3. Розрахунок і конструювання елементів збірного перекриття

Необхідно розрахувати і сконструювати елементи збірного перекриття (панель, ригель) та колону 1-го поверху.

Дані для проектування:

1. Розміри багатоповерхової промислової будівлі в плані (в осях) – 36,0х19,5 м.

2. Кількість поверхів –4.

3. Висота поверху – 4,2 м.

4. Нормативне тимчасове (корисне) навантаження на залізобетонне перекриття – 6 кН/м².

5. Тип підлоги – плиткова.

6. Зовнішні стіни – з цегли.

7. Панелі – з круглими пустотами.

8. Ригелі – таврового перерізу.

9. Клас робочої поздовжньої арматури: плит – Ат-У, ригелів і колон – А-ІІІ, фундаменту – А-11.

10. Клас бетону – В20.

11. Умовний розрахунковий тиск на землю на глибині 2 м R_j =0,28 Мпа.

12. Місце будівництва – м. Харків.

Робочу поздовжню арматуру ригеля замінити менш міцною – А-11.

Згідно із завданням залежно від типу панелей перекриття (ребриста чи пустотна) затверджується і підлягає розрахунку один із варіантів, зображених на рис.1.

Рис. І. Варіанти схем збірного перекриття багатоповерхової про­мислової будівлі: а - пустотні панелі /П-І - 1000 мм; П-2 - 1200 мм; ПВ-І - панелі-вкладиші на ширину колони -400 мм/; б - ребристі панелі /ПР-І - 1000 мм; ПР-2-І200ш/

Перекриття виконується із збірних попередньо напружених залізо­бетонних панелей, укладених на ригелі. Опирання плит - шарнірне, стик ригеля з колоною - жорсткий.

3.1. Розрахунок збірної залізобетонної панелі перекриття з круглими пустотами

Дані для проектування:

згідно з завданням панель з круглими пустотами шириною 1,2 м (рис. 2) виготовляється з бетону класу В20 з урахуванням коефіцієн­та умови роботи = 0,9:= 11,5^. 0,9 = 10,35 МПа; = 0,9 х 0,9 = 0,81 МПа;= 15 МПа;= 1,4 МПа;= 2,7х І0⁴ МПа (табл.. Д.З);

арматура поздовжня напружена класуА-У;= 680 МПа;= 785 МПа;= 1,9^.10-⁵ МПа (табл. Д.4), для класу бето­ну В20 діаметр арматури має не перевищувати 18 мм (рекомендації що­до вибору класу бетону й арматури наведені в табл. Д.5);

зварні сітки плити, поперечна та монтажна арматура ребер класу Вр-І із звичайного арматурного дроту періодичного профілю при = 3 мм;= 375 МПа;= 270 МПа;

=1,7•10 ⁵ МПа (див. табл. Д.4).

Рис. 2. Схема перерізу багатопустотної панелі перекриття

У панелі перекриття припустиме виникнення тріщин.

Панелі виготовляються в заводських умовах /агрегатно-поточна технологія виготовлення/ з прогрівом бетону при атмосферному тиску. Натягування арматури на упори здійснюється електротермічним спосо­бом. Обтискання бетону виконується при передаточній міцності = 11 МПа (див. табл.. Д.5).

3.2. Визначення розмірів, розрахункових прольотів, навантажень і зусиль панелі перекриття

Задамося розмірами перерізу ригеля, який згідно з даними для проектування /завдання/ взято таврового профілю.

Згідно з рекомендаціями для згинальних елементів беремо

70см;

= 0,3 ^. 70 20 см.

Розрахунковий проліт панелі залежить від профілю ригелів, які можуть мати прямокутну форму або таврову з поличкою зверху чи знизу (рис. З.а)

.

Рис. 3. Схеми розрахункових прольотів панелі перекриття при опиранні їх на ригелі, що мають різні профілі

перерізу

Для даного випадку, коли панелі спираються на полички (рис. З.в) ригелів, розрахунковий проліт

= 600 - 40 + 10 = 570 см,

де - відстань між осями ригелів /крок рам/,= 6 м;

- ширина нижньої полички ригеля;

- глибина закладки в стіну або спирання полички на ригель,= 10…12 см.

Для крайнього ряду, якщо панелі вільно опираються одним кінцем на стіну, розрахунковий проліт

см,

де 20 –відстань від розбивної осі до внутрішньої грані стіни, см.

Якщо розрахункові прольоти середніх і крайніх рядів панелей відрізняються між собою, то для подальшого розрахунку беруть панель з більшим розрахунковим прольотом.

Якщо ригель має прямокутну форму, розрахункові прольоти

(рис. 3,т);

(рис. 3,б).

Навантаження, що передаються на панель перекриття, складаються зі сталого (власна вага панелі, підлоги)і тимчасового (корисного), яке наведене в завданні на проектування. Приклад складання навантажень у табл..1.

