно распределить моменты по ее ширине [10]. Безбалочное перекрытие проектируют с квадратной или прямоугольной равнопролетной сеткой колонн. Отношение большего пролета к меньшему ограничивается величиной 1,5. Наиболее рациональна квадратная сетка колонн. По контуру здания безбалочная плита может опираться на несущие стены, контурные обвязки или консольно выступать за капители крайних колонн.  Для опирания безбалочной плиты на колонны в производственных зданиях применяют капители трех типов. Во всех трех типах капителей размер между пересечениями направлений скосов с нижней поверхностью плиты принимается исходя из распределения опорного давления в бетоне под углом 45⁰.  Размеры и очертания капителей подбираются так, чтобы исключить продавливание плиты по периметру капителей. Толщину безбалочной монолитной плиты находят из условия достаточной ее жесткости. Безбалочное перекрытие рассчитывается по методу предельного равновесия. Экспериментально установлено, что для безбалочной плиты опасными загружениями являются как полосовая нагрузка через пролет, так и сплошная по всей площади. При этих загружениях возможны две схемы расположения линейных пластических шарниров и излома плиты. При полосовой нагрузке в предельном равновесии образуется три линейных пластических шарнира, соединяющих звенья в местах излома. В пролете пластический шарнир образуется по оси загруженных панелей и трещины раскрываются внизу. У опор пластические шарниры отстоят от осей колонн на расстоянии, зависящей от формы и размеров капителей, и трещины раскрываются вверху. В крайних панелях при свободном опирании на стену по наружному краю образуется всего два линейных шарнира – один в пролете, один у опоры вблизи первого промежуточного ряда колонн.  При сплошном загружении в средних панелях возникают взаимно перпендикулярные и параллельные рядам колонн линейные пластические шарниры с раскрытием трещин внизу, при этом каждая панель делится пластическими шарнирами на четыре звена, вращающихся вокруг опорных линейных пластических шарниров, оси которых расположены в зоне капителей обычно под углом 45⁰ к рядам колонн. В средних панелях над опорными пластическими шарнирами трещины раскрываются только вверху, а по линиям колонн прорезают всю толщу плиты. В крайних панелях схема образования линейных пластических шарниров изменяется в зависимости от конструкции опор. При загружении полосовой нагрузкой для случая излома отдельной полосы с образованием двух звеньев, соединенных тремя линейными шарнирами, среднюю панель рассчитывают из условия, что сумма пролетного и опорного моментов, воспринимаемых сечением плиты в пластических шарнирах, равны балочному моменту плиты. Монолитная балочная плита армируется рулонными или плоскими сварными сетками. Пролетные моменты воспринимаются сетками, уложенными внизу, а опорные моменты – сетками, уложенными вверху. Применяемые для армирования безбалочной плиты узкие сетки с продольной рабочей арматурой на участках, где растягивающие усилия возникают в двух направлениях, укладывают в два слоя по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Вблизи колонн верхние сетки раздвигают, либо в сетках устраивают отверстия с установкой дополнительных стержней, компенсирующих прерванную арматуру. Капители армируют по конструктивным соображениям, главным образом для восприятия усадочных и температурных усилий.

 

Рис. 33. Монолитные железобетонные пере­крытия а - ребристое; б - кес­сонное; в - безбалочное; 1 - плита; 2 - балки; 3- колонны

Рнс. 10.33. Сопряжение конструкций сборно-монолитного безОалочного перекрытия

/-колонна; 2 - капительная плита; 3 - межколонная плита-балка; 4-пролетные шпгты-панели; 5 -поперечные стержни-сетки; 6 - продольные стержни-сеткн

безбалочное пере-

Рнс. 10.34. Сборно-монолитное крытие конструкции НИИЖБ

/ - бетон замоноличивания; 2 - предварительно-напряженная межколонп,1я плнта с проволочной арматурой; 3 - .)а-соиггая ре6рнс1 о стаканная капитель; 4 -нижняя колонна; б - пролетная 1лпта; <i - верхняя колонна; 7 - сварная сетка верхней арматуры над опорами; в-колонны нижнего этажа

