Лекция 7. Балочные сборные перекрытия

7.1. Компоновка конструктивной схемы перекрытия

В состав конструкции балочного панельного сборного перекрытия входят плиты и поддерживающие их балки, называемые ригелями, или главными балками (рис. 7.1,а). Ригели опираются на колонны и стены; направ­ление ригелей может быть продольное (вдоль здания) или поперечное (рис. 7.1,б). Ригели вместе с колонна­ми образуют рамы.

Рис. 7.1. Конструктивные схемы балочных перекрытий

В поперечном направлении перекрытие может иметь два-три пролета (для гражданских зданий) и пять-шесть пролетов для промышленных зданий. Размеры пролета ригелей промышленных зданий определяются общей компоновкой конструктивной схемы перекры­тия, нагрузкой от технологического оборудования и мо­гут составлять 6; 9 и 12 м при продольном шаге колонн 6 м. Размеры пролета ригелей гражданских зданий зави­сят от сетки опор, которая может быть в пределах 3,0 - 6,6 м с градацией через 0,6 м.

Компоновка конструктивной схемы перекрытия за­ключается в выборе направления ригелей, установлении размеров пролета и шага ригелей, типа и размеров плит перекрытий; при этом учитывают:

1) величину временной нагрузки, назначение здания, архитектурно-планировочное решение;

2) общую компоновку конструкции всего здания. В зданиях, где пространственная жесткость в попереч­ном направлении создается рамами с жесткими узлами, ригели располагают в поперечном направлении, а пане­ли - в продольном. В жилых и общественных зданиях ригели могут иметь продольное направление, а плиты— поперечное. В каждом случае выбирается соответствую­щая сетка колонн;

3) технико-экономические показатели конструкции перекрытия. Расход железобетона на перекрытие должен быть минимальным, а масса элементов и их габариты должны быть возможно более крупными в зависимости от грузоподъемности монтажных кранов.

7.2. Проектирование плит перекрытий

Плиты перекрытий для уменьшения расхода ма­териалов проектируют облегченными - пустотными или ребристыми (рис. 7.2,а). При удалении бетона из рас­тянутой зоны сохраняют лишь ребра шириной, необходимой для размещения сварных каркасов и обеспечения прочности панелей по наклонному сечению. При этом плита в пролете между ригелями работает на изгиб как балка таврового сечения. Верхняя полка плиты также работает на местный изгиб между ребрами. Нижняя полка, образующая замкнутую пустоту, создает­ся при необходимости устройства гладкого потолка.

Рис. 7.2. Формы поперечного сечения плит перекрытий

Плиты изготовляют с пустотами различной формы: овальной, круглой и т. п. В панелях значительной шири­ны устраивают несколько рядом расположенных пустот (рис. 7.2.а).

Общий принцип проектирования плит перекрытий любой формы поперечного сечения состоит в удалении возможно большего объема бетона из растянутой зоны с сохранением вертикальных ребер, обеспечивающих прочность элемента по наклонному сечению, в увязке с технологическими возможностями завода - изготовителя.

По форме поперечного сечения плиты бывают с овальными, круглыми и вертикальными пустотами, ребристые с ребрами вверх (с устройством чистого пола по ребрам), ребристые с ребрами вниз, сплошные (рис. 7.2а - е).

В плитах с пустотами минимальная толщина полок 25—30 мм, ребер 30—35 мм; в ребристых плитах с ребра­ми вниз толщина полки (плиты) 50—60 мм.

При заданной длине плит разных типов ширину их принимают такой, чтобы получить градации массы, не превышающие грузоподъемность монтажных кранов 3…5 т, а иногда и больше. Плиты шириной 3,2 м при проле­те 6 м перекрывают целиком жилую комнату; масса та­ких плит с пустотами 5…6 т. Пустотные и сплошные пли­ты, позволяющие создать гладкий потолок, применяют для жилых и гражданских зданий, ребристые панели реб­рами вниз - для промышленных зданий с нормативны­ми нагрузками свыше 5 кН/м².

Экономичность плиты оценивают по приведенной тол­щине бетона, которая получается делением объема бето­на панели на ее площадь и по расходу стальной армату­ры (табл. 7.1).

Таблица 7.1

Технико-экономические показатели плит перекрытий при номинальном пролете 6 м и нормативной нагрузке 6-7 кН/м²

Тип плиты	Приведенная толщина бетона, см	Расход стали на 1 м2 площади в зависимости от вида арма­туры. кг
		без пред­варитель­ного на­пряжения	напрягаемая
			стержне- вая	прово­лочная
С овальными пустотами С вертикальными пустотами С круглыми пустотами Ребристые, ребрами вверх Сплошные	9.2 10.2 12 8 12—16	8 8.5 8,5 9.1 14-16	4,3 4,7 4,7 5 12—14	3,4 3,7 3,7 4 10—11

Наиболее экономичны по расходу бетона плиты с овальными пустотами; приведенная толщина бетона в них 9,2 см, в то время как в плитах с круглыми пустота­ми приведенная толщина бетона достигает 12 см. Однако при изготовлении панелей с овальными пустотами на заводах возникают технологические трудности, вызван­ные тем, что после извлечения пустотообразователей (пуансонов) стенки каналов свежеотформованного изде­лия иногда обваливаются.

Расчет панелей.

Расчетный пролет плит l₀ принимают равным расстоянию между осями ее опор (рис. 7.3. а — в); при опирании по верху ригелей l₀ = l - b/2 (где b — ширина ригеля); при опирании на полки ригелей l₀ = l – a - b (а — размер полки). При опирании одним кон­цом на ригель, другим на стенку расчетный пролет равен расстоянию от оси опоры на стене до оси опоры на ригеле.

