Армування і розрахунок безбалковими перекриття

Балки - це необхідний елемент в тих конструкціях з дерева або сталі, які збираються з окремих частин. Без них можна обійтися в монолітних бетонних конструкціях, але в цьому випадку вся конструкція споруди буде менш гнучкою при тій же масі і товщині плит.

Якщо в спорудженні використовуються колони, то без підтримуючих балок вони можуть просто продавити будь-яку плиту і зруйнувати будівлю, саме для таких випадків і були придумані безбалочні перекриття, розрахунок яких і необхідно здійснити.

Вони споруджувалися над колонами з капітеллю (розходиться в сторони верхня частина колони). Винахідником цього рішення став американець орла Норкос ще в 1902 році. У Росії першою будівлею, побудованим за такою технологією професором Лолейтом в 1908 році, був чотириповерховий молочний склад. Оголовники колон в таких конструкціях мали характерну роздуту форму, і тому подібні перекриття носили ще назву «грибоподібні». Таким чином, конструкція безбалкових перекриттів складається з декількох елементів: колон, плит, що спираються на ряди колон (крайніх і проміжних), капітелей і обвязувальних балок.

Різновиди і армування капітелей

Якщо в конструкції не передбачені обвязувальні балки, то крайні колони повинні доповнюватися полукапітелямі (пристінковий). Капітелей на сьогоднішній момент всього три типи - капітель з надкапітельной плитою, пряма капітель (тобто без надкапітельной плити) а маковиці зі зламом. Другий тип капітелі використовують у випадках, коли розрахунок показує, що навантаження порівняно невеликі, інші ж призначені для високих навантажень. Найбільшого поширення набула капітель зі зламом, так як вона здатна витримувати найбільші навантаження, та й архітектурно більш приваблива. Ще в 30-ті роки минулого століття були проведені масштабні дослідження-випробування безбалкових способів перекриття з різного виду капітелями. Ці випробування підтвердили попередній розрахунок і показали, що капітель зі зламом прочней інших типів в середньому на 10%. Саме завдяки цій різниці в СРСР і було рекомендовано використовувати капітель такого типу. Розрахунок розміру капітелей має ту особливість, що фактичні і розрахункові розміри - це не одне і теж. Розрахункова ширина капітелі С - це діаметр, який вимірюється на нижньому рівні у площині плити. Розрахунок розмірів капітелей - важливий момент будь-якого конструювання та перевірені розрахунком на головні розтягують моменти розтягування плити по її периметру. При середніх розрахункових навантаженнях кращим співвідношенням розмірів капітелей до прольоту є 0,35 при розрахунковій 0,2. Армування в більшості випадків не потрібно, так як площа перетину капітелі така, що як розтягують, так і стискають зусилля не перевищують розрахунок допустимих будівельними нормами меж. Тому для зміцнення колон армування, як правило, не використовується.

Армування виправдано тільки в якості поліпшення звязки колони і плити чи інших конструктивних бажань замовника. Армування капітелей без зламів проводять звичайними 10 мм прутами, встановленими по кутах і середині сторін. Загалом, така ж практика армування діє і відносно капітелей зі зламом, і полукапітелей. У разі використання надкапітельной плити армування її не виробляють, цілком достатньо армування самої капітелі. При використанні металевих колон від капітелей зазвичай відмовляються, замінюючи їх на металеві балки в місці стиковки плити і колони. У цьому випадку збільшується площа опори без значного зниження безпеки. Зате таке рішення сприяє більш зручною прокладанні різних комунікацій, насамперед трубопроводів.

монолітні плити

У безбалкових монолітних перекриттях плити мають рівну товщину на всіх ділянках, саму товщину визначає розрахунок, який спирається на вимоги до допустимих прогинів і іншим, менш важливим для безпеки, вимогам замовника будівництва. Зазвичай рекомендується при використанні в конструкції капітелей зі зламом або з надкапітельнимі плитами проводити розрахунок товщини виходячи з максимального позитивного моменту, в інших випадках розрахунок проводиться за найбільшою негативного моменту. Виробляючи розрахунок товщини плити, памятайте про те, що згідно з нормами проектування ж / б конструкцій, її товщина при наявності надкапітельной плити повинна ставитися до величини прольоту не менше як 1 до 36 в разі використання звичайного сорту бетону і 1 до 30 - легкого. Якщо використовуються капітелі без плити, то 1 до 32 і 1 до 27 відповідно. У разі якщо плита все ж тонше, то її необхідно перевірити на рівень прогину, і він не повинен перевищувати встановлені норми. Армування як безбалковими, так і балочной плити не надто відрізняється. Головне, що над балками арматура плити розташовується у верхній частині, в зоні негативного моменту, а в інших місцях - в нижній.

