§ XI.2. Балочные сборные перекрытия

1. Компоновка конструктивной схемы перекрытия

В состав конструкции балочного панельного сборного перекрытия входят плиты и поддерживающие их балки, называемые ригелями, или главными балками (рис. XI.2,а). Ригели опираются на колонны и стены; направ­ление ригелей может быть продольное (вдоль здания) или поперечное (рис. XI.2,б). Ригели вместе с колонна­ми образуют рамы.

В поперечном направлении перекрытие может иметь два-три пролета (для гражданских зданий) и пять-шесть пролетов для промышленных зданий. Размеры пролета ригелей промышленных зданий определяются общей ком поновкой (разработкой) конструктивной схемы перекры­тия, нагрузкой от технологического оборудования и мо­гут составлять 6; 9 и 12 м при продольном шаге колонн 6 м. Размеры пролета ригелей гражданских зданий зави­сят от сетки опор, которая может быть в пределах 3,0— 6,6 м с градацией через 0,6 м.

Компоновка конструктивной схемы перекрытия за­ключается в выборе направления ригелей, установлении размеров пролета и шага ригелей, типа и размеров плит перекрытий; при этом учитывают:

1. Величину временной нагрузки, назначение здания, архитектурно-планировочное решение;

2. Общую компоновку конструкции всего здания. В зданиях, где пространственная жесткость в попереч­ном направлении создается рамами с жесткими узлами, ригели располагают в поперечном направлении, а пане­ли — в продольном. В жилых и общественных зданиях ригели могут иметь продольное направление, а плиты - поперечное. В каждом случае выбирается соответствующая сетка колонн;

3. Технико-экономические показатели конструкции перекрытия. Расход железобетона на перекрытие должен быть минимальным, а масса элементов и их габариты должны быть возможно более крупными в зависимости от грузоподъемности монтажных кранов и транспортных средств.

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

Общий расход бетона и стали на устройство железо­бетонного перекрытия складывается из соответствующего расхода этих материалов на плиты, ригели и колонны. Наибольший расход железобетона — около 65 % общего количества — приходится на плиты. Поэтому экономич­ное решение конструкции плит приобретает важнейшее значение.

2. Проектирование плит перекрытий

Выбор экономичной формы поперечного сечения па­нелей. Плиты перекрытий для уменьшения расхода ма­териалов проектируют облегченными — пустотными или ребристыми (рис. XI.3, а). При удалении бетона из рас­тянутой зоны сохраняют лишь ребра шириной, необходимой для размещения сварных каркасов - и

Рис. Х1.3. Плиты перекрытий

Рис. Х1.4. Формы поперечного сечения плит перекрытий

обеспечения прочности панелей по наклонному сечению. При этом плита в пролете между ригелями работает на изгиб как балка таврового сечения (рис. XI.3.6). Верхняя полка плиты также работает на местный изгиб между ребрами. Нижняя полка, образующая замкнутую пустоту, создает­ся при необходимости устройства гладкого потолка.

Плиты изготовляют с пустотами различной формы: овальной, круглой и т. п. В панелях значительной шири­ны устраивают несколько рядом расположенных пустот (рис. XI.3,0).

Общий принцип проектирования плит перекрытий любой формы поперечного сечения состоит в удалении возможно большего объема бетона из растянутой зоны с сохранением вертикальных ребер, обеспечивающих прочность элемента по наклонному сечению, в увязке с технологическими возможностями завода-изготовителя.

По форме поперечного сечения плиты бывают с оваль­ными, круглыми и вертикальными пустотами, ребристые с ребрами вверх (с устройством чистого пола по реб­рам), ребристые с ребрами вниз, сплошные (рис. XI.4, а-е).

В плитах с пустотами минимальная толщина полок 25—30 мм, ребер 30—35 мм; в ребристых плитах с ребра­ми вниз толщина полки (плиты) 50—60 мм.

При заданной длине плит разных типов ширину их принимают такой, чтобы получить градации массы, не превышающие грузоподъемность монтажных кранов 3— 5 т, а иногда и больше. Плиты шириной 3,2 м при проле­те 6 м перекрывают целиком жилую комнату; масса та­ких плит с пустотами 5—6 т. Пустотные и сплошные пли­ты, позволяющие создать гладкий потолок, применяют для жилых и гражданских зданий, ребристые панели реб­рами вниз — для промышленных зданий с нормативны­ми нагрузками свыше 5 кН/м².

Экономичность плиты оценивают по приведенной тол­щине бетона, которая получается делением объема бето­на панели на ее площадь и по расходу стальной армату­ры (табл. XI.1).

Таблица XII. Технико-экономические показатели плит перекрытий при номинальном пролете 6 м и нормативной нагрузке 6-7 кН/м²

Наиболее экономичны по расходу бетона плиты с овальными пустотами; приведенная толщина бетона в них 9,2 см, в то время как в плитах с круглыми пустота­ми приведенная толщина бетона достигает 12 см. Однако при изготовлении панелей с овальными пустотами на заводах возникают технологические трудности, вызван­ные тем, что после извлечения пустотообразователей (пуансонов) стенки каналов свежеотформованного изде­лия иногда обваливаются. Поэтому в качестве типовых приняты сборные плиты с круглыми пустотами. На заводах с действующим -

Рис. Х1.5. Расчетные пролеты и сечения плит

оборудованием и освоенной техноло­гией допускается изготовление панелей с овальными пустотами. Дальнейшее совершенствование технологии заводского изготовления пустотных панелей позволит пе­рейти к более экономичным по расходу бетона конструк­циям. Следует считаться, однако, с условиями звукоизо­ляции и требованиями в связи с этим о минимальной массе перекрытия.

Плиты ребрами вверх при относительно малой при­веденной толщине бетона 8 см менее индустриальны, так как при их использовании требуется устройство настила под полы. В результате стоимость перекрытия оказыва­ется более высокой.

В ребристых панелях ребрами вниз П-образных при­веденная толщина бетона 10,5 см, расход стальной арма­туры на 1 м² площади составляет 8,3—21,5 кг в зависи­мости от временной нагрузки.

Для предварительно напряженных плит применяют бетон класса В15, В25, для плит без предварительного напряжения — бетон класса В15, В20.

Расчет панелей. Расчетный пролет плит /о принимают равным расстоянию между осями ее опор (рис. XI.5, а— в); при опирании по верху ригелей l₀ = l—b/2 (где b — ширина ригеля); при опирании на полки ригелей (l₀ =l-a-b (a — размер полки). При опирании одним кон­цом на ригель, другим на стенку расчетный пролет равен расстоянию от оси опоры на стене до оси опоры в ригеле.

Высота сечения плиты h должна быть подобрана так, чтобы наряду с условиями прочности были удовлетворены требования жесткости (предельных прогибов). При пролетах 5—7 м высота сечения плиты определяется главным образом требованиями жесткости. Предвари­тельно высоту сечения панели, удовлетворяющую одно­временно условиям прочности и требованиям жесткости, можно определить по приближенной формуле

где с — коэффициент, для пустотных панелей он равен 18—20, для ребристых панелей с полкой в сжатой зоне — 30—34; большие значе­ния коэффициента с принимают при армировании сталью класса А-II, меньшие—при армировании сталью класса А-III; g_n — дли­тельно действующая нормативная нагрузка на 1 м² перекрытия: v_n— кратковременно действующая нормативная нагрузка на 1 м² пере­крытия; 0 — коэффициент увеличения прогибов при длительном действии нагрузки: для пустотелых панелей 0=2, для ребристых па­нелей с полкой в сжатой зоне 0=1,5.

Высоту сечения предварительно напряженных плит можно предварительно назначать равной:

h=l₀/20—для ребристых; h= l₀/30—для пустотных.

При расчете прочности по изгибающему моменту ши­рина ребра равна суммарной ширине всех ребер плиты, а расчетная ширина сжатой полки принимается равной полной ширине панели. При малой толщине сжатой пол­ки, когда h'_f/h≤0,1, ширина полки, вводимая в расчет, не должна превышать

где п — число ребер в поперечном сечении панели.

В ребристой панели ребрами вниз при толщине полки h'_f/h <0,1, но при наличии поперечных ребер, вводимая в расчет ширина полки принимается равной полной шири­не панели.

Таким образом, расчет прочности плит сводится к рас­чету таврового сечения с полкой в сжатой зоне. В боль­шинстве случаев нейтральная ось проходит в пределах толщины сжатой полки, поэтому, определив

находят по таблице η и ξ, проверяют условия x=ξh₀≤h’_f затем находят площадь растянутой арматуры

Для случаев, когда x=ξh>h’_f и нейтральная ось пе­ресекает ребро, расчет ведут с учетом сжатия в ребре.

Расчетную ширину сечения плиты с ребрами вверх принимают равной суммарной ширине ребер, и расчет ведут как для прямоугольного сечения.

Поперечную арматуру плиты из условия прочности по наклонному сечению.

рассчитывают по расчетной ширине ребра b, равной суммарной ширине всех ребер сечения.

В многопустотных плитах высотой 300 мм и менее до­пускается поперечную арматуру не устанавливать, если при отсутствии нормальных трещин в растянутой зоне соблюдается условие

где σ_x — нормальное напряжение в бетоне на уровне центра тяжести приведенного сечения от нагрузки и усилия обжатия.

По образованию или раскрытию трещин, а также по прогибам плиты рассчитывают в зависимости от катего­рии требований трещиностойкости (см. гл. VII).

При расчете прогибов сечения панелей с пустотами приводят к эквивалентным двутавровым сечениям. Для панелей с круглыми пустотами эквивалентное двутавро­вое сечение находят из условия, что площадь круглого отверстия диаметром d равна площади квадратного от­верстия со стороны (рис. XI.6, а).

Сечение панелей с овальными пустотами (рис. XI.6, б) приводят к эквивалентному двутавровому сечению, заме­няя овальное сечение пустоты прямоугольным с той же площадью и тем же моментом инерции и соблюдая усло­вие совпадения центра тяжести овала и заменяющего прямоугольника. Обозначивb₁, и h₁— ширину и высоту эквивалентного прямоугольника; F и l—площадь и мо­мент инерции овала, установим, что

Отсюда

Рис. XI.6. Эквивалент­ные сечения плит для расчета прогибов

Рис. XI.7. Расчетные схе­мы полок плит

Рис. XI.8. Армирование панелей перекрытий I — напрягаемая арма­тура; 2 — узкие сетки в верхней зоне; 3 — петли для подъема

Для пустотелых панелей с высотой сечения h = 15...25 см и шириной отверстий до 50 см такое приведение может быть выполнено упрощенно, согласно рис. XI.6, в, г.

Полка панели работает на местный изгиб как частич­но защемленная на опорах плита пролетом l₀, равным расстоянию в свету между ребрами. В ребристых пане­лях с ребрами вниз защемление полки создается залив­кой бетоном швов, препятствующей повороту ребра (рис. XI.7, а). Изгибающий момент

В ребристой панели с поперечными промежуточными реб­рами изгибающие моменты полки могут определяться как в плите, опертой по контуру и работающей в двух направлениях (рис. XI.7, б).

Конструирование плит. Применяют сварные сетки, и каркасы из обыкновенной арматурной проволоки и горя­чекатаной арматуры периодического профиля (рис. XI.8). В качестве напрягаемой продольной арматуры применяют стержни классов A-IV, A-V, Ат-IVc, Aт-V, высокопрочную проволоку и канаты. Армировать можно без предварительного напряжения, если пролет панели меньше б м.

Продольную рабочую арматуру располагают по всей ширине нижней полки сечения пустотных панелей и в ребрах ребристых панелей.

Поперечные стержни объединяют с продольной мон­тажной или рабочей ненапрягаемой арматурой в плоские сварные каркасы, которые размещают в ребрах плит. Плоские сварные каркасы в круглопустотных плитах мо­гут размещаться только на приопорных участках, через одно-два ребра.

К концам продольной ненапрягаемой арматуры реб­ристых плит приваривают анкеры из уголков или пла­стин для закрепления стержней на опоре.

Сплошные плиты из тяжелого и легкого бетонов ар­мируют продольной напрягаемой арматурой и сварными сетками.

Монтажные петли закладывают по четырем углам плит. В местах установки петель сплошные панели ар­мируют дополнительными верхними сетками. Пример армирования ребристой панели перекрытия промышлен­ного здания приведен на рис XI.9. Номинальная шири­на этой панели считается равной 1,5 м. Применяют та­кие плиты также шириной 3 м.

Монтажные соединения панелей всех типов выполня­ют сваркой стальных закладных деталей и заполнением

Рис. XI.9. Армирование ребристой плиты перекрытия

бетоном швов между плитами (рис. XI. 10, а). В продоль­ных боковых гранях плит предусматривают впадины, предназначенные для образования (после замоноличива-ния швов) прерывистых шпонок, обеспечивающих сов­местную работу плит на сдвиг в вертикальном и горизон­тальном направлениях. При таком соединении сборных элементов перекрытия представляют собой жесткие го­ризонтальные диафрагмы.

Если временные нагрузки на перекрытиях больше (υ≥10 Н/м²), то ребристые плиты при замоноличивании швов целесообразно превращать в неразрезные. С этой целью швы между ребристыми плитами на опорах арми­руют сварными седловидными каркасами, пересекающи­ми ригель (рис. XI. 10,б). На нагрузки, действующие после замоноличивания, такие плиты рассчитывают как неразрезные.