Таблиця 1

Складання навантажень

Тип навантаження	Навантаження, кн./м2
	нормативне при	розрахункове при
Стала від ваги: 1м2 панелі перекриття = 3 кН (табл.Д.1) 1м2 плиткової підлоги = 1,4 кН (табл.Д.9)	3 .1.0,95 = 2,85 1,4.1.0,95 = 1,33	3 .1,1.0,95 = 3,135 1,4 .1,3.0,95 = 1,729
Разом	= 4,18	= 4,864
Тимчасова згідно з завданням = 6 кН/м2, у тому числі тривала - (тимчасова, зменшена на величину короткочасної) – 1,5 кН/м2	6.1.0,95 = 5,7 4,5.1.0,95 = 4,275	6 .1,2.0,95 = 6,84 = =
Разом	= 9,88	= 11,704

Примітка.Умовні позначення:

- коефіцієнт надійності за навантаженням (беруть в табл.. Д.6);- коефіцієнт надійності за призначенням конструкцій, для будівель класу П (об’єкти промислового, сільсько-господарського і житлово-цивільного призначення)=0,95.

Повне розрахункове навантаження при > 1 на 1 м погонної довжини панелі шириною 1,2 м

1,2= 11,704^.1,2 = 14,045 кН/м.

Тривало діюче навантаження на 1м погонної довжини панелі шириною 1,2 м

= (4,18 + 4,275) ^. 1,2 = 10,146 кН/м.

Зусилля від розрахункового навантаження

кн.^.м.

кн

кн.^.м.

Висоту перерізу попередньо напружених панелей призначимо з умови

см.

Візьмемо см. Тоді робоча висота

см.

де - захисний шар;- передбачуваний діаметр повдовжньої арматури.

Для розрахунку беремо тавровий профіль. Виходячи з припущення, що нейтральна вісь пройде в межах полички, вважаємо, що ширина полички порівнює ширині панелі: =116 см (див. рис. 2). При цьому має виконуватись умова

>,

де - висота полички,

см

- діаметр пустоти,160 мм.

Ширина ребра тавра

= 116 – 6^.16 = 20 см,

де 6 – кількість пустот панелі.

Якщо панель з овальними пустотами, то кількість пустот буде іншою (табл.. Д.1). Наприклад, для панелі шириною 120 см

= 116 – 2^.52 = 12 см,

де – довжина пустоти.

3. Розрахунок міцності нормального перерізу

Установлюємо розрахунковий випадок для таврового профілю:

57 кН ^.м <=

= 10,35 (01) ^.3^.116 (19-0,5^.3) = 6303 кН ^.см = 63,03 кН ^.м.

Умова задовольняється, тому межа стислої зони бетону знаходиться в поличці тавра. Якщо умова не задовольняється (>), то нейтральна вісь перетинає ребро тавра, що для багатопустотних плит не припускається. У цьому випадку рекомендується збільшити висоту панелі або клас бетону.

Таким чином, розрахунок виконуємо як для прямокутного перерізу шириною =116 см.

Знаходимо

.

Щоб панель не переармовувати і, таким чином, заключити необхідність ставлення арматури у стислій зоні бетону, має виконуватись умова

,

де - відносна висота стислої зони (знаходиться в табл..Д.7), при=0,132 маємо= 0,14;= 0,93;- гранична відносна висота стислої зони.

Щоб визначити , необхідно знайти допоміжні величини:

- 0,008= 0,85-0,008^.10,35 = 0,767;

- коефіцієнт, для важкого бетону=0,85.

Попереднє напруження в арматурі знаходимо з умов

;.

При натягуванні стержневої арматури електротермічним методом припустиме відхилення попереднього напруження від заданого

МПа,

де - довжина напруженого стержня, яка дорівнює 1,05 довжини панелі (див. рис. 3.в);

= 600 – 40 + 2 ^. 10 = 580 см.

Попереднє напруження в арматурі має не перевищувати значення, яке знаходиться в першої нерівності, тобто

= 785 - 90 = 695 МПа.

Беремо = 600 МПа. Визначаючи граничну відносну висоту стислої зони, попереднє напруження в арматурі необхідно вводити в розрахунок з коефіцієнтом точності натягування

,

де ;

- число стержнів напруженої арматури, для даного випадку орієнтовно взято 4 стержні.

Визначаємо

= 680 + 400 – 660 (1- 0,113) = 570 МПа.

При = 0,9= 500 МПа гранична відносна висота стисної зони бетону

.

Перевіримо записану раніше умову:

=0,57 – умова виконується.

Коефіцієнт умови роботи арматури

,

де - граничне значення коефіцієнта, яке залежить від класу арматури, для А-ІУ=1,2 ; для А-У, А_т-У, В-11, К-7 і К-19=1,15; для А-УІ, А_т-УІ=1,1.

У даному випадку коефіцієнт умови роботи перевищує граничне значення:

= 1,22 >= 1,15.

Тому беремо = 1,15.

Площа попередньо напруженої арматури

см²

за сортаментом беремо 4 Ø 12 А_т-У (табл. Д.8) зсм².

Якщо умова не виконується (), то необхідно збільшити розміри (висоту) конструкції та клас бетону або поставити стиснуту ненапружену арматуру.