Прочность и деформативность бетона при различных видах напряженного состояния бетона

Сущность ж/б

Сущность железобетона состоит в том, что он представляет рациональное сочетание этих двух материалов - бетона и стали, которые работают совместно вплоть до разрушения.

Железобетон представляет собой комплексный строительный материал в виде рационально соединенных для совместной работы в конструкции бетона и стальных стержней.

Эффективностьжелезобетона объясняется следующими его свойствами:

• благодаря хорошему сцеплению арматуры с бетоном, обеспечиваются совместные деформации до определенного уровня напряжений;

• близкие коэффициенты температурного линейного расширения (для стали, приблизительно a=1,2×10^-5 град^-1, а для бетона в пределах от a=0,7×10^-5 град^-1до a=1,0×10^-5 град^-1в зависимости от вида бетона);

• бетон надежно защищает арматуру от воздействия агрессивных сред, предохраняет от воз­действия огня при пожаре.

Недостаткижелезобетонных конструкций:

• большой собственный вес

• раннее образование трещин в растянутой зоне сечения

Железобетон представляет собой комплексный строительный материал в виде рационально соединенных для совместной работы в конструкции бетона и стальных стержней.

В момент образования трещин нагрузка на балку составляет всего 15..20 % от предельной, при которой наступает ее разрушение. В сечениях с трещиной бетон выключается из работы, а растягивающие усилия воспринимает арматура.

СВОЙСТВА: - при твердении бетона м\ду ним и стальной арм-рой возникают силы сцепления, вследствие чего оба мат-ла под нагрузкой работают совместно;- бетон и сталь имеют близкие по значению коэфф. линейного расширения, поэтому колебания темп. в пределах 100°С не нарушают прочности сцепления бетона с арматурой; плотный бетон защищает заключ. в нем стальную арм-ру от коррозии, а также предохраняет арм-ру от действия огня.

 

Виды бетона

виды бетона различаются по следующим признакам:

- По основному назначению в строительстве;

- По виду вяжущего свойства;

- По виду заполнителей;

- По структуре.

В зависимости от основного назначения бетоны разделяют на:

- Конструкционные.

- Специальные (жаростойкие, дорожные, гидротехнические, химически стойкие, декоративные, радиационно-защитные, теплоизоляционные и др.).

По виду вяжущие бетоны могут быть на основе цементных, известковых, шлаковых, гипсовых, шлакощелочных и специальных вяжущих.
По виду заполнителей отличают бетоны на основе плотности, пористых и специальных заполнителях.

По структуре бетона отличают бетоны плотной, ячеистой и крупнопористой структуры.
Соответственно виду заполнителей и в зависимости от структуры приняты следующие названия бетонов (на основе различных вяжущих):
- Тяжелый (на плотных заполнителях и плотной структуры);
- Легкий (на пористых заполнителях и плотной структуры);
- Крупнопористый (заполнители могут быть разными, но структура крупнопористого);
- Ячеистый (пористая структура затвердевшего вяжущего, без заполнителя);

- Силикатный (плотный и ячеистый)

Основной технической характеристикой конструкционных бетонов является прочность при сжатии и растяжении.

 

Структура бетона оказывает большое влияние на прочность и деформативность бетона. Бетон-искусственный материал, состоит одновременно из трех материальных фаз: твердой, жидкой и газообразной. Структура бетона представляет собой пространственную решетку из цементного камня, заполненную зернами песка и щебня различной крупности и формы (твердая фаза), пронизанную большим числом микропор и капилляров, кот. содержат химически несвязанную воду (жидкая фаза), водяные пары и воздух (газообразная). Существ. фактором явл. количество воды, применяемой для приготовл. бетонной смеси, оцениваемое водоцементным отношением В/Ц. С уменьшением В/Ц уменьшается пористость цементного камня и прочность бетона увеличивается. Таким образом, структура бетона содержит начальные дефекты и повреждения, определяющие его поведение под нагрузкой, а также при различных физических и химических воздействиях.

Виды:

По назначению:обычные (для промышленных и гражданских зданий) и специальные — гидротехнические, дорожные, теплоизоляционные, декоративные, а также бетоны специального назначения (химически стойкие, жаростойкие, звукопоглощающие, для защиты от ядерных излучений и др.).

