Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Типы железобетонных конструкций

21.12.2018


Эффективность сжатых элементов (колонн и стен) можно оценить с учетом основных требований к эффективным конструкциям, и с точки зрения природоподобия (рис. 5.1). В сжатых природных элементах (стебли, стволы, кости) наружная оболочка из более прочного материала обычно подкреплена от потери устойчивости пористым или структурным внутренним материалом, причем по мере удаления от наиболее нагруженной и напряженной области контакта с наружной оболочкой, количество стержней структуры снижается до минимума (пустоты) в центре сжатого элемента.

Эффективны и архитектурно выразительны колонны с бионическими капителями, выполненными в виде разветвлений, заканчивающихся максимально необходимым количеством мелких пор или стержней у поддерживаемой плиты перекрытия. Проект зала для торговой ярмарки (см. рис. 5.1, д, автор — Ф. Отто), напоминает природные формы и в то же время оптимален с точки зрения распределения напряжений и расхода материалов. Нормальные силы, действующие на перекрытия, подхватываются мелкими стержнями и постепенно передаются на колонну. Подобны природным элементам и эффективны кольцевые сжатые сечения, например, в стальной трубе, подкрепленной от потери устойчивости внутренним бетонным заполнением.

Сталетрубобетонный сжимаемый элемент является комплексной конструкцией, состоящей из стальной трубы (внешнего армирования) и бетонного ядра, работающих совместно, и больше других конструкций подобен природным решениям: в нем прочная и тонкая стальная оболочка подкреплена от потери устойчивости менее прочным заполнением.

Железобетонные колонны и стены воспринимают как вертикальные (от собственного веса конструкций и полезных нагрузок на перекрытиях), так и горизонтальные (ветровые и др.) нагрузки. Различие этих конструкций заключается в длине горизонтального сечения: в колоннах эта длина колеблется в пределах 200—1600 мм (для двухветвевых колонн), а в стенах может быть от нескольких десятков сантиметров (в простенках) до десятков метров. Иногда участки монолитных железобетонных стен в современных зданиях занимают промежуточное положение между стенами и колоннами — это колонны удлиненного поперечного сечения или короткие стены. В колоннах используют консоли для опирания ригелей, а в современных трехслойных стенах также применяют короткие консоли для опирания наружного защитного слоя облицовки по утеплителю. И колонны, и стены рассчитывают на внецентренное сжатие, и в соответствии с расчетом армируют. Форму и размеры поперечных сечений колонн назначают в зависимости от конструкций зданий и характера напряженно-деформированного состояния (рис. 5.2). Для колонн со случайными эксцентриситетами еa, работающими некоторым допущением на центральное сжатие, используют осесимметричную квадратную, кольцевую или круглую форму сечения; в квадратных колоннах можно устроить центральное отверстие для экономии бетона. Размеры нормальных сечений колонн с расчетными эксцентриситетами внешней силы eoN = M/N (e0 = eoN + еa) увеличивают в плоскости действия изгибающего момента М. Форму сечения принимают прямоугольной, двутавровой, а при больших изгибающих моментах — двухветвевой (рис. 5.2 е).

При назначении размеров нормального сечения колонн учитывают также условия опирания на них других элементов (ригелей и пр.), и технологические требования. Например, сечения монолитных колонн по нормам нельзя принимать менее 250 мм, учитывая трудность бетонирования в вертикальном положении. С учетом унификации опалубки и арматурных изделий размеры нормальных сечений колонн до 500 мм назначают кратными 50, а более 500 мм — кратными 100. Высоту нормального сечения колонн принимают h = (1,3...3) ширины b (в современных монолитных многоэтажных зданиях применяют колонны-стены больших размеров).

