Армирование ребристой плиты перекрытия
Поиск эффективных расчетных моделей ребристых железобетонных плит и перекрытий
Ребристое перекрытие (рис. 1) состоит из плиты (балочной или опертой по контуру), второстепенных и главных балок. Все элементы перекрытия монолитно связаны друг с другом и представляют собой единое целое. Конструкция монолитного ребристого перекрытия отличается тем, что в целях экономии бетон изъят из растянутой зоны сечения, сохранены лишь ребра, в которых сконцентрирована растянутая арматура и которые обеспечивают прочность элемента по наклонным сечениям.
Рис. 1. Фрагмент ребристого перекрытия
Для более полного понимания результатов эксперимента, их корректной трактовки и сравнения рассмотрим три ключевых момента, без уточнения которых невозможно в полной мере оценить полученные данные.
Определение напряженно-деформированного состояния плиты (перекрытия)
Метод конечных элементов, на котором базируется большинство современных вычислительных комплексов, относится к приближенным методам расчета. Тем не менее, сгущая сетку конечных элементов (путем последовательных приближений), можно приблизиться к точному решению. В этом случае при определении напряженно-деформированного состояния учитываются все силовые факторы, которые возникают в плите: изгибающие и крутящий моменты, поперечные силы.
В основе традиционного расчета по приближенной расчетной модели, которая базируется на методе предельного равновесия, лежит ряд упрощающих гипотез:
• плиту в состоянии предельного равновесия рассматривают как систему плоских звеньев, соединенных друг с другом по линии излома пластическими шарнирами, которые возникают в пролете по биссектрисам углов и на опорах вдоль балок;
• упругое защемление контура плиты (между балками) заменяют жестким;
Рис. 2. Эпюра моментов: а — при традиционном расчете; б — при условии жесткого соединения продольного и поперечного ребер
• нагрузки на ребра принимают по гипотетической схеме (в виде треугольников или трапеций).
Кроме того, необходимо подчеркнуть ограниченность класса задач, которые можно решить с помощью метода предельного равновесия (для плиты произвольного очертания неизвестна схема излома), принципиальную неприемлемость метода при комбинациях нагрузок, а также то, что данный метод абсолютно ничего не говорит о трещиностойкости плит. Все это касается плит, опертых по контуру, в которых соотношение сторон не превышает 3.
Для так называемых балочных плит (в которых l1 / l2 >3 ) суть расчета состоит в том, что на поле плиты вырезают полосы шириной 1 м вдоль короткой стороны и расчетная схема плиты представляет собой многопролетную неразрезную балку. Поскольку плиту рассматривают между гранями балок, это позволяет уменьшить расчетные пролеты и, как следствие, пролетные моменты, опорные моменты и соответственно площадь подобранной арматуры.
При расчете как балочных плит, так и плит, которые оперты по контуру, крутящий момент во внимание не принимается.
Армирование плиты
Как уже было сказано, расчет по традиционной методике не позволяет проконтролировать величину подобранной арматуры с учетом фактора трещиностойкости: сказываются ограничения самой методики и сделанные предположения.
Влияние схемы эксцентричного крепления ребра на результаты подбора арматуры в плите и ребре
При моделировании поля железобетонной плиты пластинчатыми или оболочечными элементами и моделировании балок стержневыми элементами срединная плоскость пластин может быть расположена как на одном уровне, так и на разных уровнях с упругой частью стержня (рис. 3).
Рис. 3. Выбор размещения стержня относительно плиты (1 — плитный элемент; 2 — стержневой элемент)
Можно было бы также представить ребра вертикально расположенными элементами плиты, однако в таком случае возникает вопрос о толковании размещения подобранной арматуры (рис. 4), поэтому в настоящей статье мы не будем рассматривать данный вариант.
При смещении стержневого элемента относительно нейтральной оси плиты возникает необходимость учесть эксцентриситет стыков элементов в узлах. Условия совместимости деформаций стержней и пластин будут выполнены в случае присоединения стержней к узлам пластин с помощью абсолютно жестких (EI = ) вертикальных вставок (рис. 5).
Рис. 4. Расположение арматуры: а — в реальной конструкции; б — при моделировании стержневым и плитным элементами; в — при моделировании плитными элементами (1 — плита; 2 — стержень)
Рис. 5. Эксцентричность стыков элементов в узлах (1 — жесткая вставка, С — длина жесткой вставки)
При этом в плите возникает мембранная группа усилий, которые в общем случае являются следствием корректного моделирования перекрытия. Следовательно, при эксцентричности стыков элементов в узлах плиты необходимо моделирование оболочечными элементами, которые имеют необходимое количество степеней свободы в узлах.
Если стержни примыкают к узлам пластин непосредственно (без жестких вставок), то в пластинах при вертикальной нагрузке мембранная группа усилий не возникает. Такое моделирование соответствует случаю, когда в реальной конструкции балки как бы выступают над плитами (рис. 6а , б ). В этом случае при моделировании конечными элементами плиты и оболочки результаты будут одинаковыми.