По виду вяжущего вещества: цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, асфальтобетон, пластобетон (полимербетон) и др.

По виду заполнителей: на плотных, пористых или специальных заполнителях.

По структуре: бетоны плотной, поризованной, ячеистой или крупнопористой структуры.

По условиям твердения: твердевшие в естественных условиях; в условиях тепловлажностной обработки при атмосферном давлении; в условиях тепловлажностной обработки при давлении выше атмосферного (автоклавного твердения).

По объёмной массе:особо тяжёлый (плотность свыше 2500 кг/м³) — баритовый, магнетитовый, лимонитовый;

тяжёлый (плотность 2200—2500 кг/м³);облегченные (плотность 1800—2200 кг/м³);легкий (плотность 500—1800 кг/м³) — керамзитобетон, пенобетон, газобетон, арболит, перлитовый;особо лёгкий (плотность менее 500 кг/м³).

 

Класс бетона

По показателям прочности устанавл. их гарантированное значение, так называемые классы бетона.

При проектировании констр. в зависимости от назначения и условий эксплуат. нормами устанавлив. показатели качества бетона:

- класс бетона по прочности на сжатие и растяжение;

- марка по морозостойк., плотности, водонепрониц., самонапряжению.

Класс бетона по прочности на осевое сжатие(В, Па) и на растяжение Вt Класс бет. по прочности на сжатие – сопротивл. сжатию кубов 150х150х150, испытанных через 28 сут. при t=20 ±5ºС, относит. влажности не ниже 55% с учетом статической изменчивости прочности. Чтобы оценить изменчивость прочности и обеспечить ее гарантированность для заданного класса бетона значения, прибегают к методам теории вероятности. Для наблюдения знач. прочности выбирают партию 60 образцов. При этом определяют: R_m- среднее знач. прочности по кубам; S_m – средне квадратичное отклонение прочности; V_m – коэфф. вариации прочности бетонной партии. V_m = S_m /R_m. Наименьшее вероятное знач. временного сопротивления бетона определяется: R_n=B=R_m(1-α*V_m).

В нормах на проектирование предусм. обеспеченность не менее 95%, значит из 100 испытанных кубов не менее 95 должны обладать прочностью B. Это имеет место при значении α=1.64, V_m=0.135. Подставив в формулу, получим В=0.78* R_m

Кривая нормального распределения Гаусса.

Нормами установлены классы бетона по прочности на сжатие B3,5…B60. Для проектирования ЖБК применяют класс бетона не ниже В7,5.

Класс бетона по прочности на осевое растяжение – характериз. прочностью бетона на осевое растяжение с учетом статистической изменчивости, применяя коэфф. вариации V_m=0.165. Вt= 0,8-3,2 МПа.

 

Основной показатель, которым характеризуется бетон — прочность на сжатие. По ней устанавливается класс бетона. 16 – нормативная (призменная) прочность бетона, 20 – кубиковая (гарантированная). Возраст бетона, отвечающий его классу по прочности на сжатие и осевое растяжение, назначается при проектировании исходя из возможных реальных сроков загрузки конструкции проектными нагрузками, способа возведения, условий твердения бетона. При отсутствии этих данных класс бетона устанавливается в возрасте 28 суток. По показателям прочности устанавл. их гарантированное значение, так называемые классы бетона.

При проектировании констр. в зависимости от назначения и условий эксплуат. нормами устанавлив. показатели качества бетона:

- класс бетона по прочности на сжатие и растяжение;

- марка по морозостойк., плотности, водонепрониц., самонапряжению.

Класс бетона по прочности на осевое сжатие(В, Па) и на растяжение Вt Класс бет. по прочности на сжатие – сопротивл. сжатию кубов 150х150х150, испытанных через 28 сут. при t=20 ±5ºС, относит. влажности не ниже 55% с учетом статической изменчивости прочности. Чтобы оценить изменчивость прочности и обеспечить ее гарантированность для заданного класса бетона значения, прибегают к методам теории вероятности. Для наблюдения знач. прочности выбирают партию 60 образцов. При этом определяют: R_m- среднее знач. прочности по кубам; S_m – средне квадратичное отклонение прочности; V_m – коэфф. вариации прочности бетонной партии. V_m = S_m /R_m. Наименьшее вероятное знач. временного сопротивления бетона определяется: R_n=B=R_m(1-α*V_m).

