Материалов ,  изделий и конструкций», «Водоснабжение и

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ И КАМЕННЫЕ

КОНСТРУКЦИИ

 

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

для студентов  направления 08.03.01 «Строительство»

профилей «Экспертиза и управление

недвижимостью», «Городское строительство и хозяйство»,

«Производство и применение строительных

Материалов,  изделий и конструкций», «Водоснабжение и

Водоотведение»

всех форм обучения

 

 

Учебному пособию присвоен гриф УМО РАЕ
(Протокол № 539 от 08 октября 2015г.)
с рекомендацией в качестве учебного пособия
для студентов ВУЗов, обучающихся по направлению
подготовки 08.03.01«Строительство».

 

Тюмень, 2016

 

УДК 624.01

       Р79

 

Ротштейн Д.М. Железобетонные и каменные конструкции: учебное пособие для студентов направления 08.03.01 «Строительство», профилей «Экспертиза и управление недвижимостью», «Городское строительство и хозяйство», «Производство и применение строительных материалов, изделий и конструкций», «Водоснабжение и водоотведение» всех форм обучения. – Тюмень: РИО ФГБОУ ВПО ТюмГАСУ, 2016.- 136с.

 

Учебное пособие составлено на основании рабочих программ дисциплин «Железобетонные и каменные конструкции», «Конструкции городских зданий и сооружений», «Строительные конструкции», «Строительные конструкции в системах водоснабжения и водоотведения» для студентов направления 08.03.01 «Строительство», профилей «Экспертиза и управление недвижимостью», «Городское строительство и хозяйство», «Производство и применение строительных материалов, изделий и конструкций», «Водоснабжение и водоотведение». Изложена теория расчетов конструктивных элементов железобетонных и каменных конструкций. Рассмотрены свойства материалов конструкций. Приводятся сведения по проектированию конструкций зданий и многочисленные практические примеры расчетов элементов железобетонных и каменных конструкций.

Учебное пособие предназначено для студентов-бакалавров и специалистов, изучающих дисциплины: «Строительные конструкции», «Железобетонные и каменные конструкции».

 Рецензент: Колосов Ю.Д.- главный инженер ОАО «Тюменский

                                                                                  Промстройпроект»  

 

Тираж 100экз.

 

© ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет»

© Ротштейн Д.М.

 

Редакционно-издательский отдел ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет»

 

                                                  Содержание                                           стр.

1 Введение ……………………………………………………….……………6

1.1 О развитии железобетонных и каменных конструкций……………...6

1.2 Достоинства и недостатки железобетонных и каменных констру-

       кций………………………………………………………………………8

Общие положения расчета железобетонных и каменных

  конструкций………………………………………………………………...9

2.1 О применении метода расчета по предельным состояниям………….9

2.2 Нагрузки на конструкции………………………………………………10

2.3 Сопротивления материалов конструкций…………………………......11

3 Физико- механические свойства бетона и арматурной стали ………..13

3.1 Бетон……………………………………………………………………..13

3.2 Деформации бетона под нагрузкой. Модуль упругости……………..15

3.3 Арматура………………………………………………………………...16

Сущность железобетона. Виды железобетонных конструкций.

Напряжения и деформации в железобетоне при различных видах

загружений ………………………………………………………………...19

  4.1 Сущность железобетона………………………………………………19

  4.2 Виды железобетонных конструкций…………………………………21

  4.3 Напряжения и деформации в железобетоне при различных видах

          загружений……………………………………………………………22

5 Конструкции изгибаемых железобетонных элементов ……………...25

  5.1 Балки……………………………………………………………………25

  5.2 Плиты…………………………………………………………………...28

  5.3 Расчет прочности изгибаемых элементов по нормальным

        сечениям………………………………………………………………..29

      5.3.1 Элементы прямоугольного сечения с одиночной арматурой….29

               Пример 1…………………………………………………………..32

      5.3.2 Элементы прямоугольного сечения с двойной арматурой……33

               Пример 2…………………………………………………………...35

      5.3.3 Элементы таврового сечения с двойной арматурой……………36

               Пример 3…………………………………………………………..39

               Пример 4…………………………………………………………..41

      5.4 Расчет прочности изгибаемых элементов по наклонным

            сечениям…………………………………………………………….42

               Пример 5…………………………………………………………..47

               Пример 6…………………………………………………………..48

6 Конструкции сжатых железобетонных элементов …………………..49

      6.1Конструктивные особенности и общие расчетные положения….49

      6.2 Расчет внецентренно сжатых элементов прямоугольного

            сечения………………………………………………………………51

              Пример 7…………………………………………………………...52

              Пример 8…………………………………………………………...54

 