Для обеспечения надежного сцепления арматуры с бетоном нормами рекомендуются диаметры продольных стержней колонн и стен принимать до 40 мм для бетона тяжелого, мелкозернистого классов < В25; не более 16 мм для легкого и поризованного бетонов классов < В15; не более 25 мм для легкого и поризованного бетонов классов В15...В25; до 40 мм для легкого и поризованного бетонов классов > В30; не более 16 мм для ячеистого бетона класса < В10; и не более 20 мм для ячеистого бетонов классов В10...В15. Диаметр продольных стержней рабочей арматуры внецентренно сжатых элементов должен быть не менее 12 мм. В колоннах с размером меньшей стороны поперечного сечения > 250 мм диаметр продольных стержней принимают не менее 16 мм. В железобетонных стенах диаметр продольных стержней рабочей арматуры назначают не менее 8 мм. Армирование колонн зависит от наличия случайных или расчетных эксцентриситетов (рис. 5.3).

Размеры сечений внецентренно сжатых колонн и стен принимают такими, чтобы их гибкость l0/i в любом направлении не превышала для элементов из тяжелого, мелкозернистого и легкого бетона — 200, а для колонн, являющихся элементами зданий, — 120; при этом для колонн из ячеистого бетона — 70. Принятые на основании типовых проектов размеры сечений колонн проверяют расчетом. Длину колонн сборных каркасов назначают из удобства изготовления, транспортирования и монтажа, как правило, на 2...3 этажа. Высоту сечений многоэтажных колонн а, b, с принимают по расчету, обычно с уменьшением сечений в верхних колоннах по мере снижения нагрузки (см. рис. 5.2).

Колонны армируют продольной арматурой по расчету, учитывая конструктивные требования. Продольную арматуру в колоннах со случайными эксцентриситетами еa также устанавливают по расчету или по конструктивным требованиям; эта арматура позволяет увеличить несущую способность, учесть случайный эксцентриситет, неоднородность и ползучесть бетона, а также действие возможных случайных горизонтальных нагрузок. В колоннах чаще всего используют стержневую арматуру (реже — прокат). Напрягаемую арматуру применяют в редких случаях внецентренного сжатия с относительно большими эксцентриситетами (когда колонна практически работает на изгиб), или в длинных гибких элементах (l0/h > 20) в стадиях транспортировки и монтажа. Железобетонные стены могут быть монолитными или сборными (рис. 5.4), иногда — сборно-монолитными. Наружные монолитные железобетонные стены утепляют слоем эффективного утеплителя, который закрывают декоративной защитной стенкой. В сборных стенах утеплитель закрыт слоем железобетона, соединенного с несущим железобетонным слоем арматурой. Известны типы монолитных стен в оставляемой опалубке из пенополистирола (она же является утеплителем). Стены конструируют и армируют по расчету. Ответственными узлами являются стыки стен и перекрытий (см. рис. 5.4).

Гибкую рабочую продольную арматуру в колоннах со случайными эксцентриситетами еa размещают равномерно по периметру нормального сечения, с обязательной постановкой стержней в углах. Колонны сечением 400x400 мм армируют четырьмя стержнями. При больших размерах сечения предусматривают промежуточные стержни с шагом не более 400 мм, которые соединяют шпильками. Дополнительные шпильки нужны, чтобы обеспечить устойчивость промежуточных стержней: без шпилек устойчивость этих стержней и их проектное положение не обеспечивается. Поперечную арматуру в монолитных колоннах выполняют обычно из вязаных хомутов. Во внецентренно сжатых колоннах с расчетными эксцентриситетами (е0 > еa) и сечениями, развитыми в плоскости действия момента, продольные рабочие стержни размещают вдоль коротких граней в один ряд.

С целью большей технологичности процесса армирования рабочую арматуру и поперечные стержни объединяют в сварные или вязаные, плоские или пространственные каркасы. Сварные каркасы располагают у противоположных граней колонны, соединяя их с помощью поперечных соединительных стержней, привариваемых контактной точечной сваркой к угловым продольным стержням, или приваркой плоских каркасов. При ширине грани не более 400 мм и числе продольных стержней у этой грани не более четырех допускается охват всех продольных стержней одним хомутом. Если в каркасах у противоположных граней установлено по пять промежуточных стержней, то их через один соединяют отдельными поперечными стержнями — шпильками. Расстояние между продольными стержнями принимают не более 400 мм в направлении, перпендикулярном плоскости изгиба, и не более 500 мм в направлении плоскости изгиба. При больших расстояниях между рабочими стержнями по периметру сечения устанавливают конструктивную арматуру диаметром 12 мм. В колоннах с шириной грани 500 мм и менее, если число продольных стержней не более четырех, шпильки не ставят.

В колоннах с вязаными каркасами хомуты должны охватывать все продольные стержни. Если продольных стержней много, для закрепления этих стержней через один, используют шпильки, или ромбовидные хомуты. Внецентренно сжатые элементы армируют преимущественно стержнями из стали класса А400. Для колонн под большие нагрузки, при бетоне класса > В20, и имеющемся оборудовании для резки и сварки арматуры, разрешается применять стержни диаметром до 40 мм. В сжатых элементах рекомендуется использовать не более двух разных диаметров стержней рабочей арматуры; стержни большего диаметра располагают в углах сечения колонн.

Расстояние в свету между продольными стержнями назначают не менее диаметра стержня, не менее 30 мм в сборных колоннах, и не менее 50 мм — в монолитных колоннах. Суммарное сечение площади продольной ненапрягаемой (As + Аs)' I и напрягаемой ( Asp + Asp') арматуры обычно принимают не более 3% от площади бетона. Из условия наименьшей стоимости суммарный оптимальный процент армирования внецентренно сжатых элементов составляет 0,5% < uopt < 1,2%. Ho, если по расчету требуется повышенное содержание арматуры, суммарный процент армирования назначают больше 3%, учитывая, что с его увеличением стоимость элемента изменяется незначительно. Поперечная арматура (хомуты) выполняет ряд функций: она обеспечивает проектное положение продольной рабочей арматуры; поперечные стержни удерживают продольные стержни от бокового выпучивания; работая на растяжение; они препятствуют поперечным деформациям растяжения бетона и тем самым несколько повышают сопротивляемость бетона сжатию. Чем меньше высота сжатого элемента — тем положительный эффект поперечного армирования выше. Он почти не проявляется в длинных элементах вследствие влияния гибкости, поэтому его в расчете не учитывают.

При Rsc < 400 МПа шаг хомутов принимают не более 500 мм, не более 20ds при сварных и не более 15ds — при вязаных каркасах; при Rsc > 450 МПа — не более 400 мм и 15ds при сварных (12ds — при вязаных) каркасах; в конструкциях из ячеистого бетона — не более 500 мм и 40rfs (в сварных каркасах); ds — наименьший диаметр продольных рабочих стержней. Расстояния между хомутами в местах стыкования рабочей арматуры внахлестку без сварки принимают не более 10ds. Хомуты выполняют из обыкновенной арматурной проволоки класса А240. Диаметр хомутов в вязаных каркасах принимают не менее 6 мм и не менее 1/4 наибольшего диаметра продольной арматуры.

Иногда в некоторых внецентренно сжатых элементах (например, в сваях) ставят центрально расположенную напрягаемую продольную арматуру. Если сопротивление поперечным силам в таких элементах обеспечивается бетоном, то постановка хомутов не требуется. Если общее насыщение элемента продольной арматурой составляет более 3%, то шаг хомутов принимают не более 300 мм и 10ds. При назначении шага хомутов конструктивные продольные стержни диаметром 12 мм и менее не учитывают.

Для предотвращения смятия бетона, в местах действия концентрированных сжимающих напряжений у торцов колонн, применяют поперечное (косвенное) армирование из часто установленных сварных сеток. Чаще всего, для облегчения укладки бетона и его вибрирования по толщине элемента, от торца элемента устанавливают не более четырех сварных сеток с шагом s = 60...150 мм, и не более 1/3 размера меньшей стороны сечения. Размеры ячеек сетки a1 и принимают 45... 100 мм и не более 1/4 меньшей стороны сечения. Продольная рабочая арматура должна проходить внутри контура сеток косвенного армирования, которые располагаются на длине элемента, считая от его торца: не менее 20d, если продольную арматуру выполняют из гладких стержней; не менее 10d — из стержней периодического профиля (d — наибольший диаметр продольной арматуры). Сварные сетки изготовляют из стали классов В500 и А400 диаметром < 14 мм.

