Монолитные рамы (железобетонные).

В одноэтажных и многоэтажных зданиях в качестве несущей конструкции может быть использована железобетонная монолитная рама. Одноэтажные рамы могут быть использованы в качестве диафрагм жёсткости для тонкостенных пространственных конструкций (оболочек). Одноэтажные рамы могут выполняться с прямолинейным ригелем, с пролётом от 12-15м. Ломаные ригели используются при пролётах от 15-18м. Криволинейные ригели без затяжки используются при пролётах от 12-18м, с затяжкой от 18-24м и более.

С криволинейными поясами используются чаще в качестве диафрагм жёсткости. Для оболочек наличие затяжки способствует уменьшению горизонтальных перемещений верха стоек рамы. Тем самым приводит к уменьшению изгибающего момента и поперечных сил в стойке и в ригеле. Соединение ригеля со стойкой - жёсткое. Соединение стойки с фундаментом может быть жёстким, а может быть шарнирным.

Жёсткое соединение передаёт на фундамент изгибающий момент, поперечную и продольную силу, что вызывает увеличение размеров фундамента (рис.1 а, б, д).

Шарнирное соединение не передаёт изгибающий момент на фундамент, но увеличивает усилия, возникающие в стойке и ригеле, поэтому шарнирное соединение используется при слабых грунтах (рис.1 в, г), а в основном используется жёсткое соединение.

Эпюры изгибающих моментов с различной формой ригеля и с различным соединением с фундаментом имеют вид:

Рис.1. Эпюры изгибающих моментов.

Рама является распорной конструкцией, т.е. возникают горизонтальные усилия (см. рис.1.д). При наличии распорки горизонтальные усилия воспринимаются затяжкой (распоркой). При её отсутствии распор передаётся на фундамент, и форма фундамента имеет развитие в плоскости действия распора.

Виды фундамента приведены на рис.2, площадь сечения фундамента развита в плоскости действия момента.

а)

б)

Рис.2. Железобетонные рамы: а) бесшарнирная, монолитная; б) бесшарнирная, сборная из семи элементов; в) предварительно напряжённая, сборная из трёх элементов.

Ригель рамы армируют как балку, жёстко заделанную на опоре, при этом часть пролётной арматуры переводят в зону отрицательных моментов приопорной зоны и заводят в стойку. Стойки армируют как центрально сжатые (если средняя стойка), или как внецентренно сжатые элементы (если крайняя стойка). Часть продольных рабочих стержней стойки заводят в ригель (см. рис. 3).

Рис.3.а) Сопряжение ригеля с колонной; б) сечения элементов рамы.

Узел сопряжения ригеля с колонной армируется, в соответствии с возникающим в нём изгибающем моменте. Во внутреннем угле возникает отрицательный изгибающий момент, а максимальный положительный на некотором расстоянии от внешнего угла. Для восприятия отрицательного момента во внутреннем угле устраивают вут (утолщение бетона), а во внешнем угле, в зоне действия максимального изгибающего момента арматуру закругляют (рис. 4.а). В зависимости от значения зоны действия изгибающих моментов узел армируют: усиленными поперечными стержнями с меньшим шагом (см. рис. 4.б) или установкой дополнительных каркасов (см. рис. 4.в).

Рис.4 Карнизные узлы ж/б рам.

а- картина напряженного состояния узла; б- принцип армирования; в- узел монолитной рамы, армированный сварным каркасом; в- то же отдельными стержнями; д- сборно-монолитный узел; г- узел предварительно напряженной рамы; 1- растянутая зона;

2- сжатая зона.

В коньковом узле, где имеется перелом ригеля, усилия в нижней растянутой зоне создают равнодействующую, направленную по биссектрисе входящего угла, под действием которой арматура нижней зоны стремится выпрямиться и выколоть бетон. Поэтому если входящий , то нижнюю арматуру допускается перегибать, если , то нижнюю растянутую арматуру устанавливают с перепуском заводя в ригель не менее чем на 30 диаметров продольной перепускаемой арматуры и усиливают поперечными стержнями, которые исполняют роль анкеровки (рис. 5. а, б, в). Армирование конькового узла приведено на рис. 5. г, д, е.

Рис.5 Коньковые узлы монолитных ж/б рам

а- схема усилий в узлах; б, в- принципиальные схемы армирования узлов при входящих углах

α > 160 и α < 160; г- армирование отдельными стержнями; д- армирование сварными каркасами; е- смешанное армирование; I- сжатая зона; II-растянутая зона; 1- соединительные

2, 3- шпильки и хомуты; 4, 5- нижние стержни.

Жёсткий узел соединения стойки с фундаментом выполняется с перепуском продольной арматуры стоек в фундамент (см. рис. 6.д).

Шарнирный узел конструктивно выполняется путём уменьшения сечения бетона стойки до 30-50% от площади. Полученные подрезы заполняются упругими прокладками, а продольная сила передаётся за счёт вертикальных или перекрещивающихся стержней, площадь которых определяется расчётом на действие этой продольной силы. Узел приведён на рис. 6 а, б, в, г.

Рис.6 Опорные узлы ж/б рам с несовершенными шарнирами в виде

а- вертикальных стержней(при больших осевых усилиях, около 500…600 кН)

б- перекрещивающихся стержней (при усилии до 1200кН); в, г- обоймы из спиралей (при

больших усилиях); д- жесткая заделка стоек; 1- упругая прокладка.

В многоэтажных рамах в местах соединения ригеля с колонной так же осуществляют заведение продольных стержней в соответствии с эпюрами и усиление поперечными стержнями, (рис. 7).

Рис.7 Армирование сопряжения ригеля со стойкой

а- в случае, когда расстояние до наружной арматурных стержней стойки больше L_an

б- то же, когда меньше; в- вариант усилия анкеровки растянутых стержней ригеля шайбой.

Примечание к рисунку 7:

Длина анкеровки выполняется расчётом и с учётом конструктивных требований.