● Сборно-монолитные конструкции представляют собой рациональное сочетание в общей конструкции заранее изготовленных сборных элементов и дополнительно уложенных на месте строительства монолитного бетона (бетона омоноличивания) и арматуры. После приобретения монолитным бетоном прочности такая конструкция работает как единое целое.
Сборно-монолитные железобетонные конструкции по основным конструктивным признакам разделяют на три класса (рис. 9.9):
Рис. 9.9. Виды сборно-монолитных перекрытий:
1 — сборные элементы; 2 — монолитный бетон
класс А — сборные элементы воспринимают всю монтажную нагрузку и нагрузку от собственного веса монолитного бетона, служат несущей опалубкой и не нуждаются в установлении временных опор в процессе монтажа и производства работ; монолитный бетон располагается в основном выше нейтральной оси (рис. 9.9, а);
класс Б — сборные элементы воспринимают лишь часть монтажной нагрузки и нагрузки от собственной массы монолитного бетона, служат опалубкой, но нуждаются в установлении временных опор в процессе монтажа и производства работ; нейтральная ось располагается в пределах высоты монолитной части сечения (рис. 9.9, б, в);
класс В — сборные элементы в процессе монтажа и укладки монолитного бетона нагрузки не воспринимают, а служат лишь рабочей арматурой; монолитный бетон располагается по всей высоте поперечного сечения (рис. 9.9, г).
В качестве сборных элементов можно применять как специально запроектированные конструкции, так и типовые обычные или предварительно напряженные элементы (балки, плиты, ригели и т.п.). Размеры сборных элементов назначают из условия обеспечения их прочности при изготовлении, транспортировании и монтаже, а также прочности швов сопряжения с бетоном омоноличивания при их совместной работе. Для элементов, воспринимающих нагрузки, действующие при возведении конструкции, рекомендуется применять прямоугольные, тавровые, двутавровые, коробчатые, лотковые и другие типы сечений.
Надежную связь бетона омоноличивания с бетоном сборных элементов рекомендуется осуществлять с помощью арматуры, выпускаемой из сборных элементов, путем устройства шпонок или шероховатостей поверхности, продольных выступов и т. п. Конструктивное сочетание сборных элементов и монолитного бетона во многих случаях является экономически выгодным, так как сборно-монолитные конструкции, объединяя достоинства тех и других, лишены некоторых их недостатков. Для возведения сборно-монолитных конструкций, в отличие от монолитных, не требуется специальной опалубки, подмостей и лесов, поэтому монолитный бетон сборно-монолитных конструкций дешевле бетона монолитных конструкций, возводимых в несущей опалубке, а также пропаренного бетона сборных элементов. В сборных элементах сборно-монолитных конструкций весьма эффективно применение предварительно напряженной высокопрочной арматуры. Установкой дополнительной арматуры в опорных участках монолитного бетона легко обеспечивается неразрезность соединений элементов.
Сборно-монолитные конструкции должны удовлетворять требованиям расчета: по несущей способности с целью обеспечения прочности нормальных и наклонных к продольной оси конструкции сечений, а также по контакту сборных элементов с монолитным бетоном (первая группа предельных состояний); по перемещениям, образованию, раскрытию и закрытию трещин (вторая группа предельных состояний).
Расчет сборно-монолитных конструкций по предельным состояниям должен производиться для следующих двух стадий работы конструкции [26]:
● до приобретения бетоном омоноличивания заданной прочности на воздействие нагрузки от массы этого бетона и от других нагрузок, действующих на данном этапе возведения конструкции;
● после приобретения бетоном омоноличивания заданной прочности, т. е. при совместной работе со сборными элементами — на нагрузки, действующие на данном этапе возведения и при эксплуатации конструкций.
Расчет прочности сборно-монолитных конструкций по нормальному и наклонному сечениям производится по [1], однако необходимо соблюдать ряд дополнительных требований, изложенных в [26].
Так, при наличии в сжатой зоне сечения бетонов разные классов в расчет вводится сечение, приведенное к бетону одного класса по соотношению прочностей Rbi, с сохранением фактических значений высоты сечений всех слоев бетона, но с изменением ширины.
Расчет прочности сборно-монолитных конструкций по контакту на сдвиг производится из условия
где Qsh — расчетное усилие сдвига; bsh — ширина поверхности сдвига, по которой производится проверка прочности контакта; lsh—расчетная длина участка сдвига; τsh — среднее (по длине участка сдвига) суммарное сопротивление сдвигу, которое в общем случае слагается из сопротивления за счет сцепления и механического зацепления, работы бетонных шпонок на срез, за счет трения, а также за счет работы поперечной арматуры.
Согласно руководству по проектированию сборно-монолитных железобетонных конструкций расчет по (9.26) не требуется, однако сформулированы конструктивные требования, при соблюдении которых будет обеспечена прочность по контакту сборно-монолитных конструкций при действии статических и многократно повторных нагрузок.
