Монолітні ребристі перекриття з балковими плитами

Та­кі перекриття складаються з монолітно зв’язаних плит, другорядних та головних балок (рис. 10.2, а). Вони економічні щодо витрати бетону та сталі. Головні балки можуть розташовуватись упоперек (рис. 10.2, б)або уздовж (рис. 10.2, в)будівлі. Напрям головних балок приймають залежно від призначення будівлі, необхідної освіт­леності, просторової жорсткості, умов технології виробництва. В ра­зі розташування головних балок упоперек будівлі збільшується її жорсткість і поліпшується освітленість. Коли головні балки спрямо­вані уздовж будівлі, можна мати більше планувальних вирішень. Тому поздовжнє спрямування головних балок застосовують частіше в цивільних будівлях.

Прольоти приймають: для плит – 1,8...2,3 м; для другорядних та головних балок – 5...7 м. Крайні прольоти плити, другорядних та головних балок можуть бути на 10 %менші від середніх. Тоді згинальні моменти і перерізувальні сили в крайніх прольотах практично не відрізняються від розрахункових зусиль середніх прольотів.

Рис. 10.2. Монолітне ребристе перекриття з балковими плитами: а – загальний вигляд перекриття; б та в – плани перекриття, коли головні балки розташова­но впоперек (б) і вздовж (в)будівлі; 1 – головна балка; 2 – другорядні балки; 3 – колони; 4 – перерізи, в яких арматуру умовно не показано

 

Товщина плити і розміри перерізів балок залежать від прольоту і навантаження. Товщина плити становить 1/25...1/40 прольоту. При цьому її по можливості приймають якнайменшою, оскільки ви­трата бетону на плиту становить 40...50 % від загальної витрати бето­ну на перекриття. Мінімальна товщина плити у виробничих будів­лях – 6 см, у цивільних – 5 см, а в покриттях – 4 см. При корис­ному навантаженні до 10 кН/м² товщину плити приймають 7...8 см, а зі збільшенням навантаження і при прольотах 2,5 м і більше товщи­на плити збільшується до 10 см.

Висоту балок призначають: другорядних з прольотом і для головних прольотом – . Ширину ребра балок приймають .

Висоту балок при приймають кратною 5 см, апри кратною 10 см. Ширину ребра рідко приймають меншою за 15 см.

У кожному прольоті головної балки можуть розташовуватись одна, дві або три другорядні балки. Якщо головна балка має проліт 6м, то в її прольоті розміщають три другорядних балки(рис. 10.2).

Переваги монолітних ребристих перекриттів з балковими плитами: достатньо великий діапазон прольотів і чітка статична схема пере­давання навантажень від плит до другорядних балок, від другоряд­них балок до головних, а від головних балок на колони і з колон на фундаменти. Їхні недоліки: складність опалубки, підвищена трудо­місткість арматурних робіт, ребриста стеля приміщень.

Розрахунок і конструювання плит. Розраховуючи плиту, роз­глядають її смугу завширшки 1 м з опорами на другорядних балках. Плиту розраховують як нерозрізну багатопролітну балку, заванта­жену рівномірно розподіленим навантаженням (рис. 10.3). Коли число прольотів більше від п’яти, плити розраховують як п’ятипролітні.

Балкові плити та балки ребристих перекриттів розраховують із урахуванням перерозподілу згинальних моментів внаслідок пластичних деформацій. При певному значенні навантаження і текучості розтягнутої арматури в залізобетонних конструкціях утворюються зони надмірних деформацій бетону (тріщини), які у стані граничної рівно­ваги конструкцій називаються пластичними шарнірами, а в плитах – лініями зламу.

У статично визначній системі поява пластичного шарніра перетво­рює її у змінювану систему і призводить до руйнування внаслідок вза­ємного повороту частин системи і зростання її прогину (рис. 10.4, а).

