Исследование и проектирование большепролетных монолитных железобетонных конструкций

В статье рассматриваются вопросы особенностей проектирования большепролетных железобетонных конструкций. Рассматривается применение монолитного железобетона в тонкостенных конструкциях. Рассматриваются расчет и конструирование с применением программного комплекса «ЛИРА - САПР».

Ключевые слова: железобетонные конструкции большепролетные, бетон, железобетон, теоретические исследования.

Annotation

Keywords: large-span reinforced concrete structures, concrete, reinforced concrete, theoretical studies.

Появление большепролетных монолитных железобетонных конструкций и их развитие в строительстве обусловлено многочисленными полезными техническими и технологическими качествами их конструктивных форм, меньшей материалоемкостью по сравнению с другими конструкциями.

Применение большепролетных конструкций дает возможность максимально использовать несущие качества материала и получить за счет этого легкие и экономичные покрытия. Уменьшение массы конструкций и сооружений является одной из основных тенденций в строительстве. Уменьшение массы означает уменьшение объема материала, его добычи, переработки, транспортировки и монтажа. Поэтому вполне естественен интерес, который возникает у строителей и архитекторов к новым формам конструкций, что дает особенно большой эффект в покрытиях.

Применение тонкостенных монолитных железобетонных конструкций расширило их зону для строительства зданий и сооружений.

Особый интерес представляют оболочки из монолитного железобетона. Их применение можно проиллюстрировать на примере строительства куполов различного рода.

В настоящее время разработаны методики проектирования железобетонных пространственных конструкций. При проектировании таких покрытий целесообразно учитывать пространственный характер работы конструкций. Разработка рекомендаций по учету пространственной работы при проектировании покрытий железобетонных конструкций является актуальной и трудоемкой задачей.

В пространственных покрытиях все элементы связаны между собой и работают как единое целое, совмещая все ограждающие и несущие функции. Это снижает расход материала и вес покрытия, делает его более экономичным и позволяет перекрывать большие площади без промежуточных опор.

Основными типами пространственных покрытий являются своды, купола, цилиндрические оболочки, складчатые конструкции, оболочки двоякой кривизны и подвесные покрытия.

В монолитном строительстве наиболее широко применяют фрагмент поверхности гипара (лепесток), проектируемый на горизонтальную плоскость квадратом (ромбом, параллелограммом). Используют единичный лепесток или комбинации прямолинейно ограниченных лепестков в покрытиях шатровой, зонтичной или куполообразной формы. Конструкция оболочки в виде однолепесткового гипара - распорная. Распор воспринимают затяжками или передают на фундамент через наклонные опоры [1, 3].

В комбинированных покрытиях удается полностью или частично уравновесить усилия распора в составляющих покрытие оболочках и передать на опоры только вертикальные нагрузки [2].

Одиночные лепестки применяют для покрытий пролетом 18 - 70 м. Стрелу подъема назначают (1/6-1/8)L, а толщину оболочки - (1/400-1/600)L. При пролете лепестка свыше 30 м края железобетонного гипара усиливают контурным ребром.

Рисунок 1. Железобетонные оболочки покрытий типа гипар (гиперболический параболоид.

Оболочки отрицательной гауссовой кривизны (гипары), в основном, применяются для зданий с планом в виде прямоугольника с соотношением сторон от 1:1 до 1:2.

Устойчивость оболочки считается обеспеченной, если средняя интенсивность распределенной нагрузки qav не превышает ее критического значения qcr

qav < qcr = 0,05 Eb-t2/(Rav)2,

где: Eb - начальный модуль упругости бетона; t - толщина оболочки; Rav - средний радиус кривизны главной выпуклой параболы оболочки (вдоль диагонали основания), вычисляемый по соотношению

Rav = (l2/8f) + f/2,

где: f - стрела подъема оболочки; I - длина диагонали основания.

В качестве материалов для возведения оболочки должен применяться бетон классов В20 и выше и проволочная и стержневая арматура. Для армирования поля оболочки используется проволочная арматура класса В400, диаметром от 4 до 6 мм, которая укладывается с шагом 100, 150 или 200 мм. Арматурные стержни могут располагаться как параллельно сторонам основания, так и параллельно диагоналям основания (рис. 2). Для армирования контурных элементов применяется стержневая арматура классов А400 и выше [2,3].

В настоящей работе рассчитана и законструирована монолитная железобетонную оболочка отрицательной гауссовой кривизны (гипар) с утепленной кровлей, на прямоугольном плане размерами 2а = 24м х 2b = 18м с опиранием на два нисходящих угла.

Расчет и конструирование выполнили с применением программного комплекса «ЛИРА - САПР».

Приняты геометрические параметры оболочки: f = 24м/6 = 4 м; высоту контурного элемента ^он = 24м/80= 0.3м = 30 см, ширину контурного элемента из конструктивных соображений принимаем равной высоте Ькон = 30 см; толщина средней части оболочки; t = 24 м/500 = 0,048 м; принимаем t = 5 см.

Толщина оболочки в месте примыкания к бортовому элементу на ширине 1,5 м плавно меняется от 15 см до 7 см (для конечно элементной схемы: в полосе 0.5 м от контурного элемента - 13 см, в полосе 0,5 м до 1 м - 10см, от 1м до 1,5 м - 8 см), рис. 2.

Форма срединной поверхности будет описываться соотношением в виде:

z = 4 x y/(144)

бетон класса В25, Rb = 14,5 МПа, Rbt = 1,05 Мпа, yb2 = 0,9, Eb = 30000 МПа.

Для собственно оболочки принимаем проволочную арматуру класса В400, Rs = 410 МПа, Rsc = 375 МПа, для бортовых элементов и колонн арматуру класса А400, Rs = 365 Мпа.

На основании анализа различных методов расчета монолитных большепролетных железобетонных конструкций установлено, что наиболее полно специфические свойства данных конструкций, снижающие материалоемкость проектного решения, реализуются при следующих решениях: толщина оболочки должна быть в пределах 1/600 пролета, оболочка должна иметь плавно изменяющуюся поверхность, конструкция бортовых элементов должна не ограничивать горизонтальные перемещения краев оболочки.

монолитный железобетон гипар оболочка

Библиографический список:

1. Меркулов С.И., Татаренков А.И., Стародубцев В.Г. Усиление железобетонных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений. Бюллетень строительной техники №4. - 2017.- 43 с.

2. Гиясов, А. Плоскостные и пространственные конструкции покрытий зданий. - М.: АСВ, 2008. - 144 с.

3. Канчели Н.В. Строительные пространственные конструкции. - М.: АСВ, 2004. - 120 с.

Размещено на Allbest.ru