Проектирование пространственного сварного каркаса

Для возможности свободной укладки каркаса в форму (опалубку) длина каркаса, т.е. длина позиций 3 и 12 (см.рис.5,б,г), должна быть на 20 мм меньше длины однопролетного ригеля (п.5.9 [2], п.5.37 [5]), т.е.

ℓ₃=ℓ+150+(350-60)-20, ℓ₁₂=ℓ+2(350-60)-20,

где ℓ - расчетный пролет (см.рис. к прил.4);

150 – половина глубины опирания ригеля на стену, мм;

(350-60) – глубина опирания ригеля на консоль, мм (см. рис.2,в).

Длину остальных продольных стержней, изображенных на рис.5,б,г, нужно определить, используя результаты построения эпюры материалов (см.рис.5,в).

Так, если принять длину выпуска из ригеля равной 110 мм (в этом случае торец выпуска и край консоли находятся на одной вертикали), то ℓ₆=Х₆+20d₆, ℓ₇=Х₇+W₇, ℓ₁₇=Х₁₇+W₁₇, ℓ₁₆=Х₁₆+W₁₆, ℓ₁₅=Х₁₅+W₁₅.

Чтобы получить длину стержней поз.5, следует к расстоянию между левыми торцами поз.5 и 6 прибавить ℓ_an,5, следовательно, ℓ₅=ℓ+150-10-(Х₆+20d₆)+ℓ_an,5. Длину стержней поз.8 необходимо определить из условия, что к каждому из них помимо коротких поперечных стержней должны быть приварены два основных (длинных) поперечных стержня (рекомендуем принять d₈=d₅). Длина стержней поз.14 равна расстоянию между торцами стержней поз.16 и поз.15 плюс 2ℓ_an,14, значит, ℓ₁₄=ℓ- +2ℓ_an,14. Длина поз.4 равна расстоянию между точками Д и Д' плюс 2·20d₄ (аналогичным образом следует определить длину поз.13); иначе говоря, ℓ₄=ℓ- - + 2·20d₄, ℓ₁₃=ℓ- - +2W₁₃.

Высота каркаса, т.е. длина вертикального поперечного стержня ℓ_п=h₁+2К (рис.8,а), где h₁ – расстояние по высоте сечения между осями верхних и нижних продольных стержней h₁=h-2a_b-0,5d₃-0,5d₆. Здесь a_b – толщина защитного слоя бетона, для стержней у нижней грани элемента она должна быть кратна 5 мм, что необходимо для стандартизации фиксаторов положения арматуры (п.5.120 [5]). Величину К следует принимать по прил.5.

Рис.8. К определению поперечных размеров пространственного каркаса по высоте (а) и ширине (б) сечения

Ширина каркаса равна длине горизонтальных поперечных (соединительных) стержней ℓ_с (рис.8,б). Последняя принимается как наибольшее из двух значений: поверху ℓ_с=b₂+2K, понизу ℓ_с=b₁+2K, где расстояние по ширине сечения между осями угловых верхних продольных стержней b₂=b-2a_b-d₆, а между осями нижних стержней b₁=b-2a_b-d₃.

Поскольку значение поперечной силы убывает по мере приближения к середине пролета (см.рис.5,а), то шаг поперечных стержней не одинаков: на приопорных участках его назначают равным S₁, а в средней части пролета – S₂ (см.прил.5). Следует иметь в виду, что один из шагов может оказаться не кратным 50 мм.

Оси крайних вертикальных поперечных стержней должны находиться от торцов продольных стержней на расстоянии С (см.прил.5).

Минимальная длина участков, на которых поперечные стержни должны быть расположены с шагом S₁:

- у опоры А (1/4)ℓ+150 мм;

- у опоры В слева (350-60)+Х₆+20d₆;

- у опоры В справа (350-60)+Х₁₆+W₁₆;

- у опоры С (350-60)+Х₁₅+W₁₅.

Горизонтальные поперечные (соединительные) стержни (поз.10 на рис.8,б) необходимы не только для объединения плоских каркасов в пространственный, но и для ограничения развития продольных трещин по ширине сжатой грани элемента. Их диаметр принимают равным диаметру вертикальных поперечных стержней. Шаг соединительных стержней должен быть не более 600 мм и не более удвоенной ширины ригеля (п.5.22 [2]), п.5.54 [5]). А если при расчете нормальных сечений учитывались продольные сжатые стержни, то для предотвращения их выпучивания соединительные стержни в сжатой зоне должны ставиться, как в колоннах. По длине каркаса соединительные стержни располагаются относительно вертикальных поперечных стержней так, как показано на рис.9.

При высоте сечения h>700 мм предусматривают (п.5.21 [2], п.5.63 [5]) конструктивную продольную арматуру, стержни которой устанавливают по высоте сечения только на каркасах, непосредственно примыкающих к боковым граням (рис.10,а). Площадь сечения каждого такого стержня должна составлять не менее 0,001b'h', где b' – половина ширины сечения (но не более 200 мм), h' – расстояние между осями смежных продольных стержней (имеются в виду стержни полной длины). При отсутствии рассматриваемой арматуры максимальное значение ширины раскрытия трещин (особенно наклонных) находится не на уровне центра тяжести продольной рабочей растянутой арматуры, а значительно выше. Так что рассматриваемые стержни ограничивают ширину раскрытия трещин по высоте сечения.

Рис.9. К обеспечению пространственной жесткости

арматурного каркаса:

а – фрагмент фасада арматурного каркаса; б – фрагмент вида сверху

Для обеспечения совместной работы арматуры с бетоном, а также для удобства укладки и уплотнения бетонной смеси расстояние в свету (зазор) между продольными стержнями по ширине сечения (рис.10,б) должно быть не менее наибольшего диаметра стержней и не менее 30 мм для верхних стержней и 25 мм – для нижних. А если уплотнение осуществляется с помощью штыковых вибраторов, то зазор должен обеспечить свободное прохождение штыка. Более полно о зазоре между стержнями изложено в п.п.5.11, 5.12 [2] и п.п.5.38-5.41 [5].

Рис.10. К конструированию пространственного арматурного каркаса:

а – к постановке конструктивной продольной арматуры;

б – минимальные расстояния в свету между продольными стержнями

Для обеспечения пространственной жесткости арматурного каркаса при складировании и перевозке предусматривают необходимые меры. Например, приварку диагональных стержней-связей (см.рис.9). Их устанавливают по длине каркаса на расстоянии не более 6 м. Рекомендуем принять стержни-связи из стали класса A-I диаметром 10 мм.

Фиксаторы одноразового использования, обеспечивающие требуемую толщину защитного слоя бетона, принимают по рис.130 на с.179 [5]. Рекомендуем применить стальные фиксаторы, защищенные от коррозии.