В нормах на проектирование предусм. обеспеченность не менее 95%, значит из 100 испытанных кубов не менее 95 должны обладать прочностью B. Это имеет место при значении α=1.64, V_m=0.135. Подставив в формулу, получим В=0.78* R_m

Кривая нормального распределения Гаусса.

Нормами установлены классы бетона по прочности на сжатие B3,5…B60. Для проектирования ЖБК применяют класс бетона не ниже В7,5.

Класс бетона по прочности на осевое растяжение – характериз. прочностью бетона на осевое растяжение с учетом статистической изменчивости, применяя коэфф. вариации V_m=0.165. Вt= 0,8-3,2 МПа.

 

Назначение и виды арматуры

1. В зависимости от технологии изготовления стальная арматура железобетонных конструкций подразделяется на горячекатаную стержневую и холоднотянутую проволочную. Под стержневой в данной классификации подразумевается арматура любого диаметра и независимо от того, как она поставляется промышленностью — в прутках (d>12 мм, длиной до 13 м) или в мотках, бунтах (d>10 мм, массой до 1300 кг).
2. В зависимости от способа последующего упрочнения горячекатаная арматура может быть термически упрочненной — подвергнутой термической обработке, или упрочненной в холодном состоянии — вытяжкой, волочением.
3. По форме поверхности арматура может быть периодического профиля и гладкой. Выступы в виде ребер на поверхности стержневой арматуры периодического профиля, рифы или вмятины на поверхности проволочной арматуры значительно улучшают сцепление с бетоном.
4. По способу применения при армировании железобетонных элементов различают напрягаемую арматуру, подвергаемую предварительному натяжению, и ненапрягаемую.
Жесткая арматура в виде прокатных двутавров, швеллеров, уголков до отвердения бетона работает как металлическая конструкция на нагрузку от собственного веса, веса подвешиваемой к ней опалубки и свежеуложенной бетонной смеси. Она может быть целесообразной для монолитных большепролетных перекрытий, сильно загруженных колонн нижних этажей многоэтажных зданий и др.

Под арм-рой традиционно понимают гибкие стальные стержни, размещаемые в массе бетона т.о, чтобы они эффективно воспринимали растягивающие усилия, вызванные внешними нагрузками и воздействиями. Кроме того, в нек. случаях арм-ра может быть установлена для усиления сжатой зоны бетона в изгибаемых и внецентренно нагруженных элементах, либо в условно центрально сжатых элементах

Виды: гладкая стержневая и периодического профиля. Арм-ра - гибкие стальные стержни, размещаемые в массе бетона т.о, чтобы они эффективно воспринимали растягивающие усилия, вызванные внешними нагрузками и воздействиями. Кроме того, в нек. случаях арм-ра может быть установлена для усиления сжатой зоны бетона в изгибаемых и внецентренно нагруженных элементах, либо в условно центрально сжатых элементах. К арматуре, применяемой в ж\б и предварительно напряженных конструкциях, предъявляют след.требования: - максимально высокое нормативное сопротивление физический или условный предел текучести; - хорошие упругие св-ва высокие значения характеристики предела упругости и пропорциональности, что важно для снижения потерь предварительного напряжения от релаксации и ползучести стали; - высокие пластические св-ва, характер-щиеся величиной удлинения при разрыве, что гарантирует конструкцию от преждевременного хрупкого разрушения по растянутой арматуре; - высокая вязкость, характер-емая наибольшим практически необходимым числом безопасных перегибов, что позволяет избежать снижения прочностных хар-к арм-ры в процессе изготовления констр.; - способность арм-ры к наилучшему сцеплению с бетоном, для чего поверхности арм-ры придают соответствующее очертание и поверхность.

 

 

Соединения арматуры

Для армирования железобетонных конструкций используют пространственные и плоские (каркасные сетки) арматурные каркасы.

Пространственные арматурные каркасы.

Плоские арматурные каркасы.

Чертежи каркасов и отдельных стержней приводят в рабочем проекте дома, там же указано количество и вес необходимой арматуры. Жесткость таких каркасов должна быть обеспечена соединением стержней между собой вязкой проволокой или сваркой.

Обычно изготовление арматурных каркасов выполняют заранее или параллельно с установкой опалубки. Изготовленные каркасы хранят под навесом, либо в защищенном от осадков месте.

К арматурным каркасам целесообразно также приваривать отрезки стержней (диаметром 10-12мм), упирающиеся в стенки и днище короба опалубки. Это позволит придать устойчивость каркасу в опалубке, придать ему неподвижность.

Вязка арматуры нужна только для фиксации армирующего скелета заливающегося, например фундамента. И не связано никак с конечной прочностью будущего фундамента. Иными словами, на будущую прочность фундамента прочность скрепления, будь то вязка арматуры или сварка, не влияет. Единственное, что имеет значение во время заливки бетона, так это то, что бы это крепление держало арматуру на месте и не искажало форму вашей будущей конструкции.

Защитный слой бетона

Толщину защитного слоя бетона принимают из условий защиты арматуры от коррозии, воздействия огня и обеспечения ее совместной работы с бетоном. Минимальное расстояние между поверхностью стержней продольной арматуры и ближайшей поверхностью бетона элемента (защитный слой бетона) ограничивается величинами, указанными в СНБ 5.03.01-02 с учетом класса по условиям эксплуатации. Для сборных конструкций допускается снижать размер защитного слоя бетона на 5 мм по сравнению с указанными в нормах, но он не должен быть меньше 20 мм.

Толщина защитного слоя бетона не должна быть менее

– диаметра арматуры (если он не превышает 40 мм);

– максимального размера заполнителя (если он меньше 32 мм)

– максимального размера заполнителя плюс 5 мм (если он больше 32 мм).

Толщину защитного слоя бетона поперечной и распределительной арматуры конструкций, работающих в условиях нормальной и слабоагрессивной среды, соответствующих классам Х0, ХС1, ХА1 следует принимать не менее 20 мм. При увеличении степени агрессивности среды на каждую ступень размер защитного слоя бетона дополнительно следует увеличивать на 5 мм.

Требования по долговечности бетонных и железобетонных конструкций обеспечиваются выполнением расчетных условий предельных состояний, а также конструктивными требованиями, изложенными ниже, в зависимости от классов по условиям эксплуатации конструкции, приведенных в СНБ 5.03.01-02. Под условиями эксплуатации принято понимать физические и химические условия окружающей среды, в которой эксплуатируется как вся конструкция, так и ее отдельные элементы. Условия эксплуатации не включают эффектов от действия нагрузки.

Толщину защитного слоя бетона принимают из условий защиты арматуры от коррозии, воздействия огня и обеспечения ее совместной работы с бетоном. Минимальное расстояние между поверхностью стержней продольной арматуры и ближайшей поверхностью бетона элемента (защитный слой бетона) ограничивается величинами, указанными в СНБ 5.03.01-02 с учетом класса по условиям эксплуатации. Для сборных конструкций допускается снижать размер защитного слоя бетона на 5 мм по сравнению с указанными в нормах, но он не должен быть меньше 20 мм.

Толщина защитного слоя бетона не должна быть менее

– диаметра арматуры (если он не превышает 40 мм);

– максимального размера заполнителя (если он меньше 32 мм)

– максимального размера заполнителя плюс 5 мм (если он больше 32 мм).

Толщину защитного слоя бетона поперечной и распределительной арматуры конструкций, работающих в условиях нормальной и слабоагрессивной среды, соответствующих классам Х0, ХС1, ХА1 следует принимать не менее 20 мм. При увеличении степени агрессивности среды на каждую ступень размер защитного слоя бетона дополнительно следует увеличивать на 5 мм.

Преднапряженные ж/б к-ции

Толщина защитного слоя бетона определяется из условия обеспечения прочности бетона в процессе его обжатия и долговечности конструкции при дальнейшей эксплуатации.

Защитный слой бетона может отсутствовать (например, при натяжении арматуры на бетон и ее расположении вне бетонного сечения) при условии защиты предварительно напряженной арматуры от коррозии иными способами.

Толщину защитного слоя бетона у торцов предварительно напряженных элементов на длине зоны передачи напряжений принимают не менее:

- для стержневой арматуры класса S800 – 3 Æ и не менее 40 мм;

- для арматурных канатов – 2 Æ и не менее 30 мм.

Допускается устанавливать величину защитного слоя бетона у торцов элементов на длине зоны передачи напряжений такой же величины, как в пролете, если

- опорная реакция передается через стальную закладную деталь и предусмотрено косвенное армирование;

- в плитах, панелях, настилах у торцов устанавливается дополнительная поперечная арматура.

Защитный слой бетона из условия обеспечения качественной укладки и уплотнения бетонной смеси не может быть меньше размера крупного заполнителя плюс 5 мм.

Допускается уменьшение величины защитного слоя бетона на 5 мм для сборных конструкций, изготавливаемых на производстве, где действует сертифицированная система контроля качества.

Для предварительно напряженных конструкций, с натяжением арматуры на бетон, защитный слой бетона должен быть не менее 40 мм и не менее:

- диаметра канала;

- ширины канала или половины высоты (если он прямоугольный);

- максимального размера крупного заполнителя (d_q) плюс 5 мм;

Концы напрягаемой арматуры или анкера должны быть защищены от коррозии специальным долговечным антикоррозионным покрытием, цементным раствором (d ³ 15 мм).

 

Предварительное напряжение в арматуре

Предварительное напряжение конструкции с использованием арматурных элементов выполняют тремя основными методами:

1) при предварительном напряжении арматуры на упоры;

2) при натяжении арматуры на затвердевший бетон;

3) посредством физ-хим натяжения (самонапряжения) при связанном расширении специальных (напрягающих) бетонов.

При выполнении предварительного напряжения конструкции с натяжением на упоры напрягаемую арматуру до бетонирования заводят в форму, один конец стержня закрепляют на неподвижном упоре, а другой натягивают с применением, домкрата до получения величины заданного начального контролируемого напряжения s_p0,max. После достижения бетоном конструкции требуемой прочности, осуществляют плавный отпуск напрягаемой арматуры с упоров. Восстанавливая упругие деформации при обеспеченном сцеплении с бетоном, арматура обжимает конструкцию. Таким образом, после завершения предварительного напряжения в конструкции действуют взаимно уравновешенные усилия: растяжения в арматуре и сжатия бетоне.

При натяжении арматуры на бетон, предварительно изготавливают слабо армированный либо бетонный элемент, а затем, после достижения бетоном передаточной прочности, выполняют его обжатие. В этом случае напрягаемую арматуру заводят в каналы или пазы, оставляемые при бетонировании элемента, и натяжение осуществляют на бетон при помощи специальных домкратов двойного действия.

Различают следующие способы предварительного напряжения:

1) Механический способ. Сущность его заключается в том, что необходимое относительное удлинение арматуры получают вытяжкой арматурного элемента натяжными механизмами домкраты, системой блоков, рычагов и оттяжек и т.д.

2) Электротермический способ, заключающийся в том, что необходимое относительное удлинение напрягаемой арматуры получают электрическим нагревом арматуры с последующей фиксацией ее на упорах для создания напряжения после ее остывания.

3) Комбинированный (или электротермомеханический) способ, представляющий собой совокупность электротермического и механического способов натяжения арматуры.

4) Физико-химический способ, позволяющий осуществлять натяжение арматуры за счет энергии расширения напрягающего бетона в процессе твердения.

В массовом строительстве при изготовлении сборных элементов наиболее распространен электротермический способ предварительного напряжения конструкций

В качестве напрягаемой арматуры предварительно напряженных конструкций в соответствии с требованиями норм следует применять стержни и канаты классов S800, S1200, S1400. По способу производства арматура может быть горячекатанной, термомеханически упрочненной и холоднодеформированной. Требования к механическим свойствам арматуры регламентируются соответствующими стандартами.

В предварительно напряженном железобетоне арматура выполняет активную роль и инженер создает по собственному желанию силы, оказывающие противодействие усилиям от нагрузок, стремящихся вызвать разрушение конструкции.

