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

Перспектива развития железобетонных конструкций.

Бетон – это искусственный композитный материал, имеющий сопротивление растяжению в 15 – 20 раз меньше чем к сжатию. Обладает свойствами хрупкости, ползучести и усадки. В конструкциях применяется при температурах от -70⁰С до +50⁰С.

В большинстве случаев изделия из бетона и железобетона являются более экономичными, чем аналоги из дерева, стали или других металлов.

При изготовлении линейных элементов расход стали снижается в 3 раза для пространственных конструкций плит или оболочек в 10 раз или более по сравнению с другими конструкциями.

Основные преимущества:

1. Высокая прочность;

2. Высокая огнестойкость;

3. Низкая стоимость;

4. Долговечность;

5. Коррозионная и химическая стойкость.

Основные недостатки:

1. Высокий удельный вес;

2. Низкое сопротивление к растяжению.

Основные перспективы:

1. Снижение массы (основной недостаток) путем применения высокопрочных материалов и предварительного напряжения;

2. Использование средств автоматизации и механизации при изготовлении конструкций;

3. Разработка новых и уточнение существующих методов расчета, автоматизация методов расчета и получение более достоверных расчетных схем;

4. Повышение долговечности при работе в агрессивных средах и улучшение качества сборных конструкций.

Особенности работы бетона и арматуры.

Средняя растяжимость бетона составляет:

Нормы снижают это значение до  

Средняя предельная сжимаемость:

Эти параметры непостоянны и зависят от класса бетона, вида напряженного состояния и др. факторов: влажность, температура, возраст бетона (бетон стареющий материал).

 

Рассмотрим работу бетонной и железобетонной балки

Х – высота сжатой зоны бетона

- ширина раскрытия трещины на уровне арматуры (А - арматура)

- напряжение верхней части

R_b- прочность бетона

R_s- прочность арматуры

«+»,  « - »-сжатие, растяжение

Бетонная балка:

При действии силы Р₁ балка изгибается, ось балки искривляется. При росте силы Р₁ в растянутой зоне при напряжении  появляются трещины.

Когда деформация растянутого бетона становится равна предельной балка разрушается, при этом напряжения в этой зоне .

Таким образом, прочность в растянутой зоне исчерпана на 100%. Прочность в сжатой зоне исчерпана на 5-7%. Для повышения несушей способности растянутой зоны в ней устанавливают арматуру.

Железобетон

 Поскольку предельная растяжимость , то при появлении первых трещин

разрушения балки не происходит. Сжатие воспринимается бетоном сжатой зоны высотой Х, растяжение в сечении с трещинами только арматурой, в сечении без трещин совместно арматурой и бетоном врастянутой зоне.

Разрушение железобетонной балки происходит при нагрузках Р в 15-20 раз больше чем в первом случае. В зависимости от количества арматуры разрушение будет происходить либо по сжатой зоне по бетону либо по растянутой зоне по арматуре.

При достаточном армировании прочность бетона и арматуры используется на 100%.

Железобетон – композитный материал, в котором бетон и арматура, объединенные сцеплением, работают под нагрузкой как единое целое. Армироваться могут также полностью сжатые элементы, поскольку сталь имеет более высокое сопротивление на сжатие и ее включение в состав конструкции снижает размеры сечения и повышает его несущую способность.

R_s = 200 МПа

R_b = 20 МПа

1. При этом бетон позволяет гибким арматурным стержням не терять устойчивость. Совместная работа бетона и арматуры обеспечивается выгодным сочетанием следующих факторов:

а) усиление среза на выступах и неровностях арматуры;

б) сцепление за счет усадки бетона;

в) сцепление за счет адгезии по поверхности.

Первая причина обеспечивает 75% всего суммарного сцепления. Сцепление обеспечивает совместную деформацию бетона и арматуры и отсутствие проскальзывания.

2. Плотность бетона защищает арматуру от коррозии и прямого воздействия высоких температур.

3. Арматура и бетон имеют близкие по значению коэффициенты температурного расширения в диапазоне от -50⁰С до +50⁰С. ⁰С.

4. Ж/Б присущи свойство анизотропности, обусловленное наличием арматуры, неоднородностью бетона, зависимостью свойств бетона от направления действия нагрузки.

В элементах, работающих с трещинами анизотропность еще выше.

Поскольку предельное растяжение стали и бетона существенно отличается, то полная совместность их работы в растянутой зоне наблюдается только при малых нагрузках P<<P_ult, далеких от разрушающих.

Будем считать, что до появления трещин деформация бетона и арматуры в конкретных точках одинакова.

= (1.1)

- напряжение в арматуре и бетоне в растянутой зоне

E_s- модуль упругости арматуры

E_b- начальный модуль деформации бетона

ν_t- коэффициент упруго пластичности, показывает какую долю упругая деформации бетона составляет от полной деформации бетона

 (1.2)

При упругой нагрузке ν_t= 1

При пластичной деформации 0,5 < ν_t<b

 = ( )  (1.3)

α - коэффициент приведения арматуры к бетону; показывает, что каждая единица площади арматуры заменяется на единиц площади бетона, то есть получим однородное бетонное сечение, которое будем рассматривать как модель.

В момент образования трещины напряжения в бетоне достигнут прочности на растяжение

àR_{bt , ser}.Тогда в этот момент деформации арматуры и бетона в момент образования трещин 

_crc = _s= _b =2 R_{bt, ser}/E_b(1.4)

Напряжение в арматуре в момент достижения трещины

_crc = _{с r с}*E_s= 2E_s*R_{bt, ser}/E_b = 2R_bt,ser (1.5)

В10 – В60

E_b=  (2 - 4) * МПа

E_s=  (1,8 - 2)* МПа - стержневая арматура

= 9 - 5

R_{bt , ser}= (0,85 - 2,75) МПа

Подставим в формулу (1.5) получим:

 = _ser = МПа

Таким образом, в большинстве конструкций трещины образуются при напряжениях в растянутой арматуре порядка 20 – 30 МПа, поэтому большинство конструкций работает с трещиной в растянутой зоне. Эксплуатационная нагрузка составляет 70% от разрушающей.

При наличии трещин возможно попадание влаги к арматуре, что приводит к ее коррозии. Развитие трещин приводит к увеличению трещин по глубине направлено к снижению жесткости сечения, увеличивает изгиб.

h>h₁>h₂

a_{с rc1}<a_{с rc2}

Исследования показали, что при ширине трещинa_crc< 0,4 мм попадание влаги к арматуре практически не происходит. Поэтому раскрытие трещин больше этой величины в железобетонных конструкциях не допускается.

А приa_сrc = 0,4 мм в гладкой арматуре будут напряжения не более 300 МПа (А240). А в арматуре периодичного профиля, сцепление которого в 2-3 раза выше напряжение не будет превышать 590 МПа. Поскольку нагрузки при этом должны соответствовать эксплуатационному уровню (70% от разрушающей), поэтому нормы с некоторым запасом запрещают применение арматуры класса выше А600 в конструкциях без предварительного напряжения.

Низкаятрещиностойкость является одним из основных недостатков ЖБК. Наиболее эффективным способом решения этой проблемы является предварительное обжатие зон бетона растянутых при эксплуатации. Это создается путем специальных мероприятий:

- натяжение арматуры до бетонирования и отпуск ее на бетон после твердения;

- натяжение арматуры на отвердевший бетон;

- применение саморасширяющихся бетонов (бетоны на специальном SR цементе).

Сутьпреднапряжения –создание в бетоне растянутой зоны до приложения эксплуатационной нагрузки напряжений обратного знака, то есть сжатия. После приложения внешней нагрузки эти дополнительные напряжения обжатия должны погаситься внешней нагрузкой, и затем в этой зоне появится растяжения и возможно трещины. В любом случае растяжение будет меньше, трещины появляются при больших нагрузках либо не появляется совсем по сравнению с обычной конструкцией без ПН.

Применение перенапряжения решает задачу облегчения конструкции, так как:

1. Уменьшается сечение, так как возрастает жесткость, и высота h может быть снижена;

2. Применяются высокопрочные материалы, за счет чего снижается металлоемкость и размер сечения;

3. снижение количества арматуры;

  Перенапряжение позволяет применять железобетон в тех сферах, где обычные железобетонные конструкции применяться не могут (резервуары, большепролетные балки, шпалы железнодорожных путей).

Положительные свойства преднапряжения:

1. Повышение трещиностойкости;

2. Повышение жесткости при изгибе;

3. Снижение металлоемкости;

4. Повышение прочности при многократно повторяющихся нагрузках.

Отрицательные свойства:

1. Сложность изготовления;

2. Большая энергоемкость и трудоемкость;

3. Меньшая пригодность к реконструкции и восстановлению;

4. Пониженная огнестойкость и коррозионная стойкость.

Способы натяжения арматуры.

Для предварительного напряжения железобетонных элементов необходимо провести натяжение арматуры и передачи ее реактивного давления на бетон с целью его обжатия.

Различают два метода данного процесса:

· Натяжение на упоры - высокопрочная арматура до бетонирования натягивается и затем фиксируется в таком состоянии на жестком стенде. После укладки в форму бетона и набора им необходимой передаточной прочности R_bp арматура освобождается от натяжных приспособлений. Конструкция, стремясь укоротиться, обжимает бетон, а сама остается растянутой.

· Натяжение арматуры на бетон - конструкция размещается в каналах или пазах заранее изготовленного бетонного или железобетонного элемента. После достижения бетоном необходимой прочности с помощью приспособлений, опирающихся на готовый элемент, она натягивается, фиксируется посредством анкеров в натянутом состоянии и обжимает бетон. Впоследствии каналы инъецируют цементным раствором под давлением, а пазы заполняют бетоном.

Натяжка на упоры более целесообразна для заводских условий изготовления железобетонных конструкций и изделий. Первый метод, описанный выше более трудоемок, его практикуют в тех случаях, когда затруднено или не может быть осуществлено натяжение на упор, например при строительстве уникальных конструкций больших размеров или изготовлении монолитных конструкций.

Для натяжения арматуры используют несколько способов:

· механический;

· электротермический;

· электротермомеханический;

· физико-химический (самонапряжение).

Механический способ заключается в растяжении арматуры с помощью гидравлических или механических домкратов, рычагов, гаечных ключей, грузов и т. п. К нему относится предложенный проф. В. В. Михайловым способ непрерывной навивки конструкции. По этому способу натянутую проволоку навивают на штыри поворотного стола. В настоящее время разработаны навивочные машины, с помощью которых натянутую проволоку наматывают на штыри неподвижного стенда. Способ непрерывного армирования дает возможность создавать предварительно напряженные конструкции с одно- и двухосным обжатием для зданий промышленного и гражданского строительства. Непрерывное армирование используют также при натяжении арматуры резервуаров, силосных хранилищ и т. д.

Рис.3. Клиновой зажим пучка проволок: 1- шайба, 2 – конусная пробка,

3 – проволочная арматура

Электротермическим способом изготовляют около 80% всех предварительно напряженных конструкций. Стержни арматуры нагревают до температуры 300...350°Сс помощью электротока и в нагретом состоянии устанавливают в упоры формы. При остывании стержни, стремясь сократиться, натягиваются, что используется для обжатия бетона. Этот способ отличается простотой, малой трудоемкостью и сравнительно низкой стоимостью. Однако точность натяжения этим способом ниже, чем при других способах.

 Электротермомеханический способ является комбинированным, он применяется при непрерывном армировании. Высокопрочную проволоку, нагретую электротоком до 300...350°С, навивают на упоры формы или стенда намоточной машиной. При этом необходимая мощность механических приспособлений для намотки значительно снижается. После остывания проволока дополнительно получает предварительное напряжение.

Рис. 4. А Способы закрепления стержней на упорах: а — приварка коротышей; б—осаживание конца стержня; в — приварка петли; 1 — упор, 2—арматурный стержень, 3 — коротыши длиною 50—60 мм, 4 — сплющенный конец стержня; Ь — петля из полосовой стали 25*6 мм. Б. Схема электронагрева стержня: — до нагрева; б — после нагрева, в — после остывания; 1 — форма; 2 — упор.

При физико-химическом способе используется свойство бетонов, изготовленных с применением расширяющихся цементов. При расширении бетона в процессе твердения арматура также удлиняется, отчего в ней создается предварительное напряжение. Принцип самонапряжения конструкций является весьма перспективным, так как дает возможность обойтись без сложных приспособлений для натяжения арматуры.

Структура бетона

1-песок;

2-гравий;

3- микротрещины;

4 - поры, капилляры;

5- участки разуплотненной структуры в близи крупного заполнителя (разуплотненный);

6- непрогидратированные зерна цемента.

      На микроуровне виден цементный камень, состоящий из цементных кристаллических отростков. Структура бетона сформирована из хаотически расположенных сростков цементного геля образующих решетку, пространство между сростками заполнено порами, капиллярами и заполнителем.

Бетон – капиллярно - пористый материал с неоднородной структурой, с нарушенной сплошностью, имеющий одновременно 3 фазы: твердая, жидкая, газообразная.

Твердая - цементный кристалл, образованный при гидратации. Весь цемент не прогидратируется сразу, поэтому существует полужидкая коллоидная фаза – это полужидкий цементный гель. По мере гидратации эта фаза количественно снижается, затем гель превращается в цементный камень.

В порах и капиллярах находятся несвязная вода и воздух - жидкая фаза делает сопротивление бетона внешней нагрузке похожим на работу упругого пластичного тела.