Рис. 10.3. До розрахунку плити ребристого монолітного перекриття з балковими плитами: а – розрахункова схема; б – розрахункові прольоти; / – плита; 2 – другорядна балка

 

У статично невизначній системі поява пластичного шарніра не призводить до її руйнування, а рівнозначна виключенню з роботи однієї зайвої в’язі, тобто зниженню статичної невизначеності на один ступінь. Наприклад, однопролітна балка з затиснутими опорами, що має дві зайві в’язі, руйнується при утворенні пластичних шарнірів у прольоті і на обох опорах (рис. 10.4, б). Таким чином, гео­метрична змінюваність настає при утворенні п + 1 пластичних шар­нірів, де п – число зайвих в’язей.

У такій системі вже з появою першого пластичного шарніра відбувається перерозподіл згинальних моментів, тобто епюра моментів видозміноється (рис. 10.4, в), оскільки система працює вже з однією затиснутою і другою шарнірною опорами. Зі збільшенням наванта­ження на і появою другого опорного пластичного шарніра систе­ма перетворюється у статично визначну (рис. 10.4, г). Поява третього пластичного шарніра в прольоті зі збільшенням навантаження спри­чиняє руйнування системи. Прольотний момент визначають як суму моментів та М₃. Півсума опорних моментів та плюс момент у середині прольоту завжди дорівнюють прольотному моменту однопролітної балки. Це обчислюють статичним або кінематичним способом. Так, при статичному способі

; (10.1)

звідси умова рівноваги

. (10.2)

При кінематичному способі прирівнюють віртуальні роботи зовнішніх та внутрішніх зусиль і доходять тієї самої умови рівноваги. З цієї умови випливає, що несуча здатність статично невизначеної системи не залежить від співвідношення значень опорних та прольотних моментів, їхні співвідношення зумовлює тільки послідовність утво­рення пластичних шарнірів.

д

б

 

 

Рис. 10.4. Перерозподіл моментів унаслідок появи пластичних шарнірів: а – статично визначна балка; б – статично невизначна балка: в та е – перерозподіл момен­тів у статично невизначній балці в разі появи пластичних шарнірів; д – можливі схеми пере­розподілу моментів у опорних та прольотних перерізах

 

Це співвідношення може бути довільним, але зменшення опорних моментів завжди спричиняє відповідне збільшення прольотних момен­тів (рис. 2.21, д),що випливає з додержання наведеної вище умови рівноваги.

Робочу арматуру плити розраховують у характерних перерізах, тобто за максимальними прольотними моментами в першому та серед­ніх прольотах і за опорними моментами – на першій проміжній та середніх опорах, і укладають у розтягнутій зоні відповідно до епюри згинальних моментів. Необхідну площу перерізу робочої арматури плит обчислюють як для прямокутного профілю з одиночною арматурою.

Плити конструюють відповідно до загальних принципів армування елементів, що працюють на згинання, які наведено в частині 2 конспекту лекцій.

Плити найчастіше армують зварними сітками з поздовжньою або поперечною робочою арматурою. В’язані сітки застосовують, якщо плити мають складну форму, в них є невпорядковані отвори, а також під час реконструкції і в разі малих обсягів робіт. Діаметр робочих стержнів зварної арматури плит рекомендується приймати не менш як 3 мм, а в’язаної – не менш як 6 мм

Розрахунок і конструювання другорядних балок. Розрахункова схема аналогічна до розрахункової схеми плити (рис. 10.5, а). На­вантаження на другорядні балки збирають зі смуги, що дорівнює кроку балок (рис. 10.5, б), і складається з навантаження від плити та власної ваги другорядних балок.

Другорядні балки розраховують як рівнопролітні нерозрізні системи (якщо їхні прольоти відрізняються не більш як на 10%), завантажені рівномірно розподіленим навантаженням.

Якщо число прольотів перевищує п’ять, балки розраховують як п’ятипролітні.

Визначивши зусилля, розраховують міцності нормальних перерізів. Площу перерізу поздовжньої арматури визначають за максимальними значеннями згинальних прольотних моментів у першому та се­редніх прольотах і за опорними моментами на проміжній та середніх опорах. У разі наявності мінусових моментів у прольотах визначають площу верхньої поздовжньої арматури. При цьому перерізи балок у прольотах, де плита перебуває в стиснутій зоні, розраховують як тав­рові, а на опорах – як прямокутні, оскільки плита в цьому разі перебуває в розтягнутій зоні і в розрахунку її до уваги не беруть.

 

 

Рис. 10.5. До розрахунку другорядних балок: а – розрахункова схема; б – розрахункові прольоти і розрахункова смуга, з якої збира­ють навантаження на другорядну балку; 1 – головна балка; 2 – другорядні балки

 

Другорядні балки конструюють відповідно до загальних правил армування елементів, що працюють на згинання. Армують їх зварними або в’язаними каркасами відповідно до епюр згинальних моментів і поперечних сил (рис. 10.6).

Розрахунок і конструювання головних балок. Постійне і тимчасове навантаження на головні балки збирають зі смуги, що дорівнює кроку балок, і прикладають у вигляді зосереджених сил у місцях опи­рання другорядних балок.

Зосереджені сили G складаються із смуги постійних навантажень від перекриття, що передаються через другорядні балки, і від ділянки головної балки між осями сусідніх другорядних балок, вагу якої наближено приймають як зосереджене навантаження.

Рис. 10.6. Армування другорядних балок зварними каркасами в прольотах і на опорах: 1...4 – номери стержнів

 

Тимчасове навантаження подають у вигляді зосередженої сили і збирають також із ділянки між другорядними балками. Розрахун­кову схему наведено на рис. 10.7.

Розрахункові прольоти приймають .

Розрахункові зусилля в головних балках обчислюють як в пружній системі залежно від розрахункової схеми і різних комбінацій тимчасового навантаження. При зосереджених ( – постійному та – тимчасовому) навантаженнях

; (10.3)

, (10.4)

де коефіцієнти та приймають за таблицями залежно від схеми завантаження балки тимчасовим навантаженням.

Пластичні деформації враховують способом перерозподілу згинальних моментів між опорними та прольотними перерізами. Зміну значень згинальних моментів (перерозподіл зусиль) виконують виходячи з умови обмеження ширини розкриття тріщин. При різних схемах завантаження нерозрізних балок тимчасовим наванта­женням перерозподіл згинальних моментів дає можливість зменшити їхню величину в розрахункових перерізах і відповідно знизити витра­ту арматури, а також уніфікувати армування балок у прольотах і на опорах.

 

Рис. 10.7. До розрахунку голов­них балок: а – розрахункова схема; б – розрахункові прольоти; в –схе­ма можливого тріщиноутворення та армування в зоні прилягання другорядної балки до головної; 1 – головна балка; 2 – друго­рядні балки; 3 – колони; 4 – вісь опори балки; 5 – прив’язувальна вісь; 6 – додаткові кар­каси або хомути; 7 – тріщина; х – висота стиснутої зони на опорі другорядної балки (штриховою лінією показано зону відриву)

 

Після визначення зусиль розраховують міцність нормальних пере­різів.

Площу перерізу робочої поздовжньої арматури визначають за максимальними моментами в першому та середніх прольотах і за опорними моментами на першій проміжній та середніх опорах. Площу пере­різу поздовжньої робочої арматури обчислюють у прольотах як для таврових, а на опорах – як для прямокутних профілів.

Поперечну арматуру головних балок визначають відповідно до розрахунку на міцність нахилених перерізів елементів, що працюють на згинання.

Головні балки конструюють в основному так само, як і другорядні.

 

Рис. 10.8. Армування головних балок зварними каркасами: 1... 13 – номери стержнів

 

У разі армування головних балок зварними каркасами прольотну і опорну арматуру виконують у вигляді окремих плоских каркасів (рис. 10.8). Крок поперечних стержнів у межах відстані між другорядними балками приймають постійним.

У розтягнутій зоні перерізу другорядних балок у місцях прилягання їх до головних балок можлива поява тріщин. Тоді опорний тиск від другорядних балок на головні передаватиметься через бетон стис­нутої зони у межах висоти головної балки, що може спричинити від­ривання розтягнутої зони (рис. 10.7, в).

Розрахунок на відрив виконують з умови

, (10.5)

де – відривне зусилля; – відстань від центра ваги стиснутої зони другорядної балки до центра ваги робочої арматури головної балки; – площа додаткової поперечної арматури (сіток чи хому­тів та почіпок). Довжина зони відриву .

При армуванні головної балки зварними каркасами у цій зоні, як правило, встановлюють дві сітки (рис. 10.8).