Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Основные положения расчета – те же, что и при расчете сплошных колонн. Особенностью является то, что выемка колонн из опалубки после изготовления предусмотрена в положении ″плашмя″, а транспортирование и монтаж колонн могут производиться как в положении ″плашмя″, так и в положении ″на ребро″. В связи с этим надкрановая часть при обоих положениях и подкрановая часть в положении ″плашмя″ рассчитывается как балка прямоугольного сечения. Подкрановая часть в положении ″на ребро″ рассчитывается как решетчатая балка.

Расчет выполняется по I и II группам предельных состояний.

Расчет по I группе предельных состояний заключается в проверке прочности нормальных сечений колонн при принятом ранее армировании (из расчета в стадии эксплуатации).

Расчет по II группе предельных состояний производится по образованию и раскрытию нормальных трещин.

Если расчет не удовлетворяет требованиям норм, то вначале корректируется положение строповочных петель или прокладок, а затем уже увеличивается количество A_s.

Ниже приведены рисунки к расчету колонн в указанных стадиях в положении ″плашмя″.

 

          

 

Рис.26.6 К расчету колонны в стадии изготовления и транспортирования в положении ″плашмя″

                

Рис26.7. К расчету колонны в стадии монтажа в положении ″плашмя″

 

Конструирование

Конструирование производится в соответствии с выполненными расчетами. Оно выполняется сварными сетками, каркасами и арматурными элементами. Схемы армирования и назначение арматурных изделий приведены ниже.

Назначение арматурных изделий и требования к их изготовлению

Плоские каркасы надкрановой и подкрановой частей предназначены для обеспечения прочности нормальных сечений колонн от совместного действия изгибающего момента и продольной сжимающей силы. Диаметр d_s продольных стержней определяется расчетом и принимается не менее 16 мм (класс арматуры А400, А600). Поперечная арматура, изготавливаемая из стали класса А240, предназначена для предотвращения выпучивания продольных стержней от действия сжимающей силы. Диаметр d_w определяется из условий свариваемости и принимается равным

 

Шаг поперечных стержней, принимаемый кратным 50 мм, назначается из условий

 Сетки в верхней части колонн (С1 на рис.26.8) устанавливаются конструктивно в количестве 4-х штук с шагом 50 мм из арматуры Ø8 А240 и предназначены для предохранения бетона оголовков колонн от разрушения при случайных ударах во время монтажа стропильных конструкций.

 Сетки, устанавливаемые в количестве 4-х штук по ширине сечения (С2 на рис.26.8) предназначены для обеспечения прочности наклонных сечений подкрановых распорок колонн от действия поперечной силы. Диаметр горизонтальной и вертикальной арматуры сеток определяется расчетом и принимается не менее Ø8 А400.

Арматурные элементы СШ1 (в количестве 4-х штук) предназначены для обеспечения прочности подкрановых распорок на срез. Арматурные элементы СШ2 (4 штуки) и СШ3 (количество 4, 6, 8 штук) предназначены для обеспечения прочности нормальных сечений соответственно подкрановых и средних распорок на действие изгибающего момента. Диаметр продольной арматуры (класс А400, А600) определяется расчетом и принимается не менее 16 мм. Пластины, привариваемые к торцам продольной арматуры с обеих сторон, предназначены для ее анкеровки.

 Поперечная арматура средних распорок (позиция 5) предназначена для обеспечения прочности наклонных сечений на действие поперечной силы. Диаметр d_w хомутов и шаг их установки определяется расчетом (d_w ≥ Ø6 А240, S≤150 мм).

 Армирование нижней распорки производится по конструктивным требованиям. Продольная арматура (СШ4) принимается Ø12 А400, поперечная – Ø6 А240 с S=150 мм.

 

 

 

Рис.26.8 Схема армирования двухветвевой колонны

 

 

 

Рис.26.9 Сетки и арматурные элементы армирования колонны

 

 

ЛЕКЦИЯ 2 3

ПЛИТЫ И БАЛКИ ПОКРЫТИЙ

Плиты покрытий

Плиты беспрогонных покрытий представляют собой крупные ребристые панели размерами 3х12 и 3х6 м, которые опираются непосредственно на ригели поперечных рам; плиты 1,5х12 и 1,5х6 м используют как доборные элементы в местах повышенных снеговых отло­жений - у фонарей, в перепадах профиля покрытия. Плиты прогонных покрытий имеют значительно меньшие размеры — 3х0,5 и 1,5х0,5 м. Они опираются на железобетонные прогоны, а те, в свою очередь, - на ригели поперечных рам. Беспрогонная система покрытий в наибольшей степени отвечает требованиям укрупнения элементов, уменьшения числа монтажных единиц и является основной в строительстве одноэтажных каркасных зданий.

 

 

Рис. 27.1 Ребристая плита покрытия размером 3х12 м

1 - вут; 2 — петля

Ребристые плиты 3х12 м, принятые в качестве типо­вых, имеют продольные ребра сечением 100х450 мм, поперечные ребра сечением 40х150 мм, полку толщиной 25 мм, уширения в углах — вуты, которыми обеспечива­ется надежность работы в условиях систематического воздействия горизонтальных усилий от торможения мостовых кранов (рис.27.1). Продольные ребра армируют напрягаемой стержневой или канатной арматурой, поперечные ребра и полки — сварными каркасами и сетками. Бетон принимают классов В30, В40. Плиты ребристые Зх6 м (также принятые в качестве типовых) имеют продольные и поперечные ребра и армируются напрягаемой арматурой.

Плиты двухконсольные 2Т размерами 3х12 и 3х6 м имеют продольные ребра, расположенные на расстоянии 1,5 м, и консольные свесы полок (рис. 27.2). Благодаря уменьшению изгибающих моментов в поперечном направлении ребер не делают, форма плиты упрощается. В плитах размером Зх12 м продольные предварительно напряженные ребра изготовляют заранее, а затем бетонируют полку. Связь ребер с полкой создается устройством выпусков арматуры и сцеплением бетона. Раздельное изготовление плиты позволяет снизить класс бетона полок до В15. Плиты 3х6 м изготовляют как раздельно, так и целиком.

 

Рис. 27.2 Плита покрытия типа 2Т

 

 

Рис. 27.3 Схема покрытия с двускатными плитами типа 2Т

размером 3х18 м

Таблица 27.1

Технико-экономические показатели плит покрытий

Тип плиты	Масса плиты, т	Класс бетона	Приведенная толщина бетона, мм	Расход стали на плиту, кг, при армировании продольных ребер
				стержнями	канатами или высокопрочной проволокой
Ребристая 3 12 м То же 3 6 м 2Т 3 12 То же 3 м Ребристая малоуклонная 3 18 м Сводчатая КЖС 3 18 м Двускатная 3 18 м	6,8 2,38 6,8 2,38 12,2   10,9 15,1	В30, В40 В25, В30 В40 В25 В40   В40 В40	76,5 53 76,5 53 89,8   80,3 112	765…391 70…101 330 85 -   - -	205…288 56…70 237 63 581   431 382

 

 

 

Рис. 27.4 Схема крупноразмерной железобетонной сводчатой плиты КЖС

размером 3х18 м

 

Рис. 27.5 Схема ребристой плиты покрытия под малоуклонную кровлю

размером 3x18 м

 

Технико-экономические показатели плит покрытий приведены в табл. 27.1.

Крупноразмерные плиты 3х18 м и 3х24 м, опираю­щиеся на балки пролетом 6 или 12 м, разработаны для покрытий со скатной и малоуклонной кровлей (рис. 27.3). Плиты 2Т в этом решении имеют трапециевид­ные продольные ребра с уклоном верхнего пояса 1:12 и полку переменной толщины (25...60 мм). Плиты круп­норазмерные железобетонные сводчатые КЖС имеют криволинейные продольные ребра с уширениями в ниж­ней и верхней частях, гладкую полку толщиной 40...50 мм в середине пролета и 140...160 мм в торце у опор (рис. 27.4). Плиты ребристые под малоуклонную кровлю имеют трапециевидные продольные ребра с уклоном верх­него пояса 1:20, 1:30, поперечные ребра с шагом 1000 мм и полку толщиной 25 мм (рис. 27.5).

По технико-экономическим показателям ребристые малоуклонные плиты немного уступают сводчатым плитам КЖС, однако их преимущество в том, что при малом уклоне покрытия можно широко применять средства механизации в производстве кровельных работ. При криволинейной поверхности сводчатых плит это затруднено.

 

Балки покрытий

Балки покрытий могут иметь пролет 12 и 18 м, а в отдельных конструкциях — пролет 24 м. Очертание верх­него пояса при двускатном покрытии может быть трапециевидным с постоянным уклоном, ломаным или криволинейным (рис. 27.6, а ... в). Балки односкатного покрытия выполняют с параллельными поясами или ломаным нижним поясом, плоского покрытия — с параллельными поясами (рис. 27.6, г ... е). Шаг балок покрытий — 6 или 12 м.

Наиболее экономичное поперечное сечение балок покрытий — двутавровое со стенкой, толщину которой (60... 100 мм) устанавливают, главным образом, из условий удобства размещения арматурных каркасов, обеспечения прочности и трещиностойкости. У опор толщина стенки плавно увеличивается и устраивается уширение в виде вертикального ребра жесткости. Стенки балок в средней части пролета, где поперечные силы незначительны, могут иметь отверстия круглой или многоугольной формы, что несколько уменьшает расход бетона, создает технологические удобства для сквозных проводок и различных коммуникаций.

 

 

Рис. 27.6 Конструктивные схемы балок покрытий

а — двускатных с очертанием верхнего пояса

а — прямолинейным; б — то же ломанным; в — то же криволинейным; г — односкатных с параллельными поясами; д — то же с ломаным нижним поясом; е — плоских

Высоту сечения балок в середине пролета принимают 1/10...1/15 l. Высоту сечения двускатной трапециевидной балки в середине пролета определяют уклон верхнего пояса (1:12) и типовой размер высоты сечения на опоре (800 мм или 900 мм). В балках с ломаным очертанием верхнего пояса благодаря несколько большему уклону верхнего пояса в крайней четверти пролета достигается большая высота сечения в пролете при сохранении ти­пового размера — высоты сечения на опоре. Балки с криволинейным верхним поясом приближаются по очертанию к эпюре изгибающих моментов и теоретически несколько выгоднее по расходу материалов; однако усложненная форма повышает стоимость их изготовления.

Ширину верхней сжатой полки балки для обеспечения устойчивости при транспортировании и монтаже принимают 1/50... 1/60 l. Ширину нижней полки для удобного размещения продольной растянутой арматуры — 250... 300 мм.

Двускатные балки выполняют из бетона класса В25... В40 и армируют напрягаемой проволочной, стержневой и канатной арматурой (рис. 27.7). При армировании высокопрочной проволокой ее располагают группами по 2 шт. в вертикальном положении, что создает удобства для бетонирования балок в вертикальном положении. Стенку балки армируют сварными каркасами, продольные стержни которых являются монтажными, а поперечные — расчетными, обеспечивающими прочность балки по наклонным сечениям. Приопорные участки балок для предотвращения образования продольных трещин при отпуске натяжения арматуры (или для ограничения ширины их раскрытия) усиливают дополнительными поперечными стержнями, которые приваривают к стальным закладным деталям. Повысить трещиностойкость приопорного участка балки можно созданием двухосного предварительного напряжения (натяжением также и поперечных стержней).

Двускатные балки двутаврового сечения для ограничения ширины раскрытия трещин, возникающих в верхней зоне при отпуске натяжения арматуры, целесообразно армировать также и конструктивной напрягаемой арматурой, размещаемой в уровне верха сечения на опоре (рис. 27.8). Этим уменьшаются эксцентриситет силы обжатия и предварительные растягивающие напряжения в бетоне верхней зоны.

Двускатные балки прямоугольного сечения с часто расположенными отверстиями условно называют решетчатыми балками (рис. 16.26). Типовые решетчатые балки в зависимости от значения расчетной нагрузки имеют градацию ширины прямоугольного сечения 200, 240 и 280 мм. Для крепления плит покрытий в верхнем поясе балок всех типов заложены стальные детали.

Балки покрытия рассчитывают как свободно лежащие; нагрузки от плит передаются через ребра. При пяти и больше сосредоточенных силах нагрузку заменяют эквивалентной равномерно распределенной. Для двускатной балки расчетным оказывается сечение, расположенное на некотором расстоянии х от опоры. Так, при уклоне верхнего пояса 1:12 и высоте балки в середине пролета h = l/12, высота сечения на опоре составит h _оп = l/24, а на расстоянии от опоры

.

Рис. 27.7 Двускатная балка покрытия двутаврового сечения пролетом 18 м

1 — напрягаемая арматура; 2 — сварные каркасы; 3 — опорный лист δ=10мм; 4 — анкеры опорного ласта; 5 — хомуты Ø5 мм через 50 мм; 6 — стенки Ø5 мм

 

 

 

Рис. 27.8 Схема расположения напрягаемой арматуры двускатной балки

1 — нижняя арматура; 2 — верхняя арматура

 

 

 

Рис. 27.9 Двускатная решетчатая балка покрытия прямоугольного сечения

пролетом 18 м

 

Если принять рабочую высоту сечения балки , изгибающий момент при равномерно распреде­ленной нагрузке

,

то площадь сечения продольной арматуры

.

Расчетным будет то сечение балки по ее длине, в котором A_sx достигает максимального значения. Для отыскания этого сечения приравнивают нулю производную

.

Отсюда, полагая, что  - величина постоянная и дифференцируя, получают

.

Из решения квадратного уравнения находят x = 0,37l. В общем случае расстояние от опоры до расчетного сечения x = 0,35…0,4l.

Если есть фонарь, то расчетным может оказаться сечение под фонарной стойкой.

Поперечную арматуру определяют из расчета прочности по наклонным сечениям. Затем выполняют расчты по трещиностойкости, прогибам, а также расчеты прочности и трещиностойкости на усилия, возникающие при изготовлении, транспортировании и монтаже. При расчете прогибов трапециевидных балок следует учиты­вать, что они имеют переменную по длине жесткость.

Технико-экономические показатели двускатных балок покрытий в зависимости от формы сечения и вида напрягаемой арматуры приведены в табл. 27.2.

 

Таблица 27.2

Технико-экономические показатели двускатных балок покрытий пролетом 18 м

при шаге 6 м и расчетной нагрузке 3,5...5,5 кН/м²

Тип балки	Масса балки,т	Класс бетона	Объем бетона, м3	Общий расход стали на балку, кг
Двутаврового сечения с напрягаемой арматурой: стержневой канатной проволочной Решетчатая с напрягаемой арматурой: стержневой канатной проволочной	9,1 9,1 9,1   8,5…12,1 8,5…12,1 8,5…12,1	В25;В40 В30;В40 В25;В40   В30;В40 В30;В40 В30;В40	3,64 3,64 3,64   3,4…4,84 3,4…4,84 3,4…4,84	568…738 360…565 359…552   530…875 418…662 397…644

Балки двутаврового сечения экономичнее решетчатых по расходу арматуры приблизительно на 15%, по расходу бетона — приблизительно на 13%. При наличии подвесных кранов и грузов расход стали в балках увеличивается на 20...30 %.

ЛЕКЦИЯ 24

ФЕРМЫ И АРКИ ПОКРЫТИЙ

 

Фермы

Железобетонные фермы применяют при пролетах 18, 24 и 30 м и шаге 6 или 12 м. В железобетонных фермах в сравнении со стальными расход металла почти вдвое меньше, но трудоемкость и стоимость изготовления немного выше. При пролетах 36 м и больше, как правило, применяют стальные фермы. Однако технически возможны железобетонные фермы и при пролетах 60 м и более.

При скатных, малоуклонных и плоских покрытиях применяют железобетонные фермы, отличающиеся очертанием поясов и решетки и имеющие различные технико-экономические показатели (таблица).

Таблица

Технико-экономические показатели ферм покрытий при расчетной нагрузке 3,5…5,5 кН/м²

Тип фермы	Масса фермы, т	Класс бетона	Объем бетона	Расход стали на ферму, кг, при армировании растянутого пояса
				стержнями	канатами	высокопрочной проволокой
Сегментная раскосная пролетом 18 м и с шагом, м: 6 12 Арочная безраскосная пролетом 18 м и шагом, м: 6 12 Сегментная раскосная пролетом 24 м и с шагом, м: 6 12 Арочная безраскосная пролетом 24 м и с шагом, м: 6 12	4,5…6 7,8…9,4     6,5 9,2…10,5   9,2 14,9..18,6     9,2…10,5 14,..18,2	В30; В40  В30; В40      В30; В40  В30; В40   В30; В40  В30; В40     В30; В40  В30; В40	1,8…2,42 3,11…3,75     2,7 3,7…4,2   3,68 5,94…7,42     3,7…4,2 5,7…7,8	289…468 550…736     390…486 570…720   690…768 1096…1539     759…862 1281…1489	238…391 439…591     330…450 463…586   557…625 853…1204     654…715 1020…1201	223…372 408…547     319…436 450…562   510…595 787…1128     623…697 988…1128

Сегментные раскосные фермы экономичнее арочных безраскосных по расходу арматуры приблизительно на 10%, по расходу бетона - приблизительно на 12%. При подвесных кранах расход стали в фермах увеличивается на 20-30%.

Различают следующие основные типы ферм: сегментные с верхним поясом ломанного очертания и прямолинейными участками между узлами (рис. 28.1, а); арочные раскосные с редкой решеткой и верхним поясом плавного криволинейного очертания (рис. 28.1, б); арочные безраскосные с жесткими узлами в примыкании стоек к поясам и верхним поясам криволинейного очертания ( рис.28.1, в) ; полигональные с параллельными поясами или с малым уклоном верхнего пояса трапециевидного очертания (рис. 28.1, г); полигональные с ломанным нижним поясом (рис. 28.1, д).

Высоту ферм всех типов в середине пролете обычно принимают равной 1/7…1/9 пролета. Панели верхнего пояса ферм, за исключением арочных раскосных, проектируют размером 3 м с тем, чтобы нагрузка от плиты покрытия передавалась в узлы ферм и не возникал местный изгиб. Нижний растянутый пояс ферм всех типов и растянутые раскосы ферм некоторых типов проектируют предварительно напряженными с натяжением арматуры, как правило, на упоры.

Наиболее благоприятное очертание по условию статической работы имеют сегментные и арочные фермы, так как очертание их верхнего пояса приближается к кривой давления. Решетка этих ферм слабо работающая (испытывающая незначительные усилия), а высота на опорах сравнительно небольшая, что приводит к снижению массы и уменьшению высоты наружных стен. В арочных раскосных фермах изгибающие моменты от внеузлового загружения верхнего пояса уменьшаются благодаря эксцентриситету продольной силы, вызывающему момент обратного знака, что позволяет увеличить длину панели верхнего пояса и сделать решетку более редкой. В арочных безраскосных фермах возникают довольно большие изгибающие моменты в стойках, поясах и для обеспечения прочности и трещиностойкости появляются необходимость в дополнительном армировании. Однако эти фермы несколько проще в изготовлении, удобнее в зданиях с малоуклонной или плоской кровлей и при использовании межферменного пространства для технологических коммуникаций ( при устройстве дополнительных стоечек над верхним поясом). Полигональные фермы с ломанным очертанием нижнего пояса более устойчивы на монтаже и не требуют специальных креплений, так как их центр тяжести расположен ниже уровня опор.

Полигональные фермы с параллельными поясами или малым уклоном верхнего пояса имеют некоторое экономическое преимущество в том отношении, что при плоской кровле создается возможность широко применять средства механизации кровельных работ.

Для ферм всех типов уменьшение размеров сечений и снижение общей массы достигается применением бетонов высоких классов (В30…В50) и высоким процентом армирования сечений поясов.

Фермы рационально изготовлять цельными. Членение их на полуфермы с последующей укрупнительной сборкой на монтаже повышает стоимость. Фермы пролетом 18 м изготовляют цельными; пролетом 24 м –цельными или из двух полуферм; пролетом 30 м – из двух полуферм. Решетку полуфермы следует разбивать так, чтобы стык нижнего пояса для удобства монтажного соединения был выносным, т.е. расположенным между узлами. Чтобы обеспечить монтажную прочность участка нижнего пояса, у стыка устраивают конструктивные дополнительные подкосы (не учитываемые в расчете).

Решетка ферм может быть закладкой из заранее изготовленных железобетонных элементов с выпусками арматуры, которые устанавливают перед бетонированием поясов и заводят в узлы на 30…50 мм, или изготовляемой одновременно с бетонированием поясов. Последний вариант получил большее распространение. Ширина сечения закладной решетки должна быть меньше ширины сечения поясов, а ширина сечения решетки, бетонируемой одновременно с поясами, должна быть равна ширине сечения последних.

Ширину сечения поясов ферм из условий удобства изготовления принимают одинаковой. При шаге ферм 6 м ее принимают 200…250 мм, а при шаге ферм 12 м-300…350 мм.

Армирование нижнего растянутого пояса необходимо выполнять с соблюдением расстояний в свету между напрягаемыми стержнями , канатами и спаренной проволокой, что обеспечивает удобство укладки и уплотнения бетонной смеси. Вся растянутая арматура должна быть охвачена замкнутыми конструктивными хомутами , устанавливаемым с шагом 500 мм.

Верхний сжатый пояс и решетки армируют ненапрягаемой арматурой в виде сварных каркасов. Растянутые элементы решетки при значительных усилиях выполняют предварительно напряженными.

В узлах железобетонных ферм для надежной передачи усилий от одного элемента к другому создают специальные уширения - вуты , позволяющие лучше разместить и заанкерить арматуру решетки (рис 28.3).

Узлы армируют окаймляющими цельногнутыми стержнями диаметром 10…18 мм и вертикальными поперечными стержнями диаметром 6…10 мм с шагом 100 мм, объединенными в сварные каркасы. Арматуру элементов решетки заводят в узлы, а растянутые стержни усиливают на конце анкерами в виде коротышей, петель, высаженных головок. Надежность заделки проверяют расчетом.

Опорные узлы ферм армируют дополнительной продольной ненапрягаемой арматурой и поперечными стержнями , обеспечивающими надежность анкеровки растянутой арматуры нижнего пояса и прочность опорного узла по наклонному сечению. Кроме того, чтобы предотвратить появление продольных трещин при отпуске натяжения арматуры, ставят специальные поперечные стержни , приваренные к закладным опорным листам, и сетки.

Пример армирования сегментной фермы пролетом 24 м приведен на рис. 28.4.

Напрягаемую арматуру нижнего пояса фермы предусматривают нескольких видов: канаты класса К1400, К1500; стержневую класса А600, высокопрочную проволоку Вр1200…Вр1500. Арматуру натягивают на упоры. Хомуты нижнего пояса выполняют в виде встречно поставленных П- образных сеток, окаймляющих напрягаемую арматуру. В опорном узле поставлены дополнительные продольные ненапрягаемые стержни диаметром 12 мм, заведенные в приопорную панель нижнего пояса, и поперечные стержни диаметром 10 мм.

Расчет ферм выполняют на действие постоянных нагрузок- веса покрытия и фермы, нагрузки от подвесного транспорта. Вес покрытия считается приложенным к узлам верхнего пояса, а нагрузки от подвесного транспорта- к узлам нижнего пояса. В расчете учитывают неравномерное загружение снеговой нагрузкой у фонарей и по покрытию здания. Учитывают также невыгодное для элементов решетки загружение одной половины фермы снегом и подвесным транспортом.

 В расчетной схеме раскосной фермы при определении усилий принимают шарнирное соединение элементов поясов и решетки в узлах. В расчетах прочности влиянием жесткости узлов фермы на усилия в элементах поясов и решетки ввиду малости можно пренебречь. При определении изгибающих моментов от внеузловой нагрузки верхний пояс рассматривают как неразрезную балку, опорами которой являются узлы.

Прочность сечений поясов и решетки рассчитывают по формулам для сжатых и растянутых элементов. Сжатые элементы в плоскости фермы и из плоскости фермы имеют различную расчетную длину l_о, а именно:

Сжатый верхний пояс в плоскости фермы:

-при e_o <1/8 h.....................................................................l₀=0,9 l

-при e_o ≥1/8 h………………..............................................l₀=0,8 l

Сжатый верхний пояс из плоскости фермы:

-для участка под фонарем размером 12 м и более…..l₀=0,8 l

-в остальных случаях ……………………………….…l₀=0,9 l

 

Рис. 28.4. Железобетонная сегментная ферма пролетом 24 м

I — ненапрягаемые стержни 12-А400; 2 — горизонтальные сетки; 3 — вертикальные сетки; 4 — сварной каркас опорного узла; 5, 6 — сварные каркасы промежуточных узлов; 7 — сварной каркас верхнего пояса

Сжатые раскосы и стойки в плоскости фермы

и из плоскости фермы:

-при b/b_d<1,5………………………………………………….l₀=0,9 l

-при b/b_d≥1,5……………………………………………….l₀=0,8 l

Здесь l — расстояние между центрами смежных закрепленных узлов;

е₀ — эксцентриситет продольной силы;

h — высота сечения верхнего пояса;

b, d_d — ширина сечения соответственно верхнего пояса и стойки.

Арматуру опорного узла фермы на основании исследований рассчитывают по схеме изображенной' на рис. 28.5, а. Учитывается, что понижение расчетного усилия в напрягаемой арматуре, которое происходит из-за недостаточной анкеровки в узле, компенсируется работой на растяжение дополнительной продольной ненапрягаемой арматуры и поперечных стержней.

Площадь сечения продольной ненапрягаемой арматуры

 

A_s=0,2N/R_s,                                                                                 (28.1)

 

где N—расчетное усилие приопорной панели.

Отрыв части опорного узла по линии АВ происходит под влиянием усилия N sinα, действующего нормально к плоскости отрыва. Этому отрыву оказывают сопротивление усилия: в продольной напрягаемой арматуре N_sp sinα, в продольной ненапрягаемой арматуре N_ssinα, в

 

 

хомутах N_sw cos α. Отсюда условие прочности на отрыв:

N sinα≤ N_sp sinα + N_s sinα + N_sW cosα,

которое после сокращения на sinα принимает вид

 

                           N ≤ N_p + N_s+ N_sW ctg                                                                           (28.2)

 

Усилия в продольной арматуре

 

                          N_sp =A_sp R_spl⁰_p/l_p;                                                       (28.3)

 

                           N_s=A_sR_sl⁰_an/l_an                                                        (28.4)

 

Усилие в хомутах

                          N_sW = (N –N_SP- N)/ ctg α                                             (28.5)

 

Площадь сечения одного хомута

 

                           А_sW = N_sW / nR_sW                                                                           (28.6)

 

Здесь α-угол наклона линии АВ, соединяющей точку А у грани опоры с точкой В в примыкании нижней грани сжатого раскоса к узлу ; n –число поперечных стержней, пересекаемых линиtй АВ( за вычетом поперечных стержней, расположенных ближе 100 мм от точки А); l⁰_p, l_an- длина заделки в опорном узле за линией АВ продольной напрягаемой и ненапрягаемой арматурой;  l, l_an – длина заделки, обеспечивающая полное использование прочности продольной напрягаемой и ненапрягаемой арматуры.

Значение l_p  при классе тяжелого бетона В30 и выше принимают 1500 мм для семипроволочных канатов, 1000 мм для высокопрочной проволоки Вр1200-Вр1500, 35d для стержневой арматуры класса А600. Значение l_an для арматуры класса А400 принимают 35d.

Прочность опорного узла на изгиб в наклонном сечении проверяют по линии АС (соединяющей точку А у грани опоры с точкой С у низа сжатой зоны на внутренней грани узла) по условию, что момент сил не должен превышать момента внутренних усилий:

 

          Q_A(l-а) ≤ N_W ( l₂-10)/2+N (h _0s-х/2) + N_sp(h_0р-х/2),                            (28.7)

где Q_А- опорная реакция; l-длина опорного узла; а-расстояние от торца до центра опорного узла.

Высота сжатой зоны в наклонном сечении

                    Х= (N_sp + N_s ) R _b b.                                                (28.8)

Арматуру промежуточного узла рассчитывают приближенно по схеме, изображенной на рис.28.5, б. В этом узле также учитывают, что понижение расчетного усилия в арматуре растянутого раскоса на длине заделки компенсируется работой на растяжение поперечных стержней. Из условия прочности линии отрыва АВС

 

N_sW cosφ ≤ N (k₂l₁+ α ) k₁ l_аn                                            (28.9)

 

определяют N_sW и площадь сечения одного поперечного стержня

               А_Sw = N_sW /n R_sW,                                                     (28.10)

где N- расчетное усилие в растянутом раскосе; φ- угол между поперечными стержнями и направлением растянутого раскоса; n- число поперечных стержней, пересекаемых линией АВС; при этом поперечные стержни, располагаемые на расстоянии меньше 100 мм от точек А и С, а также имеющие в пределах вута заделку менее 30 d ( с учетом загнутых участков поперечной арматуры), в расчет не включаются; l₁- длина заделки арматуры растянутого раскоса за линией АВС; k₂ — коэффициент, учитывающий особенность рабо­ты узла, в котором сходятся растянутый и сжатый подкосы: для узлов верхнего пояса k ₂=1; для узлов нижнего пояса (если в одном из примыкающих к узлу участке растянутого пояса обеспечивается 2-я категория требований по трещиностойкости и при наличии в узле сжатых стоек или раскосов, имеющих угол наклона к горизонту бо­лее 40°) k₂=l,1 в остальных случаях k₂=1,05; а —условное увеличение длины заделки растянутой арматуры с анкерами: a = 5d — при двух коротышах; а=3d — при одном коротыше и петле; a = 2d — при высаженной головке; 1_аn—заделка арматуры растянутого рас­коса, обеспечивающая полное ее использование по прочности при тяжелом бетоне класса ВЗО и выше и арматуре класса A400 1_аn =35d; k=σ/R_s; σ_s — напряжение в арматуре растянутого раскоса от расчетной нагрузки.

Поперечные стержни промежуточного узла, в котором сходятся два растянутых элемента решетки, рассчитыва­ют по формуле (28.10) последовательно для каждого элемента решетки, считая, что элементы, расположенные рядом, сжаты.

Окаймляющую арматуру промежуточного узла рас­считывают, используя равенства:

 

N_os = 0,04(D₁ + 0,5D₂);                                                  (28.11)

 

A_s = N_os/n₂R_Os,                                                                                                                 (28.12)

 

где D₁ — наибольшее усилие в растянутых раскосах, сходящихся е узле; D₂ —усилие в другом растянутом подкосе этого узла; п₂ — число окаймляющих стержней в узле; R_os = 90 МПа — расчетное на­пряжение окаймляющей арматуры, установленное из условия огра­ничения ширины раскрытия трещин.

Расчет трещиностойкости растянутого пояса раскос­ной фермы необходимо выполнять с учетом изгибающих моментов, возникающих вследствие жесткости узлов. Эти моменты в фермах со слабо работающей решеткой дос­таточно точно могут быть определены из рассмотрения нижнего пояса как неразрезной балки с заданными осад­ками опор. Последние находят по диаграмме переме­щений стержней фермы.

Расчет фермы выполняют также на усилия, возника­ющие при изготовлении, транспортировании и монтаже.

В расчетной схеме безраскосной фермы в расчетах прочности и трещиностойкости принимают жесткое сое­динение поясов и стоек в узле. Усилия М, Q, N опреде­ляют как для статически неопределимой системы с замк­нутыми контурами. Здесь возможны как строгие, так н приближенные способы расчета.

 

 

Арки

При пролете свыше 30 м железобетонные арки становятся экономичнее ферм. Наиболее распространенные арки – двухшарнирные - выполняют пологими со стрелой подъема f=1/6…1/8l. Распор арки обычно воспринимается затяжкой. В конструктивном отношении выгодно очертание оси арки, близкое к кривой давления. Арочный момент

 

М_х = М_bmx —Ну,                                                     (28.13)

где М_bmx — балочный момент; Н — распор арки.

Очертание кривой давления находят, полагая М_х=0. Тогда

у = М_{b тх}/Н                                                    (28.14)

 

При равномерно распределенной нагрузке и несмещаемых опорах кривая давления арки будет квадратной параболой

у=4ξ (1-ξ)f ,

где ξ = х/1.

Полного совпадения оси арки с кривой давления до­стичь не удается, так как при различных схемах загружения временной нагрузкой, а также под влиянием усадки и ползучести бетона неизбежно возникают изгибающие моменты. Влияние ползучести бетона особенно существенно в большепролетных арках. В связи с этим принимают такое очертание оси, при котором расчетные усилия будут наименьшими. Для типизации конструкции и упрощения производства работ очертание оси пологих двухшарнирных арок обычно принимают по окружности.

Конструирование арок выполняют по общим прави­лам, как для сжатых элементов. Сечение арок может быть прямоугольным и двутавровым (рис. 28.6), чаще с симметричным двойным армированием, так как возможны знакопеременные изгибающие моменты. Затяжку выполняют предварительно напряженной. Для уменьшения провисания затяжки через каждые 5...6 м устраивают железобетонные или стальные подвески.

Двухшарнирная арка двутаврового сечения с предварительно напряженной затяжкой пролетом 36 м, изображенная на рис. 28.6, собрана из шести блоков.

Затяжку изготовляют в виде целого элемента с опорными блоками, что повышает надежность работы распорной конструкции. В качестве напрягаемой арматуры затяжки применяют канаты, натягиваемые на упоры. Блоки на монтаже соединяют сваркой либо выпусков арматуры, либо закладных деталей. Стыковые швы замоноличивают.

Большепролетные высокие арки имеют более сложное очертание оси, их обычно выполняют трехшарнирными. Распор арки передают на фундаменты и грунты основания. При слабых грунтах для восприятия распора арки устраивают затяжку, расположенную ниже уровня пола.

Арки рассчитывают на вес покрытия и арки, сплошную и одностороннюю нагрузку от снега и сосредоточенную  нагрузку от подвесного транспорта. Большепролетные арки рассчитывают также на усадку и ползучесть бетона, а высокие арки — на ветровую нагрузку. В расчетной схеме очертание пологой двухшарнирной арки принимают по квадратной параболе (рис. 28.7, а). Высоту и ширину сечения арки предварительно принимают

 

h = (1/30….1/40) l; b= (0,4….0,5) h

 

Площадь сечения арматуры затяжки предварительно подбирают по распору

 Н=0,9(ql²/s_f)                                       (28.15)

Двухшарнирные арки рассчитывают как статически неопределимые системы с учетом влияния перемещений от изгибающих моментов и нормальных сил. Для предварительно напряженной затяжки в расчете перемещений учитывают приведенную площадь бетона A_red. Предварительное напряжение затяжки, в результате которого деформации арматуры оказываются выбранными, уменьшает подвижность опор арки и приближает ее работу под

 

нагрузкой к работе арки с неподвижными пятами. При этом распор H увеличивается, а изгибающий момент арки уменьшается.

Трехшарнирные арки статически определимы. Если опоры расположены в одном уровне, то распор

H = M_bm/f,                                                                               (28.16)

 

где M_bm  —балочный момент в середине пролета арки.

Усилия М, Q , N определяют в нескольких сечениях по длине арки (рис. 17.7, б). Изгибающие моменты определяют по формуле (28.13); продольные и поперечные силы

 

Q = Q_bm cos φ — Н sin φ ;                                            (28.17)

 

N = Н cos φ + Q_bm sin φ,                                              (28.18)

где φ — угол между касательной оси арки в в рассматриваемом сечении и горизонтальной прямой; Q_bm  — балочная поперечная сила.

Усилия в сечениях, вычисленные от разных загружений, сводят в таблицу, по которой устанавливают максимальные и минимальные расчетные усилия. Сечение арматуры подбирают по формулам для сжатых элементов. Чтобы учесть влияние продольного изгиба в плоскости кривизны, расчетную длину принимают: для трехшарнирной арки — 0,58s, для двухшарнирной — 0,54s, для бесшарнирной — 0,36s (где s—длина дуги). Поперечные силы в арках незначительны; поперечные стержни ставят по расчету и конструктивным соображениям. Арматуру затяжки подбирают как для растянутого элемента по условиям прочности и трещиностойкости.

ЛЕКЦИИ 25