Общий объем пустот и пор -   в зависимости от состава бетона и способа уплотнения.

Такая структура не позволяет применять к бетону теорию механики твердого деформируемого тела, кроме того структура бетона меняется со временем (бетон стареет).

R –прочностьW – влажность

Работа бетона и измерения

   Работу бетона под нагрузкой и изменение его структуры рассмотрим на примере одноосного сжатия бетонного куба.

При одноосном сжатии происходит концентрация сжимающих напряжений  на неоднородностях структуры (порах, пустотах, крупный заполнитель). В напряжении, перпендикулярном действию Р так же возникает концентрация растягивающих напряжений . Из – за неоднородности или хаотичности расположения поле  так же неоднородно, àR_bt. Появляются микротрещины. По мере роста нагрузки P растет  и , микротрещины объединяются, появляются трещины в направлении, параллельном силе Р, в итоге происходит раскол куба.

При испытании на грани куба по границе контакта со станиной пресса присутствует q_тр. В зоне контакта сила трения компенсирует  (q_тр> ), здесь разрушение не происходит.

По мере удаления к середине кубика влияние q_тр падает и разрушение куба происходит по граням пирамиды. Если между кубом и станиной нанести смазку, то раскол будет вертикальный. Тот же эффект происходит при испытании бетонной призмы. Влияние силы трения здесь гораздо слабее, поэтому грани разрушения будут вертикальными. Рассмотрим более детально процесс микро трещинообразования при разрушении призмы. Фиксацию образования трещин будем проводить ультразвуком по скорости или времени

Прохождения волны.

 

После приложения нагрузки начинается уплотнение бетона вследствие частичного закрытия трещин и пор, структура бетона уплотняется. Параллельно с этим процессом в бетоне развивается противоположный процесс. Этот процесс разрушительный, процесс образования микротрещин, вызванный появлением вторичного поля напряжения растяжения . Этот процесс разуплотняет бетон. Первый процесс преобладает до уровня . При = (0,4…0,6) эти процессы уравновешиваются, напряжения называются нижней границей трещинообразования . При этом уровне  бетон, как правило, может работать долго. При далнейшем росте нагрузки второй процесс начинает преобладать и при  носит незатухающий характер (верхняя граница трещинообразования).

Классы и марки бетона.

Под классом (маркой) бетона понимают нормируемое значение унифицированного ряда показателей, определенных по стандартной методике с доверительной вероятностью 95% (соответственно 80%).

Класс бетона по прочности на сжатие В (растяжение ) – это среднестатистическое значение сопротивления стандартного образца сжатию (растяжению) изготовленного, хранимого и испытанного в соответствии с ГОСТ.

Для конструкций из тяжелого бетона СП рекомендует применять классы от В10 до В60(шаг 5 МПа). Допускается применять бетоны промежуточных классов (В12,5, В22,5) если это экономически целесообразно.

Для легких бетонов устанавливаются классы с градацией 0,5МПа (В05 – В15) МПа. Для самонапрягающихся бетонов В20 – В60, градация 10 МПа.

Бетоны класса В40 и выше называют высокопрочными. Для предварительно напряженных конструкций рекомендуется применять бетоны от В15 и выше. Класс бетона назначается во всех случаях.

Класс бетона назначается для тех конструкций, где растяжение имеет главенствующее значение и контролируется на производстве (стенки резервуаров, бетонные изгибаемые элементы). Назначаются классы бетона Bt 0,8 – Bt 3,2 с шагом 0,4 МПа.

Марка по морозостойкости F 50- F 500 (75,100,150,200,300…500) определяет количество циклов попеременного замораживания - оттаивания водонасыщенных образцов, после испытания, которых прочность снижена не более чем на 15%. Марку по морозостойкости назначают при ⁰C. Если есть непосредственное воздействие атмосферы - М F75, если контакта с внешней средой нет, то F50.

Марка по водонепроницаемости. W 2..4-12 назначается для конструкций, к которым предъявляются требования по ограничению водопроницаемости. Назначаются по давлению воды в МПа, приложенных к одной грани стандартного образца(b=60см) при котором не происходит просачивание на другой.

Марка по средней плотности ( D кг/м³)Обозначается D500 – D2800 с градацией 100 кг.

Марка по самонапряжению- указывается для конструкции на S_R цементах. Под маркой понимают гарантированное значение напряжения обжатия в бетоне, созданное само расширением бетона при количестве продольной арматуры 1% от площади бетона.

При схватывании бетона происходит его сцепление с арматурой. При дальнейшем твердении увеличивается объем бетона, удлинение на . Арматура удлиняется также на . При этом в ней возникает деформация и . Так как сумма всех сил равна нулю, то в бетоне появляется напряжение .

Выбор вида и класса бетона, его марки обусловлен видом конструкции, способом ее изготовления и условиями её эксплуатации, которые определяют требования по огнестойкости, морозостойкости и так далее. В практических расчетах используют нормативные и расчетные характеристики бетона принятые по количественному значению класса и его марок используемого бетона.

По классу В (класс по прочности на сжатие) определяется нормативное сопротивление бетона сжатию – призменная прочность. Определяется по эмпирической формуле:

                  (2.6)

Кубиковая прочность: R_n = B    (2.7)

Нормативное значениеcсопротивления бетона растяжению определяется:

а) по классу бетона на сжатие В (табличные значения)

б) по классу бетона на растяжение      

R_{bt , n}= B_t (2.8)

Расчетное значение характеристики получают делением на коэффициент надежности по бетону  и .

  Различают 2 группы предельных состояний и соответственно 2 группы расчетов

(1-я по несущей способности;2-я по нормальной эксплуатации).

Для расчетов сопротивлений первой группы применяют:

= 1,3 = R_b

= 1,5 если  определен по B (класс бетона на сжатие);

= 1,3R если  определен по  (класс бетона на растяжение).

Тогда расчетные характеристики:

                                                                    

                                                    (2.9)

По второй группе предельных состояний принимают:

= =1 , то есть

(2.10)

    Другие условия работы и прочие факторы, влияющие на несущую способностьи деформативность конструкции, учитывается коэффициентами работы бетона:

1)  = 0,9( ) умножается, если учитывается только постоянные и длительные нагрузки;

2)  = 0,9(Rb, R) умножается при расчете бетонных элементов;

3) = 0,9 (Rb, R) умножается при расчете элементов бетонируемых в вертикальномположении. Для элементов бетонированных в горизонтальном состоянии прочность снижается на 10%.

Арматура для ЖБК.

Под арматурой понимают гибкие или жесткие стержни, расположенные в бетоне в соответствии с эпюрами внутренних силовых факторов (N,Q,M), либо для объединения отдельных стержней в каркас или сетку для установки их в проектное положение, либо для распределения усилий, либо для монтажа отдельных ЖБК друг с другом.

Арматура должна воспринимать большую часть растягивающих напряжений, в отдельных случаях часть сжимаемых усилий для уменьшения размеров сечения сжатой зоны, а так же воспринимать и распределять концентрации силовых напряжений, температурные и усадочные напряжения.

  Арматура может быть неметаллической в виде стержней, спиралей, лент, мелких включений (распределённая арматура) всевозможных пластиков и других неметаллических материалов, хорошо работающих на растяжение. Металлическая арматура также может быть распределена по бетону (стружка, скрепки) - фибробетон.

Гибкая арматура (металлическая) выполняется в виде стержней и проволоки. Проволоки могут объединяться в пучки или канаты. При армировании используются как отдельные стержни, так и каркасы, сетки, спирали и другие арматурные изделия.

Жесткая арматура представляет собой отдельную стальную конструкцию, работающюю посредством специальных мероприятий совместно с бетоном в составе общей ЖБК. В таких элементах бетон выполняет в основном защитную функцию (огнестойкость, коррозионную стойкость), а так же повышает устойчивость сжатых и жесткость изгибаемых элементов. В качестве жесткой арматуры используют прокатные профили и листы. В основном жесткая арматура применяется в колоннах, в быках мостов (опора), столбах и ребристых покрытиях и перекрытиях, работающих под высокими нагрузками.

К арматурной стали представляются следующие требования:

1) Обеспечение совместной работы с бетоном (сцепление) на всех стадиях эксплуатации конструкции.

2) Максимальное использование высоких механических (прочностных) свойств арматуры, т.е. работа при напряжениях, близких к пределу текучести (физическому или условному).

3) Наличие необходимых технических и специальных свойств:обрабатываемость, свариваемость, отгезионные и антикоррозионные свойства, пластичность при низких температурах.

4) Обеспечение удобства проведения арматурных работ за счет соответствующих схем армирования и сравнительно невысокая стоимость.

По способу изготовления.

I. Горячекатаная стержневая:

Подразделяются на классы А240(А-I), А300(А - II); А400 (А- III);А500-новая; А540(А - IIIв); А600(А - IV); A800(A - V);A –1000(A - VI).

В результате обработки, этой арматуре могут быть приданы различные свойства: повышенная прочность, пластичность и т.д, обработка может быть механической и термической (At-IV).

II. Холоднотянутая проволочная.

Выполняется в виде отдельных проволок классов В500, В1200 - В1500 или канатов семи проволочных: К 1400 d=15мм и К1500-d=6,9,12 мм и 19-проволочных:К1500- d=14мм.        

Для проволоки: В500 d=3-12 мм, Вр1200 -d=8мм , Вр1300 - d=7мм, Вр1400 – d=4, 5, 6мм,

Вр1500 – d=3мм

Для канатов:

K7 (семипроволочная), K19 (девятнадцатипроволочная) - старое обозначение. Для проволок В-I, Вр –I,В-II, Вр –II.

По виду поверхности

а) гладкая – А240.

б) периодического профиля(поверхность в виде выштамповок В500 (Вр-I), Вр1200-Вр1500, либо выдавленных ребер в виде колец А300 и в форме елочки А400, А500 … А1000)

Арматура периодического профиля имеет сцепление с бетоном в 3-4 раза выше, чем гладкая, что при равных условиях понижает расход стали.

По прочности.

 а) Мягкие стали – обычные стали средней прочности. Классы В500(В500с), А240, А300; А400; А500(А500с)

 б) Твердые (высокопрочные) стали прочность которых повышена путем механического упрочнения - А540 ( А-IIIв) - вытяжкой, путем термоупрочнения либо путем введения легирующих добавок:А600 - А1000, Вр 1200 –Вр 1500, К – 1400 , K -1500.

По способу применения.

а) без предварительного напряжения В500(с) А240,B500(с), А300- А500(с),

б) с предварительным напряжением (ПН) А540- А1000 и выше, Вр – 1200 1500, К1400, К1500.

Мягкие стали имеют физический предел текучести и применяются только в конструкциях без ПН. Твердые стали имеют условный предел текучести и могут применяться и в обычных и с ПН. Главным образом в в конструкциях с ПН.

Напрягаемую арматуру нельзя объединять в каркасы, сетки, сваривать (только специальным способом сварки) с другими стержнями и закладными деталями.

Свойства арматуры

Следующие свойства стали существенны для определения механических характеристика арматуры:

1) Пластичность – способность арматуры деформироваться без разрыва. Определяет применимость арматуры при динамических нагрузках, низкой температуре, возможность использования ПН. В зависимости от класса удлинение перед разрывом составляет от 3-25%.

2) Свариваемость – свойство, позволяющее обеспечивать надежное соединение стержней при сварке.

3) Хладноломкость – свойство стали хрупко разрушаться в условиях низкой температуры

t = - 40 и ниже.

4) Предел выносливости характеризует свойство стали сопротивляться переменным и повторяющимся нагрузкам без разрушения. Это свойство связано со снижением предела текучести   при наступлении определенного количества циклов нагрузки и разгрузки.

5) Угол загиба и число перегибов в холодном состоянии. Определяют возможность обработки стали. Испытания на один  перегиб для стержневой и многократной для проволоки.

Каркасы и сетки

Сетки изготовляются рулонными (d до 7мм продольной арматуры, массой 90кг – 1300кг, шириной от 1 до 3,6м) и плоскими шириной 3,8м (транспорт) с рабочей арматурой в двух направлениях. Стержни располагают перпендикулярно друг к другу с шагом кратным 50мм, соединяют сваркой или вязальной проволокой в каждом перекрестье. Тяжелые сетки соединяются обычно вязальной проволокой.

Укладка сетки в конструкцию производится обычно без сварки внахлестку. Длина припуска должна быть:

В рабочем направлении:

1. не менее шага поперечной арматуры;

2. внахлест должны попадать не менее двух поперечных стержней;

3. не менее длинны расчетной анкеровки и не менее 250мм для растянутой арматуры, 200мм для сжатой продольной арматуры.

При арматуре А300, А400 (периодический профиль) допускается стык внахлест без поперечных стержней в одной или обеих сетках. При 16м стержни  укладываются впритык с установкой дополнительных стыковых сеток в каждую сторону с перехлестом на (распределительная арматура) и не менее 100 мм

В нерабочем направлении – с припуском крайних рабочих стержней при , а при . Так же допускается укладка без припуска при установке дополнительной конструктивной распределительной арматуры. Стык рабочей арматуры должен быть в разбежку так, чтобы в одно сечение попало не более 50% стыкуемых стержней для арматуры А300 и не более 25% для А240.

Рабочие стержни сеток можно располагаться в одной или двух плоскостях.Плоские каркасы используют в основном для армирования изгибаемых элементов небольшой ширины.