2.1. Монолитные перекрытия кессонного типа Кессонные перекрытия нашли широкое применение в практике строительства ряда европейских стран, в частности, в Испании, Великобритании и других странах. Здесь при строительстве административных зданий наиболее часто применяются каркасные конструктивные системы с устройством кессонных перекрытий.  Как известно, кессонное перекрытие представляет собой ребристую конструкцию с взаимно – перпендикулярно расположенными ребрами в нижней зоне (рис.5).  Рис.5. Монолитное перекрытие кессонного типа В конструкции монолитного перекрытия кессонного типа бетон удален из растянутой зоны сечения, в которой сохранены лишь ребра, в которых расположена растянутая арматура. В результате удается получить значительную экономию материала по сравнению с перекрытиями сплошного сечения, либо существенно увеличить перекрываемые пролеты.  Перекрытия, возводимые испанскими строителями с применением опалубки «Альсина», представляет собой монолитную кессонную структуру, формируемую при помощи пластмассовой опалубки – пластмассовых форм размером в плане 80х74 см и высотой от 20 до 40 см. Формы располагаются на определенном расстоянии друг от друга, образуя полости для бетонирования взаимно перпендикулярных армированных монолитных балок с расстоянием по осям 80х80см. Над формами размещают арматурную сетку, покрывая поверхность форм монолитным бетоном толщиной не менее 5 см. В результате образуется монолитная железобетонная кессонная структура общей высотой 25 – 45 см в зависимости от высоты пластмассовых форм. На участке сопряжения перекрытия с монолитной колонной устраивают сплошную монолитную железобетонную плиту (рис.10).  В местах опирания элементов перекрытия на колонны растянутой является верхняя зона перекрытия, рабочая арматура располагается в верхней зоне, поэтому в местах сопряжения перекрытия с колонной устраивается сплошная монолитная плита. Таким образом, кессонное перекрытие состоит как из участков с удаленным бетоном в растянутой зоне, так и из участков, имеющих вид сплошной плиты. В кессонной части перекрытия расстояние между ребрами в осях достигает 80 см, толщина ребер меняется снизу вверх от 10 см до 20 см, толщина сплошной верхней части перекрытия составляет 5-6 см. Высота ребер варьируется от 20 см до 40 см, пустотность кессонного перекрытия достигает 50%. Кессонные перекрытия устраивают при строительстве общественных зданий, в которых запроектированы подвесные потолки.  Для устройства кессонного перекрытия используют специальный комплект опалубки, состоящий из телескопических стоек, металлической обрешетки, располагаемой с учетом размеров пластмассовых кессоннообразователей. По обрешетке раскладывают кессоннообразователи – инвентарные формы, имеющие незначительную адгезию к бетону и легко удаляемые после набора бетоном распалубочной прочности. Кессоннообразователи имеют небольшой вес и раскладываются и снимаются вручную. Пластмассовые формы с большой точностью фиксируются на металлических прогонах (рис.6). 

Рис.6. Опалубка для устройства перекрытия кессонного типа. Испанская фирма «Альсина» производит кессоннообразователи, имеющие форму усеченной пирамиды. Размеры пирамидальных кессоннообразователей составляют в основании 80х74 см, наклон боковых граней 18%, объем равен: 82 дм3 при высоте 20 см, 99 дм3 при высоте 25 см, 118 дм3 при высоте 30 см, 127 дм3 при высоте 35 см, 137 дм3 при высоте 40 см. Учитывая объем параллелепипеда с основанием 80х80см и высотой 20 – 40 см, пустотность кессонной части перекрытия составит: при высоте 20 см и толщине перекрытия 25 см – 82/160 = 0,51 (51%), при высоте 25 см и толщине перекрытия 30 см – 99/192 = 0,52 (52%), при высоте 30 см и толщине перекрытия 35 см – 118/224 = 0,53 (53%), при высоте 35 см и толщине перекрытия 40 см – 127/256 = 0,5 (50%), при высоте 40 см и толщине перекрытия 45 см – 137/288 = 0,48 (48%).  Из представленных данных можно видеть, что в среднем пустотность кессонного перекрытия составляет 50%. Следовательно, по сравнению со сплошной монолитной плитой высота кессонной плиты может быть удвоена при одинаковом расходе бетона. Это позволяет значительно снизить расход рабочей арматуры и увеличить перекрываемые пролеты. Последовательность устройства кессонных перекрытий практически не отличается от устройства сплошных перекрытий, за исключением особенности укладки пластмассовой опалубки. Укладка выполняется вручную с деревянного настила, разбираемого в процессе укладки пластмассовых форм. (рис.7).  Сравнение технико-экономических показателей, характерных для сплошной монолитной плиты и монолитного кессонного перекрытия показывает, что в результате снижения массы последнего удается увеличить толщину перекрытия с 16 до 25 см с одновременной экономией 23% бетона за счет удаления его из нижней растянутой зоны. Расход рабочей арматуры снижается на 40% (табл. 2).  Кессонное перекрытие толщиной 25 см при неизменном расходе рабочей арматуры воспринимает нормативную нагрузку 6 кН/м² на пролете более 8 м, что позволяет уменьшить удельное количество колонн, приходящихся на единицу площади перекрытия.