10. Основы расчета ж/б конструкций по двум группам предельных состояний. Нагрузки. Расчетные и нормативные характеристики бетона и арматуры. Группы предельных состояний. Предельными считаются состояния, при которых конструкции перестают удовлетворять предъявляемым к ним в процессе эксплуатации требованиям, т. е. теряют способность сопротивляться внешним нагрузкам и воздействиям или получают недопустимые перемещения или местные повреждения. Железобетонные конструкции должны удовлетворять требованиям расчета по двум группам предельных со стояний: по несущей способности — первая группа предельных состояний; по пригодности к нормальной эксплуатации — вторая группа предельных состояний. Расчет по предельным состояниям первой группы выполняют, чтобы предотвратить: хрупкое, вязкое или иного характера разрушение (расчет по прочности с учетом в необходимых случаях прогиба конструкции перед разрушением); потерю устойчивости формы конструкции (расчет на устойчивость тонкостенных конструкций и т. п.) или ее положения (расчет на опрокидывание и скольжение подпорных стен, внецентренно натруженных высоких фундаментов; расчет на всплытие заглубленных или подземных резервуаров и т. п.); усталостное разрушение (расчет на выносливость конструкций, находящихся под воздействием многократно повторяющейся нагрузки подвижной или пульсирующей: подкрановых балок, шпал, рамных фундаментов и перекрытий под неуравновешенные машины и т. п.); разрушение от совместного, воздействия силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (периодического или постоянного воздействия агрессивной среды, действия попеременного замораживания и оттаивания и т. п.). Расчет по предельным состояниям второй группы выполняют, чтобы предотвратить: образование чрезмерного или продолжительного раскрытия трещин (если по условиям эксплуатации образование или продолжительное раскрытие трещин допустимо); чрезмерные перемещения (прогибы, углы поворота, углы перекоса и амплитуды колебаний). Классификация нагрузок. Нормативные и расчетные нагрузки. В зависимости от продолжительности действия нагрузки делят на постоянные и временные: Временные на грузки, в свою очередь, подразделяют на длительные, кратковременные, особые. Постоянными являются нагрузки от веса несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений, массы и давления грунтов, воздействия предварительного напряжения железобетонных конструкций. Длительными являются нагрузки от веса стационарного оборудования на перекрытиях — станков, аппаратов, двигателей, ёмкостей и т.п. Кратковременными являются нагрузки от веса людей, деталей, материалов, нагрузки от подвесных и мостовых кранов, используемых при возведении или эксплуатации зданий и сооружений; снеговые и ветровые нагрузки; температурные климатические воздействия. К особым нагрузкам относятся сейсмические и взрывные воздействия; нагрузки, вызываемые неисправностью или поломкой оборудования и резким нарушением технологического процесса. Нормативные нагрузки устанавливаются нормами по заранее заданной вероятности превышения средних значений или по номинальным значениям. Нормативные постоянные нагрузки принимаются по проектным значениям геометрических и конструктивных параметров и по средним значениям плотности. Нормативные временные технологические и монтажные нагрузки устанавливаются по наибольшим значениям, предусмотренным для нормальной эксплуатации; снеговые и ветровые — по средним из ежегодных неблагоприятных значений или по неблагоприятным значениям, соответствующим определенному среднему периоду их повторений. Расчетные нагрузки для расчета конструкций на прочность и устойчивость определяют умножением нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке γf обычно больший единицы, например g = gnγf .