Продольные стержни размещают с одной стороны,чтобы не переворачивать. Допускается размещение продольной арматуры в два или более рядов при экономическом обосновании. Пространственные каркасы собирают из плоских или сваривают целиком. Это снижает трудоемкость арматурных работ. Деление на каркас или сетки условное.

 

1) Стыки рабочих стержней

 

Стыки распределенных стержней

50 при d_sw< 4

100 приd_sw> 4

Основы теории расчета ЖБК.

Стадии напряженно-деформированного состояния(НДС) железобетонных (ЖБ) элементов.

Все ЖБ элементы в процессе изготовления, , монтажа и эксплуатации независимо от вида нагружения проходят последовательно 3 стадии НДС, имеющих качественные отличия.

3.1.1. Элементы без предварительногонапряжения (ПН).

I стадия.Наблюдается в элементах, работающих без трещин в растянутой зоне. Бетон и арматура работают совместно во всех сечениях по длине элемента и по высоте сечения. В начале стадии и  бетона подчиняются линейным законам. Эпюры напряжения  в сжатой и растянутой зоне имеют треугольную форму. Деформации бетона в растянутой зоне не превышает предельных , а напряжения в арматуре <30 МПа.

При дальнейшем росте нагрузки в растянутой зоне начинают развиваться неупругие деформации ,эпюра искривляется и в момент когда деформации  крайних волокон бетона достигает предельных  образуется трещина. Это начало процесса трещинообразования, которое совпадает с концом I стадии. При этом напряжение в сжатой зоне намного меньше предельных <<R_b., деформации сжатой зоны - упругие, а напряжения в растянутой зоне достигают .

В расчетной модели принимают эпюру напряжений  сжатой зоны-треугольной, растянутой зоны– прямоугольной, равной .

По этой расчетной модели проводят расчеты:

а) расчет на образование трещин;

б) расчет по деформациям (прогибам) элементов работающих без трещин в растянутой зоне.

II-ая стадия. Наступает при дальнейшем росте нагрузкиq. Здесь наблюдается рост (раскрытие) уже образовавшихся трещин вглубь сечения и по ширине. При этом появляются новые трещины. По длине элемента появляются сечения с трещиной «1» и без «2» .

Растягивающие усилия сечений 1-1 воспринимает растянутая арматура и бетон под трещиной. В сечении  2-2 растяжение воспринимает бетон и арматура совместно, т.к. они не потеряли сцепление. Растянутый бетон в пределах участка без трещин снижает арматуры, таким образом, напряжение в арматуре A_sмаксимальны в сечениях с трещиной и минимальны в сечениях без трещин 2-2 в середине участка между трещинами.

 

 

В растянутом бетоне распределение напряжений  по длине наоборот. В сжатой зоне появляются неупругие деформации, эпюра напряжений  искривляется, max начинает перемещаться вглубь сечения. Стадия II характеризуется нагрузками 65-70% от разрушающей, т.е. это значение деформационной нагрузки для большинства конструкций.

Расчетная схема(модель) стадии основана на методе допускаемых напряжений, форма эпюр такая же, как  в стадииI , т.е. с заменой криволинейной на треугольную.

По этой стадии проводят расчеты:

а) по раскрытию трещин

б) по деформациям элементов с трещиной в растянутой зоне.

III стадия. Наступает при дальнейшем росте нагрузки q. Это короткая стадия разрушения, напряжения в сжатом бетоне приближаются к , напряжения в растянутой арматуре достигают условного или физического предела текучести, то есть напряжение  в сжатой арматуре, если ее количество не превышает расчетного, приближается к

Предварительно напряженные элементы (ПНЭ).

Отличие ПНЭ от обычных заключается в развитии стадии I, т.е. до момента образования трещин. Это связано с тем, что нагрузка вызывающая 1-е трещины в ПНЭ должны сначала погасить усилие обжатия бетона, а затем вызвать растяжения в обжатой зоне и далее трещины. Таким образом, эта нагрузка в 2-3 раза выше, чем у элементов без предварительного напряжения. Рассмотрим состояния, имеющие качественные отличия в процессе изготовления и работы элемента до разрушения элемента.

1) ИЗГОТОВЛЕНИЕ

 

1а)

1б) 2)

 

 

3)ЭКСПЛУАТАЦИЯ:

 

 

4)

5)

Процесс изготовления.

1а) Арматура натягивается до требуемого значения напряжений , закрепляется, элемент бетонируется.

1б)  В арматуре начинают натекать потери преднапряжения, так называемые первые - от релаксации (1), от температурного перепада (2) еслиэлемент пропаривается, от деформации формы (3) и анкеров (4), то есть  уменьшается до . Напряжения в бетоне = =0

Состояние 2. После набора достаточной прочности  отпускают арматуру усилие передается на бетон, бетон упруго укорачивается на , напряжения в арматуре уменьшается на , где . Это упрочнение должно быть учтено при назначении . Кроме того натекают вторые потери  - от усадки (5) и ползучести (6). снижается  до . Напряжение в верхней части сечения (сжатой при эксплуатационной нагрузке q) – растягивающее в нижней (растяжение при) - сжимающие. Бетон обжат на уровне .

Эксплуатация.

Состояние 3. Элемент смонтирован, к нему приложена нагрузка q. При росте нагрузки, при некотором значении q обжатие полностью гасится, то есть _{b р}=0. На нижней грани – растяжение бетона, но трещин еще нет, так как . В арматуре напряжения увеличились на величинуΔ _{s ,} вызванную нагрузкой q, то есть

Состояние 4. Дальнейшей рост q вызывает растяжениена нижней грани до

_b=R_{bt , ser}. Появляетсятрещина, т.е. конец I-ой стадии работы. При этом напряжении в арматуре _s= _{sp 2}+2αR_{bt , ser}т. е в момент образования трещин отличаются в аналогичных элементах без предварительного напряжения на величину _{sp 2.} Это показывает насколько сопротивление образованию трещин у элемента с предварительным напряжением выше, чем у элемента без предварительного напряжения. Напряжения на уровне арматуры _{b р} еще не достигли R_{bt , ser}, то есть трещина только образовалась.

С этого момента работа ПНЭ аналогична элементу без ПН, т.е. переход к стадии II и III. Перед образованием трещин в бетоне сжатой зоны  напряжения от обжатия суммируются с напряжением нагрузки q: _b^’= _bp^’+ _bq^’,поэтому напряжение в сжатой зоне _b и высота сжатой зоны Х в элементах с ПНсущественно выше, чем в элементах без ПН.

Состояние 5. Интервал между IIиIII стадий благодаря высокой высоте сечения Х сокращаются. На стадии II развиваются неупругие деформации арматуры. Конец состояния 5 соответствует стадии IIIа и IIIб элемента без ПН.

 

В любом случае при разрушении по IIIа или IIIб напряжения в арматуре As отличаются от элемента без ПН на величину .

– приращение вызванное нагрузкой q, в элементе без ПН при разрушении , в ПНЭ , т.е  ПН не влияет на прочность элемента.(обычная арматура ;высокопрочная ).

Поэтому можно использовать общую методику расчета на прочность.

 

Анкеровка арматуры.

  Для обеспечения надёжной работы арматуры совместно с бетоном и полногоиспользования её механических свойств (прочности) арматура должнаанкероваться, т.е. заводится за расчётное (опорное) сечение на длину анкеровки l_an, либо закрепляться с помощью специальных устройств.Арматура «без анкеров» в пределахl_an– это самоанкерующийся стержень, за счет  сил сцепления, при наличии специальных устройств, называющихся «анкерами на концах».Последние используются при натяжении арматуры на бетон, либо при недостаточном сцеплении.

Элементы без ПН.

Анкеровка обеспечивается за счёт:

1. прямолинейное окончание стержня;

2. лапка;

3. крюк;

4. петля;

5. анкерующий элемент;

6. поперечная арматура.

1 и 2 применяется только для арматуры периодического профиля. Расчётную  длину анкеровкиl_an можно определить по следующей схеме:

                                      (3.8)

Базовая (основная) длина анкеровки   для арматуры, работающей при полномR_sопределяется по формуле:

(3.9)

 

                                                (3.10)

η₁– коэффициент вида поверхности: А240 – 1,5; В500 – 2;А300 А1000 - 2,5;для канатов с 9мм -2,2; для проволки Вр1200  Вр1500 с 4мм - 1,8;для канатов Вр1200  Вр1500 d 3мм и канаты с 6мм – 1,7.

η₂- коэффициент, зависящий от диаметра:

При ммη₂ = 1; при мм η₂ = 0,9.

Расчётная анкеровка определяется по формуле:

(3.11)

A_{s , cal}; A_{s , ef}- расчётное и принятое значение площади арматуры.

α– коэффициент, учитывающий конструктивное решение анкеровки и НДС.

Без анкеров α = 1 для растянутых,

α = 0,75для сжатых стержней.

На опорах α может быть снижен до α = 0,7. Значение относительной анкеровки:

λ _an =  (3.12)

Значения λ _an приведены в таблице 3.3 СП 152.101-2003. В любом случае:

                                         (3.13)

 На опорах при реакции                                                   (3.14)                    

Длина анкеровки 5d,

 

Если не возможно обеспечить l_an по формуле (3.11), то применяют специальные мероприятия. (см. п.5.36 СП 52.101– 2003)

Преднапряженные элементы.

Анкеровка ПН арматуры без анкеров рассчитывается по формуле (3.9 -3.13) с заменойA_s на A_sp. При невозможности обеспечить l_anпо формуле (3.11)применяют специальные анкера п.п.5.20 СП52.102 – 2003. Требуемую длину анкеровки можно уменьшить путём установки поперечной арматуры, охватывающей продольную арматуруA_sp или поперечным обжатием.

 

Для ПН элементов с арматурой А_sp без дополнительных анкеров,l _{а n} должна быть менеедлины передачи усилий на бетон.

(3.15)

- предварительное напряжение с учётом первых потерь.

При мгновенной передаче напряжения с арматуры на бетон, длина l_p должна быть увеличенадля арматуры классов А в 1,25 раза, при диаметре больше 18 мм  мгновенная передача не допускается. Начало l_p для арматуры классов Вр и К принимается на расстоянии 0,25 l_p от торца элемента.

Предварительные напряжения в арматуре.

Предварительные напряжения арматуры σ_sp принимают не более:

- для арматуры классов А540, А600, А800, А1000 - 0,9R_s,n;

- для арматуры классов Вр1200 - Вр1500, К1400, К1500 - 0,8R_s,n.

Кроме того, для любых классов арматуры значение σ_sp принимают не менее 0,3R_s,_n.

При расчете предварительно напряженных конструкций следует учитывать снижение предварительных напряжений вследствие потерь предварительного напряжения - до передачи усилий натяжения на бетон (первые потери) и после передачи усилия на бетон (вторые потери).

Первые потери предварительного напряжения включают потери от релаксации предварительных напряжений в арматуре, потери от температурного перепада при термической обработке конструкций, потери от деформации анкеров и деформации формы. Вторые потери предварительного напряжения включают потери от усадки и ползучести бетона.

Потери от релаксации напряжений арматуры определяют по формулам:

- для арматуры классов А600, А800 и А1000 при способе натяжения:

механическом - Δσ_sp1 = 0,1σ_sp - 20;

электротермическом - Δσ_sp1 = 0,03σ_sp;

- для арматуры классов Вр1200 - Вр1500, К1400, К1500 при способе натяжения:

механическом -

электротермическом - Δσ_sp1 = 0,05σ_sp.

Для арматуры класса А540 - Δσ_sp1 = 0,0.

Здесь σ_sp принимается без потерь в МПа.

При отрицательных значениях Δσ_sp, их следует принимать равными нулю. При наличии более точных данных о релаксации напряжений арматуры допускается принимать иные значения потерь от релаксации.

Потери от температурного перепада Δt, определяемого как разность температур натянутой арматуры в зоне нагрева и устройства, воспринимающего усилия натяжения, °С, принимаются равными Δσ_sp2 =1,25Δt (МПа).

При отсутствии точных данных допускается принимать Δt = 65°. При наличии более точных данных о температурной обработке конструкций допускается принимать иные значения потерь от температурного перепада.

Потери от деформации стальной формы (упоров) при неодновременном натяжении арматуры на форму определяются по формуле:

где n - число стержней (групп стержней), натягиваемых не одновременно;

Δl - сближение упоров по линии действия усилия Р, определяемое из расчета деформации формы;

l - расстояние между наружными гранями упоров.

При отсутствии данных о конструкции формы и технологии изготовления допускается принимать Δσ_sp3 =30 МПа. При электротермическом способе натяжения арматуры потери от деформации формы не учитываются.

Потери от деформации анкеров, расположенных у натяжных устройств, определяются по формуле:

где Δl - обжатие анкеров или смещение стержня в зажимах анкеров;

l - расстояние между наружными гранями упоров.

При отсутствии данных допускается принимать Δl = 2 мм. При электротермическом способе натяжения потери от деформации анкеров не учитываются, так как они должны быть учтены при определении значений полного удлинения арматуры.

Потери от усадки бетона определяют по формуле

Δσ_sp4 = ε_b,shE_s

где ε_b,sh - деформация усадки бетона, принимаемая равной:

0,0002 - для бетона классов В35 и ниже;

0,00025 - для бетона класса В40;

0,0003 - для бетона классов В45 и выше.

Допускается потери от усадки определять более точными методами.

Потери напряжений в рассматриваемой напрягаемой арматуре (S или S') от ползучести бетона определяют по формуле

где φ_b,сr - коэффициент ползучести бетона, определяемый согласно табл.2.6 СП 52-102-2004;

α - коэффициент приведения арматуры к бетону, равный α = E_s/E_b;

μ_sp- коэффициент армирования, равный А_spj /А, где А и А_spj -площади поперечного сечения соответственно элемента и рассматриваемой напрягаемой арматуры (A_sp или A'_sp);

σ_bp - напряжение в бетоне на уровне центра тяжести рассматриваемой напрягаемой арматуры, определяемое как для упругих материалов по приведенному сечению согласно формуле

 (**)

-P₍₁₎ - усилие предварительного обжатия с учетом первых потерь, равное                

P₍₁₎ = (A_sp + A'_sp)(σ _sp - Δσ _sp(1))

здесь Δσ_sp(1) - сумма первых потерь напряжения;

e_0p1 - эксцентриситет усилия P₍₁₎ относительно центра тяжести приведенного сечения элемента, равный

здесь y_sp, y'_sp - см. рис.2.1;

 

Черт. 2.1 Схема усилий предварительного напряжения арматуры в поперечном сечении железобетонного элемента

y_s - расстояние между центрами тяжести рассматриваемой напрягаемой арматуры и приведенного поперечного сечения элемента (т.е. y_sp или y'_sp );

М - изгибающий момент от собственного веса элемента, действующий в стадии обжатия в рассматриваемом сечении;

A_red и I_red - площадь приведенного сечения и ее момент инерции относительно центра тяжести приведенного сечения.

В формуле (**) сжимающие напряжения учитываются со знаком "плюс", а растягивающие - со знаком "минус".

Если σ_bp < 0,0, то потери от ползучести и усадки бетона принимаются равными нулю.

Если передаточная прочность бетона R_bp меньше 70% класса бетона В, то при определении Δσ_bp6 значения φ_b,сr и E_b принимаются по табл.2.6 и 2.5 СП 52-102-2004 при B=R_bp.

Соответственно напряжение в арматуре снижаются до:

 =  - , а затем до

=

Напряжение с учетом потерь создают усилие обжатия бетона, равнодействующая  и  - Р (с учетом первых потерь Р₁, полных Р). Эксцентриситет приложения относительно центра тяжести приведенного сечения. Центр тяжести может быть получен с помощью геометрических характеристик приведенного сечения:

· площадь приведенного сечения;

· статический момент относительно нижней грани;

(3.22)

при

Момент инерции приведенного сечения относительно его центра тяжести:

(3.23)

Где  для соответствующих классов арматуры.

Напряжение в бетоне на уровне центра тяжести рассматриваемой арматуры.

 (3.23)

Если определяется для арматуры A_sp, то ,для .

Для верхней или нижней грани y = y или . Если  определяется с учётом первых потерь, то есть до отпуска арматуры на бетон в формулу (3.23) подставляют  и

(3.24)

Если до отпуска арматуры вес бетона воспринимает форма, то принимают .

Для верхней грани принимают знаки нижние, для нижней – верхние.

 Если по формуле (3.23) cучетом (3.24) оказались <0 (растяжение), то потери от ползучести и усадки в не учитываются  и .

При передаче усилия на бетон, т.е  с учетом первых потерь не должны превышать:

(3.25)
0,9R_bp-  если  после приложения силы F не будут изменяться или увеличиваться;

0,7R_bp-если  от F будут увеличиваться.

При этом  определяется по формуле (3.23) при  и и  (т.е. для самой сжатой грани),а M принимается для сечений где он минимален (опоры).

R_bp - прочность бетона к моменту его обжатия (т.е. класс бетона В) назначают не ниже 15 МПа и не менее 0,5 от класса бетона B.

С учетом всех потерь в формуле (3.23) подставляют:

                               (3.26)

При этом  и  напряжения в арматуре  и вызванные усадкой и ползучестью.

- для

– для

При этом σ_sи σ’_sнапряжения в  и ,вызванные усадкой и ползучестью

σ_s=Δσ_{sp 5}+ Δσ_{sp 6}-для A_sp,

 σ’_s= Δσ’_{sp 5}+ Δσ’_{sp 6} - для A’_sp.

При этом σ_bp для определения Δσ_{sp 5,6} определяют по формуле (3.23) на уровне и т.е. при y = y_sили y = y ’ _s. Если σ_bp< 0, то σ’_sв формуле (3.26) принимают равным нулю.

 Полные потери ∆  принимаются не менее 100 МПа, а класс бетона назначается при A_sp классов A540-A800, Вр1400-1500- не менее B20,приA1000 или В_р 1200,1300; K1400, K1500 не менее B30.

Проверка прочности сечения.

Основное условие прочности

М ≤   (4.4)

 М – действующий расчетный момент, определенный из статического расчета.

– коэффициент надежности по назначению конструкции.

-несущая способность сечения.

Элементы с ПН

Из уравнения (4.1) при γ_s3=1 и γ_b1≤1 определяют высоту сжатой зоныХ=Х₁, то есть .

(4.5)

а) При имеет стадию разрушения За, где определяется по формуле (3.16) или (3.17). Несущая способность определяем из условия (4.2) при γ_s3≥1 и  γ_b1≤1.

Получим несущую способность:

                             (4.6)

где  принимается с соответствующим  коэффициентом

(все нагрузки- 1; длительная – 0,9)

(4.7)

При малом количестве арматуры  или ее отсутствии определяется по формуле (2.23), в противном случае:

                                                    (4.8)

Если по формуле (2.23),  определяется при

б) При  > несущая способность определяется по формуле

(4.9)

Где , определяется по формуле (4.5)

                                                                                (4.10)

Имеем случай разрушения по стадии 3б:

 

Связь между  (4.6) и (4.9) - (4.9) это (4.6) при =

при

Если по формуле (4.8) <0, при  и , то  определяется при . Если по формуле (4.7) <0, то расчет ведут составляя уравнение моментов относительно центра тяжести , ∑Z₂=0 .                           

  (4.11), при γ_s3=1,1.

Для арматуры  класса A540 γ_s3=1, в (4.7) и (4.11), в формуле  (4.9) первый множитель заменяется на .

Элементы без ПН.

Расчет ведется по тем же самым формулам при = =0,соответсвенно γ_s3=1.При этом X определяется по формуле (4.7), определяется =  .  несущая способность определяется по формуле (4.6) при , где определяется по формуле (3.16), (3.18) или (3.20) или по  формуле (4.9), при , а множитель  меняется на . При X<0  условие (4.11) имеет  вид:

    (4.12)

При одиночном армировании, т.е. = =0 проверка прочности проводится:

 для ПН элементов:    M_ult=R_sA_s(h₀- )+R_spA_sp (h₀- )                     (4.13)

 для элементов без ПН: M_ult=R_sA_s(h₀- )=R_bbx (h₀- )   

Определение количества продольной арматуры.

ПН элементы.

При определении площади сечения арматуры  на основе уравнений (4.1) и (4.2) имеем 5неизвестных A_s, A_s^', A_sp, A ^'_sp и X, а уравнений 2, поэтому требуется задаться рядом дополнительных условий:

1) принимаются размеры сечения исходя из опыта проектирования h=L(1/10 1/20); b=(0,3 0,5)h.

2) Задаются площадью  из соображений обеспечения трещиностойкости верхней грани при: М=М_{с rc}=A_{sp sp}y  (п. 3.5), либо на одном этапе принимают =0.

3) Предполагают  что сжатая арматура   не требуется ,т.е. прочность сжатой зоны обеспечена.

4) Предполагают, что прочность растянутой зоны будет обеспечена за счет искомой арматуры A_sp, т.е. арматура A_s не требуется по расчету и  назначается из конструктивных соображений, либо А_s=0 .

Таким образом, имеем 2 неизвестных и 2 уравнения:

Итак, на первом этапе принимаем .

Из условия (4.2): X (h₀ - ) = h₀²

Определяем :

               (4.14)

а) Если    ( по формуле (4.10), то прочность сжатой зоны обеспечена и  по расчету не требуется, тогда:

(4.15) ,

где =1- (4.16)

 определяется по формуле (2.23), при известных  и  по формуле (3.16) и (3.17)

;

Если  A_s задано по конструктивным соображениям, например для улучшения анкеровки A_sp, то уравнение (4.15) имеет  вид:

(4.17)

Если принято A’_sp 0,( например, для ограничения трещин на верхней грани), то  определяется по формуле:

(4.18)

Из того же уравнения (4.2). На первом этапе принимают =0. Если при =0  определенный по (4.18) < , то  действительно не требуется по расчету, тогда:

 (4.19)

 в этом случае определяется при  назначается по формуле (4.3)

Если  определенный  по формуле (4.14) , то требуется назначить , либо увеличить h и/или b, либо увеличить класс бетона (прочность).

Если  определенный по формуле (4.18) , то количества  заложенного в  (4.18) недостаточно, требуется те же меры. В любом случае - значит недостаточная прочность сжатой зоны, то есть уравнение (4.2) 0.

Требуемое количество  определяется:

(4.20)

(4.20) получено при подстановке в  (4.2) предельного значения  когда разрушение происходит по границе  между За и Зб (растянутая = сжатая зона). Если принята также значение , что ( по 4.18),то.

 (4.21)

При =1.1

Элементы без ПН.

  При этом =  =0. Рабочая растянутая арматура -  .Уравнения (4.2) составляются относительно центра тяжести тогда определяется по формуле (4.14) и сравнивается с  (по 4.10) при определяемая по формулам (3.16, 3.18, или 3.20)

а) при =0, а определяется  по формуле (4.15) вместо .

б) при следует принять =0, увеличить  размеры сечения, класс бетона. определяется по формуле (4.20) при =0. Далее определяется по формуле (4.18), ,

 определяется по формуле:

(4.22)

Элементы без ПН.

Расчет ведется по (4.24) и (4.5)-(4.11) принимая = =0 и γ_s3=0, причем формулы для определения  (4.5) и Х (4.7) при = =0 и γ_s3=1 становятся тождественны.

определяется по формуле  (3.16),(3.18) или (3.20).

Определение количества продольной арматуры

Элементы с ПН.

Схема расчета зависит от положения н.о, которое определяется из  условия:

(4.26)

На первом этапе компоновки сечения в формуле (4.26) принимают =  =0, если иное не оговорено конструктивными требованиями, то есть  и .

а) Если условие (4.26) выполняется, то н.о в полке X≤ , то расчет ведется как для прямоугольного сечения  по формулам (4.14) - (4.21) подставляя в них  вместо  .   принимается с учетом ограничений п.4.1.2. Если в процессе расчета устанавливается необходимость принятия  либо , то есть необходимости уточнять положение н.о по формуле (4.26) нет, т.к. условие (4.26) выполненное при =  =0, тем более выполняется если принять эти компоненты

б) Если условие (4.26) не выполняется, то н.о в ребре и X> , расчет ведется для таврового сечения с расчетным значением  не более ограничений п. 4.1.2. Определяется  :

по ф-ле (4.14) – если не задано  и , по конструктивным соображениям ( =  =0).

по ф-ле (4.18) –если задано  и/или

в обоих формулах числитель должен быть уменьшен на величину момента воспринимаемого сжатыми свесами

Если  по (4.14) , то прочность сжатой зоны обеспечена и не требуется. определяется по формуле (4.15) числитель которой должен быть увеличен на величину усилия  воспринимаемого сжатыми  свесами.

Если была задана конструктивная арматура в нижней зоне, то  вычисляется по формуле (4.16) числитель которой так же должен быть увеличен на N_св. Если было принято какое то значение и/или  и  по формуле (4,18) и , то принятого значения достаточно для обеспечения прочности сжатой зоны и  вычисляется по формуле (4.19) числитель которой также увеличивают на N_св.

Если  определенный по модифицированным формулам (4.14) или (4.18) ( ) оказывается меньше , т.е прочность сжатой зоны не обеспечена, требуется установка или увеличение  .  определяется по формуле (4.20) числитель которой должен быть уменьшен на . Также могут быть увеличены размеры сечения, либо повышен класс бетона В.  Если какой -либо из этих параметров был изменен, следует уточнить положение н.о  по формуле (4.26), т.к это условие не выполненное при прежних размерах ,классе бетона и =0 может выполнится при новых значениях этих параметров, тогда расчёт следует вести для схемы «а». Если условие (4.26) не выполняется, т. е. н. о по-прежнему в ребре, то вычисляют  по модифицированной формуле(4.18) и при , вычисляется по формуле (4.19) ( ) .

Элементы без ПН.

Расчет ведется по той же схеме, но рабочей арматурой выступает вместо   : т.е во всех формулах принимают  = 0, , а  заменяют на .

Общие положения. Начальный эксцентриситет. Случайный эксцентриситет.

Случайный эксцентриситет.

Внецентренно сжатые элементы ВСЭ – это (колонны, элементы ферм и арок, стены.) Элементы на которые действует:

А) продольная сила N м начальным эксцентриситетом e₀ относительно вертикальной оси проходящей через центр тяжести сечения.

Б) совокупность Mи N, которая в расчете заменяется Nс начальным эксцентриситетом e₀: (4.75)¸где М и Nпринимают на основе статического расчета.

Центральное сжатие создать достаточно сложно из-за случайных горизонтальных нагрузок, начальных несовершенств (искривление по длине элемента, смещение каркасов, отклонение размеров сечений от проекта, неточность монтажа), неоднородность бетона по сечению. При большой длине элемента (т.е большой гибкости) еще сложнее. Поэтому условно ц. с. элементы рассматривают как ВСЭ со случайным эксцентриситетом  который учитывает эти факторы.

Величину  принимают равной большему из значений:

(4.76)

Рис.110

Для статически определенных элементов (колонны фахверка, отдельные столбы, стойки ЛЭП) за расчетный  принимают сумму эксцентриситет полученного из статического расчета и случайного .

Для неопределенных систем при расчете ВСЭ (колонны зданий, элементы безраскосных ферм и т.д.) начальный принимают из статического расчета по (4.75) но не менее

Расчет ВСЭ должен проводиться отдельно на совокупность М и N в плоскости изгибаю Допускается не проводить расчет из плоскости если гибкость в плоскости  из плоскости изгиба( )

Если эксцентриситеты в обеих плоскостях превышают то должен проводиться расчет на косое внецентренное сжатие.

Рис.111

Во всех случаях эксцентриситет должен определяться с учетом влияния прогиба элемента. Прогиб может быть учтен путем расчета по деформированной схеме, т.е принимая  для каждого расчетного сечения. Для элементов прямоугольного сечения при действии  в плоскости симметрии сечения, а также для кольцевых и круглых сечений допускается проводить расчет по недеформированной схеме при учете коэффициента : 

(4.77)

Проверка прочности сечений.

Производится из условия (4.4)

Т.к   (4.78) в уравнение (4.4) подставляется относительно ц.т. всего сечения, а  в (4.79) взята относительно ц.т. арматуры , т .о уравнение (4.92) получено из (4.79) переведенного относительно ц.т. всего сечения: внешний момент  относительно ц.т. :

Если вычесть  из этого выражения и из (4.79) получим (4.92)

Где  определяется (внешний момент) из (4.86)

Высота сжатой зоны определяется:

а) При  (4.93) (1-й случай ВНС)

б) При  (4.94) (2-й случай ВНС)

где  (4.95) – показывает какую долю, составляет сила  от усилия воспринимаемого бетоном рабочей зоны при полностью сжатом сечении. При –имеем случай IIа (все сечение сжато), при  – то же, по прочности бетона сжатой зоны недостаточно, т.е для обеспечения прочности сжатой зоны даже, при  (т.е ; ) необходимая сжатая арматура .

Относительная высота сжатой зоны  определяется.

(4.96)

(4.97)-показывает какую долю от сжатой зоны будет воспринимать сжатая арматура .

Проверка прочности сечений.

ПН элементы.

1) Случай 1 (БЭ)

Условие прочности можно получить из уравнения равновесия моментов относительно центра тяжести растянутой арматуры, т.е

(4.111)

Несущая способность  относительно центра тяжести арматуры   и .

(4.112)

Высота х из условия равновесия всех сил на продольную ось.

                   (4.113)

Где  по формуле (2.23); при  (все нагрузки);  при  (только длительные нагрузки).

При х по формуле (4.113)  принимают  (МЭ). Если Х определенный о формуле (4.113) при окажется ,то всю сжатую арматуру следует не учитывать в расчете по формуле (4.112) и (4.113), что несколько не повышает

2) Случай МЭ условие прочности можно получить по наиболее растянутой зоне (арматуре и ) относительно центра тяжести арматуры и .

(4.114)

По менее растянутой зоне (по арматуре и ) относительно центра тяжести арматуры  и

(4.115)

При симметричном армировании проверку проводят по максимальной напряженной арматуре, т.е по (4.114). При несимметричной схеме  и  следует проверить оба условия.

Несущая способность определяется:

- в формуле (4.114)  (4.116)

- в формуле (4.115)  (4.116)

Для элементов бз ПН арматуры применяют те же формулы, т.е 4.111-4.117 при подстановке

Расчет на продавливание.

Проводится для плоских ЖБК на которые действуют перпендикулярно их плоскости сосредоточенные нагрузки в виде силы F и момента M. В качестве расчетного принимают нормальное сечение создающее контур вокруг зоны передачи усилия на расстояние . По сечению действует касательные напряжения. Эти усилия воспринимаются бетоном работающим на растяжение и поперечной арматурой расположенной в зоне шириной не более  от сечения.

Расчетный контур при расположении участка передачи напряжений (верхняягрань пирамиды продавливания), по краю элемента (или на углу) и с незамкнутым (2^/ б, в) так и замкнутым(2 в, б). В этом случае принимают наименьшую несущую способность. В остальных случаях контур принимают замкнутым а).

Рис.123

1 – площадь приложения

2 и 2^/ - варианты расчетного контура (замкнутый и незамкнутый);

3 – центр тяжести контура;

4 – то же площади приложения нагрузки; 5 – края плиты.

Считают, что продавливание происходит по пирамиде верхнее основание которой – площадь передачи , а боковые грани наклонены под углом (если это возможно – сваи). В любом случае размеры основания не могут:а) на большом расстоянии от краев; б) по всей ширине элемента; в) у края по всей ширине; г) у угла элемента; д) на краю элемента; е) вблизи края; на пилястре; з) при нескольких нагрузках;

1) - элемент, на который передается смятие (проверяемый); 2)- площадь смятия; 3)- расчетная площадь ; 4)- центр тяжести площадей;5) линия зона армирования сетками при учете косвенного армирования.

Рис.124

Отличается менее чем на . Усилия продавливания должно быть уменьшено на величину нагрузки приложенной в пределах большего основания пирамиды (если она есть на участке шириной ) Расчетный контур:

- проходит по средней линии пирамиды.

ПН элементы.

                                      (5.15)

                                        (5.16)

М - момент от внешней нагрузки; если центр тяжести арматуры совпадает с точкой приложения силы обжатия P то принимают . При  (a – расстояние до центра тяжести всей арматуры) или если внешний момент M и момент от  то принимают в (5.16) знак «+», в противном случае «-».

Р- усилие обжатия с учетом всех потерь ( ) или только первых потерь ( )

- эксцентреситет равнодействующей силы Р относительно центра тяжести всей арматуры.

Z- плечо внутренной пары сил, определяется согласно следедующих параметров по табл.4.2 СП-52-102-2003 в зависимости от:

- при наличии сжатых свесов.   (5.17)

 - эксцентриситет усилия P.                (5.18)

 - коэффициент армирования              (5.19)

                                                                    (5.20)

Где приведенный модуль сжатого бетона

;                     (5.21)

Допускается принимать  для любой арматуры, кроме канатной, для которой

- базовое расстояние между трещинами (т.е. не учитывает профиль арматуры):

40ds                   10ds

   ≥ ls ≥

400мм          100мм

                        (5.23)

-площадь растянутого бетона.

Для прямоугольного сечения:                                                 

 - высота растянутой зоны принимается 2a≤ ≤h/2

Для прямоугольных тавровых и двутавровых сечений допускается:

                                  (5.24)

Коэффициент к  учитывает неупругую работу растянутого бетона:

Для коробчатых, двутавровых и тавровых сечений с растянутой полкой к=0,95

Для прямоугольных и тавровых сечений со сжатой полкой к=0,9.

                      (5.25)

S_red, A_red- соответственно статический момент относительно растянутой (нижней) грани и площадь приведенного сечения. Знак «+» принимают при сжатии, «-» -при растяжении, при изгибе N=0.

При различных диаметрах Asp и As определяют расчетный диаметр рабочей арматуры.

                                       (5.26)

n_i; d_si - количество и диаметр i-го стержн.

Значение  определяется по формуле:

                                    (5.27)

 - напряжение в растянутой арматуре при нагрузке дающей момент, численно равный M_{crc ,} т.е. моменту трещинообразования.

При расчете  в верхней зоне балочных плит и балок с предварительным напряжением при действии силы  (с учетом первых потерь при отпуске арматуры), принимают в формуле (5.14) , и  для арматуры  или . При определении эксцентриситет  принимается равным расстоянию от точки приложения силы  до центра тяжести арматуры  и . Расчетные сопротивления бетона принимается для класса численно равного передаточной прочности B=R_bp.

Элементы без НП.

Формула (5.15) при Р=0 и Asp=0 превращается:

                                         (5.28)

Z определяется по графику СП 52-101-2003 в зависимости от параметров.

, ;  (для сечения без сжатой полки )

В остальных формулах исключают A_sp и A_sp^’ заменяя на A_s и A_s^’.

Ширина не продолжительного раскрытия трещин определяется 

                                     (5.29)

- ширина раскрытия трещин при продолжительном действии постоянных и длительных нагрузках ( ; ).

 - ширина раскрытия трещин от непродолжительного действия всей нагрузки, то есть ; .

 - ширина раскрытия трещин от постоянных и длительных нагрузках при их непродолжительном действии: , .

Ширина продолжительного (длительного) действия нагрузки:

                                                  (5.30)

Расчет на раскрытие трещин.

Ширина раскрытия трещин в стадии изготовления производится так же как и для изгибаемых элементов (см. п.п 5.1.2) То же в стадии эксплуатации, т.е по формуле (5.14) для внецентренно сжатых и внецентренно и центрально растянутых элементов.

 (5.14), с заменой для растянутых и  для сжатых элементов.

Для определения напряжения в растянутой арматуре формулу (5.15) изменяют следующим образом.

Для центрально растянутых элементов:  (5.58)

Где Р- усилие обжатия с учетом всех потерь и  (коэффициент точности натяжения) по формуле (5.56).

Рис.119

1- Точка равнодействующей усилий в сжатой зоне бетона.

2- Точка приложения равнодействующей усилий в растянутой арматуре  и .

(для растяжения с МЭ - точка приложения равнодействующей в менее растянутой арматуре и )

3- Центр тяжести приведенного сечения.

- плечо внутренней пары сил определяется по табл. 4.2 СП52-102-2003 (см п.5.1.2)

Для внецентренно растянутых элементов по случаю 2 (МЭ) :

Получим выражение для  из уравнения равновесия моментов точки 1.

Внецентренно сжатые элементы:

(5.59)

Эксцентриситет приложения  относительно центра тяжести арматуры и  определяется при известном  определенном по формуле (3.26);  расстояние от точки приложения силы  до центра тяжести арматуры и .

Внецентренно растянутые элементы по случаю 1 (БЭ). Уравнение моментов:

Внецентренно растянутые элементы по случаю 2 (МЭ)

Тогда для внецентренно растянутых элементов получим:

Где знак «+» для случая БЭ и знак «-» для случая малых эксцентриситетов при  . При совпадении точки приложения  и центра тяжести арматуры  и ,

т.е  при  и . Случай внецентренного растяжения и сжатия должен быть определен:  (5.61) («+»-сжатие)

при  -случай МЭ.

Для элементов из ПН  можно вычислять по формулам 5.52-5.60 при , а также сечений прямоугольной формы.

при

Для внецентренно растянутых: а) при  (расположение между арматурой  и -случай МЭ)

(5.62)

Б) при и при  (5.63)

В) при  вне зависимости от .

Г) при  по линейной интерполяции между значениями по (5.62) и (5.63)

Для внецентренно сжатых элементов: (5.63)

Где  по табл. 4.2 СП52-101-2003

При определении  формула (5.27) вычисляется  при

 (5.64), где  по формуле (5.2)

Знак «+»- при сжатии; «-»- при растяжении.

При этом –от  до арматуры  и .

-до арматуры  и  («+»-сжатие; «-»-растяжение) Во всех формула принимают

Ширину раскрытия трещин принимают по формулам 5.29 и 5.30

При определении  вычисляется  по формуле (вместо 5.25)

(5.65)                ,где  –статический момент относительно нижней грани.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Для обеспечения несущей способности, пригодности к нормальной эксплуатации и долговечности бетонных и железобетонных конструкций помимо требований, определяемых расчетом, следует выполнять конструктивные требования:

- по геометрическим размерам элементов конструкций;

- по армированию (содержанию и расположению арматуры, толщине защитного слоя бетона, анкеровке и соединениям арматуры);

- по защите конструкций от неблагоприятного влияния воздействий среды.

Минимальные геометрические размеры сечений конструкций следует назначать такими, чтобы обеспечивать:

- возможность надлежащего размещения арматуры (расстояния между стержнями, защитный слой бетона и т.д.), ее анкеровки и совместной работы с бетоном;

- достаточную жесткость конструкций;

- необходимую огнестойкость, водонепроницаемость конструкций, тепло- и звукоизоляцию, коррозионную стойкость, радиационную защиту и т.п.;

- возможность качественного изготовления при бетонировании конструкций.

Размеры сечений внецентренно сжатых элементов для обеспечения их жесткости рекомендуется принимать такими, чтобы их гибкость  в любом направлении не превышала:

- для железобетонных элементов - 200 (для прямоугольных сечений при l_o/h ≤ 60);

- для колонн, являющихся элементами зданий - 120 (при l_o/h ≤ 35);

- для бетонных элементов - 90 (при l_o/h ≤ 2b).

Толщина полок монолитных ребристых перекрытий должна приниматься, мм, не менее:

- для покрытий - 40;

- для междуэтажных перекрытий жилых и общественных зданий - 50;

- для междуэтажных перекрытий; производственных зданий - 60.

В конструкциях зданий и сооружений следует предусматривать их разрезку постоянными и временными температурно-усадочными швами, расстояния между которыми назначают в зависимости от климатических условий, конструктивных особенностей сооружения, последовательности производства работ и т.п.

При возможности неравномерной осадки фундаментов следует предусматривать разделение конструкций осадочными швами.

Арматура, расположенная внутри сечения конструкции, должна иметь защитный слой бетона (расстояние от поверхности арматуры до соответствующей грани конструкций) чтобы обеспечивать:

- совместную работу арматуры с бетоном;

- анкеровку арматуры в бетоне и возможность устройства стыков арматурных элементов;

- сохранность арматуры от воздействий окружающей среды (в том числе при наличии агрессивных воздействий);

- огнестойкость и огнесохранностъ.

Толщину защитного слоя бетона назначают исходя из требований п. 5.6 с учетом типа конструкций, роли арматуры в конструкциях (продольная рабочая, поперечная, распределительная, конструктивная арматура), условий окружающей среды и диаметра арматуры.

№ п/п	Условия эксплуатации конструкций здания	Толщина защитного слоя бетона, мм, не менее
1.	В закрытых помещениях при нормальной и пониженной влажности	20
2.	В закрытых помещениях при повышенной влажности (при отсутствии дополнительных защитных мероприятий)	25
3.	На открытом воздухе (при отсутствии дополнительных защитных мероприятий)	30
4.	В грунте (при отсутствии дополнительных защитных мероприятий), в фундаментах при наличии бетонной подготовки	40
5.	В монолитных фундаментах при отсутствии бетонной подготовки	70

 Минимальные значения толщины защитного слоя бетона рабочей арматуры следует принимать по таблице

Для сборных элементов минимальные значения толщины защитного слоя бетона рабочей арматуры, указанные в таблице уменьшают на 5 мм.

Для железобетонных плит из бетона класса В20 и выше, изготовляемых на заводах в металлических формах и защищаемых сверху в сооружении бетонной подготовкой или стяжкой, толщину защитного слоя для верхней арматуры допускается принимать 5 мм.

Для конструктивной арматуры минимальные значения толщины защитного слоя бетона принимают на 5 мм меньше по сравнению с требуемыми для рабочей арматуры. Во всех случаях толщину защитного слоя бетона следует также принимать не менее диаметра стержня арматуры.

В изгибаемых, растянутых и внецентренно сжатых (при M_l / N_l >0,3h) элементах, кроме фундаментов, толщина защитного слоя для растянутой рабочей арматуры, как правило, не должна превышать 50 мм. В защитном слое толщиной свыше 50 мм следует устанавливать конструктивную арматуру в виде сеток. При этом площадь сечения продольной арматуры сеток должна быть не менее 0,05А _sшаг поперечной арматуры должен не превышать высоты сечения и соответствовать указаниям п.5.18.

Консоли колонн.

Консоли служат для опирания различных балочных элементов перекрытия и покрытия, подкрановых балок и т.д (ригели, фермы, балки, прогоны). Консоли в железобетонных элементах выполняют 1 и 2-х сторонними. Если требуется опирание в перпендикулярном направлении, то выполняют стальной столик с креплением через закладную деталь.

Рис.107

Консоли выполняют:

- прямоугольные при вылете

- трапециевидные с вутом обычно под при вылете . Ширина консоли как правило равна ширине колонны.

Высота h консоли назначается по расчету и не более которая опирается и -

для большинства серийных колонн в промышленном и гражданском строительстве.

у свободного края

Поперечное армирование выполняют трех видов:

1) При  - (длинные консоли) - наклонные хомуты по всей высоте

с шагом

Рис.108

2) При  отогнутыми стержнями  и горизонтальными хомутами  по всей высоте с шагом

3) При при выполнении условия (наклонные трещины не образуются) допускается устанавливать

Шаг и принимают ; для арматуры

Суммарная площадь отогнутых  или наклонных  стержней должны быть

Арматура   является растянутой рабочей арматурой консоли, должна заводится за грань колонны. Анкеровка  на противоположной стороне (у свободного края консоли) должна быть осуществлена путем приварки к опорному уголку, если расстояние от груза до конца  менее  при  или  при .

Рис.109

Эта анкеровка не требуется, если опирающийся ригель (балка) лежит в плоскости консоли и крепления ригеля к колонне предусмотрено жесткое. В пределах консоли шпильки и ромбические хомуты в колонне не устанавливаются. При ограниченной высоте консоли используют жесткую арматуру (прокатные тавры, двутавры, уголки, швеллеры и т.д)

 

Деформационные швы.

Здания, как правило, представляет собой статические неопределенные системы. От сезонного изменения температур, ползучести бетона, усадки бетона, осадок фундамента и их неравномерности в элементах здании могут возникать дополнительные усилия. С целью уменьшения этих усилий здание разделяют деформационными и температурными швами. При больших размерах в плане температурно-деформационные (ТДШ) ОПЗ могут быть как продольными, так и поперечными. Считают что в пределах одного температурного блока не должно возникать значительных усилий при изменении температуры в расчетных пределах. Размеры блоков назначают не более приведенных в СНиП 2.03.01-84 табл.3, либо определяют расчетом. Если размеры приняты по СНиП то расчет на температурные воздействия не производят при

Для Ж.Б.К	Внутри отапливаемые здания	Внутри неотапливаемые здания	На открытом воздухе
а) Сборные каркасные 1-о этаж. многоэтажные	72 60	60 50	48 40	при связях в центре блока или без связей.
б) сборно-монолитные, монол. Каркасные сплошные	50 40	40 30	30 25

Поперечные швы выполняют на парных колоннах оси которых смещаются на 500 мм от разбивочной оси проходящей по шву в обе стороны.

Рис.132

Продольные швы выполняют на 2-х колоннах со «вставной» с размерами 500, 1000, 1500 мм. Так же выполняют совмещая со швом перепада высот между соседними пролетами. Привязка колонн к продольным осям вблизи продольного ТДШ: при отсутствии ПСФ- так же как крайние колонны другого (свободного) ряда; при наличии ПСФ - грань колонны обращенная к шву смещается от оси на 250 в сторону шва.

Рис.133

Конструкции ОПЗ.

А.Плиты покрытия.В покрытиях ОПЗ применяются в основном крупноразмерные железобетонные панели, имеющие несколько разновидностей. Наибольшее распространение получили типовые ребристые плиты размером 1,5х6; 3х6; 1,5х12 и 3х12 м. Плиты шириной 1,5 м имеют худшие по сравнению с плитами шириной 3 м технико-экономические показатели, поэтому применяются только как доборные и в местах повышенных нагрузок (например, в перепадах профиля покрытия и у фонарей, где образуются снеговые мешки).

 Ребристые плиты имеют П-образное поперечное сечение. Поперечные ребра располагаются через 1000 или 1500 мм в зависимости от действующих на поле плиты нагрузок. Толщина поля принята равной 30 мм. Для обеспечения пространственной жесткости плиты в углах устраивают уширения – вуты.

Поле армируется, как правило, сварными сетками из арматурной проволоки В500 или В500с. В качестве ненапрягаемой арматуры в ребрах применяют сварные каркасы и сетки из арматурной стали классов А400 и В500 или В500с . Для предварительного напряжения продольных ребер применяют стержневую арматуру классов А540, А600, А800.

 Класс бетона по прочности на осевое сжатие назначают от В20 до В40 в зависимости от действующих усилий и класса напрягаемой арматуры. При использовании плит в не отапливаемых зданиях следует назначать марку бетона по морозостойкости.

 Плиты двухконсольные типа 2Т применяются размерами 3х6 и 3х12. Продольные ребра располагаются на расстоянии 1500 мм и плиты не имеют поперечных ребер.

 В последнее время получили распространение «плиты на пролет».Это крупноразмерные плиты размером 3х18 и 3х24 м, опирающиеся на балки пролетом 6 и 12 м, располагаемые по продольным рядам колонн. Такое покрытие обладает хорошими показателями по трудозатратам на монтаже. Плиты 2Т в этом конструктивном решении имеют продольные ребра переменной высоты с уклоном по верху плиты 1:12 и полку переменной толщины от 30 до 60 мм.

Ребристые «плиты на пролет» имеют ребра переменной высоты с уклоном верхнего пояса 1:20 или 1:30, поперечные ребра с шагом 1000 мм и полку толщиной 30 мм.

Б.Стропильные балки. Стропильные балки применяются для покрытий со скатными и плоскими кровлями в зданиях с небольшими и средними размерами пролетов 6,9,12 и 18м.

Очертание верхнего пояса балок при двускатной кровле выполняют ломаным с двумя (или более) прямолинейными участками или криволинейными. Балки односкатной в пределах одного пролета, а также плоской кровли выполняют с параллельными полками.

Наиболее экономичными с точки зрения расхода материалов являются балки таврового и двутаврового сечения. Такие балки бетонируют в металлических опалубочных формах в вертикальном положении.

Решетчатые балки - это балки прямоугольного сечения с часто расположенными отверстиями.

Высоту сечения балок в середине пролета принимают (1/10…1/15)l. В двускатных балках высота в середине пролета должна быть, кроме того, увязана с высотой на опоре и уклоном верхнего пояса. Как правило, высоту таких балок на опоре принимают при пролете 6м- 450 мм, при 9м-600 мм, при 12 и 18 м – 800…900 мм. У решетчатых балок пролетом 12 и 18 м высота на опоре принимается равной 900 мм. Уклон верхнего пояса в типовых конструкциях – 1:12.

Стропильные балки изготавливают из бетона классов В25…В40.Нижний пояс балки армируют напрягаемой проволочной, стержневой и канатной арматурой, стенку – сварными каркасами, продольные стержни которых являются монтажными и предотвращающими появление усадочных трещин, а поперечные – рабочими, обеспечивающими восприятие поперечных сил.

Балки рассчитывают как свободно лежащие и воспринимающие нагрузки от опирающихся на них конструкций плит покрытия, фонарей и подвесного оборудования. Нагрузки от ребристых плит покрытия передаются сосредоточенно в местах опирания ребер. При пяти (и более) точках опирания сосредоточенные силы возможно практически без погрешности заменить равномерно распределенной нагрузкой.

В балках с параллельными поясами опасными являются нормальные сечения в середине пролета и в местах опирания конструкций фонарей и подвесного оборудования, наклонные сечения – у опор в местах изменения толщины стенки. У двускатных балок опасными нормальными сечениями являются также сечения, расположенные между серединой и опорами балки.

Стропильные и подстропильные фермы. Предварительно напряженные стропильные и подстропильные фермы широко применяют в качестве основных несущих покрытий промышленных зданий пролетами 18,24 и 30 м при шаге 6 м или 12 м. Технически возможны железобетонные фермы пролетом до 60 м, однако применение их должно быть обосновано путем сопоставления технико-экономических показателей различных конструкций покрытий и других частей здания. Как правило, использование железобетонных ферм пролетом более 30 м нецелесообразно и вместо них применяют стальные.

В зависимости от назначения фермы подразделяют на стропильные и подстропильные. В зависимости от типа покрытия подстропильные фермы делят на подстропильные для скатных кровель и на подстропильные для плоских кровель, а стропильные фермы для скатных кровель, фермы для плоских и малоуклонных кровель.

По геометрической схеме решетки фермы могут быть раскосные, безраскосные и комбинированные. По схеме очертания верхнего пояса – сегментные (кругового или параболического очертания), треугольные, полигональные или фермы с параллельными поясами.

По технологии изготовления фермы подразделяют: с натяжением арматуры на упоры и бетон, с одновременным бетонированием элементов, с закладной решеткой, из линейных элементов фермы цельные и составные.

Для изготовления ферм применяют, как правило, бетон классов В30-В40. Использование класса бетона В25 допускается для закладной решетки и для ферм, нижний пояс которых армируется стержневой арматурой классов А540, А600.

В качестве напрягаемой арматуры нижнего пояса ферм применяют горячекатаную сталь периодического профиля, упрочненную вытяжкой, классов А540, А600, высокопрочную проволоку (для ферм с натяжением арматуры нижнего пояса на бетон).

Для продольной арматуры элементов верхних поясов и решетки , выполненных без предварительного напряжения, а также каркасов опорных и промежуточных узлов применяют горячекатаную арматурную сталь периодического профиля класса А400.

В качестве конструктивной арматуры используют горячекатаную арматурную сталь класса А240 и обыкновенную арматурную проволоку.

Габаритную высоту ферм назначают из условий обеспечения минимального расхода материалов на покрытие уклона кровли и удобства при транспортировании. По условиям удобства транспортирования высоту ферм применяют не более 3,3 м.

Уклон верхнего пояса ферм скатных покрытий в зоне возможной установки фонаря принимают 1:8 или 1:12. В фермах для малоуклонной кровли уклон верхнего пояса равен 1:6…1:20.

Для унификации ферм рекомендуется очертания внешнего контура ферм различных марок одного пролета принимать постоянным, меняя сечение поясов за счет изменения размеров внутреннего контура.

Минимальная ширина поясов из условия опирания плит 200 мм для ферм с шагом 6 м, 250 мм – с шагом 12м.

В фермах, проектируемых для массового применения, ширину верхнего пояса рекомендуется принимать не менее 250 мм при шаге 6м.

Минимальную высоту поясов целесообразно принимать 160 мм с кратностью 20 или 50 мм.

Размеры сечений элементов решетки в плоскости ферм должны быть равны в сегментных, арочных и фермах с параллельными поясами с треугольной решеткой 100, 120, 150 мм (далее с шагом 50 мм), в безраскосных – 200,250, 300, 350 мм.

Размеры опорных узлов устанавливают в соответствии с расчетом. По конструктивным соображениям высоту узла (без опорной стойки) рекомендуется принимать для полигональных и ферм с параллельными поясами не менее 600 мм, для остальных – не менее 800 мм.

Высота опорного узла и опорной стойки или столбика из условия унификации панелей стен должна составлять 900 мм+300n, где n=0,1,2,3…

Расчет ферм производят по несущей способности, по жесткости и по образованию раскрытию трещин. При наличии динамических нагрузок или многократно повторяющихся нагрузок элементы фермы должны рассчитываться на выносливость. Расчет раскосных стропильных ферм производят по несущей способности, жесткости и на раскрытие трещин как шарнирно-стержневых систем без учета изгибающих моментов, возникающих за счет жесткости узлов, расчет по образованию трещин – как статически неопределимых систем с учетом изгибающих моментов, возникающих из-за жесткости узлов. Подстропильные, безраскосные и комбинированные фермы рассчитывают как статически неопределимые системы с жесткими узлами.

Осевые усилия в элементах раскосных ферм определяют как в шарнирно-стержневой системе с узловой нагрузкой.

Конструкции покрытия (СР)

Узлы ферм.

В узлах ферм улучшения анкеровки и для удобства размещения дополнительной арматуры создают уширения вуты (1). Узлы армируют окаймляющими цельно-гнутыми стержнями диаметром 10-18 мм (2) к которым приваривают поперечные стержни (3) диаметром 6-10 мм с шагом 100, реже 50 мм. Арматура решетки заводится в узел (вут) на длину анкеровки (п 3.3.3), а растянутые стержни усиливают по концам анкеровки. Надежность заделки проверяют расчетом.

Рис.141

Опорные узлы.

Разрушение опорного узла может происходить по 2-м схемам:

1) Линия АВ

2) Линия АС (с-низ сж. зоны х), т.к у ПН арматуры нижнего пояса за этими линиями (участок l₁) недостаточно анкеровки, т.е  не может работать с полным  , то в опорном узле устанавливается дополнительная продольная арматура (4), которая вместе с поперечной арматурой (3) улучшает анкеровку  и обеспечивает прочность узла по наклонному сечению. Площадь продольной дополнительной арматуры (4) которая заводится в узел и приопорную панель нижнего пояса определяют:

     (7.7), где

 - расчетное усилие (приопорной панели).

Если усилия воспринимаемые этой арматурой все же недостаточно чтобы компенсировать снижение сопротивления арматуры  , то по расчету устанавливают поперечную арматуру (3)  . Судить об этом можно по уравнению равновесия всех сил в сечении АВ на продольную ось:

            (7.8), где

 (7.9)-усилие воспринимаемое ПН арматурой  .

С учетом ее недостаточной анкеровки и снижения ,  -фактическая заделка арматуры  за линией АВ,  - требуемая анкеровка этой арматуры (п.3.3.3(формула 3.11)), т.е  .

 (7.9)- то же от дополнительной арматуры ;  и  тоже для арматуры ,  ( )

 - горизонтальная составляющая усилия воспринимаемого хомутами в сечении АВ.

Если при  условие (7.8) не выполняется, то  требуется по расчету и определяется путем обращения (7.8) в равенство:

 (7.10)

В противном случае  устанавливают конструктивно. Требуемая площадь одного стержня.

                                            (7.11),где

 - число стержней попадающих в сечении АВ но лежащих не ближе 100мм от точки А. Полученное армирование требуется проверить так же на прочность по сечению АС ( на момент по наклонному сечению). Для этого составляют уравнение всех сил одной из частей (справа или слева АС) относительно центра тяжести сжатой зоны, высота которой определяется:

  (7.12)

Рис.142

За момент от внешних сил принимают момент опорной реакции . прочность обеспечена если:

 (7.13)

Все длины  (см)  в 3-м слагаемом «10» исключает стержни ближе 10см к точке А.

Промежуточные узлы раскосных ферм.

Арматура узла также назначается из предположения что анкеровки продольной арматуры растянутого элемента решетки (раскоса) за линией АВС -  - недостаточно для восприятия усилия  , т.к это снижает  арматуры раскоса. Это недостаточное усилие компенсируется работой поперечной арматуры (3).

Кроме этой арматуры в опорном узле для обеспечения прочности при отпуске арматуры и недопущения появления радиальных продольных трещин устанавливают специальные поперечные стержни (5) привариваемые к З/Д опоры общей площадью.

            (7.14),

т.е она должна воспринимать не менее 20 усилия . Эта арматура так же препятствует развитию горизонтальных трещин (а) в верхней части опорного узла. Сверху стержней  (5) анкеруются приваркой поперечных им стержней и сетками С-2 продольные стержни которых препятствуют развитию вертикальных трещин при отпуске арматуры (8). Площадь сечения сеток С-2 принимают (продольные стержни):

                      (7.15)

Длина их установки не менее  , кроме того на длине участка  но не менее  периодическая и  гладкая, по формуле 3.15 п.3.3.3) передачи напряжений с шагом 60-100мм должно быть установлено не менее 4-х сеток косвенного армирования С-1 или замкнутых хомутов. Диаметр и шаг определяют расчетом на местное смятие силой (с учетом 1-х потерь) (п.4.6.1 формулы 4.124 и 4.126). Обычно применяют сетки гребенки.

Условие прочности:

                                          (7.15)

Усилие в арматуре растянутого раскоса с учетом снижения  за счет трещинообразования, а так же мероприятий по улучшению анкеровки .

                      (7.16), где

 требуемая анкеровка арматуры по формуле 3.11 (п.3.3.3);

- учитывает особенности работы узла со сжатыми и растянутыми раскосами (коэффициент условий работы): для сжатого пояса ; для растянутого пояса  при наличии сжатых стоек и раскосов при угле ; в остальных случаях ;  - условное увеличение фактической заделки : при наличии 2-х коротышей  ; при одном коротыше или петле ; при высаженной голове  ;  - фактическая заделка  за линию АВС.

При  - арматура  требуется по расчету, в противном случае устанавливается конструктивно. Из (7.15)  , количество арматуры  определяется из 7.11,где  - число поперечных стержней расположенных в пределах АВС не ближе 100мм к точкам А и С и имеющих анкеровку с учетом загиба ( ) не менее .

 

Рис.143

Площадь окаймляющих стержней (г) определяют:

(7.17), где

 - усилие во втором раскосе ( ) узла, при  (сжатие) принимают в 7.17  ,  -количество окаймляющих стержней в узле (обычно ), - условное расчетное сопротивление окаймляющую арматуру из условия ограничения трещин в узле.

Промежуточные узлы безраскосных ферм.

В предельном состоянии узел должен обеспечивать жесткую заделку стоек в поясах, образование шарниров соответствует разрушению фермы (превращается в механизм). Поэтому анкеровка арматуры стоек  должна обеспечивать восприятие момента в узле. Требуемая анкеровка определяется по эмпирической формуле:

(7.18), где

 - напряжение в растянутой арматуре стоек в МПа;

- диаметр этой арматуры.

Рис.144

Прочность обеспечена при:

 (7.19), где

 - фактическая заделка  в поясе. Обычно условие не выполняется поэтому устанавливается дополнительная арматура  в узел повторяющая контуры . Напряжение в арматуре  снижаются за счет передачи части усилия на , напряжение вычисляют:

             (7.20)

При проверке условия 7.19 с учетом дополнительной арматуры  в 7.18 подставляют средний диаметр стержней  и .

 ;

 выполняют из  или .

В местах перегиба продольной арматуры  стоек, для восприятия распора каждую пару стержней охватывают замкнутым хомутом площадью:

                                            (7.21), где

 - площадь сечения одного стержня стойки;

 - угол перегиба стержня.

Колонны ОПЗ.

В зависимости от назначения колонны подразделяют на основные и фахверковые. Основные колонны воспринимают нагрузки от покрытия, стен, кранов, ветра и т.д. Фахверковые колонны служат для восприятия нагрузок от веса стен и давления ветра, передаваемого опирающимися на них стенами.

В зависимости от положения в здании основные колонны делят на колонны крайнего, среднего ряда и торцовые. При опирании подкрановых балок непосредственно на колонны последние проектируют ступенчатыми, в противном случае постоянными по длине сечения. В случае необходимости в них устраивают короткие консоли для опирания несущих элементов покрытия или подкрановых балок.

Колонны могут иметь сплошное или сквозное сечение. Основные колонны высотой от пола более 144, 4 м, а также колонны, высота сечений которых по расчетным или конструктивным соображениям принимается не менее 1 м, проектируют двухветвевыми. Для колонн сплошного сечения по соображениям простоты изготовления применяют сечение прямоугольной формы. Однако перспективным является переход к двутавровому или кольцевому поперечному сечению, позволяющему с одновременным использованием бетона повышенной прочности снизить его расход не менее чем в 1,5 раза.

Высоту колонн над чистым полом определяют технологическими требованиями размещаемых в здании производств и принимают кратной 0,6 м. Размеры колонн ниже отметки чистого пола определяют конструкцией заделки колон в фундаменте и отметкой обреза фундамента. Из условий возможности окончания работ нулевого цикла до начала монтажа наземных конструкций при отсутствии специальных технологических требований обрез фундамента размещают на 0,15 м ниже уровня чистого пола.

Размеры сечений колонн определяют расчетом, проводимым с учетом требований унификации и экономичности. При этом размеры прямоугольных поперечных сечений принимают не менее 300х300 мм. Для ветвей двухветвевых колонн в плоскости большего размера двухветвевого сечения допускается уменьшение одного размера сечения на 200 мм.

Размеры сечений основных призматических колонн принимают не менее l ₀ /35, где l ₀ – приведенная длина колонны. Ширина колонн, несущих нагрузку от мостовых электрических кранов, должна быть не менее 400 мм. Размеры сечений назначают кратными 100 мм, за исключением меньшего размера ветвей колонн, который может быть кратным 50 мм. Размер сечения оголовка колонны в плоскости несущей конструкции принимают не менее 300 мм при опирании одного конструктивного элемента и не менее 500 мм при опирании двух конструктивных элементов. При пролетах до 12 м и небольших нагрузках размер оголовка при опирании двух конструктивных элементов можно снизить до 400 мм. Размер сечения оголовка может отличаться от размера сечения колонны. Для колонн, несущих крановую нагрузку, большое значение имеет обеспечение достаточной жесткости. Жесткость колонн сплошного сечения считается достаточной, если высота сечения подкрановой части равна (1/10…1/14) H_h.

Ветви сквозных колонн соединяют короткими распорками, которые размещают так, чтобы размер от уровня пола до низа первой надземной распорки составлял не менее 1,8 м для обеспечения удобного прохода между ветвями. Расстояние между осями распорок принимают равным (8…10)h, высоту сечения распорки – (1,5…2)h, ширину распорки – ширине ветви.

Для изготовления колонн применяют бетоны проектных марок от 200 до 500 и выше. Для рабочей арматуры колонн, как правило, используют арматурную сталь класса A-III, для поперечной – обыкновенную арматурную проволоку класса A-I, холоднотянутую проволоку класса В-I или Вр-I или горячекатаную арматурную сталь класса A-III. Как правило, колонны армируются симметричной арматурой. В отдельных случаях, когда противоположные по знаку моменты, действующие в сечениях колонн, резко различают по величине (например, в верхних участках ступенчатых колонн крайних рядов зданий с мостовыми кранами), колонны армируют несимметрично.

Рис.144

Заделка колонн в фундамент принимается:

Подкрановые балки.

Железобетонные подкрановые балки целесообразно применять в зданиях, оборудованных кранами легкого режима работы, и в зданиях, оборудованных кранами среднего режима работы грузоподъемностью до 30 т. При более тяжелых условиях эксплуатации применяют стальные подкрановые балки.

Как правило, железобетонные подкрановые балки проектируют предварительно напряженными двутавровой формы поперечного сечения с развитой шириной верхней полки. Такое сечение обладает повышенной боковой жесткостью, что необходимо для восприятия тормозных усилий тележки крана и удобно для монтажа и эксплуатации крановых путей. Наличие нижней полки позволят удобно разместить напрягаемую арматуру и обеспечить рациональные значения напряжений в бетоне от обжатия при отпуске натяжения. На опорах балки имеют уширения (опорные ребра).

Высоту h поперечного сечения подкрановых балок принимают равной 1/8- 1/10 ее пролета , ширину верхней полки , толщину верхней полки . Сборные подкрановые балки, как правило, выполняют разрезными. Типовые конструкции подкрановых балок при  имеют размеры  и , при  и .

Расчет по первой и второй группам предельных состояний ведут по усилиям, определенным в соответствии с указаниями СНиП 2.10.07-85.

Для армирования подкрановых балок применяют высокопрочную проволоку, стержневую арматуру или канаты типа К-7. В связи с динамическим характером усилий арматурные каркасы применяют, как правило, вязаными. Опоры балок усиливают дополнительной поперечной арматурой в виде стержней, хомутов, сеток для обеспечения прочности и трещиностойкости торцов при отпуске натяжения.

Для изготовления балок применяют бетон классов В30...В50.

Узлы опирания подкрановых балок на железобетонные колонны конструируются так, чтобы обеспечить взаимозаменяемость типовых сборных железобетонных и стальных подкрановых балок.

Вследствие динамичности нагрузок балки следует надежно связывать с колоннами и между собой, что проще всего выполнить сваркой закладных стальных деталей балок и колонн.

Подкрановый рельс (крановый путь) является весьма важным элементом подкрановой балки. Обычно подкрановый путь укрепляют на подкрановой балке болтами, пропускаемыми в газовые трубки, закладываемые в полки балки при ее бетонирвании.

Для уменьшения местных напряжений в полке балки от давления колеса крана крановый путь устанавливают на упругие прокладки: из прорезиненной ткани или из неармированной литой резины с модулем упругости 60..150 кгс/см²

Стеновые ограждения.

Стены промышленных зданий выполняют из мелких искусственных или естественных камней, блоков и крупных стеновых панелей. Стоимость панельных и кирпичных стен практически одинакова. Однако применение панельных стен повышает уровень индустриализации, обеспечивает снижение суммарных трудозатрат при возведении стен в 1,3…1,5 раза, анна строительной площадке – в 4...4,8 раза. Собственный вес 1м панельной стены меньше кирпичной в 2,5…3,5 раза. Эти обстоятельства определяют при строительстве промышленных зданий преимущественное применение стен из крупных сборных панелей.

Панели могут быть сплошного сечения (однослойные) из ячеистых бетонов, сплошного сечения из легких бетонов, трехслойные железобетонные, состоящие из двух слоев железобетона (либо одного слоя железобетона и одного фактурного слоя – из цементного раствора), между которыми находится слой утеплителя.

Панели выполняют с обычным армированием без предварительного напряжения и предварительно напряженными. Предварительно напряженные панели армируют стрежневой либо проволочной напрягаемой арматурой, располагаемой в продольных ребрах.

Существуют два основных конструктивных решения панельных стен: навесные с опиранием на колонны (через столики, расположенные в швах между панелями) либо на другие элементы крепления, работающие на вертикальные и горизонтальные нагрузки, и самонесущие с передачей их веса на фундаменты через нижерасположенные панели, закрепляемые к колоннам только в горизонтальном направлении. Цокольная панель опирается на фундаменты через фундаментную балку. Фундаментные балки применяются и при навесных утепленных панельных стенах.

Фундаменты.

Под фундаментами понимают конструкции, заглубленные в грунт и предназначенные для передачи нагрузок от вышележащих частей зданий на грунтовое основание. Их стоимость составляет 4...6 % от общей стоимости сооружения, поэтому тщательной проработкой конструкции фундамента можно достичь существенного экономического эффекта.

Фундаменты могут быть бетонными, бутовыми (каменными) и железобетонными. Наибольшее распространение в промышленном и гражданском строительстве получили железобетонные фундаменты, так как они применимы в строительстве как на обычных, так и слабых неоднородных грунтах. Кроме того, в отличие от бетонных и каменных
фундаментов, они одинаково хорошо работают как на сжатие, так и на изгиб.

По конструктивному решению на естественном основании различают фундаменты:

· Отдельные (под отдельные колонны);

· Ленточные (под рядами колонн или под стенами);

· сплошные(под всем сооружением).

Кроме того, фундаменты могут быть свайными, когда группа свай, объединенных в верхней части распределительной плитой (ростверком), образует свайный фундамент.

Ленточные фундаменты.

Ленточные фундаменты устраивают, когда столбчатые фундаменты под отдельные колонны близко подходят друг к другу, что обычно имеет место при значительных сосредоточенных усилиях и слабых грунтах, а также при различных по величине продольных усилиях на колонны. Ленточные фундаменты существенно выравнивают возможные неравномерные осадки основания. Если несущая способность ленточных фундаментов недостаточна, имеет место большая неравно­мерность нагрузки или возможна передача интенсивного давления не только сверху, но и снизу (например, в защитных сооружениях гражданской обороны), то устраивают сплошные фундаменты.

По конструкции ленточные фундаменты могут быть под несущие стены и под ряды колонн. Фундаменты под несущие стены устраивают преимущественно сборными. Они состоят из блоков подушек и фундаментных блоков. Блоки-подушки могут быть постоянной и переменной толщины, сплошными, ребристыми и пустотными. Укладывают их вплотную или с зазорами. Фундаментные блоки обычно имеют прямоугольную форму. Их армирование принимают по конструктивным соображениям.

Рассчитывают только блоки-подушки, выступы которых работают как консоли, загруженные реактивным давлением труда. Давление от массы подушки и грунта на ней не учитывают. Требуемую ширину подушки определяют по формуле:

b_f = N /( R ₀ l )

где l – длина участка, на котором производят расчет;

N – расчетное значение нормальной силы.

Армируют подушки сварными сетками, стержневой предварительно напряженной арматурой или предварительно напряженными элементами. При вылете консоли подушки с> 750 мм половину рабочей арматуры рекомендуется обрывать на расстоянии а = 0,5 l_cn -20 dот конца консоли подушки ленты.

Ленточные фундаменты под ряды колонн могут быть сборными и монолитными. Их возводят в виде отдельных лент продольного или поперечного (относительно ряда колонн) направления. Сечения лент принимают тавровой формы постоянной высоты, с полкой по низу, по верху или в виде перекрёстных лент.

Отдельные ленточные фундаменты работают в продольномнаправлении на изгиб как многопролетные балки, подвергаемые действиюсосредоточенных сил от колонн и распределенного отпора грунта снизу. Ребра армируют по аналогии с многопролетными балками. Сечение продольной арматуры определяют в результате расчета прочности нормальных сечений на действие изгибающих моментов;поперечной арматуры — расчетом прочности наклонного сечения на действие поперечных сил. Для повышения жесткости ленточных фундаментовпри проектировании размеров их поперечного сечения принимаютнизкие проценты армирования, но не ниже минимальных, рекомендуемых нормами для изгибаемых элементов. При конструировании необходимопредусмотреть возможность неравномерного загружения при возведении фундамента, вызывающую неравномерную осадку основания. С этой целью в ребрах устанавливают непрерывную верхнюю и нижнюю продольную арматуру в количестве μ = 0,2...0,4% с каждой стороны.

Ленты армируют сварными или вязаными каркасами и сетками. Плоских сварных каркасов в поперечном сечени должно быть менее двух, трех или четырех соответственно при ширине ребра b ≤ 400 мм, b=800 мм или b>800 мм. Верхние продольные стержни сварных каркасов рекомендуется на всем протяжении в горизонтальном направлении укреплять сварными сетками (корытообразными или с крюками на концах в поперечном направлении), а также вдоль ребра с помощью поперечных стержней, устанавливаемых с шагом не более 20d (d — диаметр продольных стержней).

При армировании ребер вязаными каркасами количество вертикальных ветвей хомутов в поперечном направлении должно быть не менее четырех или шести соответственно при b= 400...800 мм или b>800 мм. Хомуты должны быть замкнутыми диаметром не менее 8 мм, установленные с шагом не более 15d.

Расстояние в свету между продольными стержнями принимают по общим правилам для изгибаемых элементов; в крупных фундаментах с цельюиспользования более крупного заполнителя эти расстояния следует принимать не менее 100 мм. Часть нижних продольных стержней (до 30%) может быть расположена по всей ширине полок ленты.

Сплошные фундаменты.

Сплошную фундаментную плиту под все здание применяют в том случае, когда отдельные фундаментные плиты ил ленточные ростверки становятся недостаточными, при необходимости перераспределения усилий между более или менее податливыми местами, благодаря чему исключается резкая неравномерность в осадках отдельных частей зданий, при слабых или неоднородных грунтах.

Сплошные фундаментные плиты выполняют гладкими, ребристыми, безбалочными и коробчатыми. Конфигурацию и размеры в плане сплошной фундаментной плиты устанавливают так, чтобы равнодействующая основных нагрузок от сооружения проходила примерно в центре тяжести всей плиты. Если внешние нагрузки на сплошном фундаменте распределены неравномерно, редко, то рассчитывают как плиту на упругом основании с учетом податливости грунта.

Расчет сплошной фундаментной плиты ведут приближенным способом по методу предельного равновесия, основанным на распределении давления на грунт под подошвой всей плиты по закону плоскости. Плиту рассматривают как перевернутое жб плоское перекрытие, нагруженное равномерно распределенным реактивным давлением грунта. Сечение плиты и арматуры подбирают по аналогии с плоскими перекрытиями. В тех случаях, когда имеется опасность коррозии арматуры (высокий уровень грунтовых вод), сечение подбирают с учетом ограниченного раскрытия трещин при эксплуатационных нагрузках.

Сплошные фундаментные плиты армируют сварными сетками и каркасами по аналогии с безбалочными междуэтажными перекрытиями или плитами, опертыми по контуру. Рабочую арматуру сеток принимают одного направления. Сетки укладывают одну на другую не более чем в четырех плоскостях без нахлестки в нерабочем направлении. Общую площадь рабочей арматуры стыкуемых сеток в одном сечении принимают не более 50 % от общей площади рабочей арматуры сеток данного направления. Плитно-балочные сплошные фундаменты армируют сварными сетками и каркасами по аналогии с балочными междуэтажными перекрытиями.

В плитно-балочных фундаментах ребра могут выступать вверх и вниз. Наиболее часто применяют плиты с ребрами, обращенными вверх. Они оказываются более выгодными, так как в работу ребер таких фундаментов включается полка плиты. В обоих вариантах продольные и поперечные балки располагают таким образом, чтобы места их пересечений находились под продольными осями колонн.

Сплошные фундаменты часто устраивают при значительных нагрузках верхнего строения здания и сооружения при слабых грунтах. Минимальная глубина заложения таких фундаментов составляет H_o,min = 2,5…3,0 м.

Общие сведения.

Отдельные (столбчатые) фундаменты наиболее просты по устройству, проектированию и возведению. Их применяют при сравнительно небольших нагрузках и редком размещении колонн (при расстоянии между ними 6 м и более). Для опирания стен по отдельным фундаментам укладывают фундаментные балки.

История развития железобетонных конструкций.

История железобетонных конструкций насчитывает приблизительно 150 лет, что немного по сравнению с другими строительными материалами (кроме пластмассы).

Появление железобетонных конструкций связано с ростом промышленности во второй половине 19 века и обусловлено необходимостью строительства заводов, фабрик, мостов и других сооружений. Уже были условия для его производства: цементная промышленность и черная металлургия.

Первое изделие из железобетона – лодка Ламбо (1850 г.). В России первые железобетонные перекрытия датированы 1802 годом (перекрытия в Царскосельском лицее). В 1885г. Вайс и Мауншигер проводят первые опыты по прочности и огнестойкости, сохранности    и сцепления арматуры с бетоном. В 1886 г.  в России выполнены первые  ребристые перекрытия по металлическим балкам. В 1887 – 1870 г. французский инженер Монье получил патенты на горшки, выполненные из железобетона. В 1892 г. Геннебик (Франция) предложил ребристое перекрытие и ряд других конструкций. В это же время Кенен предлагает располагать арматуру в растянутой зоне и в 1886 г. предлагаются первые методы расчета.

В 1891г. Белелюбский проводит первую серию опытов железобетонных конструкций (арки, балки, резервуары, даже мост длиной 17м) и в 1911 году в России появляются первые нормы (ТУ) для железобетонных сооружений.

Развитие железобетонных конструкций можно условно  разделить на три этапа:

1. Применение стержневых систем (стойки-балки) и расчет по методу допускаемых напряжений по формулам упругого сопротивления материалов

Здесь возводятся первые серьезные сооружения (башни, перекрытия). В 20 годах создается научно – практическая база - ряд НИИ и лабораторий, а в ВУЗах создаются кафедры строительных конструкций. На этом же этапе появляются серьёзные сооружения из железобетонных конструкций, следовательно, появляются инженеры-специалисты.

2. Второй этап связан с применением железобетонных рамных и тонкостенных пространственных конструкций. Это началось с 1928 г. – русский ученый Власов предлагает общий метод расчета оболочек и в 1937 г. появляется «Инструкция по расчету и проектированию тонкостенных покрытий и перекрытий».     

Дальнейшее развитие этого метода привело к появлению новейшего метода расчета - расчета по предельному состоянию, которое учитывал большое количество факторов и стал общим для всех строительных конструкций. В 1925-1932 г. Лолейт, Пастернак и Гвоздев создают общие методы расчета статически неопределимых стержневых систем.

В 1936 г. впервые применяют преднапряженный железобетон в опорах канатной сети Закавказских железных дорог. Впервые идея предварительного напряжения элементов была выдвинута и осуществлена в 1861 г. русским артиллерийским инженером Гадолинымприминительно к изготовлению стальных стволов артиллерийских орудий. Вопрос о применении предварительно напряженной арматуры в железобетонных конструкциях был поднят в 1928 г. в работах Фрейссинэ, а затем в работах немецких инженеров Дишингера и Хойера. Появляются первые отечественные нормы ОСТ 90003-38 для всех зданий. Так же второй этап связан с созданием метода расчета по разрушающим усилиям в 1931-1934 г.

Дальнейшее развитие метода привело к появлению новейшего метода расчета по предельным состояниям, учитывающего большое число факторов и который стал общим для всех строительных конструкций.

3. Третий этап связан с индустриализацией железобетона, с применением высокопрочных материалов. Железобетон становится основным строительным материалом. Водится метод предельных состояний. Появляются серии железобетонных изделий. В этот период было построено значительное количество уникальных зданий (Останкинская башня).

Нормативные документы по железобетону за все время его развития:

1939г. – ОСТ 9003 – 38

1962г. – СНиП II – 3 – 62

1976г. – СНиП II – 21 – 75

1985г. - СНиП – 2.03.01 – 84

2003г. – СП 52 – 101 – 2003

          СП 52 – 102 – 2003