Раздел 1. Общие принципы проектирования железобетонных конструкций зданий

Раздел 1. Общие принципы проектирования железобетонных конструкций зданий

Лекция 1. Принципы компановки железобетонных конструкций

Конструктивные схемы

Конструктивные схемы зданий могут быть каркасными и панельными (бескаркасными), многоэтажными и одно­этажными. Каркас многоэтажного здания образуется из основных вертикальных и горизонтальных элементов — колонн и ригелей. В каркасном здании гори­зонтальные воздействия (ветер, сейсмика и т. п.) могут восприниматься совместно каркасом и вертикальными связевыми диафрагмами, соединенными перекрытиями в единую пространственную систему, или же только карка­сом, как рамной конструкцией, при отсутствии верти­кальных диафрагм. В многоэтажном панельном здании горизонтальные воздействия воспринимаются совместно поперечными и продольными стенами, также соединен­ными перекрытиями в пространственную систему.

1 – колонна; 2 – ригель; 3 – распорка; 4 – плита перекрытия

Рис. 1.1. Железобетонный каркас многоэтажного здания

Деформационные швы

Чтобы уменьшить усилия от температуры и усадки, железобетонные конструкции делят по длине и ширине температурно-усадочными швами на отдельные части — деформационные блоки. Если расстояние между темпе­ратурно-усадочными швами при температуре выше минус 40 °С не превышает пределов, указанных в табл.1.1, то конструкции без предварительного напряжения, а также предварительно напряженные, к трещиностойкости которых предъявляются требования 3-й категории, на темпе­ратуру и усадку можно не рассчитывать.

Таблица 1. 1 Наибольшие допустимые расстояния между. температурно-усадочными швами в железобетонных конструкциях

Вид конструкции	Расстояние между швами, м
внутри отап­ливаемых зданий и в грунте	в открытых сооружениях и в не отапливаемых зда­ниях
Сборная каркасная » сплошная Монолитная и сборно-монолитная каркасная То же, сплошная

Температурно-усадочные швы выполняются в надзем­ной части здания — от кровли до верха фундамента, раз­деляя при этом перекрытия и стены. Ширина температурно-усадочных швов обычно составляет 2—3 см, она уточняется расчетом в зависимости от длины температур­ного блока и температурного перепада. Наиболее четкий температурно-усадочный шов конструкции здания созда­ется устройством парных колонн и парных балок по ним.

а – температурный шов на парных колоннах; б – осадочный шов на

парных колоннах; в – осадочный шов с вкладным пролетом

Рис. 1.2. Деформационные швы

Осадочные швы устраивают между частями зданий разной высоты или в зданиях, возводимых на участке с разнородными грунтами; такими швами делят и фунда­менты (рис. 1.2,б). Осадочные швы можно устраивать также с помощью вкладного пролета из плит и балок (рис. 1.2,в). Осадочный шов служит одновременно и температурно-усадочным швом здания.

Лекция 2. Принципы проектирования сборных элементов

Раздел 2. Конструкции многоэтажных каркасных зданий

Лекция 3. конструкции многоэтажных промышленных зданий

Конструктивные схемы зданий

Многоэтажные промышленные здания служат для размещения различных производств — машино­строения, приборостроения, цехов химической, электро­технической, радиотехнической, легкой промышленности и др., а также базисных складов, холодильников, гара­жей и т. п. Их проектируют, как правило, каркасными с навесными панелями стен.

Высоту промышленных зданий обычно принимают по условиям технологического процесса в пределах от 3 до 7 этажей (при обшей высоте до 40 м), а для некоторых видов производств с не тяжелым оборудованием, уста­навливаемым на перекрытиях, до 12—14 этажей. Ширина промышленных зданий может быть равной 18—36 м и более. Высоту этажей и сетку колонн каркаса назначают в соответствии с требованиями типизации элементов кон­струкций и унификации габаритных параметров. Высоту этажей принимают кратной модулю 1,2 м, т.е. 3,6; 4,8; 6 м, а для первого этажа иногда 7,2 м. Наиболее распро­страненная сетка колони каркаса 6x6, 9х6, 12х6 м. Такие ограниченные размеры сетки колонн каркаса обу­словлены большими временными нагрузками на пере­крытия, которые могут достигать 15 кН/м², а и некото­рых производствах 25 кН/м² и более.