Создают за счет предварительного напряжения рабочей арматуры двумя способами. 1-й способ: заранее бетонируют конструкцию, оставляют в ней каналы, в них пропускают арматуру (пучки из проволок, канаты, стержни); после набора бетоном необходимой прочности арматуру натягивают, а ее концы закрепляют на торцах конструкции. Одновременно с натяжением арматуры происходит сжатие (обжатие) бетона. Поскольку усилие натяжения Р передается на затвердевший бетон, способ называется “натяжением на бетон” (рис. 13,а).

2-й способ: вначале натягивают арматуру и закрепляют ее концы на упорах стенда или формы, затем бетонируют изделие, а после набора бетоном необходимой прочности отпускают с упоров арматуру. Упруго укорачиваясь, арматура обжимает бетон за счет сил сцепления. Этот способ называется “натяжением на упоры” (рис. 13,б).

23.Потери предварительных напряжений. Различают первые потери предварительного напряжения, происходящие при изготовлении элемента и обжатии бетона, и вторые потери, происходящие после обжатия бетона.Первые потери: 1. Потери от релаксации напряжений в арматуре при натяжении на упоры зависят от способа натяжения и вида арматуры. 2. Потери от температурного перепада. 3. Потери от деформации анкеров. 4. Потери от трения арматуры. 5. Потери от быстронатекающей ползучести бетона

Вторые потери: 6. Потери от релаксации напряжений. 7. Потери от усадки бетона и укорочения элемента. 8. Потери от ползучести бетона.. 9. Потери от смятия бетона под витками спиральной или кольцевой арматуры 10. Потери от деформаций обжатия стыков между блоками сборных конструкций.
Усилие предварительного напряжения не остается постоянным во времени в результате потерь, начинающихся практически с момента натяжения арматурных элементов и развивающихся в течение всего периода эксплуатации конструкции. Интенсивность потерь предварительного напряжения является максимальной в начальный период после передачи усилия обжатия.

Можно условно выделить две группы потерь предварительного напряжения в зависимости от этапов его создания в конструкции:

Группа А – или первые потери, происходящие в процессе изготовления конструкции и обусловленные, главным образом, технологией натяжения арматурных элементов;

Группа В – или вторые потери, связанные со свойствами материалов, происходящие после передачи усилия обжатия и развивающиеся во времени при эксплуатации конструкции.

В общем случае рассматривают два вида первых потерь, которые проявляются при изготовлении конструкции:

– потери, обусловленные трением:

а) потери от внутреннего трения в натяжных устройствах;

б) потери от трения в технологических захватах и об огибающие приспособления;

в) потери от трения в бетонных каналах при натяжении арматуры на бетон;

– технологические потери при натяжении арматуры на упоры:

г) потери от проскальзывания арматуры в технологических захватах;

д) потери от частичной релаксации напрягаемой арматуры;

е) потери, вызванные температурными перепадами;

ж) потери, связанные с деформациями стальных форм.

Вторые потери, развивающиеся после передачи усилия обжатия:

– кратковременные потери:

з) потери от проскальзывания арматуры в анкерах (при натяжении на бетон);

к) потери от длительной релаксации напрягаемой арматуры;

л) потери от усадки бетона;

м) потери от ползучести бетона;

н) потери от длительных деформаций стыковых соединения (например, в предварительно напряженных конструкциях, составленных из отдельных блоков), обмятия бетона под витками спиральной арматуры.

 

 

24. Конструктивные схемы одноэтажных зданий. Одноэтажные здания могут быть каркасной и бескаркасной конструкции. Безкаркасными рационально строить только безкрановые здания,с небольшими пролётами - 6;9;12 м, которые,как правило, имеют и небольшие высоты – 4;8;6;7,2 м. Одноэтажные здания каркасные бывают с самонесущими или ненесущими навесными наруж­ными стенами, а все конструк­ции внутри здания опираются на элементы каркаса или на самостоятельные фундаменты. Их строят многопролетными с пролетами одинаковой или раз­ной ширины и высоты или однопролетными. Такие здания воз­водят с плоскими или скатными пологими покрытиями, бесфонарными или с фо­нарными надстройками.

Одноэтажные производственные здания каркасные бывают с самонесущими или ненесущими навесными наружными стенами, а все конструкции внутри здания опираются на элементы каркаса или на самостоятельные фундаменты. Их строят многопролетными с пролетами одинаковой или раз ной ширины и высоты или однопролетными. Такие здания возводят с плоскими (рис. 7, а) или скатными пологими покрытиями, бесфонарными или с фонарными надстройками (рис. 7, б).

Рис. 7. Схемы каркасов одноэтажных промышленных зданий: а — с плоской кровлей, б — со скатной кровлей и фонарями; 1 — фундаментные балки, 2 — фундаменты, 3 — колонны крайнего ряда, 4 — колонны среднего ряда, 5 — подкра­новые балки, 6 — балки покрытия, 7 — плиты покрытия, 8 — воронка водостока, 9 — утеплитель и кровля, 10 — парапет, 11 — панели стены, 12 — оконные переплеты, 13 — пол, 14 — фонарь, 15— стропильные фермы

 

В многопролетных цехах при необходимости редкого расположения колонн по сред­ним рядам стропильные фермы 15 опирают на подстропильные фермы, устанавли­ваемые по продольным рядам колонн обычно в том же уровне, что и стропильные фермы. Крупнопанельные железобетонные плиты 7 опирают непосредственно на балки 6 покрытия или на верхние пояса стропильных ферм и прикрепляют к ним в трех углах монтажной сваркой.

Вместо кирпичных стен часто устраивают стены 11 из навесных крупноразмерных железобетонных, асбестоцементных и других панелей, прикрепляемых непосредственно к колоннам каркаса.

Для устойчивости и пространственной жесткости каркаса здания к поясам ферм и между колоннами прикрепляют вертикальные и горизонтальные связи.

Фонари 14 располагают вдоль пролетов здания. Боковые вертикальные поверхности П-образных фонарей делают остекленными открывающимися или глухими, чтобы обеспечить не только освещение, но и проветривание помещений.

 

С одиночной.

1. 2. ; 3.

4. 5. 6.вывод

С двойной.

1. 2. 3.

4.

5.

 

 

Конструкции монолитных рам

Прямолинейные ригели возможны при пролетах до 12 - 15 м, ломаные ригели до 15 - 18 м, криволинейные ригели без затяжек до 18 м, затяжками до 24 м и более. Рамы с криволинейными ригелями применяют преимущественно в качестве диафрагм коротких оболочек, являющихся весьма экономичным типом монолитных покрытий. Затяжка, препятствуя горизонтальным перемещениям верха стоек, уменьшает значения изгибающих моментов и поперечных сил в стойках и ригелях (рис. XIII.45, а). Благодаря затяжке уменьшаются изгибающие моменты и поперечные силы также и в заделке стоек и облегчается конструкция фундаментов.

Соединение стоек монолитных рам с фундаментами может быть жестким и шарнирным. В жестком соединении арматуру стоек сваривают с соответствующими выпусками арматуры фундамента; такое соединение просто и экономично. Шарнирное соединение применяют в тех случаях, когда в заделке колонны возникает значительный изгибающий момент, а грунты оснований имеют малую несущую способность и фундаменты рамы оказываются весьма тяжелыми. Вместе с тем нужно иметь в виду, что шарнирное соединение приводит к возрастанию изгибающих моментов в пролете и ригель становится тяжелее (рис. XIII.45, б).

Ригель армируют как балку, заделанную на опоре; часть продольной арматуры ригеля переводят в зону отрицательных моментов у опоры и заводят в стойку; стойки армируют как сжатые элементы, часть стержней которых заводят в ригель (рис. XIII.46). При конструировании монолитной рамы особое внимание следует уделять узлам и сопряжениям.

Рис. XIII.45: к выбору рациональной конструкции монолитной рамы

Расположение арматуры в узлах должно соответствовать характеру действующих усилий и в то же время обеспечивать удобство производства работ. В узле сопряжения ригеля с колонной наибольшие растягивающие усилия возникают на некотором удалении от края, поэтому растянутую арматуру в узле выполняют закругленной и заводят на длину, устанавливаемую на эпюре моментов

 

