Лекция 14. Конструкции покрытий

Плиты покрытий

Плиты беспрогонных покрытий представляют собой крупные ребристые панели размером 3×12 и 3×6 м, ко­торые опираются непосредственно на ригели поперечных рам; плиты 1,5×12 и 1,5×6 м используют как доборные элементы, в местах повышенных снеговых отложений у фонарей, в перепадах профиля покрытия. Плиты другого типа - прогонных покрытий значительно меньших размеров (3×0.5 и 1,5×0,5 м) - опираются на железобетонные прогоны, которые, в свою очередь, опираются на ригели поперечных рам. Беспрогонная система покрытий в наибольшей степени отвечает требованиям укрупнения элементов, уменьшения числа монтажных единиц и является основной в строительстве одноэтажных каркасных зданий.

а) – с прогонами вдоль здания; б) – с крупноразмерными панелями;

1 – плиты; 2 – прогоны; 3 – ригели; 4 – крупнопанельные плиты

Рис. 14.1. Схема покрытий

Ребристые плиты 3×12 м, принятые в качестве типовых, имеют продольные ребра сечением 100×450 мм, поперечные ребра сечением 40×150мм, полку толщиной 25мм, уширения в углах — вуты, которыми обеспечивается надежность работы в условиях систематического воздействия горизонтальных усилий от торможения мостовых кранов (рис. 4.1). Продольные ребра армируют напрягаемой стержневой или канатной арматурой, поперечные ребра и полки — сварными каркасами и сетками. Бетон принимают классов С25/30, С35/40.

Плиты ребристые 3×6 м, также принятые в качестве типовых, имеют продольные и поперечные ребра и армируются напряга­емой арматурой. Плиту толщиной 25…30мм армируют сварными сетками с расстояниями между стержнями рабочей и распределительной арматуры не более 350мм.

Высоту сечений продольных ребер принимают в пределах 1/20…1/30 пролета. Ширину ребер, так же как и толщину плит, определяют расчетом и конструктивными требованиями.

а – конструкция панели; б – армирование поперечного ребра; а – армирование продольного ребра

Рис. 14.2. Конструкция крупноразмерной панели покрытия 6×3м

а – конструкция панели; б – варианты армирование стержневой, проволочной и прядевой арматурой; в – сопряжение панелей; 1 – сетка плиты; 2 – каркас ребра; 3 – угловая сетка; 4 – стержни; 5 – предварительно напряженная проволочная арматура; 6 - пряди

Рис. 14.3. Конструкция крупноразмерной панели покрытия 12×3м

Плиты двухконсольные 2Т размерами 3×12 и 3×6 м имеют продольные ребра, расположенные на расстоянии 1,5 м, и консольные свесы полок (рис. 14.4). Благодаря уменьшению изгибающих моментов в попереч­ном направлении ребер не делают, форма плиты упро­щается. В плитах размером 3×12м продольные предва­рительно напряженные ребра изготовляют заранее, а за­тем бетонируют полку. Связь ребер с полкой создается устройством выпусков арматуры и сцеплением бетона. Раздельное изготовление плиты позволяет снизить класс бетона полок до С10/15. Плиты 3×6 м изготовляют как раздельно, так и целиком.

а – монолитная ребристая панель с проволочной арматурой; б – сборно-монолитная ребристая панель с предварительно изготовленными ребрами; в – армирование продольных ребер предварительно напрягаемыми стержнями (1), высокопрочной проволокой (2) и канатами (3)

Рис. 14.4. Конструкция предварительно напряженных крупноразмерных панелей покрытия размером 12×3м типа «2Т»

Основные технико-экономические показатели плит покрытий представлены в табл. 14.1.

Таблица 14.1. Технико-экономические показатели плит покрытий

Тип плиты	Масса плиты, т	Классы бетона	Приведенная толщина бетона, см	Расход стали на пли­ту, кг, при армировании продольных ребер
стержнями	канатами или высокопроч­ной проволокой
Ребристая 3x12 м	6,8	С25/30, С35/40	7,65	265-391	205-288
То же, 3×6 м	2,38	С20/25, С25/30	5,3	70-101	56-70
2Т 3×12 м	6,8	С35/40	7,65
То же, 3×6 м	2,38	С20/25	5,3
Ребристая малоуклонная 3×18 м	12,2	С35/40	8,98	-
Сводчатая КЖС 3×18м	10,9	С35/40	8,03	-
Двускатная 3×18 м	15,1	С35/40	11,2	-

Технические решения крупноразмерных плит 3×18 и 3×24м, опирающихся на балки пролетом 6 или 12 м, разработаны для покрытий со скатной и малоуклонной кровлей (рис. 14.5). Плиты 2Т в этом решении имеют трапециевидные продольные ребра с уклоном верхнего пояса 1 : 12 и полку переменной толщины (25—60 мм). Плиты крупноразмерные железобетонные сводчатые КЖС имеют криволинейные продольные ребра с уширениями в нижней и верхней частях, гладкую полку толщиной 40…50 мм в середине пролета, 140…160 мм в торце у опор (рис. 14.6). Плиты ребристые под малоук­лонную кровлю имеют трапециевидные продольные ребра с уклоном верхнего пояса 1 : 20, 1 : 30, поперечные ребра с шагом 1000 мм и полку толщиной 25 мм (рис. 14.7).

Рис. 14.5. Схема технического решения покрытия с двускатными плитами типа 2Т размером 3×18м

Рис. 14.6. Конструкция сводчатой крупноразмерной панели КЖС

Рис. 14.7. Схема ребристой плиты покрытия под малоуклонную кровлю размером 3×18м

По технико-экономическим показателям ребристые малоуклонные плиты немного уступают сводчатым плитам КЖС, однако их преимущество в том, что при малом уклоне покрытия можно широко применять средства ме­ханизации в производстве кровельных работ. При кри­волинейной поверхности сводчатых плит это затруднено.

Балки покрытий

Балки покрытий могут быть пролетом 12 и 18 м, а в отдельных конструкциях - пролетом 24 м. Очертание верхнего пояса при двускатном покрытии может быть трапециевидным с постоянным уклоном, ломаным или криволинейным (рис. 14.9, а - в). Балки односкатного покрытия выполняют с параллельными поясами или ло­маным нижним поясом, плоского покрытия - с парал­лельными поясами (рис. 14.9,г - е). Шаг балок по­крытий 6 или 12 м.

Рис. 14.9. Конструктивные схемы балок покрытий

Наиболее экономичное поперечное сечение балок по­крытий - двутавровое со стенкой, толщина которой 60…100 мм устанавливается главным образом из усло­вий удобства размещения арматурных каркасов, обеспе­чения прочности и трещиностойкости. У опор толщина стенки плавно увеличивается, и устраивается уширение в виде вертикального ребра жесткости. Стенки балок в средней части пролета, где поперечные силы незначи­тельны, могут иметь отверстия круглой или многоуголь­ной формы, что несколько уменьшает расход бетона, соз­дает технологические удобства для сквозных проводок и различных коммуникаций.

Высоту сечения балок в середине пролета принимают (1/10 – 1/15)l. Высоту сечения двускатной трапециевидной балки в середине пролета определяет уклон верхнего пояса 1 : 12 и типовой размер высоты сечения на опоре 800 мм (или 900 мм). В балках с ломаным очертанием верхнего пояса благодаря несколько большему уклону верхнего пояса в крайней четверти пролета достигается большая высота сечения в пролете при сохранении типо­вого размера высоты сечения на опоре. Балки с криволи­нейным верхним поясом приближаются по очертанию к эпюре изгибающих моментов и теоретически несколько выгоднее по расходу материалов, однако усложненная форма повышает стоимость их изготовления.

Ширину верхней сжатой полки балки для обеспечения устойчивости при транспортировании и монтаже прини­мают (1/50 – 1/60)l. Ширину нижней полки для удобного размещения продольной растянутой арматуры принима­ют 250…300 мм.

Двускатные балки выполняют из бетона класса С20/25…С35/40 и армируют напрягаемой проволочной, стерж­невой и канатной арматурой (рис. 14.10). При армиро­вании высокопрочной проволокой ее располагают груп­пами по 2 шт. в вертикальном положении, что создает удобства для бетонирования балок в вертикальном по­ложении. Стенку балки армируют сварными каркасами, продольные стержни которых являются монтажными, а поперечные - расчетными, обеспечивающими прочность балки по наклонным сечениям; приопорные участки ба­лок для предотвращения образования продольных тре­щин при отпуске натяжения арматуры (или ограничения ширины их раскрытия) усиливают дополнительными по­перечными стержнями, которые приваривают к стальным закладным деталям. Повысить трещиностойкость приопорного участка балки можно созданием двухосного предварительного напряжения (натяжением также и по­перечных стержней).

