Монолитные безбалочные перекрытия (МБП)

Лекция №

Безбалочные перекрытия

Вопросы:

1. Монолитные безбалочные перекрытия:

А)конструктивная схема и типы капителей;

Б) расчет плиты на продавливание;

в) характер работы и принцип армирования; б/балочного

Перекрытия;

Г) расчет МБП по методу предельного равновесия

Сборные безбалочные перекрытия

Новые конструктивные решения сборно-монолитных безбалочных перекрытий

Монолитные безбалочные перекрытия (МБП)

В конструктивном отношении МБП представляет сплошную плоскую плиту, опертую на колонны с капителями (рис. 1). Назначение капителей:

Рис.1. Фрагмент монолитного безбалочного перекрытия

Рис. 2. Конструктивная схема МБП

· уменьшить расчетный пролет плиты и, тем самым, изгибающие моменты в ней;

· повысить прочность плиты на продавливание по периметру капители;

· увеличить жесткость сопряжения колонны с плитой.

Крайние опоры плиты б/балочных перекрытий могут выполняться различным образом (рис. 3).

Рис. 3. Опирание плиты МБП на крайнюю опору

МБП широко применяются в промышленных и гражданских зданиях: для перекрытия холодильников, мясокомбинатов, многоэтажных складов, подземных резервуаров, метро – там, где предъявляются повышенные санитарно-гигиенические требования (в отличие от МРП здесь получается гладкий потолок). Обычно проектируют под нагрузки от 6 до 30 кН/м². При нагрузке менее 6 кН/м² возможно б/балочное перекрытие без капителей (жилые здания каркасного типа из монолитного железобетона). При нагрузках 10 кН/м² б/балочные перекрытия экономичнее ребристых. Сетка колонн обычно квадратная 6´ 6 м (наиболее экономичная), но может быть и квадратной со стороной до 9 м или прямоугольной с соотношением сторон .

МБП по сравнению с МРП имеют преимущества:

- меньшая строительная высота;

- меньшая сложность выполнения работ по устройству опалубки, по армированию и бетонирование;

- отсутствие ребер на потолке, что удешевляет отделочные работы и улучшает сан/гигиен. условия эксплуатации.

Толщину б/б плиты принимают из условия необходимой ее жесткости в пределах где - размер большего пролета плиты при прямоугольной сетке колонн.

Обычно в МБП применяют капители трех типов (рис. 4): тип I - при

Рис. 4. Типы капителей

нагрузках до 10 кН/м²; тип II и III – свыше 10 кН/м². Размеры в плане и очертание капителей подбирают так, чтобы обеспечить прочность плиты на продавливание по периметру капители.

· Расчет плиты на продавливание. Полагают, что продавливание может произойти по поверхности пирамиды, боковые грани которой наклонены под углом 45° к вертикали (рис. 5).

Рис. 5. К расчету плиты на продавливание:

а – по периметру капители; б – на сосредоточенную нагрузку 1, 0 – 1, 5 кН на площадке 10´ 10 см

Прочность плиты без поперечной арматуры на продавливание будет обеспечена, если на любом расстоянии x (и соответственно y в перпендикулярном направлении) будет соблюдаться условие

, (1)

где - продавливающая сила за вычетом части нагрузки, приложенной к верхнему основанию пирамиды продавливания площадью ; здесь g+v – сумма постоянных и временных нагрузок на перекрытие, кН/м²;

- средний периметр пирамиды продавливания.

· Характер работы МБП и армирование.

Рис. 6. Разбивка безбалочного перекрытия на полосы:

1 – надколонные; 2 – пролетные

Характер работы МБП можно представить, условно разбив его на полосы (рис. 6). Надколонные и пролетные полосы обоих направлений работают на изгиб как многопролетные неразрезные балки шириной l ₁/2

и l ₂/2: надколонные полосы – как балки на жестких опорах, которыми являются колонны, пролетные – как балки на упруго оседающих опорах, которыми являются надколонные полосы ортогонального направления. Изгибающие моменты в надколонных полосах поэтому будут больше, чем в пролетных.

