Конструкции плоских железобетонных перекрытий

По типу несущих конструкций различают многоэтажные здания стенового, каркасного и комбинированного типа. Здания стенового типа возводят из стеновых материалов. Каркасные здания строятся с применением стальных или железобетонных конструкций. В зданиях комбинированного типа наружные стены возводятся из стеновых материалов, а внутренние несущие конструкции выполняются в виде каркаса. Железобетонные каркасные здания экономически выгодно строить при числе этажей до 30. По способам возведения, различают здания с монолитным и со сборным каркасами. В монолитных зданиях общая устойчивость обеспечивается жесткостью узлов сопряжения колонн с перекрытиями и устройством диафрагм и ядер жесткости. В сборном варианте применяют рамную, связевую или совмещенную рамно-связевую системы. При рамном каркасе, узлы сопряжения колонн с ригелями перекрытий выполняют жесткими, при связевом шарнирными. В качестве связей в связевом или совмещенном каркасе выступают металлические связи, жесткие диафрагмы или ядра жесткости, в роли которых часто используются лифтовые шахты или лестничные клетки. Иногда эти элементы выполняют в монолитном железобетоне, тогда как колонны и перекрытия делаются сборными.

Одним из основных элементов конструктивной схемы зданий являются плоские перекрытия. По своему конструктивному решению плоские перекрытия делятся на два основных вида балочные и безбалочные. И те и другие могут быть монолитными, сборными, и сборно-монолитными. К сборно-монолитным перекрытиям мы будем относить те конструкции, в которых несущие элементы замоноличиваются или домоноличиваются после монтажа сборных элементов. Выбор конструктивного решения зависит от назначения проектируемого здания, его архитектурно-планировочного решения, сроков возведения и других предъявляемых к зданию требований.

Балочные перекрытия. Ребристое монолитное перекрытие состоит из главных и второстепенных балок и плиты, и все эти элементы объединяются в одно целое в процессе бетонирования (рис. 7.1). Тем самым увеличивается жесткость всего сооружения за счет создания сплошного неразрезного диска в плоскости перекрытий. Главные балки опираются на стены и, или колонны, и в последнем случае их шаг определяется сеткой колонн. Главные балки располагаются либо в продольном, либо в поперечном направлении по отношению к наружным стенам зданий. Их пролет принимается, в основном, от 6 до 9 м, высота балок hв пределах от 1/8 до 1/15 пролета, ширина b от 0,4 до 0,5 h.

Рис. 7.1 Виды монолитных перекрытий в стеновых и каркасных зданиях:

а - с плитами опертыми по контуру только на стены или на главные балки; б – то же с облегченной плитой; в – балочное ребристое перекрытие; г – кессонное перекрытие; 1 – стена; 2 – колонна;

3 – ригель каркаса; 4 – плита перекрытия; 5 – балка кессонного перекрытия; 6 – главная балка;

7 – второстепенная балка; 8 – возможная консоль

Второстепенные балки имеют пролеты в пределах от 5 до 7 м, и располагаются с шагом от 1,5 до 3 м. Оси крайних второстепенных балок в ячейке, образованной четырьмя колоннами, должны совпадать с осями колонн. Толщина плиты определяется расчетом и зависит от геометрии балочной клетки и назначения здания (т.е. нагрузки), но принимается не менее 50 мм в жилых и гражданских зданиях и не менее 60 мм в промышленных. Что касается расчета плит, то по характеру статической работы их разделяют на балочные плиты и плиты опертые по контуру. К балочным относят прямоугольные плиты, у которых отношение длинной стороны к короткой ℓ₁ / ℓ ₂ ≥ 2. В этом случае работой плиты в направлении большего пролета можно пренебречь и рассматривать плиту как балку единичной ширины, расположенную вдоль короткого пролета. В этом случае, при проверке прочности, вычисление расчетных моментов от действия равномерно-распределенной нагрузки производится по соотношениям (6.2) - (6.4), с учетом перераспределения усилий. Расчетный пролет плиты принимается равным расстоянию в свету между гранями второстепенных балок. Минимальную толщину балочной плиты, при ее свободном опирании, следует принимать равной h_p = ℓ ₂/35, а при упругой заделке – h_p = ℓ ₂/45.

Армирование балочных плит осуществляется рулонными сетками с рабочей арматурой в продольном направлении. В пролете сетка располагается в нижней зоне плиты, а над опорами, в пределах четверти пролета в каждую сторону, в верхней зоне (рис. 7.2 а). В крайних пролетах, при свободном опирании на наружную стену плиту армируют

дополнительной сеткой для восприятия изгибающих моментов в пролете и на опоре,

Рис. 7.2. Армирование монолитных балочных плит:

а – рулонными сетками с продольной арматурой; б – плоскими сварными сетками

которые в данном случае увеличены. В тех случаях, когда диаметр рабочей арматуры более 5,5 мм применяют плоские сетки с поперечной рабочей арматурой (рис. 7.2 б).

В современном строительстве в зданиях с несущими стенами или со сборным каркасом широкое применение находят монолитные часторебристые перекрытия по профилированному металлическому настилу (рис.7.3). Профилированный настил используется

Рис. 7.3. Монолитное железобетонное перекрытие по профилированному

металлическому настилу:

1 – стальной профилированный настил; 2 – анкерные стержни; 3 – прогон каркаса;

4 - монолитный бетон

в качестве неснимаемой опалубки, а в случае обеспечения сцепления с бетоном можнт служить также внешней арматурой.

В некоторых решениях перекрытий (рис. 7.1 а, б) второстепенные балки могут отсутствовать. Такое перекрытие называют ребристым перекрытием с плитами, опертыми по контуру (рис. 7.4). В этой конструкции главные балки, расположенные во взаимно перпендикулярных направлениях, принимают одной высоты равной 1/10 – 1/15 короткого пролета. Прямоугольные плиты с соотношением сторон ℓ₁ / ℓ₂ < 2, опертые по контуру,

работают на изгиб в двух направлениях и их статический расчет при проверке прочности также необходимо производить с учетом перераспределения усилий. Не вдаваясь в подробности, отметим, что такой расчет основан на построении механизма разрушения плиты по линейным пластическим шарнирам. Минимальную толщину плит опертых по контуру назначают в зависимости от условий опирания. Для плит свободно лежащих на балках минимальная толщина составляет h_p = ℓ₂/45, а при плитах монолитно связанных с балками или при заделке по контуру h_p = ℓ₂/50.При разрезном варианте (свободное опирание плиты в пределах одной ячейки) h_p = ℓ₂/35.Армирование плит производят сварными сетками с рабочей арматурой расположенной в двух направлениях. Плиты в пролете армируется двумя сетками – одна сетка в нижней зоне доводится до опор, дополнительная располагается в средней половине пролета. Над опорами армирование выполняется в виде сеток с поперечной рабочей арматурой. Толщина плит опертых по контуру обычно не превышает 30 см. При увеличенных пролетах, до 9 метров, применяют плиты облегченной конструкции. При этом решении в нижней, растянутой зоне плиты устраивают пустоты, облегчающие ее вес, рис. 7.1 б. Общую толщину плиты в этом случае принимают равной h_p = (ℓ₂/50 ÷ ℓ₂/35), а над пустотами от 100 до 150 мм.

Рис. 7.4. Армирование монолитных плит опертых по контуру

Для монолитного перекрытия кессонного типа (рис.7.1, г) высота перекрестных балок принимается от 1/15 до 1/20 длины короткого пролета между опорами, а толщина собственно плиты не менее 50 мм.

Второстепенные и главные балки ребристых перекрытий рассчитываются как многопролетные неразрезные балки и армируются плоскими сварными каркасами. Второстепенные балки в местах опирания на главную балку, а главные балки в местах опирания на колонны армируются дополнительными каркасами с верхней рабочей арматурой

в соответствие с расчетом.

Сборные балочные перекрытия состоят из ригелей по которым укладываются панели и плиты перекрытий различного типа. Ригели располагаются как вдоль, так и поперек здания. Для гражданских зданий пролет ригелей находится в пределах от 2,8 до 6,8 м, для промышленных от 6 до 12 м. Многопролетные ригели могут быть как неразрезными, в каркасах рамного типа, так и разрезными с шарнирным опиранием. По форме поперечного сечения ригели бывают: тавровыми, с полками в сжатой или растянутой зонах, двутавровыми и прямоугольными. Высоту ригелей назначают в пределах от 1/10 до 1/15 пролета. Если ригель прямоугольный, то его ширина принимается от 0,3 до 0,5 высоты.

Рис.7.5. Схема армирования сборного неразрезного ригеля

Рис.7.6. Сборные ребристые плиты перекрытий в каркасных зданиях:

1 – рядовая плита; 2 – рядовая и межколонная плита; 3 – межколонная пристенная плита;

4 – доборная плита; 5 – ригель поперечный; 6 – ригель продольный; 7 – арматурный каркас;

8 – бетон замоноличивания; А – Д – узлы сопряжения элементов перекрытия

Армируются ригели стержневой арматурой в виде пространственных каркасов. Схема армирования неразрезного ригеля приведена на рис. 7.5. Неразрезные ригели рассчитываются с учетом перераспределения усилий.

Панели перекрытий выполняют ребристыми, пустотными или сплошного сечения. Ребристые панели, в основном, применяются в промышленных зданиях, пустотные в гражданских и жилых. Ребристые панели состоят из двух продольных несущих ребер и тонкой плиты, усиленной поперечными ребрами (рис. 7.6). Возможно устройство среднего, третьего продольного ребра. Высота сечения принимается равной 1/15 ÷ 1/20 пролета для панелей из обычного железобетона и 1/20 ÷ 1/30 для предварительно напряженного.

Плита армируется сварными сетками из холоднотянутой проволоки, а ребра арматурными стержнями класса A400 или А500 при обычном железобетоне и арматурой классов A600 или B600 в варианте с предварительным напряжением. На опорах продольных ребер устанавливают металлические закладные детали. С помощью этих деталей панели привариваются к закладным деталям ригелей и вместе с последними образуют жесткий диск в плоскости перекрытия. Зазоры между панелями после монтажа заполняются цементным раствором. Ребристая панель рассчитывается как балка, свободно лежащая на двух опорах с поперечным сечением в виде тавра с полкой в сжатой зоне. Расчет тонкой плиты панели зависит от наличия или отсутствия поперечных и дополнительных продольных

Рис. 7.7. Железобетонная сборная плита типа «двойное Т»

ребер и от соотношения расстояний между ними. Плита панели рассчитывается либо как балочная, либо как опертая по контуру.

В сборных покрытиях и перекрытиях промышленных и гражданских зданий широкое распространение получили ребристые балочные плиты типа «двойное Т» (рис. 7.7) пролетом 9м и более. Такие плиты могут иметь предварительно напряженную арматуру в ребрах. На эти ребра опирается двухконсольная плита, работающая в поперечном направлении. В местах сопряжения плиты с ребрами устаиваются вуты.

Для жилых и гражданских зданий с несущими стенами или для зданий со связевым каркасом широкое применение получили плиты с круглыми пустотами (рис. 7.8). Эти плиты изготавливаются длиной от 2,8 до 9 м и высотой от 16 до 36 см. В зависимости от высоты плит меняется и диаметр отверстий. В основном для пролетов до 7,2 м применяются плиты высотой 220 мм с пустотами диаметром 159 мм. При этом ширина плит принимается равной 120, 150 или 300 см. Пустотные плиты армируются либо стержневой ненапряженной арматурой в виде вертикальных каркасов, либо проволочной напрягаемой арматурой при стендовом изготовлении. Нижняя и верхняя плита панелей с круглыми пустотами армируются сварными сетками из проволоки малого диаметра.

Рис. 7.8. Армирование плиты с круглыми пустотами:

а - поперечное сечение; б - продольное сечение; 1 - нижняя сварная сетка: 2 - продольная рабочая

арматура; 3 - вертикальные сварные каркасы; 4 - монтажные петли; 5 - верхняя сварная сетка;

6 - защитный слой бетона; 7 - распределительная арматура

Для покрытий и перекрытий зданий различного назначения применяются также

коробчатые настилы (рис. 7.9). Настил состоит из двух полок и вертикальных стенок, которые образуют коробчатое сечение. Применение таких настилов позволяет выполнять гладкие потолки. Пустоты настилов могут также использоваться для прокладки инженерных коммуникаций и воздуховодов для систем вентиляции.

Рис. 7.9. Сборный железобетонный коробчатый настил