Расчетные и нормативные сопротивления бетона и арматурных сталей

ПРЕДЕЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ

Конструкция может потерять необходимые эксплуа­тационные качества по одной из двух причин:

1) в результате исчерпания несущей способности (разрушения материала в наиболее нагруженных сече­ниях, потери устойчивости некоторых элементов или всей конструкции в целом);

2) вследствие чрезмерных деформаций (прогибов, колебаний, осадок), а также из-за образования трещин или чрезмерного их раскрытия.

1 В соответствии с указанными выше двумя причина­ми, которые могут вызвать потерю эксплуатационных качеств конструкций, установлены две группы их рас­четных предельных состояний: 1) по потере несущей способности; 2) по непригодности к нормальной эксплу­атации.

По первой группе предельных состояний рассчиты­вают конструкции всех видов, по второй группе — толь­ко те конструкции, чрезмерные деформации в которых могут привести к потере ими эксплуатационных качеств еще до того, как будет исчерпана их несущая способ­ность.

Пред.сост.-такое состояние в конс-ции когда кон-ция перестает удолетвор. Предьявл. Тр

3. Классификация нагрузок. Нормативные и расчетные нагрузки

нагрузки, которые могут действовать на конструкцию при ее нормальной эксплу­атации, называют нормативными нагрузками и обозна­чают q^Н.

Расчетные нагрузки q получают путем умножения нормативных нагрузок на соответствующие коэффици­енты перегрузки, п: Q= q^Н.*n

Нагрузки, которые действуют на конструкцию в те­чение всего периода ее эксплуатации, называют пос­тоянными. К ним относятся собственный вес конструк­ции, вес опирающихся на нее элементов, давление грунта(для заглубленных сооружений). Нагрузки, которые в процессе эксплуатации могут изменяться по значению и расположению, называют временными. К ним отно­сятся нагрузки от веса людей, мебели, оборудования (на перекрытиях), давление жидкости и сыпучих (в емкостных сооружениях), нагрузки от снега, ветра и др.

В отдельных случаях конструкции могут испытывать действие особых нагрузок: сейсмические воздействия, неравномерные осадки основания и т. п.

Временные нагрузки по степени возможной длитель­ности их воздействия разделяются на длительные и кратковременные

Расчетные и нормативные сопротивления бетона и арматурных сталей

В качестве основного параметра, который характе­ризует сопротивление материала силовым воздействиям, нормы проектирования устанавливают нормативное соп­ротивление этого материала R^н, МПа (кгс/см²).

Расчетное сопротивление R, кгс/см² (МПа), получа­ют делением нормативного сопротивления на соответ­ствующий коэффициент безопасности rб>1, а в необ­ходимых случаях умножают на коэффициент условий работы m<> 1, учитывающий степень использования прочности материала в данном виде расчета, некоторые особенности работы конструкции в целом, влияние ус­ловий эксплуатации и др.: Формула!!!!!!!

Коэф. условий работы.Степень ответственности зданий и сооружений

Для учета возможной изменчивости нагрузки и прочностных характеристик материалов установлены следующие расчетные коэффициенты:

1) коэффициенты перегрузки п, вводимые на дейст­вующие нагрузки;

2) коэффициенты безопасности по материалу kб, вво­димые на характеристики прочности материалов;

3) коэффициенты условий работы, т, дающие воз­ожность оценить некоторые особенности работы мате­риалов, а также конструкций в целом, которые не могут быть отражены в расчетах прямым путем.

Коэффициенты перегрузки п>1* установлены нор­мами для нагрузки каждого вида в зависимости от ее изменчивости, а коэффициенты безопасности kб>1— для каждого материала в зависимости от изменчивости его характеристик прочности. Чем больше изменчивость нагрузки, тем больше п; чем больше изменчивость проч­ности материала, тем больше rб, и наоборот.

Степень изменчивости нагрузок и прочностных харак­теристик материалов устанавливают по статистическим данным большого числа наблюдений за изменением на­грузки и результатов испытаний прочности образцов материала, на основании ко­торых строят «кривые распределения»

 

Структуры расчетных формул по 1-ой и 2-ой группам пред. сост.

Расчет по первой группе предельных состояний дол- ] жен гарантировать сохранение несущей способности / конструкции с учетом возможной изменчивости нагру­зок в большую сторону и прочностных характеристик материалов в меньшую сторону.

Расчет по второй группе предельных состояний дол­жен гарантировать сохранение эксплуатационных ка­честв конструкции с учетом изменчивости прочностных и деформативных свойств материалов.

Расчетное условие имеет вид f<=fn

При необходимости исключить образование трещин в железобетонной конструкции с учетом изменчивости прочностных характеристик материалов, а для некоторых видов конструкций также и возможной изменчивости нагрузки в левой части расчетных формул записывают усилие N^н, которое испытывает элемент от норматив­ных нагрузок (или N от расчетных нагрузок), а в пра­вой части усилиеNt, которое воспринимает элемент непосредственно перед образованием трещин в бетоне при соответствующих коэффициентах безопасности и условий работы.

Расчетное условие записывают в виде!!!!!!

Если образование трещин допустимо, то должна быть ограничена ширина их раскрытия.

Расчетное условие следующее:

Ат<=Атн

 

Виды бетона для строительных конструкций

Дня несущих железобетонных конструкций применяют следующие бетоны основных видов:

тяжелый бетон — бетон плотной структуры, на цементном вяжущем и на плотных заполнителях, крупнозернистый, тяжелый по плотности

бетон на пористых заполнителях — бетон плотной структуры, на цементном вяжущем, на пористых заполнителях, легкий или облегченный по плотности при любых условиях твердения.

Для сборных конструкций заводского изготовления рекомендован также силикатный бетон

Бетоны поризованные и ячеистые, а также на пористых заполнителях применяют преимущественно для ограждающих конструкций.. Бетоны легкие допустимо применять в несущих конструкциях при плотности более 1200 кг/м8. Особо легкие бетоны реко-. мендуются в качестве теплоизоляции, а особо тяжелые — в основном для биологической защиты от излучений. Бетоны мелкозернистые применяют в армоцементных конструкциях для заполнения швов в сборных конструкциях, а также для защиты от коррозии и обеспечения сцепления с бетоном напрягаемой арматуры, расположенной в каналах, пазах и на поверхности конструкций.

Для тяжелых бетонов в качестве плотных заполнителей применяют щебень из камней тяжелых пород — песчаника, гранита, диабаза и других и природный кварцевый песок. Пористыми заполнителями могут быть легкие естественные породы. и искусственные материалы.; соответственно названию заполнителя различают шлакобетон, перлитобетон, керамзито-бетон и др.

Основы прочности бетона

Так как бетон представляет собой неоднородный материал, внешняя нагрузка создает в нем сложное напряженное состояние. В бетонном образце, подвергнутом сжатию, напряжения концентрируются на более жестких частицах, обладающих большим модулем упругости, вследствие чего по плоскостям соединения этих частиц возникают усилия, стремящиеся нарушить их связь. В то же время происходит концентрация на­пряжений в местах, ослабленных порами и пустотами.

Разрушение сжимаемого образца, как показывают опыты, возникает вследствие разрыва бетона в попереч­ном направлении. Сначала по всему объему возникают микроскопические трещины отрыва, которые с ростом нагрузки соединяются, образуя видимые трещины. Затем трещины рас­крываются и наступает разрушение бетона.

Структура бетона, обусловленная неоднородностью состава и различием способов приготовления, приводит к тому, что при испытании образцов, изготовленных из одной и той же бетонной смеси, получают неодинаковые показатели прочности. Прочность бетона зависит от ряда факторов, основными из которых являются:

технологические факторы; возраст и условия тверде­ния; форма и размеры образца; вид напряженного со­стояния и длительность воздействия.

I-зона уплотнения;

II-зона микротрещинообразования; III-зона макротрещинообразования

 

Марки и классы бетона

Класс бетона — одно из нормируемых значений унифици­рованного ряда данного показателя качества бетона, принимаемое с гарантированной обеспеченностью 0,95.

Марка бетона — одно из нормируемых значений унифи­цированного ряда данного показателя качества бетона, принимае­мое по его среднему значению с доверительной вероятностью 0,5.

Для бетонных и железобетонных конструкций должны преду­сматриваться следующие проектные классы и марки бетонов:

а) классы бетонов по прочности на осевое сжатие тяжелых бето­нов на плотных заполнителях — В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; ВЗО; В35; В40; В45; В50; В55; В60; бетонов на пористых заполнителях — В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; ВЗО; В35; В40; бетонов ячеистых — В1,5; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10.

б) классы бетонов по прочности на осевое растяжение — Вt0,8; Вt1,2; Вt1,6; Вt2; Вt2,4; Вt2,8; Вt3,2.

в) марки бетона по морозостойкости — F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500;

г) марки бетона по водонепроницаемости — W2, W4, W6, W8, W10, W12;
д) марки бетона по плотности: тяжелые бетоны — D2200; D2300; D2500; легкие бетоны — D800; D900; D1000; D1200; D1300; D1400; D1500; D1600; D1700; D1800; D1900; D2000; D2100; D2200.

Для железобетонных конструкций следует применять тяжелый бетон класса не ниже В10 и бетон на пористых заполнителях не ниже В3,5.

Для предварительно напряженных конструкций необходим бо­лее прочный бетон. При арматуре из высокопрочной проволоки и стальных канатов применяется преимущественно бетон классов ВЗО, В40.

 

10. Прочностные свойства бетона. Прочность бетона при сжатии. Значения по результатам испытаний контрольных образцов вычисляют по следующим формулам.

Кубиковая прочность бетона при сжатии

_i=N/A=N/a²

где а=15 см — ребро стандартного куба.

Прочность бетона при сжатии можно определить также испытанием образцов-цилиндров диаметром 15см и высотой 30 см.

Призменная прочность R_bn, которая определяется по формуле и обычно составляет 0,75 кубиковой прочности:

R_bn=0,75R при h/a=4.

Прочность бетона при растяжении. Временное сопро­тивление бетона осевому растяжению R_btn можно вы­числить по эмпирической формуле в зависимости от ку­биковой прочности бетона при сжатии R:

R_btn=0,5

При осевом растяжении образцов в виде восьмерки R_btn=N/A. При испытании балок вре­менное сопротивление бетона осевому растяжению вы­числяют по разрушающему моменту М:

R_btn=М /W=3.5М/bh²,

где W==bh²/6 — момент сопротивления прямоугольного поперечного сечения балки шириной b и высотой h; у= 1,7 — множитель, учитывающий криволинейный характер эпюры напряжений в бетоне растянутой зоны.

Прочность бетона при срезе и скалывании. Временное сопротивление бетона при срезе R_sh в случаях, когда не проводят специальных испытаний, можно определять по эмпирической формуле

R_sh= 0,7 . или R_sh=2R_bt.

Согласно опытным данным, временное сопротивление скалыванию бетона при изгибе R_sh в 1,5—2 раза больше R_bt.

 

Объемные деформации бетона.

Усадка и набухание. Под усадкой в общем случае принято понимать объемное сокращение бетона в результате физико-химических процессов, происходящих при взаимодействии цемента с водой. Усадку бетона рассматривают как свойства микроструктуры твердеющего цементного камня. Величина деформации усадки во времени зависит от многих факторов. Усадку подразделяют: химическая усадка, связанная с потерей воды; физическая усадка, связанная с потерей свободной влаги бетона.

Назначение и виды арматуры.

Арматура в железобетонных конструкциях предна­значена преимущественно для восприятия растягиваю­щих усилий в изгибаемых и растянутых элементах и для усиления сечений сжатых элементов. Необходимое ее количество определяют расчетом на восприятие про­ектных нагрузок. Эта арматура называется рабочей.

Для восприятия усилий от усадочных и температур­ных деформаций бетона, монтажных нагрузок, для обеспечения проектного положения арматуры в элемен­тах конструкций и по некоторым другим соображениям ставят монтажную арматуру.

Рабочую и монтажную — объ­единяют в арматурные изделия — сварные и вязаные сетки и каркасы (плоские и пространственные).

Стальная арматура для железобетонных конструк­ций в зависимости от технологии изготовления подраз­деляется на горячекатаную стержневую и холоднотяну­тую проволочную.

Под стержнем подразумевается арматура любого диаметра независимо от того, поставляется она в прут­ках или мотках. Стержневая арматура, проходящая после прокатки (в целях упрочнения) термическую обработку, называется термически упрочненной, а подвер­гающаяся вытяжке в холодном состоянии — упрочнен­ной вытяжкой.

По условиям применения арматуру, подвергаемую предварительному натяжению- напрягаемая арматура.

В зависимости от характера поверхности арматуры различают арматуру гладкую и периодического про­филя.

