Розрахунок і конструювання згинальних і стиснутих елементів сталезалізобетонних конструкцій будівель та споруд

Для статично визначених елементів постійного перерізу, що працюють за балковою схемою, прогин допускається визначати за формулою

f = (8.3)

( г і

де 1/г - кривизна у перерізі із найбільшим згинальним моментом;

к_т - коефіцієнт, що визначається за таблицею 8.1.

Складові кривизни 1/г визначаються в залежності від розрахункової ситуації.

Якщо прогин, визначений за формулою (8.3), перевищує допустимий, його слід уточнити за формулою (8.2).

Утворення тріщин у бетоні

Загальні положення

Для обмеження ширини тріщин для комбінованих конструкцій застосовуються положення ДБН В.2.6-98. Обмеження ширини тріщин залежить від класів впливу згідно з 5.3.1 ДСТУ БВ.2.6-156.

Таблиця 8.1 - Величини коефіцієнта к_т

Схема навантаження консольної балки

Коефіцієнт кт

Схема навантаження однопрольотної балки

Коефіцієнт кт

5

48

12

Оцінку ширини розкриття тріщин можна отримати з ДБН В.2.6-98, 7.3.4. Якщо не застосовується більш точний метод, o_s можна визначати згідно з 5.4.3.3.

У якості спрощеного консервативного підходу, прийнятного обмеження ширини тріщин можна досягти шляхом забезпечення мінімального армування, визначеного у 8.4.2, та кроку стрижнів або діаметрів, що не перевищують визначених у 8.4.3 границь.

У випадках, коли балки в будівлях запроектовані як шарнірно обперті, а плити нероз- різні і контроль ширини тріщин не вимагається, то передбачена поздовжня арматура, яка вста­новлюється в межах ефективної ширини бетонної плити згідно з 8.4.1.1.3 ДБН В.2.6-160, повинна становити не менш ніж:

0,4 % площі перерізу бетону конструкцій, які зводяться із застосуванням тимчасових опор;

0,2 % площі перерізу бетону без застосування тимчасових опор.

Арматура у шарнірних балках повинна продовжуватись на довжину 0.25L у кожну сторону від проміжної опори або на 0.5L за прилеглу до консолі, де L - довжина відповідного прольоту або консолі відповідно. Сталеві профільовані настили в розрахунках не враховуються. Макси­мальний крок стрижнів повинен відповідати 11.2 ДБН В.2.6-160 для комбінованих плит або 8 ДСТУ Б В.2.6-156 - для суцільних бетонних полок.

8.4.2 Мінімальне армування

Якщо не використовується більш точний розрахунок згідно з ДБН В.2.6-98,5.3.2, то у всіх перерізах без попередньо напруженої арматури і дії значних зусиль розтягу внаслідок обмеження прикладених деформацій (наприклад, основний і додатковий вплив усадки) в поєднанні або без поєднання з впливами від безпосереднього навантаження, необхідну мінімальну площу арматури A_s для плит комбінованих балок визначають за виразом:

⁼ к Act fas ¹ (8-4)

де f_cteff - фактична середня міцність на розтяг бетону на момент часу, коли очікується можлива поява тріщин. Значення f_{ct eff} можна приймати такі ж, як і для f_ctm , див. ДБН В.2.6-98, таблицю 3.1 або як f_lctm (розділ 12 ДБН В.2.6-98), відповідно приймаючи як клас міцності на момент можливої появи тріщин. Якщо вік бетону на момент утворення тріщин неможливо встановити достовірно, але він менший ніж 28 діб, то мінімальну міцність на розтяг можна приймати 3 Н/мм²;

к - коефіцієнт, що враховує вплив нерівномірних самоврівноважених напружень і може прийматись 0,8;

k_s - коефіцієнт, що враховує вплив зменшення нормальних зусиль у бетоні плити внаслі­док появи тріщин і місцевого ковзання зсувних з’єднань, який може прийматись 0,9;

к_с - коефіцієнт, що враховує розподіл напружень у перерізі безпосередньо перед появою тріщин і визначається за виразом:

к, =—!д— +0.3S1, (8.5)

1₊А.

2^о

h_c - товщина бетонної полиці, за винятком вутів та ребер;

z₀ - вертикальна відстань між центрами ваги бетонної полиці без тріщин і комбінованого перерізу без тріщин, обчислена із застосуванням відношення модулів л₀ при коротко­тривалому навантаженні:

q_s - максимально допустимі напруження у арматурі безпосередньо після виникнення тріщин. Вони можуть прийматись такими, що дорівнюють характеристичному опору текучості f_sk . У залежності від діаметру стрижнів можлива необхідність прийняття нижчого значення для виконання умов стосовно обмеження ширини розкриття тріщин. Ці значення наведено у таблиці 8.2;

A_ct - площа розтягнутої зони (внаслідок дії прикладеного навантаження та основних впливів усадки) безпосередньо перед утворенням тріщин у перерізі. Для спрощення можна використовувати площу перерізу бетону в межах приведеної ширини.

Максимальний діаметр стрижня при мінімальному армуванні може бути видозмінений на величину ф, що визначається виразом:

Ф=Ф*^Лсґ,О. (8-6)

де ф * - максимальний розмір стрижня, наведений у таблиці 8.2;

f_ct0 - довідкова (базова) міцність 2,9 Н/мм².

Таблиця 8.2 - Максимальні діаметри стрижнів при високому зчепленні стрижнів

Напруження в арматурі a_s, Н/мм²

Максимальний діаметр стрижнів для розрахунку ширини тріщин, w_k

w_k = 0,4 мм

w_k = 0,3 мм

w_k = 0,2 мм

160

40

32

25

200

32

25

16

240

20

16

12

280

16

12

8

320

12

10

6

360

10

8

5

400

8

6

4

450

6

5

—

Як мінімум половина необхідної арматури повинна розташовуватись між серединою висоти плити і гранню, на яку діють максимальні деформації розтягу.

.Д Для визначення мінімального армування у бетонних полицях з перемінною висотою у поперечному до балки напрямі необхідно використовувати місцеву товщину.

.5 Для будівель мінімальне армування згідно з 8.4.2.1 і 8.4.2.2 повинно розміщуватись, якщо при нормативному сполученні дій виникають напруження розтягу.

.Є У будівлях мінімальна нижня арматура для бетонного заповнення стінки сталевого двотаврового профілю повинна визначатись за виразом (8.2) при к_с = 0,6 і к =0,8.

Контроль утворення тріщин внаслідок безпосереднього прикладання наван­таження

Якщо забезпечено, щонайменш, мінімальне армування за 8.4.2, то, зазвичай, обме­ження ширини тріщин прийнятними величинами досягається обмеженням кроку або діаметрів стрижнів. Максимальний діаметр і максимальний крок стрижнів залежить від напружень a_s у арматурі і розрахункової ширини тріщин. Максимальний діаметр стрижнів наведено у таблиці 8.1, а максимальний крок стрижнів у таблиці 8.3.

Внутрішні зусилля повинні визначатись пружним розрахунком згідно з розділом 4 з урахуванням впливу тріщин у бетоні. Напруження в арматурі повинні визначатись з урахуванням впливів обтискання бетону між тріщинами. Якщо не застосовується більш точний метод, то напру­ження можуть обчислюватись згідно з 8.4.3.3.

Таблиця 8.3 - Максимальний крок стрижнів при високому зчепленні стрижнів

Напруження в арматурі q_s, Н/мм²

Максимальний крок стрижнів для розрахунку ширини тріщин,

Wk = 0,4 мм

Wk = 0,3 мм

Wk = 0,2 мм

160

300

300

200

200

300

250

150

240

250

200

100

280

200

150

50

320

150

100

—

360

100

50

—

У сталезалізобетонних балках, де припускається, що бетон плити з тріщинами і нема попереднього напруження канатами, напруження у залізобетоні збільшуються внаслідок обтис­кання бетону між тріщинами у порівнянні з напруженнями, що ґрунтуються на роботі комбінованого перерізу без урахування розтягнутого бетону.

Напруження розтягу в арматурі o_s внаслідок безпосереднього прикладання навантаження можна визначити за виразом:

°S =^S,0 (⁸-⁷)

приймая

Д_{СТ =} °’^4fctm ■ (8.8)

^act Ps

де o_{s 0} - напруження в арматурі, що виникають від внутрішніх зусиль, які діють на стале- залізобетонний переріз, обчислені без урахування розтягнутого бетону;

f_ctm - середня міцність звичайного важкого бетону на розтяг, що приймається як f_ctm з

ДБН В.2.6-98, таблиця 3.1, або f_tctm для легкого бетону, див. розділ 12 ДБН В.2.6-98;

p_s - коефіцієнт армування, що визначається як p_s = (A_s /A_ct );

A_ct - приведена площа перерізу бетону полиці в зоні розтягу; для спрощення використо­вують площу перерізу бетону в межах приведеної ширини;

A_s - загальна площа всіх шарів поздовжньої арматури в межах приведеної площі A_ct;

А, І - площа і момент інерції, відповідно, приведеного комбінованого перерізу без ураху­вання розтягнутого бетону і профнастил, якщо наявний;

А_д , Ід- відповідні характеристики сталевого профілю.

8.3.3.4 Для елементів будівель без попереднього напруження канатами, зазвичай, необхідно використовувати квазіпостійне сполучення дій для визначення o_s.

9 КОМБІНОВАНІ ВУЗЛИ КАРКАСІВ БУДІВЕЛЬ

Сфера застосування

Сталезалізобетонний вузол - це вузол сполучення двох сталезалізобетонних елементів, сталезалізобетонного елемента зі сталевим або залізобетонним елементом, армування якого враховується при визначенні несучої здатності і жорсткості вузла. Окремі приклади вузлів показано на рисунку 9.1.

1 - при односторонньому з’єднанні; 2 - при двосторонньому з'єднанні; 3 - контактна пластина

Рисунок 9,1 - Приклади комбінованих вузлів

При розрахунку вузлом є група всіх основних компонентів, необхідних для представлення роботи вузла в процесі передачі відповідних внутрішніх зусиль і моментів між з’єднаними елемен­тами. Вузол сполучення балки з колоною складається з ділянки стінки колони і одного (при одно­сторонній конфігурації вузла) або двох (при двосторонній конфігурації вузла) з’єднань (рисунок 9.2).

а - одностороння конфігурація вузла; б - двостороння конфігурація вузла, 1 - ділянка стінки колони, що працює на зсув, 2 - з’єднання; 3 - компоненти (наприклад, болти, фланець)

Рисунок 9.2 - Складові вузла сполучення балки з колоною (залізобетонна частина балки умовно не показана)

Конфігурація вузла - це тип або компонування вузла або вузлів в межах області перетину двох або більше осей з’єднувальних елементів (рисунок 9.3).

б

а - конфігурація вузла по головній осі; б - конфігурація вузла по другорядній осі (застосовується при рівності моментів M_b-\_tEd = M_b2iEd; 1 - одностороннє сполучення балки з колоною; 2 - двостороннє сполучення балки з колоною; 3 - стик балок; 4 - стик колон; 5 - база колони

Рисунок 9.3 - Конфігурації вузлів

Основний компонент вузла - це частина вузла, що впливає на конструктивні властивості.

В залежності від конструктивних рішень какркасів інші вузли повинні проектуватись згідно з ДБН В.2.6-98 або ДБН В.2.6-163.

Розділ 9 застосовується до вузлів, які знаходяться переважно під статичним наванта­женням.

Класифікація вузлів

Класифікація за жорсткістю

Як правило, слід враховувати вплив роботи з’єднань на розподіл внутрішніх сил і моментів в конструкції, а також на загальні деформації конструкції. Якщо це вплив незначний, то їм можна знехтувати.

Щоб встановити, чи повинен враховуватися вплив роботи з’єднання на виконання статичного розрахунку, розрізняють три типи спрощених моделей вузлів:

простий (номінально-шарнірний), в якому можна допустити, що вузол не передає згинальний момент;

жорсткий, в якому робота вузла не впливає на результати статичного розрахунку;

напівжорсткий, в якому слід враховувати вплив роботи вузла на статичний розрахунок.

Номінально-шарнірний вузол повинен передавати внутрішні зусилля без появи значних моментів, які могли б несприятливо впливати на окремі елементи або на конструкцію в цілому.