Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Практическая работа №3
Расчет плит перекрытий в панельных стен
Определение усилий в панельных стенах с учетом влияния деформаций ползучести и усадки.
В зданиях повышенной этажности в ряде случаев возникают недопустимые по величине трещины в местах сопряжения наружных и внутренних стен. Такие трещины, например, были обнаружены во многих кирпичных зданиях высотой 8 — 9 этажей, наружные стены которых были сложены из керамических блоков, а внутренние-из силикатного кирпича. Аналогичные по характеру трещины возникали в 12-этажных крупноблочных домах в местах сопряжения несущих вентиляционных блоков внутренних стен из тяжелого бетона с блоками наружных стен из керамзитобетона. Такие трещины наблюдаются и в крупнопанельных зданиях, особенно если наружные и внутренние стены выполнены из неодинакового материала.
Чаще всего причиной образования трещин является перераспределение вертикальных нагрузок, между стенами вызванное неодинаковыми нагрузками на них, различиями упругих и пластических деформаций стен, температурно-влажностными воздействиями и неравномерными осадками основания.
Перераспределение вертикальных нагрузок является длительным процессом, который связан с развитием деформаций усадки и ползучести материала стен.
Анализ повреждений конструкций крупнопанельных зданий при различных аварийных случаях показал, что выполняя конструктивные мероприятия, можно восстановить несущую способность панелей и обеспечить их эксплуатационную надежность. Однако хотя строители и производят усиление элементов в соответствии с предписаниями проектных организаций, при этом часто применяются недостаточно обоснованные конструктивные решения. В одних случаях они разработаны с излишним запасом и требуют большого расхода материалов и трудозатрат, а в других - недостаточно эффективны. Поэтому так часто применяются металлические или железобетонные обоймы, которые помимо высокой стоимости и трудозатрат уменьшают жилую площадь.
В ряде стран при ремонте различных железобетонных конструкций применяется метод инъекции в трещины клеящих эпоксидных составов. Имеется и подобный отечественный опыт, примененный при восстановлении уникальных зданий и сооружений. Но широкого распространения этот метод не получил из-за несовершенства применяемого оборудования и специфики трещинообразования в панелях. В ряде случаев, чтобы заполнить эпоксидным составом полости трещины, создают искусственное ее раскрытие, что является весьма трудоемким процессом.
Поэтому предлагаемые методы усиления панелей, поврежденных трещинами, позволяющие восстановить эксплуатационные свойства и несущую способность элементов конструкций, должны быть просты, технологичны в исполнении при минимальных затратах.
Предлагаемый способ усиления конструкций, поврежденных трещинами, отвечает этим требованиям; он экономичен и менее трудоемок по сравнению с многими методами усиления элементов конструкций крупнопанельных зданий.
1. Кирпичные стены из полнотелого кирпича толщиной 510 мм образуют замкнутое помещение с размерами 5х5 м, на стены будет опираться монолитная железобетонная плита, ширина опорных площадок 250 мм. Таким образом полный размер плиты 5.5х5.5 м. Расчетные пролеты l1 = l2 = 5 м.
2. Монолитная железобетонная плита кроме своего веса, прямо зависящего от высоты плиты, должна выдерживать еще и некую расчетную нагрузку. Хорошо, когда такая нагрузка известна, например, по плите высотой 15 см будет выравнивающая цементная стяжка толщиной 5 см, на стяжку будет уложен ламинат толщиной 8 мм, а на напольное покрытие из ламината будет ставиться мебель с соответствующими размерами вдоль стен общим весом 2000 кг (вместе с содержимым), а посредине помещения будет иногда стоять стол с соответствующими размерами весом в 200 кг (вместе с выпивкой и закуской), а за столом будет сидеть 10 человек общим весом 1200 кг, вместе со стульями. Но такое бывает очень редко, а если точнее, то почти никогда, потому как предусмотреть все возможные варианты и комбинации нагрузок на перекрытие могут только великие прорицатели. Нострадамус никаких заметок по этому поводу не оставил, поэтому обычно при расчетах пользуются статистическими данными и теорией вероятности. А эти данные говорят, что обычно рассчитывать плиту в жилом доме можно на распределенную нагрузку qв = 400 кг/м2, в этой нагрузке есть и стяжка и напольное покрытие и мебель и гости за столом. Эту нагрузку можно условно считать временной, так как впереди могут быть ремонты, перепланировки и прочие неожиданности, при одна часть этой нагрузки является длительной, а другая часть - кратковременной. Так как соотношения длительной и кратковременной нагрузки мы не знаем, то для упрощения расчетов просто будем считать ее временной нагрузкой. Так как высота плиты нам пока не известна, то ее можно принять предварительно, например h = 15 см, и тогда нагрузка от собственного веса монолитной плиты будет составлять приблизительно qп = 0.15х2500 = 375 кг/м2. Приблизительно потому, что точный вес квадратного метра железобетонной плиты зависит не только от количества и диаметра арматуры, но и от размеров и породы крупного и мелкого наполнителей бетона, от качества уплотнения и других факторов. Эта нагрузка является постоянной, изменить ее смогут только антигравитационные технологии, но таковых пока не наблюдается. Таким образом суммарная распределенная нагрузка на нашу плиту составит:
q = qп + qв = 375 +400 = 775 кг/м2
Требуется:
Подобрать сечение арматуры.
Если бы наша плита опиралась только на 2 стены, то такую плиту можно было бы рассматривать как балку на двух шарнирных опорах (ширину опорных площадок пока не учитываем), при этом ширина балки для удобства расчетов принимается b = 1 м.
Однако в данном случае у нас плита опирается на 4 стены. А это значит, что рассматривать одно поперечное сечение балки относительно оси х недостаточно, ведь мы можем рассматривать нашу плиту также как балку относительно оси z. А еще это означает, что сжимающие и растягивающие напряжения будут не в одной плоскости, нормальной к оси х, а в двух плоскостях. Если рассчитывать балку с шарнирными опорами с пролетом l1 относительно оси х, то получится, что на балку действует изгибающий момент m1 = q1l12/8. При этом на балку с шарнирными опорами с пролетом l2 будет действовать точно такой же момент m2, так как пролеты у нас равны. Но расчетная нагрузка у нас одна:
q = q1 + q2
и если плита квадратная, то мы можем допустить, что:
q1 = q2 = 0.5q
и тогда
m1 = m2 = q1l12/8 = ql12/16 = ql22/16
Это означает, что арматуру, укладываемую параллельно оси х, и арматуру, укладываемую параллельно оси z, мы можем рассчитывать на одинаковый изгибающий момент, при этом момент этот будет в два раза меньше, чем для плиты, опирающейся на две стены. Таким образом максимальный расчетный изгибающий момент составит:
М = 775 х 52/16 = 1219.94 кгс·м
2. Подбор сечения арматуры.
Рассчитать сечение арматуры как в продольном, так и в поперечном направлении можно по любой из предлагаемых методик (по старой методике, по новому СНиПу, другим способом), результат будет приблизительно одинаковым. Но при использовании любой из методик необходимо помнить о том, что высота расположения арматуры будет разная, например, для арматуры, располагаемой параллельно оси х, можно предварительно принять h01 = 13 см, а для арматуры, располагаемой параллельно оси z, можно предварительно принять h02 = 11 см, так как диаметра арматуры мы пока не знаем.
По старой методике:
А01 = M/bh201Rb = 1219.94/(1·0.132·1170000) = 0.0617
А02 = M/bh201Rb = 1219.94/(1·0.112·1170000) = 0.08617
Теперь по вспомогательной таблице 1(170):
мы можем найти η1 = 0.967 и ξ1 = 0.066. η2 = 0.956 и ξ2 = 0.091. И тогда требуемая площадь сечения арматуры:
Fa1 = M/ηh01Rs = 1219.94/(0.967·0.13·36000000) = 0.0002696 м2 или 2.696 см2.
Fa2 = M/ηh02Rs = 1219.94/(0.956·0.11·36000000) = 0.000322 м2 или 3.22 см2.
Если мы для унификации примем и продольную и поперечную арматуру диаметром 10 мм и пересчитаем требуемое сечение поперечной арматуры при h02 = 12 см,
А02 = M/bh201Rb = 1219.94/(1·0.122·1170000) = 0.0724, η2 = 0.963
Fa2 = M/ηh02Rs = 1219.94/(0.963·0.12·36000000) = 0.000293 м2 или 2.93 см2.
то для армирования 1 погонного метра мы можем использовать 4 стержня продольной арматуры и 4 стержня поперечной арматуры. Таким образом получится сетка с ячейкой 250х250 мм. Площадь сечения арматуры для 1 погонного метра составит 3.14х2 = 6.28 см2. Подбор сечения арматуры удобно производить по таблице 2 (см. ниже). На всю плиту потребуется 40 стержней длиной 5.2-5.4 метра. Также для армирования плиты можно использовать 6 стержней продольной арматуры и 6 стержней поперечной арматуры диаметром 8 мм. Площадь сечения арматуры для 1 погонного метра составит 3.02х2 = 6.04 см2. Размеры ячейки при этом будут ~ 167х167 мм.
Это был простой расчет (даже если Вам так не кажется), его можно усложнить с целью уменьшения количества арматуры. Так как максимальный изгибающий момент действует только в центре плиты, а при приближении к опорам-стенам момент стремится к нулю, то остальные погонные метры кроме центральных можно армировать арматурой меньшего диаметра (размер ячейки для арматуры диаметром 10 мм увеличивать не стоит, так как наша распределенная нагрузка является в достаточной степени условной) или увеличивать шаг арматуры (для арматуры диаметром 8 мм). Для этого нужно определять значения моментов на каждом следующем погонном метре и определять для каждого погонного метра требуемое сечение арматуры и размер ячейки. Но все равно конструктивно использовать арматуру с шагом более 250 мм не стоит, поэтому экономия от таких расчетов будет не большой.
Примечание: существующие методики расчета плит перекрытия, опирающихся по контуру, для панельных домов предполагают использование дополнительного коэффициента, учитывающего пространственную работу плиты (так как под воздействием нагрузки плита будет прогибаться) и концентрацию арматуры в центре плиты. Использование такого коэффициента позволяет уменьшить сечение арматуры еще на 10-15%, однако для железобетонных плит, изготавливаемых не на заводе, а на стройплощадке, использование дополнительного коэффициента я считаю не обязательным. Во-первых, потребуются дополнительные расчеты на прогиб, на раскрытие трещин, на процент минимального армирования. А во-вторых, чем больше арматуры, тем меньше будет прогиб посредине плиты и тем проще его будет устранить или замаскировать при финишной отделке.
Как проверить процент армирования и соблюдение граничных условий, рассказывается отдельно, здесь на этом останавливаться не буду.