7 Конструкции растянутых железобетонных элементов ………………55

     7.1 Конструктивные особенности……………………………………….55

     7.2 Расчет прочности нормальных сечений…………………………….56

           Пример 9………………………………………………………………57

ВВЕДЕНИЕ

 

Учебное пособие составлено на основании  рабочих программ дисциплин «Железобетонные и каменные конструкции», «Строительные конструкции», «Конструкции городских зданий и сооружений», «Строительные конструкции в системах водоснабжения и водоотведения» для студентов-бакалавров направления  08.03.01 «Строительство», профилей «Экспертиза и управление недвижимостью», «Городское строительство и хозяйство», «Производство и применение строительных материалов, изделий и конструкций», «Водоснабжение и водоотведение». Основанием для составления пособия является многолетний опыт автора в части чтения лекций по дисциплинам «Строительные конструкции», «Железобетонные и каменные конструкции» студентам-бакалаврам и специалистам направления «Строительство» вышеназванных профилей. В пособии нет претензии на оригинальность и полноту изложения, но есть стремление сделать его простым, ясным и точным.

Основная цель учебного пособия – содействие студентам-бакалаврам в изучении вышеназванных дисциплин.

Учебное пособие подготовлено в соответствии с действующими строительными нормами и правилами – Свод правил СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003, Свод правил СП 15.13330.2012 Каменные и армокаменные конструкции. Актуализированная редакция СНиП 11-22-81*, Свод Правил СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07.85* и др.

Учебное пособие включает рассмотрение теоретических материалов дисциплин в части разделов, охватывающих вопросы проектирования ж/бетонных и каменных конструкций, свойств материалов, а так же многочисленные практические примеры расчетов прочности, устойчивости железобетонных и каменных конструкций и их элементов.

Состояниям

До 1955г. в СССР строительные конструкции рассчитывались разными методами в зависимости от применяемых материалов.

Металлические и деревянные конструкции – по допускаемым напряжениям с выполнением условия прочности: Ϭ=f(q )k ≤ [Ϭ]. Железобетонные и каменные – по разрушающим усилиям: M,N,Q = f (R ) k ≤ [M,N,Q]. При этом допускаемые напряжения [Ϭ] и разрушающие усилия [M,N,Q] назначались с едиными, нерасчлененными коэффициентами запаса прочности k , которые не позволяли учитывать изменчивость нагрузок(q )  на конструкции (особенно климатических), изменчивость прочностных характеристик материалов (R )  конструкций, их упруго-пластические свойства. Это приводило к перерасходу материалов.

В прогрессивном методе расчетов конструкций по попредельным состояниям, разработанным Келдышем В.А., Гвоздевым А.А., Стрелецким Н.С. и др., и применяемым в настоящее время, вместо единого коэффициента запаса прочности конструкций используются раздельные коэффициенты, учитывающие изменчивость нагрузок и их сочетаний, прочностных свойств материалов, условий эксплуатации конструкций.

Для учета изменчивости нагрузок введены коэффициенты надежности по нагрузкам γ  и коэффициенты сочетаний нагрузок Ψ; для учета изменчивости прочности материалов и условий работы – коэффициенты надежности по материалам для бетона и арматуры соответственно γ ,γ и коэффициенты условий работы – то же γ ,γ , для каменной кладки - γ .

Введение в расчеты конструкций по методу предельных состояний раздельных коэффициентов по нагрузкам, прочности материалов, условиям работы позволило приблизить расчетные предпосылки к действительным предельным состояниям работы конструкций.

Предельными состояниями конструкций являются такие состояния, при которых достигается предельная несущая способность конструкций или предельное состояние их пригодности к нормальной эксплуатации. Эти предельные состояния не должны быть превзойдены.

Конструкции должны соответствовать требованиям двух групп предельных состояний.

Расчеты по первой группе предельных состояний обеспечивают требуемую несущую способность конструкции – прочность, устойчивость формы (для тонкостенных конструкций), устойчивость положения (опрокидывание, скольжение, всплывание).

Расчеты по второй группе предельных состояний (по пригодности к нормальной эксплуатации) обеспечивают конструкции требуемую жесткость (ограничение деформаций) и трещиностойкость (для ж/бетонных конструкций расчеты по образованию и раскрытию трещин).

 

Нагрузки на конструкции

Нормативным документом, регламентирующим величины нагрузок, действующих на строительные конструкции, является Свод Правил СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» Актуализированная редакция СНиП 2.01.07.85*[3].

Для железобетонных конструкций следует учитывать нагрузки, действующие не только в стадии эксплуатации конструкций, но и в стадиях их изготовления, транспортирования и монтажа.

Согласно методу расчета конструкций по предельным состояниям нагрузки, установленные в нормах проектирования, называются нормативными нагрузками q . Опасность превышения нагрузкой нормативного значения учитывается коэффициентом надежности по нагрузке γ , который так же нормируется в СП[3] дифференцировано для каждого вида нагрузок. Расчетная нагрузка q = q  γ .

В расчетах конструкций по первой группе предельных состояний (прочность, устойчивость формы, устойчивость положения) используются расчетные нагрузки q .

В расчетах конструкций по второй группе предельных состояний (жесткость, трещиностойкость) используются нормативные нагрузки q (за исключением конструкций, в которых образование трещин не допускается).

По продолжительности действия на конструкции нагрузки подразделяются на: постоянные и временные (длительные, кратковременные, особые).

Постоянные нагрузки включают в себя: собственный вес частей зданий, вес грунтовых засыпок и насыпей, воздействие предварительного напряжения арматуры.

Временные длительные нагрузки: вес перегородок, оборудования и материалов, находящихся на длительном хранении, вес сыпучих тел и др.

Временные  кратковременные нагрузки: снеговые, ветровые, гололедные, крановые, вес людей и временного оборудования (мебели и др.).

Временные особые нагрузки: сейсмические и взрывные воздействия, нагрузки при авариях и просадках грунтов.

В расчетах конструкций следует учитывать наиболее неблагоприятные сочетания нагрузок, т.е. их одновременное воздействие на конструкции. Сочетания нагрузок подразделяются на два вида: основные и особые.

Основные сочетания включают нагрузки: постоянные, временные длительные и кратковременные. Для основных и особых сочетаний коэффициенты сочетаний  длительных равномерно распределенных нагрузок ᴪ = 1,0; ᴪ =ᴪ =…=0,95 в зависимости от степени влияния нагрузки, для остальных нагрузок ᴪ =1,0. Коэффициенты сочетаний кратковременных

нагрузок ᴪ =1,0; ᴪ =0,9; ᴪ =ᴪ =…=0,7. ᴪ ,ᴪ - коэффициенты для основных кратковременных нагрузок; ᴪ ,ᴪ  - для остальных.

Особые сочетания включают нагрузки: постоянные, временные длительные, временные кратковременные, одну особую. В особых сочетаниях для всех кратковременных нагрузок (кроме оговоренных в нормах) ᴪ=0,8.

Постоянные нормативные нагрузки от веса строительных конструкций определяют по их проектным размерам и значениям объемных плотностей.

Временные нормативные нагрузки на перекрытия и покрытия зданий, а так же их коэффициенты γ  определяют в соответствии с указаниями СП[3]. Параметры нормативных значений климатических нагрузок: ветровое давление (скоростной напор ветра) и нагрузка от снега на 1м  горизонтальной поверхности земли определены там же согласно районированию всей территории РФ на специальных географических картах.

 

АРМАТУРНОЙ СТАЛИ

Бетон

Бетон – композитный неоднородный материал, в котором инертные заполнители: крупный – щебень (для тяжелых бетонов), мелкий – песок скреплены в единый монолит с помощью цементного камня, образованного из химически активных материалов – цемента и воды.

