книги / Расчет и проектирование сборных железобетонных ребристых плит покрытий и перекрытий
..pdfМинистерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
С.В. Климов, С.Л. Бугаев
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СБОРНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РЕБРИСТЫХ ПЛИТ ПОКРЫТИЙ И ПЕРЕКРЫТИЙ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебно-методического пособия
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета
2019
1
УДК 024.014 К49
Рецензенты:
канд. техн. наук, доцент И.Л. Тонков (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);
канд. техн. наук, доцент, директор А.В. Калугин (НПФ «Надежность»)
Климов, С.В.
К49 Расчет и проектирование сборных железобетонных ребристых плит покрытий и перекрытий : учеб.-метод. пособие / С.В. Климов, С.Л. Бугаев. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2019. – 59 с.
ISBN 978-5-398-02241-4
Рассмотрены особенности расчета и проектирования ребристых плит перекрытий и покрытий для зданий и сооружений.
Пособие разработано в соответствии с программой дисциплины «Проектирование строительных конструкций».
Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения направления 08.03.01 «Строительство», профилей бакалавриата «Промышленное и гражданское строительство» и «Строительные конструкции зданий и сооружений».
УДК 024.014.45
ISBN 978-5-398-02241-4 |
© ПНИПУ, 2019 |
2
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
1. Общие сведения............................................................................. |
5 |
2. Выбор опалубочных размеров панели (плиты) ....................... |
5 |
3. Расчет ребристой плиты по первой группе |
|
предельных состояний.................................................................. |
8 |
3.1. Расчет полки плиты.................................................................. |
8 |
3.2. Расчет поперечных ребер....................................................... |
13 |
3.2.1. Статический расчет.......................................................... |
13 |
3.2.2. Подбор продольной арматуры ........................................ |
14 |
3.3. Расчет продольных ребер....................................................... |
16 |
3.3.1. Определение нагрузок и усилий..................................... |
16 |
3.3.2. Расчет прочности по нормальным сечениям................. |
18 |
3.3.3. Расчет прочности по наклонным сечениям |
|
на действие поперечной силы.......................................... |
20 |
3.3.4. Расчет прочности по наклонным сечениям |
|
на действие изгибающего момента................................. |
22 |
4. Расчет ребристой плиты по второй группе |
|
предельных состояний................................................................ |
24 |
4.1. Определение геометрических характеристик |
|
приведенного сечения ............................................................ |
24 |
4.2. Определение потерь предварительных напряжений........... |
26 |
4.3. Расчет по образованию трещин, нормальных |
|
к продольной оси .................................................................... |
30 |
4.4. Расчет по раскрытию нормальных трещин.......................... |
30 |
4.5. Расчет плиты по деформациям.............................................. |
35 |
4.5.1. Определение кривизны на участках без трещин........... |
35 |
4.5.2. Определение кривизны на участках с трещинами........ |
38 |
5. Расчет плиты на стадии изготовления, |
|
транспортирования и монтажа................................................. |
39 |
5.1. Проверка прочности............................................................... |
39 |
5.2. Проверка трещиностойкости на стадии |
|
изготовления............................................................................ |
41 |
6. Подбор монтажных петель ........................................................ |
42 |
3
Список литературы......................................................................... |
44 |
Приложение 1 |
|
Значения коэффициента ползучести φb,cr |
|
в зависимости от относительной влажности |
|
воздуха и класса бетона (табл. 2.6 [4]) ..................................... |
45 |
Приложение 2 |
|
Граничные значения относительной высоты |
|
сжатой зоны бетона R (табл. 3.1 [4]) ..................................... |
46 |
Приложение 3 |
|
Коэффициент для расчета геометрических |
|
характеристик (табл. 4.1 [4]) ..................................................... |
47 |
Приложение 4 |
|
Значение расчетного коэффициента φc (табл. 4.5 [4]) ............ |
48 |
Приложение 5 |
|
Предельно допустимая ширина раскрытия |
|
трещин (по п. 4.2.1.3 [2]) ........................................................... |
49 |
Приложение 6 |
|
Требования к железобетонным конструкциям, |
|
эксплуатирующимся при воздействии различных сред |
|
(табл. Ж.3 СП 28.13330.2012) ................................................... |
50 |
Приложение 7 |
|
Сортамент стержневой арматуры и проволоки....................... |
54 |
Приложение 8 |
|
Нормативные и расчетные сопротивления тяжелого |
|
бетона (по табл. 2.3, 2.4 и 2.5 [4]) ............................................. |
55 |
Приложение 9 |
|
Характеристики стержневой и проволочной |
|
арматуры по СП 52-102–2004 ................................................... |
56 |
Приложение 10 |
|
Соотношения между диаметрами |
|
свариваемых стержней в каркасах и сетках |
|
при контактно-точечной сварке................................................ |
58 |
4
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Ребристые плиты широко используются в перекрытиях и покрытиях зданий и сооружений.
Ребристые плиты покрытий размером 3 12 и 3 6 м, которые опираются непосредственно на ригели поперечных рам, применяются в беспрогонной системе покрытия. Эта система в наибольшей степени отвечает требованиям укрупнения элементов, уменьшения числа монтажных единиц и является основной в строительстве одноэтажных каркасных зданий.
Плиты размером 1,5 12 и 1,5 6 м используют как доборные элементы в местах повышенных снеговых отложений и перепадов профиля покрытия.
Ребристые плиты, принятые в качестве типовых, имеют продольные ребра, поперечные ребра и полку.
Продольные ребра армируют напрягаемой стержневой арматурой классов А500, А540, А600, А800, А1000 или канатной классов К1400, К1500, поперечные ребра и полку – сварными каркасами и сетками из арматуры классов В500, А400. Бетон принимают классов В30, В40.
В практике строительства применяют также крупноразмерные плиты покрытий на «пролет», что позволяет сократить число монтажных единиц и дает некоторые архитектурные и конструктивные преимущества. К ним относятся крупноразмерные железобетонные сводчатые плиты («КЖС»), двухконсольные плиты «2Т» и ребристые плиты под малоуклонную кровлю. Пролеты этих плит принимаются 18 и 24 м, их ширина 3 м.
2. ВЫБОР ОПАЛУБОЧНЫХ РАЗМЕРОВ ПАНЕЛИ (ПЛИТЫ)
В зависимости от заданного размера плиты в плане и величины нагрузок (снеговой для плит покрытия или полезной для перекрытия) назначают опалубочные размеры элементов в соответствии с рекомендациями, приведенными в табл. 1. Опалубочный чертеж плиты показан на рис. 1.
5
6
Таблица 1
Рекомендуемые опалубочные размеры (мм) ребристых плит в зависимости от размера и нагрузки на 1 м2
Размеры |
|
Толщина |
Высота |
Ширина |
Высота |
Ширина поперечного |
||
|
полки h f |
продольного |
продольного |
поперечного |
ребра |
|||
панели, |
Нагрузка, кПа |
|||||||
(назначается |
ребра |
ребра |
ребра |
|
|
|||
по низу b1 |
по верху b2 |
|||||||
м |
|
кратной 5) |
h |
bр |
h1 |
|||
|
|
|
|
|||||
6×1,5 |
5,0–40,0 |
30–60 |
300–400 |
70–100 |
140 |
50 |
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6×3 |
3,5–13,0 |
30–40 |
300 |
70–100 |
150 |
50 |
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12×1,5 |
5,0–13,0 |
30–40 |
450 |
80–120 |
150 |
50 |
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12×3 |
3,5–10,0 |
30–40 |
450 |
80–120 |
160 |
60 |
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15×3 |
3,5–15,0 |
30–50 |
600 |
80–120 |
160 |
60 |
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18×3 |
3,5–8,0 |
30–40 |
600–900 |
8–120 |
160 |
60 |
80 |
|
на опоре |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
6
Рис. 1. Опалубочный чертеж панели: 1 – продольное ребро; 2 – поперечное ребро; 3 – полка; 4 – вут
На рис. 1 использованы следующие обозначения: lпл и bпл –
номинальные длина и ширина плиты; h – высота плиты; b f и h f – соответственно ширина и толщина полки; l1кр и l1ср – крайний и средний пролеты в свету; акр и аср – крайнее и среднее расстояние между осями поперечных ребер; bк и lк – конструктивные размеры плиты по низу, bк = bпл – 30, lк = lпл – 30.
7
3. РАСЧЕТ РЕБРИСТОЙ ПЛИТЫ ПО ПЕРВОЙ ГРУППЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ
3.1. Расчет полки плиты
Подсчет нагрузок, действующих на 1 м2 полки плиты, производится по табличной форме с учетом принятой конструкции покрытия или пола (для междуэтажных перекрытий).
Полка армируется сварной сеткой из арматуры класса В500 диаметром от 3 до 5 мм. Минимальный шаг арматуры сеток принимается равным100 мм, максимальный– 400 ммсградациейчерез50 мм.
Работа полки плиты и направление рабочей арматуры сеток, которыми армируется полка, зависит от соотношения расстояния между поперечными и продольными ребрами в свету (в местах защемления). Полка плиты рассматривается как пластинка, жестко опертая по контуру продольных и поперечных ребер, при этом в зависимости от соотношения (сторон) пролетов полки различают три случая работы полки (рис. 2).
Случай 1 (рис. 2, а). Если в плитах нет поперечных ребер (кроме торцевых) и отношение пролетов полки в свету l1/l2 > 2, то полка плиты работает в коротком направлении, рабочая арматура в сетке располагается по направлению короткого пролета. Для расчета арматуры выделяется полоса шириной 1 м, расчетным пролетом которой является расстояниемежду продольными ребрами всвету lp = l2.
Изгибающий момент в пролете и на опорах полки плиты
|
|
|
qlp2 |
|
|
|
M |
, |
(1) |
||||
11 |
||||||
|
|
|
|
|
где q – полная расчетная нагрузка, определенная по таблице сбора нагрузок.
Коэффициент m определяется по формуле
m = |
М |
, |
(2) |
b1Rbbf h02 |
где b1 – коэффициент условий работы бетона; Rb – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию; bf – ширина расчетной полосы (100 см); h0 – рабочая высота сечения; если сетка размещает-
8
ся в середине полки, то h0 = hf /2 d /2, если сетка размещается у растянутой грани с защитным слоем 1,0 см, то h0 = hf – 1,25; d – диаметр арматуры, hf – толщина полки.
Рис. 2. Расчетные схемы полки плиты в зависимости от размещения ребер: 1 – расчетная полоса; 2 – характер трещинообразования; Р – направление рабочей арматуры сетки; К – то же, конструктивной
9
Площадь сечения арматуры на полосу шириной 1 м [3, фор-
мула (3.23)]
А |
Rb b1bf h0 (1 |
1 2 m) |
, |
(3) |
|
|
|||
s |
Rs |
|
|
|
|
|
|
|
где Rs – расчетное сопротивление арматуры.
По требуемой площади арматуры на полосу шириной 1 м, выбирая диаметр и площадь одной проволоки, определяют шаг рабочей арматуры, используя сортамент (прил. 7). Шаг арматуры сеток принимают кратным 50 мм из условий сварки их на станках. Поэтому количествопроволоквсеткена1 мпринимаетсяравным4 пришаге250 мм, 5 – пришаге200 мм, 7 – пришаге150 мми10 – пришаге100 мм.
Коэффициент армирования
= |
Аs |
100 %. |
|
||
|
100hf |
Он должен быть в пределах 0,3–0,8 %, но не менее 0,1 %.
В другом направлении принимается арматура класса В500 диаметром 3–4 мм конструктивно с шагом не более 400 мм.
Разные вариантыармирования полкиплиты показаны нарис. 3. Случай 2 (рис. 2, б). Если поперечные ребра в плите располагаются часто, т.е. отношение l2/l1 > 2, то полка плиты работает как многопролетная балка. Рассматриваем расчетную полосу шириной 1 м. Рабочая арматура устанавливается в направлении короткого
пролета ячейки полки, т.е. вдольдлинной стороны всей плиты. Определяются расчетные моменты:
– для крайнего пролета
|
|
ql2 |
|
|
|
Мкр = |
1кр |
, |
(4) |
||
11 |
|||||
|
|
|
|
||
– для среднего пролета |
ql2 |
|
|
||
|
|
|
|
||
Мср = |
|
1cp |
, |
(5) |
|
|
16 |
||||
|
|
|
|
где l1кр, l1ср – расстояние между поперечными ребрами в свету в крайнем и среднем пролете; q – нагрузка на 1 м расчетной полосы, принимается полная расчетная величина на полку плиты.
10