Раздел 1. Общие принципы проектирования железобетонных конструкций зданий

Всего: 18 часов

Тематический план практических занятий

 

Наименование тем практических занятий, их содержание	Кол-во часов
Тема 1. Компоновка многоэтажного каркасного здания. Сбор нагрузок на междуэтажное перекрытие и покрытие.
Тема 2. Расчет и конструирование сборных железобетонных плит перекрытия.
Тема 3. Расчет и конструирование сборного неразрезного ригеля.
Тема 4. Расчет и конструирование колонны
Тема 5. Компоновка монолитного ребристого перекрытия и выбор наиболее экономичного варианта.
Тема 6. Определение внутренних усилий в элементах монолитного ребристого перекрытия.
Тема 7. Подбор и раскладка арматурных сеток и каркасов в плитной части и второстепенной балке монолитного ребристого перекрытия.

Всего: 14 часов

 

Раздел 1. Общие принципы проектирования железобетонных конструкций зданий

Лекция 1. Принципы компОновки железобетонных конструкций

Конструктивные схемы

Конструктивные схемы зданий могут быть каркасными и панельными (бескаркасными), многоэтажными и одно­этажными. Каркас многоэтажного здания образуется из основных вертикальных и горизонтальных элементов — колонн и ригелей. В каркасном здании гори­зонтальные воздействия (ветер, сейсмика и т. п.) могут восприниматься совместно каркасом и вертикальными связевыми диафрагмами, соединенными перекрытиями в единую пространственную систему, или же только карка­сом, как рамной конструкцией, при отсутствии верти­кальных диафрагм. В многоэтажном панельном здании горизонтальные воздействия воспринимаются совместно поперечными и продольными стенами, также соединен­ными перекрытиями в пространственную систему.

 

1 – колонна; 2 – ригель; 3 – распорка; 4 – плита перекрытия

Рис. 1.1. Железобетонный каркас многоэтажного здания

Деформационные швы

Чтобы уменьшить усилия от температуры и усадки, железобетонные конструкции делят по длине и ширине температурно-усадочными швами на отдельные части — деформационные блоки. Если расстояние между темпе­ратурно-усадочными швами при температуре выше минус 40 °С не превышает пределов, указанных в табл.1.1, то конструкции без предварительного напряжения, а также предварительно напряженные, к трещиностойкости которых предъявляются требования 3-й категории, на темпе­ратуру и усадку можно не рассчитывать.

 

Таблица 1. 1 Наибольшие допустимые расстояния между. температурно-усадочными швами в железобетонных конструкциях

Вид конструкции	Расстояние между швами, м
внутри отап­ливаемых зданий и в грунте	в открытых сооружениях и в не отапливаемых зда­ниях
Сборная каркасная » сплошная Монолитная и сборно-монолитная каркасная То же, сплошная

 

 

Температурно-усадочные швы выполняются в надзем­ной части здания — от кровли до верха фундамента, раз­деляя при этом перекрытия и стены. Ширина температурно-усадочных швов обычно составляет 2—3 см, она уточняется расчетом в зависимости от длины температур­ного блока и температурного перепада. Наиболее четкий температурно-усадочный шов конструкции здания созда­ется устройством парных колонн и парных балок по ним.

а – температурный шов на парных колоннах; б – осадочный шов на

парных колоннах; в – осадочный шов с вкладным пролетом

Рис. 1.2. Деформационные швы

 

Осадочные швы устраивают между частями зданий разной высоты или в зданиях, возводимых на участке с разнородными грунтами; такими швами делят и фунда­менты (рис. 1.2,б). Осадочные швы можно устраивать также с помощью вкладного пролета из плит и балок (рис. 1.2, в). Осадочный шов служит одновременно и температурно-усадочным швом здания.

 

 

Конструктивные схемы зданий

Многоэтажные промышленные здания служат для размещения различных производств — машино­строения, приборостроения, цехов химической, электро­технической, радиотехнической, легкой промышленности и др., а также базисных складов, холодильников, гара­жей и т. п. Их проектируют, как правило, каркасными с навесными панелями стен.

Высоту промышленных зданий обычно принимают по условиям технологического процесса в пределах от 3 до 7 этажей (при обшей высоте до 40 м), а для некоторых видов производств с не тяжелым оборудованием, уста­навливаемым на перекрытиях, до 12—14 этажей. Ширина промышленных зданий может быть равной 18—36 м и более. Высоту этажей и сетку колонн каркаса назначают в соответствии с требованиями типизации элементов кон­струкций и унификации габаритных параметров. Высоту этажей принимают кратной модулю 1,2 м, т.е. 3,6; 4,8; 6 м, а для первого этажа иногда 7,2 м. Наиболее распро­страненная сетка колони каркаса 6x6, 9х6, 12х6 м. Такие ограниченные размеры сетки колонн каркаса обу­словлены большими временными нагрузками на пере­крытия, которые могут достигать 15 кН/м², а и некото­рых производствах 25 кН/м² и более.

Для промышленного строительства наиболее удобны многоэтажные каркасные здания без специальных вер­тикальных диафрагм, поскольку они ограничивают сво­бодное размещение технологического оборудования и производственных коммуникаций. Основные несущие конструкции многоэтажного каркасного здания — желе­зобетонные рамы и связывающие их междуэтажные пе­рекрытия (рис. 3.1). Пространственная жесткость здания обеспечивается в поперечном направлении рабо­той многоэтажных рам с жесткими узлами — по рамной системе, а в продольном — работой вертикальных стальных связей или же вертикальных железобетонных диаф­рагм, располагаемых по рядам колонн и в плоскости на­ружных стен, — по связевой системе(рис. 3.2). Если в продольном направлении связи или диафрагмы по тех­нологическим условиям не могут быть поставлены, их заменяют продольными ригелями. В этом случае прост­ранственная жесткость и в продольном направлении обеспечивается по рамной системе.

1 – поперечные рамы; 2 – продольные вертикальные связи; 3 – панели перекрытий

Рис. 3.1. Конструктивный план многоэтажного каркаса промышленного здания

 

Рис. 3.2. Вертикальные связи многоэтажного каркаса в продольном направлении

 

 

При относительно небольшой временной нагрузке на перекрытия пространственная жесткость и в поперечном направлении обеспечивается по связевой системе; при этом во всех этажах устанавливаются поперечные вер­тикальные диафрагмы. Шарнирное соединение ригелей с колоннами в этом решении достигается установкой ри­гелей на консоли колонн без монтажной сварки в узлах.

Ригели соединяют с колоннами (стойками) на консо­лях, с применением ванной сварки выпусков арматуры и обетонированием полости стыка на монтаже. Для между­этажных перекрытий применяют ребристые плиты шири­ной 1500 или 3000 мм. Плиты, укладываемые по линии колонн, служат связями-распорками, обеспечивающими устойчивость каркаса на монтаже.

В таких зданиях возможно опирание плит перекры­тий двух типов: на полки ригелей таврового сечения (для производства со станочным оборудованием, нагрузки от которого близки к равномерно распределенным) и по верху ригелей прямоугольного сечения (главным образом, для зданий химической промышленности с оборудо­ванием, провисающим из этажа в этаж и передающим большую сосредоточенную нагрузку на одну опору). В обоих типах опирания плит типовые ригели при проле­тах 6 и 9 м имеют одинаковое сечение 800 мм и ширину ребра 300 мм.

Типовые конструкции многоэтажных промышленных зданий с балочными перекрытиями разработаны под различные временные нагрузки — от 5 до 25 кН/м².

Пример решения конструкции здания с безбалочными перекрытиями приведен на рис. 3.3. Ригелем много­этажной рамы в поперечном и продольном направлениях служит безбалочная плита, жестко связанная с колонна­ми с помощью капителей. Пространственная жесткость здания в обоих направлениях обеспечивается по рамной системе. Унификация размеров плит и капителей средних и крайних пролетов безбалочного перекрытия достигает­ся смещением наружных самонесущих стен с оси край­него ряда колонн на расстояние, равное половине шири­ны надкапительной плиты.

Рис. 3.3. Конструкции зданий многоэтажных промышленных зданий

с безбалочными перекрытиями

 

Многоэтажные промышленные здания с часто распо­ложенными опорами при сетке колонн 6×6 или 9×6 м не всегда удовлетворяют требованиям гибкой планиров­ки цехов, модернизации оборудования и усовершенство­вания производства без дорогостоящих переустройств. Поэтому применять их следует в случае больших времен­ных нагрузок на перекрытия более 10 кН/м².

Особенность конструктивного решения универсальных промышленных зданий с этажами в межферменном про­странстве состоит в том, что они имеют крупную сетку колонн 18×6, 18×12, 24×6 м. Большие пролеты здания перекрывают безраскосными фермами. При этом в пре­делах конструктивной высоты этих ферм устраивают дополнительные этажи, в которых размещают инженер­ное оборудование и коммуникации, бытовые, складские и другие вспомогательные помещения. Высота межфер­менных этажей может быть 2,4; 3 и 3,6 м.

Пример решения конструкций универсального про­мышленного здания приведен на рис. 3.4. Здание име­ет 6 этажей — три основных и три межферменных. Без­раскосные фермы, жестко связанные с колоннами, явля­ются составной частью многоэтажного каркаса и работают как ригели рам. Крайние стойки ферм вверху и внизу снабжены выступами для соединения с колоннами ниже- и вышележащих этажей. Плиты перекрытий в основных этажах ребристые; их укладывают на верхний пояс ферм. Панели перекрытий вспомогательных этажей пустотные или ребристые; опираются они на полки ниж­него пояса ферм (рис. 3.5).

 

 

1 – основные этажи; 2 – межферменные этажи; 3 – соединения колонн с безраскосыми фермами

Рис. 3.4. Конструкция многоэтажного промышленного здания с межферменными этажами

Рис. 3.5. Деталь опирания перекрытия на нижний пояс безраскосных ферм

 

Многоэтажные гражданские каркасные и панельные (бескаркасные) здания проектируют для массового стро­ительства высотой 12—16 этажей, а в ряде случаев — высотой 20 этажей и более. Сетка колонн, шаг несущих стен и высоты этажей выбирают в соответствии с требо­ваниями типизации элементов конструкций и унифика­ции габаритных параметров. Конструктивные схемы зданий, возводимых из сборных элементов, характерны постоянством геометрических размеров по высоте, регу­лярностью типовых элементов конструкций, четким реше­нием плана.

Каркасные конструкции применяют для различных административных и общественных зданий с большими помещениями, редко расположенными перегородками, а в некоторых случаях и для жилых домов высотой более 25 этажей. Основными несущими конструкциями много­этажного каркасного здания в гражданском строитель­стве являются железобетонные рамы, вертикальные связевые диафрагмы и связывающие их междуэтажные пе­рекрытия.

Важнейшим условием достижения высоких эксплуа­тационных качеств многоэтажного здания является обес­печение его надежного сопротивления горизонтальным нагрузкам и воздействиям. Необходимая пространствен­ная жесткость такого здания достигается различными вариантами компоновки конструктивной схемы, в основ­ном отличающимися способами восприятия горизонталь­ных нагрузок.

Например, при поперечных многоэтажных рамах и по­перечных вертикальных связевых диафрагмах, горизон­тальные нагрузки воспринимаются вертикальными конст­рукциями совместно, и каркасное здание в поперечном направлении работает по рамно-связевой системе, при этом в продольном направлении при наличии только вер­тикальных связевых диафрагм здание работает по связевой системе (рис. 3.6, а).

При поперечном расположении вертикальных связе­вых диафрагм и продольном расположении многоэтаж­ных рам здание в поперечном направлении работает по связевой системе, а в продольном направлении — по рамной системе(рис. 3.6, б). Конструктивная схема каркаса при шарнирном соединении ригелей с колонна­ми будет связевой в обоих направлениях.

 

1 – балка; 2 – колонна; 3 – панель

Рис. 3.6. Направление ригелей поперек (а) и вдоль (б) здания

в сборном балочном перекрытии

 

Панельные конструкции применяют для жилых до­мов, гостиниц, пансионатов и других аналогичных зда­ний с часто расположенными перегородками и стенами. В панельных зданиях основными несущими конструк­циями служат вертикальные диафрагмы, образованные панелями внутренних несущих стен, расположенными в поперечном, иногда в продольном направлении, и связы­вающие их междуэтажные перекрытия. Панели наруж­ных стен навешивают на торцы панелей несущих попе­речных стен. Многоэтажное панельное здание как в поперечном, так и в продольном направлении восприни­мает горизонтальную нагрузку по связевой системе. Возможны другие конструктивные схемы много­этажных зданий. К ним относятся, например, каркасное здание с центральным ядром жесткости, в котором в ка­честве вертикальных связевых диафрагм используются внутренние стены сблокированных лифтовых и вентиля­ционных шахт, лестничных клеток; здание с двумя ядрами жесткости открытого профиля — в виде двутавров; здание с двумя ядрами жест­кости и сложной конфигурацией в плане, позволяющей индивидуализировать архитектурное решение. В описанных конструктивных схемах зданий горизонтальные воздействия воспринимаются по рамно-связевой или связевой системе.

 

Предварительный подбор сечений

Плоские рамы, расположенные с определенным ша­гом и связанные перекрытиями, образуют пространст­венный блок рам с размерами в плане, равными расстоя­нию между температурными швами или наружными сте­нами. Вертикальные постоянные и временные нагрузки, а также горизонтальные ветровые нагрузки приложены одновременно ко всем рамам блока, поэтому пространст­венный характер работы в этих условиях не проявляется и каждую плоскую раму можно рассчитывать в отдель­ности на свою нагрузку.

Многоэтажная железобетонная рама статически не­определима, и для ее расчета необходимо предвари­тельно подобрать сечения ригелей и стоек, определить их жесткости или установить отношение жесткостей. С этой целью пользуются примерами ранее запроектированных аналогичных конструкций или предварительно прибли­женно подбирают сечения. Высоту сечения ригеля опре­деляют по формуле:

(4.1)

где М =0,6...0,7 М₀; здесь М₀ — изгибающий момент ригеля, вычис­ленный как для однопролетной свободно лежащей балки.

 

Площадь сечений колонн находят по приближенной формуле:

A=(1,2…1,5) N/f_cd (4.2)

По результатам предварительного подбора сечений производят взаимную увязку сечений ригелей и стоек и округляют их размеры до унифицированных. Момент инерции сечений ригелей и стоек определяют, как для сплошного бетонного сечения. При монолитных перекры­тиях момент инерции ригелей определяют, как для тав­ровых сечений с шириной полки, равной шагу рам.

 

Усилия от нагрузок

Многоэтажныxе многопролетные рамы каркасных зданий имеют преимущественно однообразную (регуляр­ную) расчетную схему с равными пролетами или со сред­ним укороченным пролетом на оси симметрии, а также с одинаковой нагрузкой по ярусам (рис. 4.1, а). Узлы стоек таких рам, расположенные на одной вертикали, имеют примерно равные углы поворота и, следовательно, равные узловые моменты с нулевой точкой моментов в середине высота этажа (рис. 4.1, б). Это дает осно­вание расчленить многоэтажную раму на ряд одноэтаж­ных рам с высотой стоек (колонн), равной половине вы­соты этажа, с шарнирами по концам стоек, кроме пер­вого этажа.

Рис. 4.1. Расчетные схемы многоэтажных рам (а) и эпюра моментов многоэтажной колонны (б)

 

На вертикальную нагрузку необходимо рассчитывать три такие одноэтажные рамы: верхнего, среднего и пер­вого этажа. Если число пролетов рамы больше трех, то практически заменяют трехпролетной рамой и полагают изгибающие моменты в средних пролетах многопролетной рамы такими же, как и в среднем пролете трехпролетной рамы.

При расчете по методу перемещений число неизвест­ных углов поворота равно числу узлов в одном ярусе рамы. Горизонтальным смещением при вертикальных нагрузках обычно пренебрегают. При расчете по методу сил в качестве неизвестных принимают опорные момен­ты ригелей одного яруса рамы и сводят задачу к реше­нию трехчленных уравнений балки на упруговращающихся опорах. Расчет также можно выполнять по опорным моментам ригелей рамы:

, (4.3)

где α, β — табличные коэффициенты, зависящие от схемы загруже-ния постоянной и временной нагрузками и от отношения суммы по­гонных жесткостей стоек, примыкающих к узлу, к погонной жестко­сти ригеля; g, v — постоянная и временная нагрузки на 1 м ригеля; l — пролет ригеля между осями колонн.

Изгибающие моменты в стойках для каждой схемы загружения рамы определяют по разности опорных мо­ментов ригелей в узле, распределяя ее пропорциональ­но погонным жесткостям стоек.

Изгибающие моменты в пролетных сечениях ригелей, а также поперечные силы определяют обычными спосо­бами как в однопролетной балке, загруженной внешней нагрузкой и опорными моментами по концам.

При расчете рам целесообразно учитывать образова­ние пластических шарниров и выравнивать изгибающие моменты для достижения экономического и производст­венного эффекта: облегчения сборных стыков, увеличе­ния повторяемости элементов опалубки и арматуры, упрощения армирования монтажных узлов, облегчения условий бетонирования их и т. п. Для этого раму (как и ригель балочного перекрытия) рассчитывают на дей­ствие постоянной нагрузки и различных загружений временной нагрузкой как упругую систему. Затем для каждого из перечисленных загружений строят свою до­бавочную эпюру моментов, которую суммируют с эпю­рой упругой системы.

Величина выравненного момента не оговаривается, но для его определения следует выполнить расчеты по предельным состояниям второй группы. Практически не­обходимо, чтобы выравненный момент в расчетном сечении составлял не менее 70 % момента в упругой схеме.

В рамных конструкциях целесообразно намечать ме­ста образования пластических шарниров на опорах ри­гелей и уменьшать опорные моменты. Допустим, что ра­ма рассчитана как упругая система и для определенного загружения получена эпюра моментов (рис. 4.2. а). Если теперь для этого же загружения построить добавоч­ную эпюру моментов, то добавочный опорный момент ΔМ будет заданной величиной, и вследствие этого рассмат­риваемую раму и систему канонических уравнений рас­членяют на две более простые системы с меньшим чис­лом неизвестных (pиc. 4.2, б), Выравненная эпюра М ригелей рамы изображена на рис. 4.2, в.

Рис. 4.2. К расчету многоэтажных рам на вертикальные нагрузки

по выровненным моментам

 

При упрошенном способе выравнивания моментов ри­гели многоэтажных и многопролетных рам загружают временной нагрузкой через пролет и постоянной нагруз­кой во всех пролетах, при этом получают эпюру момен­тов с максимальными моментами в пролетах и на стой­ках, которую принимают в качестве выравненной эпюры моментов. Опорные моменты ригелей в такой выравненной эпюре моментов при отношениях ин­тенсивности временной и постоянной нагрузок v/g≤S обычно составляют не менее 70% максимального мо­мента в упругой схеме. В расчете по выравненным мо­ментам необходимо, чтобы в сечениях стоек рам момент продольной силы относительно центра тяжести сжатой зоны составлял не менее 70% соответствующего момен­та в упругой схеме, а в сечениях стоек рам, работающих по случаю 2, кроме того, воспринималась полная про­дольная сила и, по крайней мере, половина изгибающего момента в упругой схеме.

Расчет на горизонтальные (ветровые) нагрузки вы­полняют приближенным методом. Распределенную гори­зонтальную нагрузку заменяют сосредоточенными сила­ми, приложенными к узлам рамы (рис. 4.3). Нулевую точку эпюры моментов стоек всех этажей рамы, кроме первого, считают расположенной в середине высоты этажа, а в первом этаже при защемлении стоек в фунда­менте — на расстоянии 2/3 высоты от места защемления.

Рис. 4.3. К расчету многоэтажных рам на горизонтальные нагрузки

Ярусные поперечные силы рамы

; и т.д.; (4.4)

они распределяются между отдельными стойками пропорционально жесткостям:

 

; (4.5)

здесь В – жесткость сечения стойки; m − число стоек в ярусе.

Крайние стойки рамы, имеющие степень защемления в узле меньшую, чем средние стойки (поскольку к край­нему узлу примыкает ригель только с одной стороны), воспринимают относительно меньшую долю ярусной по­перечной силы, что учитывается в расчете условным уменьшением жесткости крайних стоек путем умноже­ния на коэффициент β<1, определяемый по табл. 4.1.

Таблица 4.1

Значения коэффициента β для уменьшения жесткости крайних стоек многоэтажных рам при расчете на горизонтальные нагрузки.

Коэффициент	Все этажи, кроме первого, при	Первый этаж
0,25	0,5
β	0,54	0,56	0,62	0,7	0,75	0,79	0,9

Обозначения: ­­−погонная жесткость ригеля крайнего пролета; − погонная жесткость крайней стойки, примыкающей к узлу снизу.

По найденным поперечным силам определяют изгиба­ющие моменты на стойках всех этажей, кроме первого:

(4.6)

Для первого этажа изгибающий момент стойки в верхнем и нижнем сечениях

; (4.7)

При определении опорных моментов ригелей суммар­ный момент в узле рамы от выше и ниже расположен­ных стоек распределяется между ригелями пропорцио­нально их погонным жесткостям. В крайнем узле момент ригеля равен сумме моментов стоек.

Проектирование ригеля

Ригель многопролетного перекрытия представляет собой элемент рамной конст­рукции. Типы опирания перекрытий на ригели представлены на рис. 7.9. При свободном опирании концов ригеля на на­ружные стены и равных пролетах ригель можно рассчи­тывать как неразрезную балку. При этом возможен учет образования пластических шарниров, приводящих к пе­рераспределению и выравниванию изгибающих момен­тов между отдельными сечениями.

 

Рис. 7.8. Типы ригелей перекрытий промышленного (а) и гражданского (б) зданий

 

 

Сущность расчета статически неопределимых желе­зобетонных конструкций с учетом перераспределения усилий. При некотором значении нагрузки напряжения в растянутой арматуре из мягкой стали достигают преде­ла текучести. С развитием в арматуре пластических де­формаций (текучести) в железобетонной конструкции возникает участок больших местных деформаций, назы­ваемый пластическим шарниром (рис. 7.9).

 

 

Рис. 7.9. Схема образования пластического шарнира в железобетонных конструкциях

Рис.7.10. Эпюры перераспределения изгибающих моментов в статически неопределимой балке

В статически неопределимой конструкции после по­явления пластического шарнира при дальнейшем увели­чении нагрузки происходит перераспределение изгибаю­щих моментов между отдельными сечениями. При этом деформации в пластическом шарнире нарастают, но зна­чение изгибающего момента остается прежним:

(7.6)

В предельном равновесии — непосредственно перед раз­рушением— изгибающие моменты балки можно найти статическим или кинетическим способом.

Статический способ. Запишем значение пролетного момента:

(7.7)

Отсюда уравнение равновесия

(7.8)

где — момент статически определимой свободно лежащей балки.

Из этого уравнения следует, что сумма пролетного момента в сечении и долей опорных моментов, соответствующих этому сечению, равна моменту простой балки М₀, Кроме того, из уравнениявытекает, что несущая способность статически неопределимой конструкции не зависит от соотношения значений опорных и пролетного моментов и не зависит от последовательности образования пластических шарниров.

Последовательность эта может быть назначена произвольно, необходимо лишь соблюдать уравнение равновесия. Однако изменение соотношения моментов в сечениях меняет значение нагрузки, вызывающей образование первого и последнего пластических шарниров, а также меняет ширину раскрытия трещин в первом пластическом шарнире.

Кинематический способ. Балка в предельном равновесии рассматривается как система жестких звеньев, сое­диненных друг с другом в местах излома пластическими шарнирами (рис. 7.10). Если прогиб балки под си­лой F равен f, то углы поворота звеньев

; (7.9)

. (7.10)

Виртуальная работа внутренних усилий —изгибающих моментов в пластических шарнирах

(7.11)

а с учетом полученных выше значений

(7.12)

Уравнение виртуальных работ:

(7.13)

или

(7.14)

Откуда расчетная предельная сила:

(7.15)

Расчет и конструирование статически неопределимых железобетонных конструкций по выравненным моментам позволяет облегчить армирование сечений» что особенно важно для монтажных стыков на опорах сборных кон­струкций; позволяет стандартизировать и осуществить в необходимых случаях одинаковое армирование сварными сетками и каркасами там, где при расчете по упругой схеме возникают различные по значению изгибающие мо­менты. При временных нагрузках расчет по выравнен­ным моментам по сравнению с расчетом по упругой схе­ме может давать 20—30% экономии стали в арматуре.

Величина перераспределенного момента не оговари­вается, но должен производится расчет по предельным состояниям второй группы. Практически ограничение раскрытия трещин в первых пластических шарнирах до­стигается ограничением выравненного момента с тем, чтобы он не слишком резко отличался от момента в уп­ругой схеме и приблизительно составлял не менее 70 %.

Чтобы обеспечить условия, отвечающие предпосылке метода предельного равновесия, следует соблюдать конструктивные требования:

1) конструкция должна быть запроектирована так чтобы причиной ее разрушения не могли быть срез сжа­той зоны или раздавливания бетона от главных сжимающих напряжений;

2) армирование сечений, в которых намечено образование пластических шарниров, следует ограничивать так чтобы относительная высота сжатой зоны x£0,35;

3) следует применять арматурные стали с площадкой текучести или сварные сетки из обыкновенной арматур­ной проволоки.

Расчетный пролет ригеля принимают равным расстоянию между осями колонн; в первом про­лете при опирании на стену расчетный пролет считается от оси опоры на стене до оси колонны. Нагрузка на ри­гель от панелей может быть равномерно распределенной (при пустотных или сплошных панелях) или сосредото­ченной (при ребристых панелях). Если число сосредото­ченных сил, действующих в пролете ригеля, более четы­рех, то их приводят к эквивалентной равномерно распре­деленной нагрузке. Для предварительного определения собственного веса ригеля размеры его сечения прини­мают:

. (7.16)

При расположении временной нагрузки через один пролет получают максимальные моменты в загружаемых пролетах; при расположении временной нагрузки в двух смежных пролетах и далее через один пролет получают максимальные по абсолютному значению моменты на опоре (рис. 7.11).

Рис.7.11. Схемы загружения неразрезной балки

 

В неразрезном ригеле целесообразно ослабить армирование опорных сечений и упростить мон­тажные стыки. Поэтому с целью перераспределения мо­ментов в ригеле к эпюре моментов от постоянных нагрузок и отдельных схем невыгодно расположенных временных нагрузок прибавляют добавочные треугольные эпю­ры с произвольными по знаку и значению над опорными ординатами (рис. 7.12). При этом ординаты выровненной эпюры моментов в расчетных сечениях должны сос­тавлять не менее 70 %, вычисленных по упругой схеме. На основе отдельных загружений строят огибающие эпюры М и Q. Возможен также упрощенный способ рас­чета неразрезного ригеля но выровненным моментам, состоящий в том, что в качестве расчетной выровненной эпюры моментов принимают эпюру моментов упругой неразрезной балки, полученную для максимальных про­летных моментов (при расположении временной нагруз­ки через один пролет).

а – добавочные эпюры моментов; б – к определению эпюры М от равномерно распределенной нагрузки; в – то же, от сосредоточенной нагрузки; г – к построению эпюры моментов от равномерно распределенной нагрузки; д – к определению расчетного момента ригеля по грани колонны

Рис.7.12. К расчету неразрезного ригеля

 

Расчетным па опоре будет сечение ригеля по грани колонны. В этом сечении изгибающий момент:

(7.17)

Момент имеет большее (по абсолютной величине) значение со стороны пролета, загруженного только посто­янной нагрузкой; поэтому в формулу следует подставлять значение поперечной силы Q, соответствую­щее загружению этого пролета. По моменту уточня­ют размер поперечного сечения ригели и по значению x»0,35 принимают:

(7.18)

Сечение продольной арматуры ригеля подбирают по М в четырех нормальных сечениях: в первом и среднем пролетах, на первой промежуточной опоре и па средней опоре. Расчет поперечной арматуры по Q ведут для трех наклонных сечений: у первой промежуточной опоры сле­ва и справа и у крайней опоры.

Конструирование неразрезного ригеля.

Поперечное сечение ригеля может быть прямоугольным, тавровым с полками вверху, тавровым с полками внизу (рис. 7.13). При опиранин панелей перекрытия па нижние полки ригеля таврового сечения строительная высота перекрытия уменьшается.

Рис.7.13. Схемы поперечного сечения сборного ригеля

 

Стыки ригелей размещают обычно непосредственно у боковой грани колонны. Действующий в стыках ригелей опорный момент вызывает растяжение верхней части и сжатие нижней (рис. 7.14а). В стыковых соединениях ригель может опираться на железобетонную консоль колонны или же на опорный столик из уголков, выпущенных из колонны (рис. 7.14б). В верхней части стыка выпуски арматуры из колонны и ригеля соединяются вставкой арматуры на ванной сварке. Вставка арматуры повышает точность монтажного соединения в случае нарушения соосности выпусков арматуры. В нижней части стыка монтажными швами соединяются закладные детали колонны и ригеля. После приварки монтажных хомутов полость стыка бетонируется.

Скрытые стыки на консолях (с подрезкой торца ригеля) усложняют конструирование, так как требуют усиления арматуры входящего угла дополнительными каркасами и закладными деталями, повышающими расход стали и трудоемкость изготовления; кроме того, при таком стыке снижается несущая способность и жесткость ригеля на опоре. Эти стыки считаются шарнирными, фигурная же стальная накладка, привариваемая на монтаже, обеспечивает восприятие не­большого изгибающего момента (~50кН*м).

а – усилия, действующие в стыке; б – жесткий стык на консолях; в – жесткий стык бесконсольный; г – скрытый стык на консолях; 1 – арматурные выпуски из ригеля и колонны; 2 – ванная сварка; 3 – вставка арматуры; 4 – поперечные стержни, привариваемые на монтаже; 5 – бетон замоноличивания; 6 – усиленный арматурный выпуск из ригеля; 7 – опорный столик из уголков с отверстием для удобства бетонирования; 8 – стальные закладные детали; 9 – призматические углубления для образования бетонных шпонок; 10 – фигурная деталь «рыбка», привариваемая на монтаже

Рис.7.14. Конструкции стыков сборного ригеля с колонной

В бесконсольных стыках (см. рис. 7.14,е), как по­казали исследования, попе­речная сила воспринимается бетоном замоноличивания полости и бетонными шпон­ками, образующимися в при­зматических углублениях на боковой поверхности колон­ны и в торце сборного ригеля. Специальными исследованиями установлено, что этот стык равнопрочен с консольным стыком, но в то же время по расходу материалов и трудоемкости он экономичнее.

Размеры опорной консоли (рис. 7.15) определяют в зависимости от опорного давления ригеля Q; при этом считается, что ригель оперт на расположенную у свободного края консоли площадку длиной

(7. 19)

где — ширина ригеля.

 

Рис.7.15. Армирование консоли колонны

 

Наименьший вылет консоли с учетом зазора с между торцом ригеля и гранью колонны . Обычно принимают l ₁=200...300 мм. При этом расстояние от грани колонны до силы Q

(7.18)

У коротких консолей () угол сжатой грани с горизонталью не должен превышать 45°. Высота консоли в сечении у грани колонны , у свобод­ного края