Консоли на колоннах (рис. 5.5) устраивают для опирания примыкающих ригелей, балок, плит (известны и бесконсольные стыки; выступающие внутрь помещений консоли мешают прокладке различных коммуникаций, они эстетически менее приемлемы). Консоли могут быть с одной или двух сторон колонн. Исходя из удобства изготовления, консоли с двух сторон выполняют в одной плоскости; если же требуются консоли в перпендикулярной плоскости, их устраивают в виде дополнительных стальных столиков, приваренных к закладным деталям на колонне. При вылете 100...150 мм консоль принимают прямоугольной, при большем вылете трапециевидной, с углом у основания 0 = 45°. Ширина консолей обычно равна ширине колонн; ширина консолей для опирания фундаментных балок меньше ширины подколонников. Размеры и армирование консоли назначают по расчету.

В промышленном и гражданском строительстве применяют в основном трапециевидные короткие консоли (l > 200 мм, l/h < 0,9). Высоту сечения А опорной части консоли принимают не более 0,8 высоты опирающихся на нее ригелей и балок, а высоту сечения h1 у свободного края — не менее 150 мм или 1/3 А. Поперечное армирование коротких консолей выполняют следующим образом: при h < 2,5а консоль армируют наклонными хомутами по всей высоте; при h > 2,5а — отогнутыми стержнями и горизонтальными хомутами по всей высоте; при h > 3,5а и Q < 2,5 Rbtbh0 — отогнутые стержни допускается не устанавливать; h0 принимают в опорном сечении консоли (здесь а — расстояние от грани колонны до реакции ригеля на опоре). Длину опорной площади l консоли при ее заданной ширине, обычно равной ширине колонны, определяют в зависимости от давления опорной части ригеля Q:

где w = 0,75 — коэффициент, учитывающие неравномерное давление ригеля на опорную площадку консоли; Rb,loc = афbRb — расчетное сопротивление бетона при местном сжатии; а = 13,5 Rbt/Rb для бетонов классов > В25; а=1 для бетонов классов < В25; фb=1 при местной нагрузке на консоль; bbm — ширина ригеля.

Минимальный вылет консоли l1=l=c; a=l1-l/2. Угол наклона сжатой грани принимают 0 = 45°. Высота консоли в сечении по грани колонны h = (0,7...0,8)hbm, высота свободного края консоли h1 > h/2. Прочность короткой консоли рассчитывают исходя из представления о действии главных сжимающих напряжений под опорной площадкой ригеля (см. рис. 5.5).

Коэффициент, учитывающий влияние хомутов в пределах высоты консоли

где а = Es/Eb; uw1 = Asw/bsw; Аsw — площадь сечения хомутов в одной плоскости; sw — шаг хомутов; b — ширина консоли.

Площадь сечения верхней рабочей арматуры консоли вычисляют как для изгибаемого элемента при действии момента по грани колонны, увеличенного на 25 %.

Короткие консоли обычно армируют горизонтальными (что технологичнее) или наклонными поперечными стержнями с шагом не более 150 мм и не более h/4. Диаметр отогнутых стержней принимают не более 25 мм и 1/15 длины отгиба ls,inc. Суммарная площадь сечения отогнутых стержней и наклонных хомутов, пересекающих верхнюю половину линии длиной l, соединяющей точки приложения силы Q и сопряжения нижней грани консоли и колонны, должна быть не менее 0,002bh0.

Концы продольной арматуры растянутой зоны односторонней консоли заводят за грань колонны на lan и в любом случае доводят до противоположной грани колонны. У свободного конца консоли предусматривают анкеровку продольной арматуры в случаях, если расстояние l от центра приложения груза Q до края прямого стержня меньше: 15d — при бетоне класса ниже В25; 10d — при бетоне класса > В25. Анкеровку выполняют приваркой уголков к этой арматуре. Анкеровка рабочей продольной арматуры у свободного конца консоли не обязательна, если опирающиеся сборные балки располагаются вдоль консоли, а в стыках балок произведена сварка рабочей надопорной арматуры с замоноличиванием. Верхняя надопорная арматура в балках выполняется, как в раме с жесткими узлами, а нижнюю арматуру приваривают через закладные детали к арматуре консолей. При малой высоте консоли можно применять жесткую арматуру.

Размеры сечений внецентренно сжатых элементов для обеспечения их жесткости рекомендуется принимать такими, чтобы их гибкость l0/i в любом направлении не превышала для железобетонных элементов — 200 при l0/h < 60; для колонн, являющихся элементами зданий — 120 при l0/h < 35; для бетонных элементов — 90 при l0/h < 2b.

Продольное армирование. В железобетонных внецентренно сжатых элементах площадь сечения продольной растянутой арматуры, и расчетной сжатой арматуры, в процентах от площади сечения бетона, равной произведению ширины прямоугольного сечения либо ширины ребра таврового (двутаврового) сечения на рабочую высоту сечения us,min = As/bh0*(100 %) принимают не менее 0,1% при гибкости l0/i < 17 (для прямоугольных сечений l0/h < 5); 0,15% — при 17 < l0/i < 35 (для прямоугольных сечений 5 < l0/h < 10); 0,20% — при 35 < l0/i < 83 (для прямоугольных сечений 10 < l0/h < 25); 0,25% — при l0/i > 83 (для прямоугольных сечений l0/h > 25). Для внецентренно сжатых элементов при 17 < l0/i < 83 значение us,min можно определить линейной интерполяцией между значениями 0,10 и 0,25. В элементах с продольной арматурой, расположенной равномерно по контуру сечения, минимальную площадь сечения всей продольной арматуры следует принимать вдвое больше указанных выше значений и относить их к полной площади сечения бетона. В бетонных конструкциях предусматривают конструктивное армирование: в местах резкого изменения размеров сечения элементов; в бетонных стенах под и над проемами; во внецентренно сжатых элементах, рассчитываемых по прочности без учета работы растянутого бетона, у граней, где возникают растягивающие напряжения; при этом коэффициент армирования us,min принимают не менее 0,025 %.

В монолитных зданиях применяют и сборные перекрытия, причем для обеспечения равнопрочности стен многопустотные плиты перекрытий модифицируют, устраивая скосы на торцах с вскрытием пустот и заполнением стыков бетоном (см. рис. 5.6). Наружные стены могут быть сборными трехслойными (см. рис. 5.6).

Внутренние стены железобетонных зданий обычно проектируют несущими с одинаковой толщиной по высоте, ограничиваемой требованиями прочности и надежности, звукоизоляции, огнестойкости. Внутренние стены зданий высотой до 16 этажей в обычных условиях строительства не требуют расчетной арматуры, их армируют по конструктивным соображениям в местах пересечения и в углах проемов (рис. 5.6). В условиях сейсмики стены армируют двойной расчетной арматурой.

В железобетонных колоннах наибольшие расстояния между осями стержней продольной арматуры, обеспечивающие эффективное вовлечение в работу бетона, равномерное распределение напряжений и деформаций, а также ограничение ширины раскрытия трещин, должны быть не более 400 мм в направлении, перпендикулярном плоскости изгиба; 500 мм — в направлении плоскости изгиба. В железобетонных стенах расстояния между стержнями вертикальной арматуры принимают не более h и 400 мм (h — толщина стены), а горизонтальной — не более 400 мм.

Во внецентренно сжатых колоннах, с целью предотвращения от выпучивания продольной арматуры, нужно устанавливать поперечную арматуру при сварных каркасах с шагом не более 20ds, а при вязаных каркасах — с шагом не более 15ds (и не более 500 мм (ds — диаметр сжатой продольной арматуры). Эти расстояния округляют до размеров, кратных 50 мм. Если площадь сечения сжатой продольной арматуры, устанавливаемой у одной из граней элемента, более 1,5%, поперечную арматуру устанавливают с шагом не более 10ds и не более 300 мм.

Конструкция хомутов (поперечных стержней) во внецентренно сжатых линейных элементах должна быть такой, чтобы продольные стержни (по крайней мере, через один) располагались в местах перегибов, а эти перегибы — на расстоянии не более 400 мм по ширине грани. При ширине грани не более 400 мм и числе продольных стержней у этой грани не более четырех допускается охват всех продольных стержней одним хомутом. В элементах, на которые действуют крутящие моменты, поперечная арматура (хомуты) должна образовывать замкнутый контур.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: