Принципы компоновки жбк зданий.

Конструкции промышленных и гражданских зданий состоят из отдельных элементов, связанных в единую систему. Отдельные элементы зданий — плиты и балки перекрытий, колонны, стены и др. — должны обладать прочностью и устойчивостью, достаточной жесткостью, трещиностойкостью и участвовать в общей работе здания. Конструктивные схемы зданий, удовлетворяющие требованиям, могут быть каркасными и па­нельными (бескаркасными), многоэтажными и одно­этажными Каркас многоэтажного здания образуют ос­новные вертикальные и горизонтальные элементы—колонны и ригели. Каркас одноэтажного зда­ния образуют колонны, заделанные в фундамент, и ри­гели, шарнирно или жестко соединенные с колоннами. Железобетонные конструкции при всех возможных конструктивных схемах зданий должны быть индустри­альными и экономичными.

С изменением температуры железобетонные конст­рукции деформируются — укорачиваются или удлиня­ются; вследствие усадки бетона — укорачиваются. При неравномерной осадке основания части конструкций взаимно смещаются в вертикальном направлении. В большинстве случаев железобетонные конструкции представляют собой статически неопределимые системы и поэтому от изменения температуры, усадки бетона, а также от неравномерной осадки фундаментов в них возникают дополнительные усилия, что может привести к появлению трещин или к разрушению части конструк­ции. Чтобы уменьшить усилия от температуры и усадки, железобетонные конструкции делят по длине и ширине температурно-усадочными швами на отдельные части — деформационные блоки. Температурно-усадочные швы выполняют в назем­ной части здания—от кровли до верха фундамента, разделяя при этом перекрытия и стены. Осадочные швы, служащие одновременно и темпе­ратурно-усадочными, устраивают между частями зданий разной высоты или в зданиях, возводимых на участке с разнородными грунтами; такими швами делят и фун­даменты. Осадочные швы устраивают с помощью вкладного пролета из плит и балок. Осадочный шов служит одновре­менно и температурно-усадочным швом здания.

2. Типизация и унификация и укрупнение сборных жбк.

Типизация элементов - для каж­дого конструктивного элемента здания отбирают наи­более рациональный, проверенный на практике, тип конструкции с наилучшими по сравнению с другими ре­шениями технико-экономическими показателями. Выбранный таким образом тип элемента принимают для массового изготовления.

В результате работы по типизации составлены ката­логи сборных железобетонных элементов, которыми ру­ководствуются при проектировании различных зданий.

Унификация. Чтобы одни и те же типовые элементы можно было широко применять в различных зданиях, расстояние между колоннами в плане, (сетку колонн) и высоту этажей унифицируют, т.е. приводят к ограниченному числу размеров. Основой унификации служит единая модульная система. Предусмотрено три категории размеров типовых эле­ментов. зданий: номинальные, конструктивные и натур­ные. Номинальные размеры—расстояния между разбивочными осями здания в плане. Натурные размеры элемента — фактические раз­меры, которые в зависимости от точности изготовления могут отличаться от конструктивных размеров на неко­торую величину, называемую допуском (3...10 мм). Конструктивные размеры отличаются от номи­нальных на размер швов и зазоров.

Укрупнение элементов. Сборные железобетонные элементы конструкций зда­ний в процессе проектирования необходимо укрупнять. При монтаже зданий из укрупненных элементов сокра­щается число монтажных операций по их подъему и установке, уменьшается число стыковых сопряжений, выполняемых во время монтажа, повышается степень заводской готовности элементов, а следовательно, умень­шается объем отделочных работ на площадке.

Поскольку степень укрупнения элементов в некото­рых случаях ограничивается предельно допустимой их массой, целесообразно создавать конструкции с облег­ченной формой сечения, тонкостенные, пустотные и т. п., применять бетон высокого класса и высокопрочную ар­матуру. Рационально проектировать конструкции из бе­тонов на легких заполнителях.

3. Технологичность сборных элементов. Изменение их расчетной схемы. Технологичными называют элементы, конструкция которых допускает их массовое изготовление на заводе или полигоне с использованием высокопроизводитель­ных машин и механизмов без трудоемких ручных опе­раций, т.е. конструкция технологичных элементов дол­жна быть увязана с технологией их изготовления. Не менее важно для технологичности изготовления элементов соответствующее конструирование арматуры и стальных закладных деталей.

Сборные элементы должны быть технологичными также и при монтаже; необходимо, чтобы их конструк­ция допускала удобную установку, закрепление в про­ектном положении и быстрое освобождение крюка мон­тажного крана. Конструкции стыков сборных элементов проектируют с учетом обеспечения их прочности, а также требований технологичности монтажа. Объем монтажной сварки должен быть сравнительно небольшим, работы по замоноличиванию стыков — не трудоемкими.

В элементах сборных железобетонных конструкций необходимо предусматривать устройства для их подъема при транспортировании и монтаже — монтажные петли, специальные строповочные отверстия и т. п.

Элементы сборных конструкций при подъеме, транс­портировании и монтаже испытывают нагрузку от соб­ственного веса; при этом расчетные схемы элементов могут существенно отличаться от расчетных схем их в проектном положении. Элементы следует рассчитывать на нагрузку от веса элемента, вводя коэффициент динамичности. Элементы с сечениями значительной высоты и отно­сительно малой ширины транспортируют обычно в рабочем положении — «на ребро», поскольку их несущая способ­ность в горизонтальном положении мала и перечислен­ные меры по изменению расчетной схемы на монтаже не эффективны.

При проектировании сборных железобетонных кон­струкций необходимо:

- устанавливать помимо класса бетона отпускную прочность элементов заводского изготовления, т. е. кубиковую прочность бетона, при которой допускается транспортирование и монтаж элементов;

- предусматривать конструктивные меры, чтобы обес­печить устойчивость отдельных элементов и всего зда­ния в процессе монтажа, а также выполнение ряда тре­бований охраны труда.

4. Стыки и концевые участки. Сборные конструкции зданий, смонтированные из отдельных элементов, работают совместно под нагруз­кой благодаря стыкам и соединениям, обеспечивающим их надежную связь. Стыки и соединения сборных кон­струкций классифицируют по функциональному призна­ку и расчетно-конструктивному. По функциональному признаку различают: стыки ко­лонн с фундаментами, колонн друг с другом, ригелей с колоннами; узлы опирания подкрановых балок, ферм, балок покрытий на колонны; узлы опирания панелей на ригели и т. п. По расчетно-конструктивному признаку различают стыки: испытывающие сжатие, испытывающие растяжения, работающие на изгиб с попереч­ной силой, и т. п.

В стыках усилия от одного элемента к другому пе­редаются через соединяемую сваркой рабочую армату­ру, металлические закладные детали, бетон замоноличивания. Правильно запроектированный стык под дейст­вием расчетных нагрузок должен обладать прочностью и жесткостью, неизменяемостью взаимного положения соединяемых элементов. Концевые участки сжатых соединяемых элементов усиливают попереч­ными сетками косвенного армирования.

В сборных предварительно напряженных элементах необходимо предусматривать местное усиление конце­вых участков против образования продольных раскалывающих трещин при отпуске натяжения арматуры. Стыки растянутых элементов выполняют, сваривая выпуски арматуры или стальных закладных деталей, а в предварительно напряженных конструкциях — про­пуская через каналы или пазы элементов пучки, кана­ты или стержни арматуры с последующим натяжением. В стыках сварку основных рабочих швов выполняют в нижнем и вертикальном положении. При наложении сварных швов в соединяемой арматуре и стальных за­кладных деталях развивается местная высокая темпе­ратура и, следовательно, нагревается окружающий бе­тон.

5. Классификация плоских перекрытий.Железобетонные плоские перекрытия — наиболее распространенные конструкции в промышленных и гражданских зданиях и сооружениях.

По конструктивной схеме железобетонные перекры­тия могут быть разделены на две основные группы: балочные и безбалочные.

Балочными называют перекры­тия, в которых балки работают совместно с опирающи­мися иа них плитами перекрытий. В безбалочных пере­крытиях плита опирается непосредственно на колонны с уширениями, называемыми капителями.

Классифицируют по конструктивным признакам следующим образом: балочные сборные; ребристые монолитные с балочными плитами; ребристые монолитные с плитами, опертыми по кон­туру; балочные сборно-монолитные; безбалочные сборные; безбалочные монолитные; безбалочные сборно-монолитные. В строительстве, как правило, применяют сборные перекрытия, отличающиеся высокой индустриальностью.

Тип конструкции перекрытия выбирают в каждом случае по экономическим соображениям в зависимости от назначения здания, действующих нагрузок, местных условий и др.

6. Сборные балочные перекрытия.

В состав конструкции балочного панельного сборно­го перекрытия входят плиты и поддерживающие их балки, называемые ригелями, или главными балками. Ригели опираются на колонны и стены; их направление может быть продольным (вдоль здания) или поперечным. Ригели вместе с колонна­ми образуют рамы.

Компоновка конструктивной схемы перекрытия за­ключается в выборе направления ригелей, установлении их шага, размеров пролета, типа и размеров плит пере­крытий. При этом учитывают: временную нагрузку, назначение здания, архитектур­но-планировочное решение; общую компоновку конструкции всего здания; технико-экономические показатели конструкции пе­рекрытия.

При проектировании разрабатывают несколько ва­риантов конструктивных схем перекрытия и на основа­нии сравнения выбирают наиболее экономичную.

7. Проектирование сборных плит перекрытий.

Плиты перекрытий опираются на ригели, работая на изгиб, и для уменьшения расхода материалов проек­тируются облегченными — пустотными или ребристыми. По форме поперечного сечения пустотные плиты бы­вают с овальными, круглыми и вертикальными пустота­ми, ребристые — с ребрами вверх, с ребрами вниз, сплошные. Общий принцип проектирования плит перекрытий любой формы поперечного сечения состоит в удалении возможно большего объема бетона из растянутой зоны ссохранением вертикальных ребер, обеспечивающих прочность элемента по наклонному сечению, в увязке стехнологическими возможностями завода-изготови­теля. Наиболее экономичны по расходу бетона плиты с овальными пустотами

Однако при изготовлении панелей с овальными пустотами на заводах возникают технологические трудности, по­этому в качестве типовых приняты сборные плиты с круглыми пустотами.

8. Сущность расчета статически неопределимых желе­зобетонных конструкций с учетом перераспределения усилий

Сущность расчета статически неопределимых желе­зобетонных конструкций с учетом перераспределения усилий заключается в следующем. При некотором зна­чении нагрузки напряжения в растянутой арматуре из мягкой стали достигают предела текучести. С развити­ем в арматуре пластических деформаций (текучести) в железобетонной конструкции возникает участок боль­ших местных деформаций, называемый пластическим шарниром. В статически неопределимой конст­рукции, в балке, защемленной на опорах, с появлением пластического шарнира повороту частей балки, развитию прогиба системы и увеличению напря­жений в сжатой зоне препятствуют лишние связи, поэтому при дальнейшем увели­чении нагрузки, разрушение в пластическом шарнире не произойдет до тех пор, пока не появятся новые пласти­ческие шарниры и не выключатся лишние связи. В ста­тически неопределимой системе возникновение пласти­ческого шарнира равносильно выключению лишней связи и снижению на одну степень статической неопредели­мости системы. Для рассмотренной балки с двумя за­щемленными концами возникновение первого пластиче­ского шарнира превращает ее в систему, один раз ста­тически неопределимую; потеря геометрической неизме­няемости может наступить лишь с образованием трех пластических шарниров—на обеих опорах и в пролете.

В статически неопределимой конструкции после по­явления пластического шарнира при дальнейшем уве­личении нагрузки происходит перераспределение изги­бающих моментов между отдельными сечениями. При этом деформации в пластическом шарнире нарастают, но значение изгибающего момента остается прежним: M=RsAszb.

9. Статический способ. Пролетный момент M_t = М₀ - М_А*(b / l) - М_B*(а / l).

Отсюда уравнение равновесия:

М_t + М_А*(Ь/1) + М_B(а/1) = М₀,

где M₀=Fab/l — момент статически определимой свободно лежащей балки/

Из уравнения следует, что сумма пролетного момента в сечении и долей опорных моментов, равна моменту простой бал­ки М₀. Кроме того, из уравнения вытекает, что несущая способность статически неопределимой конст­рукции не зависит от соотношения значений опорных и пролетного моментов и не зависит от последователь­ности образования пластических шарниров. Последова­тельность эта может быть назначена произвольно, необ­ходимо лишь соблюдать уравнение равновесия. Однако изменение соотношения моментов4 в сечениях меняет значение нагрузки, вызывающей образование первого и последнего пластических шарниров, а также меняет ширину раскрытия трещин в первом пластическом шар­нире.

Кинематический способ. Балку в предельном равно­весии рассматривают как систему жестких звеньев, со­единенных друг с другом в местах излома пластически­ми шарнирами. Если перемещение балки под действием силы F равно f, то углы поворота звеньев

Виртуальная работа внутренних усилий - изгибающих моментов в пластических шарнирах

Уравнение виртуальных работ

A_F= А_М

или

откуда расчетная предельная сила

10. Расчет и конструирование сборного неразрезного ригеля. Эпюра материалов.

Ригель многопролетного перекрытия представляет собой элемент рамной конст­рукции. При свободном опирании концов ригеля на на­ружные стены и равных пролетах его рассчитывают как неразрезную балку. Для неразрезных балок упрощенный способ учета перераспределения усилий такого рода состоит в сле­дующем. Опорные моменты вычисляют как в упругой системе и умножают на поправочные коэффициенты, оценивающие неодинаковую жесткость опорных и про­летных сечений. Далее по исправленным опорным мо­ментам обычным путем вычисляют пролетные моменты. Поперечное сечение ригеля может быть прямоугольным, тавровым с полками вверху, тавровым с полками внизу

Стыки ригелей обычно размещают непосредственно у боковой грани колонны. В стыковых соединени­ях ригель может опираться на железобетонную консоль колонны или же на опорный столик из уголков, выпущен­ных из колонны. В верхней части стыка выпуски арматуры из колонны и ригеля соединяют вставкой арматуры на ванной сварке. Ригель армируют обычно двумя плоскими сварными каркасами. Пло­щадь растянутых стержней каркасов и их число устанав­ливают при подборе сечений по изгибающим моментам в расчетных сечениях на опоре и в пролете.