Той же принцип армування використовують і в балках, там, в прольотах арматура лежить внизу, а над колонами - вгорі. Армування прутами роблять так само, як і укладання балок, тобто перпендикулярно один одному. Безбалковими монолітне перекриття у вигляді суцільної плити виконує роль пружної пластини, а значить в будь-якому своєму місці плити відчувають не тільки нормальне, але і дотичне напруження, яке теж необхідно брати до уваги. Тому будівельники прагнуть провести армування так, щоб врахувати особливості навантаження плит і їх робочі зони.

різновиди армування

Для такого виду армування існує кілька способів: двоколійних, рейко і кільцеве. Перший спосіб полягає в розташуванні арматури в перпендикулярних напрямках, аналогічно розташуванню колон. Рейко армування - це армування не тільки перпендикулярно, проводиться ще й укладання діагональних елементів арматури. Кільцева система - це розташування арматури у вигляді концентрованих кілець. Останні дві системи використовують рідко, так як кільцева складна у виготовленні, а рейко вимагає високої витрати металу. Саме тому в конкурентній боротьбі перемогла двухпутная система армування.

Розглянемо її детальніше. Як вже говорилося, двухпутная система армування полягає в перехресному розташуванні арматури двома перпендикулярними лініями і паралельно розташуванню колон. Розрахунок перерізу арматури відбувається індивідуально, залежно від моментів, що діють на даних ділянках перекриттів. Звичайно, неможливо розташувати арматуру, повністю враховуючи лінії згинальних моментів - собівартість і складність будівництва в цьому випадку були б неприйнятними. Тому при розрахунку безбалкових перекриттів використовують наступну методику. Для розрахунку плиту умовно розбивають на дві смуги в кожному напрямку - пролітну і над колонами, - потім визначають середні моменти для кожної зі смуг і підбирають для них відповідну арматуру. У самій смузі перетин арматури розкидається однаково рівномірно. Тобто армування йде за допомогою всього двох видів арматурного перетину. Так як моменти в пролітної частини менше, ніж проходять над колонами, то і арматури там монтується менше. У пролітної частини арматуру ставлять з урахуванням максимальних моментів, які припадають на опорну частину. Ділянка плити, розташований над колоною, приймає на себе негативні моменти двох напрямків - стиснення внизу і розтягнення вгорі. Тому в надколонних смугах плит арматура монтується зверху.

Між колонами плита відчуває позитивний момент в напрямку до надколонной частини і негативний - в сторону пролітної. Це означає, що в середині надколонной смуги армування йде знизу, а на перпендикулярній смузі - зверху. Для більшої жорсткості арматури часто ставлять спеціальні підкладки, але рекомендується все ж використовувати для цього трохи більше товсті стержні, так як поєднання підпірок і капітелі складно монтувати. Для армування безбалкових плит є кілька методик. Розглянемо основні з них.

Метод професора А.Ф. Лолейт

Як верхні, так і нижні прути арматури укладаються у вигляді мереж, які повязані між собою. Нижня мережу будується з прямих прутів довжиною в 80% від довжини прольоту. При цьому парні прути досягають осі опори з одного боку, а непарні - з іншого. Першою армируется смуга над лінією колон, а потім вже між ними. Але це якщо плити перекриття довгі, прямокутні. А якщо вони квадратного типу, то зовсім без різниці, який напрямок проходить армування раніше.

При прямокутних плитах першої армируется смуга над колонами по довгій стороні, потім по короткій, наступним проходить армування смуги над довгою стороною прольоту, і, нарешті, останньою йде коротка сторона прольоту. Особливість армування крайніх панелей полягає в тому, що спочатку укладають прути смуги над колонами, що перпендикулярні обвязки, потім тією ж смуги, але паралельні обвязки. Після цього йде чергу пролітної смуги, армування якої теж йде спочатку перпендикулярно обвязки, а потім паралельно. У надколонних смугах арматура завжди покладена в нижньому ряду, що робиться шляхом невеликого отгиба арматури, що укладається в другу чергу. Третьеочередние прути арматури пролітної смуги теж відгинаються, а значить тільки прути з пролітної смуги, що укладаються в останню чергу, знаходяться в другому ряду. Перпендикулярно розташовані смуги верхньої арматури на опорних смугах. Щоб правильно розташувати верхню мережу, використовують так звані «кобили» (підкладки). Їх повязують тонкої вязальної дротом як з верхніми, так і з нижніми сітками.