Для промышленного строительства наиболее удобны многоэтажные каркасные здания без специальных вер­тикальных диафрагм, поскольку они ограничивают сво­бодное размещение технологического оборудования и производственных коммуникаций. Основные несущие конструкции многоэтажного каркасного здания — желе­зобетонные рамы и связывающие их междуэтажные пе­рекрытия (рис. 3.1). Пространственная жесткость здания обеспечивается в поперечном направлении рабо­той многоэтажных рам с жесткими узлами — по рамной системе, а в продольном — работой вертикальных стальных связей или же вертикальных железобетонных диаф­рагм, располагаемых по рядам колонн и в плоскости на­ружных стен, — по связевой системе(рис. 3.2). Если в продольном направлении связи или диафрагмы по тех­нологическим условиям не могут быть поставлены, их заменяют продольными ригелями. В этом случае прост­ранственная жесткость и в продольном направлении обеспечивается по рамной системе.

1 – поперечные рамы; 2 – продольные вертикальные связи; 3 – панели перекрытий

Рис. 3.1. Конструктивный план многоэтажного каркаса промышленного здания

Рис. 3.2. Вертикальные связи многоэтажного каркаса в продольном направлении

При относительно небольшой временной нагрузке на перекрытия пространственная жесткость и в поперечном направлении обеспечивается по связевой системе; при этом во всех этажах устанавливаются поперечные вер­тикальные диафрагмы. Шарнирное соединение ригелей с колоннами в этом решении достигается установкой ри­гелей на консоли колонн без монтажной сварки в узлах.

Ригели соединяют с колоннами (стойками) на консо­лях, с применением ванной сварки выпусков арматуры и обетонированием полости стыка на монтаже. Для между­этажных перекрытий применяют ребристые плиты шири­ной 1500 или 3000 мм. Плиты, укладываемые по линии колонн, служат связями-распорками, обеспечивающими устойчивость каркаса на монтаже.

В таких зданиях возможно опирание плит перекры­тий двух типов: на полки ригелей таврового сечения (для производства со станочным оборудованием, нагрузки от которого близки к равномерно распределенным) и по верху ригелей прямоугольного сечения (главным образом, для зданий химической промышленности с оборудо­ванием, провисающим из этажа в этаж и передающим большую сосредоточенную нагрузку на одну опору). В обоих типах опирания плит типовые ригели при проле­тах 6 и 9 м имеют одинаковое сечение 800 мм и ширину ребра 300 мм.

Типовые конструкции многоэтажных промышленных зданий с балочными перекрытиями разработаны под различные временные нагрузки — от 5 до 25 кН/м².

Пример решения конструкции здания с безбалочными перекрытиями приведен на рис. 3.3. Ригелем много­этажной рамы в поперечном и продольном направлениях служит безбалочная плита, жестко связанная с колонна­ми с помощью капителей. Пространственная жесткость здания в обоих направлениях обеспечивается по рамной системе. Унификация размеров плит и капителей средних и крайних пролетов безбалочного перекрытия достигает­ся смещением наружных самонесущих стен с оси край­него ряда колонн на расстояние, равное половине шири­ны надкапительной плиты.

Рис. 3.3. Конструкции зданий многоэтажных промышленных зданий

с безбалочными перекрытиями

Многоэтажные промышленные здания с часто распо­ложенными опорами при сетке колонн 6×6 или 9×6 м не всегда удовлетворяют требованиям гибкой планиров­ки цехов, модернизации оборудования и усовершенство­вания производства без дорогостоящих переустройств. Поэтому применять их следует в случае больших времен­ных нагрузок на перекрытия более 10 кН/м².

Особенность конструктивного решения универсальных промышленных зданий с этажами в межферменном про­странстве состоит в том, что они имеют крупную сетку колонн 18×6, 18×12, 24×6 м. Большие пролеты здания перекрывают безраскосными фермами. При этом в пре­делах конструктивной высоты этих ферм устраивают дополнительные этажи, в которых размещают инженер­ное оборудование и коммуникации, бытовые, складские и другие вспомогательные помещения. Высота межфер­менных этажей может быть 2,4; 3 и 3,6 м.

Пример решения конструкций универсального про­мышленного здания приведен на рис. 3.4. Здание име­ет 6 этажей — три основных и три межферменных. Без­раскосные фермы, жестко связанные с колоннами, явля­ются составной частью многоэтажного каркаса и работают как ригели рам. Крайние стойки ферм вверху и внизу снабжены выступами для соединения с колоннами ниже- и вышележащих этажей. Плиты перекрытий в основных этажах ребристые; их укладывают на верхний пояс ферм. Панели перекрытий вспомогательных этажей пустотные или ребристые; опираются они на полки ниж­него пояса ферм (рис. 3.5).

1 – основные этажи; 2 – межферменные этажи; 3 – соединения колонн с безраскосыми фермами

Рис. 3.4. Конструкция многоэтажного промышленного здания

с межферменными этажами

Рис. 3.5. Деталь опирания перекрытия на нижний пояс безраскосных ферм

Многоэтажные гражданские каркасные и панельные (бескаркасные) здания проектируют для массового стро­ительства высотой 12—16 этажей, а в ряде случаев — высотой 20 этажей и более. Сетка колонн, шаг несущих стен и высоты этажей выбирают в соответствии с требо­ваниями типизации элементов конструкций и унифика­ции габаритных параметров. Конструктивные схемы зданий, возводимых из сборных элементов, характерны постоянством геометрических размеров по высоте, регу­лярностью типовых элементов конструкций, четким реше­нием плана.

Каркасные конструкции применяют для различных административных и общественных зданий с большими помещениями, редко расположенными перегородками, а в некоторых случаях и для жилых домов высотой более 25 этажей. Основными несущими конструкциями много­этажного каркасного здания в гражданском строитель­стве являются железобетонные рамы, вертикальные связевые диафрагмы и связывающие их междуэтажные пе­рекрытия.

Важнейшим условием достижения высоких эксплуа­тационных качеств многоэтажного здания является обес­печение его надежного сопротивления горизонтальным нагрузкам и воздействиям. Необходимая пространствен­ная жесткость такого здания достигается различными вариантами компоновки конструктивной схемы, в основ­ном отличающимися способами восприятия горизонталь­ных нагрузок.

Например, при поперечных многоэтажных рамах и по­перечных вертикальных связевых диафрагмах, горизон­тальные нагрузки воспринимаются вертикальными конст­рукциями совместно, и каркасное здание в поперечном направлении работает по рамно-связевой системе, при этом в продольном направлении при наличии только вер­тикальных связевых диафрагм здание работает по связевой системе (рис. 3.6, а).

При поперечном расположении вертикальных связе­вых диафрагм и продольном расположении многоэтаж­ных рам здание в поперечном направлении работает по связевой системе, а в продольном направлении — по рамной системе(рис. 3.6, б). Конструктивная схема каркаса при шарнирном соединении ригелей с колонна­ми будет связевой в обоих направлениях.

1 – балка; 2 – колонна; 3 – панель

Рис. 3.6. Направление ригелей поперек (а) и вдоль (б) здания

в сборном балочном перекрытии

Панельные конструкции применяют для жилых до­мов, гостиниц, пансионатов и других аналогичных зда­ний с часто расположенными перегородками и стенами. В панельных зданиях основными несущими конструк­циями служат вертикальные диафрагмы, образованные панелями внутренних несущих стен, расположенными в поперечном, иногда в продольном направлении, и связы­вающие их междуэтажные перекрытия. Панели наруж­ных стен навешивают на торцы панелей несущих попе­речных стен. Многоэтажное панельное здание как в поперечном, так и в продольном направлении восприни­мает горизонтальную нагрузку по связевой системе. Возможны другие конструктивные схемы много­этажных зданий. К ним относятся, например, каркасное здание с центральным ядром жесткости, в котором в ка­честве вертикальных связевых диафрагм используются внутренние стены сблокированных лифтовых и вентиля­ционных шахт, лестничных клеток; здание с двумя ядрами жесткости открытого профиля — в виде двутавров; здание с двумя ядрами жест­кости и сложной конфигурацией в плане, позволяющей индивидуализировать архитектурное решение. В описанных конструктивных схемах зданий горизонтальные воздействия воспринимаются по рамно-связевой или связевой системе.

