- •Раздел 1. Общие принципы проектирования железобетонных конструкций зданий
- •1.1. Конструктивные схемы
- •1.2. Деформационные швы
- •2.1. Типизация сборных элементов и унификация размеров
- •2.2. Расчетные схемы сборных элементов в процессе транспортирования и монтажа
- •2.3. Стыки и концевые участки элементов сборных конструкций
- •Раздел 2. Конструкции многоэтажных каркасных зданий
- •3.1. Конструктивные схемы зданий
- •3.2. Конструкции многоэтажных рам
- •4.1. Предварительный подбор сечений
- •4.2. Усилия от нагрузок
- •4.3. Расчетные усилия и подбор сечений
- •Раздел 3. Конструкции плоских перекрытий
- •7.1. Компоновка конструктивной схемы перекрытия
- •7.2. Проектирование плит перекрытий
- •7.2. Проектирование ригеля
- •8.1. Компоновка конструктивной схемы перекрытия
- •8.2. Расчет плиты, второстепенных и главных балок
- •8.3. Конструирование плиты, второстепенных и главных балок
- •9.1. Конструктивные схемы перекрытий
- •9.2. Расчет и конструирование плит, опертых по контуру
- •9.3. Расчет и конструирование балок
- •10.1. Сущность сборно-монолитной конструкции
- •10.2. Конструкции сборно-монолнтных перекрытий
- •11.1. Безбалочные сборные перекрытия
- •11.2. Безбалочные монолитные перекрытия
- •11.3. Безбалочные сборно-монолитные перекрытия
- •Раздел 4. Одноэтажные промышленные здания
- •12.1.Элементы конструкций
- •12.2. Мостовые краны
- •12.3. Компоновка здания
- •12.4. Поперечные рамы
- •12.5. Система связей
- •12.6. Подкрановые балки
- •13.1. Расчетная схема и нагрузки
- •13.2. Пространственная работа каркаса здания при крановых нагрузках
- •13.3. Определение усилий в колоннах от нагрузок
- •13.4. Особенности определения усилий в двухветвевых и ступенчатых колоннах
- •14.1. Плиты покрытий
- •14.2. Балки покрытий
- •14.3. Фермы покрытий
- •14.4. Подстропильные конструкции
- •14.5. Арки
- •Раздел 5. Железобетонные фундаменты
- •16.1. Конструкции сборных фундаментов
- •16.2. Конструкции монолитных фундаментов
- •16.3. Расчет фундаментов
- •17.1. Ленточные фундаменты под несущими стенами
- •17.2. Ленточные фундаменты под рядами колонн
- •17.3. Расчет ленточных фундаментов
14.2. Балки покрытий
Балки покрытий могут быть пролетом 12 и 18 м, а в отдельных конструкциях - пролетом 24 м. Очертание верхнего пояса при двускатном покрытии может быть трапециевидным с постоянным уклоном, ломаным или криволинейным (рис. 14.9, а - в). Балки односкатного покрытия выполняют с параллельными поясами или ломаным нижним поясом, плоского покрытия - с параллельными поясами (рис. 14.9,г - е). Шаг балок покрытий 6 или 12 м.
Рис. 14.9. Конструктивные схемы балок покрытий
Наиболее экономичное поперечное сечение балок покрытий - двутавровое со стенкой, толщина которой 60…100 мм устанавливается главным образом из условий удобства размещения арматурных каркасов, обеспечения прочности и трещиностойкости. У опор толщина стенки плавно увеличивается, и устраивается уширение в виде вертикального ребра жесткости. Стенки балок в средней части пролета, где поперечные силы незначительны, могут иметь отверстия круглой или многоугольной формы, что несколько уменьшает расход бетона, создает технологические удобства для сквозных проводок и различных коммуникаций.
Высоту сечения балок в середине пролета принимают (1/10 – 1/15)l. Высоту сечения двускатной трапециевидной балки в середине пролета определяет уклон верхнего пояса 1 : 12 и типовой размер высоты сечения на опоре 800 мм (или 900 мм). В балках с ломаным очертанием верхнего пояса благодаря несколько большему уклону верхнего пояса в крайней четверти пролета достигается большая высота сечения в пролете при сохранении типового размера высоты сечения на опоре. Балки с криволинейным верхним поясом приближаются по очертанию к эпюре изгибающих моментов и теоретически несколько выгоднее по расходу материалов, однако усложненная форма повышает стоимость их изготовления.
Ширину верхней сжатой полки балки для обеспечения устойчивости при транспортировании и монтаже принимают (1/50 – 1/60)l. Ширину нижней полки для удобного размещения продольной растянутой арматуры принимают 250…300 мм.
Двускатные балки выполняют из бетона класса С20/25…С35/40 и армируют напрягаемой проволочной, стержневой и канатной арматурой (рис. 14.10). При армировании высокопрочной проволокой ее располагают группами по 2 шт. в вертикальном положении, что создает удобства для бетонирования балок в вертикальном положении. Стенку балки армируют сварными каркасами, продольные стержни которых являются монтажными, а поперечные - расчетными, обеспечивающими прочность балки по наклонным сечениям; приопорные участки балок для предотвращения образования продольных трещин при отпуске натяжения арматуры (или ограничения ширины их раскрытия) усиливают дополнительными поперечными стержнями, которые приваривают к стальным закладным деталям. Повысить трещиностойкость приопорного участка балки можно созданием двухосного предварительного напряжения (натяжением также и поперечных стержней).
а – прямоугольное; б – тавровое; в, г, - двутавровое; 1 – напрягаемая стержневая арматура; 2 – проволочная арматура
Рис.14.10. Поперечные сечения стропильных балок
Рис.14.11. Формы отверстий в стенках стропильных балок
Рис.14.12. Сборная балка, составленная из отдельных блоков
Рис.14.13. Конструкция двускатной стропильной балки с ненапрягаемой арматурой пролетом 9,0м
Рис. 14.14. Двускатная балка покрытия двутаврового сечения пролетом 18м со стержневой (а), проволочной (б) и прядевой (в) арматурой
Двускатные балки двутаврового сечения для ограничения ширины раскрытия трещин, возникающих в верхней зоне при отпуске натяжения арматуры, целесообразно армировать также и конструктивной напрягаемой арматурой, размещаемой в уровне верха сечения на опоре (рис. 14.15). Этим уменьшаются эксцентриситет силы обжатия и предварительные растягивающие напряжения в бетоне верхней зоны.
Двускатные балки прямоугольного сечения с часто расположенными отверстиями условно называют решетчатыми балками (рис. 14.16). Типовые решетчатые балки в зависимости от значения расчетной нагрузки имеют градацию ширины прямоугольного сечения 200, 240 и 280 мм. Для крепления плит покрытий в верхнем поясе балок всех типов заложены стальные детали.
1 – нижняя арматура
2 – верхняя арматура
Рис. 14.15. Схема расположения напрягаемой арматуры двускатной балки
Рис. 14.16. Двускатная решетчатая балка покрытия прямоугольного сечения пролетом 18м
Балки покрытия рассчитывают как свободно лежащие; нагрузки от плит передаются через ребра. При пяти и больше сосредоточенных силах нагрузку заменяют эквивалентной равномерно распределенной. Для двускатной балки расчетным оказывается сечение, расположенное на некотором расстоянии х от опоры. Так, при уклоне верхнего пояса 1 : 12 и высоте балки в середине пролета h = l/12 высота сечения на опоре составит , а на расстоянии x от опоры
(14.1)
Положим рабочую высоту сечения балки , изгибающий момент при равномерно распределенной нагрузке:
(14.2)
тогда площадь сечения продольной арматуры:
(14.3)
Расчетным будет то сечение балки по ее длине, в котором достигает максимального значения. Для отыскания этого сечения приравниваем нулю производную
(14.4)
Отсюда, полагая, что - величина постоянная, дифференцируя, получим
(14.5)
Из решения квадратного уравнения найдем x=0,37l. В общем случае расстояние от опоры до расчетного сечения x= 0,35.. .0,4l.
Если есть фонарь, то расчетным может оказаться сечение под фонарной стойкой. Поперечную арматуру определяют из расчета прочности по наклонным сечениям. Затем выполняют расчеты по трещиностойкости, прогибам, а также расчеты прочности и трещиностойкости на усилия, возникающие при изготовлении, транспортировании и монтаже. При расчете прогибов трапециевидных балок следует учитывать, что они имеют переменную по длине жесткость.
Для расчета балок покрытий на ЭВМ разработаны программы, согласно которым может быть выполнен выбор оптимального варианта конструкции. Варьируя переменными параметрами (класс бетона, класс арматуры, размеры поперечного сечения, степень натяжения арматуры и др.), ЭВМ выбирает для заданного пролета и нагрузки лучший вариант балки по расходу бетона, арматуры, стоимости и выдает данные для конструирования.
Технико-экономические показатели двускатных балок покрытий в зависимости от формы сечения и вида напрягаемой арматуры приведены в табл. 14.2.
Балки двутаврового сечения экономичнее решетчатых по расходу арматуры приблизительно на 15 %, по расходу бетона - приблизительно на 13%.
При наличии подвесных кранов и грузов расход стали в балках увеличивается на 20—30%.
Таблица 14.2. Технико-экономические показатели двускатных балок покрытий пролетом18м при шаге 6 м и расчетной нагрузке 3,5—5,5 кН/м2
Тип балки |
Масса балки, т |
Класс бетона |
Объем бетона, м3 |
Общий расход стали на балку, кг |
Двутаврового сечения с напрягаемой арматурой: стержневой |
9,1 |
С20/25, С35/40 |
3,64 |
468…738 |
канатной |
9,1 |
С25/30, С35/40 |
3,64 |
360…565 |
проволочной |
9,1 |
С20/25, С35/40 |
3,64 |
359…552 |
Решетчатая с напрягаемой арматурой: стержневой |
8,5…12.1 |
С25/30, С35/40 |
3,4…4,84 |
530…875 |
канатной |
8,5…12.1 |
С25/30, С35/40 |
3,4…4,84 |
418…662 |
проволочной |
8,5…12.1 |
С25/30, С35/40 |
3,4…4,84 |
397…644 |