а – прямоугольное; б – тавровое; в, г, - двутавровое; 1 – напрягаемая стержневая арматура; 2 – проволочная арматура

Рис.14.10. Поперечные сечения стропильных балок

Рис.14.11. Формы отверстий в стенках стропильных балок

Рис.14.12. Сборная балка, составленная из отдельных блоков

Рис.14.13. Конструкция двускатной стропильной балки с ненапрягаемой арматурой пролетом 9,0м

Рис. 14.14. Двускатная балка покрытия двутаврового сечения пролетом 18м со стержневой (а), проволочной (б) и прядевой (в) арматурой

Двускатные балки двутаврового сечения для ограни­чения ширины раскрытия трещин, возникающих в верх­ней зоне при отпуске натяжения арматуры, целесообраз­но армировать также и конструктивной напрягаемой ар­матурой, размещаемой в уровне верха сечения на опоре (рис. 14.15). Этим уменьшаются эксцентриситет силы обжатия и предварительные растягивающие напряжения в бетоне верхней зоны.

Двускатные балки прямоугольного сечения с часто расположенными отверстиями условно называют решет­чатыми балками (рис. 14.16). Типовые решетчатые балки в зависимости от значения расчетной нагрузки имеют градацию ширины прямоугольного сечения 200, 240 и 280 мм. Для крепления плит покрытий в верхнем поясе балок всех типов заложены стальные детали.

1 – нижняя арматура

2 – верхняя арматура

Рис. 14.15. Схема расположения напрягаемой арматуры двускатной балки

Рис. 14.16. Двускатная решетчатая балка покрытия прямоугольного сечения пролетом 18м

Балки покрытия рассчитывают как свободно лежа­щие; нагрузки от плит передаются через ребра. При пя­ти и больше сосредоточенных силах нагрузку заменяют эквивалентной равномерно распределенной. Для дву­скатной балки расчетным оказывается сечение, располо­женное на некотором расстоянии х от опоры. Так, при уклоне верхнего пояса 1 : 12 и высоте балки в середине пролета h = l/12 высота сечения на опоре составит , а на расстоянии x от опоры

(14.1)

Положим рабочую высоту сечения балки , изги­бающий момент при равномерно распределенной на­грузке:

(14.2)

тогда площадь сечения продольной арматуры:

(14.3)

Расчетным будет то сечение балки по ее длине, в ко­тором достигает максимального значения. Для отыс­кания этого сечения приравниваем нулю производную

(14.4)

Отсюда, полагая, что - величина постоянная, диффе­ренцируя, получим

(14.5)

Из решения квадратного уравнения найдем x=0,37l. В общем случае расстояние от опоры до расчетного сечения x= 0,35.. .0,4l.

Если есть фонарь, то расчетным может оказаться сечение под фонарной стойкой. Поперечную арматуру определяют из расчета прочно­сти по наклонным сечениям. Затем выполняют расчеты по трещиностойкости, прогибам, а также расчеты проч­ности и трещиностойкости на усилия, возникающие при изготовлении, транспортировании и монтаже. При расче­те прогибов трапециевидных балок следует учитывать, что они имеют переменную по длине жесткость.

Для расчета балок покрытий на ЭВМ разработаны программы, согласно которым может быть выполнен вы­бор оптимального варианта конструкции. Варьируя пе­ременными параметрами (класс бетона, класс арматуры, размеры поперечного сечения, степень натяжения арма­туры и др.), ЭВМ выбирает для заданного пролета и на­грузки лучший вариант балки по расходу бетона, арма­туры, стоимости и выдает данные для конструирования.

Технико-экономические показатели двускатных балок покрытий в зависимости от формы сечения и вида напря­гаемой арматуры приведены в табл. 14.2.

Балки двутаврового сечения экономичнее решетчатых по расходу арматуры приблизительно на 15 %, по расхо­ду бетона - приблизительно на 13%.

При наличии подвесных кранов и грузов расход стали в балках увеличивается на 20—30%.

Таблица 14.2. Технико-экономические показатели двускатных балок покрытий пролетом18м при шаге 6 м и расчетной нагрузке 3,5—5,5 кН/м²

Тип балки	Масса балки, т	Класс бетона	Объем бетона, м3	Общий расход стали на балку, кг
Двутаврового сечения с напрягаемой арматурой: стержневой	9,1	С20/25, С35/40	3,64	468…738
канатной	9,1	С25/30, С35/40	3,64	360…565
проволочной	9,1	С20/25, С35/40	3,64	359…552
Решетчатая с напрягаемой арматурой: стержневой	8,5…12.1	С25/30, С35/40	3,4…4,84	530…875
канатной	8,5…12.1	С25/30, С35/40	3,4…4,84	418…662
проволочной	8,5…12.1	С25/30, С35/40	3,4…4,84	397…644

Фермы покрытий

Железобетонные фермы применяют при пролетах 18, 24 и 30м, при шаге 6 или 12 м. В железобетонных фермах в сравнении со стальными расход металла почти вдвое меньше, но трудоемкость и стоимость изготовления не­много выше. При пролетах 36 м и больше, как правило, применяют стальные фермы. Однако технически возмож­ны железобетонные фермы и при пролетах порядка 60 м и более.

При скатных, малоуклонных и плоских покрытиях применяют железобетонные фермы, отличающиеся очер­танием поясов и решетки. Различают следующие основ­ные типы ферм: сегментные с верхним поясом ломаного очертания и прямолинейными участками между узлами (рис. 14.17,а); арочные раскосные с редкой решеткой и верхним поясом плавного криволинейного очертания (рис. 14.17,б); арочные безраскосные с жесткими узлами в примыкании стоек к поясам и верхним поясам криволинейного очертания (14.17,в); полигональные с параллельными поясами или с малым уклоном верхнего пояса трапециевидного очертания (14.17,г); полиго­нальные с ломаным нижним поясом (14.17,(д).

Рис.14.17. Схемы стропильных ферм

Рис. 14.18. Эпюры моментов в верхнем поясе арочной фермы

Высоту ферм всех типов в середине пролета обычно принимают равной 1/7—1/9 пролета. Панели верхнего поя­са ферм, за исключением арочных раскосных, проектиру­ет размером 3 м с тем, чтобы нагрузка от плиты покры­тия передавалась в узлы ферм и не возникал местный изгиб. Нижний растянутый пояс ферм всех типов и рас­тянутые раскосы ферм некоторых типов проектируют предварительно напряженными с натяжением арматуры, как правило, на упоры.

Наиболее благоприятное очертание по статической работе имеют сегментные и арочные фермы, так как очер­тание их верхнего пояса приближается к кривой давле­ния. Решетка этих ферм слабоработающая (испытывающая незначительные усилия), а высота на опорах срав- нительно небольшая, что приводит к снижению массы фермы и уменьшению высоты наружных стен. В арочных раскосных фермах изгибающие моменты от внеузлового загружения верхнего пояса уменьшаются благодаря эк­сцентриситету продольной силы, вызывающему момент обратного знака, что позволяет увеличить длину панели верхнего пояса и сделать решетку более редкой (рис 14.18). В арочных безраскосных фермах возникают до­вольно большие изгибающие моменты в стойках, поясах и для обеспечения прочности и трещиностойкости появля­ется необходимость в дополнительном армировании, од­нако эти фермы несколько проще в изготовлении, удоб­нее в зданиях с малоуклонной или плоской кровлей и при использовании межферменного пространства для техно­логических коммуникаций (при устройстве дополнитель­ных стоечек над верхним поясом). Полигональные фер­мы с ломаным очертанием нижнего пояса более устойчи­вы на монтаже и не требуют специальных креплений, так как их центр тяжести расположен ниже уровня опор.

Полигональные фермы с параллельными поясами или с малым уклоном верхнего пояса имеют некоторое эконо­мическое преимущество в том отношении, что при пло­ской кровле создается возможность широко применять средства механизации кровельных работ.

Для ферм всех типов уменьшение размеров сечений и снижение общей массы достигается применением бетонов высоких классов (С25/30—С45/50) и установлением высоких процентов армирования сечений поясов.

Фермы рационально изготовлять цельными. Членение их на полуфермы с последующей укрупнительной сбор­кой на монтаже повышает стоимость. Фермы пролетом 18 м изготовляют цельными; пролетом 24 м — цельными или из двух полуферм; пролетом 30 м — из двух полу­ферм. Решетку полуфермы следует разбивать так, чтобы стык нижнего пояса для удобства монтажного соедине­ния был выносным, т. е. расположенным между узлами. Чтобы обеспечить монтажную проч­ность участка нижнего пояса, у стыка устраивают кон­структивные дополнительные подкосы (не учитываемых в расчете).

Решетка ферм может быть закладной из заранее изготовленных железобетонных элементов с выпусками арматуры, которые устанавливают пред бетонированием поясов и втапливают в узлы на 30…50 мм, или изготовляемой одновременно с бетонированием поясов. Последний вариант получил большее распространение. Ширина сечения закладной решетки должна быть менее ширины сечения поясов, а ширина сечения решетки, бетонируемой одновременно с поясами, должна быть равна ширине се­чения последних.

Ширину сечения верхнего и нижнего поясов ферм из условий удобства изготовления принимают одинаковой, ширину сечения поясов при шаге ферм 6 м принимают 200—250 мм, а при шаге ферм 12 м — 300—350 мм.

Армирование нижнего растянутого пояса должно вы­полняться с соблюдением расстояний в свету между напрягаемыми стержнями, канатами, спаренной проволо­кой, что обеспечивает удобство укладки и уплотнения бетонной смеси. Вся растянутая арматура должна охваты­ваться замкнутыми конструктивными хомутами, устанав­ливаемыми с шагом 500 мм.

Верхний сжатый пояс и решетки армируют ненапрягаемой арматурой в виде сварных каркасов. Растянутые элементы решетки при значительных усилиях выполняют предварительно напряженными.

В узлах железобетонных ферм для надежной переда­чи усилий от одного элемента к другому создают спе­циальные уширения — вуты, позволяющие лучше размес­тить и заанкерить арматуру решетки (рис. 14.19). Уз­лы армируют окаймляющими цельногнутыми стержнями диаметром 10—18 мм и вертикальными поперечными стержнями диаметром 6—10 мм с шагом 100 мм, объеди­ненными в сварные каркасы. Арматуру элементов решет­ки заводят в узлы, а растянутые стержни усиливают на конце анкерами в виде коротышей, петель, высаженных головок. Надежность заделки проверяют расчетом.

Рис. 14.19. Армирование промежуточных узлов ферм

а — в - верхнего пояса; г - нижнего пояса

Опорные узлы ферм армируют дополнительной продольной ненапрягаемой арматурой и поперечными стержнями, обеспечивающими надежность анкеровки растяну­той арматуры нижнего пояса и прочность опорного узла по наклонному сечению. Кроме того, чтобы предотвра­тить появление продольных трещин при отпуске натяже­ния арматуры, ставят специальные поперечные стержни, приваренные к закладным опорным листам, и сетки.

Пример армирования сегментной фермы пролетом 24 м приведен на рис.14.20. Напрягаемую арматуру нижнего пояса фермы предусматривают нескольких видов: из канатов класса, стержней из стали класса S800 и S1200, высокопрочной проволоки. Арматуру натягивают на упоры. Хомуты нижнего пояса выполняют в виде встречно поставленных П-образных сеток, окай­мляющих напрягаемую арматуру. В опорном узле по­ставлены дополнительные продольные ненапрягаемые стержни диаметром 12 мм, заведенные в приопорную па­нель нижнего пояса, и поперечные стержни Æ10мм (рис. 14.21).

Рис.14.20. Конструкция поясов сегментной фермы

Рис.14.21. Конструкция узлов сегментной фермы

Расчет ферм выполняют на действие постоянных и временных нагрузок — от покрытия, массы фермы, подвесного транспорта. Нагрузки от массы покрытия считаются приложенными к узлам верхнего пояса, а нагрузки от подвесного транспорта — к узлам нижнего пояса. В расчете учитывают неравномерное загружение снего­вой нагрузкой у фонарей и по покрытию здания. Учитывают также невыгодное для элементов решетки загруже­ние одной половины фермы снегом и подвесным транс­портом.

