Реферат: Сборные железобетонные ребристые плиты перекрытия

Сборные железобетонные ребристые плиты перекрытия

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Начиная с пятидесятых годов прошлого века сборные железобетонные конструкции, являются основными в строительстве промышленных и гражданских зданий. В настоящее время, в связи с возрастающими объемами технического перевооружения и реконструкции существующих зданий и сооружений, становятся актуальными вопросы оценки технического состояния конструкций эксплуатируемых объектов и применения соответствующих методов их восстановления или усиления. Необходимость оценки технического состояния конструкций возникает также и в каждодневной деятельности служб эксплуатации промышленных предприятий при решении вопросов о возможности дальнейшей эксплуатации, о необходимости выполнения усиления или ремонтных мероприятий.

Как показывает опыт обследований эксплуатируемых зданий с железобетонными конструкциями, одним из наиболее распространенных повреждений является нарушение сцепления арматуры с бетоном (до 60% от общего количества поврежденных конструкций), причем в наибольшей степени оно характерно для наиболее массовых изгибаемых элементов - плит, ригелей. Причинами нарушения сцепления являются: коррозия арматуры, сколы защитного слоя бетона, нарушение его структуры вследствие температурно-влажностных воздействий.

Наиболее широко распространенным способом усиления ребристых плит при нарушении сцепления арматуры с бетоном является установка дополнительной арматуры в растянутую зону. Такое усиление осуществляется при действии значительной доли нагрузки, так как полная разгрузка конструкций является затруднительной.

Большой вклад в разработку методов оценки несущей способности изгибаемых железобетонных строительных элементов с нарушенным сцеплением, разработку методов усиления и расчета железобетонных строительных конструкций внесли А.И. Бедов, В.М. Бондаренко, C.B. Бондаренко, А.П. Васильев, A.A. Гвоздев, В.В. Гранев, А.Г. Гиндоян, A.C. Залесов, В.А. Кайменко, В.А. Клевцов, Э.Н. Кодыш, А.Н. Мамин, Н.М. Онуфриев, Т.М. Пецольд, А.И. Попеско, Б.С. Попович, А.Г. Ройтман, P.C. Санжаровский, Г.М. Спрыгин, H.H. Трёкин, В.Б. Филатов, Е.Р. Хило и др.

Однако количественная оценка влияния нарушения сцепления арматуры с бетоном (из-за коррозии рабочей арматуры) на прочность и деформативность изгибаемых железобетонных элементов, выявлена недостаточно полно. В действующем СНиП 52-01-2003 отсутствует экспериментальная методика определения несущей способности и жесткости конструкций с нарушенным сцеплением арматуры с бетоном. Обзор экспериментальных и теоретических исследований показал, что отсутствие сцепления может снижать прочность, а также всегда снижает трещин стойкость и увеличивает деформативность. Практически все экспериментальные данные получены на моделях железобетонных конструкций с прямоугольным сечением, средним процентом армирования и искусственно нарушенным сцеплением, которые не полностью соответствуют конструкциям с дефектами, полученными в ходе эксплуатации, тогда как автором выявлено, что наибольшее количество зафиксированных ( дефектов встречаются в железобетонных плитах покрытий и перекрытий имеющих малый процент армирования.

Целью работы является совершенствование методов расчета "прочности и декоративности железобетонных плит перекрытий, опертых по трем и четырем сторонам, и разработка алгоритма программы автоматизированного расчета и конструирования плит, и  также исследование механизма влияния нарушения сцепления арматуры с бетоном на прочность железобетонных ребристых плит, разработка методики определения фактической несущей способности и жесткости, а также оценка эффективности усиления поврежденных плит установкой предварительно напряженных затяжек в растянутой зоне.

В соответствии с целью работы решались следующие задачи:

- проверить достоверность существующих нормативных методик расчета железобетонных плит на основании анализа опубликованных результатов экспериментальных исследований; выявить недостатки методик расчета;

- оценка применимости современных методов расчета жесткости и несущей способности ребристых плит при указанных выше повреждениях;

- разработка методики поверочного расчета прочности и жесткости нормальных сечений эксплуатируемых ребристых плит с частичным и полным нарушением сцепления арматуры с бетоном;

Общие сведения

Перекрытия являются одновременно несущими и ограждающими элементами зданий.

Они воспринимают постоянные и временные нагрузки от собственного веса, перегородок, оборудования, мебели, людей и передают их вертикальным опорам.

Перекрытия вместе тем являются горизонтальными диафрагмами, связывающими между собой вертикальные несущие конструкции и обеспечивающие устойчивость здания в целом.

Кроме того, перекрытия подвергаются также воздействиям, связанным с эксплуатацией здания (эксплуатационная влага, ударный и воздушный звук и т.д.)

Перекрытия наряду со стенами являются основными структурными частями здания и в значительной степени определяют уровень его экономичности.

Удельный вес стоимости перекрытий и полов составляет около 20-25% от общей стоимости здания, трудоемкость устройства перекрытий достигает 20%  общей трудоемкости возведения здания.

К перекрытиям предъявляются следующие основные требования:

- прочность, т. е. способность безопасно выдерживать все действующие на них нагрузки;

- жесткость;

- индустриальность;

- экономичность,  как  по  первичной  стоимости,  так  и по эксплуатационным затратам;

- достаточные звукоизоляционные свойства

Чердачные перекрытия, перекрытия над подпольями и не отапливаемыми подвалами должны обладать также достаточными теплозащитными свойствами.

В зависимости от назначения помещений к ограждающим их перекрытиям могут предъявляться и специальные требования:

- водонепроницаемость (например, в саунах, банях, прачечных и др.);

- несгораемость  (например,  в  кинопроекционных  и  других  пожароопасных помещениях);

- газонепроницаемость (например, над котельными).

Перекрытия состоят из несущей части, передающей нагрузку на стены или отдельные опоры, и ограждающей, в состав которой входят полы и потолки.

Перекрытия, в зависимости от материала их основных несущих элементов подразделяются на деревянные, железобетонные и перекрытия по стальным балкам.

Перекрытия по деревянным балкам применяются в деревянных зданиях. В каменных, область применения ограничена зданиями не выше четырех этажей.

Железобетонные перекрытия отличаются от деревянных большей долговечностью, прочностью и жесткостью. От перекрытий по стальным балкам - малым расходом метала.

Железобетонные перекрытия разделяются на:

- сборные, монтируемые из готовых элементов заводского изготовления;

- монолитные, бетонируемые в опалубке на месте возводимой конструкции.

Монолитные перекрытия применяются при строительстве крупных уникальных зданий в случаях, когда формы и размеры помещений, величина и характер нагрузок и др. обстоятельства не позволяют использовать типовые элементы заводского изготовления.

Перекрытия со стальными балками требуют большего расхода ценного материала - стали. В настоящее время в массовом гражданском строительства применяются редко.

Железобетонные перекрытия

Железобетонные перекрытия выполняются сборные и монолитные.

Сборные железобетонные перекрытия

Они в наибольшей степени удовлетворяют требованиям комплексной механизации строительства зданий, дают возможность уменьшить трудоемкость работ, резко сократить сроки строительства.

По виду основных несущих элементов они подразделяются на балочные и панельные.

Балочные перекрытия состоят из балок, межблочного заполнения и пола.

Балки применяются таврового профиля. Глубина опирания концов балок на стены или прогоны принимается не менее 150 мм. Для повышения устойчивости стен концы балок на опорах закрепляются при помощи стальных анкеров.

Легкобетонные двух пустотные вкладыши - из бетона М = 75, применяются в перекрытиях, собственный  вес и полезная нагрузка которых не превышает 850 кг/м2.

Не несущие  плиты  наката изготовляются  из  гипсобетона или  легкого  бетона М = 75 и армируются деревянным реечным каркасом.

Несущие плиты наката изготавливаются из легкого бетона М = 100, армируются сварными и стальными сетками. В помещениях с повышенной влажностью воздуха (свыше 70%) они не применяются.

При раскладке балок пользуются шаблонами.

Эти перекрытия отличаются малым весом монтажных элементов, применяются в тех случаях, когда на строительстве отдельных зданий нет мощных подъемно-транспортных механизмов.

Достоинствами являются долговечность, несгораемость отсутствие необходимости в древесине, возможность использования местных материалов.

Недостатки: значительные затраты труда и неизбежность мокрых процессов на строительстве, а также относительно большой собственный вес.

Предварительно напряженные железобетонные плиты-настилы 2Т изготовляют для пролетов 9, 12 и 15 м. Ширина плит- настилов ТТ-9 - 1.5 м; ТТ-12 и ТТ-15 - 3 м.

Высота продольных ребер плит - настилов ТТ-9 - 400 мм; ТТ-12 - 600 мм; ТТ-15 - 750мм. Для пролетов 18 м предусмотрено изготовление плит - настилов 2Т шириной 3 м с высотой продольных ребер 900мм.

Компоновка сборных ребристых перекрытий

Назначение основных размеров сборных элементов

Сборные ребристые перекрытия состоят из несущих балок, называемых прогонами, или главными балками, на которые укладываются сборные панели той или иной конструкции (рис. 1).

Прогоны в свою очередь опираются на наружные стены и про-межуточные колонны. Расположение прогонов в плане может быть различным в зависимости от очертания и размеров помещения, а также технологических требований. Однако в сборном перекрытии прогоны предпочтительно располагать поперек здания, так как, будучи связанными с колоннами, они образуют рамную конструкцию, тем самым увеличивая общую жесткость здания.

Размещение колонн в плане следует увязывать с расположением стен и перегородок. Оси колонн желательно располагать на продолжении входящих углов здания.

Не рекомендуется принимать такие схемы расположения балок

назначать такие их размеры, при которых в каждом пролете на прогон укладываются только две сборные панели. Обычно на каждый прогон опираются три и более панелей.

Пролеты прогонов lгл промышленных зданий зависят от на-значения сооружения, его компоновки, высоты помещения, действующей на перекрытие нагрузки, и принимается обычно 6–9 м. Высота поперечного сечения прогона hгл составляет (1/8–1/12)

lгл, а ширина (0,4–0,5) hгл.

Рис. 1. Конструктивная схема сборного ребристого перекрытия

1 — прогон; 2 — колонна; 3 — сборные панели; 4 — пол; 5 — стена

Длина панели без предвари-тельного напряжения 4,0–6,0 м, ширина — 1,0–3,0 м. Панели длиной 9–12 м изготовляются из предварительно напряженного железобетона.

Выбор длины l и ширины b панели тесно связан с расстановкой колонн и направлением укладки прогонов.

Ребристые панели могут быть уложены на прогон либо сверху, либо на специальные консольные выступы-полочки

а)

б)

Рис. 2. Схемы отпирания сборных панелей на прогоны: а — отпирание сверху на прогон; б — отпирание на консольные выступы прогона

1 — панель; 2 — прогон

шириной не менее 10 см, устраиваемые на боковых гранях прогона (рис. 2).

Укладывать панели сверху прогонов можно на консольные вы-ступы с вкладышами между колоннами или без них (рис. 3). Каждому из этих способов укладки присущи свои достоинства и недостатки, но предпочтительнее второе решение.

           а)                                                                       б)

Рис. 3. Расположение сборных панелей на перекрытии при различных схемах опирания их на прогоны: а — отпирание сверху; б — отпирание на консольные выступы

1 — панель; 2 — прогон; 3 — вкладыш; 4 — колонна

Между сборными элементами должны быть предусмотрены зазоры в стыках и примыкании друг к другу. Между панелями настила величина зазоров назначается 0,5–1 см, а между балка и колоннами — 2–3 см, которые после установки элементов на место обналичиваются цементным раствором

Размеры панелей должны назначаться в соответствии с габаритами и предельной грузоподъемностью оборудования завода — изготовителя, транспортных средств и монтажных механизмов.

При этом нужно ориентироваться на укрупнение элементов до предельных значений, допускаемых по условиям изготовления, транспортировки и монтажа. Если специальные указания об этих условиях отсутствуют, то грузоподъемность кранов может быть принята равной 3 или 5 т. Следовательно, вес элементов сборного перекрытия должен быть близким к этим значениям.

При разбивке перекрытия на сборные элементы необходимо стремиться к тому, чтобы количество различных типов элементов было минимальным

Взяв из конструктивной схемы перекрытия (см. рис. 1 и 3) размеры длины и ширины панели, следует уточнить ее конструкцию, назначить размеры поперечных сечений элементов, что необходимо для подсчета собственного веса панели.

промышленном строительстве широкое распространение получили ребристые панели с ребрами вниз без предварительного напряжения. Рассмотрим последовательность расчета и проектирования таких панелей.

Ребристая панель с ребрами вниз представляет собой коробчатый элемент, состоящий из двух продольных ребер, связанных между собой монолитной плитой, которая усилена рядом поперечных ребер-диафрагм (рис. 4).

Минимальная толщина плиты (полки) h пол в ребристых панелях

ребрами вниз составляет 5 см. При больших нагрузках (до 25 кН/м2)

толщина полки может достигать 8–10 см. В любом случае толщина

Рис. 3. Схема ребристой панели с ребрами вниз

1 — плита панели; 2 — диафрагмы; 3 — продольное ребро

Ширина диафрагмы назначается из конструктивных соображений: по низу 4–6 см, по верху 8–10 см. Высота продольных ребер (h_р = h_пан) назначается (1/15–1/20)l_пан, а ширина соответственно (0,2–0,3)h_р. Следует отметить, что все размеры элементов панели округляются до сантиметра.

Месторасположение поперечных ребер — диафрагм панели выбирается таким образом, чтобы торцевые и средние участки плиты были бы примерно одинаковыми и, кроме того, отношение сторон (l_у/l_х) было бы близко к единице. В этом случае каждый участок плиты будет работать в двух направлениях как плита, опер-тая по контуру.

Расчеты показывают, что 65 % общего количества железобетона при сооружении сборных перекрытий идет на изготовление сборных панелей. Поэтому назначение оптимальных, экономически оправданных размеров элементов панелей имеет большое значение для уменьшения стоимости всей конструкции, снижения ее веса и расхода материалов.