Коэффициент надежности от веса бетонных и железобетонных конструкций у от веса конструкций из бетонов на легких заполнителях. (со средней плотностью 1800 кг/м и менее) и различных стяжек, засыпок, утеплителей, выполняемых в заводских условиях γf = 1,2, на монтаже γf = 1,3; от различных временных нагрузок в зависимости от их значения γf = 1,2...1,4. Коэффициент перегрузки от веса конструкций при расчете на устойчивость положения против всплытия, опрокидывания и скольжения, а также в других случаях, когда уменьшение массы ухудшает условия работы конструкции, принят γf = 0,9. При расчете конструкций на стадии возведения расчетные кратковременные умножают на коэффициент 0,8. Расчетные нагрузки для расчета конструкций по деформациям и перемещениям (по второй группе предельных состояний) принимают равными нормативным значениям с коэффициентом γf =1. Сочетание нагрузок Конструкции должны быть рассчитаны на различные сочетания нагрузок или соответствующие им усилия, если расчет ведется по неупругой схеме. В зависимости от состава учитываемых нагрузок различают: основные сочетания, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок или усилий от них; особые сочетания, состоящие из постоянных, длительных, возможных кратковременных и одной из особых нагрузок или усилий от них. Рассматриваются две группы основных сочетаний нагрузок. При расчете конструкций на основные сочетания первой группы учитываются нагрузки постоянные, длительные и одна кратковременная; при расчете конструкций на основные сочетания второй группы учитываются нагрузки постоянные, длительные и две (или более) кратковременные; при этом значения кратковременных нагрузок или соответствующих им усилий должны умножаться на коэффициент сочетаний, равный 0,9. Нормативные расчетные сопротивления бетона. Класс бетона по прочности устанавливается с учетом статистической изменчивости прочности и принимается равным наименьшему контролируемому значению временного сопротивления бетона. Доверительная вероятность нормами установлена не ниже 0,95. Расчетные сопротивления бетона для расчета по первой группе предельных состояний определяют делением нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надежности по бетону при сжатии γbt=1,3 при растяжении γbt =1,5, а при контроле прочности на растяжение γbt=1,3. Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию: Rb = Rbn/γbc; расчетное сопротивление бетона осевому растяжению: Rbt = Rbtn/γbt Расчетное сопротивление сжатию тяжелого бетона классов В50, В55, В60 умножают на коэффициенты, учитывающие особенность механических свойств высокопрочного бетона (снижение деформаций ползучести), соответственно равные 0,95; 0,925 и 0,9. Расчетные сопротивления бетона для расчета по второй группе предельных состояний устанавливают при коэффициенте надежности по бетону γb=1, т. е. принимают равными нормативным значениям ) Rb,ser = Rb; Rbt,ser = Rbtn и вводят в расчет с коэффициентом условий работы бетона γbi = 1. Нормативные расчетные сопротивления арматуры. Нормативные сопротивления арматуры Rsn устанавливают с учетом статистической изменчивости прочности и принимают равными наименьшему контролируемому значению: для стержневой арматуры — физического предела текучести σy или условного предела текучести σ0,2, для проволочной арматуры — условного предела текучести σ0,2 = 0,8 σu. Нормами установлена доверительная вероятность нормативного сопротивления арматуры 0,95. Расчетные сопротивления арматуры растяжению для расчета по первой группе предельных состояний определяют делением нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надежности по арматуре: Rs = Rsn/γs Расчетные сопротивления арматуры сжатию Rsc, используемые в расчете конструкций по первой группе предельных состояний, при сцеплении арматуры с бетоном принимают равными соответствующим расчетным сопротивлениям арматуры растяжению Rs, но не более 400 МПа (исходя из предельной сжимаемости бетона εub). При расчете конструкций, для которых расчетное сопротивление бетона принято при длительном действии нагрузки с учетом коэффициента условий работы γb2<1, допускается принимать: Rsc = 450 МПа при арматуре классов А-IV, Ат-IVС; Rsc = 500 МПа при арматуре классов А-V, Ат-V, А-V, Ат-VI, В-II, Вр-II, К-7, К-19. Расчетные сопротивления арматуры для расчета по второй группе предельных состояний устанавливают при коэффициенте надежности по арматуре γs = 1, т.е. принимают равными нормативным значениям Rs,ser = Rsn и вводят в расчет с коэффициентом условий работы арматуры γsi = 1. 12. Классификация, назначение, конструктивные решения и армирование инженерных сооружений: резервуаров, бункеров, силосов и водонапорных башен. На территориях промышленных и гражданских объектов строительства помимо зданий производственного, жилищного, административного, культурно-бытового назначения размещают инженерные сооружения. Они предназначены обеспечивать транспортные, погрузочно-разгрузочные, производственные операции (железнодорожные и автодорожные эстакады на складах сырья, полуфабрикатов, готовой продукции; крытые и открытые транспортные галереи); перемещение людских потоков (подземные и надземные переходы); снабжение объектов электроэнергией (трансформаторные подстанции), водой (резервуары, водонапорные башни, насосные, градирни), сжатым воздухом (компрессорные установки) теплом (теплоагрегаты), газом (газодувки); сбор и очистку сточных вод (отстойники, фильтры, аэротенки); благоустройство территории (подпорные стенки) и т. Цилиндрические резервуары. Резервуары для воды строят цилиндрической и призматической (прямоугольной в плане) формы, заглубленными (относительно уровня земли) и наземными, закрытыми (с покрытием) и открытыми. Резервуары более сложной формы (сферические, торовые, линзообразного поперечного сечения др.) применяют в особых условиях. Большинство ёмкостных очистных сооружений систем канализации и водоснабжения по форме, конструкции и расчету аналогично резервуарам для воды. Конструктивные решения. Монолитный резервуар, конструктивная схема которого показана на рис. ХVI.1, состоит. из плоского 6езбалочного покрытия, поддерживаемого колоннами с капителями вверху и обратными капителями внизу, гладкой стены цилиндрической формы, плоского безреберного днища. В резервуарах предварительно напряженную горизонтальную рабочую арматуру размещают по внешней поверхности стен (см. рис. ХVI.З, а). Стеновые панели армируют двойной сеткой, сечение стержней которой назначают конструктивно (рис. ХVI.4, б). Выпуски арматуры соседних стеновых панелей сваривают между собой, чем обеспечиваются фиксация панелей в проектном положении и предотвращение усадочных и температурных трещин до обжатия стен предварительно напрягаемой арматурой. Вертикальную арматуру сборных стеновых панелей принимают по условиям их прочности и трещиностойкости в период изготовления, транспортирования и монтажа. В нижней части панелей предусматривают дополнительные стержни (см. рис. ХVI.4,б), необходимые для восприятия изгибающих моментов (действующих в вер тикалi ном направлении), возникающих здесь вследствие взаимодействия стены с днище Прямоугольные резервуары. Прямоугольная форма целесообразна при вместимости резервуаров 6—20 тыс, м3 и более. Если предъявляется требование более компактной компоновки резервуаров, например внутри помещений, их делают прямоугольными и при меньшей вместимости. Покрытия резервуаров обычно делают плоскими по колоннам, днища — также плоскими или для увеличения вместимости резервуара с внутренними откосами по периметру стен. Стены высотой до 4 м делают гладкими, при большей высоте — с ребрами. Стеновые панели для каждого резервуара принимают только одного типоразмера. Угловые участки стен выполняют монолитными, их размеры зависят от разбивки стеновых панелей в плане. Сборные колонны (квадратного сечения) устанавливают в гнезда фундаментов, зазоры заполняют бетоном. Днища делают монолитным. Требуемое количество рабочей арматуры находят по наибольшим опорным и пролетным моментам как в изгибаемой плите прямоугольного сечения с одиночным армированием. Арматуру рассчитывают отдельно от гидростатического давления изнутри резервуара и от бокового давления грунта снаружи. Отдельные стержни арматуры объединяют в сварные сетки, которые устанавливают около внутренней и наружной поверхностей стеновых панелей с минимальным защитным слоем. Кроме расчета на прочность, выполняют также расчет стен по условию ширины раскрытия трещин acrc ≤ 0,2 .мм. При этом всю на грузку считают длительно действующей. Водонапорные башни. В практике водоснабжения городов, поселков и производственных предприятий очень часто прибегают к строительству водонапорных башен. Их назначение - регулировать напор воды в водопроводной сети и обеспечивать бесперебойное снабжение водой. Главная составная часть каждой башни - резервуар. Его вместимость устанавливают в соответствии с режимом водопотребления в сети и эксплуатации насосной станции. Сооружают башни с одним резервуаром (см. рис. ХVI.16,а, б), а также с несколькими (рис. ХVI.16,в), если на объекте водоснабжения требуется вода различного качества по чистоте и температуре. В результате технико-экономического анализа установлены следующие главные параметры типовых башен: с резервуарами вместимостью 25, 50, 150, 250, 500, 1000 м а также с опорными конструкциями высотой 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27 м при резервуарах вместимостью 25 и 50 м и высотой 12, 18, 24, 30, 36, 42 м при резервуарах вместимостью 150— 1000 м3. Резервуары водонапорных башен делают железобетонными или стальными. Для железобетонных резервуаров наибольшей простотой отличается конструкция с цилиндрической стеной и плоским ненесущим днищем, лежащим на сплошном железобетонном перекрытии опорной конструкции. Водонапорные башни с железобетонными рамными опорами (см. рис. ХVI.19) по расходу материалов и стоимости экономичнее, чем с монолитными сплошными железобетонными опорами. В них на устройство опоры требуется почти вдвое меньше железобетона. Опоры рамного типа могут выполняться из сборного железобетона. Более совершенны водонапорные башни со сборными железобетонными сквозными сетчатыми опорами (рис. ХVI.20, а). Для этих опор в качестве монтажных единиц принимают ромбические стержневые (рис. ХVI.20, б) и поясные (рис. ХVI.20, в) элементы. Ромбический элемент образуется из отдельных сварных линейных элементов прямоугольного поперечного сечения - наклонных стоек и поясов - укрупнительной сборкой. Бункера. К бункерам относятся ёмкости для сыпучих материалов призматической или цилиндрической формы при соотношении глубины h и размеров в плане, отвечающем условию h ≤1,5a (где а >b) или h ≥1,5d (рис. ХVI.22). Трение сыпучих материалов о стены бункера в процессе истечения материалов незначительно и потому в расчете не учитывается. Днища бункеров обычно делают воронкообразными с углом наклона на 5—10° больше угла естественного откоса сыпучего материала, что обеспечивает полное истечение содержимого. Для сыпучих материалов нескольких видов устраивают многоячейковые бункера (рис. ХVI.23,а). Если количество материала одного вида значительно, бункера могут быть лоткового типа с несколькими загрузочными и разгрузочными отверстиями (рис. ХVI.23,б). Загрузочные отверстия бункеров покрывают металлическими решетками, разгрузочные отверстия (течки) оборудуют затворами. Стены бункеров защищают против истирания футеровкой (металлическими листами, чугунными или диабазовыми плитами). Железобетонные бункера строят монолитными и сборными. Арматуру плит подбирают по расчету прямоугольных сечений, подверженных внецентренному растяжению. Меньший расход арматуры в стенах бункера достигается, если их расчет на изгиб из своей плоскости производить на стадии предельного равновесии в предположении образования в стенах пластических линейных шарниров по форме трещин (рис. ХVI.26, а) и существенного перераспределения внутренних моментов. Стены воронки монолитного бункера армируют плоскими двойными сетками, сварными или вязаными, с ортогонально размещенными рабочими стержнями (рис. ХVI.27,а, б, г). Кроме того, по ребрам устанавливают дополнительные наружные угловые сетки, а для армирования изнутри—отдельные стержни (рис. ХVI.27,в). Течки армируют гнутыми сетками (рис. ХVI.27). Силосы. Силосами называют ёмкости для хранения сыпучих материалов при соотношении глубины h и размеров в плане а и b (см. рис. ХVI.22,а), отвечающем условию h>1,5a (где а>b). Трение сыпучих материалов о стены силосов, возникающее в процессе истечения содержимого, велико и потому учитывается в расчетах. Силосы отдельные или объединенные в корпуса входят в состав производственных объектов: промышленных (силосы для цемента, угля, соды и т. п.) или сельскохозяйственных (элеваторы для зерна). По верху силосного корпуса предусматривают галерею для загрузочного оборудования, снизу - подсилосное помещение для разгрузки содержимого в транспортные механизмы (рис. ХVI.28). По форме силосы могут быть цилиндрическими или призматическими с четырьмя, шестью, восемью гранями. По затрате материалов и стоимости возведения для цилиндрических силосов оптимальный размер диаметра 6 м, для квадратных в плане - оптимальный размер стороны 3-4).Для силосов применяют бетон класса не ниже В15. Стены монолитных силосных корпусов возводят обычно в скользящей опалубке, удерживаемой на домкратных рамах. Поэтому армируют стены в горизонтальном направлении отдельными стержнями сравнительно небольшой длины с шагом стержней 100-200 мм; толщина защитного слоя должна быть не менее 20 мм. Стыки стержней делают вразбежку с перепуском концов на 60d+200 мм. В силосах малого диаметра предварительное напряжение стен не производят, для армирования применяют арматуру класса А-III (периодического профиля). Стены круглых силосов диаметром до 6 м достаточно армировать одиночной горизонтальной арматурой (рис. ХVI.36, а), однако в наружных стенах силосов на 2/3 высоты от днища необходимо двойное армирование (рис ХVI.36, б) для восприятия изгибающих моментов, образующихся при шахматном заполнении силосов корпуса. Вертикальные стержни принимают диаметром 10 мм с шагом 300-350 мм для наружных стен силосов и 400-500 мм для внутренних. Общее сечение вертикальных стержней назначают не менее 0,4 % сечения бетона. Часть вертикальных стержней устанавливают в виде вязаных каркасов (рис. ХVI.3б, в) через - 1,5 м один от другого, что обеспечивает проектное положение горизонтальной арматуры при бетонировании. Стыки вертикальных стержней делают вразбежку с перепуском концов на 35 d. Вертикальные и горизонтальные стержни во всех местах пересечений связывают вязальной проволокой; при двойном армировании (см. рис. ХVI.36, в) обе сетки соединяют поперечными хомутами диаметром не менее З мм. В местах сопряжения соседних силосов входящие углы армируют дополнительными стержнями (рис. ХVI.З6,г); их диаметр и шаг принимают такими же, как и основной кольцевой арматуры. В стенах квадратных монолитных силосов устанавливают двойную арматуру (рис. ХVI.37), учитывая, что давление на промежуточные стены возможно с одной и с другой стороны и что горизонтальная арматура должна воспринимать моменты в углах вдвое большие, чем в пролете (см. рис. ХVI.35). Стены силосов рассчитывают по образованию и ширине раскрытия трещин в соответствии с указаниями, относящимися к растянутым элементам. 11.Реконструкция зданий и сооружений. Усиление ж/б конструкций. Реконструкция зданий может быть связана с расширением производства, модернизацией технологического процесса, установкой нового оборудования и др. При этом приходится решать сложные инженерные задачи, связанные с заменой и усилением отдельных элементов и конструкций в короткие сроки, иногда без остановки производства. Объем работ по замене конструкций и их элементов должен быть минимальным. При реконструкции промышленных зданий применяются следующие методы: 1) увеличение пролета цеха путем удаления промежуточных колонн; 2) увеличение высоты цеха наращиванием колонн; 3) увеличение пролетов высоты цеха; 4) усиление междуэтажных перекрытий в связи с увеличением нагрузки от оборудования. Усиление элементов конструкций. Усиление элементов производят с целью увеличения их несущей способности и жесткости. Усиление элементов может также потребоваться в связи с повреждениями, полученными элементами при возведении конструкций, эксплуатации или при пожаре и т.п. Усиление конструкций может производиться двумя основными способами: 1) изменением конструктивной схемы; 2) наращиванием элементов. По первому способу производят усиление элементов главным образом исправных конструкций без остановки производства. По второму способу увеличивают размеры поперечного сечения элементов с добавлением арматуры; таким способом усиливают исправные и поврежденные конструкции. Усиление элементов конструкций изменением конструктивной схемы. Значительное увеличение несущей способности изгибаемых элементов – балок, ригелей и т. п. - достигается введением затяжек, подвергаемых предварительному натяжению на бетон. При этом изменяется напряженное состояние балочной конструкций - она становится внецентренно сжатой. Усиливающие затяжки выполняют из двух, а в некоторых случаях из четырех тяжей, предварительное напряжение которых осуществляется стягиванием попарно с помощью болтового устройства. По своему расположению на балочной конструкции усиливающие затяжки могут быть горизонтальными, шпренгельными и комбинированными. Усиление колонн достигается устройством предварительно напряженных распорок ломаного очертания, расположенных с одной или с двух сторон. Каждая ветвь распорок составляется из уголков, связанных между собой планками на сварке. В местах перелома в боковых полках уголков делают надрезы. Предварительное напряжение в ветвях распорок достигается взаимным стягиванием ветвей попарно, а при односторонних распорках - подтягиванием к боковой поверхности колонны. Выпрямляясь, распорки воспринимают часть вертикальных нагрузок и разгружают колонну. Устройство односторонних распорок возможно для усиления внецентренно сжатых колонн с большими эксцентриситетами. Усиление элементов конструкций наращиванием. Усиление плит ребристых монолитных перекрытий и сборных плит, уложенных по железобетонным или стальным балкам, выполняют устройством новой монолитной плиты по старому бетону. Усиление балок и ригелей возможно приваркой к освобожденной от защитного слоя обнаженной арматуре дополнительных продольных стержней с последующим их оштукатуриванием цементным раствором или нанесением слоя торкрет-бетона (рис.ХVII.12, а). Отогнутые стержни и поперечные хомуты дополнительной арматуры приваривают к стержням старой арматуры. Для усиления колонн применяют устройство рубашек, армированных продольными стержнями и хомутами или спиралью. Толщина рубашки должна быть не менее 5 см при бетонировании в опалубке и не менее 3 см при торкретировании (рис. ХVII.13). Для усиления колонн многоэтажных зданий и пропуска дополнительной продольной арматуры в плите перекрытия пробивают отверстия, а в пределах сечения балок с колонной устраивают местные уширения. 14. Многоэтажные здания с безбалочным каркасом. Конструирование и армирование плиты. Безбалочные сборные перекрытия. Безбалочное сборное перекрытие представляет собой систему сборных панелей, опертых непосредственно на капители колонн (рис. ХI.34). Основное конструктивное назначение капителей в том, чтобы обеспечить жесткое сопряжение перекрытия с колоннами, уменьшить размер расчетных пролетов панелей и создать опору для панелей. Сетка колонн обычно квадратная размером 6Х6м. Преимущество безбалочных панельных перекрытий в сравнении с балочными - в лучшем использовании объем помещений из-за отсутствия выступающих ребер, облегчении устройства различных производственных проводок и коммуникаций. Благодаря меньшей конструктивной высоте безбалочного перекрытия уменьшается общая высота многоэтажного здания и сокращается расход стеновых материалов Конструкция сборного безбалочного перекрытия состоит из трех основных элементов: капители, надколонной панели и пролетной панели. Капитель опирается на уширения колонны и воспринимает нагрузку от надколонных панелей, идущих в двух взаимно перпендикулярных направлениях и работающих как балки. В целях создания неразрезности надколонные панели закрепляют поверху сваркой закладных деталей. Пролетная панель опирается по четырем сторонам на надколонные панели, имеющие полки, и работает на изгиб в двух на правлениях как плита, опертая по контуру. После сварки закладных деталей панели в сопряжениях замоноличивают. Безбалочное сборное перекрытие работает подобно ребристому перекрытию с плитами, опертыми по контуру, в котором надколонные панели выполняют роль широких балок. Панели перекрытий выполняют ребристыми (см. рис. ХI.34) или пустотными (рис. ХI.35), а капители - полыми или сплошными. Колонны имеют поэтажную разрезку. Экспериментальные исследования безбалочных перекрытий показали, что надколонные панели в поперечном направлении обладают небольшой деформативностью, и продольная рабочая арматура может в них располагаться по всему поперечному сечению равномерно. Расчетную арматуру укладывают по верху капители, стенки капителей армируют конструктивно. Кроме того, капители рассчитывают на монтажную нагрузку как консоли. 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 из колонны с капителями (рис. ХI.36, а). Устройство капителей вызывается конструктивными соображениями, с тем чтобы: а) создать достаточную жесткость в месте сопряжения монолитной плиты с колонной; б) обеспечить прочность плиты на продавливание по периметру капители; в) уменьшить расчетный пролет безбалочной плиты и более равномерно распределить моменты по ее ширине. Безбалочные перекрытия проектируют с квадратной или прямоугольной равнопролетной сеткой колонн. От ношение большего пролета к меньшему при прямоугольной сетке ограничивается отношением l2/l1≤1,5. Рациональная квадратная сетка колонн 6Х6 м. По контуру здания безбалочная плита может опираться на несущие стены, контурные обвязки или консольно выступать за капители крайних колонн (рис. ХI.36, б). для опирания безбалочной плиты на колонны в производственных зданиях применяют капители трех типов (рис. ХI.36, в): тип 1 — при легких нагрузках; типа II и III — при тяжелых нагрузках. Во всех трех типах капителей размер между пересечениями направлений скосов с нижней поверхностью плиты принят исходя из распределения опорного давления в бетоне под углом 45°. Этот размер принимают с= (0,2...0,3) l. Размеры и очертание капителей должны быть подобраны так, чтобы исключить продавливание безбалочной плиты по периметру капители. Толщину монолитной безбалочной плиты находят из условия достаточной ее жесткости h= (1/32...1/35) l2 (где l2 размер большого пролета при прямоугольной сетке колонн); для безбалочной плиты из бетона на пористых заполнителях h= (1/27...1/30) l2 . Безбалочное перекрытие рассчитывают по методу предельного равновесия. Экспериментально установлено, что для безбалочной плиты опасными (расчетными) загружениями являются: полосовая нагрузка через пролет и сплошная по всей площади. При этих загружениях возможны две схемы расположения линейных пластических шарниров плиты. При полосовой нагрузке в предельном равновесии образуются три линейных пластических шарнира, соединяющих звенья в местах излома (рис. ХI.38, а). В пролете пластический шарнир образуется по оси загруженных панелей, и трещины раскрываются внизу. У опор пластические шарниры отстоят от осей колонн на расстоянии с зависящем от формы и размеров капителей, трещины раскрываются вверху. В крайних панелях при свободном опирании на стену по наружному краю образуются всего два линейных шарнира - один в пролете и один у опоры вблизи первого промежуточного ряда колонн. При сплошном загружении безбалочного перекрытия в средних панелях возникают взаимно перпендикулярные и параллельные рядам колонн линейные пластические шарниры с раскрытием трещин внизу; при этом каждая панель делится пластическими шарнирами на четыре звена, вращающихся вокруг опорных линейных пластических шарниров, оси которых расположены в зоне капителей обычно под углом 45° к рядам колонн (рис. ХI.38, 6, в). В средних панелях над опорными пластическими шарнирами трещины раскрываются только вверху, а по линиям колонн прорезают всю толщину плиты. Монолитная безбалочная плита армируется рулонными или плоскими сварными сетками. Пролетные моменты воспринимаются сетками, уложенными внизу, а опорные моменты - сетками, уложенными вверху. Капители колонн армируют по конструктивным соображениям, главным образом для восприятия усадочных и температурных усилий (рис. ХI.40). Безбалочные сборно-монолитные перекрытия. В безбалочных сборно-монолитных перекрытиях остовом для монолитного бетона служат сборные элементы - надколонные и пролетные панели (рис. ХI.41). Одно из возможных решений 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. На капителях колонн в двух взаимно перпендикулярных направлениях уложены надколонные плиты толщиной 5-6 см; в центре - пролетная плита такой же толщины, опертая по контуру. Сборные плиты предварительно напряженные, армированные высокопрочной арматурой. Сборный остов перекрытия замоноличен слоями бетона толщиной 4-5 см по пролетной плите в 9-10 см по надколонным плитам. В целях создания неразрезности в местах действия опорных моментов уложена верхняя арматура в виде сварных сеток. В этом перекрытии объем монолитного бетона составляет около 50 % общего бетона перекрытия. Общий расход бетона и арматуры сборно-монолитных или монолитных безбалочных перекрытий превышает соответствующий расход для сборных безбалочных перекрытий, выполненных из ребристых или пустотных панелей. 12. Ж/б перекрытия гражданских зданий. Расчет и армирование сборных панелей. 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. 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.