8. Классификация ж/б тонкостенных пространственных покрытий. Особенности расчета и конструирования. Армирование. Пространственные покрытия представляют системы, образуемые из тонкостенных оболочек (тонких плит) и контурных конструкций (бортовых элементов, опорных колец, диафрагм в виде балок, ферм, арок, брусьев и т. п.). Оболочкам придают очертания криволинейных поверхностей или многогранников. Тонкостенные пространственные покрытия применяют с использованием в них (рис.ХIV.1, а—ж):цилиндрических оболочек и призматических складок; оболочек вращения с вертикальной осью (купола); оболочек двоякой положительной и отрицательной гауссовой кривизны, преимущественно прямоугольных в плане; составных оболочек, образованных из нескольких элементов, по форме пересекающихся криволинейных поверхностей. Особое место занимают волнистые своды, т.е. многоволновые или многоскладчатые покрытия в виде сводов (складок) с малыми размерами волны по сравнению с длиной пролета (рис. ХIV.1,з),а также висячие покрытия (на вантах), весьма разнообразные по форме в пространстве и в плане (две схемы представлены на рис. ХIV.1,и,к). Тонкостенные пространственные покрытия особенно целесообразны при строительстве производственных и гражданских зданий в условиях, когда требуется перекрывать помещения больших размеров (порядка 30Х30 м и более) без промежуточных опор. Впрочем, их успешно применяют и при меньших пролетах. В пространственных покрытиях благодаря работе конструкции в обоих направлениях в плане достигаются лучшее использование материалов, его существенная экономия, значительное уменьшение собственного веса в сравнении с покрытиями из плоских элементов (кровельных панелей, ферм, балок, арок, подстропильных конструкций). Пространственные покрытия обладают особой архитектурной выразительностью. Конструктивные особенности тонкостенных пространственных покрытий. Схему тонкостенного пространственного покрытия выбирают в зависимости от назначения сооружения, его архитектурной компоновки, размеров, а также от способа возведения. При сборных покрытиях конструкция их должна быть такой, чтобы обеспечивались наименьшая трудоемкость при изготовлении сборных элементов, их многократная повторяемость, простота монтажных стыков, доступность средств монтажа, использование в процессе сборки минимального числа инвентарных поддерживающих приспособлений. В монолитных покрытиях должна предусматриваться возможность применения передвижной или переставной многократно используемой опалубки. Чтобы придать сборным элементам необходимую прочность и жесткость на период изготовления, перевозки и монтажа, их обычно снабжают бортовым окаймлением по контуру. В этом случае оболочка получается ребристой. Стыки во всех случаях необходимо заполнять бетоном. Растягивающие и сдвигающие усилия, передаваемые через стык, могут быть восприняты арматурой, предусматриваемой в швах; выпуски арматуры сборных элементов оболочки в монтажных стыках соединяют сваркой. Арматура сборных элементов оболочки может также соединяться с помощью привариваемых к ней закладных деталей которые на монтаже соединяются между собой накладками на сварке. Сечение накладок и длину сварных швов определяют расчетом. Подбор арматуры и конструирование тонкостенных пространственных конструкций производятся в соответствии с нормальными и касательными усилиями, а так же изгибающими моментами, которые в них действуют. Максимальное значение главных сжимающих напряжений не должно превышать Rb. В зонах, где арматура по расчету не требуется, ее ставят конструктивно площадью не менее 0,2 % сечения бетона с шагом стержней 20—25 см. При толщине плиты более 8 см рекомендуется ставить двойные сетки. Сечение арматуры для восприятия изгибающих моментов в гладких оболочках определяют как в плитах. При этом арматуру устанавливают соответственно эпюре моментов в растянутой зоне с минимальным защитным слоем бетона. Примыкания плиты к бортовым элементам и диафрагмам следует делать плавными и армировать двойными сетками из стержней диаметром 6—10 мм с шагом не более 20 см. В ребристых конструкциях сечение основной арматуры ребер определяют расчетом на восприятие моментов, возникающих при изготовлении сборных элементов, а также в период эксплуатации покрытия. Ребра армируют сварными каркасами, в которых поперечные стержни ставят диаметром 5—6 мм с шагом 20—25 см. Покрытия с применением цилиндрических оболочек и призматических складок. Покрытия с применением цилиндрических оболочек (см. рис. ХIV.1, а) образуются из тонких плит, изогнутых по цилиндрической поверхности, бортовых элементов и торцовых диафрагм. Покрытие в целом поддерживается по углам колоннами. Основные параметры оболочки (рис. ХIV.3, а): l1 — пролет (расстояние между осями диафрагм); l2—длина волны (расстояние между бортовыми элементами); f— стрела подъема. Очертание плиты оболочки в поперечном сечении может быть круговым, эллиптическим, параболическим и т. п. Оболочки бывают (рис. ХIV.з) однопролетными, если вдоль прямолинейной образующей оболочка опирается на две диафрагмы, и многопролетными, если оболочка поддерживается более чем двумя диафрагмами; одноволновыми и многоволновыми, состоящими из нескольких одноволновых оболочек; гладкими и усиленными ребрами. Напряженно-деформированное состояние оболочки зависит от соотношения размеров l1 и l2. При l1/ l2 >1 оболочки условно называют длинными; при l1/ l2 <1- короткими. Полная высота покрытия без предварительного напряжения h1 включая высоту бортового элемента h2 составляет обычно не менее (1/15-1/10) l1; в предварительно-напряженных она может быть меньше. Длинные оболочки Длинная цилиндрическая оболочка под действием нагрузки от собственного веса и снега деформируется при определенных условиях подобно балке пролетом l1 с фигурным поперечным сечением высотой h1 включая бортовые элементы (см. рис. ХIV.3), шириной, равной длине волны l2; в нижних частях поперечного сечения оболочки возникает растяжение, в верхней — сжатие. Бортовые элементы предназначены для повышения прочностных и жесткостных характеристик поперечного сечения покрытия, размещения основной рабочей растянутой арматуры конструкции, а также для укрепления прямолинейных краев цилиндрических оболочек при действии местных нагрузок. Форма и размеры бортовых элементов определяются конструктивным решением покрытия и его расчетом. Монолитные оболочки обычно делают гладкими. При наличии подвесных сосредоточенных грузов оболочку снабжают промежуточными поперечными ребрам. В качестве диафрагм применяют сплошные балки, фермы, арки с затяжками (рис.ХIV.5). для обеспечения естественного освещения и аэрации помещений цилийдрические оболочки могут быть шедового типа (рис. ХIV.б,а) или с проемами в вершине (рис.Х1V.6,б). Проемы окаймляют продольными ребрами при большой длине раскрепляют распорками. На стадии определения конструктивного решения применяют упрощенные способы расчета. При определенных условиях: покрытие в целом оперто по углам, нагрузка равномерно распределенная, отношение размеров в плане l1/ l2 >3 (для промежуточных волн l1/ l2 ≥2), покрытия можно приближенно рассчитывать на прочность, жесткость и трещиностойкость как балки корытообразного профиля (см. рис. ХIV.3). Прочность рассчитывают по стадии предельного равновесия при расчетных нагрузках, жесткость и трещиностойкость — при нормативных нагрузках. Рассмотрим приближенный расчет прочности длинной цилиндрической оболочки кругового симметричного профиля на действие вертикальной симметричной нагрузки по стадии предельного равновесия как железобетонной балки. На рис. ХIV.9 показана схема расчетного напряженного состояния в поперечном сечении оболочки (Аs— полная площадь сечения растянутой арматуры; θ1— половина центрального угла дуги оболочки; θс — половина центрального угла дуги сжатой зоны; а0— расстояние от равнодействующей усилий в растянутой арматуре до центра кривизны круговой части сечения оболочки; h — толщина и радиус цилиндрической части оболочки; 1 расстояние от равнодействующей усилий в растянутой арматуре до верха бортового элемента. Условие прочности при моментах внутренних сил, действующих