—"'Стержневая арматурная сталь подразделяется на шесть классов: А-1, А-11, А-111 и т.д., в зависимости от основных ее механических характеристик.

 

АНКЕРОВКА ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННОЙ АРМАТУРЫ

Напрягаемая арматура (канаты, пучки проволок и | прядей, стержни) при натяжении на бетон всегда должна быть закреплена по концам анкерами. Арматура в напряженном состоянии после ее натяжения домкратами удерживается в гильзостержневом анкере с помощью гайки, затягиваемой до упора в торец элемен­та, а в анкере с колодкой — с помощью запрессовки ко­нической пробки в колодку. При электротермическом натяжении удобна анкеровка стержней периодического профиля с помощью высаженных головок на торцах и закладных прокладок с прорезями.

Для обеспечения сцепления арматуры с бетоном ка­налы после натяжения и анкеровки напрягаемой арма­туры заполняют цементным или цементно-песчаным рас­твором под давлением.

При натяжении на упоры устройство анкеров на кон­цах арматурных элементов не требуется для стержневой и проволочной арматуры периодического профиля, а так­же для арматурных канатов при которой обес­печивается необходимое сцепление его с арматурой.

В иных условиях самоанкеровка арматуры в бетоне не обеспечивается и концы арматурных элементов необ­ходимо снабжать анкерными устройствами. Гладкая предварительно напрягаемая арматура анкеруется на концах всегда

Анкеры оказывают на бетон сосредоточенное воздей­ствие, вызывая в нем местные перенапряжения Усилия с арматуры без анкеров передаются бетону на ее концевых участках в пределах зоны самоанкеровки.

 

ПОТЕРИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В АРМАТУРЕ

НАПРЯЖЕННЫЕ СОСТОЯНИЯ ИЗГИБАЕМЫХ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ,с натяжением на бетон.

В предварительно изготовленном бетонном (или сла­бо армированном железобетонном) элементе рабочая продольная напрягаемая арматура заводится в с.пеци-ально предусмотренные для нее каналы (или пазы на поверхности элемента) и натягивается с упором в торцы элемента. При этом происходят первые потери напряже­ния о_п (потери до обжатия); бетон же равномерно об­жимается до напряжения 06. Напряжение в арматуре определяют по формуле!!!!!!!!

Далее в арматуре происходят вторые потери б _П2- При этом напряжение в бетоне уменьшается до бб1 в армату­ре оно вычисляется по выражению!!!!!!!

Теперь в элементе наступает установившееся предва­рительное напряжение.

Затем в процессе постепенного увеличения внешней нагрузки сначала происходит погашение предваритель­ного обжатия бетона и последовательное чередование всех трех стадий напряженного состояния под воздей­ствием внешней нагрузки.

Части зданий и сооружений.

Многоэтажные производственные и общественные(жилые) здания. Многоэтажные производственные здания проектируют в соответствии с унифицированными габаритными схемами. Предусмотрены следующие сетки колонн 6х6 м, 9х6 м и 12х6 м, с количеством этаже – до 5, с высотой этажа 3,6; 4,8; 6,0; 7,2. При лёгком оборудовании количество этажей может доходить до 12…14.

Гражданские здания распространены этажностью 12…16 этажей, строятся также высотные здания 20 и более этажей. Высоты этажей жилых зданий, гостиниц – 2,8; 3,0м; для административных, учебных зданий – 3,3м; для конструкторских бюро, лабораторных корпусов – 3,6; 4,2; 6,0м. В зависимости от назначения здания. Района строительства приняты следующие конструктивные схемы: каркасные, бескаркасные и смешанные. К основным элементам конструкции относятся: колонны, заделанные в фундаментах, ригели покрытия, опирающиеся на колонны, уложенные по ригелям, подкрановые балки, световые или аэрационные фонари(промышленные здания).

Одноэтажные производственные здания. Конструктивные схемы одноэтажных также унифицируются, предусматривают пролёты от 6 до 36м, шаг колонн 6 и 12м, высоты этажей от 3 до 18м. Элементами конструкции являются колонны, стропильные конструкции в виде ферм, балок, арок, подстропильные конструкции, плиты покрытия, подкрановые балки, фонари, связи. Также используются пространственные покрытия в

виде оболочек, складок, многоволновых сводов. По количеству пролётов одноэтажные промышленные здания проектируются одно-, двух- или многопролётными; по способам освещения – с фонарями и бесфонарными; по высоте – с перепадами или без перепадов покрытий; по методу возведения – со сборными ил монолитными поперечными рамами.

Мостовые сооружения и подземные сооружения выполняются из сборных элементов с использованием монолитного железобетона. Основными элементами мостовых сооружений являются фундаменты, пролетные строения, балки, рамы, опоры и др. Подземные сооружения (пешеходный переход) состоят из плит перекрытия, стеновых блоков, лотковых плит и монолитных частей..

Многоэтажные здания

Многоэтажные производственные здания проектируют в соответствии с унифицированными габаритными схемами. Предусмотрены следующие сетки колонн 6х6 м, 9х6 м и 12х6 м, с количеством этаже – до 5, с высотой этажа 3,6; 4,8; 6,0; 7,2. При лёгком оборудовании количество этажей может доходить до 12…14.

Гражданские здания распространены этажностью 12…16 этажей, строятся также высотные здания 20 и более этажей. Высоты этажей жилых зданий, гостиниц – 2,8; 3,0м; для административных, учебных зданий – 3,3м; для конструкторских бюро, лабораторных корпусов – 3,6; 4,2; 6,0м. В зависимости от назначения здания. Района строительства приняты следующие конструктивные схемы: каркасные, бескаркасные и смешанные. К основным элементам конструкции относятся: колонны, заделанные в фундаментах, ригели покрытия, опирающиеся на колонны, уложенные по ригелям, подкрановые балки, световые или аэрационные фонари(промышленные здания). Конструктивные схемы бескаркасных зданий. В бескаркасных зданиях вертикальными несущими частями пространственной сис­темы являются крупные панели, устанавливаемые одна на другую, а также крупноблочные или кирпичные стены. Бескар­касные схемы применяют в жилых домах, поскольку их планировке присуще частое размещение стен. Применение сборных железобетонных панелей значительно снижает стоимость и сроки воз­ведения жилых зданий.

Конструктивные схемы зданий смешанного типа. Здания сме­шанного типа при малой этажности возводят с наружными несущими крупноблочными или кирпичными стенами и внутренними железобетонными или кирпичными колоннами для поддержания междуэтажных перекрытий. При большей этажности здания смешанного типа делают с несущими стенами и неполным каркасом.

Конструктивные схемы бескаркасных крупнопанельных зданий включают:

панель наружной стены; несущая стена, панель перекрытия; перегородка;

Конструктивные схемы зданий смешанного типа включают:

продольные несущие стены; колонны продольного каркаса; панели наружных стен, служащие ригелями продольного каркаса; панели перекрытий; диафрагмы жесткости; навесные панельные стены

 

ОДНОЭТАЖНЫЕ ЗДАНИЯ

Производственные зда­ния. Схе­мы предусматривают проле­ты от 6 до 36 м, шаг колонн 6 и 12 м, высоты этажей от 3 до 18 м. Допускается по тех­нологическим требованиям увеличение указанных разме­ров. Унификация зданий по­зволяет производить рекон­струкцию происходящих в них технологических процес­сов, т. е. обеспечивает «гиб­кость» зданий.

Одноэтажные здания обо­рудуют внутрицеховым
транспортом напольными механизмами, подвесными кранами, перемещающимися по подвешенным к покрытию путям, мостовыми кранами, которые передвигаются по рельсовым путям на подкра­новых балках, установлен­ных на консолях колонн.

Покрытия одноэтажных производственных зданий включают: колон­ны; подстропильная ферма; стропильная ферма;подкрановая балка;мостовой кран

Элементами конструкций одноэтажных зданий являются: колонны, стропильные конструкции в виде ферм, балок, арок, jподстропильные конструкции, плиты покрытия, подкрановые балки, фонари, связи.

По высоте такие колонны имеют два участка с разной жесткостью, что необходимо учитывать в расчетах. Высоту сечения нижнего участка прямоугольных колонн при­нимают h₁=(1/10...1/14)H, ширину b₁= (1/20...1/25)H, где H — длина нижней (подкрановой) части колонны.

Общественные здания. Многие здания общественного назначения строят одноэтажными, в частности выставочные павильоны спортивные и зрелищные помещения, крытые рынки, вокзалы. При малых размерах в плане таких зданий конструкции их несложны. При больших размерах в плане, когда нежелательно или недопустимо частое расположение промежуточных опор, для покрытий применяют сложные пространственные системы с разно образными тонкостенными выпуклыми оболочками, висячими мембранами и др.

Безбалочные перекрытия

· сборные;

· монолитные;

· сборно-монолитные.

Безбалочные сборные перекрытия

Безбалочное сборное перекрытие представляет собой систему сборных панелей, опертых непосредственно на капители колонн. Основное конструктивное назначение капителей в том, чтобы обеспечить жесткое сопряжение перекрытия с колоннами, уменьшить размер расчетных пролетов и создать опору для панелей.

. Безбалочные панельные перекрытия применяют преимущественно для многоэтажных складон, холодильников, мясокомбинатов, а также для других производственных зданий с больши­ми временными нагрузками. Конструкция сборного безбалочного перекрытия со­стоит из трех основных элементов: капители, надколонной панели и пролетной панели

Безбалочное сборное перекрытие работает подобно ребристому перекрытию с плитами, опертыми по конту­ру, в котором надколонные панели выполняют роль ши­роких балок. Панели перекрытий выполняют ребристыми или пустотными, а капите­ли — полными или сплошными. Колонны имеют поэтаж­ную разрезку.

Колонны каркаса рассчитывают на действие продоль­ной сжимающей силы N от нагрузки на вышележащих этажах и на действие изгибающего момента М от одно­сторонней временной нагрузки на перекрытии.

Безбалочные монолитные перекрытия

Безбалочное монолитное перекрытие представляет собой сплошную плиту, опертую непосредственно на ко­лонны с капителями. Устройство капите­лей вызывается конструктивными соображениями, с тем чтобы создать достаточную жесткость в месте сопряже­ния монолитной плиты с колонной, обеспечить прочность плиты на продавливание по периметру капители, умень­шить расчетный пролет безбалочной плиты и более рав­номерно распределить моменты по ее ширине..

Безбалочные сборно-монолитные перекрытия

В безбалочных сборно-монолитных перекрытиях осто­вом для монолитного бетона служат сборные элемен­ты — надколенные и пролетные панели.

Одно из возможных решений состоит в том, что капи­тели на монтаже временно крепят к колоннам съемными хомутами. Связь между колонной и капителью создается после замоноличивания перекрытия и образования бетон­ных шпонок на поверхности колонны.

 

Балки покрытий

Балки покрытий могут быть с параллельными поясами и скатные. Балки покрытий делают предварительно напряженными из тяже­лого бетона классов В25...В50; из бетона на пористых заполните­лях классов В25...В40, армируют их высокопрочными стержнями, канатами, пучками, проволокой (одиночной или сгруппированной по 2...3 проволоки, семипроволочные канаты.

Расчетные значения изгибающих моментов и поперечных сил определяют как для свободно лежащей однопролетной балки. В балках с параллельными полками целесообразно уменьшать (обрывать) сечения арматуры в соответствии с эпюрой изгибаю­щих моментов. В двускатных балках более опасным оказывается сечение не в середине пролета, а на расстоянии (0,35...0,40)l от опоры (при уклоне верхней грани 1/12). Поперечную арматуру определяют из расчета прочности балки по наклонным сечениям. Балки покрытий рассчитывают также по деформациям и образованию или раскрытию трещин. Прочность и трещиностойкость балки проверяют также в период ее предварительного обжатия, складирования, транспортирова­ния и монтажа.

Типы ферм и их конструкции

 

Рис. 5.3. Конструктивные схемы железобетонных ферм

а -- сегментные; б — арочная раскосная; в,г—полигональные; д,е—с параллельными поясами; ж — тре­угольная; з - арочная безраскосная.

 

Усилия в элементах ферм рассчитывают обычными спо­собами строительной механи­ки, чаще всего построением диаграммы Кремоны. Все усилия от покрытия прикла­дывают в узлы верхнего по­яса, а нагрузки от подвес­ного транспорта — в узлы нижнего пояса. Влияние жесткости узлов в расчете обычно не учитывают, кроме арочных безраскосных ферме редким расположением стоек. Расчет сечения элементов ве­дут по формулам внецентрен-ного сжатия или растяжения с учетом случайных эксцен­трицитетов.

Расчетную длину сжатых элементов фермы при учете продольного изгиба принима­ют 0,8—0,9 / в зависимости от. назначения элемента (пояс, решетка), эксцентрицитета е₀ и других параметров по табл. 33 СНиП [9], где I — расстояние между центрами смежных закрепленных уз­лов.

 

РАСЧЕТ ФЕРМ

При расчете выбирают то сочетание по­стоянной нагрузки и вре­менной, которые дают наибольшее значение осевого усилия в рассматри­ваемом элементе. Если на верхнем поясе имеется внеузловая нагрузка, то кроме нормальных сил в сечениях пояса должны быть учтены изгибаю­щие моменты, определяемые как в неразрезной балке с пролетами, равными расстоянию между узлами. В этом случае следует учитывать также предварительное напряжение конструк­ции. Деформации фермы при предва­рительном обжатии нижнего пояса и вызванные ими изгибающие моменты в элементах фермы могут быть определены лю­бым методом строительной механики.

Укорочение нижнего пояса от предварительного обжатия уси­лием Р

∆=Р*l/( A_red* Еь)

где L — длина нижнего пояса; A_red — площадь поперечного сече­ния; Еь — модуль упругости бетона.

Далее перемещение концов всех элементов фермы определяют с помощью диаграмм.

По этим перемещениям находят моменты защемления элементов ферм в основной системе метода перемещений М_0.

Затем производят распределение неуравновешенных моментов в узлах методом последовательного приближения. В предвари­тельных расчетах приближенно можно принимать

M_i = 0,7M_a.

По осевым усилиям и изгибающим моментам подбирают сечения арматуры и бетон в элементах фермы. При этом панели верхнего пояса и сжатые стержни решетки рассчитывают как сжатые эле­менты с расчетной длиной lо; растяну­тые стержни решетки — как внецентренно растянутые элементы, нижний растянутый пояс фермы при отсутствии внеузловой на­грузки — как центрально-растянутый, поскольку в нем моменты вследствие предварительного напряжения не оказывают существен­ного влияния. При внеузловой нагрузке нижний пояс рассчитывают как внецентренно растянутый элемент.

 

ТИПЫ АРОК И ИХ КОНСТРУКЦИИ

Арочные железобетонные конструкции применяют для перекрытий пролетов более 36 м. Арки могут быть бесшарнирные, двух- и трехшарнирные с затяжками или на устоях. Бесшарнирные арки более просты по конструкции однако они чувствительны к неравномерным осадкам опор, влиянию ползучести, усадке бетона и темпе­ратурным деформациям. Чаще дру­гих применяют арки двухшарнирные с затяжками. Трехшарнирные арки используют в том случае, если существует опасность перемещения опор, а также для уменьшения веса монтажных элементов в сборных конструкциях.

Сечения арок принимают прямо­угольными при сравнительно не­больших пролетах; двутавровые, коробчатые — при больших проле­тах; составные из двух поясов, соеди­ненных решеткой, — при очень боль­ших пролетах; складчатые сечения выбирают когда в покрытии отсутствуют вспомогательные кон­струкции кровельного ограждения.

Очертание оси арки устанавливают так, чтобы она макси­мально приближалась к кривой давления от преобладающей на­грузки. Очертание кривой давления находят, полагая арочный момент равным нулю (М, = 0). Тогда из выражения М_Х = М₀ —Ну; у = Мо /Н, где М₀ — балочный момент, Н — распор арки. Оси пологих арок выбирают по очертанию квадратной параболы, дуги круга.

Конструктивные решения арок разработаны для монолитного и сборного изготовления; в последнем случае арку монтируют из сборных блоков. Конструирование арок производят, как для сжатых элементов. Продольную арматуру в сечении размещают симметрично: при удачно принятом очертании оси арки изгибающие моменты получаются небольшими. Железобетонные затяжки сле­дует делать предварительно напряженными.

В местах анкеровки напрягаемой арматуры предусматривают усиление косвенным арми­рованием сварными сетками. Против провисания затяжек устраивают железобетонные подвески.

 

РАСЧЕТ АРОК

Арки рассчитывают на нагрузки от покрытия и арки, снега, расположенного по всему пролету или на половине пролета, и сосредоточенную нагрузку от подвесного транспорта. Двухшарнирная арка с затяжкой является статически неопределимой системой с одним неизвестным. В расчетной схеме очертание пологой двухшарнирной арки принимают по квадратной параболе (f<1/4L)

y=4f*x*(L-x)/(L*L)

Расчет ведется с учетом влияния перемещений от изгибающих моментов и нормальных сил.

Площадь сечения арматуры затяжки предварительно подбирают по распору (без учета продольных сил в арке)

H=0,9*q*L²/(8*f)

Далее определяют распор параболических арок для различных частных случаев загружения.

Значения изгибающих моментов, продольной и поперечной сил в произвольном сечении арки:

М_х = М₀ - Ну;

N_x=Q₀sinφ + Hcosφ;

Q = Q₀cos φ - Hsinφ,

где М₀ и Q₀ — изгибающий момент и поперечная сила в основной системе (балочные момент и поперечная сила).

Предварительное напряжение затяжки уменьшает подвижность опор арки и приближает ее работу под нагрузкой к работе арки c неподвижными пятами. При этом распор Н увеличивается, а изгибающий момент арки уменьшается.

В процессе предварительного напряжения затяжки сила обжатия Р, действующая на всю конструкцию, распределяется между затяжкой и аркой, вызывая сжатие в затяжке и изгиб со сжатием в арке. Перемещение X системы от усилия Р можно определить из условия равенства суммы реактивных сил затяжки и арки силе предварительного обжатия бетона:

(r_а+r,)Х = Р.

Усилия в затяжке и арке, вызванные единичными перемеще­ниями,

r1 = 1/δ³ г_а = 1/б^а

Усилия обжатия затяжки N₁ и арки N_a и изгибающий мо­мент М_а в ключе арки

N₁₌ r1*X; N_a= r1*X; М_а= N_a* f.

По вычисленным от различных воздействий усилиям и моментам в арке и усилиям в затяжке определяют максимальные и минимальные их значения и по ним производят подбор поперечных

сечений арки и затяжки, а затем арматуры. Затяжки рассчитывают на прочность и трещиностойкость. При расчете арок учитывают их продольный изгиб.

 

ТИПЫ РАМ И ИХ КОНСТРУКЦИИ

Рамы — плоские стержневые системы, геометрическая неизменяемость которых обеспечивается жесткими соединениями в узлах.

В зависимости от числа пролетов и этажей рамы подразделяют на однопролетные и многопролетные, одноэтажные и многоэтажные. Часть соединений стоек с ригелями и фундаментами в раме могут быть не жесткими, а шар­нирными.

В каркасах одноэтажных зданий в рамах из сборных элемен­тов ригели обычно соединяют с колоннами шарнирно и с фунда­ментами — жестко. В многоэтажных рамах карка­сов многоэтажных зданий соединение ригелей с колоннами осуществляют преимущественно жестким.

Стойки рам могут соединяться с фундаментами жестко и шар­нирно.

Применение предварительно напряженных ригелей позволяет существенно увеличить пролеты рамных конструкций.

Рамы конструируют в соответствии с характером и значе­ниями ординат огибающих эпюр осевых сил и моментов, получен­ных в результате расчета при различных расположениях вре­менных нагрузок. Стойки рам армируют как внецетренно сжатые элементы, ригели — как изгибаемые (осевые усилия в них невелики и могут в расчете не учитываться).

В угловых узлах монолитных рам напряжения сжатия концентрируются вблизи внутренней грани угла.

Наибольшие растягивающие напряжения образуются не у внешней грани, а в пределах средней части диагонального сечения, поэтому при конструировании растянутую арматуру у внешней грани угла обычно плавно закруг­ляют. Криволинейная арматура, стремясь выпрямиться под действием усилия F, вызывает откол бетона по внутренней грани узла, поэто­му во входящих углах устанавливают дополнительную поперечную арматуру

В последние годы значительное распространение нашли рамные конструкции с использованием предварительного напряжения.

 

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ФУНДАМЕНТЫОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Наибольшее распространение пристроительстве капитальных объектов имеют железобетонные фунда­менты, которые в отличие от бутовых и бетонных хорошо работают не только на сжатие, но и на изгиб. По способу изготовления железобетонные фундаменты делят на: монолитные, возводимые на месте строительства, и сборные, мон­тируемые из заранее изготовленных элементов — блоков.

По конструктивным признакам различают железобетонные фундаменты отдельные, ленточные и сплошные. Отдельные фундаменты наиболее просты по устройству; их делают под колонны каркасов зданий и опоры инженерных сооружений. Для опирания стен по отдельным фундаментам укладывают фундамент­ные балки.