Каждый из предложенных на рис. 6 вариантов расчетных схем имеет свои преимущества и недостатки. В перекрытиях, представленных на рис. 6 а и 6 б , жестких вставок нет. В случае когда в стержневом элементе имеется вставка (рис. 6в, г ), от действия вертикальной нагрузки в плите возникает мембранная группа усилий. Как следствие, в упомянутых стержнях появляется продольная сила (усилие распора), которая отвечает действительной работе конструкции. Этого не происходит при центрировании элементов по средней линии.
Рис. 6. Моделирование ребристого перекрытия или плиты (комбинированная модель): а — без жестких вставок (высота балки h); б — без жестких вставок (высота балки h1); в, г — то же, но с жесткими вставками
Кроме того, в схемах на рис. 6а, б, в в местах пересечения стержня и плиты будет дважды учитываться площадь бетона. В схеме на рис. 6 г такого эффекта не наблюдается, но при этом возникает вопрос: правомерно ли будет перенести площадь подобранной арматуры в сжатой зоне стержня в сжатую зону плиты (изменение плеча внутренней пары сил)?
Армирование стержневых элементов также возможно как по первой, так и по второй группам предельных состояний.
Ребра были представлены стержневыми элементами прямоугольного сечения. Тавровое сечение ребер не рассматривалось, поскольку, во-первых, при таком моделировании ребер будет дважды учитываться бетон сжатой зоны (стержня и плиты), что исказит конечный результат, а во-вторых, моделирование крайних ребер окажется некорректным, поскольку одна из полок тавра будет лишней.
Таблица 1. Четыре типа схем
В табл. 1 представлены четыре типа схем, которые отличаются друг от друга представлением нагрузки в расчетной схеме и типом конечного элемента плиты. Представление ребер одним типом элемента (пространственный стержень) при моделировании полки плиты конечными элементами оболочки и плиты объясняется тем, что стержневой элемент плоской схемы не может иметь жестких вставок в своей плоскости.
Пример 1
Рис. 7. Плита покрытия (опалубочные размеры)
В SCAD, кроме расчета комбинированной модели (стержень + плита или оболочка), был проведен и расчет стержневой модели, в которой продольные и поперечные ребра были представлены таврами с соответствующими расчетными размерами поперечного сечения. При этом рассматривалась загрузка поперечного ребра по двум схемам.
Таблица 2. Значения моментов и площадь рабочей арматуры для примера 1
Пример 2
Рис. 8. Конструктивная схема монолитного ребристого перекрытия
Рис. 9. Расчетные пролеты и моменты при ручном расчете
Таблица 3. Значения моментов и площадь рабочей арматуры для примера 2
Различие в усилиях, полученное по моделям, более ощутимо, чем различие в армировании плит, выполненном по полученным усилиям. Это объясняется следующими обстоятельствами:
• в силу дискретности сортамента арматуры и применения стержней, как правило, только одного диаметра нивелируется различие между необходимой в разных случаях расчетной арматурой и той, которую реально использует производитель работ.
Анализ результатов расчета по предложенным моделям и сравнение их с результатами традиционного расчета дают право утверждать следующее:
1. Моделирование ребристого перекрытия или плиты стержневыми и плитными (оболочковыми) элементами по схемам, которые показаны на рис. 3, является корректным отображением реальной конструкции.
2. Результаты подбора арматуры в ребрах (балках) почти по всем предложенным моделям являются удовлетворительными.
3. Результаты подбора арматуры в полке плиты по сравниваемым методикам сходятся лучше, когда плита является балочной (работает в одном направлении).
4. По результатам расчета и результатам подбора арматуры реальной конструкции наиболее точной является схема моделирования ребристого перекрытия, в которой верхние грани ребра и плиты находятся на одном уровне (см. рис. 3 г).
Армирование платформы перекрытия
Строительство частного и многоэтажного типа не обходится без плит перекрытия, которые могут быть условно разделены на следующие виды: балочные, сборные железобетонные и монолитные.
Чаще всего для армирования используют стандартные сварные сетки из прутьев диаметром более 6 мм (в основном, от 8 до 14 мм). Расстояние между такими прутьями не должно быть более 60 см.
Чаще всего практикуется применение процедуры собственноручного армирования плит перекрытий. Ввиду закрепленного тандема «бетон и арматура» они обеспечивают достойный уровень прочности. Более того, таким образом, создают множество различных лестничных пролетов, арочных и армированных перемычек.
Характерные черты армированных плит перекрытия
Так как ширина ленты фундамента обычно бывает не более 400 мм, то ширина каркаса из арматуры будет составлять тоже 300 мм. Отступы каркаса от опалубки сверху, снизу и с обеих сторон должны составлять 50 мм.