в сечении оболочки, относительно центра круговой части сечения М ≤0,8(2 RbhRy2Sin θс- а0RsAs) (XIV.6) где М — момент внешних сил, вычисленный как в балке относительно той же точки; 0,8-опытный коэффициент условия работы. Положение границы сжатой зоны можно определить из уравнения 2Rb θсRyh = RsAs (XIV.7) При проверке прочности из уравнения (XIV.7) определяют θс и подставляют в уравнение (XIV.6) . При подборе арматуры оба выражения объединяются в одно: Sinθс- а0 θс/Ry-M/1,6Rb hRy2 = 0. Его можно решить методом последовательного приближения, первоначально приняв Sinθс = θс после чего из равенства (ХIV.7) вычислить сечение арматуры As Касательные усилия в оболочке достигают наибольшего значения на опоре; их находят по формуле сопротивления материалов τh = QS/I (Х1V. 9) где Q — поперечная сила в опорном сечении оболочки, вычисленная как для балки; τ — касательные напряжения в оболочке. Для определения изгибающих моментов Мy действующих вдоль волны, из оболочки нужно выделить поперечную полосу единичной длины (рис. ХIV.10,а). Она находится под действием внешней вертикальной нагрузки q, приложенной по поверхности, и касательных сил τh и τh+∆τh, действующих по плоскостям сечений, ограничивающих полосу. Нагрузка q, разность касательных сил ∆τh и величины Мy, Qy, Ny (рис. XIV.10,б) на выделенной полосе находятся в равновесии. Следовательно, изгибающий момент Мy в любом сечении выделенной полосы определяется как сумма моментов от нагрузки и усилий ∆τh относительно переменной оси а—а рассматриваемого сечения (см. рис. ХIV.I0,б). Элюра моментов Мy показана на рис. ХIV.10, в. Внутренние усилия в длинной цилиндрической оболочке (рис. ХIV. 11) как в упругой пространственной системе можно с небольшим приближением определить по безмоментному напряженному состоянию. Устойчивость длинных цилиндрических оболочек в деформированном под нагрузкой состоянии считается обеспеченной, если нормальные напряжения σх = Nx/h. Значение модуля деформаций бетона Еb,def устанавливается для разных видов бетона с учетом его ползучести, относительной влажности окружающего воздуха, не совершенств изготовления конструкции. По результатам статического расчета подбирают сечение арматуры оболочки (рис. ХIV.13). Площадь сечения продольной растянутой арматуры типа I определяют (при расчете как пространственной системы) по формуле Аs = Zmax/Rs (ХIV.32) Здесь Zmax — объем растягивающих усилий из эпюры Nx, Из полученного количества Аs в покрытиях с вертикальными бортовыми элементами, расположенными ниже оболочки, примерно 80 % арматуры размещают в пределах бортового элемента, из них 60% концентрируют внизу. В растянутой зоне оболочки, там, где растягивающие напряжения меньше Rbt, содержание продольной арматуры должно быть не менее 0,2 % площади сечения бетона. Сжатую зону оболочки в продольном направлении армируют конструктивно стержнями d=5...6 мм с шагом 20—25 см, общим сечением не менее 0,2 % площади сечения бетона. По наибольшим значениям ординат эпюры Мy (см. рис. ХIV.I0,в) определяют сечения арматуры как для плиты и укладывают стержни ее в направлении волны в соответствии со знаком эпюры. В монолитных оболочках оба вида стержней объединяют в сетку типа II, которую размещают по всей оболочке (рис. ХIV. 13, а). Вблизи диафрагм касательные усилия Nxy принимают максимальное значение. Они вызывают главные растягивающие усилия, направленные под углом 45° к прямолинейной образующей. Там, где главные растягивающие напряжения больше Rbt, они передаются на одну арматуру, причем, если недостаточно сетки типа II, ставят дополнительную арматуру типа III (наклонные стержни или ортогональные сетки), анкеруемую в бортовых элементах и диафрагмах. В местах примыкания оболочки к диафрагмам предусматривают арматуру типа IV, рассчитываемую согласно эпюре Мx (см. рис. ХIV.12). Короткие оболочки. Цилиндрические оболочки называют короткими, если отношение их размеров в плане l1/ l2 <1 (рис. ХIV.16). Опытом установлены практические рекомендации по конструированию монолитных коротких оболочек при l2 =12…30м, l1 = 6…12м и f ≥ (1/7) l2. Толщину плиты принимают по производственным условиям, без расчета, равной 5—б см при l1=6 м и 7—8 см при l1 = 9…12 м, при классах бетона В20—В30. Бортовой элемент назначают высотой h2 = (1/10…1/15) l1 и шириной d=(0,2...0,4 )h2. Плиту армируют конструктивно сеткой из стержней d ==5...6 мм с шагом 10—20 см. Плиты КЖС представляют собой пологую тонкостенную цилиндрическую оболочку с кривизной в продольном направлении, подкрепленную двумя продольными ребрами — диафрагмами переменного сечения — и усиленную на поперечных сторонах контура. Основную предварительно напрягаемую рабочую арматуру размещают в ребрах. Призматические складки. Покрытия с применением призматических складок образуются из плоских плит-граней (монолитно связанных по ребрам), бортовых элементов и диафрагм (рис.ХIV.2О,а). Складки различают одно- и многопролетные, одно- и многоволновые. При расчете их в направлении l1 используют те же упрощения, что и при расчете длинных цилиндрических оболочек. Складчатые покрытия в направлении волны l2 работают на изгиб подобно многопролетным балочным плитам с ломаной осью (ребра считаются опорами) (рис. ХIV.20, б). Ширину граней делают до 3—3,5 м. В трехгранных складках длина волны l2=9...12 м. Пролет складки l1 обычно берут больше l2, высоту складки принимают (1/7…1/10) l1. Грани складки армируют вдоль волны в соответствии с эпюрами изгибающих моментов подобно многопролетным плитам. Продольную сжатую арматуру граней (вдоль l1) ставят конструктивно из стержней d=5...8 мм с шагом 20—25 см. Количество растянутой продольной арматуры складки определяют расчетом в направлении пролета l1; ее располагают в бортовых элементах. В остальном покрытия с призматическими складками конструируют по указаниям для покрытий с длинными цилиндрическими оболочками. Покрытия с оболочками положительной Гауссовой кривизны, прямоугольные в плане. Железобетонные прямоугольные в плане покрытия с оболочками положительной гауссовой кривизны по расходу материалов экономичнее цилиндрических оболочек на 25—30%. Для них допускается еще более редкое размещение опор, благодаря чему создаются исключительно благоприятные условия для эксплуатации многих помещений производственного и общественного назначения. Конструкция покрытия состоит из тонкостенной плиты, изогнутой в двух направлениях, и диафрагм, располагаемых по контуру, связанных с ней монолитно (см. рис. ХIV.1,д, ХIV.21,а). В целом покрытие опирается по углам на колонны; возможно опирание оболочки и по всему контура. Оболочки двоякой кривизны выполняют преимущественно пологими, т. е. с отношением высоты подъема к любому размеру плана не более чем 1 : 5. Тонкостенные оболочки покрытий, вследствие малой жесткости на изгиб при определении усилий, по крайней мере в процессе поиска конструктивного решения, можно рассчитывать как безмоментные, т. е. с учетом лишь усилий Мx,Ny,Nxy (рис.ХIV.21,б). Армируют оболочки в соответствии с усилиями, возникающими в них под воздействиями внешней нагрузки. Покрытия с оболочками отрицательной Гауссовой кривизны, прямоугольные в плане. Прямоугольные в плане с оболочками отрицательной Гауссовой кривизны, с криволинейными поверхностями второго порядка (гиперболический параболоид) применяются двух разновидностей: в одном случае - сторонам контура основания параллельны линии главных кривизн поверхности (рис. ХIV.25, а); в другом - линии главных кривнзн поверхности направлены вдоль диагоналей основания (рис.ХIV.25, б.). Купола. Купола отличаются особенно благоприятными условиями пространственной работы. По расходу материалов они экономичнее других пространственных покрытий. Купольное покрытие состоит из двух основных конструктивных элементов: оболочки и опорного кольца (см. рис. ХIV.1, в; ХIV.27, а). Если в куполе предусматривается центральный проем, то устраивают также верхнее кольцо, окаймляющее проем. Купол с непрерывным по контуру шарнирно-подвижным опиранием, совпадающим по направлению с касательной к оболочке, является статически определимой конструкцией (рис. ХIV.27, а). Тонкостенные купола подобно другим пространственным покрытиям можно рассчитывать по безмоментной теории. Элемент купола, ограниченный двумя меридиональными и двумя кольцевыми сечениями, находится под воздействием усилий: меридионального, кольцевого и касательного N1, N2, S (рис. ХIV.27, в), отнесенных к единице длины сечения. Волнистые своды. К волнистым сводам относят многоволновые и многоскладчатые покрытия в виде сводов с малыми размерами волн по сравнению с длиной пролета; опираются своды на стены или на колонны (рис. ХIV.34), или же непосредственно на фундаменты. Отдельная волна в поперечном сечении может иметь очертание синусоиды, криволинейного лотка, треугольной или У-образной складки. Сборные ее элементы могут быть с прямолинейной или криволинейной осью. Волнистые своды применяют для покрытий производственных и общественных зданий при пролетах от 12 до 100 м и даже более. Стрела подъема f может составлять 1/2-1/10 долю пролета. В тонкостенных сводах с пролетами и волнами больших размеров для стабильности поперечного сечения предусматривают (в направлении волн) поперечные диафрагмы, затяжки или распорки. При расчете каждая волна сводчатого покрытия рассматривается как самостоятельная арочная система с тонкостенным поперечным сечением шириной, равной длине волны. При этом следует руководствоваться всеми рекомендациями, относящимися к расчету арок. Висячие покрытия. Висячими покрытиями можно перекрывать помещения особенно больших размеров (стадионы, спортзалы, выставочные павильоны, рынки, кинотеатры, крупные производственные здания). Образуются они из системы вант (гибких тросов), удерживаемых на жесткой опор ной конструкции (кольцах, рамах, арках), и кровельного ограждения из сборных плит (железобетонных с применением легкого бетона, армоцементных многослойных или иных плит). Различают висячие покрытия с одиночной системой вант, имеющие поверхности однозначной или разнозначной кривизны (рис. ХIV.35—ХIV.37), и с двойной системой вант (рис. ХIV.38). Висячими покрытиями можно перекрывать помещение любого очертания в плане (прямоугольные, круглые, овальные, многоугольные и иные). Висячие покрытия устраивают достаточно пологими, их стрела провисания f в центре покрытия составляет обычно 1/10-1/25 долю основного размера плана. Монтируют висячие покрытия без лесов и подмостей. В этом их существенное преимущество перед другими пространственными покрытиям. При расчете висячих покрытий полагают, что вся нагрузка покрытия воспринимается одними вантами; кровельное ограждение может работать только на сжатие; ванты могут работать только на растяжение, они совершенно гибки (без поперечной жесткости на изгиб) и не растяжимы. 9. Ж/б конструкции покрытий производственных зданий. Плиты покрытий, их виды, расчет и конструирование. Пространственные покрытия представляют системы, образуемые из тонкостенных оболочек (тонких плит) и контурных конструкций (бортовых элементов, опорных колец, диафрагм в виде балок, ферм, арок, брусьев и т. п.). Оболочкам придают очертания криволинейных поверхностей или многогранников. Тонкостенные пространственные покрытия применяют с использованием в них (рис.ХIV.1, а—ж):цилиндрических оболочек и призматических складок; оболочек вращения с вертикальной осью (купола); оболочек двоякой положительной и отрицательной гауссовой кривизны, преимущественно прямоугольных в плане; составных оболочек, образованных из нескольких элементов, по форме пересекающихся криволинейных поверхностей. Особое место занимают волнистые своды, т.е. многоволновые или многоскладчатые покрытия в виде сводов (складок) с малыми размерами волны по сравнению с длиной пролета (рис. ХIV.1,з),а также висячие покрытия (на вантах), весьма разнообразные по форме в пространстве и в плане (две схемы представлены на рис. ХIV.1,и,к). Тонкостенные пространственные покрытия особенно целесообразны при строительстве производственных и гражданских зданий в условиях, когда требуется перекрывать помещения больших размеров (порядка 30Х30 м и более) без промежуточных опор. Впрочем, их успешно применяют и при меньших пролетах. В пространственных покрытиях благодаря работе конструкции в обоих направлениях в плане достигаются лучшее использование материалов, его существенная экономия, значительное уменьшение собственного веса в сравнении с покрытиями из плоских элементов (кровельных панелей, ферм, балок, арок, подстропильных конструкций). Пространственные покрытия обладают особой архитектурной выразительностью. Покрытия с применением цилиндрических оболочек и призматических складок. Покрытия с применением цилиндрических оболочек (см. рис. ХIV.1, а) образуются из тонких плит, изогнутых по цилиндрической поверхности, бортовых элементов и торцовых диафрагм. Покрытие в целом поддерживается по углам колоннами. Основные параметры оболочки (рис. ХIV.З, а): l1 — пролет (расстояние между осями диафрагм); l2—длина волны (расстояние между бортовыми элементами); f— стрела подъема. Очертание плиты оболочки в поперечном сечении может быть круговым, эллиптическим, параболическим и т. п. Оболочки бывают (рис. ХIV.з) однопролетными, если вдоль прямолинейной образующей оболочка опирается на две диафрагмы, и многопролетными, если оболочка поддерживается более чем двумя диафрагмами; одноволновыми и многоволновыми, состоящими из нескольких одноволновых оболочек; гладкими и усиленными ребрами. Напряженно-деформированное состояние оболочки зависит от соотношения размеров l1 и l2. При l1/ l2 >1 оболочки условно называют длинными; при l1/ l2 <1- короткими. Полная высота покрытия без предварительного напряжения h1 включая высоту бортового элемента h2 составляет обычно не менее (1/15-1/10) l1; в предварительно-напряженных она может быть меньше. Призматические складки. Покрытия с применением призматических складок образуются из плоских плит-граней (монолитно связанных по ребрам), бортовых элементов и диафрагм (рис.ХIV.20,а). Складки различают одно- и многопролетные, одно- и многоволновые. При расчете их в направлении l1 используют те же упрощения, что и при расчете длинных цилиндрических оболочек. Складчатые покрытия в направлении волны l2 работают на изгиб подобно многопролетным балочным плитам с ломаной осью (ребра считаются опорами) (рис. ХIV.20, б). Ширину граней делают до 3—3,5 м. В трехгранных складках длина волны l2=9...12 м. Пролет складки l1 обычно берут больше l2, высоту складки принимают (1/7…1/10) l1. Покрытия с оболочками положительной Гауссовой кривизны, прямоугольные в плане. Железобетонные прямоугольные в плане покрытия с оболочками положительной гауссовой кривизны по расходу материалов экономичнее цилиндрических оболочек на 25—30%. Для них допускается еще более редкое размещение опор, благодаря чему создаются исключительно благоприятные условия для эксплуатации многих помещений производственного и общественного назначения. Конструкция покрытия состоит из тонкостенной плиты, изогнутой в двух направлениях, и диафрагм, располагаемых по контуру, связанных с ней монолитно (см. рис. ХIV.1,д, ХIV.21,а). В целом покрытие опирается по углам на колонны; возможно опирание оболочки и по всему контура. Оболочки двоякой кривизны выполняют преимущественно пологими, т. е. с отношением высоты подъема к любому размеру плана не более чем 1 : 5. Покрытия с оболочками отрицательной Гауссовой кривизны, прямоугольные в плане. Прямоугольные в плане с оболочками отрицательной Гауссовой кривизны, с криволинейными поверхностями второго порядка (гиперболический параболоид) применяются двух разновидностей: в одном случае - сторонам контура основания параллельны линии главных кривизн поверхности (рис. ХIV.25, а); в другом - линии главных кривнзн поверхности направлены вдоль диагоналей основания (рис.