Рис. 7.3. Расчетные пролеты и сечения плит

Высота сечения плиты h должна быть подобрана так, чтобы наряду с условиями прочности были удовлетворе­ны требования жесткости (предельных прогибов). При пролетах 5—7 м высота сечения плиты определяется главным образом требованиями жесткости. Предварительно высоту сечения панели, удовлетворяющую одно­временно условиям прочности и требованиям жесткости, можно определить по приближенной формуле

_(7.1)

где с — коэффициент, для пустотных панелей он равен 18 - 20, для ребристых панелей с полкой в сжатой зоне – 30 - 34;

— дли­тельно действующая нормативная нагрузка на 1 м² перекрытия;

— кратковременно действующая нормативная нагрузка на 1 м² пере­крытия;

— коэффициент увеличения прогибов при длительном действии нагрузки: для пустотелых панелей = 2, для ребристых па­нелей с полкой в сжатой зоне = 1,5.

Высоту сечения предварительно напряженных плит можно предварительно назначать равной:

h= l₀ /20 - для ребристых; h= l₀ /30 - для пустотных.

При расчете прочности по изгибающему моменту ши­рина ребра равна суммарной ширине всех ребер плиты, а расчетная ширина сжатой полки принимается равной полной ширине панели. При малой толщине сжатой пол­ки, когда , ширина полки, вводимая в расчет, не должна превышать

_(7.2)

где n — число ребер в поперечном сечении панели.

В ребристой панели ребрами вниз при толщине полки но при наличии поперечных ребер, вводимая в расчет ширина полки принимается равной полной шири­не панели.

Таким образом, расчет прочности плит сводится к рас­чету таврового сечения с полкой в сжатой зоне.

При расчете прогибов сечения панелей с пустотами приводят к эквивалентным двутавровым сечениям. Для панелей с круглыми пустотами эквивалентное двутавро­вое сечение находят из условия, что площадь круглого отверстия диаметром d равна площади квадратного от­верстия со стороной (рис. 7.4):

_(7.3)

Рис. 7.4. Эквивалентные сечения плит для расчета прогибов

Сечение панелей с овальными пустотами (см. рис. 7.4) приводят к эквивалентному двутавровому сечению, заме­няя овальное сечение пустоты прямоугольным с той же площадью и тем же моментом инерции и соблюдая усло­вие совпадения центра тяжести овала и заменяющего прямоугольника. Обозначив b₁ и h₁ — ширину и высоту эквивалентного прямоугольника; F и I — площадь и мо­мент инерции овала:

; _(7.4)

Полка панели работает на местный изгиб как частич­но защемленная на опорах плита пролетом l₀, равным расстоянию в свету между ребрами. В ребристых пане­лях с ребрами вниз защемление полки создается залив­кой бетоном швов, препятствующей повороту ребра (рис. 7.5, а). Изгибающий момент

_(7.5)

В ребристой панели с поперечными промежуточными реб­рами изгибающие моменты полки могут определяться как в плите, опертой по контуру и работающей в двух направлениях (рис. 7.5,б).

Рис. 7.5. Расчетные схемы полок плит

Конструирование плит

Применяют сварные сетки и каркасы из обыкновенной арматурной проволоки и горя­чекатаной арматуры периодического профиля (рис. 7.6). В качестве напрягаемой продольной арматуры применяют стержни классов S800, S1200, высокопрочную проволоку и канаты. Армировать можно без предварительного напряжения, если пролет панели меньше 6 м.

Продольную рабочую арматуру располагают по всей ширине нижней полки сечения пустотных панелей и в ребрах ребристых панелей.

1 – продольная напрягаемая арматура; 2 – нижняя сварная сетка; 3 – то же, верхняя; 4 – вертикальный сварной каркас; 5 – то же, сетка Рис. 7.6. Многопустотные панели с круглыми (а) и овальными (б) пустотами, а также коробчатый настил (д)

Поперечные стержни объединяют с продольной мон­тажной или рабочей ненапрягаемой арматурой в плоские сварные каркасы, которые размещают в ребрах плит. Плоские сварные каркасы в круглопустотных плитах мо­гут размещаться только на приопорных участках, через одно-два ребра. К концам продольной ненапрягаемой арматуры реб­ристых плит приваривают анкеры из уголков или пла­стин для закрепления стержней на опоре.

Сплошные плиты из тяжелого и легкого бетонов ар­мируют продольной напрягаемой арматурой и сварными сетками. Монтажные петли закладывают по четырем углам плит. В местах установки петель сплошные панели ар­мируют дополнительными верхними сетками.

Пример армирования ребристой панели перекрытия промышлен­ного здания приведен на рис. 7.7. Номинальная шири­на этой панели считается равной 1,5 м. Применяют та­кие плиты также шириной 3 м.

Рис. 7.7. Армирование ребристой плиты перекрытия

Монтажные соединения панелей всех типов выполня­ют сваркой стальных закладных деталей и заполнением бетоном швов между плитами. В продоль­ных боковых гранях плит предусматривают впадины, предназначенные для образования прерывистых шпонок, обеспечивающих сов­местную работу плит на сдвиг в вертикальном и горизон­тальном направлениях (рис. 7.8а). При таком соединений сборных элементов перекрытия представляют собой жесткие го­ризонтальные диафрагмы.

Если временные нагрузки на перекрытиях больше 10 Н/м², то ребристые плиты при замоноличивании швов целесообразно превращать в неразрезные. С этой целью швы между ребристыми плитами на опорах арми­руют сварными седловидными каркасами, пересекающи­ми ригель (рис. 7.8б). На нагрузки, действующие после замоноличнвания, такие плиты рассчитывают как неразрезные.

Рис. 7.8. Монтажные соединения плит