Основы конструирования изгибаемых элементов

Балки

Железобетонные балки могут быть прямоугольного, таврового, двутаврового, трапециевидного поперечного сечения (рис. 6.5).

Рисунок 6.5 – Формы поперечного сечения балок

Высота балок её пролёта в зависимости от нагрузки и типа конструкции. В целях унификации высоту балок назначают кратно 50 мм, если она не более 600 мм, и кратно 100 мм при больших размерах – h=150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700 мм и далее через 100мм.

Ширина балок прямоугольного сечения , а именно b=100, 120, 150, 180, 200, 220, 250 мм и далее через 50мм. Для снижения расхода бетона, ширину балок принимают наименьшей.

Балки изготавливают из бетона класса не менее В10. Армируют их сварными или вязанными каркасами. Для рабочей арматуры применяют сталь класса А400, А300, А500, А240 диаметром 10-40 мм (чаще диаметром 12-28 мм), поперечной – класса А400, А240, В500, монтажной – класса А240, В500.

Различают балки с одиночной и двойной арматурой (рис. 4). В первом случае рабочую продольную арматуру по расчёту устанавливают только в растянутой зоне бетонного сечения, а во втором – и в растянутой, и в сжатой зонах.

Размещение арматуры в поперечном сечении балки показано на рис. 5.

Расстояния по вертикали между стержнями продольной арматуры в каркасах и положение крайних каркасов по отношению к боковой поверхности балок устанавливают на основании рис. 5 размерами: a₁, a_г , V и a.

Рисунок 6.5 – Сечения балок с одиночной (слева) и с двойной (справа) рабочей продольной арматурой.

Рисунок 6.6 – Размещение арматуры в поперечном сечении балки

Обозначения на рис. 6.6.

d_з.сл – толщина защитного слоя не менее d₁ и не менее d_з.сл,min, которая принимается по табл. 8.1 [3] в зависимости от типа конструкции, роли арматуры в конструкции (продольная рабочая, поперечная, распределительная, конструктивная арматура), условий окружающей среды и диаметра арматуры (см. п.8.3.1 [3]). Для конструктивной арматуры минимальное значение защитного слоя бетона принимают на 5 мм меньше по сравнению с требуемыми для рабочей арматуры;

t ‑ расстояние от торца поперечной или распределительной арматуры до грани элемента, t = d_з.сл,min – 5 мм, см. п.8.3.2 [3];

k – размер выпуска поперечных стержней, по ГОСТ 23279-85 «Сетки арматурные сварные для железобетонных конструкций и изделий» для всех типов сеток k = 25 мм;

V – расстояние в осях между нижними и верхними продольными стержнями, принимается не менее 2d₁ и не менее 40 мм (целесообразно использовать рекомендации табл.41 Пособия 1989 г. к СНиП 2.03.091-84*);

a₁ – не менее (t + k) и не менее (d_з.сл +d1/2);

a_г ³ a₁; величины a₁ и a_г принимаются кратными 5 мм (с округлением в большую сторону);

a ‑ расстояние от крайнего растянутого волокна балки до центра тяжести площади сечения растянутой рабочей арматуры S.

Рекомендуется принимать следующее число плоских сварных каркасов в поперечном сечении балки в зависимости от его ширины b:

при b = 200...250 мм – 2 каркаса;

при b = 300 мм – 2 или 3 каркаса (предпочтительнее 3);

при b = 350 мм – 3 или 4 каркаса (предпочтительнее 3);

при b = 400 мм – 3 или 4 каркаса (предпочтительнее 4).

Каркасы конструируют с односторонним расположением на них рабочих стержней растянутой арматуры S в один или два ряда по высоте, два ряда по высоте предпочтительнее, поскольку позволяют в целях экономии арматуры обрывать стержни второго снизу ряда на приопорных участках в соответствии с уменьшением ординат эпюры изгибающих моментов.

Стержни продольной растянутой рабочей арматуры необходимо располагать на каркасах симметрично относительно вертикальной плоскости симметрии поперечного сечения.

При подборе диаметров стержней продольной рабочей арматуры S не следует допускать неоправданного завышения фактически принимаемой площади сечения ее A_s,real по сравнению с определенной по расчету площадью A_s. Желательно, чтобы A_s,real не превышала более, чем на 5%, расчетную площадь A_s, при этом обязательно учитывается шаг сортамента арматуры.

Следует стремиться принимать в сечении все стержни продольной рабочей арматуры одного диаметра, но для выполнения требований экономичности допустимо использовать и два разных диаметра, избегая при этом чрезмерной разницы между ними.

Ориентировочно может быть допущена следующая наибольшая разница в диаметрах продольных стержней рабочей арматуры в сечении балок:

4 мм – при диаметрах до 20 мм включительно;

6 мм – при диаметрах 22...28 мм;

8 мм – при диаметрах более 28 мм.

При расположении рабочих стержней на сварных каркасах в два ряда по высоте стержни более крупного диаметра следует размещать в нижнем ряду, ближайшем к растянутой грани балки.

При размещении стержней двух разных диаметров на разных каркасах по ширине сечения балки должны выполняться требования симметрии относительно вертикальной плоскости симметрии поперечного сечения балки.

В соответствии с указаниями п.5.16 [СП52-101-2003] для балок высотой h > 700 мм, при армировании сечений балок на крайних каркасах посередине расстояния между рабочим стержнем второго ряда и верхним конструктивным стержнем должны ставиться дополнительные конструктивные продольные стержни. Примеры установки таких стержней приведены на рис. 6.7.

При этом расстояния от дополнительной конструктивной продольной арматурой до верхней и нижней арматуры должно быть не более 400 мм.

Рисунок 6.7 – Примеры армирования балок при h > 700 мм.

Плиты

Различают плиты двух типов:

- балочные плиты, которые работают на изгиб в одном направлении;

- плиты, опертые по контуру, которые работают на изгиб в двух направлениях.

Однопролётная плита, опёртая по двум противоположным сторонам, является балочной плитой, изгибающейся в направлении пролёта плиты. Если плита опирается на четыре стороны, то при отношении размеров сторон > 2 её относят к балочным плитам, работающим на изгиб в направлении меньшей стороны, а при отношении размеров сторон ≤ 2 – к плитам, опёртым по контуру (рис. 6.8).

Рисунок 6.8. – Типы плит, работающих на изгиб: балочные плиты (вверху и внизу слева) и плиты, опёртые по контуру (внизу справа)

Монолитные плиты изготавливают из бетона класса не менее В15 толщиной 50-100 мм, кратно 10 мм.

Армируют плиты сварными сетками, которые укладывают так, чтобы стержни рабочей арматуры располагалась вдоль пролёта и воспринимали растягивающие усилия, возникающие в конструкции при изгибе под нагрузкой, в соответствии с эпюрами изгибающих моментов (рис 7, 8). Поэтому в однопролётных плитах сетки размещают понизу, а в многопролётных плитах – также и поверху, над промежуточными опорами (рис. 9). Стержни рабочей арматуры принимают диаметром 3-5 мм из стали класса В500 и диаметром 6-10 мм из стали класса А400 с шагом стержней 100-200 мм.

Рисунок 6.9 – Эпюра изгибающих моментов в многопролётной плите

Рисунок 6.10 – Армирование монолитной многопролётной плиты