Предварительный подбор сечений

Плоские рамы, расположенные с определенным ша­гом и связанные перекрытиями, образуют пространст­венный блок рам с размерами в плане, равными расстоя­нию между температурными швами или наружными сте­нами. Вертикальные постоянные и временные нагрузки, а также горизонтальные ветровые нагрузки приложены одновременно ко всем рамам блока, поэтому пространст­венный характер работы в этих условиях не проявляется и каждую плоскую раму можно рассчитывать в отдель­ности на свою нагрузку.

Многоэтажная железобетонная рама статически не­определима, и для ее расчета необходимо предвари­тельно подобрать сечения ригелей и стоек, определить их жесткости или установить отношение жесткостей. С этой целью пользуются примерами ранее запроектированных аналогичных конструкций или предварительно прибли­женно подбирают сечения. Высоту сечения ригеля опре­деляют по формуле:

(4.1)

где М=0,6...0,7М₀; здесь М₀ — изгибающий момент ригеля, вычис­ленный как для однопролетной свободно лежащей балки.

Площадь сечений колонн находят по приближенной формуле:

A=(1,2…1,5)N/f_cd (4.2)

По результатам предварительного подбора сечений производят взаимную увязку сечений ригелей и стоек и округляют их размеры до унифицированных. Момент инерции сечений ригелей и стоек определяют, как для сплошного бетонного сечения. При монолитных перекры­тиях момент инерции ригелей определяют, как для тав­ровых сечений с шириной полки, равной шагу рам.

Усилия от нагрузок

Многоэтажныxе многопролетные рамы каркасных зданий имеют преимущественно однообразную (регуляр­ную) расчетную схему с равными пролетами или со сред­ним укороченным пролетом на оси симметрии, а также с одинаковой нагрузкой по ярусам (рис. 4.1, а). Узлы стоек таких рам, расположенные на одной вертикали, имеют примерно равные углы поворота и, следовательно, равные узловые моменты с нулевой точкой моментов в середине высота этажа (рис. 4.1,б). Это дает осно­вание расчленить многоэтажную раму на ряд одноэтаж­ных рам с высотой стоек (колонн), равной половине вы­соты этажа, с шарнирами по концам стоек, кроме пер­вого этажа.

Рис. 4.1. Расчетные схемы многоэтажных рам (а) и эпюра моментов многоэтажной колонны (б)

На вертикальную нагрузку необходимо рассчитывать три такие одноэтажные рамы: верхнего, среднего и пер­вого этажа. Если число пролетов рамы больше трех, то практически заменяют трехпролетной рамой и полагают изгибающие моменты в средних пролетах многопролетной рамы такими же, как и в среднем пролете трехпролетной рамы.

При расчете по методу перемещений число неизвест­ных углов поворота равно числу узлов в одном ярусе рамы. Горизонтальным смещением при вертикальных нагрузках обычно пренебрегают. При расчете по методу сил в качестве неизвестных принимают опорные момен­ты ригелей одного яруса рамы и сводят задачу к реше­нию трехчленных уравнений балки на упруговращающихся опорах. Расчет также можно выполнять по таб­лицам прил. 1. В таблицах опорные моменты ригелей рамы, имеющей колонны с одинаковыми сечениями:

, (4.3)

где α, β — табличные коэффициенты, зависящие от схемы загруже-ния постоянной и временной нагрузками и от отношения суммы по­гонных жесткостей стоек, примыкающих к узлу, к погонной жестко­сти ригеля; g, v — постоянная и временная нагрузки на 1 м ригеля; l — пролет ригеля между осями колонн.

Изгибающие моменты в стойках для каждой схемы загружения рамы определяют по разности опорных мо­ментов ригелей в узле, распределяя ее пропорциональ­но погонным жесткостям стоек.

Изгибающие моменты в пролетных сечениях ригелей, а также поперечные силы определяют обычными спосо­бами как в однопролетной балке, загруженной внешней нагрузкой и опорными моментами по концам.

При расчете рам целесообразно учитывать образова­ние пластических шарниров и выравнивать изгибающие моменты для достижения экономического и производст­венного эффекта: облегчения сборных стыков, увеличе­ния повторяемости элементов опалубки и арматуры, упрощения армирования монтажных узлов, облегчения условий бетонирования их и т. п. Для этого раму (как и ригель балочного перекрытия) рассчитывают на дей­ствие постоянной нагрузки и различных загружений временной нагрузкой как упругую систему. Затем для каждого из перечисленных загружений строят свою до­бавочную эпюру моментов, которую суммируют с эпю­рой упругой системы.

Величина выравненного момента не оговаривается, но для его определения следует выполнить расчеты по предельным состояниям второй группы. Практически не­обходимо, чтобы выравненный момент в расчетном сечении составлял не менее 70 % момента в упругой схеме.

В рамных конструкциях целесообразно намечать ме­ста образования пластических шарниров на опорах ри­гелей и уменьшать опорные моменты. Допустим, что ра­ма рассчитана как упругая система и для определенного загружения получена эпюра моментов (рис. 4.2. а). Если теперь для этого же загружения построить добавоч­ную эпюру моментов, то добавочный опорный момент ΔМ будет заданной величиной, и вследствие этого рассмат­риваемую раму и систему канонических уравнений рас­членяют на две более простые системы с меньшим чис­лом неизвестных (pиc. 4.2, б), Выравненная эпюра М ригелей рамы изображена на рис. 4.2, в.

Рис. 4.2. К расчету многоэтажных рам на вертикальные нагрузки

по выровненным моментам

При упрошенном способе выравнивания моментов ри­гели многоэтажных и многопролетных рам загружают временной нагрузкой через пролет и постоянной нагруз­кой во всех пролетах, при этом получают эпюру момен­тов с максимальными моментами в пролетах и на стой­ках, которую принимают в качестве выравненной эпюры моментов. Опорные моменты ригелей в такой выравненной эпюре моментов при отношениях ин­тенсивности временной и постоянной нагрузок v/g≤S обычно составляют не менее 70% максимального мо­мента в упругой схеме. В расчете по выравненным мо­ментам необходимо, чтобы в сечениях стоек рам момент продольной силы относительно центра тяжести сжатой зоны составлял не менее 70% соответствующего момен­та в упругой схеме, а в сечениях стоек рам, работающих по случаю 2, кроме того, воспринималась полная про­дольная сила и, по крайней мере, половина изгибающего момента в упругой схеме.

Расчет на горизонтальные (ветровые) нагрузки вы­полняют приближенным методом. Распределенную гори­зонтальную нагрузку заменяют сосредоточенными сила­ми, приложенными к узлам рамы (рис. 4.3). Нулевую точку эпюры моментов стоек всех этажей рамы, кроме первого, считают расположенной в середине высоты этажа, а в первом этаже при защемлении стоек в фунда­менте — на расстоянии 2/3 высоты от места защемления.

Рис. 4.3. К расчету многоэтажных рам на горизонтальные нагрузки

Ярусные поперечные силы рамы

; и т.д.; (4.4)

они распределяются между отдельными стойками пропорционально жесткостям:

; (4.5)

здесь В – жесткость сечения стойки; m − число стоек в ярусе.

Крайние стойки рамы, имеющие степень защемления в узле меньшую, чем средние стойки (поскольку к край­нему узлу примыкает ригель только с одной стороны), воспринимают относительно меньшую долю ярусной по­перечной силы, что учитывается в расчете условным уменьшением жесткости крайних стоек путем умноже­ния на коэффициент β<1, определяемый по табл. 4.1.

Таблица 4.1

Значения коэффициента β для уменьшения жесткости крайних стоек многоэтажных рам при расчете на горизонтальные нагрузки.

Коэффициент	Все этажи, кроме первого, при	Первый этаж
0,25	0,5
β	0,54	0,56	0,62	0,7	0,75	0,79	0,9

Обозначения: ­­−погонная жесткость ригеля крайнего пролета; − погонная жесткость крайней стойки, примыкающей к узлу снизу.

По найденным поперечным силам определяют изгиба­ющие моменты на стойках всех этажей, кроме первого:

(4.6)

Для первого этажа изгибающий момент стойки в верхнем и нижнем сечениях

; (4.7)

При определении опорных моментов ригелей суммар­ный момент в узле рамы от выше и ниже расположен­ных стоек распределяется между ригелями пропорцио­нально их погонным жесткостям. В крайнем узле момент ригеля равен сумме моментов стоек.

Проектирование ригеля

Ригель многопролетного перекрытия представляет собой элемент рамной конст­рукции. Типы опирания перекрытий на ригели представлены на рис. 7.9. При свободном опирании концов ригеля на на­ружные стены и равных пролетах ригель можно рассчи­тывать как неразрезную балку. При этом возможен учет образования пластических шарниров, приводящих к пе­рераспределению и выравниванию изгибающих момен­тов между отдельными сечениями.

Рис. 7.8. Типы ригелей перекрытий промышленного (а) и гражданского (б) зданий

Сущность расчета статически неопределимых желе­зобетонных конструкций с учетом перераспределения усилий. При некотором значении нагрузки напряжения в растянутой арматуре из мягкой стали достигают преде­ла текучести. С развитием в арматуре пластических де­формаций (текучести) в железобетонной конструкции возникает участок больших местных деформаций, назы­ваемый пластическим шарниром (рис. 7.9).

Рис. 7.9. Схема образования пластического шарнира в железобетонных конструкциях

Рис.7.10. Эпюры перераспределения изгибающих моментов в статически неопределимой балке

В статически неопределимой конструкции после по­явления пластического шарнира при дальнейшем увели­чении нагрузки происходит перераспределение изгибаю­щих моментов между отдельными сечениями. При этом деформации в пластическом шарнире нарастают, но зна­чение изгибающего момента остается прежним:

(7.6)

В предельном равновесии — непосредственно перед раз­рушением— изгибающие моменты балки можно найти статическим или кинетическим способом.

Статический способ. Запишем значение пролетного момента:

(7.7)

Отсюда уравнение равновесия

(7.8)

где — момент статически определимой свободно лежащей балки.

Из этого уравнения следует, что сумма пролетного момента в сечении и долей опорных моментов, соответствующих этому сечению, равна моменту простой балки М₀, Кроме того, из уравнениявытекает, что несущая способность статически неопределимой конструкции не зависит от соотношения значений опорных и пролетного моментов и не зависит от последовательности образования пластических шарниров.

Последовательность эта может быть назначена произвольно, необходимо лишь соблюдать уравнение равновесия. Однако изменение соотношения моментов в сечениях меняет значение нагрузки, вызывающей образование первого и последнего пластических шарниров, а также меняет ширину раскрытия трещин в первом пластическом шарнире.

Кинематический способ. Балка в предельном равновесии рассматривается как система жестких звеньев, сое­диненных друг с другом в местах излома пластическими шарнирами (рис. 7.10). Если прогиб балки под си­лой F равен f, то углы поворота звеньев

; (7.9)

. (7.10)

Виртуальная работа внутренних усилий —изгибающих моментов в пластических шарнирах

(7.11)

а с учетом полученных выше значений

(7.12)

Уравнение виртуальных работ:

(7.13)

или

(7.14)

Откуда расчетная предельная сила:

(7.15)

Расчет и конструирование статически неопределимых железобетонных конструкций по выравненным моментам позволяет облегчить армирование сечений» что особенно важно для монтажных стыков на опорах сборных кон­струкций; позволяет стандартизировать и осуществить в необходимых случаях одинаковое армирование сварными сетками и каркасами там, где при расчете по упругой схеме возникают различные по значению изгибающие мо­менты. При временных нагрузках расчет по выравнен­ным моментам по сравнению с расчетом по упругой схе­ме может давать 20—30% экономии стали в арматуре.