В расчетной схеме раскосной фермы при определении усилий принимают шарнирное соединение элементов поясов и решетки в узлах. В расчетах прочности влиянием жесткости узлов фермы на усилия в элементах поясов и решетки в виду малости можно пренебречь. При определении изгибающих моментов от внеузловой нагрузки верхний пояс рассматривается как неразрезная балка, опорами которой являются узлы.

Прочность сечений поясов и решетки рассчитывают по формулам для сжатых и растянутых элементов. Расчетная длина сжатых элементов в плоскости фермы и из плоскости фермы различна (табл. 14.3).

Таблица 14.3.

Расчетная длинна l₀ сжатых элементов фермы

Элемент	Расчетная длинна
Сжатый верхний пояс в плоскости фермы: при e0<1/8h » e0≥1/8h	0,9l 0,8l
Сжатый верхний пояс из плоскости фермы: для участка под фонарем размером 12 м и более в остальных случаях	0,8l 0,9l
Сжатые раскосы и стойки в плоскости фермы: при b/bd<1,5 » b/bd≥1,5	0,9l 0,8l

Примечание:l— расстояние между центрами смежных закрепленных узлов; e₀ — эксцентриситет продольной силы; h — высота сечения верхнего пояса; b, b_d- ширина сечения верхнего пояса и стойки.

Безраскосные сегментные фермы по схеме работы близки к железобетонным аркам с затяжкой, удерживаемой подвесками. Бетон С30/35 – С40/45. Предварительно напряженную арматуру нижнего пояса предусматривают из стержневой упрочненной периодического профиля класса S500, горячекатаной стали класса S800, холоднотянутой проволоки диаметром 5мм (рис. 14.22).

Рис.14.22. Конструкция безраскосной сегментной фермы

Фермы с параллельными поясами изготавливают пролетом 18, 24 и 30м при шаге колонн 6 и 12 м (рис. 14.23). Для компенсации прогиба ферм верхнему поясу придается уклон путем увеличения поперечного сечения на 20…40мм.

Рис.14.23. Конструкция фермы с параллельными поясами

Растянутые раскосы при усилиях до 300кН проектируют без предварительного напряжения продольной рабочей арматуры, а при усилиях свыше 300кН – предварительно напряженными со стержневой арматурой, натягиваемой электротермическим способом. Растянутые предварительно напряженные раскосы анкеруются в узлах ферм выпуском рабочих стержней арматуры, на концах которых приварены коротыши. Ширина верхнего и нижнего поясов принята одинаковой для ферм пролетом 18 и 24м: при шаге 6м – 240мм и при шаге 12м – 280мм.

Арматуру опорного узла фермы на основании исследований можно рассчитывать по схеме (рис. 14.24а.) Учитывается, что понижение расчетного усилия в напрягаемой арматуре, которое происходит из-за недостаточ­ной анкеровки в узле, компенсируется работой на растяжение дополнительной продольной ненапрягаемой арматуры и поперечных стержней. Площадь сечения продольной ненапрягаемой арматуры:

(14.6)

где N — расчетное усилие приопорной панели.

Рис.14.24. К расчету узлов ферм

а — опорного узла; б — промежуточного узла

Расчетное суммарное усилие нормальных к оси поперечных стержней N_w на участке l₂ (от грани опоры до внутренней грани опорного узла) разложим на два направления: горизонтальное (N_w×ctg(α)) и наклонное; здесь α — угол наклона линии АВ, соединяющей точку А у грани опоры с точкой В в примыкании нижней грани сжатого раскоса к узлу. Из условия прочности в наклонном сечении по линии отрыва АВ

(14.7)

определяется усилие

(14.8)

площадь сечения одного поперечного стержня

(14.9)

где — расчетное усилие в продольной напрягаемой арматуре;

(14.10)

— расчетное усилие в продольной ненапрягаемой арматуре;

(14.11)

n — число поперечных стержней, пересекаемых линией АВ (за выче­том поперечных стержней, расположенных ближе 10 см от точки А);

, —длина заделки в опорном узле за линией АВ продольной на­прягаемой и ненапрягаемой арматурой; l_p, l_an — длина заделки, обес­печивающая полное использование прочности продольной напрягае­мой и ненапрягаемой арматуры.

