Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Панели - оболочки и волнистые своды

22.12.2018

Эффективным типом сборных пространственных конструкций являются панели — оболочки различных форм, предназначенные для покрытий зданий (рис. 6.23). К ним относятся панели двойной отрицательной гауссовой кривизны, положительной кривизны, с продольным килем. В РФ широко применяют сборные панели-оболочки КЖС (крупноразмерные железобетонные сводчатые) и гиперболические панели — оболочки.

Панели-оболочки КЖС — это пологие цилиндрические предварительно-напряженные оболочки с двумя бортовыми элементами, с номинальными размерами — общей шириной 3 м, пролетами l = 12, 18 и 24 м (см. рис. 6.23). Эти пролеты могут быть увеличены до 30 и 36 м. При повышенных распределенных снеговых или других нагрузках снижают ширину панели до 1,5 м. Высоту панели-оболочки в середине пролета принимают равной (1/15...1/20)l. Очертание верхней поверхности оболочки рекомендуется принимать по квадратной параболе. Минимальную толщину оболочки принимают в соответствии с диаметром арматуры и минимальной толщиной защитного слоя бетона, итого не менее 30 мм; диафрагмы выполняют облегченными ребристыми с вертикальными ребрами жесткости и минимальной толщиной стенки, равной 40...50 мм (50 мм принимают в первом от опоры кессоне диафрагмы). Сопряжения оболочки с диафрагмами выполняют плавными, с пологими вутами 1:5. В панелях-оболочках используют различные типы оболочек положительной и отрицательной гауссовой кривизны — например, короткие цилиндрические оболочки, гипары, эллиптические оболочки и т.д.

В продольном направлении панель-оболочка работает как балка корытообразного профиля, момент сопротивления поперечного сечения которой плавно меняется в соответствии с эпюрой изгибающих моментов. В нижней утолщенной части бортовых элементов располагают растянутую рабочую арматуру из стержней, высокопрочной проволоки или стальных канатов. Для обеспечения надежной анкеровки напрягаемой рабочей арматуры по ее концам располагают прикрепленные к ним стальные анкерные детали. Армирование поля оболочки назначают по расчету и выполняют из сварной рулонной арматурной сетки; процент армирования оболочки должен быть не менее: для поперечной арматуры — 0,3; для продольной — 0,2. Диафрагмы армируют сварными каркасами только в опорных зонах (на участках длиной 0,1% или более, в зависимости от расчета), а также стержнями-подвесками, расположенными в вертикальных ребрах диафрагм. Панели КЖС рекомендуется проектировать из бетонов классов В30...В60 в зависимости от размеров пролета и нагрузок. В тех случаях, когда это технически и экономически целесообразно в данном районе строительства, рекомендуется проектировать панели-оболочки КЖС из бетонов тех же марок на пористых заполнителях. Рекомендуется также проектировать комплексные панели-оболочки повышенной заводской готовности с эффективным плитным утеплителем (без стяжки) и кровлей, приклеенными на заводе.

Для пропуска вентиляционных шахт проектируют отверстия в панелях с диаметром 400, 700, 1000 и 1450 мм, расположенные по оси панели на различных расстояниях от торца, вокруг которых предусматривается усиление оболочки по расчету. Для устройства светоаэрационных или зенитных фонарей панели проектируют с проемами размером 2,5x6 м — для панелей размером 3x18 м; 2,5x9 м — для панелей 3x24 м. При подходе к фонарному проему в оболочке предусматривают плавное утолщение до 70...80 мм; сжатую зону диафрагм в пределах проема рекомендуется соответственно усиливать. В оболочке и в сжатой зоне диафрагм в соответствии с расчетом рекомендуется устанавливать дополнительную арматуру (рис. 6.24).

Панели-оболочки опирают на продольные несущие стены; такое решение наиболее целесообразно для невысоких сельскохозяйственных и других зданий. В промышленном строительстве при шаге колонн 6 м панели опирают на продольные железобетонные балки прямоугольного сечения высотой 500...600 мм. При шаге колонн 12 м применяют предварительно-напряженные железобетонные двутавровые балки с сечением высотой 1000...1200 мм или фермы раскосно-шпренгельного типа с предварительно-напряженной арматурой. Для совместной работы панелей КЖС с каркасом здания должно быть предусмотрено их крепление сваркой во всех четырех углах панели к продольным несущим конструкциям покрытия. Это крепление рекомендуется осуществлять с применением листовых шарниров, обеспечивающих возможность поворота сечения панели в вертикальной плоскости. Листовые шарниры должны быть запроектированы так, чтобы они могли заранее на заводе привариваться к закладным деталям продольных конструкций. Жесткое крепление панелей, создающее их защемление на опорах, не допускается.

При конструировании панелей КЖС необходимо учитывать следующие особенности: конструкции анкерных деталей и сварных стыков напрягаемой арматуры из стержневой стали, упрочненной посредством вытяжки, должны позволять производить ее упрочнение после сварки всех стыков и приварки анкерных деталей; допускается приварка анкерных деталей после упрочнения при условии повторной вытяжки арматурного элемента на силовой форме (или стенде) полным усилием, заданным для упрочнения. При проектировании рабочей арматуры из высокопрочной проволоки или стальных канатов конструкции анкеров должны обеспечивать возможность предварительного напряжения при натяжении арматуры с захватом за анкера арматурных элементов. При подъеме строповку панели осуществляют только за отверстия в угловых анкерных деталях. На всех стадиях производства, складирования, транспортирования и монтажа панель-оболочка должна опираться только на угловые анкерные детали.

Расчет пологой цилиндрической панели-оболочки КЖС производят по методике расчетных предельных состояний с учетом изменений геометрической схемы конструкции в процессе нагружения. Методика расчета основана на следующей статической гипотезе, подтвержденной экспериментом: предполагается, что вдоль пролета панели действуют только продольные силы, а поперек (вдоль образующей оболочки) — только поперечные силы и изгибающие моменты. Оболочка рассматривается как цилиндрический свод, работающий совместно с деформирующимися диафрагмами. Излагаемый ниже метод расчета разработан для панелей-оболочек КЖС, у которых отношение l0/b0>4, опирающихся на продольные несущие конструкции.

Расчет панели-оболочки КЖС по общей несущей способности и устойчивости. Несущая способность оболочки должна быть достаточна для восприятия усилий сжатия и изгибающих моментов, возникающих при воздействии на панель-оболочку расчетных нагрузок при наименее благоприятных сочетаниях. Несущая способность панели-оболочки определяется величиной предельного изгибающего момента. В соответствии с этим необходимые площади сечения As рабочей арматуры диафрагм и толщины оболочки 5 (рис. 6.24) определяют из- условий:

где M — изгибающий момент в рассматриваемом сечении панели; z — расстояние по вертикали от оси оболочки до оси рабочей арматуры бортового элемента; Rs — расчетное сопротивление рабочей арматуры; ba — ширина панели поверху; m0 — коэффициент условий работы тонкой оболочки, принимаемый равным для панелей шириной 3 м — 0,75; 2м — 0,9; 1,5 м — 1; mb1 — коэффициент условий работы бетона, принимаемый по формуле; х — расстояние от рабочей поверхности анкера рабочей арматуры диафрагмы до рассматриваемого сечения; аТ — расстояние по горизонтали от оси рабочей арматуры диафрагмы до продольной грани панели на опоре.

Кроме того, должно быть соблюдено условие

где M0 — расчетный изгибающий момент в середине пролета панели; я0 — стрела подъема оболочки (расстояние от оси тонкой оболочки до оси рабочей арматуры диафрагмы в середине пролета).

Рекомендуемая геометрическая схема конструкции приведена на рис. 6.24; верхняя поверхность оболочки должна быть очерчена по квадратной параболе. Необходимую толщину оболочки в средней части пролета определяют по формуле (6.36); толщину оболочки b3-4 на участке, сопряжения вутов с оболочкой примыкающем к опоре, — по формулам (6.36) и (6.37). Формулой (6.36) следует пользоваться также для определения толщины оболочки в зоне, примыкающей к фонарному проему. Помимо расчета по формуле (6.66), толщину оболочки следует проверить на условные критические напряжения сжатия по формуле

где lc — расчетный пролет оболочки, равный расстоянию в свету между вутами; M0 — изгибающий момент от расчетных нагрузок в середине пролета панели при коэффициенте надежности по нагрузке = 1; у0 — расстояние от центра тяжести приведенного сечения панели в середине пролета до оси оболочки; I0 — момент инерции приведенного поперечного сечения панели в середине ее пролета.

Площадь сечения стержней торцевой арматуры при опирании панели на продольные несущие конструкции подбирают по большему из усилий Ns1,2:

где g — расчетная нагрузка от веса панели на 1м2; l — расчетный пролет панели; bs — расстояние между осями рабочей арматуры диафрагм; bp — ширина панели на опоре; 200 — сопротивление отрыву, кгс/м2, при съеме панели с формы. Для торцевой арматуры рекомендуется применять сталь класса А400.

Бортовые элементы (диафрагмы) рассчитывают на поперечную силу с учетом разгружающего действия вертикальных составляющих сил сжатия в оболочке. Часть поперечной силы Qd, воспринимаемую диафрагмами, определяют по формуле

где Qo — полная величина поперечной силы в рассматриваемом сечении панели; ф — угол наклона оси оболочки; bd — ширина диафрагмы в самом узком месте рассматриваемого сечения; h0 — рабочая высота сечения.

При соблюдении условия (6.40) расчетной поперечной арматуры в диафрагмах не требуется, достаточно установить стержни-подвески в вертикальных ребрах жесткости диафрагм с шагом 1,5-1,6 м. Во всех случаях на участках диафрагм длиной 0,1/, примыкающих к опорам, а также в местах, где условие (6.40) не соблюдается, рекомендуется устанавливать поперечную арматуру в соответствии с расчетными и конструктивными требованиями СП. Расчет анкеров рабочей арматуры заключается в определении площади рабочей поверхности анкера рабочей арматуры каждого бортового элемента (диафрагмы). Эту площадь проверяют из условия

где M1 — изгибающий момент на всю ширину панели в сечении, расположенном на расстоянии 1,5 м от рабочей поверхности анкера; z1 — расстояние по вертикали от оси рабочей арматуры диафрагмы до оси оболочки в этом же сечении.

Расчет панели-оболочки по деформациям. Прогиб/в середине пролета предварительно-напряженной панели-оболочки при кратковременном действии равномерно распределенной на 1 м длины панели нагрузки q рекомендуется определять по формуле

где q — равномерно распределенная расчетная нагрузка при коэффициенте надежности по нагрузке = 1; k — коэффициент, учитывающий влияние кратковременной ползучести бетона (для тяжелых и легких бетонов на плотном мелком заполнителе k = 0,85); I0 — момент инерции приведенного сечения панели в середине пролета.

Короткую оболочку по направлению вдоль образующей, между диафрагмами, рассчитывают на изгиб. Можно определять предельную несущую способность оболочки кинематическим способом метода предельного равновесия, исходя из схемы разрушения оболочки в форме конверта. Тогда

где As1 — площадь сечения рабочей арматуры, см2 на 1 п.м. оболочки; Rs — расчетное сопротивление арматуры; l — расстояние в свету между вутами диафрагм; bx — толщина оболочки в рассматриваемом сечении.

Далее определяют трещиностойкость оболочки по формулам СП.

Волнистые своды. Волнистые своды, опирающиеся непосредственно на фундаменты, представляют собой особо архитектурно выразительные здания, так как заменяют и стены, и покрытия. К волнистым сводам относят многоволновые покрытия в виде сводов с малыми размерами волн по сравнению с длиной пролета; опираются своды на стены или на колонны (рис. 6.25), либо непосредственно на фундаменты. Отдельная волна в поперечном сечении может иметь очертание синусоиды, криволинейного лотка, треугольной или призматической складки. Сборные элементы могут быть с прямолинейной или криволинейной осями. Волнистые своды применяют для покрытий разнообразных зданий при пролетах 12...100 м и даже более. Стрела подъема/составляет 1/2...1/10 долю перекрываемого пролета. Сводам придают очертание, по возможности наиболее близкое к кривой давления от действия основной (обычно постоянной) нагрузки. При больших пролетах свод конструируют из ряда однотипных сборных элементов, при пролетах до 24 м — из двух половин. Торцевые края сборных элементов тонкостенных сводов усиливают ребрами, что обеспечивает прочность элементов при транспортировании и монтаже, и улучшает условия для более плотного заполнения швов, передающих значительные сжимающие силы.

В тонкостенных сводах с пролетами и волнами больших размеров для стабильности поперечного сечения предусматривают поперечные диафрагмы, затяжки или распорки в направлении волн. Для погашения распора сводов в покрытиях с опорами на большой высоте устанавливают затяжки (см. рис. 6.25), при низком расположении опор применяют также контрфорсы или используют боковые пристройки, если их конструкция обладает необходимой прочностью. В опорном сечении волны свода замыкаются на опорной балке; если шаг опор совпадает с длиной волны, вместо этой балки целесообразнее усилить торцовое ребро крайнего сборного элемента свода.

При расчете каждую волну сводчатого покрытия рассматривают как самостоятельную арочную систему с тонкостенным поперечным сечением, шириной, равной длине волны свода или расстоянию между затяжками. Своды рекомендуется рассчитывать при наличии шарнирных стыков (на опорах и в ключе) как двухшарнирные или трехшарнирные арки.

Прочность волн свода проверяют в местах действия наибольших изгибающих моментов как внецентренно сжатых элементов. В сводах из прямолинейных элементов необходимо учитывать дополнительный изгибающий момент M = Ne1, возникающий вследствие прямолинейности отдельных элементов сводов. Полки сборных ребристых элементов волнистых сводов армируют сварными сетками, ребра сборных элементов — сварными каркасами.

Вдоль сборных элементов по верху и по низу волны размещают арматуру — расчетную или конструктивную (последнюю — в тех случаях, когда эксцентриситет приложения продольной силы относительно центра тяжести сечения не превышает 0,35 высоты волны). В продольные швы сборных элементов укладывают бетон и уплотняют его. Концевые участки сборных элементов усиливают местным армированием. В стыках сборных элементов выполняют сварку выпусков арматуры или закладных деталей. Продольные края сборных элементов рекомендуется принимать в 1,5...2 раза больше основной толщины стенки свода.

При расчете сводов постоянного сечения со стрелой подъема f > l/8 учитывают дополнительную нагрузку gx, вызываемую уклоном покрытия в сечениях, отстоящих на расстояние х от опор (см. рис. 6.25). Эта нагрузка нарастает в направление от ключа (центра) к опорам (пятам свода) по кривой, определяемой формулой

где g — постоянная нагрузка в ключе свода; ф — угол наклона касательной к оси свода в рассматриваемом сечении. При очертании оси свода по дуге окружности величины R0, sin ф, cos ф, у находят по формулам

Вертикальные реакции VA и распор H определяют в зависимости от схемы нагружения: так, при равномерно распределенной нагрузке g VA = VB = 0,5gl; H = 0,125kgl2/f. При неравномерной нагрузке g1 VA = VB = m1g1l; H = m2g1lk, при нагрузке на половине пролета р VA = 0,375pl; VB = 0,125pl; H = 0,0625kpl2/f (см. рис. 6.25), где коэффициенты m1, m2, k находят в соответствии с указаниями.

Изгибающие моменты и нормальные силы в поперечных сечениях волн сводов определяют по формулам

где M0, Q0 — изгибающий момент и поперечная сила в соответствующем сечении однопролетной балки пролетом, равным пролету свода l; H — распор волны свода; у — ордината оси свода в рассматриваемом сечении.

По величинам M0, Q0 рассчитывают сечение бетона и арматуры свода как внецентренно сжатого элемента, на который действуют продольная сила и изгибающий момент.

При расчете отдельной складки свода ее поперечное сечение принимают приведенным, эквивалентным по площади и моменту инерции фактическому сечению. Оно образуется путем суммирования толщины двух прилегающих панелей по горизонтальному сечению.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: