52. Основные положения метода предельного равновесия

Расчет конструкций в упругой постановке задачи, как известно, проводится по методу допускаемых напряжений. Данный подход при расчете статически определимых и статически неопре­делимых систем не позволяет найти их истинный запас прочности, так как исчерпание несущей способности конструкции сопровож­дается появлением в ней пластических деформаций. Для выявления истинного запаса несущей способности конструкции необходимо проводить расчет с учетом упруго-пластических деформаций. Од­нако сложность аппарата теории пластичности не позволяет решать широкий круг очень важных инженерных задач. В этом отношении расчет конструкций по методу предельного равновесия, поз­воляет дополнить существующий пробел по данному вопросу. По­этому, метод расчета конструкций по предельным состояниям, по сравнению с упругим расчетом, является важным этапом для оцен­ки истинных запасов прочности конструкции. При этом следует отметить, что расчет конструкций по методу предельных состояний является приближенным в том контексте, что, в отличии от уп­руго-пластического расчета, не позволяет описать процесс перехода от упругого к предельному состоянию.

Если при проектировании инженерных сооружений необходи­мо знать процесс формирования напряженно-деформированного состояния вплоть до исчерпания несущей способности конструк­ций, метод предельного равновесия неприменим. Однако, в тех случаях, когда необходимо определить только несущую способ­ность конструкции этот метод является очень эффективным и имеет важное практическое значение.

     При расчете конструкций по допускаемым напряжениям в упругой постановке задачи, как известно, предельной нагрузкой считается та, при которой наибольшее напряжение , хотя бы в одной точке опасного сечения достигает величины. При этом вводится понятие о допускаемом напряжении, определяемом по формуле, гдеn - коэффициент запаса.

При расчете конструкций по методу предельного равновесия предполагается двухстадийный характер деформирования материа­ла: в первой стадии материал подчиняется закону Гука, пока на­пряжения не достигнут предела текучести; а затем во второй ста­дии, предполагая, что в нем в определенной стадии нагружения в опасных сечениях беспредельно развиваются пластические дефор­мации при постоянном напряжении. С появлением пластических деформаций нарушается линейная зависимость между напряжениями и деформациями по закону Гука, и все расчетные формулы, вывод которых основан на этой зависимости, становятся неприменимыми. Нарушается прямая пропорциональность между действующими на элемент конструкции нагрузками и возникающими в нем напряжениями и деформациями. Становится неприменимым один из основных принципов сопротивления материалов – принцип независимости действия сил.  

Так как зависимость между напряжениями и деформациями становится нелинейной и для каждого материала определяется видом диаграммы растяжения, единых для различных материалов расчетных формул, учитывающих пластические деформации, получить невозможно. При выводе расчетных формул диаграммы растяжения упрощают (схематизируют). Для материалов, имеющих площадку текучести, например для низкоуглеродистых сталей условная диаграмма зависимости на­пряжения от деформации состоит из наклонного и горизонтального участков и носит название диагpам­мы идеально yпpyго-плаcтичеcкого тела, или диагpаммы Пpандтля.

Суть метода состоит в том, что конструкция рассматривается в момент, непосредственно предшествующий ее разрушению, когда еще выполняются условия равновесия для внутренних и внешних сил, достигающих предельных значений. Отсюда и произошло наз­вание метода предельного равновесия.

Реальные конструкции представляют собой в большинстве слу­чаев многократно статически неопределимые системы, материал которых обладает свойством пластичности. Благодаря этому конст­рукции обладают дополнительными резервами несущей способнос­ти. После того, как в наиболее опасных сечениях напряжения до­стигают предела текучести, в отличие от статически определимых систем, статически неопределимые системы могут нести дополни­тельные нагрузки за счет перераспределения внутренних сил.

Для пластичного материала предельным обычно считается, на­пряженное состояние, которое соответствует возникновению замет­ных остаточных деформаций, а для хрупкого - такое, при котором начинается разрушение материала.

Для выполнения расчетов на прочность по методу предельного равновесия вводятся понятия ко­эффициента запаса прочности и эффективное напряже­ние.

Коэффициент запаса при данном напряженном состоянии это число, показывающее во сколько раз следует одновременно увели­чить все компоненты тензора напряжений, чтобы оно стало предельным.

Эквивалентное напряжение - это такое напряжение, кото­рое следует создать в растянутом образце, чтобы его напряженное состояние было равноопасно с заданным.

Для пластичных материалов критерием наступления предельно­го состояния принимается состояние, при котором максимальные касательные напряжения достигают некоторого предельного значе­ния:

.                                                                                                               (20.1)

Гипотеза максимальных касательных напряжений, приемлемая для пластичных материалов, обнаруживает заметные погрешности для материалов, имеющих различные механические характеристики при сжатии и растяжении.

В таких случаях применяется энергетическая гипотеза, согласно которой предельное состояние в точке наступает тогда, когда энергия формоизменения

(20.2)

принимает некоторое заранее заданное значение. Это предельное значение для определяется следующим образом. Для простого растяжения выражение (20.2) принимает вид:

.

В сложном напряженном состоянии принимает значение

.                                                                                                                       (20.3)

При совместном рассмотрении (20.2) и (20.3) получим:

или

.

Следует помнить, что расчет по методу предельного равновесия можно выполнять только для элементов конструкций, изготовленных из пластичных материалов, допускающих пластические деформации в наиболее напряженных точках без появления в них трещин. Недопустимо появление пластических деформаций в деталях машин, длительно работающих при переменных, циклических напряжениях, так как при этом резко снижается число циклов до разрушения, т.е. долговечность детали. 

Особенности расчета сборных многопролетных балок с учетом перераспределения усилий в стадии предельного равновесия

Сборные балки (ригели) могут быть разрезными и неразрезными. При расчете неразрезного, т. е. статически неопределимого ригеля, целесообразно учитывать перераспределение усилий вследствие пластических деформаций, по сравнению с результатами расчета его как упругой балки. Расчет железобетонных конструкций, производимый в предположении их работы как упругой системы, является довольно условным. Известно, что даже при эксплуатационных нагрузках в сжатой зоне бетона развиваются неупругие деформации (деформации ползучести), а в растянутой зоне образуются трещины. Далее (с увеличением нагрузки и приближением ее к предельной для данной конструкции) нарастают неупругие деформации бетона, происходит нарушение сцепления арматуры с бетоном. Однако в обычной, т. е. статически определимой, железобетонной конструкции указанные явления не могут привести в какому-либо изменению моментов, продольных или поперечных сил, так как они уже определены из условий статики (условий равновесия).

Если рассмотреть статически неопределимую конструкцию, то описанные явления приведут к тому, что в ней будет происходить перераспределение усилий. Под перераспределением усилий в статически неопределимых конструкциях понимают отклонение величин усилий (т. е. изгибающих моментов, продольных и поперечных сил), фактически действующих в конструкции, от соответствующих величин, полученных в результате расчета конструкции как упругой системы, за счет возникновения пластических деформаций. Основную роль в перераспределении усилий в статически неопределимых железобетонных конструкциях играет перераспределение изгибающих моментов.

При расчете подобной конструкции по первой группе предельных состояний важно знать перераспределение моментов, происходящее к моменту исчерпания несущей способности конструкции. Оно возникает главным образом за счет образования в ряде наиболее напряженных сечений так называемых «пластических шарниров», что сопровождается наступлением текучести продольной растянутой арматуры. Расчет ведется по методу предельного равновесия. В этом случае несущая способность конструкции определяется темн предельными моментами, которые действуют в пластических шарнирах; в свою очередь, предельные моменты в пластических шарнирах определяются армированием соответствующих сечений.

Уменьшая или увеличивая армирование отдельных сечений, можно менять несущую способность конструкции в целом. Однако наибольший практический интерес представляет способ изменения величин предельных моментов в пластических шарнирах, при котором несущая способность конструкции в целом остается неизменной. Это дает возможность изменить распределение усилий в конструкции (например, уменьшая изгибающие моменты в наиболее напряженных сечениях) без изменений несущей способности конструкции в целом. В результате за счет этого можно добиться определенного экономического эффекта, в первую очередь за счет сокращения расхода арматуры.

При расчете неразрезных железобетонных балок обычно применяется статический способ метода предельного равновесия. Изменение распределения усилий в этом способе достигается прибавлением к эпюрам «упругих» изгибающих моментов дополнительных, «перераспределяющих» эпюры (от лишних неизвестных метода сил, умноженных на производные коэффициенты) и соответствующим армированием сечений. Каким бы ни было распределение усилий в упругой стадии работы конструкции,последующие деформации в пластических шарнирах перераспределяют усилия в соответствии с армированием основных расчетных сечений. Поэтому проектировщик вправе выбрать величины указанных произвольных коэффифициентов так, чтобы в итоге получить наиболее целесообразные суммарные эпюры усилий в конструкции. Однако если предусмотреть слишком сильное перераспределение усилий, то уже при эксплуатационных нагрузках в конструкции могут появляться значительные трещины в тех сечениях, где впоследствии должны образоваться пластические шарниры. Поэтому приходится ограничивать перераспределение усилий таким образом, чтобы изгибающие моменты в процессе перераспределения уменьшались.

Расчеты ригеля с учетом перераспределения усилий производят в следующем порядке. Вначале ведут ориентировочный расчет ригеля как упругой балки и выбирают основную систему, для чего в неразрезной балке удобнее всего ввести шарниры над всеми промежуточными опорами (концы балок считаются свободно опертыми). Основная система в этом случае будет состоять из однопролетных балок, а лишние неизвестные будут представлять собой моменты, действующие в неразрезной балке на опорах. Расчет ведут обычными приемами строительной механики с построением эпюр от постоянной нагрузки, временной нагрузки и от лишних неизвестных в основной системе и решением системы канонических уравнений метода сил. Жесткость балки условно принимают постоянной по всей длине и равной жесткости нетреснувшего сечения. Уравнения метода сил решают несколько раз —для случая постоянной нагрузки по всей балке, для случая временной нагрузки во втором пролете и т. д. После того как система канонических уравнений решена и лишние неизвестные для каждого загружения найдены, определяют наиболее невыгодные сочетания нагрузок, соответствующие максимальным и минимальным моментам на каждом пролете. Расчеты удобнее всего вести в табличной форме.

Далее необходимо построить объемлющие эпюры максимальных и минимальных изгибающих моментов в ригеле. Сначала определяют «упругие» моменты у грани опоры (колонны), так как именно сечение у грани, а не сечение по оси колонны, является расчетным на опоре:

Каждая из указанных выше эпюр от лишних неизвестных представляет собой треугольник, имеющий максимальную ординату на промежуточной опоре и перекрывающий два смежных пролета. Приступая к перераспределению моментов в ригеле, задаются общей направленностью перераспределения усилий. Например, для ригеля сборной конструкции со стыками элементов на опорах нежелательно иметь значительные опорные моменты; снижение пролетных моментов в этом случае имеет несколько меньшее значение. Исходя из этого, перераспределение усилий начинают с тех сочетаний нагрузок, которые соответствуют экстремальным значениям опорных моментов. Для каждого из этих сочетаний расчет ведется следующим образом: исходя из допускаемого снижения моментов в основных расчетных сечениях на 30 %, определяют границы возможного перераспределения усилий. Для этого находят 70 %-ные значения минимальных (наибольших по абсолютной величине) опорных моментов (у грани опоры), а также максимальных и минимальных пролетных моментов.

После этого выбором «перераспределяющих» эпюр добиваются того, чтобы каждый из опорных моментов (у грани опоры), превышающий по абсолютной величине соответствующее 70 %-ное значение, свести к этому значению. Если какой-либо опорный момент при данном сочетании по абсолютной величине меньше 70 %-ного значения, то этот момент целесообразно довести до 70 %-ного значения.

Затем переходят к сочетаниям, соответствующим максимальным и минимальным значениям пролетных моментов и по возможности снижают все пролетные моменты, превышающие 70 %-ные значения, но не выходя при этом ни по одному из опорных моментов за соответствующее 70 %-ное значение. После того как для каждого из рассматриваемых сочетаний нагрузок построены все описанные эпюры, строят объемлющую эпюру моментов и, пользуясь формулами для расчета сечений изгибаемых элементов, подбирают сечения продольной арматуры ригеля.

Поперечную арматуру целесообразно назначать с некоторым избытком (30...40 %) против величин, определяемых расчетом, так как изменение величин лишних неизвестных в процессе перераспределения усилий может вызвать уменьшение или увеличение поперечных сил. Поперечные силы определяются по граням опор:

После расчета поперечной арматуры (по формулам гл. 4) необходимо убедиться в том, что при достижении в основных расчетных сечениях предельных моментов разрушение не будет носить хрупкого характера, т. е. можно будет рассчитывать на образование пластических шарниров. Прежде всего должно выполняться условие, согласно которому относительная высота сжатой зоны. В этом случае хрупкого разрушения при достижении предельного момента не произойдет, однако оно может наступить в процессе поворота в пластическом шарнире, т. е. в процессе перераспределения усилий. Поэтому при назначении предельной величины для конструкций, рассчитываемых с учетом перераспределения усилий, необходимо иметь некоторый запас. Он создается за сче того, что предельная величина снижается по сравнению с граничным значением Ея для обычных изгибаемых элементов и принимается 0,35. Для предотвращения возможности хрупкого разрушения следует также применять арматурные стали с площадкой текучести и проектировать конструкцию так, чтобы избежать среза сжатой зоны или раздавливания бетона от главных сжимающих напряжений.

Ригель может быть выбран прямоугольниго сечения или тавровым с полкой вверх; применяются также тавровые ригели полкой вниз, позволяющие снизить строительную высоту перекрытия. Стыки ригелей размещают непосредственно у колонны, причем ригель может опираться на железобетонную консоль или на специальный монтажный (съемный) металлический столик. В верхней части стыка ригелей устанавливают соединительные стержни, привариваемые при монтаже к закладным деталям или к выпускам продольной арматуры ригеля. Армируют ригели обычно двумя плоскими сварными каркасами, в средней части пролета иногда устанавливают третий каркас. Для экономии стали строят эпюру моментов арматуры (эпюру материалов) и часть продольной арматуры обрывают в соответствии с этой эпюрой и эпюрой моментов от внешней нагрузки.

Конструирование неразрезного ригеля. Поперечное сечение ригеля может быть прямоугольным, тавровым с полками вверху, тавровым с полками внизу. При опирании панелей перекрытия на нижние полки ригеля таврового сечения строительная высота перекрытия уменьшается.  Стыки ригелей размещают обычно непосредственно у боковой грани колонны. Действующий в стыках ригелей опорный момент вызывает растяжение верхней части и сжатие нижней. В стыковых соединениях ригель может опираться на железобетонную консоль колонны или же на опорный столик из уголков, выпущенных из колонны. В верхней части стыка выпуски арматуры из колонны и ригеля соединяются вставкой арматуры на ванной сварке. Вставка арматуры повышает точность монтажного соединения в случае нарушения соосности выпусков арматуры. В нижней части стыка монтажными швами соединяются закладные детали колонны и ригеля. После приварки монтажных хомутов полость стыка, бетонируется. Скрытые стыки на консолях (с подрезкой торца ригеля) усложняют конструирование, так как требуют усиления арматуры входящего угла дополнительными каркасами и закладными деталями, повышающими расход стали и трудоемкость изготовления; кроме того, при таком стыке снижается несущая способность и жесткость ригеля на опоре. Эти стыки считаются шарнирными, фигурная же стальная накладка, привариваемая на монтаже, обеспечивает восприятие небольшого изгибающего момента. В бесконсольных стыках, как показали исследования, поперечная сила воспринимается бетоном замоноличивания полости и бетонными шпонками, образующимися в призматических углублениях на боковой поверхности колонны и в торце сборного ригеля. Специальными исследованиями установлено, что этот стык равнопрочен с консольным стыком, но в то же время по расходу материалов и трудоемкости он экономичнее.  Короткие консоли армируют горизонтальными хомутами и отогнутыми стержнями.  В стыках с бетонированием и приваренной к закладным деталям консоли нижней арматурой ригеля опорное давление ригеля на консоль от нагрузки, приложенной после замоноличивания, можно уменьшать на 25 %. Ригель армируют обычно двумя плоскими сварными каркасами. При значительных нагрузках возможен третий каркас в средней части пролета. Площадь растянутых стержней каркасов и их число устанавливают при подборе сечений по изгибающим моментам в расчетных сечениях на опоре и в пролете. По мере удаления от этих сечений ординаты огибающей эпюры М уменьшаются, следовательно, может быть уменьшена и рлощадь сечения арматуры. В целях экономии арматурной стали часть продольных стержней обрывают в соответствии с изменением огибающей эпюры моментов. Сечение ригеля, в котором отдельный растянутый стержень по расчету уже не нужен, называют местом его теоретического обрыва.  Эпюра арматуры против мест теоретического обрыва стержней имеет ступенчатое очертание с вертикальными уступами. Там, где эпюра арматуры значительно отходит от эпюры М, избыточный запас прочности (избыток растянутой арматуры); в местах, где ступенчатая линия эпюры арматуры пересекает эпюру М, прочность сечения недостаточна.

Конструкции стыков сборного ригеля с колонной

А ^усилия, действующие в стыке; б — жесткий стык на консолях; В — жесткий стык бесконсольный; г — скрытый стык на консолях; 1 — арматурные выпуски из ригеля и колонны; 2—ванная сварка; 3 — вставка арматуры; 4 — поперечные стержни, привариваемы;е на монтаже; 5 — бетон замоиоличивания; 6 — усиленный арматурный выпуск из ригеля; 7 — опорный столик из уголков с отверстием для удобства бетонирования; 8 — стальные закладные детали; 9 — приз­матические углубления для образования бетонных шпонок; 10 — фи­гурная деталь «рыбка», привариваемая на монтаже

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.