Для железобетонных конструкций наибольшее распространение получили конструкционные бетоны: тяжелые средней плотности γ = 2200-2500 кг/м , мелкозернистые (без крупных заполнителей) средней плотности γ = 1800-2200 кг/м . Легкие и особо легкие бетоны с γ = 500-1800 кг/м  применяются в основном в самонесущих ограждающих конструкциях.

Тяжелый бетон должен обладать высокой прочностью и плотностью, хорошим сцеплением с арматурой. Особые условия работы бетона требуют обеспечения его водонепроницаемости, водостойкости, морозостойкости, повышенной огнестойкости и коррозионной стойкости, низкой тепло- и звукопроводности. Для предварительно напряженных железобетонных конструкций применяют бетон повышенной прочности и плотности, ограниченной усадки и ползучести.

Бетон не обладает абсолютной плотностью из-за наличия пор, образованных свободной водой, которая, испаряясь, образует капиляры в теле бетона. Уменьшить пористость бетона можно уменьшением водоцементного отношения В/Ц, при этом, однако, повышается жесткость бетонной смеси и ухудшается ее удобоукладываемость.

Физико-механические свойства бетона зависят от многочисленных факторов: состава смеси, вида заполнителей и вяжущего, В/Ц, способа приготовления, укладки и обработки смеси, условий твердения и др. Все это учитывается при выборе материалов для бетона, назначении его состава, и способа приготовления.

Наиболее важная характеристика механических свойств бетона – сопротивление сжатию – зависит от прочности цементного камня, заполнителей и плотности бетона. Прочность цементного камня тем выше, чем выше активность (марка) цемента.

Сопротивление бетона сжатию оценивается в нормах проектирования классом бетона по прочности на сжатие.

Для определения прочности бетона в лабораторных условиях проводят испытания на сжатие контрольных образцов – кубов стандартных размеров 150х150х150мм. Кубиковую прочность бетона определяют по формуле R = N/A, где N – разрушающая нагрузка, A – площадь сечения куба. Бетон куба ведет себя в стадии разрушения между подушками пресса по разному в зависимости от наличия или отсутствия сил трения между поверхностями бетона и подушкам пресса (см. рис.3.1).

Рисунок 3.1 Схемы разрушения при сжатии бетонных кубов

 

Силы трения препятствуют поперечным деформациям бетона, в результате куб разрушается по поверхностям двух «пирамид». Если сил трения нет – разрушение куба происходит в результате поперечных деформаций и растягивающих напряжений в направлении, перпендикулярном направлению сил сжатия.

Прочность бетона при осевом растяжении в 10-15 раз ниже прочности при сжатии.

 

Арматура

В железобетонных конструкциях применяют стальную стержневую, проволочную и канатную арматуру. Арматура в конструкциях предназначена для восприятия растягивающих и сжимающих усилий в изгибаемых элементах, растягивающих -в растянутых элементах, сжимающих - в сжатых элементах, сжимающих и растягивающих – во внецентренно сжатых элементах. При этом необходимое количество арматуры определяется расчетом и такая арматура называется рабочей.

Для восприятия усилий в конструкциях, возникающих от монтажных нагрузок, усадки бетона, а так же для обеспечения проектного положения рабочей арматуры при изготовлении конструкции устанавливают монтажную арматуру.

Оба вида арматуры объединяют в арматурные изделия: каркасы и сетки плоские и пространственные. Каркасы чаще применяются в балках и колоннах, сетки - в плитах, рис. 3.3.

Для железобетонных конструкций без предварительного напряжения арматуры в каркасах качестве рабочих поперечных стержней применяют горячекатаную гладкую стержневую арматуру класса А240, а так же стержневую арматуру периодического профиля классов А300, А400, и холоднодеформированную проволочную классов В500, Вр500. Для рабочей продольной арматуры в каркасах и сетках применяют горячекатаную стержневую арматуру периодического профиля классов А400, А500.

Для предварительно напряженных железобетонных конструкций в качестве напрягаемой арматуры применяют:

- горячекатаную термомеханически упрочненную стержневую арматуру классов А600, А800, А1000;

- холоднодеформированную проволочную периодического профиля            классов Вр1200, Вр1300, Вр1400, Вр1500, Вр1600;

- канатную проволочную арматуру классов К1400, К1500, К1600, К1700.

Ненапрягаемая арматура в предварительно напряженных железобетонных конструкциях поименована выше.

 

Рисунок 3.3 Арматурные изделия: каркасы и сетки

 

Нормируемые механические характеристики для арматурных сталей определены по экспериментальным зависимостям Ϭ – ε, полученным при испытаниях образцов арматуры на растяжение с построением соответствующих диаграмм (рис.3.4,3.5).

 

Рисунок 3.4 Диаграмма напряжения-деформации мягких сталей

 

 

Рисунок 3.5 Диаграмма напряжения-деформации твердых сталей

 

Для горячекатаных низкопрочных (мягких) сталей, рис.3.4, на диаграмме присутствует характерная площадка текучести с физическим пределом текучести Ϭ  - напряжением, при котором растягиваемый образец деформируется без увеличения нагрузки. Напряжение, непосредственно предшествующее разрыву образца называется временным сопротивлением арматурной стали Ϭ .

Для легированных (содержащих химические добавки) и термомеханически упрочненных (твердых) арматурных сталей характерно хрупкое разрушение, а при испытаниях на растяжение наблюдается плавный, постепенный переход в пластическую область деформирования без ярко выраженной площадки текучести, рис.3.5. Для таких сталей установлен условный предел текучести

Ϭ - напряжение, при котором остаточные деформации ε составляют 0,02% от полных остаточных деформаций. Временное сопротивление Ϭ (при разрушении) для таких сталей достигает значительно более высоких значений.

Для назначения нормативных сопротивлений сталей R   в нормах проектирования использованы значения напряжений Ϭ  и Ϭ  с учетом статистической обработки многочисленных результатов испытаний с обеспеченностью значений нормативных сопротивлений 0,95.

Упругие свойства арматурных сталей в нормах проектирования учтены величиной модуля упругости Е , полученного из закона Гука Ϭ =Е ε  , экспериментально в упругой стадии работы материала.

 

4 СУЩНОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА. ВИДЫ ЖБК. НАПРЯЖЕНИЯ
             И ДЕФОРМАЦИИ В ЖЕЛЕЗОБЕТОНЕ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ
           ВИДАХ ЗАГРУЖЕНИЙ

Сущность железобетона

Железобетон состоит из бетона и расположенных в нем стальных арматурных стержней, работающих с ним совместно. Бетон и арматура в железобетоне составляют одно монолитное целое.

Способность бетона сопротивляться напряжениям сжатия в 10-15 раз выше его же способности сопротивляться напряжениям растяжения. Сталь, как более однородный материал, обладает одинаковой прочностью как при работе на сжатие, так и при работе на растяжение. Эти свойства бетона и стальной арматуры и явились основой создания железобетонных конструкций, в которых сжимающие напряжения воспринимались бы бетоном, а растягивающие – арматурой.

В изгибаемых элементах (балках, плитах и др.) арматурные стержни располагаются вблизи крайних сжатых и растянутых волокон по высоте сечений (рис.4.1а), в сжатых и растянутых элементах – симметрично, по контуру сечений (рис.4.1б).

Кроме обычных железобетонных конструкций (без предварительно создаваемых в материалах напряжений) существуют предварительно напряженные железобетонные конструкции. ПН ЖБК обладают повышенной трещиностойкостью, низкой деформативностью. В них возможно использование высокопрочных бетонов и сталей. В предварительно наряженных железобетонных конструкциях на стадии их изготовления бетон подвергается предварительному обжатию, а арматура – растяжению. Предварительные напряжения в арматуре создаются натяжением арматуры на упоры (рис.4.2а, когда бетон в форме отсутствует) или натяжением арматуры на бетон (рис. 4.2б). Предварительные напряжения сжатия в бетоне, созданные искусственно при передаче напряжений от арматуры бетону, препятствуют росту растягивающих напряжений в нем при эксплуатации конструкции. В результате образование трещин в бетоне происходит на самых поздних стадиях работы конструкции, близких к ее предельному состоянию. Этим обусловлена повышенная трещиностойкость предварительно напряженных ЖБК.

Рисунок 4.1 Расположение арматуры: а) – в изгибаемых элементах;

б) – в растянутых и внецентренно сжатых элементах

 

Рисунок 4.2 Способы изготовления предварительно напряженных ЖБК:

а) –натяжением на упоры; б) – натяжением на бетон

 

Основные физико-механические факторы, обеспечивающие совместную работу бетона и стальной арматуры в железобетонных конструкциях:

- значительное сцепление арматуры с бетоном;

-близкие свойства температурных деформаций бетона и арматуры;

- защищенность стальной арматуры, заключенной в плотный бетон, от

атмосферной коррозии и температурных воздействий.

 

ЭЛЕМЕНТОВ

Балки

Железобетонные балки – конструкции, широко применяемые в промышленном, гражданском, строительстве в основном в качестве опорных конструкций для организации междуэтажных перекрытий, покрытий, опираний стеновых ограждений, технологических устройств и т.д.

Ж/бетонные балки могут быть спроектированы как однопролетные и многопролетные (разрезные и неразрезные), рис.5.1,по способу изготовления - сборные и монолитные.

 

Рисунок 5.1 Типы железобетонных балок

 

Формы поперечного сечения балок различны. Чаще других применяются: прямоугольная форма, тавровая с верхней полкой, тавровая с нижней полкой, двутавровая, реже – трапециевидная (рис.5.2а). Балки таврового сечения принимаются к расчету в составе монолитных перекрытий, где верхняя полка тавра является одновременно плитой перекрытия (рис.5.2б). Тавровое сечение с полкой в сжатой зоне является рациональным, т.к. в нем сведена к минимуму площадь сечения растянутого бетона. Существуют, однако, ограничения на ширину свесов полки b , вводимую в расчеты прочности сечений: b ≤1/6 пролета l, и при отсутствии поперечных ребер и толщине полки h < 0,1 h,

b ≤ 6 h , подробно см. 8.1.11[1]. Размеры поперечных сечений балок определены опытом проектирования исходя из условий обеспечения их прочности, жесткости, а также с учетом конструктивных требований к размещению в сечениях стальной арматуры. Высота балок h принимается равной 1/10-1/20 пролета l с размером, кратным 50мм. Ширина прямоугольных сечений b принимается в пределах (0,3-0,5) h, а именно

b =100,120,150,180,200,250 мм и далее кратно 50мм.

Продольная рабочая арматура в балках располагается вблизи крайних растянутых волокон сечений для восприятия растягивающих напряжений, вызванных изгибным наряженным состоянием. Поперечная рабочая арматура располагается в вертикальном направлении по высоте сечений и

 

Рисунок 5.2 Формы сечений железобетонных балок

 

предназначена для восприятия совместно с бетоном поперечных сил. Балки армируют преимущественно сварными каркасами, реже – вязанными. При ширине балки b =100-150мм устанавливается один каркас, при большей ширине – два и более (рис.5.3).

Площадь сечений продольной и поперечной арматуры определяется расчетом прочности соответственно нормальных и наклонных сечений балок. Учитываются так же конструктивные требования при назначении диаметров арматурных стержней. Для продольной арматуры принимаются диаметры 10-40мм, для поперечной -не менее 6мм для вязанных каркасов, и не менее диаметра из условия сварки с наибольшим диаметром продольной арматуры для сварных каркасов. Шаг поперечных стержней, где они требуются по расчету, следует принимать не более 0,5h и не более 300мм. На участках балок, где поперечная арматура по расчету не требуется, ее устанавливают реже,  исходя из конструктивных требований с шагом не более 0,75h  и не более 500мм. Защитный слой бетона назначается не менее 20-40мм в зависимости от условий эксплуатации конструкции.

Рисунок 5.3 Характер армирования ж/бетонных балок

 

Для балок применяют бетон тяжелый классов по прочности на сжатие В15, В20, В30, продольную рабочую арматуру классов А400, А500, поперечную- классов А240, А300. Большепролетные ж/бетонные балки изготавливают предварительно напряженными с повышенной трещиностойкостью и жесткостью. При это используют более прочные бетоны и арматурные стали.

