Lektsii_-_osnovy_zh_b_konstruktsy
.pdf51
Лекция 7
Конструкции плоских железобетонных перекрытий
По типу несущих конструкций различают многоэтажные здания стенового, каркас-
ного и комбинированного типа. Здания стенового типа возводят из стеновых материалов.
Каркасные здания строятся с применением стальных или железобетонных конструкций.
В зданиях комбинированного типа наружные стены возводятся из стеновых материалов, а
внутренние несущие конструкции выполняются в виде каркаса. Железобетонные каркас-
ные здания экономически выгодно строить при числе этажей до 30. По способам возведе-
ния, различают здания с монолитным и со сборным каркасами. В монолитных зданиях общая устойчивость обеспечивается жесткостью узлов сопряжения колонн с перекрытия-
ми и устройством диафрагм и ядер жесткости. В сборном варианте применяют рамную,
связевую или совмещенную рамно-связевую системы. При рамном каркасе, узлы сопря-
жения колонн с ригелями перекрытий выполняют жесткими, при связевом шарнирными.
В качестве связей в связевом или совмещенном каркасе выступают металлические связи,
жесткие диафрагмы или ядра жесткости, в роли которых часто используются лифтовые шахты или лестничные клетки. Иногда эти элементы выполняют в монолитном железобе-
тоне, тогда как колонны и перекрытия делаются сборными.
Одним из основных элементов конструктивной схемы зданий являются плоские перекрытия. По своему конструктивному решению плоские перекрытия делятся на два основных вида балочные и безбалочные. И те и другие могут быть монолитными, сбор-
ными, и сборно-монолитными. К сборно-монолитным перекрытиям мы будем относить те конструкции, в которых несущие элементы замоноличиваются или домоноличиваются после монтажа сборных элементов. Выбор конструктивного решения зависит от назначе-
ния проектируемого здания, его архитектурно-планировочного решения, сроков возведе-
ния и других предъявляемых к зданию требований.
Балочные перекрытия. Ребристое монолитное перекрытие состоит из главных и второстепенных балок и плиты, и все эти элементы объединяются в одно целое в процессе бетонирования (рис. 7.1). Тем самым увеличивается жесткость всего сооружения за счет создания сплошного неразрезного диска в плоскости перекрытий. Главные балки опира-
ются на стены и, или колонны, и в последнем случае их шаг определяется сеткой колонн.
Главные балки располагаются либо в продольном, либо в поперечном направлении по от-
ношению к наружным стенам зданий. Их пролет принимается, в основном, от 6 до 9 м,
высота балок h в пределах от 1/8 до 1/15 пролета, ширина b от 0,4 до 0,5 h.
52
Рис. 7.1 Виды монолитных перекрытий в стеновых и каркасных зданиях:
а - с плитами опертыми по контуру только на стены или на главные балки; б – то же с облегченной плитой; в – балочное ребристое перекрытие; г – кессонное перекрытие; 1 – стена; 2 – колонна; 3 – ригель каркаса; 4 – плита перекрытия; 5 – балка кессонного перекрытия; 6 – главная балка; 7 – второстепенная балка; 8 – возможная консоль
53
Второстепенные балки имеют пролеты в пределах от 5 до 7 м, и располагаются с шагом от 1,5 до 3 м. Оси крайних второстепенных балок в ячейке, образованной четырьмя ко-
лоннами, должны совпадать с осями колонн. Толщина плиты определяется расчетом и за-
висит от геометрии балочной клетки и назначения здания (т.е. нагрузки), но принимается не менее 50 мм в жилых и гражданских зданиях и не менее 60 мм в промышленных. Что касается расчета плит, то по характеру статической работы их разделяют на балочные плиты и плиты опертые по контуру. К балочным относят прямоугольные плиты, у кото-
рых отношение длинной стороны к короткой ℓ1 / ℓ2 ≥ 2. В этом случае работой плиты в направлении большего пролета можно пренебречь и рассматривать плиту как балкуеди-
ничной ширины, расположенную вдоль короткого пролета. В этом случае, при проверке прочности, вычисление расчетных моментов от действия равномерно-распределенной нагрузки производится по соотношениям (6.2) - (6.4), с учетом перераспределения усилий.
Расчетный пролет плиты принимается равным расстоянию в свету между гранями второ-
степенных балок. Минимальную толщину балочной плиты, при ее свободном опирании,
следует принимать равной hp = ℓ2/35, а при упругой заделке – hp = ℓ2/45.
Армирование балочных плит осуществляется рулонными сетками с рабочей арма-
турой в продольном направлении. В пролете сетка располагается в нижней зоне плиты, а
над опорами, в пределах четверти пролета в каждую сторону, в верхней зоне (рис. 7.2 а). В
крайних пролетах, при свободном опирании на наружную стену плиту армируют дополнительной сеткой для восприятия изгибающих моментов в пролете и на опоре,
Рис. 7.2. Армирование монолитных балочных плит:
а – рулонными сетками с продольной арматурой; б – плоскими сварными сетками
которые в данном случае увеличены. В тех случаях, когда диаметр рабочей арматуры бо-
лее 5,5 мм применяют плоские сетки с поперечной рабочей арматурой (рис. 7.2 б).
54
В современном строительстве в зданиях с несущими стенами или со сборным каркасом широкое применение находят монолитные часторебристые перекрытия по профилирован-
ному металлическому настилу (рис.7.3). Профилированный настил используется
Рис. 7.3. Монолитное железобетонное перекрытие по профилированному металлическому настилу:
1 – стальной профилированный настил; 2 – анкерные стержни; 3 – прогон каркаса; 4 - монолитный бетон
в качестве неснимаемой опалубки, а в случае обеспечения сцепления с бетоном можнт служить также внешней арматурой.
В некоторых решениях перекрытий (рис. 7.1 а, б) второстепенные балки могут от-
сутствовать. Такое перекрытие называют ребристым перекрытием с плитами, опертыми по контуру (рис. 7.4). В этой конструкции главные балки, расположенные во взаимно пер-
пендикулярных направлениях, принимают одной высоты равной 1/10 – 1/15 короткого пролета. Прямоугольные плиты с соотношением сторон ℓ1 / ℓ2 < 2, опертые по контуру,
работают на изгиб в двух направлениях и их статический расчет при проверке прочности также необходимо производить с учетом перераспределения усилий. Не вдаваясь в под-
робности, отметим, что такой расчет основан на построении механизма разрушения плиты по линейным пластическим шарнирам. Минимальную толщину плит опертых по контуру назначают в зависимости от условий опирания. Для плит свободно лежащих на балках минимальная толщина составляет hp = ℓ2/45, а при плитах монолитно связанных с балка-
ми или при заделке по контуру hp = ℓ2/50. При разрезном варианте (свободное опирание плиты в пределах одной ячейки) hp = ℓ2/35. Армирование плит производят сварными сет-
ками с рабочей арматурой расположенной в двух направлениях. Плиты в пролете армиру-
ется двумя сетками – одна сетка в нижней зоне доводится до опор, дополнительная распо-
лагается в средней половине пролета. Над опорами армирование выполняется в виде сеток
55
с поперечной рабочей арматурой. Толщина плит опертых по контуру обычно не превыша-
ет 30 см. При увеличенных пролетах, до 9 метров, применяют плиты облегченной конст-
рукции. При этом решении в нижней, растянутой зоне плиты устраивают пустоты, облег-
чающие ее вес, рис. 7.1 б. Общую толщину плиты в этом случае принимают равной hp = (ℓ2/50 ÷ ℓ2/35), а над пустотами от 100 до 150 мм.
Рис. 7.4. Армирование монолитных плит опертых по контуру Для монолитного перекрытия кессонного типа (рис.7.1, г) высота перекрестных
балок принимается от 1/15 до 1/20 длины короткого пролета между опорами, а толщина собственно плиты не менее 50 мм.
Второстепенные и главные балки ребристых перекрытий рассчитываются как мно-
гопролетные неразрезные балки и армируются плоскими сварными каркасами. Второсте-
пенные балки в местах опирания на главную балку, а главные балки в местах опирания на колонны армируются дополнительными каркасами с верхней рабочей арматурой в соответствие с расчетом.
56
Сборные балочные перекрытия состоят из ригелей по которым укладываются пане-
ли и плиты перекрытий различного типа. Ригели располагаются как вдоль, так и поперек здания. Для гражданских зданий пролет ригелей находится в пределах от 2,8 до 6,8 м,
для промышленных от 6 до 12 м. Многопролетные ригели могут быть как неразрезными, в
каркасах рамного типа, так и разрезными с шарнирным опиранием. По форме поперечно-
го сечения ригели бывают: тавровыми, с полками в сжатой или растянутой зонах, двутав-
ровыми и прямоугольными. Высоту ригелей назначают в пределах от 1/10 до 1/15 проле-
та. Если ригель прямоугольный, то его ширина принимается от 0,3 до 0,5 высоты.
Рис.7.5. Схема армирования сборного неразрезного ригеля
Рис.7.6. Сборные ребристые плиты перекрытий в каркасных зданиях:
1 – рядовая плита; 2 – рядовая и межколонная плита; 3 – межколонная пристенная плита; 4 – доборная плита; 5 – ригель поперечный; 6 – ригель продольный; 7 – арматурный каркас; 8 – бетон замоноличивания; А – Д – узлы сопряжения элементов перекрытия
57
Армируются ригели стержневой арматурой в виде пространственных каркасов. Схема ар-
мирования неразрезного ригеля приведена на рис. 7.5. Неразрезные ригели рассчитывают-
ся с учетом перераспределения усилий.
Панели перекрытий выполняют ребристыми, пустотными или сплошного сечения.
Ребристые панели, в основном, применяются в промышленных зданиях, пустотные в
гражданских и жилых. Ребристые панели состоят из двух продольных несущих ребер и тонкой плиты, усиленной поперечными ребрами (рис. 7.6). Возможно устройство средне-
го, третьего продольного ребра. Высота сечения принимается равной 1/15 ÷ 1/20 пролета для панелей из обычного железобетона и 1/20 ÷ 1/30 для предварительно напряженного.
Плита армируется сварными сетками из холоднотянутой проволоки, а ребра арматурными стержнями класса A400 или А500 при обычном железобетоне и арматурой классов A600
или B600 в варианте с предварительным напряжением. На опорах продольных ребер ус-
танавливают металлические закладные детали. С помощью этих деталей панели привари-
ваются к закладным деталям ригелей и вместе с последними образуют жесткий диск в плоскости перекрытия. Зазоры между панелями после монтажа заполняются цементным раствором. Ребристая панель рассчитывается как балка, свободно лежащая на двух опо-
рах с поперечным сечением в виде тавра с полкой в сжатой зоне. Расчет тонкой плиты панели зависит от наличия или отсутствия поперечных и дополнительных продольных
Рис. 7.7. Железобетонная сборная плита типа «двойное Т»
58
ребер и от соотношения расстояний между ними. Плита панели рассчитывается либо как балочная, либо как опертая по контуру.
В сборных покрытиях и перекрытиях промышленных и гражданских зданий широ-
кое распространение получили ребристые балочные плиты типа «двойное Т» (рис. 7.7)
пролетом 9м и более. Такие плиты могут иметь предварительно напряженную арматуру в ребрах. На эти ребра опирается двухконсольная плита, работающая в поперечном на-
правлении. В местах сопряжения плиты с ребрами устаиваются вуты.
Для жилых и гражданских зданий с несущими стенами или для зданий со связевым каркасом широкое применение получили плиты с круглыми пустотами (рис. 7.8). Эти плиты изготавливаются длиной от 2,8 до 9 м и высотой от 16 до 36 см. В зависимости от высоты плит меняется и диаметр отверстий. В основном для пролетов до 7,2 м применя-
ются плиты высотой 220 мм с пустотами диаметром 159 мм. При этом ширина плит при-
нимается равной 120, 150 или 300 см. Пустотные плиты армируются либо стержневой не-
напряженной арматурой в виде вертикальных каркасов, либо проволочной напрягаемой арматурой при стендовом изготовлении. Нижняя и верхняя плита панелей с круглыми пустотами армируются сварными сетками из проволоки малого диаметра.
Рис. 7.8. Армирование плиты с круглыми пустотами:
а- поперечное сечение; б - продольное сечение; 1 - нижняя сварная сетка: 2 - продольная рабочая арматура; 3 - вертикальные сварные каркасы; 4 - монтажные петли; 5 - верхняя сварная сетка;
6 - защитный слой бетона; 7 - распределительная арматура
Для покрытий и перекрытий зданий различного назначения применяются также
коробчатые настилы (рис. 7.9). Настил состоит из двух полок и вертикальных стенок,
которые образуют коробчатое сечение. Применение таких настилов позволяет выполнять гладкие потолки. Пустоты настилов могут также использоваться для прокладки инженер-
ных коммуникаций и воздуховодов для систем вентиляции.
59
Рис. 7.9. Сборный железобетонный коробчатый настил
60
Лекция 8
Конструкции плоских железобетонных перекрытий (продолжение)
Безбалочные перекрытия. По сравнению с ребристыми перекрытиями в безбалоч-
ных перекрытиях значительно упрощается устройство опалубки, особенно когда плиты опираются непосредственно на колонны. Безбалочные перекрытия устраивают, когда опорные конструкции имеют ячейки с квадратным или прямоугольным планом, причем отношение более длинного пролета к короткому не превышает 4/3. В каркасных зданиях наиболее рациональной сеткой для таких перекрытий считается сетка 6 х 6 м, однако при-
меняются и большие пролеты. С точки зрения архитектуры безбалочные перекрытия при-
меняются тогда, когда необходимо обеспечить наличие гладкого потолка.
Монолитные безбалочные перекрытия состоят из плит, опирающихся на стены или, в
каркасных зданиях, на колонны или на капители колонн. В варианте с капителями
(рис. 8.1) обеспечивается более жесткое сопряжение плиты перекрытия с колоннами,
Рис. 8.1. Схема и армирование безбалочного монолитного перекрытия:
а – капители колонн и их армирование; б – армирование плиты; в – разрез плиты с армированием; 1 – рабочая арматура; 2 – конструктивная арматура
большая прочность на продавливание по периметру колонны и уменьшение пролета соб-
ственно плиты. Эти особенности безбалочных перекрытий с капителями позволяют ис-
пользовать их в зданиях с повышенными нагрузками, например в многоэтажных склад-
ских или промышленных зданиях или в общественных зданиях при больших пролетах.
Кроме того, капителям можно придавать различные архитектурные формы. Толщина