Значение l_p при классе тяжелого бетона C20/30 и выше принимают 1500 мм для семипроволочных канатов, 1000 мм для высокопрочной проволоки диаметром 5 мм, 35Æ для стержневой арматуры класса S800. Зна­чение l_an для арматуры класса S400 принимают 35Æ.

Прочность опорного узла на изгиб в наклонном се­чении проверяют по линии АС (соединяющей точку А у грани опоры с точкой С у низа сжатой зоны на внутренней грани узла) по условию, что момент внешних сил не должен превышать момента внутренних усилий:

(14.12)

где Q_A — опорная реакция; l — длинна опорного узла; а — расстояние от торца до центра опорного узла

Высота сжатой зоны в наклонном сечении:

(14.12)

Арматуру промежуточного узла рассчитывают по схе­ме рис. 14.24б. В этом узле также учитывают, что понижение расчетного усилия в арматуре растянутого раскоса на длине заделки компенсируется работой на растяжение поперечных стержней. Из условия прочности по линии отрыва АВС

(14.13)

определяют N_sw и площадь сечения одного поперечного стержня

(14.14)

где N — расчетное усилие в растянутом раскосе; φ — угол между по­перечными стержнями и направлением растянутого раскоса; n — чис­ло поперечных стержней, пересекаемых линией АВС; при этом по­перечные стержни, располагаемые на расстоянии меньше 100 мм от точек А и С, а также имеющие в пределах вута заделку менее 30Æ (с учетом загнутых участков поперечной арматуры), в расчет не включаются; l₁ — длина заделки арматуры растянутого раскоса за линией АВС; k₂ — коэффициент, учитывающий особенность работы узла, в котором сходятся растянутый и сжатый подкосы: для узлов верхнего пояса k₂ — 1; для узлов нижнего пояса, если в одном из примыкающих к узлу участке растянутого пояса обеспечивается 2-я категория требований по трещиностойкости и при наличии в узле сжатых стоек или раскосов, имеющих угол наклона к горизонту бо­лее 40⁰, k₂ — 1,1; в остальных случаях k₂ — 1,05; а —условное увели­чение длины заделки растянутой арматуры с анкерами: а=5Æ — при двух коротышах; а=3Æ — при одном коротыше и петле; а=2Æ — при высаженной головке; l_an — заделка арматуры растянутого раско­са, обеспечивающая полное ее использование по прочности при тя­желом бетоне класса C25/30 и выше и арматуре класса S400 l_an =35Æ; k₁₌σ_s/f_s σ_s —напряжение в арматуре растянутого раскоса от рас­четной нагрузки.

Поперечные стержни промежуточного узла, в котором сходятся два растянутых элемента решетки, рассчитывают по формуле (14.14) последовательно для каждого элемента решетки, считая, что элементы, расположенные рядом, сжаты.

Расчет по трещиностойкости растянутого пояса раскосной фермы необходимо выполнять с учетом изгибающих моментов, возникающих вследствие жесткости узлов. Эти моменты в фермах со слабоработающей решеткой достаточно точно могут быть определены из рассмотрения нижнего пояса как неразрезной балки с заданными осадками опор. Последние находят по диаграмме перемещений стержней фермы.

Расчет фермы выполняют также на усилия, возникающие при изготовлении, транспортировании и монтаже.

В расчетной схеме безраскосной фермы в расчетах прочности и трещиностойкости принимают жесткое соединение поясов и стоек в узле. Усилия М, Q, N определяют как для статически неопределимой системы с замкнутыми контурами. Здесь возможны как строгие, так и приближенные способы расчета.

Для расчета ферм на ЭВМ разработаны программы, по которым можно выбрать оптимальный вариант конструкции.

Подстропильные конструкции

Подстропильные конструкции в виде балок или ферм применяют в покрытиях одноэтажных промышленных зданий при шаге стропильных конструкций 6 м и шаге колонн 12 м. Подстропильные конструкции выполняют предварительно напряженными из бетона класса С20/30, С35/40 и армируют канатами, стержневой или проволочной арматурой с натяжением на упоры. Крепление стропиль­ных ферм к подстропильным конструкциям выполняют монтажной сваркой.

Конструктивные схемы подстропильных балок пролетом 12м показаны на рис. 14.25. Подстропильные балки треугольного очертания (рис. 14.25а) с опиранием стропильных конструкций непосредственно на верхний пояс проектируют двутаврового сечения. Развитие сечения верхнего и нижнего поясов обеспечивает надежную работу на сжатие верхнего пояса и способствует удобному размещению растянутой арматуры в нижнем поясе.

В подстропильных балках с параллельными поясами (рис. 14.25б) стропильные конструкции опираются на столики, расположенные в уровне нижнего пояса подстропильной балки. Сечение подстропильной балки на большей части ее протяжения также двутавровое, но с ограниченной шириной верхней полки, так как уширение верхней полки мешает размещению опорных узлов стропильных конструкций.

Вследствие большой простоты конструкций и лучшей технологичности их изготовления наибольшее распространение получили балки треугольного очертания с опиранием стропильных конструкций в уровне нижнего пояса (рис. 14.25в). Балки имеют тавровое сечение с полкой, расположенной в растянутой зоне. Высота подстропильной балки на опоре и в пролете определяется конструктивной схемой покрытия и взаимосвязью всех элементов конструкций каркаса здания. Ширина подстропильных балок определяется шириной двух опорных столиков, на которых лежат стропильные конструкции. Практически ее принимают равной 700мм. Пример конструкции подстропиль­ной балки приведен на рис. 14.26.

а – треугольного очертания с опиранием стропильных конструкций поверху; б – с параллельными поясами; в - треугольного очертания с опиранием стропильных конструкций понизу; г – опирание стропильных конструкций (1) на подстропильной балке (2)

Рис.14.25. Конструктивные схемы подстропильных балок

Рис.14.26. Конструкция подстропильной балки с рабочей арматурой в виде стержневой (а), проволок (б), прядей (в)

Конструктивные схемы подстропильных ферм показаны на рис. 14.27. Первые конструкции подстропильных ферм были запроектированы для зданий со скатной кровлей с опиранием стропильных ферм понизу (рис. 14.27а)

Рис.14.27. Конструктивные схемы подстропильных ферм

Дальнейшим развитием конструкций подстропильных ферм является схема, представленная на рис. 14.27б. Подстропильные фермы запроектированы с учетом опирания на них типовых стропильных ферм сегментного или арочного очертания. Стропильные фермы крепятся к подстропильным при помощи анкерных болтов и монтажных сварных швов.

Подстропильная ферма представленная на рис. 14.27в имеет трапециевидную форму. Нижний предварительно напряженный пояс служит затяжкой для развитых сжатых раскосов, которые являются продолжением короткого участка сжатого верхнего пояса.

Подстропильную конструкцию показанную на рис. 14.27г применяют при опирании стропильных конструкций в уровне верхнего пояса.

Пример конструкции подстропиль­ной фермы приведен на рис. 14.28. Напрягаемая арма­тура нижнего пояса предусмотрена различных перечис­ленных видов. Ненапрягаемую арматуру растянутых раскосов определяют из расчета прочности и раскрытия трещин. Подстропильные фермы рассчитывают по прочности и трещиностойкости с учетом жесткости узлов.

1 — стойка для опирания плиты покрытии; 2 — арматура сжатого раскоса; 3 — напрягаемая арматура нижнего пояса; 4 — напрягаемая

арматура растинутого раскоса

Рис. 14.28. Конструкция (а) и армирование (б) подстропильной фермы

Арки

При пролете свыше 30 м железобетонные арки ста­новятся экономичнее ферм. Наиболее распространенные арки — двухшарнирные — выполняют пологими со стрелой подъема f=1/6…1/8l. Распор арки обычно воспри­нимают затяжкой. Затяжки выполняют стальными или железобетонными (рис. 14.29)

Рис.14.29. Конструкции опорного узла при металлической (а, б) и железобетонной (в) затяжках

В конструктивном отношении выгодно очертание оси арки, близкое к кривой давления. Арочный момент

(14.17)

где М_bmx— балочный момент; H —распор арки.

Очертание кривой давления находят, полагая М_x;=0. Тогда