Метод А.Ф. Лолейт, коли армування відбувається окремими сітками, вимагає більш високої витрати металу, ніж той же метод роздільного армування прутами. До того ж підготовка таких сіток на виробництві з її увязкою вязанням дротом і транспортуванням на місце установки теж приносили чимало проблем. Але ситуація змінилася з часом. Справа в тому, що після впровадження індустріальних методів виробництва арматурних сіток, їх заготовки, різання, зварювання та з впровадженням різної підйомної техніки, здатної доставити на будмайданчик зібрані конструкції, метод Лолейт знову став цілком рентабельним, затребуваним і береться в розрахунок. До того ж використання різних сортів стали і методів її обробки допомогли знизити витрату металу в цілому. Таким чином метод попереднього виготовлення армованих сіток сьогодні активно використовується.

Використання окремих смуг

Вперше його застосував ще в СРСР трест "Мясохладстрой". Цей метод досить простий і полягав в тому, що панелі перекриття діляться на прогонові смуги і ті, що проходять над колонами, кожна з цих панелей шириною лише в полпролета. Проводять подвійний розрахунок необхідної площі перетину прутів як для прольоту, так і для місця над опорою. В обох смугах на опорах половина нижніх прутів арматури відгинається вгору. Цієї кількості арматури, яка опинилася нагорі пролітної смуги, цілком достатньо для контролю негативних моментів. Але для надколонной частини потрібно додати ще й короткі прути. Їх необхідно зробити з відгинами з обох сторін. Для гарантії потрібної жорсткості, згідно з розрахунком, діаметр стрижнів повинен бути не менше 12 мм. Щоб не ускладнювати армування будівельних обєктів, для кожної смуги використовуються один і той же тип стрижнів - прямі прути з одного кінця і з відгином на іншому, який і піде в верхню частину плити. Решта внизу частини прутів, причому у всіх панелях, не доходять до середини панелі. При цьому в смузі над колонами прути повинні обовязково заходити за кордон капітелі не менш ніж на 12-15 см для кращого жорсткості конструкції. При виборі прутів для верхньої частини капітелі (для взяття до уваги негативного моменту) важливо памятати, що арматура може деформуватися від наявних навантажень на етапі самого монтажу, так як в цьому випадку істотно знизиться несуча функція перекриття.

Той же "Мясохладстрой" встановив певний стандарт для звичайних панелей перекриття розміром 5х5 м, в них нижні прути арматури обриваються, не доходячи 1,8 м до середини панелі. У верхній же частині стрижні не доходять 1,5 м в смузі над колонами і 1,25 м в пролітної. Розрахунок іде від осі колон. Місця ж згинів розташовані на відстані 1,25 і 1 м для надколонной і пролітної частиною відповідно. Пізніше, виходячи з цих стандартів і подальшого розрахунку, прийшли до висновку про необхідність армування капітелі у верхній частині прутами діаметром 12-9 мм. Тепер при армуванні смуги над колонами нижні прути робляться прямими без згинів і не доходять 0,35 м до середини кожної смуги, за кордон же капітелі вони занурюються не менш ніж на 10 діаметрів. Верхні ж прути з невеликих арматур робляться діаметром 12-19 мм з особливими «лапками», що спираються на опалубку.

Армування по системі ЦНІПС

Центральний інститут промислових споруд (зараз він називається Науково-дослідний проектно-конструкторський та технологічний інститут бетону та залізобетону ім. А. А. Гвоздьова (або НДІЗБ)) ще в 30-і роки запропонував свій метод армування, що полягає в армуванні прогонових смуг окремими лозинами . Він в чомусь схожий з методом "Мясохладстроя", як і в останнього, половина нижніх прутів згинається вгору на опори, а надколонние частини плит армуються незалежними один від одного мережами внизу (для захисту від позитивного моменту) і вгорі (для сприйняття негативного) . Все прути на кінцях повинні мати крюки.

Розрахунок площі перетину використовуваної арматури над колонами показав необхідність повної довжини на дистанцію не менше як 0,2 розміру прольоту від осі колон. Якщо відстоїть далі 0,2 L, то розрахункову площу перерізу можна знизити до 40%. Перетин нижньої арматури смуги над колонами зберігається не менше ніж на відстань 0,3 по обидві сторони від середини прольоту, до перетину ж далі 35 L від центру прольоту площа перетину необхідно довести як мінімум до 0,7 від діаметра щодо основної арматурної мережі. У пролітної смузі ці показники дорівнюватимуть 0,15 по обидві сторони від ряду колон - повна площа перерізу, але половинна частина верхнього шару стрижнів доходить до перетину на відстані 0,25 L. На відстані 0,3 L від середини в пролітної смузі нижня арматура встановлюється в повному обсязі, а до 0,35 тільки половину доводять до перетину. І в пристінних, і у внутрішніх панелях стрижні укладаються однаково, виняток становлять лише опорні зони надколонной смуги на внутрішній колоні, що стоїть першою, там стрижні повністю тривають на відстані мінімум 0,25. Панелі, які спираються однією стороною на зовнішню стіну, армовані так, що нижні стержні, перпендикулярні стіні, на відстані 0,25 L загинаються вгору, інші йдуть до кінця панелі. Це відноситься як до пролітної, так і надколонной смузі.

Система роздільного монтажу

Суть методу, запропонованого ще "Промбудпроект", полягає в тому, що армування виробляють роздільними прямими стрижнями без їх згинів. І в опорній, і в пролітної смузі половина нижніх стрижнів доводиться від центру прольоту до країв не менше ніж на 0,3 L, друга частина - до 0,35 L, При цьому в надколонной смузі стрижні повинні заходити за кордон капітелі не менш ніж на десятикратний розмір діаметра.Із прямих стрижнів складається і верхня частина арматури, вони ще й повинні бути прокладені через один в кожну сторону від осі колон на 0,3 L, а друга половина - на 0,35 L. в пролітної частини, відповідно, 0 , 2, і 0,25 L. Всі прути арматури за цією методикою ставлять вразбежку в надколонной смузі зверху, а на опори в пролітної смузі знизу проводять монтажне армування. Досить спірним моментом є точки обриву арматури від 0,2 L до 0,35 L при будь-якій ширині капітелі. Рештою методиками рекомендується обрив верхніх прутів в надколонной частини повязати з розмірами самих капітелей. Уважний розрахунок показує правильність такого підходу. Ця методика рекомендує робити однаковий крок прутів при виборі арматури в обох типах смуг. А що стосується діаметру, то для верхніх прутів надколонной смуги його рекомендується встановлювати не менше ніж в 18 мм, це якщо мова йде про єдиний діаметрі для всіх стрижнів.

Але якщо прийнято рішення використовувати прути двох діаметрів, то можна використовувати і більш тонкі різновиди, але при цьому в кожному напрямку потрібно встановити 3-4 стрижня діаметром як мінімум в 20 мм. Елементарний розрахунок показує, що такої кількості більш товстих стрижнів цілком достатньо. Верхня арматура пролітної смуги рекомендується діаметром не менше 12 мм. Стрижні арматури рекомендується закінчувати гаками - для нижньої частини напівкруглими, а для верхньої - прямими. Останні повязуються з опалубкою.

Армування зварними сітками

Це найбільш індустріальний і зручний спосіб армування при будівництві, до того ж він і найекономніший в плані витрати металу. При використанні зварних сіток немає необхідності згинати на кінцях лозин гаки. Як матеріал для армування використовується холоднотянутая дріт зі сталі. Через всіх цих достоїнств зварні сітки і набули такого широкого поширення. При армуванні як безбалковими, так і іншого різновиду залізобетонної плити вони стали практично універсальним засобом. Між собою зварні сітки зєднуються, згідно з будівельними нормативами певними стиками.

Якщо ви бажаєте самі розрахуватися конкретних навантажень і різновидів застосовуваного армування, радимо звернутися вам до спеціальної літератури і нормативам, особливо зверніть увагу на роботи М. Я. Штаєрмана і А. М. Івянского.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!