Стропильные конструкции

4.2.1 Балки покрытий.

Железобетонные стропильные балки применяются для перекрытия пролетов 6, 9, 12 и 18 м. При больших пролетах они уступают фермам по технико-экономическим показателям (таблица 2).

По своему очертанию балки бывают двускатными, односкатными, с параллельными поясами, с ломаным или криволинейным очертанием поясов (рисунок 6). Очертание балки принимается по заданию.

а- с параллельными поясами; б- двускатная

Рисунок 6 – Балки покрытий пролетом 18 м

Наиболее экономичным является двутавровое и тавровое поперечное се­чение балок с вертикальной стенкой, толщину которой (60…100 мм) устанавливают из 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. В двускатных балках высоту сечения у опор в большинстве случаев принимают 800 или 900 мм. Уклон верхнего пояса составляет 1: 12.

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 назначают в пределах 250…300 мм. Балки выполняют из бетона класса С 20/25…С 40/50 и армируют предварительно - напряженной проволочной, стержневой или канатной арматурой, с характеристиками напрягаемой арматуры (приложение Д, таб. Д.2).

Балки покрытия рассчитывают как свободнолежащие на двух опорах. Нагрузка на них передается от панелей покрытия через ребра, т.е. сосредоточенно. Однако, если таких сил пять и более, то нагрузку заменяют равномерно распределенной. Расчет балки ведут по методу предельных состояний как для обычного изгибаемого элемента таврового или двутаврового сечения.

Для балок с параллельными поясами расчетное по моменту сечение находится в середине пролета. В двускатных балкахтакое сечение находится в месте, где эпюра материалов наиболее близко подходит к эпюре изгибающих моментов (минимальный запас прочности). Расстояние x от опоры до расчетного сеяния можно найти из совместного решения уравнения изгибающих моментов и эпюры материалов. При уклоне верхнего пояса 1: 12 x =0, 37∙ l _eff. В общем случае х =(0, 35…0, 4)∙ l _eff.

При действии сосредоточенных сил вблизи середины пролета, например, под стойкой фонаря или в месте подвески крана, расчет­ным может оказаться сечение под силой.

По моменту в расчетном сечении M_x=q∙ x∙ (l _eff - x)/2 определяют необходимое количество продольной предварительно - нап­ряженной арматуры, которую располагают в нижнем поясе. Стенку балки армируют сварными каркасами.

Поперечную арматуру определяют из расчета прочности наклонных сечений на действие поперечной силы у опор (в месте измене­ния толщины стенки и в месте опирания первой плиты покрытия).

Балки рассчитывают также по образованию, раскрытию и закрытию трещин в зависимости от категории требований к трещиностойкости и по деформациям. Рассчитывают также прочность и трещиностойкость балок в стадии изготовления, транспортирования и мон­тажа.

Числовой пример расчета балки изложен в [6, 8].

Таблица 2 – Технико-экономические показатели двускатных балок покры тий пролетом 18 м при шаге 6 м

4.2.2 Фермы.

При пролетах 18, 24 и 30 м в качестве ригеля целесообразно использовать железобетонные фермы. При больших пролетах выгоднее применять стальные фермы, технико-экономические показатели приведены в таблице 3.

По своему очертанию фермы могут быть сегментными, арочными, полигональными - с параллельными поясами или с ломаным поясом, треугольными.

В курсовом проекте предусмотрен расчет сегментной фермы или фермы с параллельными поясами (рисунок 7).

а- сегментная; б- с параллельными поясами;

1 – нижний пояс; 2 – верхний пояс; 3 – раскосы; 4 – стойки.

Рисунок 7 – Стропильные фермы пролетом 24 м

Высоту ферм в середине пролета принимают (1/7…1/9)∙ l.

Панели верхнего пояса ферм проектируют размером 3 мс тем, чтобы нагрузки от плит покрытия передавались в узлах и не воз­никал местный изгиб пояса фермы. Ширину верхнего пояса назнача­ют из условия опирания панелей покрытия: для панелей 3× 6 м b^´ ≥ 200 мм (200...250 мм); для панелей 3× 12 м b^´ ≥ 250 мм (300...350 мм). Размеры нижнего пояса назначают из условия размещения напрягаемой арматуры не менее 200× 160 мм. Размеры эле­ментов решетки не -менее 150× 100 мм. Ширину сечения поясов из условий удобства изготовления принимают одинаковой.

Фермы рассчитываются на эксплуатационные нагрузки, а также нагрузки, возникающие при изготовлении, транспортировании и монтаже. Нагрузки принимаются сосредоточенными в узлах фермы.

В расчетной схеме раскосной фермы принимает шарнирное сое­динение элементов поясов и решетки в узлах. При расчете безраскосной фермы –жесткое соединение поясов и стоек жесткое. Статический расчет фермы выполняют любым из методов строительной механики. По найденным усилиям производят расчет сечений элементов фермы.

Нижний пояс проектируется предварительно-напряженным с натяжением арматуры, как правило, на упоры и рассчитывается как центрально- растянутый элемент по прочности и трещиностойкости.

Верхний пояс и сжатые элементы решетки армируются ненапрягаемой арматурой в виде сварных каркасов и рассчитываются на прочность при сжатии со случайным эксцентриситетом.

Растянутые элементы решетки рассчитывают по прочности и проверяют ширину раскрытия трещин. При значительных усилиях допускается применять их предварительно -напряженными.

В узах железобетонных ферм для надежной передачи усилий от одного элемента к другому создают специальные уширения – вуты, позволяющие лучше разместить и заанкеровать арматуру решетки. Узлы армируют окаймляющими цельногнутыми стержнями диаметром 10…18 мм и вертикальнами поперечными стержнями диаметром 6…10 мм с шагом 100 мм, объединяя в сварные каркасы. Промежуточные узлы проверяют на надежность заанкерования арматуры поясов и элементов решетки.

Опорный узел фермы 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 сетке.

Числовой пример расчета фермы в [5, 8].

Таблица 3 – Технико-экономические показатели ферм покрытий