Расчет и армирование главной балки

Размещено на http://www.allbest.ru/

17

Расчет и армирование главной балки

1. Расчет главной балки

Расчетной схемой главной балки монолитного ребристого перекрытия считают многопролетную неразрезную балку, загруженную сосредоточенными силами в местах опирания второстепенных балок. Расчетные изгибающие моменты и поперечные силы от внешних нагрузок, действующие на главные балки монолитных ребристых перекрытий, определяют по методу предельного равновесия так же, как для ригелей сборных перекрытий.

Расчетными значениями для средних пролетов считается расстояние между осями колонн, а для крайнего пролета - расстояние между осью колонны и осью опоры на стене (неполный каркас) или расстояние между осями крайней и средней колонн (полный каркас).

Для неполного каркаса:

где с - принятая привязка оси к внутренней грани стены; d - длина опирания главной балки на стену (обычно d = 380мм).

При количестве пролетов более 5 опорные и пролетные моменты и поперечные силы в четвертом, пятом и последующих пролетах многопролетной главной балки принимают по третьему пролету пятипролетной балки.

Нагрузка, приложенная к осям главных балок, полностью воспринимается опорами (колоннами). Она не влияет на опорные моменты и поперечные силы главных балок, поэтому в расчетной схеме главных балок ее не указывают. Нагрузка на главную балку от перекрытий передается через второстепенные балки в виде сосредоточенных сил с грузовой площади (рисунок 17.2.).

Так как масса главной балки составляет незначительную долю от сосредоточенной нагрузки, передаваемой второстепенными балками, то рекомендуется равномерно распределенную нагрузку от массы главной балки приводить к сосредоточенной нагрузке, приложенной в местах опирания второстепенных балок.

Расчетные значения постоянной силы:

Расчетное значение временной силы:

Высота сечения главных балок - ; ширина сечения ребер балок - .

Статический расчет может быть произведен любыми методами строительной механики. Если необходимо рассчитать главную балку как упругую систему пользуются таблицами для расчета неразрезных балок. Подбор сечений производят в пролетах и на опорах по максимальным и минимальным моментам.

где табличные коэффициенты, учитывающие наиболее невыгодное расположение нагрузки по пролетам.

На опорах расчетным является момент у грани колонны:

где Q - поперечная сила в опорном сечении главной балки;

h - высота сечения колонны.

В местах пересечения второстепенной и главной балок над колонной в верхней зоне перекрещивается арматура трех видов: верхняя арматура плиты, второстепенной и главной балок. Поэтому на опоре главной балки в зависимости от количества рядов арматуры принимают a = 6090 мм.

В железобетонных конструкциях при их эксплуатации помимо упругих деформаций проявляют и пластические. В изгибаемых элементах по мере увеличения внешней нагрузки в зонах растяжения в бетоне появляются трещины, нарушается сцепление, напряжения растянутой арматуры достигают предела текучести, образуется пластический шарнир. Текучесть арматуры сопровождается нарастанием прогибов элемента и взаимным поворотом сечений. При этом момент, воспринимаемый пластическим шарниром остается постоянным. В статически неопределимых системах при дальнейшем увеличении нагрузки происходит перераспределение усилий на другие сечения, при этом соблюдается правило - сумма пролетного и полусумма опорных изгибающих моментов равна моменту в балке, свободно лежащей на двух опорах («балочный момент»). При расчете неразрезных балок появляется возможность корректировки «упругой» эпюры изгибающих моментов путем выравнивания их опорных и пролетных значений.

Построенные для невыгодных загружений эпюры моментов упругой балки выравнивают путем наложения на каждую их них добавочной эпюры моментов, вызванной добавочным опорным моментом в пластическом шарнире. Добавочная эпюра строится как для упругой системы - она прямолинейна во всех пролетах. Для каждого загружения подбирается своя добавочная эпюра моментов так, чтобы в выровненной эпюре расчетные моменты снижались не более чем на 30%.

2. Армирование главной балки

Главную балку армируют в пролете двумя (иногда более) плоскими каркасами, которые перед установкой в опалубку объединяют в пространственный каркас. Два каркаса доводят до грани колонны, а остальные каркасы (при их наличии) обрывают в соответствии с эпюрой моментов. Возможен также обрыв по эпюре арматуры части стержней основных каркасов. На опоре главная балка армируется двумя самостоятельными каркасами, заводимыми сквозь арматурный каркас колонн. Армирование на опоре может выполняться также сетками как и для второстепенных балок; в этом случае надопорные сетки располагают по обе стороны от колонны на ширине не более 1/3 расстояния между главными балками.