Плиты, опертые по контуру, армируют плоскими сварными сетками с рабочей арматурой в обоих направлениях. Поскольку изгибающие моменты в пролете, приближаясь к опоре, уменьшаются, количество стержней в приопорных полосах уменьшают. С этой целью в пролете по низу плиты укладывают две сетки разных размеров, обычно с одинаковой площадью сечения арматуры. Меньшую сетку не доводят до опоры. В плитах, неразрезиых и закрепленных на опоре, принимают /* = //4, в плитах, свободно опертых Tn/L/8, где 1 меньшая сторона опорного контура. Пролетную арматуру плит конструируют также и из унифицированных сеток с продольной рабочей арматурой. Сетки выкладывают в пролете в два слоя во взаимно перпендикулярном направлении. Монтажные стержни сеток не стыкуются. Над опорная арматура неразрезных многопролетных плит, опертых по контуру,

34 продолж при плоских сетках в пролете конструируется аналогично над опорной арматуре балочных плит. Армирование может осуществляться также с применением типовых рулонных сеток с продольной рабочей арматурой, раскатываемых во взаимно перпендикулярном направлении. В первом пролете многопролетных плит изгибающий момент больше, чем в средних, поэтому поверх основных сеток укладывают дополнительные рулонные сетки или дополнительные плоские сетки. Плиты, опертые по контуру, рассчитывают кинематическим способом метода предельного равновесия. Плита в предельном равновесии рассматривается как система плоских звеньев, соединенных друг с другом по линиям излома пластическими шарнирами, возникающими в пролете приблизительно по биссектрисам углов и на опорах вдоль балок. Изгибающие моменты плиты (М) зависят от площади арматуры As,, пересеченной; пластическим шарниром, и определяются на 1 м ширины плиты по формуле: M = RsA_SZb.

При различных способах армирования плит, опертых по контуру, составляют уравнение работ внешних и внутренних сил на перемещениях в предельном равновесии и определяют изгибающие моменты от равномерно распределенной нагрузки: Панель плиты в общем случае испытывает действие пролетных и опорных моментов. В предельном равновесии плита под нагрузкой провисает, и ее плоская поверхность превращается в поверхность пирамиды, гранями которой служат треугольные и трапециевидные звенья. Высотой пирамиды будет максимальный прогиб плиты. Внешняя нагрузка в связи с провисанием плиты перемещается и совершает работу, равную произведению Интенсивности нагрузки Q на объем фигуры перемещения Aq = QV Где Q=G+V. При этом работа внутренних сил определяется работой изгибающих моментов на соответствующих углах поворота. Если одна из нижних сеток плиты не доходит до опоры, площадь нижней рабочей арматуры, пересеченной линейным пластическим шарниром в краевой полосе, будет вдвое меньше.

 

 

ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПОЛОЖЕНИ

. Конструкция рассматривается как система рам с жесткими узлами, расположенных в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

В монолитной конструкции каждая рама образуется колоннами и полосой перекрытия, равной по ширине расстоянию между серединами двух пролетов, прилегающих к соответствующему ряду колонн.

В сборной конструкции рамы образуются колоннами, капителями и межколонными плитами. При обеспечении сопряжениями совместной работы межколонных и пролетных плит, т. е. когда обеспечивается равенство деформаций элементов вдоль сопряжения, пролетные плиты могут частично учитываться в работе ригелей рам каркаса. При этом в работе ригеля учитываются участки пролетных плит шириной 0,5а - 0,50а_р (рис. 11) и не превышающей двух толщин пролетных плит.

Безбалочную конструкцию рекомендуется рассчитывать на нагрузки, равномерно распределенные по всему перекрытию или его части.

Нагрузки, действующие на перекрытия, могут быть приближенно приведены к эквивалентным равномерно распределенным нагрузкам по изгибающим моментам, поперечным силам или деформациям в зависимости от предельных состояний, по которым производится расчет. При расчете отдельных частей конструкции (например, на продавливание и т. п.) необходимо учитывать действительный характер нагрузки.

Поскольку каркас состоит из продольных и поперечных рам, вертикальные нагрузки на ригели принимаются по закону равнобедренного треугольника с максимальной ординатой в середине пролета (квадратная сетка колонн каркаса), или трапеции и треугольника (прямоугольная сетка колонн каркаса).

При определении усилий, действующих на элементы перекрытия, учитываются невыгоднейшие комбинации загружения рам.