Величина перераспределенного момента не оговари­вается, но должен производится расчет по предельным состояниям второй группы. Практически ограничение раскрытия трещин в первых пластических шарнирах до­стигается ограничением выравненного момента с тем, чтобы он не слишком резко отличался от момента в уп­ругой схеме и приблизительно составлял не менее 70 %.

Чтобы обеспечить условия, отвечающие предпосылке метода предельного равновесия, следует соблюдать конструктивные требования:

1) конструкция должна быть запроектирована так чтобы причиной ее разрушения не могли быть срез сжа­той зоны или раздавливания бетона от главных сжимающих напряжений;

2) армирование сечений, в которых намечено образование пластических шарниров, следует ограничивать так чтобы относительная высота сжатой зоны x£0,35;

3) следует применять арматурные стали с площадкой текучести или сварные сетки из обыкновенной арматур­ной проволоки.

Расчетный пролет ригеля принимают равным расстоянию между осями колонн; в первом про­лете при опирании на стену расчетный пролет считается от оси опоры на стене до оси колонны. Нагрузка на ри­гель от панелей может быть равномерно распределенной (при пустотных или сплошных панелях) или сосредото­ченной (при ребристых панелях). Если число сосредото­ченных сил, действующих в пролете ригеля, более четы­рех, то их приводят к эквивалентной равномерно распре­деленной нагрузке. Для предварительного определения собственного веса ригеля размеры его сечения прини­мают:

. (7.16)

При расположении временной нагрузки через один пролет получают максимальные моменты в загружаемых пролетах; при расположении временной нагрузки в двух смежных пролетах и далее через один пролет получают максимальные по абсолютному значению моменты на опоре (рис. 7.11).

Рис.7.11. Схемы загружения неразрезной балки

В неразрезном ригеле целесообразно ослабить армирование опорных сечений и упростить мон­тажные стыки. Поэтому с целью перераспределения мо­ментов в ригеле к эпюре моментов от постоянных нагрузок и отдельных схем невыгодно расположенных временных нагрузок прибавляют добавочные треугольные эпю­ры с произвольными по знаку и значению над опорными ординатами (рис. 7.12). При этом ординаты выровненной эпюры моментов в расчетных сечениях должны сос­тавлять не менее 70 %, вычисленных по упругой схеме. На основе отдельных загружений строят огибающие эпюры М и Q. Возможен также упрощенный способ рас­чета неразрезного ригеля но выровненным моментам, состоящий в том, что в качестве расчетной выровненной эпюры моментов принимают эпюру моментов упругой неразрезной балки, полученную для максимальных про­летных моментов (при расположении временной нагруз­ки через один пролет).

а – добавочные эпюры моментов; б – к определению эпюры М от равномерно распределенной нагрузки; в – то же, от сосредоточенной нагрузки; г – к построению эпюры моментов от равномерно распределенной нагрузки; д – к определению расчетного момента ригеля по грани колонны

Рис.7.12. К расчету неразрезного ригеля

Расчетным па опоре будет сечение ригеля по грани колонны. В этом сечении изгибающий момент:

(7.17)

Момент имеет большее (по абсолютной величине) значение со стороны пролета, загруженного только посто­янной нагрузкой; поэтому в формулу следует подставлять значение поперечной силы Q, соответствую­щее загружению этого пролета. По моменту уточня­ют размер поперечного сечения ригели и по значению x»0,35 принимают:

(7.18)

Сечение продольной арматуры ригеля подбирают по М в четырех нормальных сечениях: в первом и среднем пролетах, на первой промежуточной опоре и па средней опоре. Расчет поперечной арматуры по Q ведут для трех наклонных сечений: у первой промежуточной опоры сле­ва и справа и у крайней опоры.

Конструирование неразрезного ригеля.

Поперечное сечение ригеля может быть прямоугольным, тавровым с полками вверху, тавровым с полками внизу (рис. 7.13). При опиранин панелей перекрытия па нижние полки ригеля таврового сечения строительная высота перекрытия уменьшается.

Рис.7.13. Схемы поперечного сечения сборного ригеля

Стыки ригелей размещают обычно непосредственно у боковой грани колонны. Действующий в стыках ригелей опорный момент вызывает растяжение верхней части и сжатие нижней (рис. 7.14а). В стыковых соединениях ригель может опираться на железобетонную консоль колонны или же на опорный столик из уголков, выпущенных из колонны (рис. 7.14б). В верхней части стыка выпуски арматуры из колонны и ригеля соединяются вставкой арматуры на ванной сварке. Вставка арматуры повышает точность монтажного соединения в случае нарушения соосности выпусков арматуры. В нижней части стыка монтажными швами соединяются закладные детали колонны и ригеля. После приварки монтажных хомутов полость стыка бетонируется.

Скрытые стыки на консолях (с подрезкой торца ригеля) усложняют конструирование, так как требуют усиления арматуры входящего угла дополнительными каркасами и закладными деталями, повышающими расход стали и трудоемкость изготовления; кроме того, при таком стыке снижается несущая способность и жесткость ригеля на опоре. Эти стыки считаются шарнирными, фигурная же стальная накладка, привариваемая на монтаже, обеспечивает восприятие не­большого изгибающего момента (~50кН*м).

а – усилия, действующие в стыке; б – жесткий стык на консолях; в – жесткий стык бесконсольный; г – скрытый стык на консолях; 1 – арматурные выпуски из ригеля и колонны; 2 – ванная сварка; 3 – вставка арматуры; 4 – поперечные стержни, привариваемые на монтаже; 5 – бетон замоноличивания; 6 – усиленный арматурный выпуск из ригеля; 7 – опорный столик из уголков с отверстием для удобства бетонирования; 8 – стальные закладные детали; 9 – призматические углубления для образования бетонных шпонок; 10 – фигурная деталь «рыбка», привариваемая на монтаже

Рис.7.14. Конструкции стыков сборного ригеля с колонной

В бесконсольных стыках (см. рис. 7.14,е), как по­казали исследования, попе­речная сила воспринимается бетоном замоноличивания полости и бетонными шпон­ками, образующимися в при­зматических углублениях на боковой поверхности колон­ны и в торце сборного ригеля. Специальными исследованиями установлено, что этот стык равнопрочен с консольным стыком, но в то же время по расходу материалов и трудоемкости он экономичнее.

Размеры опорной консоли (рис. 7.15) определяют в зависимости от опорного давления ригеля Q; при этом считается, что ригель оперт на расположенную у свободного края консоли площадку длиной

(7. 19)

где — ширина ригеля.

Рис.7.15. Армирование консоли колонны

Наименьший вылет консоли с учетом зазора с между торцом ригеля и гранью колонны . Обычно принимают l₁=200...300 мм. При этом расстояние от грани колонны до силы Q

(7.18)

У коротких консолей ( ) угол сжатой грани с горизонталью не должен превышать 45°. Высота консоли в сечении у грани колонны , у свобод­ного края .

Площадь сечения продольной арматуры консоли под­бирают по изгибающему моменту у грани колонны, уве­личенному на 25 %:

(7.19)

Короткие консоли высотой сечения армиру­ют горизонтальными хомутами и отогнутыми стержня­ми. Шаг хомутов должен быть не более 150 мм и не бо­лее h/4, диаметр отогнутых стержней - не более 25 мм и не более 1/15 длины отгиба.

Ригель армируют обычно двумя плоскими сварными каркасами (рис. 7.16). При значительных нагрузках возможен третий каркас в средней части пролета. Площадь растянутых стержней каркасов и их число устанав­ливают при подборе сечений по изгибающим моментам в расчетных сечениях на опоре и в пролете. По мере уда­ления от этих сечений ординаты огибающей эпюры М уменьшаются, следовательно, может быть уменьшена и площадь сечения арматуры.

Рис. 7.16. Армирование ригеля и эпюра