Разработка сборного железобетонного перекрытия.

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РИГЕЛЯ
3.1 КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА РИГЕЛЯ
Для повышения жесткости каркасов, экономии материалов и уменьшения конструктивной высоты ригель проектируем неразрезными.
Ригель состоит из отдельных сборных железобетонных элементов, объединенных в нераз-резную систему при монтаже.
Предварительно определяем высоту сечения ригеля по формуле:
,
где м- расстояние между разбивочными осями вдоль здания (рис.1);
м - расстояние между разбивочными осями поперек здания (рис.1);
кН/м2- расчетная нагрузка на панель (в формулу подставляем в кН/ м2), табл.1;
м,
Принимаем м.
м,
мм, принимаем м.

Рис.14 Поперечное сечение ригеля
3.2 РАСЧЕТНАЯ СХЕМА РИГЕЛЯ И НАГРУЗКИ
Ригели сборного перекрытия при кирпичных несущих стенах и действии на перекрытие только вертикальных нагрузок рассчитываются как многопролетные неразборные балки с учетом перераспределения усилий. Опирание балки на наружные стены принято шарнир-ным.
Расчетный пролет среднего ригеля равен расстоянию между гранями колонн:
м,
где - размеры сечения колонны (предварительно принимаем 0,3м);
Расчетная постоянная нагрузка на ригель определяется путем умножения постоянной на-грузки на 1м2, подсчитанной при расчете панели, на ширину грузовой площади, равной номинальной длине панели, с учетом веса 1п.м ригеля принятого сечения:
,
м2,
где - площадь поперечного сечения ригеля (рис.14); кН/м3- плотность железо-бетона; - коэффициент надежности по нагрузке табл.1 [2]; кН/м2- расчетная нагрузка от собственного веса панелей и пола табл.1;
- номинальная длина панели, при опирании панели на полки ригеля определяется по формуле: м,
кН/м,
Определим расчетную временную нагрузку на ригель по формуле:
кН/м,
где кН/м2- временная нагрузка табл.1;
Определим полную нагрузку на ригель:
кН/м.

3.3 СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
Изгибающие моменты в сечениях ригеля определяются с учетом перераспределения уси-лий. Подсчет ординат огибающей эпюры производится по формуле:
,
где - изгибающий момент в i-ом сечении; - коэффициент определяемый по данным прил.10 [3]; - расчетный пролет ригеля;
Огибающая эпюра изгибающих моментов представлена на рис.15

Рис.15 Эпюры огибающая M, Q и эпюра материалов
3.4 РАСЧЕТ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ
3.4.1 Исходные данные
Для ригеля принимаем бетон класса B20, арматуру рабочую продольную и поперечную принимаем из арматурной стали класса A-III.
Характеристики бетона представлены в табл.5
Таблица 5 Характеристики бетона
Класс бетона на сжатие Коэффициент условия ра-боты бетона γb2 Расчетные сопротивления для предель-ных состояний, МПа Начальный модуль упру-гости Eb, ГПа
первой группы второй группы
Rb Rbt Rb,set Rbt,set
B20 1 11,50 0,9 15 1,4 24
0,9 10,35 0,81 - -
Характеристики арматуры приведены в табл.3

3.4.2 Расчет прочности нормальных сечений
По максимальному моменту кН/м2 уточняем размеры поперечного сечения риге-ля. Ввиду определения изгибаемых моментов с учетом образования пластических шарни-ров значения коэффициентов и ограничиваются соответственно величинами 0,35 и 0,389 в опорном сечении.
Проверяем условие: ,
,
Определим рабочую высоту сечения ригеля: м,
,
Определяем требуемое сечение арматуры в трех нормальных сечениях 1, 4, 2 (рис.15).
Сечение №1: кН/м2,
Определяем параметры , , по формулам:
,
,
,
Определим требуемую площадь растянутой арматуры по формуле:
см2,
Принимаем 620A-III, см2, стержни объединяют горизонтальный в каркас рас-пределительными стержнями 5Bp-I с шагом мм,


Сечение №4: кН/м2, заранее принимаем расположение арматурных стержней в 2 ряда, м,

,
,
,
см2,
Принимаем 322A-III, см2,

Сечение №2: т.к в сечении отсутствуют отрицательные моменты, принимаем конструк-тивное армирование верней зоны ригеля. Принимаем 110A-III, см2.

3.4.3 Расчет прочности наклонных сечений
Расчет поперечной арматуры ведем для наклонных сечений с максимальной поперечной силой.
Проверка прочности наклонного сечении производится согласно п.3.31, [1] из условия:
,
где - величина поперечной силы, воспринимая хомутами и бетоном в наклонном се-чении;

Из условия свариваемости с продольной арматурой в вертикальных каркасах назначаем минимальный диаметр поперечных стержней , принимаем 4Bp-I см2;
Назначаем шаг поперечных стержней, максимально возможный из конструктивных тре-бований, но не более
м,
где - расстояние от нижней грани до центра тяжести верхней рабочей арматуры;
Предварительно назначаем шаг поперечных стержней и из конструктивных условий (рис.8); где - коэффициент учитывающий влияние вида бетона, принимается равным для тяжелого бетона 2;
мм, принимаем мм;
мм, принимаем мм;
мм, принимаем мм;
Для поперечных стержней, устанавливаемых по расчету, должно удовлетворятся условие:
,
,
где - погонное усилие в поперечных стержнях в пределах наклонного сечения;
- площадь сечения поперечной арматуры;
см2,
здесь - площадь сечения одного стержня поперечной арматуры; - число хомутов в поперечном сечении;
кН/м,
кН/м,
, условие выполняется.

1. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ СБОРНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ

Привязку стен здания их толщину принимаем соответственно 200 и 640 мм (рис.1).
Для обеспечения жесткости здания в поперечном направлении принимаем поперечное расположение ригелей и продольное панелей.
Рис.1 План расположения ригелей и панелей
Номинальную ширину панелей принимаем:
- для плиты П-1 1500 мм;
- для плиты П-1с 1600 мм;
Раскладка панелей показа на рис.1.
Конструктивную ширину панелей назначаем на 20-30 мм меньше номинальной в соответ-ствии с [1], п.5.51.
Опалубочные (конструктивные) размеры принимаем (рис.2) :
- высота ребристой панели 300 мм;
- толщина полки панели 55 мм;

Рис.2 Поперечное сечение панелей перекрытия
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПАНЕЛИ СБОРНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ
2.1 Конструктивная схема
Панели перекрытия опираются на ригель. Панель укладывается на полки ригеля по слою цементно-песчаного раствора (рис.3).

2.2 Расчетная схема и нагрузки на ригель
Поскольку возможен свободный поворот опорных сечений, расчетная схема панели представляет собой статически определимую балку (рис.4), загруженную равномерно распределенной нагрузкой, в состав которой входят постоянная, включающая вес пола и собственный вес панели, и временная.
Нормативную нагрузку от собственной массы панели определяем по формуле: ,
м2,
где кг/м2- плотность железобетона; - площадь поперечного сечения панели по номинальным размерам; - площадь пустот в пределах габарита сечения (рис.3)

Рис.3 Площадь пустот
кН/м2.
Рассчитываем нормативные и расчетные нагрузки (табл.4),
Таблица 1 Нормативные и расчетные нагрузки
Наименование нагрузки На 1м2 панели На 1п. м панели
нормативная, кН/м2 коэффициент надежности расчетная, кН/м2 нормативная, кН/м расчетная, кН/м
Постоян-ная От собственного веса панели 2,28 1,1 2,508 4,013 4,414
От собственного веса конструкции пола 3,0 1,3 3,9 4,8 6,24
Итого 6,408 8,813 10,654
Временная на-грузка Длительно дейст-вующая часть на-грузки 2,2 1,2 2,64 3,52 4,224
Кратковременно действующая часть нагрузки 2,4 1,2 2,88 3,84 4,608
Итого 5,52 7,36 8,832
Всего 11,928 16,173 19,486
В том числе нормативная длительно действующая qндл. 12,333
2.3 Статический расчет
Рис.4 Контруктивные и расчетная схема
где - расчетная длина панели; - длинна полки ригеля 150мм (рис.4); - ширина ри-геля 200мм (рис.4);
м,
Для выполнения расчетов по первой и второй группам предельных состояний вычисляем усилия;
- изгибающий момент от полной расчетной нагрузки:
кНм,
- изгибающий момент от полной нормативной нагрузки:
кНм,
- изгибающий момент от нормативной длительной нагрузки:
кНм,
- поперечная сила от полной расчетной нагрузки:
кН.
2.4 Расчет по I группе предельных состояний
2.4.1 Исходные данные
Панели проектируем из тяжелого бетона классов B20...B30 подвергаемых тепловой обра-ботке при атмосферном давлении.
Принимаем бетон класса B25, характеристики бетона принимаем согласно табл.12,13,18 [1]. Характеристики бетона представлены в табл.2; Таблица 2 Характеристики бетона
Класс бетона на сжатие Коэффициент условия ра-боты бетона γb2 Расчетные сопротивления для предель-ных состояний, МПа Начальный модуль упру-гости Eb, ГПа
первой группы второй группы
Rb Rbt Rb,set Rbt,set
B25 1 14,50 1,05 18,5 1,6 27
0,9 13,05 0,95 - -

Коэффициент условия работы принимаем согласно табл.15 [1]. При расчете по I груп-пе предельных состояний расчетные сопротивления бетона и принимаем с коэф-фициентом условия работы 0,9.
Класс арматуры принимаем согласно указаниям п.2.19, п.2.24 [1]. Характеристики арма-туры принимаем согласно табл.19, 20, 22, 23, 29 [1]. Характеристики арматуры приведены в табл.3
Для рабочих стержней принимаем арматуру класса A-III, для монтажных петель принимаем арматуру класса A-I. Таблица 3 Характеристики арматуры
Класс арматуры, диаметры Расчетные сопротивления для предельных состоя-ний, МПа Модуль упру-гости арматуры Es, ГПа
первой группы второй группы
Rs Rsw Rsc Rbt,set
A-I 225 175 225 235 210

A-III 68мм 355 285 355 390 200
1040мм 365 290 365 390
Для расчете прочности нормальных и наклонных сечений поперечное сечение панели приводится к тавровому сечению (рис.5).
Вводимая в расчет ширина полки приведенного сечения для ребристых панелей не должна превышать:
а) ширину панели поверху мм,
б) , мм,
где мм (рис.5),
Определяем рабочую высоту сечения по формуле:
мм,
где - это расстояние от наиболее растянутого края сечения до центра тяжести растяну-той арматуры панели, рекомендуется принимать в соответствии с назначенной толщиной защитного слоя по п.5.5, [2] для ребристых панелей (расположение арматуры в два ряда по высоте 5060мм).
Рис.5 Приведенное сечение панели
2.4.2 Расчет по прочности нормальных сечений
Расчет по прочности нормальных сечений производим в соответствии с п.3.16, [1]. Пред-полагая, что продольной сжатой арматуры не требуется.
Требуемую площадь сечения растянутой арматуры определяем в зависимости от положе-ния нейтральной оси.
,
=253,22кНм,
кНм,
т.к условие соблюдается нейтральная ось проходит в пределах полки и сечение рассчиты-ваем как прямоугольное с шириной (рис.6)

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции»
2. СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»
3. Железобетонные и каменные конструкции: Учеб. для строит. спец. вузов/В.М. Бондаренко, Р.О. Бакиров, В.Г. Назаренко, В.И. Римшин; Под ред. В.М. Бондарен-ко. 3-е изд., исправл. М.: Высш. Шк., 2004. 876 с.: ил.