Общие сведения о ригеле
Исходные данные
Длина здания – 24 м, ширина – 22,4 м. Стены кирпичные I группы кладки толщиной t=51 см. Сетка колонн ℓ1хℓ2=5,6х6 м. Количество этажей n=4. Высота этажа Нэт=4,8 м. Место строительства – г.Ростов-на-Дону. Нормативная временная нагрузка Vn, равная 25 кН/м2, по своему характеру является статической. Длительно действующая часть временной нагрузки составляет 15 кН/м2. Класс бетона В30. Бетон тяжелый. В качестве арматуры применить стержневую арматурную сталь класса А-III. Коэффициент надежности по ответственности здания gn=1. Здание промышленное, отапливаемое; влажность воздуха окружающей среды и внутреннего воздуха помещений – менее 75%.
Компоновка балочного панельного сборного перекрытия
Расстояние между поперечными стенами меньше 54 м (табл.27 [1]), поэтому здание имеет жесткую конструктивную схему. Иными словами, междуэтажные перекрытия и покрытие являются жесткими (несмещаемыми) в горизонтальном направлении опорами для наружной стены (п.6.7 [1]). Следовательно, железобетонные рамы (ригели совместно с колоннами) практически не участвуют в восприятии горизонтальной (ветровой) нагрузки. В этом случае не имеет значения, в каком направлении расположены ригели. Принимаем поперечное расположение ригелей (рис.1).
Предварительные размеры поперечного сечения элементов. Расчетные сопротивления материалов
Размеры сечения элементов определяют по расчету. Однако в начале проектирования для определения нагрузки от собственного веса элементов и значений расчетных пролетов
 |
Рис.1. Конструктивный план перекрытия:
Ар – площадь, нагрузка с которой передается на 1 погонный метр ригеля; Ак – грузовая площадь, приходящаяся на одну колонну
необходимо предварительно задаться как размерами поперечного сечения элементов, так и глубиной опирания их на стену.
Рекомендуемая высота сечения ригеля h=(1/10…1/14)ℓ1, ширина сечения b=(0,3…0,4)h. Задаемся h=(1/10)ℓ1=(1/10)5,6= =0,56=0,6м. Ширина сечения находится в границах: от 0,3h=0,18 м до 0,4h=0,24 м. Задаемся b=0,2 м.
Высоту сечения ригеля рекомендуем принять кратной 50 мм при h£600 мм и кратной 100 мм при h>600 мм, а ширину сечения назначать с округлением до размеров 150, 180, 200, 220, 250 мм и далее кратно 50 мм.
 |
Глубину опирания ригеля на стену и на консоли колонны рекомендуем принять по рис.2.
Рис.2. К расчету ригеля:
а – расчетная схема ригеля; б – опирание ригеля на стену;
в – то же, на колонну
Поперечное сечение колонны принимаем квадратным с размером стороны 0,3 м.
Для определения расчетных сопротивлений бетона Rb и Rbt необходимо по табл. 15 [2] установить численное значение коэффициента условий работы бетона. Из двенадцати пунктов этой таблицы только второй имеет отношение к рассматриваемому вопросу. Согласно этому пункту и п.3.1 [5], коэффициент gb2 (учитывающий влияние длительности действия нагрузки) имеет три значения: 0,9; 1,0; 1,1. Последние два значения не принимаем во внимание: во-первых, при заданной влажности воздуха нельзя ожидать нарастания прочности бетона во времени; во-вторых, на перекрытии нет нагрузок непродолжительного действия (ветровых, крановых и т.п.). Из изложенного следует, что коэффициент gb2 следует принять равным 0,9. При этом значении коэффициента gb2 классу бетона В30 соответствует Rb=15,5 МПа=1550 Н/см2, Rbt=1,1 МПа=110 Н/см2 (прил.1).
Арматуре класса А-III диаметром 10 мм и больше соответствуют: Rs=Rsc=365 МПа=36500 Н/см2 и Rsw=290 МПа=29000 Н/см2 (прил.2).
Расчет неразрезного ригеля
Общие сведения о ригеле
Неразрезной ригель образуется из однопролетных ригелей Р1 и Р2 (см.рис.1). Ригель Р1 опирается одним концом на стену (см.рис.2), другим – на консоль (при этом его закладная деталь приваривается к закладной детали консоли). Рекомендуем очертание концов однопролетных ригелей, длину площадки опирания, высоту и вылет консолей, ширину колонны, зазоры и выпуски арматуры принять такими, как на рис.2. Выпуски верхней рабочей арматуры из ригелей и выпуски из колонн (см.рис.2) соединяют вставками-коротышами (поз.18 и 19 на рис.5,б) с помощью ванной сварки. Во избежание перегрева бетона длину выпусков принимают не менее 100 мм (см.рис.2). Применение вставок-коротышей улучшает соосность соединяемых стержней.
По завершении монтажа каждый из ригелей, находясь под действием собственного веса и монтажной нагрузки, работает как однопролетная балка со свободно опертыми концами. После окончания сварочных работ и тем более после укладки бетона омоноличивания в зазоры между торцами ригелей и гранями колонн набор, состоящий из однопролетных ригелей, работает как неразрезная балка
Статический расчет
Ригель является элементом рамы, однако при свободном опирании концов ригеля на наружные стены и равных пролетах его рассчитывают как неразрезную балку (п.11.2.3 [3]). С этих позиций рассматриваемый ригель представляет собой четырехпролетную неразрезную балку (рис.2,а). Грузовая площадь, нагрузка с которой передается на 1 пог.м ригеля, равна 1м×ℓ2 (см.рис.1). Подсчет нагрузок ведем в табличной форме (табл.1).
Численные значения расчетных пролетов ℓ (см.рис.2,а) определены по рисунку прил.4. Так, значение расчетного пролета ℓ в крайних пролетах равно 5,6-1/2-0,2+0,15=5,05 м, в средних 5,6-1=4,6 м.
Теперь необходимо вычислить положительные изгибающие моменты, кН×м, в точках 1; 2; 3; 4; 6; 7; 8; 9 (см. прил. 4) и отрицательные изгибающие моменты, кН×м, в точках 5; 6; 7; 8; 9; 10, но в последнем случае коэффициенты b следует принимать не по рисунку, а из таблицы прил.4. Формулы для определения изгибающих моментов и поперечных сил приведены на рисунке прил.4.
Соединив соответствующие концы ординат в упомянутых точках, получаем огибающую эпюру изгибающих моментов (рис.5,в)
Таблица 1
Вычисление нагрузки на 1 пог.м ригеля
| Нагрузка | Нормативная нагрузка, кН/м2 | Коэффициенты | Шаг ригелей, м | Расчетная нагрузка на 1 пог.м ригеля, кН/м | |
| gf | gn | ||||
| Постоянная | |||||
| Соб. вес бетонного пола t=30 мм | 0,554 | 1,3 | 1,0 | 4,32 | |
| Соб. вес плит с ребрами вниз | 1,309 | 1,1 | 1,0 | 8,64 | |
| Соб. вес ригеля h=0,6 м; b=0,2 м; r=25 кН/м3 | - | - | - | - | b×h×1×r×gf×gn= =0,2×0,6×1×25×1,1×1==3,3 |
| Итого: g'=16,26 | |||||
| Временная | Vn=25 | 1,2 | 1,0 | V'=180 | |
| Полная | - | - | - | - | q'=g'+V'=196,3 |
| Примечания: 1. Коэффициент надежности по нагрузке gf принимают по табл.1 [4] для постоянной нагрузки и по п.3.7 [4] для временной. 2. Коэффициент надежности по ответственности здания gn принимают по прил. 7* [4]. |
Положительные изгибающие моменты, кН×м
| М1=0,065×196,3(5,05)2=325,4 | М4=0,020×196,3(5,05)2=100,1 | |
| М2=0,090×196,3(5,05)2=450,6 | М6=М9=0,018×196,3(4,6)2=74,8 | |
| МI,max=0,091×196,3(5,05)2=455,6 | М7=М8=0,058×196,3(4,6)2=240,9 | |
| М3=0,075×196,3(5,05)2=375,5 | МII,max=0,0625×196,3(4,6)2=259,6 |
Отрицательные изгибающие моменты, кН×м
| М5=-0,0715×196,3(5,05)2=-358,0 | М8=-0,021×196,3(4,6)2=-87,2 | |
| М6=-0,040×196,3(4,6)2=-166,1 | М9=-0,034×196,3(4,6)2=-141,2 | |
| М7=-0,024×196,3(4,6)2=-99,7 | М10=-0,0625×196,3(4,6)2=-259,7 |
Максимальные поперечные силы, кН