Безбалкові перекриття

Безбалкові перекриття є різновидом плоских перекриттів і застосовуються в тих будинках і спорудах, де використовується регулярна сітка колон з квадратної чи близької до неї комірки з розмірами 4х4, 5х5, 6х6 м. Дані перекриття більш економічні за витратою матеріалів (включаючи загальну товщину перекриття), більш гігієнічні і являють собою естетичну привабливість для обслуговуючого персоналу. Тому дані перекриття використовуються найчастіше в харчовій промисловості, на підприємствах точного машинобудування, у складських приміщеннях, у

демонстраційних залах і виставкових павільйонах (рис.6.10).

Рис.6.10

У сучасній практиці будівництва можуть застосовуватися монолітні безбалкові перекриття, збірні й збірно-монолітні.

Монолітні безбалкові перекриття. Вони менш економічні, ніж збірні, але досить прості за формою і мають дуже гарну архітектурну виразність. Їх застосовують у спорудах, де вимагаються гладкі стелі: корпуси холодильників, м'ясокомбінатів, годинникової промисловості, складів, резервуарів та ін.

Основний принцип компонування безбалкового перекриття полягає в тому, що монолітна плита спирається безпосередньо на колони без додаткових ребер чи балок. Щоб не відбулося продавлювання плити над колоною, влаштовують спеціальні опорні подушки над колонами, які називаються капітелями.

Монолітні безбалкові перекриття мають наступні переваги перед монолітними балковими: менша будівельна висота; менша складність виконання робіт; відсутність на стелі виступаючих елементів ребер; велика економічність при тимчасовому корисному навантаженні на перекриття більше 10 кН/м².

Товщину монолітної плити приймають з умови її необхідної міцності в межах , де l₂ – довжина більшого прольоту, тобто товщина плити складає 120÷160 мм, в деяких випадках 200-240 мм. Клас бетону приймають В20÷В30.

Капітелі колон конструюють найчастіше у вигляді усіченої піраміди (рис.6.11, а, б, в) з кутом нахилу граней α = 45º, подвійної усіченої піраміди ламаного обрису й усіченої піраміди з надкапітельною плитою.

Розрахунок безбалкових монолітних перекриттів виконують за методом граничної рівноваги. Експериментально встановлено, що для безбалкової плити небезпечними завантаженнями є: смугове навантаження через проліт і суцільне навантаження по всій площі.

При смуговому навантаженні в граничній рівновазі утворюються три лінійних пластичних шарніри, що з'єднують диски в місцях зламу.

а	б	в
Рис.6.11 – Типи капітелей монолітних безбалкових перекриттів: а – усічена піраміда; б – подвійна усічена піраміда; в – з додатковою надкапітельною плитою

Для випадку зламу окремої смуги з утворенням двох жорстких дисків, з'єднаних трьома лінійними шарнірами, середню панель розраховують за умови, що сума опорного і прольотного моментів, сприйманих перерізом плити в пластичних шарнірах M_sup = R_sA_s1z_sup і M_l = R_sA_s2z_l, дорівнюють балковому моменту плити шириною l₂ і прольотом l₁– 2c₁, тобто в напрямку l₁:

.

(6.20)

Аналогічно записується рівняння й в іншому напрямку плити . У формулі (6.20) прийняті такі позначення: q – сумарне навантаження на 1м² плити; с₁ – відстань від опорних пластичних шарнірів до осі найближчих до них рядів колон у напрямку l₁; A_s1 – площа перерізу арматури в опорному пластичному шарнірі в межах однієї панелі; A_s2 – площа перерізу арматури в прольотному пластичному шарнірі в межах однієї панелі; z_sup і z_l – плече внутрішньої пари сил в опорному і прольотному пластичних шарнірах, z_sup » z_l » 0,9δ_пл.

При суцільному завантаженні безбалкового перекриття в середніх панелях виникають взаємно перпендикулярні й паралельні ряду колон лінійні пластичні шарніри з розвитком тріщин угорі; при цьому кожна панель поділяється пластичними шарнірами на чотири жорстких дисків, що обертаються навколо опорних лінійних пластичних шарнірів, осі яких розташовані в зоні капітелей під кутом 45º до рядів колон (рис.6.12).

Рис.6.12 – Утворення пластичних шарнірів у безбалковому перекритті при суцільному навантаженні

При суцільному навантаженні квадратної панелі, однаково армованої в обох напрямках (A_s = A_s1 = A_s2), умова міцності в пластичних шарнірах може бути записана в такий спосіб:

,

(6.21)

де с – катет прямокутного трикутника, що відламується від чверті панелі (с = 0,1l₁); при розрахунку середніх панелей рекомендується приймати θ_sup = 0,5÷0,67; θ_l = 0,33÷0,5; с/l у межах 0,08÷0,12.

При розрахунку крайніх панелей залежно від способу спирання безбалкової плити по контуру розглядають кілька можливих схем зламу.

Розміри й обриси капітелей повинні бути підібрані таким чином, щоб виключити продавлювання безбалкової плити по периметру капітелі. Для цього на будь-якій відстані х і відповідно y від осі колони повинна бути дотримана умова міцності (рис.6.13)

,
;	(6.22)
b = 4(x + y + h´0) ,	(6.21)

при квадратній капітелі x = y.

Монолітна безбалкова плита армується рулонними або плоскими звареними сітками. Прольотні моменти сприймаються сітками, покладеними знизу, а опорні моменти – сітками, покладеними зверху.

Рис.6.13

Застосовані для армування безбалкової плити вузькі сітки з поздовжньою робочою арматурою на ділянках, де розтягуючі зусилля виникають у двох напрямках, укладають у два шари по двох взаємно перпендикулярних напрямках (рис.6.14).

У зв'язку з тим, що в капітелях не виникає розтягуючих зусиль, їх армують конструктивно стержнями діаметром 8-10 мм, які встановлюють у кутах і посередині сторін й зв'язують по висоті трьома – чотирма горизонтальними хомутами Æ6 мм класу АI (А240С).

Збірні безбалкові перекриття застосовують при сітці колон 6х6 м і більше і корисних навантаженнях на перекриття 8÷10 кН/м². Це найбільш економічний тип безбалкових перекриттів.

Збірні безбалкові перекриття складаються зі збірних капітелей або капітельних плит, міжколонних плит і прольотних плит (рис.6.15).

Капітелі, що передають навантаження від плит на колони, можуть бути наскрізними, суцільними й плоскими пластинчатими. Розраховуються капітелі як консолі колон. Спираються вони на колони через спеціальні виступи або монтажні столики. На капітелі встановлюють міжколонні плити, що зв'язують колони в чотирьох взаємно перпендикулярних напрямках, забезпечуючи необхідну жорсткість будинку. Плити можуть бути ребристими, багатопорожнистими і суцільними. Розраховують міжколонні плити за нерозрізною схемою з урахуванням перерозподілу моментів і поперечних сил. Прольотні плити укладають безпосередньо на міжколонні. Вони завершують суцільність усього безбалкового перекриття. Ці плити розраховуються як плити, оперті по контуру з вільним спиранням граней.

Необхідна жорсткість конструкцій збірного перекриття забезпечується за допомогою зварювання арматурних випусків у плитах і капітелях або закладних деталей у стиках. Усі шви замонолічують бетоном класу В20-В25.

а нижні сітки	б верхні сітки
в
Рис.6.14 – Армування безбалкового перекриття вузькими сітками: а – план розкладки нижніх сіток; б – план розкладки верхніх сіток; в – армування капітелі

а б
Рис.6.15 – Конструкції збірних безбалкових перекриттів: а – план розкладки збірних плит; б – вузол спирання плит на капітель

Існує також практика застосування збірно-монолітного безбалкового перекриття. У цьому типі перекриття створюється спочатку опорна платформа зі збірних межколонных плит, капітелей і прольотних плит. Товщина цих плит незначна і складає 6-8 см. Потім на цю платформу укладають шар монолітного бетону товщиною 5-6 см з армуванням надопорних зон додатковими сітками. Загальна витрата бетону й арматури у цьому випадку збільшується, однак жорсткість усього перекриття істотно зростає.

Слід зазначити, що до розряду плоских залізобетонних перекриттів відноситься дуже велика група збірних залізобетонних ригельно-балкових систем. Принцип компонування таких перекриттів полягає в тому, що по балках чи ригелях рам укладаються збірні залізобетонні багатопорожнисті або ребристі плити. Різновид таких плит дуже великий. У цьому випадку плити розраховують як прості однопрольотні розрізні балки. Поперечний переріз таких плит модифікується в таврові перерізи і підбір арматури виконують для них як для таврових перерізів з полицею у стиснутій зоні. Опорні ригелі або балки, на які спираються плити, розглядаються як розрізні чи нерозрізні балки залежно від способу з'єднання їх з колонами або несучими стінами певних будівель чи споруд.

Заслуговує на увагу і розповсюджений останнім часом тип плоских перекриттів, застосовуваний у монолітному бескаркасному пластинчатому будівництві. У цьому разі товщина плит складає 140-160 мм, спираються ці плити на монолітні поздовжні й поперечні стіни. Розраховують такі плити в загальній системі просторової площинної конструкції, армування їх здійснюють найчастіше як контурних плит (див. рис.7.4). Такі перекриття переважно виготовляють в так званій тунельній опалубці.

Слід відзначити, що поряд з цими перекриттями зустрічаються, особливо в країнах Близького Сходу, перекриття з використанням бетонних чи керамічних вкладишів і замонолічення цих елементів у загальну систему перекриття. Несучі головні перехресні балки в цьому разі виконуються висотою перерізу 250-300 мм, шириною 600, 800, 1000 мм. Утворюється безригельний каркас, що дозволяє одержувати плоскі стелі на великій площі приміщень.

Контрольні запитання для самоперевірки

1. Яка існує класифікація плоских перекриттів?

2. Охарактеризуйте особливості балкових перекриттів з балковими плитами і контурними.

3. Послідовність розрахунку елементів монолітного балкового ребристого перекриття (монолітної плити, другорядної балки, головної балки).

4. Що таке огинаюча епюра моментів?

5. Як виконується армування монолітної плити, другорядної балки, головної балки та їх з’єднань?

6. Які бувають типи безбалкових перекриттів?

7. Особливості розрахунку монолітних безбалкових перекриттів.

8. Особливості конструювання і розрахунку збірних безбалкових перекриттів.

9. Як проектують ригельно-балкові збірні перекриття?

Р О ЗД І Л 7
ЗАГАЛЬНІ ПРИНЦИПИ ПРОЕКТУВАННЯ ЖИТЛОВИХ,