Плиты перекрытия армированного типа дают возможность разрешить концепцию строительства действительно теплых домов. Они активно применяются в производственном, коммерческом и жилищном строительстве для построения крыши и горизонтальных перекрытий между этажами. Плиты перекрытий и покрытий дают возможность в итоге получить теплые перекрытия между этажами и гарантируют достойную защиту чердачных помещений и мансард в зимнюю пору, а также отсутствие холодных мостиков.
Вернуться к оглавлениюМаркировка армированных плит перекрытия
Арматура в сетку связывается при помощи вязальной проволоки. Размер ячеек 150х150 или 200х200мм. Арматура в сетке должна быть цельная, без разрывов.
Эти плиты перекрытия имеют относительно небольшую массу, что во многом упрощает процесс их транспортировки и монтажа. Помимо этого, такие плиты обладают большим процентом стойкости к деформациям и имеют замечательные звуко- и теплоизолирующие качества. Стоит отметить, что пустотный тип армированных плит может иметь разнообразную форму: вертикальную, круглую либо овальную.
Ввиду этих разновидностей плиты армирования можно выбирать для определенных ситуаций в зависимости от натуральных особенностей и характеристик климатической зоны, где вы желаете построить дом. При покупке железобетона обязательно учитывайте, что если плиты перекрытия применяются в качестве конкретно пола или потолка, необходимо практиковать армирование подобных конструкций ребристого типа (при этом ребра должны присутствовать только лишь с одной стороны).
Вернуться к оглавлениюПреимущества плит перекрытия армированного типа
Абсолютно все виды армированных плит перекрытия советуют примененять в покрытиях общественных и жилых зданий, в которых присутствуют стены из ячеистобетонных блоков, крупных блоков и кирпича. Плиты также подходят для зданий с максимальной влажностью воздуха до 60% и для сооружений, в которых присутствуют пароизоляционные особенности во внутренней плоскости стен с максимальной влажностью воздуха до 75%. При этом глубина опоры платформ не должна составлять менее 80 мм.
Плиты армированного типа дают возможность не только добиться эффективного отепления зданий, но и ускорить общий процесс строительства и увеличить процент звукоизоляции. Небольшая масса плит армирования и бетонных перемычек понижает нагрузку на основание и стены. Помимо всего прочего, это несет под собой еще и экономическую выгоду при постройке дома. Сама процедура армирования пустотных платформ перекрытия не требует применения огромной строительной техники (к примеру, подъемного крана), что, несомненно, упрощает постройку и является большим преимуществом.
Незначительный вес армированных плит и бетонных перемычек снижает нагрузку на стены и фундамент, позволяя дополнительно получить экономический эффект при возведении дома.
Возведение монолитных конструкций с применением крупных блоков и платформ перекрытия дает возможность строить дома любых размеров и сложности. В процессе создания платформ перекрытия присутствует возможность перекрывать помещение, имеющее неверную геометрию стен. Соответственно, возможно создавать даже наиболее диковинные по своим габаритам перекрытия. Опорой для такого армированного перекрытия в данном случае выступают не столько стены, сколько колонны, благодаря которым общая планировка здания будет иметь более свободный вид.
Для того чтобы качественно выполнить армирование плиты перекрытия и расчет всех нужных аспектов на стадии подготовки, необходимо использовать следующие инструменты:
- пистолет электрического типа для вязки арматуры;
- крюк для вязки арматуры;
- вязальную проволоку для арматуры;
- ручной шуруповерт для выполнения армировки;
- сварные сетки косвенной армировки.
Схема армирования платформы перекрытия
Обязательно выполняется схема армирования монолитного перекрытия. Она предусматривает дополнительное усиление в некоторых местах: середина плиты, места касания с опорами, места скопления нагрузок и места соприкосновения с отверстиями.
На данном этапе разработки необходимо обязательно учитывать все компоненты плиты, которые организуются между собой. В общем и целом, схема армирования платформы перекрытия будет иметь следующий вид: рабочие стержни в нижней и верхней частях плиты, арматура, перераспределяющая нагрузку и подставки из катанки. Используемые строительные чертежи могут также различаться между собой. Тем не менее, важно осуществить правильный расчет планируемой нагрузки и нужной толщины бетона. Расчет последней осуществляется согласно пропорции 1:30. Соответственно, для того, чтобы узнать необходимую толщину бетона, нужно разделить пролетную длину на 30.
Если же вы специально преуменьшите бетонную толщину, то расход металлопроката в разы увеличится. При этом если возрастет толщина, то и общие затраты на бетон тоже повысятся. Дабы достигнуть высокой прочности конструкций, желательнее всего использовать арматуру аналогичного сечения. Вспомогательная армировка может проводиться с помощью прутьев, имеющих длину 400-1500 мм.
Соединение отдельных прутов арматуры осуществляется при помощи вязальной проволоки и специального вязального крючка. Сваривать допускается только арматуру, которая в своей маркировке имеет букву «С», например А500С.
Основная масса нагрузок приходится на нижнюю арматуру, а верхняя получает сжимающую нагрузку. С этим замечательно справляется бетон. Учитывайте и то, что армировку монолитной платформы перекрытия необходимо осуществлять по всей плоскости изделия, по возможности используя опалубку, являющуюся одним из наиболее важных стадий установки плиты. Допустимо и применение для этого дерева (обычных досок 50:50 миллиметров) либо же дешевой фурнитуры.
Вернуться к оглавлениюВерный расчет армировки
Чтобы правильно анализировать грунт, нужно произвести расчет самого армирования и строительства фундамента под какой-либо тип дома (деревянный, кирпичный). После того, как вы определите состав грунта на территории здания, выполнить расчет не составит большого труда, причем сделать это можно будет довольно точно. Расчет производится сразу по деформациям для нескольких решений армировки.
Помимо всего прочего, нужно выполнить расчет схемы разбивки осей для заливки ленточного фундамента под строение дома. Это можно осуществить, используя теодолит. Если же последний отсутствует, то допустимо применять лопату и работать вручную или же выполнить все работы автоматически с помощью спецтехники.
Вернуться к оглавлениюПравила армирования плиты перекрытия
Вид подготовленной к бетонированию опалубки с предварительно напряженной арматурой.
Армировка платформы перекрытия должна выполняться только в соответствии с конкретными требованиями технологического плана:
Вернуться к оглавлениюАрмирование платформы перекрытия самостоятельно
В процессе монтажа данного перекрытия важным моментом является верный расчет плиты перекрытия, которая армируется. Если вы устанавливаете подобные платформы в домашних условиях, то советуют использовать горячекатаную арматуру из железа, имеющую класс А3. Диаметр подобной арматуры обычно составляет от 8 до 14 мм и зависит от расчетного давления.
Помните, что необходимо выполнять армировку плиты перекрытия во всю длину плиты и по возможности применять опалубку, являющуюся одной из важнейших стадий установки плиты. Для этого лучшим решением будет использовать дерево.
Процедура армировки нижней сетки подразумевает прокладку вспомогательной арматуры между несущими опорами в средней части. В случае связки верхней сетки усиления прокладываются над несущими опорами. Помимо этого, нужно произвести расчет множественных нагрузок и возможных отверстий для дополнительной арматуры. Вспомогательная армировка выполняется при помощи отдельных хлыстов, имеющих длину от 400 до 2000 мм в зависимости от ширины пролетов. Нижняя сетка усиливается между несущими стенами в области проема.
Верхняя сетка должна быть усилена над несущими стенами. При армировке платформ самостоятельно, очень важно обращать внимание на области опора колонн. Здесь процедура будет иметь ряд отличий от традиционного армирования, поскольку данные участки нуждаются в дополнительном объемном усилении.
Ребристая плита перекрытия: методы и подходы
Монолитная ребристая плита перекрытия состоит из монолитной плиты, связанных между собой главных и второстепенных балок. Расчет монолитного ребристого перекрытия имеет ряд специфических особенностей. Современное строительство основано на применении научно обоснованных подходов и требует соблюдения принципов экономичности, поэтому данный вид конструкции является востребованным.
Схема фрагмента ребристого перекрытия.
Основная особенность монолитного ребристого перекрытия заключается в удалении бетона из растянутой зоны в целях экономии и его сосредоточении в сжатой зоне.
В растянутой зоне бетон сохраняется для помещения растянутой арматуры. Монолитная ребристая плита работает вдоль короткой стороны в качестве многопролетной неразрезной балки. Она опирается на второстепенные балки. Второстепенные балки принимают нагрузку от плиты, которая передается на главные балки. Главные балки опираются на наружные стены и колонны. ГОСТ 21506-87.
Железобетонные ребристые предварительно напряженные плиты с высотой 300 миллиметров применяются для перекрытий общественных и производственных зданий. ГОСТ 27215-87. Железобетонные ребристые плиты с высотой 400 миллиметров предназначены для перекрытий производственных помещений промышленных предприятий и других сооружений. Шаг несущих конструкций составляет 6 метров.
Вернуться к оглавлениюИзготовление и маркировка
Ребристые плиты изготавливаются из тяжелого или легкого бетона. В зависимости от проектной документации, ребристые плиты имеют вырезы и отверстия в полках, углубления в гранях продольных ребер для обустройства бетонных шпонок между смежными плитами.
Схема эпюры моментов ребристой плиты: а) при традиционном расчете; б) при условии жесткого соединения продольного и поперечного ребер.
Ребристые плиты изготавливаются с ребрами по направлениям со сплошной плитой в верхней части. Такие плиты хорошо работают на изгиб. Но их применение в жилых зданиях ограничено из-за выпирающих вниз балок, образующих неплоский потолок. Их обычно используют при возведении чердачных перекрытий. Ребристые плиты перекрытий производятся по чертежам серий № 1.442.1-1 и 1.442.1-2.
В настоящее время используются несколько видов монолитного ребристого перекрытия. Они различаются по виду поперечного сечения (ребристые, многопустотные и сплошные), а также по способу армирования (обычной или предварительно напряженной арматурой). Марка (условное обозначение) плиты состоит из 3-х групп характеристик плит:
В зависимости от формы опирания на ригели каркаса, ребристые плиты разделяются на 2 типа:
Вернуться к оглавлениюГрафическое изображение ребристой плиты монолитного перекрытия и основные аспекты ее моделирования
Ребристая плита перекрытия представляет собой плиту со второстепенными и главными балками. Эти элементы монолитного перекрытия связаны и образуют единое целое. Суть ребристого монолитного перекрытия состоит в изъятии бетона из растянутой зоны сечения. Сохраняются лишь ребра, в которых находится растянутая арматура. Они обеспечивают прочность конструкции по наклонным сечениям.
Ребристая плита перекрытия конструктивно выполнена таким образом, чтобы ее верхняя поверхность была гладкой и балки не выступали из-за перекрытия. С помощью современных программ рассчитываются общие модели конструкций и их элементы, такие как плита, стержень, оболочка.
Одним из главных вопросов является то, каким образом разместить стержневой элемент в отношении к плите: центрируя по нейтральной линии или смещая с определенным эксцентриситетом? В расчетной схеме необходимо представить продольные и поперечные ребра и обосновать наилучший вариант работы конструкции под действием нагрузки. По результатам расчетов необходимо выбрать наиболее рациональную схему арматуры.
Необходимо отметить, что СНиП по железобетону не содержат информации о плитах перекрытия. Данную информацию можно найти в различных рекомендациях и методиках.
Для понимания результатов эксперимента необходимо рассмотреть три основных момента: расчет напряженно-деформированного состояния, расчет армирования плиты, расчет зависимости результатов подбора арматуры от схемы эксцентричного крепления ребра.
Вернуться к оглавлениюРасчет напряженно-деформированного состояния плиты перекрытия
В основе большинства современных программ находится метод конечных элементов, относящийся к приближенным методам расчета. Однако, концентрируя сетку конечных элементов посредством последовательных приближений, можно прийти к точному решению. Таким образом, при определении напряженно-деформированного состояния нужно учесть силовые факторы, возникающие в плите, такие как поперечные силы, изгибающие и крутящий моменты.
В основе расчета приближенной модели, базирующейся на методе предельного равновесия, находится ряд упрощающих гипотез:
- плита в состоянии предельного равновесия рассматривается как система плоских звеньев, которые соединены вдоль линии излома пластическими шарнирами, возникающими на опорах вдоль балок и в пролете по биссектрисам углов;
- замена упругого защемления контура между балками жестким;
- замена жесткого соединения ребер между собой упругим.
Это применяется к расчетной схеме поперечного ребра при расчете плиты перекрытия, представляющее собой балку на 2 шарнирных опорах. Возникает крутящий момент от заданной нагрузки в ребрах. По условиям равновесия узлов этот крутящий момент в продольном ребре является изгибающим для поперечного. Если соотношение размеров плиты больше чем 4, то опорный момент будет достаточно небольшим по сравнению с пролетным и им можно пренебречь.
При меньших соотношениях опорный момент в поперечном ребре становится сравнимым с пролетным моментом и заметно влияет на усилие и, соответственно, на параметры арматуры. Расчет нагрузки на ребра производят по гипотетической схеме в виде треугольников или трапеций.
Необходимо отметить ограниченность класса задач, решаемых с помощью метода предельного равновесия, так как для плит произвольного очертания остается неизвестной схема излома.
Данный метод неприемлем при различных комбинациях нагрузок и не представляет информацию о трещиностойкости плит. Это касается плит с соотношением более 3 сторон. Для балочных плит, в которых l1/l2>3 расчет производится таким образом, что на поле плиты вырезается полоса шириной 1 м вдоль короткой стороны, а расчетная схема представляет многопролетную неразрезную балку.
Рассмотрение плиты между гранями балок дает возможность уменьшить расчетные пролеты, пролетные и опорные моменты. В итоге уменьшается площадь арматуры.
Вернуться к оглавлениюАрмирование ребристой плиты
Подбор арматуры, осуществляемый в вычислительном комплексе SCAD, основан на методике М.И. Карпенко. Она описывает деформирование железобетона с трещинами с помощью модели анизотропного сплошного тела. В основе находится теория деформирования железобетона с трещинами. Согласно этому, деформации зависят от сдвигающих и нормальных усилий.
Подбор арматуры выполняется не только по прочности, но также и для 1-й и 3-й категорий трещиностойкости. Площадь арматуры, подобранной по прочности, будет значительно меньше, так как ширина трещин неконтролируема ввиду отсутствия дополнительной арматуры для обеспечения допустимой ширины раскрытия трещин. Расчет по традиционной методике, имеющей определенные ограничения, не обеспечивает контроля величины подобранной арматуры с учетом трещиностойкости.
Вернуться к оглавлениюЗависимость результатов подбора арматуры от схемы эксцентричного крепления ребра
Расчет балок со стержневыми элементами и поля железобетонной плиты с оболочечными и пластинчатыми элементами должен учитывать тот факт, что срединная плоскость пластин может располагаться как на одном, так и на разных уровнях конструкций. Не будем рассматривать вариант вертикального расположения ребра в целях однозначности толкования размещения арматуры.
В случае смещения стержневого элемента от нейтральной оси плиты необходимо учесть эксцентриситет стыков элементов в узлах. Деформации пластин и стержней совместимы при условии присоединения стержней к узлам пластин посредством жестких вертикальных вставок .
Возникающая в плите мембранная группа усилий становится следствием корректного моделирования перекрытия. Поэтому при эксцентричности стыков элементов нужно моделировать оболочечными элементами, имеющими требуемое количество степеней свободы в узлах.
Схема расчетных пролетов и моментов при ручном расчете.
В случае примыкания стержней к узлам пластин непосредственно в пластинах при вертикальной нагрузке не возникает мембранная группа усилий. Такой расчет описывает случаи, когда балки выступают над плитами.
Результаты будут одинаковыми при моделировании перекрытия конечными элементами плиты и оболочки В случае наличия вставок в стержневом элементе в результате действия вертикальной нагрузки возникает мембранная группа усилий. Далее в стержнях возникает продольная сила (усилие распора), отражающая действительную работу конструкции. Однако это не происходит при центрировании элементов по средней линии.
В расчет на пересечении стержня и плиты дважды входит площадь бетона. Возникает вопрос о правомерности перенесения площади арматуры из сжатой зоны стержня в сжатую зону плиты, определяемой в виде изменения плеча внутренней пары сил. Расчет армирования элементов может быть произведен по первой и второй группам предельных состояний.
Вернуться к оглавлениюРасчет монолитного перекрытия
Рассмотрим два расчета (для ребристой панели перекрытия и монолитного ребристого перекрытия с балочными плитами), приведенные в пособии «Проектирование железобетонных конструкций». По приведенным исходным данным смоделируем расчетные схемы в комплексе SCAD с учетом вышеупомянутых особенностей.
Принципиальная схема монолитного облегченного перекрытия.
Ребра представляются стержневыми элементами прямоугольного сечения. Не рассмотрено тавровое сечение ребер, так как, во-первых, это приведет к двойному учету бетона сжатой зоны и исказит итоговый результат, а, во-вторых, моделирование крайних ребер будет некорректным, ввиду того, что одна из полок тавра будет лишней.
Рассматривается 4 типа схем, отличающиеся представлением нагрузки в схеме расчета и типом конечного элемента монолитного перекрытия (таблица 1). Стержневой элемент плоской схемы не имеет жестких вставок в плоскости, поэтому ребра представлены 1 типом элемента в виде пространственного стержня. Таблица 1
| Тип схемы | Нагрузки в расчетной схеме | Элемент моделирования | |
| Ребро | Полка плиты | ||
| 1 | Распределена равномерноРаспределена по поверхности плиты, включая собственный вес ребер, полки, временной нагрузки (кН/м^2) | Пространственный стержень | Оболочка |
| 2 | Плита | ||
| 3 | Распределена равномерноРаспределена по поверхности плиты, включая собственный вес ребер, полки, временной нагрузки (кН/м^2) и вес ребер (кН/м^2) | Оболочка | |
| 4 | Плита | ||
Пример 1
В программе SCAD, помимо комбинированной модели, проведен расчет стержневой модели, где продольные и поперечные ребра представлены таврами с определенными расчетными размерами поперечного сечения. Загрузка поперечного ребра рассматривается по двум схемам.
Таблица результатов расчетов по разным схемам.
Расчеты приведены в таблице 2. Представлены максимальные параметры изгибающих моментов в пролетах ребер. В последнем столбце представлены данные подобранной арматуры по результатам расчета. Расчет для типов схем 1,3 показал, что значения изгибающих моментов меньше, что объясняется действием мембранной группы усилий в оболочках.
Параметры арматуры отличаются не так сильно. Так как подбор арматуры учитывает продольную силу как следствие возникновения распора в ребрах. Разница результатов подбора арматуры между стержневой и комбинированной моделью объясняется меньшим объемом требуемой арматуры для таврового сечения по сравнению с прямоугольным сечением, повышенный объем которого обусловлен большей площадью сжатого бетона.
Вернуться к оглавлениюПример 2
Таблица результатов расчета и их сравнения для монолитного ребристого перекрытия.
Конструктивная схема монолитного ребристого перекрытия.
Знак «минус» показывает, что растянутое волокно находится в верхнем положении. Разница в значениях изгибающих моментов обусловлена тем, что при традиционном расчете пролеты для второстепенных балок принимаются равнозначными расстоянию между внутренними гранями основных балок. А расчетные моменты на опоре определяются по грани главных балок. Поэтому отличается величина подобранной арматуры.Эту схему с уменьшенными моментами и пролетами по грани балок можно рассчитать и в конечно-элементной модели.
Рассчитанное отличие в усилиях более существенно, чем различие в армировании плит, проведенном по полученным усилиям. Это вызвано следующими обстоятельствами:
- сжимающие усилия в срединной плоскости монолитного перекрытия принимаются бетоном практически без постановки дополнительной арматуры;
- дискретность сортамента арматуры и применение стержней только одного диаметра нивелирует различие между расчетной и реально используемой арматурой.
Анализ результатов расчета по разработанным моделям и их сравнение с итоговыми результатами традиционного расчета позволяет утверждать следующее:
Армирование плит перекрытия
Железобетонное изделие подвергается нагрузкам на сжатие, растяжение, изгиб и кручение. Бетон хорошо работает на сжатие, хуже — на кручение и изгиб. Чтобы уложенная плита не разрушилась под воздействием своего веса и нагрузки от верхних этажей и кровли, её армируют напрягаемой или ненапрягаемой арматурой и проволочными сетками.
Армирование пустотных плит ПК и ПБ
Пустотные железобетонные плиты ПК и ПБ армируют двумя способами. У каждого есть достоинства и недостатки. Для армирования плиты перекрытия ПК длиной менее 4,2 м используют сетчатый каркас. Это экономически оправдано. При большей длине изделий выполняют армирование преднапряженной арматурой.
Элементы конструкции при сетчатом армировании:
- верхняя сетка, состоящая из стальной проволоки класса ВР-1 диаметром 2 или 3 мм;
- нижняя сетка, смонтированная из стержней диаметром от 8 до 12 мм, класса АIII;
- 2 вертикальные сетки по боковым сторонам, усиливающие торцы, на которые приходится нагрузка, создаваемая несущими стенами.
Достоинства способа в том, что изделие противостоит основным усилиям на прогиб и незапланированным нагрузкам на торцы.
Преднапряженное армирование пустотной плиты выполняют сеткой и отдельными стержнями АтV, напрягаемыми электротермическим способом. По краям и в середине плиты монтируют сетки, призванные обеспечить сопротивление боковым нагрузкам. Для восприятия нагрузок на продавливание предусмотрены вертикальные сетки.
Рис. 1. Армирование пустотной плиты перекрытия: чертёж
Армирование стендовых панелей ПБ
ЖБ плиты ПБ производятся безопалубочным способом с использованием большого количества чертежей и серий, поэтому схемы армирования различаются. Есть несколько общих моментов:
- независимо от длины плиты, выполняют армирование преднапрягаемыми стержнями;
- верхнюю поверхность (нерабочую) усиливают прутьями, которых может быть от 2 до 6, в зависимости от марки изделий;
- в нижней части плиты помещают канаты 12к7, 9к7 или пучки проволоки ВР-II диаметром 5 мм.
Непосредственное влияние на несущую способность оказывают характеристики нижней армирующей конструкции. У такого армирования плиты перекрытия есть недостаток: при попытке проделать отверстие в плите или разрезать её может произойти так называемый «прострел струн», когда преднапряженные стержни срываются, и изделие теряет прочность.
Рис. 2. Расположение верхней и нижней армирующей сеток
Армирование ребристой плиты
Ребристые плиты перекрытия армируют в соответствии с серией Серия ИИ-04-4 (выпуск 6). Основные моменты, которые нужно учитывать:
- данные в рабочих чертежах приводятся с учётом веса плиты;
- рабочая арматура — напрягаемая электротермическим способом, стержневая, из стали классов А1У, АIIIВ, Ат1У и АтУ;
- серия регламентирует минимальное значение предварительного напряжения рабочей арматуры для каждого класса стали;
- конструктивное армирование выполняют в виде каркасов и сварных сеток из стали классов В-I и А-II;
- конструкция и расположение закладных соответствуют ГОСТ 23279-2012;
- для подъёма плиты предусмотрены 4 монтажные петли из горячекатаной арматурной стали класса А-I.
На чертежах показана схема армирования ребристой плиты перекрытия ПГ6. 3 (б) — поперечное крайнее ребро, 3 (в) — поперечное среднее ребро.
Рис. 3 (а). Продольное ребро
Рис. 3 (б). Поперечное крайнее ребро
Рис. 3 (в). Поперечное среднее ребро
Правила и этапы армирования
При армировании пользуются чертежами, построенными с учётом таких факторов: габариты плиты, толщина перекрытия, расположение усилений, шаг сетки и другие характеристики армопояса. Монолитные и многопустотные плиты воспринимают нагрузки на сжатие и растяжение. В целом плита будет работать на излом, поэтому в конструкции предусмотрены два армопояса: верхний и нижний. Арматура принимает на себя растягивающие воздействия, а бетон выдерживает сжимающие.
Для армирования применяют только неразрывные прутья. Расчёт толщины и шага выполняют согласно требованиям действующих СНиП. Сетки используются готовые, сваренные, или их вяжут вязальной проволокой.
Элементы, которые называют дистанцирующими, необходимы для обеспечения достаточной толщины защитного слоя бетона. Арматура не должна выходить наружу ни с какой стороны. В общем случае защитный слой имеет толщину не менее 1 диаметра стержня. На производстве для вязки используют автоматические пистолеты и полуавтоматические клещи.
Если выполняется соединение методом электродуговой сварки, шов должен быть в виде точки, затрагивающей тело стержня по минимуму. В противном случае соединение получится слабым.
ГОСТ на плиты перекрытия
ГОСТ 26434-2015 «Плиты перекрытий железобетонные для жилых зданий» содержит общие технические требования к указанным изделиям, устанавливает параметры, размеры и типы плит. Руководствуясь стандартом, разрабатывают техническую и нормативную документацию.
Типы и размеры плит
Плиты перекрытия подразделяют на многопустотные и сплошные однослойные. Типы многопустотных: 1ПК, 2ПК и ПБ. Все они имеют толщину 220 мм, в изделиях 1ПК и 2ПК имеются круглые пустоты диаметром 159 и 140 мм соответственно. ПБ изготавливаются методом безопалубочного формования, размеры и форма пустот устанавливаются техническими условиями или стандартами.
Сплошные однослойные плиты перекрытия по ГОСТу делятся на 2 типа: 1П толщиной 120 мм и 2П — 160 мм, для изготовления используется только тяжёлый бетон.
В проектном положении ПБ должны опираться по двум сторонам. Для 1П и 2П (для 1ПК и 2ПК — только при условии стендового формования) предусмотрено опирание по двум, трём или четырём сторонам.
При определении конструктивных размеров (длины и ширины) за основу берут координационные и уменьшают их на ширину зазора между смежными изделиями. Помимо этого, ГОСТ на железобетонные плиты содержит таблицу для учёта дополнительных размеров.
Дополнительные размеры, мм
Крупнопанельные здания, в т. ч. при расчетной сейсмичности от 7 до 9 баллов
10 – для ЖБ плит, имеющих координационную ширину до 2400;
Кирпичные, крупноблочные здания, исключая здания при расчетной сейсмичности от 7 до 9 баллов
20 – для ЖБ плит, имеющих координационную ширину более 2400.
Здания с кирпичными, каменными, крупноблочными стенами при расчетной сейсмичности от 7 до 9 баллов
Каркасные здания, в т. ч. при расчетной сейсмичности от 7 до 9 баллов
Условные обозначения
Плиты перекрытия железобетонные для жилых зданий по ГОСТ 26434-2015 маркируются условными обозначениями — буквенно-цифровым индексом, состоящим из нескольких групп. Расшифровка:
- 1-я группа. Тип плиты, конструктивные размеры — толщина в сантиметрах, длина и ширина в дециметрах, округлённые до целого значения.
- 2-я группа. Расчётная нагрузка, выраженная в килопаскалях. Для преднапряженных изделий — класс арматуры. В этой группе может присутствовать буква «Л», указывающая на то, что плита перекрытия изготовлена из лёгкого бетона.
- 3-я группа. Дополнительные свойства и конструктивные особенности, например: расположение и вид закладных деталей, арматурные выпуски, стойкость к сейсмическим воздействиям и агрессивным средам, другое. Особенности конструкции обозначают арабскими цифрами или строчными буквами, условия использования — прописными буквами.
Технические требования
Основной ГОСТ на пустотные плиты перекрытий, а также на сплошные изделия, — 26434-2015. Однако в нём содержатся отсылки к другим стандартам. В зависимости от проектного положения, плита перекрытия предназначена для восприятия расчётных нагрузок 3, 4,5, 6 или 8 килопаскаль.
Рабочие чертежи ЖБИ, применяемых для строительства конкретного объекта, должны содержать полную информацию о конструктивных деталях, включая отверстия, вырезы, выпуски арматуры, закладные. Также на чертежах указывают расход стали и бетона. Проектная организация вправе вносить уточнения.
ГОСТ на плиты перекрытий предписывает определять показатель огнестойкости в соответствии с требованиями, предъявляемыми к зданию. Эта информация содержится в технической и нормативной документации, включая СНиП 21.01-97, и в обязательном порядке вносится в чертежи.
При определении точности линейных размеров руководствуются положениями ГОСТ 26433.0 и ГОСТ 21779. Требования к качеству должны соответствовать ГОСТ 13015.
ГОСТ на железобетонные плиты для каждого типа рекомендует определённые конструкции пола. Для 1ПК, 2П и 1П — плавающий и пустотный, для двух первых типов также беспустотный слоистый и однослойный по стяжке. Для ПБ — пустотный и однослойный (оба варианта по стяжке), для 2ПК подходит только однослойный.
Важный показатель — звукоизоляция перекрытия. Нормативный документ СНиП 23-03-2003 «Защита от шума». В таблице 2 приводятся показатели, которыми следует руководствоваться при определении значений звукоизоляции.
Читайте также: