Поперечних сил у головних балках (ригелях)

Особливістю розрахунку головних балок або ригелів є визначення внутрішніх зусиль М та з урахуванням різних варіантів розташування тимчасового навантаження по прольотах. Для трипрольотного ригеля можливі такі три варіанти (рис.4.1.).

Рис.4.1.

Залежно від схеми завантаження визначають коефіцієнти для величин моментів і поперечних сил:

(10)

де – тимчасове навантаження, кН/м; – табличні коефіцієнти, які знаходять за довідниками [1, 3].

Побудовані епюри складають з епюрами від постійного навантаження (власної ваги) і отримують сумарні епюри, які наносяться одна на одну та утворюють огинаючу епюру моментів. Слід пам’ятати, що такі епюри будують для нерозрізного (статично невизначеного) ригеля.

Необхідно звернути увагу на те, що епюри від різних варіантів навантаження не складаються між собою, а накладаються одна на одну. Огинаюча епюра окреслюється по зовнішньому контуру отриманих епюр як для моментів, так і для поперечних сил.

Додаткову інформацію знаходять в літературних джерелах:

[1, c.292-300], [2, c.438-442], [3, c.96-99], [5, c.193-206], [10, c.224-226].

Запитання для самоперевірки

1. Яка розрахункова схема ригеля (головної балки) в нерозрізних системах каркасу?

2. Найбільш уживані види перерізів ригелів збірних конструкцій.

3. Охарактеризуйте методику побудови епюр внутрішніх зусиль і у нерозрізних ригелях.

4. Що собою являє огинаюча епюра моментів?

5. Де розташовується головна робоча поздовжня арматура в ригелях?

6. Як забезпечується нерозрізність ригеля на опорах?

7. Методика підбору арматури в ригелях і головних балках. Чим вона відмінна для них?

8. Яка вантажна смуга для ригелів і як для них визначаються розрахункові прольоти?

9. Що таке «епюра матеріалів»?

5. ПЕРЕРОЗПОДІЛ ЗУСИЛЬ В РИГЕЛЯХ

Після побудови огинаючої епюри зусиль М і може з’ясуватися така картина, що на другій опорі ригеля величина від’ємного моменту сягає значної величини в порівнянні з прольотним моментом від однієї і тієї ж схеми завантаження. При цьому епюра аналізується з урахуванням постійного та тимчасового навантаження, тобто від . Ця величина може складати 40÷ 60% і більше. Враховуючи таке явище, як виникнення та робота шарніру пластичності в найбільш напружених місцях залізобетонних конструкцій, можна пікові (найбільші) значення епюр на опорах зрізати (підрівняти) з величиною моменту в прольоті. Такий процес вирівнювання моментів має назву перерозподіл зусиль, тобто на опорі момент зменшується в межах 20-30%, а в прольоті він відповідно збільшується, але не на ті ж 20-30%, а на іншу величину, яка складає половину від знятої величини опорного моменту (див. рис.5.1).

Зменшення моменту треба визначати (0, 2÷ 0, 3) . Тоді .

Збільшення моменту в прольоті .

Рис.5.1

Загальне підсумкове значення моменту в прольоті

.

На опорі залишається тільки .

Між опорами В і С виконують аналогічну процедуру:

.

Якщо між опорами В і С існує тільки від’ємна епюра, тоді прольотний момент дорівнюватиме

.

Додаткові джерела вивчення даної теми:

[1, c.298-300], [2, c.440-441], [3, c.96-98], [5, c.195-205], [10, c.262-267].

Запитання для самоперевірки

1. В яких випадках виникає необхідність робити перерозподіл зусиль?

2. Огинаюча епюра повинна проходити по контуру будь-якої епюри чи по контуру перерозподіленої?

3. На яку величину зменшується пікове значення моменту, чому існує обмеження у зменшенні цього зусилля?

4. У чому полягає кінцева мета перерозподілу зусиль?

5. Якщо не будуть вирівнюватись зусилля на опорі й в прольоті, доцільно тоді робити перерозподіл чи ні?

6. КОНСТРУКТИВНІ ОСОБЛИВОСТІ

ПРОЕКТУВАННЯ ЗГИНАНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Окрім розрахункової арматури, яка встановлюється в поздовжньому й поперечному напрямках залізобетонного згинаного елемента, слід пам’ятати, що ця арматура повинна бути не менше конструктивного мінімуму. Для поздовжньої арматури цей мінімум складає , де і – ширина і робоча висота поперечного перерізу елемента. Для цього діаметр арматури для плит перекриття не повинен бути менше 3 мм, а для балок і фундаментів – 10 мм. Поперечна арматура в діаметрі не повинна бути менше 3 мм, а крок її визначається висотою балки. Для плит перекриття 150-200 мм поперечна арматура може не встановлюватися.

У плитах перекриття сітка арматури повинна мати крок стержнів не більше 350 мм і не менше 50 мм. Поперечні розподільчі стержні встановлюють для забезпечення проектного положення робочих стержнів, а також для зменшення усадочних і температурних деформацій конструкцій. Поперечні стержні приймаються меншого діаметра загальним перерізом не менше 10% перерізу робочої. Сітки можуть бути зварними або в’язаними.

Залізобетонні балки можуть бути за висотою дільними 50 мм, 100 мм, а для високих балок – дільними 200 мм. Робоча арматура в балках може бути розміщена в один або два ряди. При цьому вона може входити або в окремі зварні каркаси, або зв’язується з хомутами, які охоплюють усю поздовжню арматуру в перерізі. У балках шириною 150 мм і менше допускається встановлення тільки одного плоского каркасу, а в балках з шириною більше 150 мм потрібно встановлювати два каркаси. Поперечну арматуру в зонах, ближчих до опор, встановлюють частіше, а в прольотах – рідше.

Особлива увага приділяється захисному шару бетону. В плитах найменша товщина складає 10-15 мм, а в балках для поздовжньої арматури захисний шар повинен бути не менше 20 мм і не менше діаметра при висоті балок більше 250 мм. Для поперечної арматури балок товщина захисного шару повинна бути більше 15 мм. Слід пам'ятати, що захисний шар – це відстань від грані арматури (а не від центру) до грані бетону.

[1, c.125-128], [2, c.103-115], [3, c.56-58], [6, c.366-392], [10, c.120-123].

Запитання для самоперевірки

1. Конструктивні особливості встановлення арматури для плит.

2. Конструктивні особливості встановлення арматури для балок.

3. Мінімальний процент армування для згинаних елементів.

4. Який захисний шар встановлюється для робочої арматури плит?

5. Який захисний шар встановлюється для робочої арматури балок?

6. Відстань між робочими стержнями в нижній зоні балок і у верхній.

7. Мінімальний і максимальний діаметр робочої арматури в плитах.

8. Мінімальний і максимальний діаметр робочої арматури в балках.

9. Параметри перерізу балок і встановлення кроку поперечної арматури.

7. ОСОБЛИВОСТІ ПРОЕКТУВАННЯ СТИСНУТИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Стиснуті залізобетонні елементи мають дуже широке застосування і відповідно до існуючих норм усі належать до позацентрово стиснутих елементів. Однак окремі елементи мають дуже малі конструктивні ексцентриситети і їх можна вважати умовно центрально стиснутими. Методика розрахунку таких елементів суттєво спрощується. Але незалежно від величини ексцентриситету слід завжди пам'ятати, що на несучу здатність стиснутого елемента дуже впливає його гнучкість. Для умовно центрально стиснутого елемента цей фактор втілюється в коефіцієнт поздовжнього згину , а для позацентрово стиснутого елемента з розрахунковими та визначається величина критичної сили .

7.1. Умовно центрально стиснуті

Несуча здатність такого елемента визначається за формулою

, (11)

; і – розрахункові опори арматури та бетону на стиск; і – відповідно площа арматури і площа бетону.

7.2. Позацентрово стиснуті

Несуча здатність цих елементів залежить від двох випадків розташування нейтральної осі в перерізі елемента. Якщо ексцентриситет прикладання зовнішньої сили значний, то виконується умова . Тоді несуча здатність визначається за формулою

. (12)

Якщо ексцентриситет малий, тоді виконується умова , і несуча здатність визначається за формулою

. (13)

Формули (12) і (13) мають однаковий вигляд, але суттєво різняться у визначенні висоти стиснутої зони . У формулі (13) замість величини використовується , яке визначається за спеціальними формулами, зокрема за формулою

, (14)

якщо клас бетону менший за В30, а клас арматури А240С, А300С, А400С.

У цьому випадку висота стиснутої зони може визначатись як

. (15)

Оскільки значення та невідомі, то на першому етапі розрахунку можна задатись , а потім уточнювати значення та .

Для позацентрово стиснутих елементів важливо враховувати гнучкість елементів, що визначається за допомогою коефіцієнта :

.

Параметр за нормами можна визначити .

Величину критичної сили обчислюють за розгорнутою формулою

. (16)

Складові параметри, що входять у формулу (16), треба визначати, користуючись довідковими даними й нормами [1, 3, 4].

Методом послідовних наближень користуються при розрахунках умовно центрально стиснутих елементів за формулою (11).

Довідкові дані за темою 7 можна отримати, користуючись літературними джерелами:

[1, c.162-174], [2, c.236-245], [3, c.58-67], [6, c.163-168], [10, c.146-157].

Запитання для самоперевірки

1. Охарактеризуйте різновиди стиснутих елементів.

2. Які залізобетонні конструкції можна віднести до умовно центрально стиснутих?

3. Чому існує розподіл позацентрово стиснутих елементів на два випадки?

4. Послідовність підбору арматури в умовно центрально стиснутих еле-ментах.

5. Як визначається площа арматури в позацентрово стиснутих елементах при першому випадку завантаження і другому?

6. Що таке критична сила , де вона використовується?

7. Чи однакова методика визначення несучої здатності залізобетонних позацентрово стиснутих елементів при двох випадках завантаження?

8. Що позначено параметром у формулі (14)?

9. Від чого залежить параметр у формулі (16) для ?

10. Який вигляд мають розрахункові схеми внутрішніх зусиль для двох випадків позацентрового стиснення?

8. ВИДИ КАМ’ЯНИХ КОНСТРУКЦІЙ І МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ НИХ

Кам’яні конструкції використовуються у всіх видах будівель промислового й цивільного призначення.

Для будівництва кам’яних конструкцій використовують різні види природних і штучних каменів, а також спеціальні будівельні розчини. Армокам’яні конструкції вміщують у собі ще додатково металеву арматуру.

До природних каменів відносяться: вапняки, піщаники, граніти, ракушняки, мармур, різні види туфів, сланців та ін. Штучні камені – це цегла (глиняна звичайна, силікатна), керамічна цегла пустотна або з окремими щілинами, цегла з бетону різних видів, блоки з полегшених заповнювачів та багато інших.

Найбільш уживаною є звичайна цегла з розмірами 65х120х250 мм або силікатна цегла 88х120х250 мм, яка ще називається модульною.

Відповідно до СНіП ІІ-22-81 для мурування стін або стовпів використовують марки каменів від 4 до 1000, найбільш застосовані марки – це 75, 100, 125, 150, 200 і менш уживані – 500, 600, 700, 800, 1000.

Для всіх видів каменів суттєве значення має марка по морозостійкості (М_рз10÷ М_рз300) і середня щільність матеріалу. Слід зазначити, що кам’яні матеріали мають велику теплопровідність, тому при проектуванні зовнішніх стін необхідно передбачати додатковий теплозахист різними конструктивними рішеннями або застосовуючи теплостійкі матеріали.

Розчини для кам’яних конструкцій можуть бути прості (цементні, вапняні, глиняні, гіпсові) й змішані (багатоскладові). Розчини позначаються співвідношенням в’яжучого (1) до піщаного або іншого заповнювача (1: 3; 1: 4; 1: 0, 5: 4; 1: 1: 5 і т.п.)

Міцність розчину характеризується його маркою; для мурування використовують розчини марок: 0, 4, 10, 25, 50, 75, 100, …, 200. Особливе значення має марка «0», що відповідає міцності розчину на період мурування і на період розтаювання. Марки 150 і 200 використовують у виняткових випадках.

Вибір в’яжучого й складу розчину роблять залежно від місцевих умов, типу конструкції та вимог СНіП ІІ-22-81 і СН 290-74.

Для армування кам’яних конструкцій використовують сталь гарячекатану гладку класу А-240С і проволоку класу Вр-І, в окремих випадках може бути використана смугова й фасонна (прокатна) сталь.

Додаткові відомості можна знайти в літературі: [7, c.3-12], [8, c.362-368], [10, c.2560261], [11, c.3-11].

Запитання для самоперевірки

1. Охарактеризуйте області застосування кам’яних конструкцій.

2. Назвіть різновиди каменів, що використовуються в кам’яних конструкціях.

3. Що таке марка каменя, як вона визначається?

4. Які недоліки кам’яних конструкцій?

5. Охарактеризуйте види розчинів для кам’яних конструкцій, назвіть їхні марки.

6. Як визначається марка розчину?

7. Які стадії руйнування відбуваються в муруванні при завантаженні її зовнішньою силою?

8. Що таке армокам’яні конструкції?

9. Як визначається міцність мурування на стиск? Охарактеризуйте формулу Л.А.Оніщика.

10. Як визначається міцність мурування на розтяг? Основні міцносні параметри на розтяг.