Армирование плиты МБП производится в соответствии с предполагаемым характером работы – на восприятие положительных и отрицательных моментов в надколонных и пролетных полосах – и выполняется раздельно, применяя рулонные или плоские сварные сетки (рис. 7) с рабочими стыками в обоих направлениях. Пролетные моменты воспринимают сетки, уложенные внизу плиты, а опорные – сетки, уложенные в верхней зоне плиты. На опорах надколонных полос в том и другом направлениях действуют отрицательные моменты, поэтому арматуру уста-

Рис. 7. Армирование монолитного безбалочного перекрытия сварными плоскими сетками:

а – армирование надколонной полосы; б – армирование пролетной полосы

навливают в обоих направлениях у верхней грани плиты (рис. 7, а). В пролетах надколонной полосы (между капителями) в ее направлении действуют положительные моменты, а в направлении пролетной полосы – отрицательные, поэтому арматуру в пролетах надколонной полосы устанавливают в обоих направлениях внизу и вверху плиты. Стержни верхних и нижних сеток заводят от середины пролета в каждую сторону: 50% - на 0, 3 l и 50% - на 0, 35 l (рис. 7, сеч. 1-1).

В пролетах пролетных полос в обоих направлениях действуют положительные моменты, поэтому сетки располагают внизу плиты (рис. 7, б). На опорах пролетных полос (над надколонными полосами) действут отрицательные моменты, поэтому рабочую арматуру укладывают по верху полосы.

В капителях по типу I…III обычно растягивающих напряжений не бывает, а сжимающие – всегда меньше допустимых. Поэтому капители армируют конструктивно (рис. 8) для восприятия усадочных и температурных напряжений, а также для обеспечения более надежной и прочной связи плиты с колонной.

Рис. 8. Армирование капителей

Расчет плиты на излом. Производят методом предельного равновесия. В предельной стадии плита рассматривается как система жестких звеньев, соединенных по линиям излома линейными пластическими шарнирами. Наиболее опасными схемами загружения являются: полосовая нагрузка через пролет и сплошная по всей площади плиты.

При полосовом нагружении в перекрытии образуются три параллельных линейных шарнира пластичности (ЛШП) (рис. 9, а): два верхних располагаются нарасстояниях от осей колонн, а третий – на

Рис. 9. Схемы разрушения безбалочного перекрытия:

а – при полосовом нагружении через пролет; б – при сплошном загружении;

1, 2 – раскрытие линейных шарниров пластичности сверху и снизу

нижней поверхности плиты в середине пролета . Изгибающие моменты, действующие в ЛШП на длине : где и - плечи внутренних пар в опорном и пролетном сечениях. При равномерно распределенной нагрузке условие предельного равновесия звеньев плиты можно записать в виде

(2)

где - момент от расчетных нагрузок в свободно опертой балке пролетом и шириной .

При сплошном нагружении безбалочного перекрытия каждая ячейка разделяется пластическими шарнирами на четыре диска (например, АБВГД), которые поворачиваются вокруг опорных ЛШП, расположенных под 45° к рядам колонн (рис. 9, б). Расчет выполняют исходя из условия равновесия моментов всех сил, приложенных к диску АБВГД, относительно ЛШП ВГ. Предельная нагрузка на звено АБВГД составляет

Для квадратной панели , одинаково армированной в обоих направлениях, получаем расчетное уравнение вида

(3)

где - катет прямоугольного треугольника, отламывающегося от капители колонны.

Задаваясь соотношением площадей опорной и пролетной арматуры, получаем в уравнениях (2) и (3) только по одному неизвестному.

«Руководство по расчету статически неопределимых систем» рекомендует учитывать распор, создаваемый колоннами при изломе плиты

(4)

где - высота колонны или расстояние от пола до низа капители. Более подробные сведения об учете распора при расчете плит МБП содержатся в вышеупомянутом Руководстве.

Колонны б/балочного перекрытия рассчитывают на внецентренное сжатие. Изгибающие моменты определяют упрощенным методом. Для средних колонн принимают полосовое загружение перекрытия полезной нагрузкой – через пролет. Узловой момент распределяется пропорционально погонным жесткостям всех элементов, сходящихся в узле:

для верхних (над плитой) колонн

(5)

для нижних (под плитой) колонн

(6)

где v и g – временные и постоянные погонные нагрузки на ригель заменяющей рамы;

- погонные жесткости верхней и нижней колонн; - сумма погонных жесткостей всех элементов, сходящихся в узле.

Нормальные силы в колоннах определяют обычным образом (по грузовой площади).