Безбалочные перекрытия

● Особенностью безбалочных перекрытий является непосредственное опирание плит на капители колонн (рис. 9.10, а, б). Капители создают жесткое сопряжение перекрытия с колоннами в системе каркаса здания, увеличивают прочность плиты на излом и обеспечивают плиту продавливания. В таких перекрытиях вследствие отсутствия выступающих ребер лучше используется объем помещения, уменьшается строительная высота здания, сокращается объем стеновых материалов, улучшается освещенность и проветриваемость помещений. Вследствие этого безбалочные перекрытия широко применяют для многоэтажных складов, холодильников, мясокомбинатов, гаражей. Они экономичны в зданиях с большими временными нагрузками (v>10 кН/м²) и квадратной сеткой колонн.

Рис. 9.10. Безбалочные перекрытия:

1 — капитель; 2 — надколонная плита; 3 — пролетная плита

Безбалочные перекрытия бывают сборные, монолитные и сборно-монолитные.

■ Сборные безбалочные перекрытия. Эти перекрытия применяют при сетке колонн 6×6, 6×9, 9×9 м. Они состоят из капителей, надколонных и пролетных панелей. Капители опираются на уширения колонн, соединяются с ними шпонками (см. рис. 9.10, б) и воспринимают нагрузку от надколонных панелей, идущих в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Панели соединяются с капителью сваркой закладных деталей и, таким образом, превращаются в неразрезную систему. Пролетная панель опирается на полки надколонных панелей и работает как плита, опертая по контуру. Классы бетона панелей В25 и В30, колонн и капителей В15...В50. Рабочая арматура из стали класса А-III.

К сборным безбалочным перекрытиям относят также бескапительные перекрытия, возводимые методом подъема этажей. Работа по возведению таких перекрытий производится в следующем порядке. Вначале устраивают фундаменты, устанавливают железобетонные колонны на высоту яруса (ярус до 15 м), устраивают подготовку пола 1-го этажа, по выровненной поверхности подготовки бетонируют одну над другой пакет железобетонных плит перекрытия, нанося между ними разделяющие слои, препятствующие сцеплению слоев бетона. В местах, где колонны пересекают перекрытия, устраивают отверстия, усиленные стальными закладными деталями — воротниками, предназначенными для увеличения прочности и жесткости плит на излом и продавливание. Подъем перекрытия на проектные отметки производят с помощью системы гидродомкратов, установленных на колоннах, после чего осуществляют их закрепление.

■ Монолитные безбалочные перекрытия. Они представляют собой гладкую плиту, опертую через капители на колонны. Толщину плиты назначают из условия достаточной ее жесткости h= (1/32...1/35)l₂, где l₂ — размер большего пролета плиты. Монолитную безбалочную плиту армируют рулонными или плоскими сварными сетками, укладываемыми над колоннами и в пролетах. Над колоннами стержни укладывают поверху в двух направлениях, в середине плиты — понизу в двух направлениях. В пересечениях надколонных и пролетных полос необходима установка как нижней (рис. 9.10, г), так и верхней рабочей арматуры (рис. 9.10, е). Вблизи колонн верхние сетки раздвигаются, либо в сетках устраивают отверстия с установкой дополнительных стержней, компенсирующих прерванную арматуру. Капители армируют конструктивно, по углам ставят стержни диаметром 8...10 мм и охватывают их горизонтальными хомутами.

■ Сборно-монолитные безбалочные перекрытия. Такие перекрытия работают подобно монолитным, однако для их возведения не требуется устройства поддерживающих лесов и опалубки, что повышает индустриальность их возведения. Эти перекрытия укладывают по сборным панелям, надколонным и пролетным панелям.

Поскольку безбалочные перекрытия жестко соединены с колоннами и работают с ними совместно, расчет их производят как элементов рам с жесткими узлами, расположенных в двух взаимно перпендикулярных направлениях. В сборном варианте такие рамы образуются колоннами, капителями и надколонными плитами, в монолитном — колоннами и полосой перекрытия, равной по ширине расстоянию между серединами двух пролетов, примыкающих к соответствующему ряду колонн.

Раму вначале рассчитывают на невыгоднейшие комбинации постоянных и временных нагрузок как упругую систему с учетом переменной жесткости по длине элементов. Затем строят объемлющую эпюру моментов и производят перераспределение усилий с учетом допущения пластических деформаций [12]. Кроме того, предусматривают расчет на продавливание плиты по периметру капители, а также расчет на излом панелей вдоль и поперек перекрытия.

Расчет сборного перекрытия на продавливание производят в сечениях, где очертание капители образует входящие углы или изменяется толщина плиты. Предполагается, что продавливание происходит по боковой поверхности пирамиды, боковые грани которой наклонены под углом 45° к горизонту. Прочность перекрытия будет обеспечена при соблюдении условия (6.3).

Расчет плиты безбалочного перекрытия на излом производят методом предельного равновесия. Экспериментальные исследования показали, что наиболее опасными загружениями являются: полосовая нагрузка через пролет и сплошная по всей площади.

При полосовом загружении в перекрытии образуются три линейных шарнира пластичности (рис. 9.10, д). Два верхних располагаются на расстоянии а = (0,08...0,12)l₁ от осей колонн, нижний — в середине пролета. Изгибающие моменты, воспринимаемые на длине l₂ верхним и нижним пластическими шарнирами, равны: M₁ = R_sA_s1z₁; M₂ = R_sA_s2z₂, где z₁ и z₂ — плечи внутренней пары в опорном и пролетном сечениях. Используя условие (9.13), при одинаковом армировании обоих опорных сечений получим

где A_s1 (A_s2) — площадь арматуры в опорном (пролетном) пластическом шарнире в пределах одной панели.

При сплошном загружении безбалочного перекрытия каждая панель разделяется пластическими шарнирами на четыре звена, поворачивающихся вокруг опорных линейных пластических шарниров, оси которых расположены в зоне капителей, обычно под углом 45° к рядам колонн (рис. 9.10, е).

Расчетное уравнение для квадратной панели

где a₁ — катет прямоугольного треугольника, отламывающегося от колонны, a₁ = (0,08...0,12)l.

Задаваясь соотношением площадей опорной A_s1 и пролетной A_s2 арматуры [12], получают в уравнениях (9.27) и (9.28) только по одному неизвестному.

Расчет сборных безбалочных перекрытий допускается приближенным методом. В этом случае надколонные панели рассматривают как неразрезные балки, соединенные с капителями, пролетные панели — как плиты, опертые по контуру. Изгибающий момент в пролетной квадратной плите, учитывая частичное защемление в контурных ребрах:

где q — нагрузка на 1 м² плиты, q=g+v.

Опорные и пролетные моменты надколонных панелей определяют как для неразрезных балок с учетом перераспределения усилий:

где q — равномерно распределенная приведенная нагрузка на 1 м длины надколонной панели; l₀ — расчетный пролет панели, принимаемый равным расстоянию в свету между краями капителей, умноженному на 1,05.

Капители рассчитывают в обоих направлениях как консоли на нагрузку от опорных реакций и моментов надколонных плит. Рабочую арматуру укладывают по верху капители, стенки капители армируют конструктивно.