Конструктивные решения сборных часторебристых, многопустотных и монолитных кессонных перекрытий

К недостаткам строительных конструкций, выполняемых из железобетона, относится их значительный собственный вес. Одним из методов облегчения веса железобетонных конструкций, в том числе плит перекрытий, является устройство пустот в поперечном сечении строительных конструкций. Это существенно уменьшает расход материалов, прежде всего бетона. Наличие пустот приводит также к повышению звукоизолирующих свойств перекрытий. При использовании пустотных плит уменьшается величина вертикальной нагрузки на колонны, стены и фундамент зданий.

На рис. 1.28 показаны варианты конструктивного решения часторебристых перекрытий, которые применялись при строительстве зданий вплоть до начала широкого распространения в стране сборного железобетона в пятидесятых годах прошлого столетия [16]. Впоследствии такие перекрытия выполнялись только при проведении реконструкции зданий [17].

несъемный

бклодыи/

Конструктивные решения часторебристого перекрытия

Рис. 1.28. Конструктивные решения часторебристого перекрытия: а — с устройством пустот в теле конструкций с применением несъемных опалубочных ящиков; б — с расположением внутри плиты перекрытия облегченных вкладышей; в — монолитное часторебристое перекрытие; г — сборное часторебристое перекрытие

На рис. 1.29 представлена схема армирования сборной железобетонной многопустотной плиты перекрытия марки ПК60.12-4А800. Плита имеет круглые пустоты диаметром 159 мм (при шаге пустот — 185 мм), толщину 220 мм и предварительно напрягаемую арматуру. В настоящее время плиты выпускаются массово предприятиями стройиндустрии.

  • 1325 __________№5_________ 1325_
  • 1190

Рис. 1.29. Поперечное сечение и схема армирования многопустотной железобетонной плиты перекрытия (ГОСТ 9561-91)

Сборные многопустотные плиты перекрытия применяются в тех случаях, когда опорные балки или стены здания расположены параллельно друг другу в одном направлении.

Кессонные пустотные плиты перекрытия работают в двух направлениях. Они включают в себя взаимно пересекающиеся пустоты. Кессонные пустотные плиты для перекрытий монолитных зданий стали применяться сравнительно недавно. Вместе с тем в строительстве накоплен большой опыт применения монолитных кессонных балочных перекрытий [18].

На рис. 1.30 показан общий вид и схема армирования монолитного кессонного балочного перекрытия, опертого на стену и перекрывающего помещение с размерами I х I = 10 х 10 м. Высота балок, идущих в двух направлениях, для перекрытия, квадратного в плане, принята одинаковой (500 мм). Для кессонного перекрытия высота балок должна составлять не менее 1/20 пролета. Шаг балок назначается 1...2 м. В представленном на рис. 1.30 примере шаг балок а = 2 м. Толщина плит кессонного перекрытия принята 60 мм. Балки перекрытия армируются объемными каркасами, плита — сетками.

Крайние балки (Б1) монолитного кессонного балочного перекрытия имеют меньшие прогибы и испытывают меньшие изгибающие моменты, чем средние балки (Б2). При этом, если полагать, что изгибающий момент в балке, отстоящей от края перекрытия на расстоянии х, пропорционален ее прогибу, то изгибающие моменты в крайней и средней балках перекрытия можно вычислить через коэффициенты кл и к^.

2QX) 2ОХ 2®0 2000 2000

Общий вид и схема армирования монолитного кессонного балочного перекрытия

Рис. 1.30. Общий вид и схема армирования монолитного кессонного балочного перекрытия:

1 и 2 — каркасы балок; 3 — нижние сетки плиты; 4 — верхние сетки плиты

Изгибающие моменты для балок, расположенных в середине перекрытия, при расстоянии между балками а и Ь, в этом случае определяются по формулам:

(1.47)

м2 = ±О!0_, 8

(1.48)

где q, — составляющие полной нагрузки q = q + q2 на один квад

ратный метр перекрытия, предаваемые в двух направлениях.

Составляющие полной нагрузки q и q2 определяются из условия, что прогиб одной и той же точки двух взаимно перпендикулярных полос перекрытия должен быть одинаковым. Для средней точки полос единичной ширины:

* 5 q,l, 5

f ----х-Ш- =---х-^-. (1.49)

т 384 Е1{ 384 Е12

Если /і = 12, то qih4= qili- Решая последнее уравнение совместно с уравнением для полной нагрузки q, получим:

Зі=з 4 /4; (1.50)

/| I

(1-51)

Боковые балки имеют меньшие прогибы и испытывают действие меньших изгибающих моментов. Если приближенно считать, что изгибающий момент, отстоящий от края перекрытия на расстояние х до балки пропорционален ее прогибу, то Міх = ?іМь М- = к2М2, где к и к2коэффициенты, которые вычисляются через определение прогиба следующим образом.

Если обозначить:

а,.=^, (1.52)

то прогиб определяется по следующей формуле:

/=y(ai-2al3+a,4)/m=V„- d-53)

Отсюда

ki =—(а,. - 2а/ + а 4 ). (1-54)

' 5

Если по осям симметрии плана перекрытия балок нет, то изгибающие моменты вычисляются для условных балок, расположенных по осям симметрии.

В качестве примера рассмотрим монолитное кессонное перекрытие со следующими исходными данными:

  • • прикрываемая площадь — 10 х 10 м;
  • • расчетная длина балок перекрытия = /2 = 10,3 м (расчетная длина определяется между серединами площадок опирания балок на стены);
  • • расстояние от края перекрытия до балки Б1 - = 2,15 м, до бал

ки Б2 - х2 = 4,15 м, соответственно а і = 2,15/10,3 = 0,21, а2 = 4,15/ /10,3 = 0,403;

• коэффициенты пропорциональности — к = 0,62; Аэ=0,96.

В табл. 1.6 сведено определение нагрузок на один квадратный метр монолитного кессонного балочного перекрытия и на один квадратный метр плиты кессонного перекрытия. Нагрузки определены в соответствии с [19] для жилого здания 2-го уровня ответственности [20].

Таблица 1.6

Сбор нагрузок на кессонное балочное перекрытие и плиту кессонного перекрытия

п/п

Наименование и значение нагрузки, кН/м2

Нормативное значение

V/

Расчетное значение

1

Постоянная Pd:

1.1

пол — 0,24

0,24

1,2

0,29

1.2

плита (7,0 см) — 1,68

1,68

1,1

1,84

1.3

перекрытие

  • (приведенная толщина — 13,6 см) —
  • 3,26

3,26

1,1

3,59

2

Временная на перекрытие квартир жилых зданий Pt 1,5

1,5

1,3

1,95

Всего (Л/+ Pd)’ на перекрытие —

5,80

на плиту —

4,08

Расчетное значение полной нагрузки на монолитное кессонное перекрытие q = 5,80 кН/м2.

qi=q2 = 0,5^ = 2,9 кН/м2; (1.55)

М м2 = 2>9х2х10>32 = 7692 кНм; (1.56)

1 2 8

Qx = <2, = 29х2х103 = 29,87 кНм. (1.57)

Для балки Б1 — М = Ш = 0,62 х 76,92 = 47,69 кНм; Q = 0,62 х 29,87 = = 18,52 кН. Для балки Б2 — М = Л2М, = 0,96 х 76,92 = 73,84 кНм; Q = 0,96 х 29,87 = 28,68 кН.

Как показано на рис. 1.30 кессонное перекрытие включает в себя опорные балки и плиту, которую можно разделить на более мелкие плиты марок Ш, П2, ПЗ. Эти плиты работают на изгиб из плоскости в двух направлениях. При этом средние плиты П1 жестко закреплены по контуру в балки-ребра перекрытия. Крайние плиты П2 и ПЗ жестко сопряжены с балками и шарнирно —- со стенами. Кроме того, плиты П1.. .ПЗ отличаются размерами.

Максимальные значения пролетных и опорных изгибающих моментов по обоим направлениям в плитах марок Ш, П2, ПЗ можно определить, пользуясь справочными коэффициентами, например, приведенными в [21]. Значение коэффициентов определяются по таблицам с

12 учетом различных случаев опирания плит и отношения сторон — (/2 и

А

/і — расчетные длины, соответственно, длинной и короткой сторон плиты).

После выполнения статического расчета монолитного кессонного балочного перекрытия по алгоритмам расчета изгибаемых железобетонных элементов [4, 12] выполняется подбор рабочей арматуры конструктивных элементов перекрытия.

Балки-ребра монолитного кессонного перекрытия марок Б1 и Б2 армируются объемными каркасами, соответственно поз. 1 и поз. 2 на рис. 1.30. Плита перекрытия армируется сетками, расположенными у нижней и верхней граней плиты (поз. 3 и поз. 4 на рис. 1.30).

При моделировании монолитного кессонного балочного перекрытия с использованием программного комплекса «ЛИРА» имеет место следующая последовательность действий (см. рис. 1.31). Сначала указывается признак расчетной схемы (признак 5). Затем в диалоговом окне команды «Создание плоских фрагментов и сетей» генерируется плоская плита с разбивкой на конечные элементы (рекомендуемый шаг разбивки 0,5 м). Для моделирования балок в диалоговом окне «Добавить элемент» выбирается стержень (должны быть установлены флажки «Указать узлы курсором» и «Учитывать промежуточные узлы») и с шагом 2 м на плане плиты прокладываются стержни-балки в продольном и поперечном направлениях. При таком построении совпадут центры тяжести поперечных сечений плиты и стержня-балки, однако в монолитном балочном перекрытии должны совпадать верхние грани плиты и балок, поэтому балки-стержни в расчетной схеме перекрытия опускаются вниз с использованием команды «Жесткие вставки стержней» На рис. 1.31 приведена расчетная модель в ЗИ-графике.

В [18] показано, что результаты компьютерного расчета монолитного кессонного балочного перекрытия, выполненного с использованием программного комплекса «ЛИРА», несколько отличаются от расчета, выполненного по аналитической методике.

Компьютерные модели

Рис. 1.31. Компьютерные модели:

а — монолитного кессонного балочного перекрытия; б— пустотной кессонной плиты перекрытия

В [22] приведен обзор конструктивных решений современных пустотных плит перекрытий, в том числе кессонного типа. Для устройства кессонных пустотных плит перекрытий в настоящее время применяются различные технологии, в том числе швейцарская технология Cohiax, при реализации которой в возводимую плиту перекрытия интегрируются шарообразные пустотелые пластиковые модули (тип Есо-Ыпе) или плоские пустотелые пластиковые модули (тип Slim-Line).

Первый тип пластиковых модулей предназначен для перекрытий толщиной 300...600 мм, второй — для перекрытий толщиной

  • 200.. .350 мм (рис. 1.32, а). Модули обоих типов сопрягаются с каркасом из арматурной проволоки диаметром 3...5 мм (рис. 1.32, б, в). В результате применения таких технологий достигается облегчение веса перекрытий почти на 30 %. При этом пролет перекрытия может составлять
  • 12.. .18 м.
Поперечные сечения плит кессонного пустотного перекрытия

Рис. 1.32. Поперечные сечения плит кессонного пустотного перекрытия: а — с пустотелыми пластиковыми модулями; б, в — шарообразные и плоские модули для устройства полостей в плите по технологии Cobiax; г — с облегченными вкладышами из пенополистерола

В качестве другого варианта конструктивного решения кессонных плит перекрытий можно рассмотреть применение вкладышей из легких материалов: пенополистирола, минеральной ваты и др., расположенных внутри плиты. В качестве примера можно привести конструктивное решение облегченного монолитного перекрытия в здании колонной конструктивной системы с сеткой колонн 8,6 х 8,6 м. Перекрытие включает в себя сплошные надколонные полосы шириной 1,4 м, армированные плоскими каркасами с шагом 220 мм, а также облегченные участки плиты размером 7,2 х 7,2 м, расположенные между полосами.

Для образования пустот перекрытия применяются пенополистирольные вкладыши. Ребра кессонной плиты перекрытия армируются плоским каркасом. Сетки армирования располагаются у верхней и нижней граней плиты. Толщина кессонной пустотной плиты перекрытия составляет 320 мм (рис. 1.32, г).

Для выработки подходов к проектированию монолитных пустотных кессонных плит перекрытий исследователями было предпринято экспериментальное изучение характера трещинообразования, развития деформаций и разрушения плит. Исследовалась также работа пустотных кессонных плит на сдвиг, при одновременном действии изгибающего и крутящего моментов. При этом выполнялся сравнительный анализ распределения напряжений в сплошных и пустотных кессонных плитах, сравнивались результаты экспериментов и компьютерного моделирования, рассматривались различные условия опирания плит.

Компьютерную модель пустотной кессонной плиты перекрытия в программном комплексе «ЛИРА» (рис. 1.31) можно построить на прямоугольной сети, расположенной в плоскости XOY. На сети прокладываются перекрестные стержни-балки кессонного перекрытия. Стержнями-балками являются повторяющиеся фрагменты поперечного сечения пустотной кессонной плиты (рис. 1.32, а, г). При задании жесткости поперечное сечение стержней может быть выбрано из стандартного набора. Нестандартное поперечное сечение может быть построено в программе «Конструктор сечений» программного комплекса «ЛИРА» с вычислением геометрических характеристик и построением изополей напряжений в сечении.

При построении компьютерной модели пустотной кессонной плиты перекрытия, скомпонованной из перекрестных стержней-балок, погонная нагрузка к стержням, в том числе собственный вес, прикладывается с учетом ширины грузовой полосы балок и того обстоятельства, что полная нагрузка q = qx+q? (где q^, q^ — равные составляющие полной нагрузки, прикладываемые к стержням-балкам, расположенным в двух направлениях).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >