Определение длины анкеровки обрываемых стержней

Сечения, в которых обрываемые стержни не требуются по расчету, проще всего определить графически. Для этого необходимо на объемлющую эпюру моментов наложить эпюру арматуры. Точки, в которых ординаты эпюр будут общими (точки пересечения), определяют места теоретического обрыва стержней в пролете (рисунок 4.5, б).

Для обеспечения прочности наклонных сечений ригеля по изгибающим моментам обрываемые в пролете стержни продольной арматуры необходимо завести за точку теоретического обрыва на расстояние не менее:

, (4.3)

где a₁, a₂, a₃, a_{4 ,} a₅ – коэффициенты, характеризующие условия анкеровки;

ℓ_b,rqd – базовая длина анкеровки, определяется с помощью таблицы 2-1 приложения 2;

– площадь продольной арматуры, требуемая по расчету;

– принятая площадь продольной арматуры;

– минимальная длина анкеровки, принимается более либо равной наибольшему значению из величин:

{0,6ℓ_b,rqd; 10 Æ; 100 мм} – для растянутых стержней;

{0,3ℓ_b,rqd;10 Æ; 100 мм} – для сжатых стержней.

Кроме того, общая длина запуска стержня за точку теоретического обрыва для растянутых стержней должна быть не менее 0,5h, где h – высота ригеля.

В связи с тем, что произведение изменяется в пределах от 0,7 до 1,0, величина a₄ в условиях обрыва арматуры второстепенной балки не учитывается, а величина a₁ принимается равной 1,0, то в курсовом проекте с целью уменьшения расчетной части разрешается принимать .

Анкеровка стержней продольной арматуры на свободной опоре осуществляется путем заведения за внутреннюю грань опоры на длину не менее:

– 5Æ в элементах, где арматура ставится на восприятие поперечной силы конструктивно;

– 10Æ - в элементах, где поперечная арматура ставится по расчету, а до опоры доводится не менее 2/3 сечения арматуры, определенной по наибольшему моменту в пролете;

– 15Æ - то же, если до опоры доводится не менее 1/3 сечения арматуры.

Сечение 1-1, 2-2 (рисунок 4.5)

В сечении обрываются стержни Æ25 мм класса S500. Требуемая площадь сечения арматуры A_s,red = 12,32 см² (2Æ28), принятая площадь сечения арматуры A_s,prov = 22,14 см² (2Æ28 + 2Æ25). Принимаем мм. Длина анкеровки обрываемых стержней:

Величины остальных параметров составляют:

Окончательно принимаем

Сечение 3-3 и 4-4

В сечениях обрываются стержни Æ25 мм класса S500. Требуемая площадь сечения арматуры в сечении 3-3 A_s,red = 3,08 см² (2Æ14), в сечении 4-4 A_s,red = 6,28 см² (2Æ20), принятая площадь сечения арматуры в сечениях A_s,prov = 14,73 см² (3Æ25 мм). Принимаем мм.

Длина анкеровки обрываемых в сечении 3-3 стержней:

Длина анкеровки обрываемых в сечении 4-4 стержней:

Величины остальных параметров составляют:

Окончательно принимаем

Сечение 5-5

В сечении обрываются стержни Æ20 мм класса S500. Требуемая площадь сечения арматуры A_s,red = 6,28 см² (2Æ20), принятая площадь сечения арматуры A_s,prov = 16,10 см² (2Æ20 + 2Æ25мм); мм. Длина анкеровки обрываемых стержней:

Величины остальных параметров составляют:

Окончательно принимаем

Длина анкеровки стержней откладывается в том же масштабе, который принят для построения эпюры материалов, от точки теоретического обрыва в направлении, где обрываемая арматура не требуется по условиям прочности нормальных сечений (рисунок 4.5).

5 Указания по конструированию узла сопряжения ригеля
с колонной

Ригель в многоэтажных зданиях с полным и неполным каркасами в местах опирания на колонны воспринимает отрицательный изгибающий момент. В сечениях, где действует отрицательный момент, нижняя часть сечения сжата (сжатая зона), а верхняя часть сечения растянута (растянутая зона). Восприятие отрицательного момента ригелем на опорах обеспечивается элементами специальной конструкции его сопряжения с колоннами.

На опорном участке ригеля в верхней (растянутой) зоне имеется арматура, рассчитанная на восприятие растягивающего усилия, возникающего от отрицательного момента. Эта арматура двух соседних ригелей должна быть равнопрочно соединена между собой путем сварки арматурных выпусков из колонны (рисунок 5.1). Соединения арматурных выпусков осуществляется путем ванной сварки их с арматурными вставками того же диаметра.

Рисунок 5.1 – Стык ригеля с колонной

Восприятие сжимающих усилий в сжатой зоне опорных сечений ригеля обеспечивается замоноличиванием зазора между торцом ригеля и гранью колонны, а также сварным соединением находящейся там продольной арматуры через закладные детали ригеля и консоли колонны. Кроме того, закладная деталь ригеля обеспечивает анкеровку продольной арматуры и требуемую величину защитного слоя бетона, а также фиксацию положения ригеля при монтаже.

Опорная реакция ригеля в местах опирания его на колонны воспринимается консолями колонны (рисунок 5.1). Эта конструкция сопряжения ригеля с колонной применяется в типовых сериях ИИ-20÷24 и 1.420 многоэтажных зданий. Существуют и другие варианты конструкции узла опирания ригелей на колонны, которые по желанию студента могут быть применены в курсовом проекте. Однако надо помнить, что конструкция стыка должна быть жесткой и могла воспринимать растягивающие и сжимающие усилия, возникающие над опорой в растянутой и сжатой зонах ригеля.

Расчет стыка сборных колонн

Техническими правилами по экономному расходованию основных строительных материалов рекомендуется выполнять колонны без стыков на несколько этажей.

Из условия производства работ стыки колонн назначают на расстоянии 1÷1,2 м выше перекрытия. При выбранных конструкциях и условиях работы колонны наиболее целесообразным является стык с ванной сваркой продольных стержней.

Для осуществления этого стыка в торцах стыкуемых звеньев колонн в местах расположения продольных стержней устраивают подрезки. При четырех стержнях подрезки располагают по углам, как показано на рисунке 20. Глубина подрезки должна позволять устанавливать инвентарные медные формы для сваривания выпусков продольных стержней колонны. Суммарная высота подрезок принимается не более 300 мм и не менее 8∙Æ (Æ - диаметр выпусков арматуры).

Продольные стержни выступают в виде выпусков, свариваемых в медных съемных формах. После сварки стык замоноличивают бетоном того же класса или ниже на одну ступень класса бетона колонны.

В данном примере приняты бетон класса C20/25 и выпуски ар­матуры длиной 30 см и диаметром 36 мм из стали S500.

Стык такого типа должен рассчитываться для стадий: до замоноличива­ния как шарнирный на монтажные (постоянные) нагрузки и после замоноличи­вания как жесткий с косвенным армированием на эксплутационные (полные) нагрузки.

Рассмотрим устройство стыка, где действует продольная сила:

– от полных нагрузок

,

– от длительнодействующих нагрузок

,

где - соответственно нагрузка на колонну в уровне первого и второго этажей.

При расчете стыка до замоноличивания усилие от нагрузки воспринима­ется бетоном выступа колонны, усиленным сетчатым армированием (N_Rd,1) и ар­матурными выпусками, сваренными ванной сваркой (N_Rd,2). Поэтому условие прочности стыка имеет вид:

, (6.1)

где – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения напряжений под центри­рующей прокладкой;

А_С0 – площадь смятия, принимаемая равной площади центрирующей про­кладки или площади распределительного листа, если она приваривается при монтаже к распределительному листу и его толщина не менее ¹/₃ расстояния от края листа до центри­рующей прокладки;

j₁ – коэффициент продольного изгиба выпусков арматуры;

– площадь сечения всех выпусков арматуры;

– приведенная призменная прочность бетона:

, (6.2)

Размеры сечения подрезки из условия размещения медных форм принимаем b₁×h₁ = 10×10 см, а расстояние от грани сечения до оси сеток косвенного армирования в пределах подрезки с₁ = 20 мм; за пределами подрезки с₂ = 10 мм (рисунок 6.1).

Рисунок 6.1 – К расчету стыка колонн между собой

Тогда площадь части сечения, ограниченная осями крайних стержней сетки косвенного армирования:

Центрирующую прокладку назначают толщиной 12÷20 мм с размерами в плане не более 1/3 соответствующего размера сечения колонны. Размеры распределительных листов определяют площадь смятия бетона. Для уменьшения расхода стали не следует назначать площадь распределительных листов больше, чем половина расчетного сечения стыка. Толщина распределительных листов принимается 15÷20 мм.

Центрирующую прокладку и распределительные листы в торцах колонн назначаем толщиной 2 см, а размеры в плане: центрирующей прокладки – 10×10 см, что не превышает ¹/₃ ширины колонны, т.е. 1/3·40 = 13,3 см, распределительных листов – 20×20 см.

За площадь смятия А_С0 принимаем площадь распределительного листа, поскольку его толщина 20 мм превышает ¹/₃ расстояния от края листа до центрирующей прокладки: (20 – 10)/2·1/3 = 1,67 см, т.е. А_С0 = 20·20 = 400 см².

Принимаем А_с1 = А_eff = 972 см².

Коэффициент, учитывающий повышение прочности бетона при смятии:

здесь

,

k_f – коэффициент принимается по [1, таблице 7.6]; для элементов с косвенным армированием k_f =1,0.

Тогда при γ_с = 1,87 получаем: f_cd = f_ck/γ_c = 20/1,8 = 11,11 МПа, f_ctd = 0,21·(f_ck)^2/3/γ_c = 0,21·20^2/3/1,8 = 0,86 МПа.

Для сеток косвенного армирования применяется арматурная проволока класса S500 при Ø ≤ 5 мм или арматурные стержни классов S240 при Ø = (6÷14) мм. Минимально допустимый коэффициент косвенного армирования ρ = 0,125 [1, п. 5.92].

Сварные сетки конструируем из проволоки Æ5 S500 с f_yd = 417 МПа и А_sx = A_sy = 0,2 см².

Размеры ячеек сетки должны быть не менее 45 мм, не более ¹/₄b_к и не более 100 мм [1, п.11.2.25].

Шаг сеток следует принимать не менее 60 мм, не более 150 мм и не более ¹/₃ стороны сечения.

Как видно из рисунка 6.1, в каждом направлении сетки число длинных стержней – 5, коротких – 4. Расчетная длина длинных стержней – 36,0 см, коротких – 18,0 см.

Коэффициент косвенного армирования:

Коэффициент эффективности косвенного армирования:

где

.

Т.к. расчет ведется в стадии монтажа (переходная расчетная ситуация), то α = 1,1.

Определяем значение :

,

где

Так как f_cud,eff = 53,62 МПа > 2f_cud = 2·1,45·1,0·11,11 = 32,22 МПа, то в дальнейших расчетах принимаем f_cud,eff = 32,22 МПа.

Определяем усилия N_Rd,1 и N_Rd,2.

Для вычисления усилия N_Rd,2 определяем радиус инерции арматурного стержня диаметром 36 мм: .

Расчетная длина выпусков арматуры равна длине выпусков арматуры, т.е. . Гибкость выпусков арматуры

Коэффициент продольного изгиба арматуры φ₁ = 0,901.

Усилие, воспринимаемое выпусками арматуры:

Предельная продольная сила, воспринимаемая незамоноличенным стыком:

Таким образом, прочность колонны в стыке до замоноличивания больше усилий от длительно действующих нагрузок. Проверку прочности в стадии эксплуатации можно не производить, т.к. добавится еще прочность замоноличенного бетона и, таким образом, прочность стыка колонны будет такой же, как и в сечении ствола колонны.

Список литературы

1 СНБ 5.03.01-02. Бетонные и железобетонные конструкции.- Минск: Минстройархитектуры РБ, 2003. – 139 с.

2 СНБ 5.03.01-02. Бетонные и железобетонные конструкции (изменение № 1). – Минск: Минстройархитектуры РБ, 2004. – 31 с.

3 СНБ 5.03.01-02. Бетонные и железобетонные конструкции (изменение № 3). – Минск: Минстройархитектуры РБ, 2006. – 6 с.

4 СНБ 5.03.01-02. Бетонные и железобетонные конструкции (изменение № 4). – Минск: Минстройархитектуры РБ, 2007. – 4 с.

5 СНБ 5.03.01-02. Бетонные и железобетонные конструкции (изменение № 5). – Минск: Минстройархитектуры РБ, 2009. – 14 с.

6 ТКП EN 1992-1-1-2009 (02250).Еврокод 2. Проектирование железобетонных конструкций. Ч. 1-1. Общие правила и правила для зданий. – Минск: М-во архит. и строит. РБ, 2010. – 191 с.

7 СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. – М.: Стройиздат,1986. – 49 с.

8 Железобетонные конструкции. Основы теории, расчета и конструирования: курс лекций для студ. строит. спец. / Т.М. Пецольд, В.В. Тур. – Брест: БГТУ, 2003. – 380 с.

9 Тур, В.В. Расчет железобетонных конструкций при действии перерезывающих сил / В.В. Тур, А.А. Кондратчик. – Брест: БГТУ, 2000. – 400 с.

10 Байков, В.Н. Железобетонные конструкции. Общий курс / В.Н. Байков, Э.Е. Сигалов. – М.: Стройиздат, 1991. – 767 с.

11 Голышев А.В. Проектирование железобетонных конструкций: справ. пособие / А.В. Голышев. – Киев: Будзiвельнiк, 1990. – 496с.

12 Дрозд, Я.Н. Предварительно напряженные железобетонные конструкции / Я.Н. Дрозд, Г.П. Пастушков. – Минск: Выш. шк., 1984. – 250с.

13 Попов, Н.Н. Проектирование и расчет железобетонных и каменных конструкций / Н.Н. Попов, А.В. Забегаев. – М.: Высш. шк., 1989. – 320 с.

14 Проектирование железобетонных конструкций: Справочное пособие. / Под редакцией А.Б. Голышева. – 2-е изд., перераб. и доп. – К.: Будивельник, 1990. – 544 с.

15 Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения арматуры (к СНиП 2.03.01-84). – М.: ЦИГП Госстроя СССР, 1989. – 192 с.