Безбалочные перекрытия
● Особенностью безбалочных перекрытий является непосредственное опирание плит на капители колонн (рис. 9.10, а, б). Капители создают жесткое сопряжение перекрытия с колоннами в системе каркаса здания, увеличивают прочность плиты на излом и обеспечивают плиту продавливания. В таких перекрытиях вследствие отсутствия выступающих ребер лучше используется объем помещения, уменьшается строительная высота здания, сокращается объем стеновых материалов, улучшается освещенность и проветриваемость помещений. Вследствие этого безбалочные перекрытия широко применяют для многоэтажных складов, холодильников, мясокомбинатов, гаражей. Они экономичны в зданиях с большими временными нагрузками (v >10 кН/м2) и квадратной сеткой колонн.
Рис. 9.10. Безбалочные перекрытия:
1 — капитель; 2 — надколонная плита; 3 — пролетная плита
Безбалочные перекрытия бывают сборные, монолитные и сборно-монолитные.
■ Сборные безбалочные перекрытия. Эти перекрытия применяют при сетке колонн 6×6, 6×9, 9×9 м. Они состоят из капителей, надколонных и пролетных панелей. Капители опираются на уширения колонн, соединяются с ними шпонками (см. рис. 9.10, б) и воспринимают нагрузку от надколонных панелей, идущих в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Панели соединяются с капителью сваркой закладных деталей и, таким образом, превращаются в неразрезную систему. Пролетная панель опирается на полки надколонных панелей и работает как плита, опертая по контуру. Классы бетона панелей В25 и В30, колонн и капителей В15...В50. Рабочая арматура из стали класса А-III.
К сборным безбалочным перекрытиям относят также бескапительные перекрытия, возводимые методом подъема этажей. Работа по возведению таких перекрытий производится в следующем порядке. Вначале устраивают фундаменты, устанавливают железобетонные колонны на высоту яруса (ярус до 15 м), устраивают подготовку пола 1-го этажа, по выровненной поверхности подготовки бетонируют одну над другой пакет железобетонных плит перекрытия, нанося между ними разделяющие слои, препятствующие сцеплению слоев бетона. В местах, где колонны пересекают перекрытия, устраивают отверстия, усиленные стальными закладными деталями — воротниками, предназначенными для увеличения прочности и жесткости плит на излом и продавливание. Подъем перекрытия на проектные отметки производят с помощью системы гидродомкратов, установленных на колоннах, после чего осуществляют их закрепление.
■ Монолитные безбалочные перекрытия. Они представляют собой гладкую плиту, опертую через капители на колонны. Толщину плиты назначают из условия достаточной ее жесткости h= (1/32...1/35)l2, где l2 — размер большего пролета плиты. Монолитную безбалочную плиту армируют рулонными или плоскими сварными сетками, укладываемыми над колоннами и в пролетах. Над колоннами стержни укладывают поверху в двух направлениях, в середине плиты — понизу в двух направлениях. В пересечениях надколонных и пролетных полос необходима установка как нижней (рис. 9.10, г), так и верхней рабочей арматуры (рис. 9.10, е). Вблизи колонн верхние сетки раздвигаются, либо в сетках устраивают отверстия с установкой дополнительных стержней, компенсирующих прерванную арматуру. Капители армируют конструктивно, по углам ставят стержни диаметром 8...10 мм и охватывают их горизонтальными хомутами.
■ Сборно-монолитные безбалочные перекрытия. Такие перекрытия работают подобно монолитным, однако для их возведения не требуется устройства поддерживающих лесов и опалубки, что повышает индустриальность их возведения. Эти перекрытия укладывают по сборным панелям, надколонным и пролетным панелям.
Поскольку безбалочные перекрытия жестко соединены с колоннами и работают с ними совместно, расчет их производят как элементов рам с жесткими узлами, расположенных в двух взаимно перпендикулярных направлениях. В сборном варианте такие рамы образуются колоннами, капителями и надколонными плитами, в монолитном — колоннами и полосой перекрытия, равной по ширине расстоянию между серединами двух пролетов, примыкающих к соответствующему ряду колонн.
Раму вначале рассчитывают на невыгоднейшие комбинации постоянных и временных нагрузок как упругую систему с учетом переменной жесткости по длине элементов. Затем строят объемлющую эпюру моментов и производят перераспределение усилий с учетом допущения пластических деформаций [12]. Кроме того, предусматривают расчет на продавливание плиты по периметру капители, а также расчет на излом панелей вдоль и поперек перекрытия.
Расчет сборного перекрытия на продавливание производят в сечениях, где очертание капители образует входящие углы или изменяется толщина плиты. Предполагается, что продавливание происходит по боковой поверхности пирамиды, боковые грани которой наклонены под углом 45° к горизонту. Прочность перекрытия будет обеспечена при соблюдении условия (6.3).
Расчет плиты безбалочного перекрытия на излом производят методом предельного равновесия. Экспериментальные исследования показали, что наиболее опасными загружениями являются: полосовая нагрузка через пролет и сплошная по всей площади.
При полосовом загружении в перекрытии образуются три линейных шарнира пластичности (рис. 9.10, д). Два верхних располагаются на расстоянии а = (0,08...0,12)l1 от осей колонн, нижний — в середине пролета. Изгибающие моменты, воспринимаемые на длине l2 верхним и нижним пластическими шарнирами, равны: M1 = RsAs1z1; M2 = RsAs2z2, где z1 и z2 — плечи внутренней пары в опорном и пролетном сечениях. Используя условие (9.13), при одинаковом армировании обоих опорных сечений получим
где As1 (As2) — площадь арматуры в опорном (пролетном) пластическом шарнире в пределах одной панели.
При сплошном загружении безбалочного перекрытия каждая панель разделяется пластическими шарнирами на четыре звена, поворачивающихся вокруг опорных линейных пластических шарниров, оси которых расположены в зоне капителей, обычно под углом 45° к рядам колонн (рис. 9.10, е).
Расчетное уравнение для квадратной панели
где a1 — катет прямоугольного треугольника, отламывающегося от колонны, a1 = (0,08...0,12)l.
Задаваясь соотношением площадей опорной As1 и пролетной As2 арматуры [12], получают в уравнениях (9.27) и (9.28) только по одному неизвестному.
Расчет сборных безбалочных перекрытий допускается приближенным методом. В этом случае надколонные панели рассматривают как неразрезные балки, соединенные с капителями, пролетные панели — как плиты, опертые по контуру. Изгибающий момент в пролетной квадратной плите, учитывая частичное защемление в контурных ребрах:
где q — нагрузка на 1 м2 плиты, q=g+ v.
Опорные и пролетные моменты надколонных панелей определяют как для неразрезных балок с учетом перераспределения усилий:
где q — равномерно распределенная приведенная нагрузка на 1 м длины надколонной панели; l0 — расчетный пролет панели, принимаемый равным расстоянию в свету между краями капителей, умноженному на 1,05.
Капители рассчитывают в обоих направлениях как консоли на нагрузку от опорных реакций и моментов надколонных плит. Рабочую арматуру укладывают по верху капители, стенки капители армируют конструктивно.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРНКИ:
?1. Классификация плоских железобетонных перекрытий по конструктивной схеме и способу возведения.
2. Компоновка конструктивной схемы сборного балочного перекрытия.
3. Типы сборных железобетонных панелей (по форме поперечного сечения), их основные размеры.
4. Вычертите схемы армирования сборных панелей перекрытий и расскажите о назначении каждого вида арматуры.
5. Какова последовательность расчета панелей перекрытий?
6. Как производится расчет полки ребристой панели на местный изгиб?
7. Расчетная схема ригеля сборных перекрытий в зданиях с полным и неполным каркасом.
8. Основные положения и достоинства метода расчета железобетонных конструкций с учетом перераспределения усилий.
9. Какова последовательность расчета ригеля?
10. Изобразите систему армирования ригеля и объясните ее.
11. Начертите конструкции применяемых стыков ригелей с колоннами. Охарактеризуйте их достоинства и недостатки.
12. Особенности расчета стыков с обетонированием и без обетонирования. 13. Расчет консоли колонны.
14. Компоновка конструктивной схемы монолитного балочного перекрытия. 15. Особенности работы балочных плит и плит, опертых по контуру.
16. Расчет балочных плит.
17. Схемы армирования монолитных балочных плит.
18. Расчетная схема второстепенной балки монолитного балочного перекрытия.
19. Определение усилий во второстепенной балке.
20. Расчет сечений второстепенной балки на опоре и в пролете.
21. Начертите схему армирования второстепенной балки и объясните назначение каждого вида арматуры.
22. Расчетная схема главной балки монолитного балочного перекрытия. Схема приложения нагрузок.
23. Особенности расчета и конструирования главных балок монолитных балочных перекрытий.
24. Разновидности монолитных перекрытий с плитами, опертыми по контуру. 25. Конструирование плит, опертых по контуру.
26. Методы, применяемые для расчета плит, опертых по контуру.
27. Расчет плит, опертых по контуру, методом предельного равновесия.
28. Расчет балок перекрытий с плитами, опертыми по контуру.
29. Достоинства и область применения безбалочных перекрытий.
30. Конструкции сборных безбалочных перекрытий.
31. Методы расчета сборных безбалочных перекрытий.
32. Конструкции монолитных безбалочных перекрытий. Схема армирования. 33. Инженерные методы расчета монолитных безбалочных перекрытий.