ХIV.25, б.). Купола. Купола отличаются особенно благоприятными условиями пространственной работы. По расходу материалов они экономичнее других пространственных покрытий. Купольное покрытие состоит из двух основных конструктивных элементов: оболочки и опорного кольца (см. рис. ХIV.1, в; ХIV.27, а). Если в куполе предусматривается центральный проем, то устраивают также верхнее кольцо, окаймляющее проем. Волнистые своды. К волнистым сводам относят многоволновые и многоскладчатые покрытия в виде сводов с малыми размерами волн по сравнению с длиной пролета; опираются своды на стены или на колонны (рис. ХIV.34), или же непосредственно на фундаменты. Отдельная волна в поперечном сечении может иметь очертание синусоиды, криволинейного лотка, треугольной или У-образной складки. Сборные ее элементы могут быть с прямолинейной или криволинейной осью. Волнистые своды применяют для покрытий производственных и общественных зданий при пролетах от 12 до 100 м и даже более. Висячие покрытия. Висячими покрытиями можно перекрывать помещения особенно больших размеров (стадионы, спортзалы, выставочные павильоны, рынки, кинотеатры, крупные производственные здания). Образуются они из системы вант (гибких тросов), удерживаемых на жесткой опор ной конструкции (кольцах, рамах, арках), и кровельного ограждения из сборных плит (железобетонных с применением легкого бетона, армоцементных многослойных или иных плит). Различают висячие покрытия с одиночной системой вант, имеющие поверхности однозначной или разнозначной кривизны (рис. ХIV.35—ХIV.37), и с двойной системой вант (рис. ХIV.38). Висячими покрытиями можно перекрывать помещение любого очертания в плане (прямоугольные, круглые, овальные, многоугольные и иные). Висячие покрытия устраивают достаточно пологими, их стрела провисания f в центре покрытия составляет обычно 1/10-1/25 долю основного размера плана. Монтируют висячие покрытия без лесов и подмостей. В этом их существенное преимущество перед другими пространственными покрытиям. Железобетонные плоские перекрытия. Железобетонные плоские перекрытия - наиболее распространенные конструкции, применяемые в строительстве промышленных и гражданских зданий и сооружений. Их широкому применению в строительстве способствуют высокая индустриальность, экономичность, жесткость, огнестойкость и долговечность. По конструктивной схеме железобетонные перекрытия могут быть разделены на две основные группы: балочные и безбалочные. Балочными называют перекрытия, в которых балки, расположенные в одном направлении или в двух направлениях, работают совместно с опирающимися на них плитами перекрытий. В безбалочных перекрытиях плита опирается непосредственно на колонны с уширениями, называемыми капителями. Те и другие перекрытия могут быть сборными, монолитными и сборно-монолитными. Конструктивные схемы при сборном и монолитном выполнении различны, поэтому классификация перекрытий ведется по конструктивным признака: балочные сборные; ребристые монолитные с балочными плитами; ребристые монолитные с плитами, опертыми по контуру; балочные сборно-монолитные; безбалочные сборные; безбалочные монолитные; безбалочные сборно-монолитные. Компоновка конструктивной схемы перекрытия. В состав конструкции балочного панельного сборного перекрытия входят плиты и поддерживающие их балки, называемые ригелями, или главными балками. По форме поперечного сечения плиты бывают с овальными, круглыми и вертикальными пустотами, ребристые с ребрами вверх (с устройством чистого пола по ребрам), ребристые с ребрами вниз, сплошные (рис. ХI.4, а - е). Расчет панелей. Расчетный пролет плит l0 принимают равным расстоянию между осями ее опор (рис. ХI.5, а - в); при опирании по верху ригелей l0 = l —b/2 (где b — ширина ригеля); при опирании на полки ригелей l0 = l -a-b (а—размер полки). При опирании одним концом на ригель, другим на стенку расчетный пролет равен расстоянию от оси опоры на стене до оси опоры в ригеле. Высота сечения плиты и должна быть подобрана так, чтобы наряду с условиями прочности были удовлетворены требования жесткости (предельных прогибов). Высоту сечения предварительно напряженных плит можно предварительно назначать равной: h= l0/20—для ребристых; h= l0/30—для пустотных. При расчете прочности по изгибающему моменту ширина ребра равна суммарной ширине всех ребер плиты, а расчетная ширина сжатой полки принимается равной полной ширине панели. Расчет прочности плит сводится к расчету таврового сечения с полкой в сжатой зоне. В большинстве случаев нейтральная ось проходит в пределах толщины сжатой полки, поэтому, определив: A0 = M/RbbfIh02 , находят по таблице ξ и η, проверяют условия x=ξ h0≤ hfI, затем находят площадь растянутой арматуры: As = M/Rsη h0. Поперечную арматуру плиты из условия прочности по наклонному сечению рассчитывают по расчетной ширине ребра b равной суммарной ширине всех ребер сечения. В многопустотных плитах высотой 300 мм и менее допускается поперечную арматуру не устанавливать, если при отсутствии нормальных трещин в растянутой зоне соблюдается условие: Q ≤ Rb.t.b , где σx - нормальное напряжение в бетоне на уровне центра тяжести приведенного сечения от нагрузки и усилия обжатия. По образованию или раскрытию трещин, а также по прогибам плиты рассчитывают в зависимости от категории требований трещиностойкости. При расчете прогибов сечения панелей с пустотами приводят к эквивалентным двутавровым сечениям. Для панелей с круглыми пустотами эквивалентное двутавровое сечение находят из условия, что площадь круглого отверстия диаметром d равна площади квадратного отверстия со стороны (рис. ХI.6, а): h1= (d/2) 0,9d, Сечение панелей с овальными пустотами (рис. ХI.6, б) приводят к эквивалентному двутавровому сечению, заменяя овальное сечение пустоты прямоугольным с той же площадью и тем же моментом инерции и соблюдая условие совпадения центра тяжести овала и заменяющего прямоугольника. Обозначив b1 и h1 - ширину и высоту эквивалентного прямоугольника; F и I — площадь и момент инерции овала, установим, что: F = b1h1; I = b1h13 /12 = F h12/12, отсюда: ; b1 = F/h. Для пустотелых панелей с высотой сечения h =15...25 см и шириной отверстий до 50 см такое приведение может быть выполнено упрощенно, согласно рис. ХI.6, в, г. Полка панели работает на местный изгиб как частично защемленная на опорах плита пролетом l0, равным расстоянию в свету между ребрами. В ребристых панелях с ребрами вниз защемление полки создается заливкой бетоном швов, препятствующей повороту ребра (рис. ХI.7, а). Изгибающий момент: М = ql02/11. В ребристой панели с поперечными промежуточными ребрами изгибающие моменты полки могут определяться как в плите, опертой по контуру и работающей в двух направлениях (рис. ХI.7,б). Конструирование плит. Применяют сварные сетки и каркасы из обыкновенной арматурной проволоки и горячекатаной арматуры периодического профиля (рис. ХI.8). В качестве напрягаемой продольной арматуры применяют стержни классов А-IV, А-V, Ат-IVс, Ат-V, высокопрочную проволоку и канаты. Армировать можно без предваритёльного напряжения, если пролет панели меньше 6 м. Продольную рабочую арматуру располагают по всей ширине нижней полки сечения пустотных панелей и в ребрах ребристых панелей. Поперечные стержни объединяют с продольной монтажной или рабочей ненапрягаемой арматурой в плоские сварные каркасы, которые размещают в ребрах плит. Плоские сварные каркасы в круглопустотных плитах могут размещаться только на приопорных участках, через одно-два ребра. К концам продольной ненапрягаемой арматуры ребристых плит приваривают анкеры из уголков или пластин для закрепления стержней на опоре. Сплошные плиты из тяжелого и легкого бетонов армируют продольной напрягаемой арматурой и сварными сетками. Монтажные петли закладывают по четырем углам плит. В местах установки петель сплошные панели армируют дополнительными верхними сетками. Пример армирования ребристой панели перекрытия промышленного здания приведен на рис. ХI.9. Номинальная ширина этой панели считается равной 1,5. Применяют такие плиты также шириной 3 м. Монтажные соединения панелей всех типов выполняют сваркой стальных закладных деталей и заполнением бетоном швов между плитами (рис. ХI.10, а). В продольных боковых гранях плит предусматривают впадины, предназначенные для образования (после замоноличивания швов) прерывистых шпонок, обеспечивающих совместную работу плит на сдвиг в вертикальном и горизонтальном направлениях. При таком соединении сборных элементов перекрытия представляют собой жесткие горизонтальные диафрагмы.