Размещено на http://www.allbest.ru/

кафедра строительных конструкций оснований и надежности сооружений, факультет строительства и жилищно-коммунального хозяйства, институт архитектуры и строительства Волгоградский государственный технический университет, г. Волгоград

Аннотация: в данной статье приводится анализ методов математического моделирования конструкции монолитного железобетонного часторебристого перекрытия. Рассматриваются как уже известные методы моделирования, так и инновационный метод, разработанный авторской группой Волгоградского Государственного технического университета. Кроме того, приведены способы оптимизации часторебристых перекрытий, направленные на снижение материалоемкости и трудоемкости при возведении данного типа перекрытий. Авторы данной публикации предлагают свои рекомендации по расчету, проектированию и возведению часторебристых перекрытий.

Ключевые слова: часторебристые перекрытия, математическое моделирование, оптимизация, железобетон.

Abstract:in this article the analysis of methods of mathematical modeling of a monolithic reinforced concrete beam - and - girder floor. Both the already known modeling methods and the innovative method developed by the author's group of the Volgograd State Technical University are considered. In addition, there are ways to optimize of beam - and - girder floor, aimed at reducing the material consumption and labor intensity in the construction of this type of overlap. The authors of this publication offer their recommendations on calculation, design and erection beam - and - girder floor.

Keywords: beam - and - girder floor, math modeling, optimization, reinforced concrete.

Расчет часторебристого перекрытия довольно сложный и трудоемкий процесс, это связано с тем, что каждый участок перекрытия обычно моделируется как пластина, опертая по контуру, и рассчитывается по формулам, выведенным на основании дифференциального уравнения изгиба пластинок:

Размещено на http://www.allbest.ru/

? - прогиб пластины;

Р - интенсивность распределенной нагрузки

Так же стоит отметить, что при создании рабочего проекта здания с часторебристыми перекрытиями, приходится применять большое количество нетиповых элементов перекрытий и расчет каждого отдельного ребра часторебристого перекрытия занимает длительное время. Во многом применение разнотипных балок связано с расположением вертикальных несущих элементов здания и размещением отверстий и проемов в перекрытиях для пропуска инженерных коммуникаций. Немаловажным является тот факт, что численное моделирование реального напряженно - деформированного состояния элементов перекрытия является весьма проблематичным с точки зрения детализации этого расчетного состояния и фактической работы перекрытия. В связи с этими факторами применения программных комплексов для моделирования и расчета часторебристых перекрытий актуально на сегодняшний день как никогда.

При применении программных комплексов для расчета часторебристых перекрытий основная сложность заключается в математическом моделировании совместной работы плиты и ребра так, чтобы принятая модель максимально близко соответствовала работе конструкции в реальных условиях. В рамках данной статьи поставлена задача, выполнить расчеты часторебристого перекрытия тремя различными методами с сопоставлением полученных результатов, для выявления наиболее рациональной методики расчета часторебристых перекрытий. При математическом моделировании часторебристого перекрытия применялись как уже известные методы, так и инновационный метод, разработанный авторами данной публикации.

Расчетную схему часторебристого перекрытия можно представить в виде таврового сечения с полкой вверху, исходя из этого, эталонным образцом для сравнения методов моделирования будет выступать железобетонная балка таврового сечения.

монолитный железобетонный часторебристый перекрытие

Рис. 1. Расчетная схема эталонной балки

Для точности результатов геометрические характеристики эталонной балки приняты постоянными для всех методов расчета, кроме того, чтобы избежать больших погрешностей, было принято решение в расчете не учитывать собственный вес конструкции, а принять равномерно распределенную нагрузку равной 250 кгс/п.м.

Первый вариант расчета - это метод срединных плоскостей (название метода дано в рамках данной статьи) представляет собой плиту перекрытия, сетка узлов которой располагается в срединной поверхности плиты, а балки-ребра в виде стержней введены в срединную поверхность.

Рис. 2. Расчетная схема для метода срединных поверхностей

Этот способ моделирования можно считать наиболее простым в реализации и не требующим глубоких знаний программного комплекса, однако, стоит отметить, что и результаты расчета такого метода недостаточно достоверны.

Вторым методом расчета является метод моделирования часторебристого перекрытия при помощи жестких вставок, стоит отметить, что именно эту методику принято считать классической для решения подобных задач.

Рис. 3. Расчетная схема для метода с жесткими вставками

Суть этого метода заключается в том, что при использовании функции «жесткие вставки» появляется возможность математически обеспечить совместную работу ребра и плиты.

При использовании данного метода часто встает вопрос, а какой длиной необходимо назначить жесткие вставки? Согласно рекомендациям [2, с. 25] длину жесткой вставки целесообразно принять равной расстоянию от срединной поверхности плиты до центра тяжести ребра:

Lжв = (0,5H) + (0,5h)

Затраты времени, необходимые для реализации метода с применением жестких вставок, себя оправдывают, так как итоговые результаты получаются сравнительно приемлемыми. В последние годы именно такой метод наиболее широко использовался для моделирования ребристого и часторебристого перекрытий.

Авторской группой из ВолгГТУ предложен иной метод моделирования часторебристого перекрытия.

За основу взят все тот же метод моделирования с использованием жестких вставок, так как из всех существующих возможностей программных комплексов именно жесткие вставки наиболее точно описывают совместную работу плиты с ребром.

Однако, проанализировав существующие расчетные схемы, авторы пришли к выводу, что более рационально все же применение расчетной схемы в виде таврового сечения. Следовательно, принимая тавровое сечение в расчете часторебристого перекрытия длину жестких вставок необходимо назначать равной расстоянию от центральной оси плиты сечения до его центра тяжести, эту величину (z) можно вычислить по формулам сопротивления материалов:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4. Расчетная схема для оптимизированного метода

В рамках данной статьи был проведен расчет каждой из модели при одинаковых расчетных предпосылках. Целью расчета было сравнение основных показателей каждой из схем и выявление наиболее достоверной методики расчета часторебристых перекрытий. Для удобства анализа результаты расчетов сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Результаты расчета при помощи ПК ЛИРА

Анализ приведенных в таблице 1 данных позволяет констатировать, что ни один из представленных вариантов математических моделей с абсолютной точностью не описывает фактического поведения тавровой железобетонный балки, однако если сравнивать по процентному расхождению, то здесь оптимизированная модель выглядит наиболее выигрышной.

Помимо оптимизации часторебристых перекрытий применением, современной методики расчета, при их возведении реализуются мероприятия, синергизм которых, обеспечивает дополнительное сокращение материальных и трудовых ресурсов, связанных с повышением индустриальной составляющей.

Основная сложность заключается в способе устройства легких вкладышей и выборе материала, который может служить достойной альтернативой импортным вкладышам типа U-Boot Beton. Проведя анализ современного рынка строительных материалов России, можно сделать вывод, что производство полимерных вкладышей, финансово, в настоящее время, нецелесообразно, а наилучшим решением на сегодняшний день будет применение уже производимых в Волгоградском регионе легких кладочных элементов (поризованных пустотных блоков). При мониторинге рынка строительных материалов установлено, что подобные блоки или их аналоги по геометрическим параметрам производятся и в других регионах РФ. Что позволяет их использование при строительстве в любом регионе Российской Федерации. Основная выборка, рекомендуемых, в качестве вкладышей, материалов приведена в таблице 2.

Таблица 2. Рекомендуемые материалы для устройства пустот

Необходимо отметить, что в таблице представлены именно рекомендованные материалы, окончательный выбор необходимо принимать конструктору в каждом отдельном случае.

Для повышения надежности сцепления блоков с ребрами на боковых поверхностях блока допускается выполнить 3 - 4 борозды глубиной не более 10 мм. Выполнять борозды более глубокими не рекомендуется, так как с увеличением борозды увеличивается и раход бетона, там самым увеличивается и вес перекрытия. В основном же сцепление осуществляется за счет атгезионных свойств материалов.

Рис. 5. Блок с выполненными бороздами

Для сокращения времени на устройство часторебристых перекрытий целесообразно отказаться от армирования отдельными стержнями в пользу каркасов и легких сеток заводского изготовления.

Во-первых, применение заводских изделий значительно сокращает срок строительства.

Во-вторых, такой шаг ведет к сокращению риска ошибки при устройстве армирования перекрытия и других конструктивных ошибок, связанных с человеческим фактором.

Для армирования ребер необходимо принимать вязаные каркасы, в зависимости от геометрических характеристик ребер каркасы выполняют, как плоские, так и пространственные.

а. б. в.

Рис. 6. Типы каркасов для армирования ребер (а - плоский каркас; б - пространственный каркас; в - пространственный каркас в три стержня)

В зависимости от ширины ребра рекомендуется применять каркасы типа «а» или «б», применение каркасов типа «в» не желательно. Это связано с тем, что при использовании каркаса типа «в» поперечная арматура в верхней зоне ребра отдалена от зоны воздействия поперечной силы

Для армирования плиты лучшим вариантом служат легкие сварные сетки диаметром от 3 до 8 мм. На графике 1 приведены рекомендованные диаметры сеток. Эти же данные можно использовать как предварительные характеристики армирования при расчете плиты с действующей нагрузкой более 1,5 кНм2, с учетом веса ребра.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 8. Типовое оптимизированное часторебристое перекрытие (в разрезе)

Представив основные способы оптимизации часторебристых перекрытий, можно заключить, что часторебристые перекрытия, на сегодняшний день, является одним из перспективных типов межэтажных перекрытий для возводимых зданий. Сама конструкция облегченных перекрытий ведет как к экономии средств и ресурсов на возведение целого здания, так и к уменьшению последствий возможных аварий. А замена зарубежных вкладышей на распространенные отечественные стеновые блоки облегчает устройство опалубки, ведет к минимизации времени простоя, связанное с поставками материалов, кроме того, открытие нового рынка сбыта стеновых блоков.

Список литературы

1. Пастернак П.Л., Марьясина И.Е. Железобетонные часторебристые перекрытия и настилы. Машстройиздат, Москва, 1950. 142 с.

2. Батрак Л.Г., Городецкий Д.А., Городецкий А.С., Лазнюк М.В., Юсипенко С.В. Расчет и проектирование конструкций высотных зданий из монолитного железобетона. «Факт». Киев, 2004. 106 с.

3. Мандриков А.П. Примеры расчета железобетонных конструкций. Стройиздат, 1989. 506 с.

4. Самуль В.И. Основы теории упругости и пластичности. Учебное пособие для студентов вузов. Высшая школа, 1892. 264 с.

5. Кукса Л.В., Евдокимов Е.Е. Сопротивление материалов. Курс лекций с примерами решения задач. Волгоград: ВолгГАСУ, 2015. 224 с.

Размещено на Allbest.ur