 

Плиты

Плиты – железобетонные элементы, в которых один размер – толщина значительно меньше двух других – ширины и длины. Ж/ бетонные плиты находят применение,  в основном, для устройства междуэтажных перекрытий и покрытий в одно – и многоэтажных зданиях промышленного и гражданского назначения.

В конструктивном отношении плиты могут быть сплошными, пустотными, ребристыми (рис.5.4). По способу изготовления – сборными и монолитными. Фрагмент сечения монолитного перекрытия на рис. 5.2б.

 

Рисунок 5.4 Сплошные, пустотные и ребристые сборные ж/бетонные

плиты

 

Сплошные плиты армируют сварными сетками из стержневой арматуры периодического профиля. Для армирования пустотных и ребристых плит используют стержневую, проволочную и канатную арматуру. Соотношение основных размеров плит: длины (пролета) L и ширины b определяет характер работы плиты. Балочные плиты, опертые по двум коротким сторонам при L/b>2 работают в направлении пролета L. В этом же направлении в них расположена рабочая арматура. Плиты, опертые по контуру при L/b ≤ 2, работают в двух направлениях (характерно для сплошных плит), рабочая арматура в них расположена в двух направлениях.

Толщина сплошных плит 50-120мм. Пустотных – 220-335мм, ребристых -350-450мм, толщина полок плит 30-50мм. В сплошных плитах рабочая арматура должна быть расположена ближе к растянутой грани сечения. В пустотных и ребристых плитах рабочую арматуру располагают в нижних межпустотных и реберных участках сечений с сохранением требуемой толщины защитного слоя бетона. Для пустотных и ребристых плит характерно изготовление их с предварительным напряжением бетона и арматуры. При этом целесообразным является применение высокопрочных материалов: бетон тяжелый класса по прочности на сжатие В40, В50, арматура проволочная класса Вр1400, Вр1500, стержневая класса А500, А600 и др.

Плиты из монолитного железобетона выполняются без предварительного напряжения материалов, т.к. эта технология применима только в заводских условиях. Размеры монолитных ж/бетонных плит в плане отличаются разнообразием и зависят от принятых архитектурно-планировочных решений в проектируемом здании. Толщина балочных монолитных плит 60-120мм, плит, опертых по контуру – 140-200мм. Применяемые материалы: бетон тяжелый класса по прочности на сжатие В30, В40, арматура стержневая периодического профиля класса А400, А500.

 

И изгибающего момента М

 

Рисунок 5.13 Расчетная схема усилий в наклонном сечении

изгибаемого элемента

 

 

На рис. 5.13 изображена левая часть балки, отсеченная от основной конструкции наклонной трещиной. Действия правой части заменены расчетными усилиями в ее материалах: бетоне и арматуре продольной и поперечной. В сжатой части бетона над трещиной в т. b приложена равнодействующая усилий в сжатом бетоне и сжатой арматуре. Из рис.5.13 следует, что расчет прочности наклонного сечения на действие поперечной силы и изгибающего момента следует производить на основе уравнений равновесия внешних и внутренних сил, действующих в бетоне и арматуре наклонного сечения с длиной проекции c на продольную ось элемента.

В обоих случаях разрушения наклонного сечения элемента, по поперечной силе Q, или по изгибающему моменту М в предельном состоянии необходимо выполнение двух условий равновесия: 1)- равенство нулю моментов внешних и внутренних сил в сечении относительно т. b приложения равнодействующей усилий в сечении над трещиной. 2)- равенство нулю суммы проекций тех же сил на вертикальную ось Y.

Распишем подробно два названных условия.

1) R A z +ƩR A z =M,                                                        (5.23)

2) ƩR A +Q  = Q.                                                              (5.24)

Здесь знаком Ʃ объединены усилия в поперечных стержнях, попавших в наклонное сечение с длиной проекции с на горизонтальную ось. Рассматривая условие 2), заметим, что Ʃ R A = Q  - есть поперечная сила, воспринимаемая всей поперечной арматурой в наклонном сечении, Q - поперечная сила от внешней нагрузки. Значит условие прочности наклонного сечения по поперечной силе вместо (5.24) может быть представлено в виде:

Q ≤ Q + Q ,                                                       (5.25)

Q  определяем по формуле Q =φ q c,     (5.26)