В главных балках опорные сечения армируются вертикальными каркасами, которые пропускаются между арматурными стрежнями колонны, длина этих каркасов определяется по эпюре арматуры. При высоте сечения главных балок 700 мм и более необходима постановка продольных арматурных стрежней диаметром 10-16 мм вдоль боковых граней с расположением их по высоте не реже 400мм.

Эпюра арматуры представляет собой эпюру моментов несущей способности изгибаемого элемента по нормальным сечениям при принятых сечениях арматуры и бетона. Эпюра арматуры совмещается с огибающей эпюрой изгибающих моментов, при этом она не должна проникать «внутрь» огибающей эпюры, т.к. значение несущей способности в любом сечении балки должно быть больше (или равно) действующего изгибающего момента.

Второстепенные балки могут иметь трещины в растянутой зоне на опоре; поэтому передача их опорного давления на главную балку происходит фактически через сжатую зону второстепенной балки. Эта местная сосредоточенная нагрузка воспринимается поперечной арматурой главной балки и дополнительными сетками в местах опирания второстепенных балок.

Длина зоны, в пределах которой учитывается поперечная арматура, воспринимающая поперечную нагрузку и площадь сечения поперечной арматуры определены на рисунке 17.6.

При армировании монолитных ребристых перекрытий сварными сетками и каркасами последние укладывают в следующем порядке. Предварительно в опалубку устанавливают плоские сварные каркасы главных и второстепенных балок, нижние стержни которых соединяют стыковыми стержнями, в главных балках размещают дополнительные сетки, укладывают сварные плоские сетки плиты и надопорные сетки второстепенных балок.

3. Балочные сборные панельные перекрытия

1. Компоновка конструктивной схемы

Под компоновкой конструктивной схемы перекрытия понимают:

1. разделение плана перекрытия температурно-усадочными и осадочными швами на деформационные блоки;

2. определение направления ригелей: вдоль продольной или вдоль поперечной осей здания. Продольное направление ригелей назначают преимущественно в жилых зданиях (по планировочным соображениям). При поперечном направлении ригелей здание получает наибольшую поперечную жесткость здания, но худшую освещеность.

3. выбор размеров пролета и шага ригелей, способа опирания панелей на ригель, типа и размеров панелей перекрытия.

Компоновку конструктивной схемы перекрытия производят в зависимости от внешних нагрузок, назначения здания и общих архитектурно-планировочных решений.

На здания действуют вертикальные и горизонтальные нагрузки, совместное действие которых может привести к общей потери устойчивости здания, если не обеспечить пространственной жесткости (жесткости в трех плоскостях: 2 вертикальных и 1 горизонтальной).

Это можно сделать созданием жестких узлов сопряжения ригелей с колоннами, которые воспринимают помимо поперечных и продольных сил изгибающие моменты. Такие каркасы называют рамными.

Либо это можно сделать, соединив части колонн специальными связями жесткости, с сохранением шарнирного опирания ригелей на консоли колонн. Такие связи называют диафрагмами, а каркас - связевым.

В обоих случаях горизонтальные связи - панели перекрытия, которые образуют жесткие диски за счет приваривания их к ригелям, либо за счет плотного замоноличивания продольных и поперечных швов между конструкциями.

4. Проектирование плит перекрытий

Панели перекрытий с целью уменьшения их веса проектируют облегченные конструкции с пустотами или выступающими ребрами в поперечном сечении. При удалении бетона из растянутой зоны сохраняют лишь ребра шириной, необходимой для размещения сварных каркасов и обеспечения прочности панели по наклонному сечению. При этом панели вдоль своего пролета работают на изгиб как балки таврового сечения.

Номинальная ширина ребристых плит принимается от 750 до 3000 мм; многопустотных - от 600 до 2000 мм. Конструктивная ширина меньше на 200 мм. Плиты перекрытия опираются на ригели прямоугольной формы или на полки ригеля тавровой формы. Плиты соединятся сваркой закладных деталей с ригелями на монтаже.

Расчетный пролет плит при их опирании на ригель равен

;

при опирании на полки ригеля

.

При опирании одним концом на ригель ,а другим на кирпичную стену, расчетный пролет равен расстоянию от оси опоры на стене до оси опоры на ригели

,

где b - ширина ригеля;

a - ширина полки;

с - привязка оси;

d - величина опирания плиты на стену, принимаемая не менее 120 мм.

Расчет прочности панелей сводится к расчету таврового сечения с полкой в сжатой зоне.

5. Проектирование ригеля

Ригели многопролетного балочного перекрытия представляют собой элементы рамной конструкции. При свободном опирании концов ригеля на стены и пролетах, отличающихся друг от друга не более чем на 20% ригель можно рассчитывать как неразрезную балку. При этом возможен учет пластических деформаций, приводящих к перераспределению и выравниванию изгибающих моментов между отдельными сечениями.

За расчетный пролет принимают расстояние между осями колонн. При опирании крайнего конца ригеля на стену расчетный пролет принимают равным расстоянию от оси опоры до оси колонны. За расчетную схему ригеля принимают пятипролетную балку. В целом расчет аналогичен расчету главной балки монолитных конструкций.

Ригель может иметь различную форму сечения - прямоугольную, тавровую с полками вверху, тавровую с полками внизу. При ригеле таврового сечения с полками внизу и опирании панелей перекрытия на эти полки строительная высота перекрытия уменьшается.

Сечение продольной рабочей арматуры, укладываемой в нижней зоне ригеля, определяют по максимальным положительным моментам, а сечение продольной рабочей арматуры ,укладываемой в верхней зоне ригеля (над опорами), - по максимальным отрицательным (опорным) моментам у граней опор.

Ригели армируют одним сварным каркасом посередине при ширине ригеля , двумя каркасами - при . При значительных нагрузках возможен и третий каркас в средней части пролета. В опорных сечениях наличие третьего каркаса усложняет прикрепление закладной детали. В ригелях высотой h > 300 мм хомуты устанавливают по всей длине независимо от расчета; при высоте h = 150 … 300 мм хомуты, если они не требуются по расчету, ставят у концов элемента на длине не менее ? его пролета; при высоте h <150 мм хомуты не ставят, если они не требуются по расчету.

По мере удаления от расчетных сечений ординаты огибающей эпюры М уменьшаются, поэтому в целях экономии арматуры целесообразно часть рабочей арматуры оборвать в соответствии с изменением ординат огибающей эпюры моментов.

Для рабочей продольной арматуры применяют стержни диаметром 12…30 мм, потому что стержни большого диаметра имеют большую зону анкеровки в бетоне и вызывают трудности при производстве работ. Для технологического удобства применяют не более двух разных диаметров рабочей арматуры. Минимальный диаметр поперечной арматуры из условия свариваемости с продольной арматурой принимают равным 6…10 мм; в вязаных каркасах при диаметр поперечной арматуры принимают d = 6 мм, при - d 6 мм. Стык ригеля с колонной проектируется с учетом характера и величины усилий, действующих в узле, и назначению здания.

Различают 2 типа стыков: шарнирный и жесткий.

В практике широко распространен шарнирный стык благодаря простоте при изготовлении и монтаже по сравнению с жестким.

Однако при шарнирном стыковании ригелей вследствие нерационального распределения изгибающих моментов по их длине расход бетона и арматуры в целом на здании получается максимальным.

В жилищном строительстве применяют бесконсольный жесткий стык ригелей (с использованием монтажного столика из швеллеров). Такой стык полностью воспринимает поперечные силы бетонными шпонками, образующимися при замоноличмвании стыка. Основной недостаток таких стыков - тщательное замоноличивание. Монтажный столик из швеллеров снимают сразу после замоноличивания.

Жесткий стык ригелей, совмещенный со стыком колонны, упрощает и удешевляет монтаж, т.к. снижает количество монтажных узлов. Основной недостаток - высокая металлоемкость.

6. Расчет коротких консолей

Размеры опорной консоли определяют в зависимости от опорного давления ригеля Q ; при этом считается, что ригель оперт на расположенную у свободного края консоли площадку длиной

,

где ширина ригеля.

Наименьший вылет консоли с учетом зазора с между торцом ригеля и гранью колонны

, который варьируется в пределах от 200 до 300мм. При этом расстояние от грани колонны до силы Q

У коротких консолей угол сжатой грани с горизонталью не должен превышать 450.

Высоту сечения короткой консоли в опорном сечении рамного узла проверяют по условиям:

Площадь сечения продольной арматуры подбирают по изгибающему моменту у грани колонны, увеличенному на 25%:

балка ребристый перекрытие армирование

Короткие консоли высотой сечения h>2,5a армируют горизонтальными хомутами и отогнутыми стержнями. Шаг хомутов должен быть не более 150 мм и не более h/4; диаметр отогнутых стержней - не более 25мм и не более 1/15 длины отгиба.

Суммарное сечение отгибов, пересекающих верхнюю половину отрезка .

Размещено на Allbest.ru