Определение ширины раскрытия трещин изгибаемых железобетонных элементов

Нормы рекомендуют определять ширину раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента, на уровне оси растянутой арматуры по следующей эмпирической формуле

a _crc =δηφζ_s/E_s20(3.5-100µ)³√d (1)

Учитывает данная формула

1.напряженное состояние для изгибаемых элементов

δ=1 для изгибаемых элементов, 1,2 для растянутых

2. Коэфф-т зависящий от вида и профиля арматуры, чем хуже сцепление арм-ры с бетоном, тем меньше образуются трещины, но ширина их раскрытия будет больше.

η-1 для периодического профиля

η-1,3 для гладкой ар-ры

3. длительность действия нагрузки. При длительном действии нагрузки ширина раскрытия трещин значительно больше, чем кратковременный

φ=1-для кратковрем.

φ= 1,6-1,5µ для длительной

µ=A_s/bh₀ коэф-т армирования по растянутой арматуре не более 0,02

4. Чем больше насыщения элемента арматурой, тем меньше ширина раскрытия трещин.

A_s1 = A_s2 a _crc1 <a _crc2

6. Ширина раскрытия трещин зависит от d арм-ры

7. Ширина раскрытия трещин зависит от приращения напряжения в арм-ре, вызванного только внешней нагрузкой.

Для элементов без предварительного напряжения ζ _полн = ζ _s

Для предварительно напряженных ζ _полн = ζ _s +ζ _sp

Для элементов без предварительного напряжения полные напряжения будут численно= приращению напряж. внешней нагрузки. В предварительно напряженных элементов еще до приложения внешних нагрузок возникают напряжения начальные от силы Р.

Для элементов 3 категории трещиностойкости ширину непродолжительного раскрытия трещин a _crc определяют как сумма раскрытия от продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок a _crc3 и приращения ширины раскрытия от действия кратковременных нагрузок a _crc1 -a _crc2

a _crc= a _crc1 -a _crc2+ a _crc3

где a _crc2- начальная ширина раскрытия трещин от непродолжительного действия постоянных и длительных нагрузок, а значения a _crc1 a _crc2 a _crc3 определяют по формуле (1)при соответствующих воздействиях.

 

16. Особенности определения прогибов изгибаемых железобетонных элементов

Ж/б элемент может работать с трещинами и без них, с преднапряжением и без него.

Расчет производится из условия , ф-ла 23, стр. 30

М - изгибающий момент, возникающий в конструкции от единичной силы, приложенной по направлению искомого перемещения;

определяется п.4.24-4.30 СНиП «ЖБК»

Все прогибы определяются в зависимости от кривизны.

,

S – коэффициент, зависящий от вида нагрузки

L – пролет балки

(В-жесткость) - полная кривизна элемента, определяется:

,

- кривизна элемента от кратковременной и постоянной нагрузок;

- кривизна элемента от длительных временных нагрузок;

- кривизна, обусловленная выгибом элемента от кратковременного действия усилия преднапряжения;

- выгиб вследствие усадки и ползучести бетона от преднапряжения.

 

 

Виды стропильных ферм

• Железобетонные стропильные фермы применяют в качестве ригелей покрытий промышленных и общест­венных зданий при пролетах 18, 24, 30 м и шаге 6 и 12 м. При больших пролетах железобетонные фермы получа­ются тяжелыми, неудобными при транспортировании, трудоемкими в монтаже и могут применяться лишь при специальном обосновании. Фермы устанавливают на колонны или крепят к подстропильным фермам с помощью анкерных болтов или сварки закладных опорных элемен­тов По фермам укладывают плиты покрытий и кровлю. Очертание стропильных ферм зависит от профиля кровли и общей компоновки покрытия. Для зданий со скатной кровлей как типовые фермы применяют: сег­ментные раскосные с верхним поясом ломаного очерта-

Рис. 11.11. Конструкция железобетонных стропильных ферм: 1 - поперечная арматура опорного узла; 2 - контурные стержни; 3 - дополнительная сетка; 4 – напрягаемая арматура; 5 – сетки косвенного армирования; 6 – стойки для опирания плит покрытия в зданиях с плоской кровлей; 7 – бетонная центрирующая прокладка; 8 – металлическая накладка; 9 – стальная обойма; 10 - трещина

ния (рис. 11.11, а, ж) и безраскосные арочного очерта­ния (рис. 11.11,5, и), для зданий с плоской кровлей—-раскосные с параллельными поясами (рис. 11.11, г). Для нетиповых решений возможны и другие виды ферм: ароч­ные раскосные с разреженной решеткой (рис. 11.11,в), полигональные (рис. ll.ll.d), треугольные (рис. П.П.е), с нижним ломаным поясом (см. рис. 11.11,5). Наиболее рациональны с точки зрения статической работы сегментные и арочные раскосные фермы.

Рис. 11.11. Продолжение

• В сегментных раскосных фермах (см. рис. 11.11, а, ж) усилия в поясах по длине изменяются мало, а в эле­ментах решетки— невелики. Это объясняется тем, что очертание верхнего пояса близко к кривой давления. До­стоинством этого типа ферм также является то, что не­большая высота у опор приводит к уменьшению высоты стен здания и суммарной длины решетки. К числу недостатков следует отнести повышенную трудоемкость ра­бот, связанных с устройством скатной кровли.

• В последние годы широкое распространение полу­чили безраскосные арочные фермы (рис. 11.11,6, и), ко­торые отличаются простотой и удобством изготовления. Особенно целесообразно безраскосные фермы применять в зданиях, где межферменное пространство используется для коммуникаций, технических зтажей, а также в цехах с насыщенным подвесным транспортным оборудованием. Эти фермы часто используются для устройства плоской кровли путем установки дополнительных стоек. Недо­статком этого типа ферм является то, что в стойках и по­ясах фермы возникают значительные изгибающие мо­менты, для воспринятая которых требуется дополнитель­ный расход арматуры, что приводит к увеличению стоимости ферм.

• Железобетонные фермы с параллельными поясами обеспечивают более простое устройство плоской кровли. Однако они имеют большую высоту на опорах, что поми­мо увеличения высоты наружных стен приводит к необ­ходимости устройства вертикальных связей между фер­мами в плоскости опорных стоек. По расходу бетона такие фермы уступают сегментным и арочным. Предложен­ное в последние годы техническое решение, предусматри­вающее отведение части предварительно напряженной арматуры из нижнего пояса в растянутые раскосы (рис.11.11, к), позволяет улучшить их технико-экономические показатели.

Расстояние между узлами верхнего пояса рассмот­ренных типов ферм принимается равным ширине плиты покрытия (3 м) в целях обеспечения узловой передачи нагрузки.

• Арочные раскосные фермы (рис. 11.11,в) имеют мощный криволинейный пояс кругового очертания и лег­кую разреженную решетку. В таких фермах допускается неузловая передача нагрузки от плит покрытия. Возни­кающие при этом изгибающие моменты от вертикальной нагрузки уменьшаются за счет моментов обратного зна­ка, создаваемых эксцентрично приложенными продоль­ными сжимающими усилиями в верхнем поясе (рис. \\Л\,н). По экономическим показателям эти фермы при пролетах 18...24 м несколько дороже сегментных, а при пролетах 30 м и более — экономичнее.

• Треугольные фермы невыгодны ввиду большой вы­соты и значительного расхода материалов. Применение их оправдано только в случае использования кровли из асбестоцементных материалов или металлических волни­стых листов, для которых требуется значительный уклон.

• Фермы с ломаным нижним поясом (рис. 1\Л1,д)более устойчивы, не требуют установки дополнительных связей, но сложны в изготовлении.

• По способу изготовления различают фермы с за­кладной решеткой а фермы, бетонируемые целиком.

В фермах с закладной решеткой элементы решетки готовятся заранее в отдельных формах, а затем уклады­ваются в общую форму, после чего бетонируются пояса и узлы. Этот способ позволяет делать элементы решетки небольшого сечения и из бетона более низких классов, что приводит к экономии бетона и цемента. Фермы про­летом 30 м и более для обеспечения возможности транс­портирования обычно изготовляются из двух отправочных элементов и объединяются на строительной площадке стыком на сварке (рис. 11.11,л). Такие фермы дороже цельных на 10...15 % и менее надежны в работе при ди­намических нагрузках.

Высота ферм в середине пролета (1/6...1/10) I. Ши­рина сечения верхнего пояса назначается из условия ус­тойчивости его из плоскости фермы при монтаже и пере­возке (1/70...1/80) I, а также из условия опирания плит. Ширина сечения нижнего пояса принимается такой же, как и верхнего, а высота сечения назначается из условия размещения рабочей растянутой арматуры. Размеры се­чения сжатых элементов решетки и стоек определяются расчетом, при этом ширину их целесообразно назначать равной ширине поясов для удобства бетонирования в го­ризонтальном положении.

Фермы изготовляют из бетона классов В25...В50. Нижний пояс предварительно напряженный, армируется стержневой арматурой классов A-IV, A-V, A-VI, At-IV, At-V, канатами К-7, К-19. Натяжение арматуры обычно осуществляют на упоры. Чтобы предотвратить появление продольных трещин, нижний пояс армируют конструк­тивной поперечной арматурой из проволоки rf—5...6 мм, соединенной обычной арматурой в каркасы (рис. 11.11, ж, сечение 1 — 1), В верхних поясах, раскосах и стойках применяют сварные каркасы из горячекатаной стали пе­риодического профиля классов А-III, А-П.

Особое внимание при конструировании ферм следует обращать на армирование узлов. В опорном узле для восприятия больших перерезывающих сил и сил обжатия устанавливают поперечную арматуру / (рис. 11.11,ж), объединенную контурным стержнем 2 в плоский каркас. Два таких плоских каркаса образуют пространственный каркас узла. Для улучшения условий анкеровки напря­гаемой арматуры и предотвращения возникновения про­дольных трещин в бетоне устанавливают косвенную ар­матуру 3 в виде сеток. Для предотвращения раскрытия трещин в месте сопряжения нижнего пояса с узлом ста­вят дополнительную сетку 4. Арматуру элементов решет­ки заводят в узлы, которые имеют уширения, позволяю­щие лучше разместить ее и заанкеровать (рис. 11.11,д).

Фермы рассчитывают на эксплуатационные нагрузки от покрытия, фермы, снега, подвесного оборудования и т. п., а также нагрузки, возникающие при изготовлении, транспортировании и монтаже. Нагрузка от покрытия и от массы фермы считается приложенной к узлам верх­него пояса, а нагрузка от подвесного оборудования — к узлам нижнего.

Железобетонная ферма имеет жесткие узлы и пред­ставляет собой многократно статически неопределимую рамную систему. Однако в предельном состоянии по прочности в узлах раскрываются трещины, жесткость их падает, и влиянием возникающих изгибающих моментов можно пренебречь, рассматривая узлы как шарнирные. Это позволяет при расчете прочности рассматривать фер­му как статически определимую систему. Такой расчет в общем верно отражает характер работы' конструкции и обеспечивает достаточную точность. Если нагрузка приложена, в панелях верхнего пояса между узлами, то при расчете учитывают местный изгиб верхнего пояса. При определении изгибающих моментов от внеузловой нагрузки пояс фермы рассматривают как неразрезную балку, опорами которой являются узлы фермы. При на­личии выгибов или изломов верхнего пояса учитывают разгружающее действие момента от продольной силы N (рис. 11.П.7*).

При расчете безраскосной фермы принимают жест­кое соединение поясов и стоек в узле. Усилия определя­ют как для статически неопределимой системы.

Расчетные усилия в элементах ферм находят от всех возможных невыгодных сочетаний действующих нагрузок. По найденным усилиям производят расчет сечений эле­ментов. Верхний пояс рассчитывают на сжатие со слу­чайным или расчетным эксцентриситетом, нижний — на центральное растяжение, решетку — на сжатие или растяжение. Расчетные длины элементов в плоскости фермы и из ее плоскости принимают по [1].

При расчете трещиностойкости предварительно на­пряженного нижнего пояса необходимо учитывать влия­ние изгибающих моментов, возникающих вследствие жесткости узлов. Эти моменты в фермах со слабоработающей решеткой (например, в сегментных) можно опреде­лить, рассматривая нижний пояс как неразрезную бал­ку на упругооседающих опорах; осадку опор находят по диаграмме перемещений фермы [13].

Стропильные фермы различают по очертанию поясов и по виду решетки. По очертанию поясов фермы бывают с параллельными поя­сами, односкатные (трапецеидальные), полигональные и треуголь­ные (рис. 8.1, а— д). Выбор типафермы зависит от назначения зда­ния, профиля кровли в системы водоотвода, материала покрытия я экономических факторов. В промышленном строительстве наиболь­шее применение имеют унифицированные типовые фермы полиго­нальные, односкатные, двускатные и с параллельными поясами (рис. 8.1, е—м).

Решетка в фермах бывает либо раскосной, когда она образуется непрерывным чередованием раскоса и стоек (рис. 18,6), либо тре­угольной, в которой зигзаг решетки образуется из одних раскосов, а стойки являются дополнительными элементами {рис. 8.1, а). На практике чаще всего применяют треугольную решетку; общая дли­на ее элементов меньше, чем у раскосной.

При проектировании ферм пролет обычно указывают в техниче­ском задании. Предварительно назначают высоту ферм, размер и число панелей. Оптимальная высота h в середине пролета фермы, удовлетворяющая требованиям жесткости и наименьшей массе, со­ставляет в фермах с параллельными поясами, трапециевидных и по­лигональных— в среднем ^lf&t, уклон верхнего пояса '/₈—^J/ia, а в тре­угольных фермах V*— ^]!$1, где / — пролет фермы. На практике высо­ту фермы следует увязывать с габаритами транспортных средств.

Размер панели назначают в зависимости от ширины стандарт­ных железобетонных плит покрытия (1,5 или 3 м), т. е. с таким расчетом, чтобы усилия от несущих ребер плит покрытия переда­вались тз центр узла решетки фермы, В тех случаях, когда усилие

Рис. 8.1. Стропильные фермы

a—д — типы ферм по очертанию поясов; е—з — типовые полигональные; и — типовая односкатная; к, л — типовые с параллельными поясами для плоских покрытий; м — двухскатная для кровель из асбестоцементных листов (высота опорных стоек ферм указана по обушкам поясов из уголков)

от плит покрытия не совпадает с центром узла, верхний пояс испы­тывает не только сжатие, но и изгиб. В связи с этим пояса полу­чаются более тяжелыми и их рассчитывают как сжато-изогнутые элементы. Для ликвидации изгибающего момента целесообразно в решетку вводить дополнительные шпренгели, которые работают на местную нагрузку и устраняют таким образом изгиб пояса. Наклон раскосов решетки должен быть в пределах 35—50° (в среднем 45°).

Общий габарит фермы или ее отправочных частей зависит так­же от вида транспортных средств и должен быть с ними увязан. При перевозке по железной дороге наибольший размер конструк­ции по вертикали равен 3,8, по горизонтали — 3,2, а по длине — 13 м для одной четырехосной платформы, поэтому фермы больших пролетов расчленяют на несколько равных или неравных частей. При пролетах до 42 м типовые фермы обычно составляют из двух или трех отправочных марок (частей).

В настоящее время для повышения индустриального строительства схемы стропильных ферм, а также мостов, радиомачт и башен, опор линий электропередачи унифицированы. Для унифициро­ванных схем стропильных ферм производственных зданий с рулон­ной кровлей проектируют панели длиной 3 м, высоту опорной стойки 2200 мм (см. рис. 8.1, е—и). Решетка — треугольная, с добавлением шпренгеля при кровельных плитах шириной 1,5 м. Для плоских кровель предусмотрены фермы с параллельными поясами, уклон по верхнему поясу 1,5 %, высота опорной стойки 3160 мм (см. рис. 8.1, к, л), а для кровель из асбестоцементных листов усиленного профиля по прогонам — фермы с уклоном верхнего пояса Vs.e (0,286), высота опорной стойки 450 мм, длина панели 1,5 м (см. рис. 8.1, ж).

 

Типы стропильных балок

 

Стропильные конструкции могут быть изготовлены из металла, дерева, железобетона.

Основные виды:

- Обычные балки(6, 9, 12 метров)

Ме Ж/Б Ж/Б

 

- Спорушенные балки

 

 

- С уклоном верхнего пояса(деревянные)

 

 

 

- Решетчатые балки (12,18,24 метра)

(БДР-балки двухскатные решетчатые),

как правило с напряженной арматурой внизу, прямоугольного сечения,используются только для рулонных кровель.Уклон верхнего пояса 1:12.