Железобетон

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

Наиболее распространенные изгибаемые элементы же­лезобетонных конструкций—плиты и балки. Плитами на­зывает плоские элементы, толщина которых hi значи­тельно меньше длины її и ширины Ь. Балками называют линейные элементы, длина которых I значительно больше поперечных размеров А и Ь. Из плит и балок образуют многие железобетонные конструкции, чаще других — пло­ские перекрытия и покрытия, сборные и монолитные (рис. III.1), а также сборно-монолитные.

Плиты и балки могут быть однопролетными и много­пролетными.

Плиты в монолитных конструкциях делают толщиной 50—100 мм, в сборных — возможно тоньше.

Однопролетная плита, опертая по двум противопо­ложным сторонам, показана на рис. ІІІ.2, а, монолитная многопролетная плита, опертая на ряд параллельных опор, на рис. ІІІ.2, б. Такие плиты деформируются подоб­но балочным конструкциям при различного рода нагруз­ках, если значение их не изменяется в направлении, пер - , пендикуляриом пролету.

129

Армируют плиты сварными сетками (см. § 1.2). Сет­ки укладывают в плитах так, чтобы стержни их рабочей арматуры располагались вдоль пролета и воспринимали растягивающие усилия, возникающие в конструкции при изгибе под нагрузкой, в соответствии с эпюрами изгибаю­щих моментов (см. рис. ІІІ.2). Поэтому в пролетах плит сетки размещают понизу, а в многопролетных плитах — также и поверху, над промежуточными опорами.

9—943

Рис. 111.1. Схемы перекрытий из железобетонных элементов

А — сборное; 6 — монолитное; 1 — плиты; 2 — балки

0,251 рт

Стержни рабочей арматуры принимают диаметром 3—10 мм, располагают их на расстоянии (с шагом) 100—200 мм один от другого.

Защитный слой бетона для рабочей арматуры прини­мают не менее 10 мм, в особо толстых плитах (толще 100 мм) не менее 15 мм.

Поперечные стержни сеток (распределительную арма­туру) устанавливают для обеспечения проектного поло­жения рабочих стержней, уменьшения усадочных и тем­пературных деформаций конструкций, распределения местного воздействия сосредоточенных нагрузок на боль­шую площадь. Поперечные стержни принимают меньшего диаметра общим сечением не менее 10 % сечения рабо­чей арматуры, поставленной в месте наибольшего изги­бающего момента; размещают их с шагом 250—300 мм, но не реже чем через 350 мм.

Армирование плит отдельными стержнями с вязкой их в сетки вручную с помощью вязальной проволоки при­меняют в отдельных случаях (плиты сложной конфигу-

С)

Л!

D

Рис. 111.3. Формы поперечного сечения балок и схемы армирования

А—прямоугольная; 6 — тавровая; в — двутавровая; г — трапецие­видная; 1 — продольные стержни; 2 — поперечная арматура

>4

»JЮмм

{20f*mpvf»ZS0i* >fSmnpuh<2Xm

IC> 15при Tii2S0Nn А*>Юнм Гри Ь<2Хмм

Рис. II 1.4. Размещение арматуры в поперечном сечении балок

9*

131

—защитный слой рабочей арматуры; аш — то же, поперечной арма­туры; D — больший диаметр рабочих стержней; At — расстояние в свету между нижними (прн бетонировании) продольными стержня­ми; a j — то же, между верхними (прн бетонировании) стержнями; а2 — расстояние в свету между рядами продольных стержней

Рации в плане или с большим числом отверстий и т. д.), когда стандартные сварные сетки не могут быть исполь­зованы.

Железобетонные балки могут быть прямоугольного, таврового, двутаврового, трапециевидного сечения (рис. III.3).

Л>25мм

Высота балок Л колеблется в широких пределах; она составляет '/10—'/го часть пролета в зависимости от на­грузки и типа конструкции. В целях унификации высота балок назначается кратной 50 мм, если она не более 600 мм, и кратной 100 мм при больших размерах, из них предпочтительнее размеры, кратные 100 мм до высоты 800 мм, затем высоты 1000, 1200 мм н далее кратные 300.

Ширину прямоугольных поперечных сечений Ь прини­мают в пределах (0,3—0,5) H, а именно 100, 120, 150, 200, 220, 250 мм и далее кратной 50 мм, из них предпочти­тельнее размеры 150, 200 мм и далее кратные 100.

Для снижения расхода бетона ширину балок назнача­ют наименьшей. В поперечном сечении балки рабочую арматуру размещают в растянутой зоне сечения в один или два ряда с такими зазорами, которые допускали бы плотную укладку бетона без пустот и каверн. Требуемые размеры этих зазоров и защитных слоев показаны на рис. III.4. Расстояние в свету между стержнями продоль­ной арматуры, ненапрягаемой или напрягаемой с натя­жением на упоры, должно приниматься не менее больше­го диаметра стержней, а также для нижних горизонталь­ных (при бетонировании) стержней не менее 25 мм и для верхних стержней не менее 30 мм; если нижняя армату­ра расположена более чем в два ряда, то горизонтальное расстояние между стержнями в третьем (снизу) и выше расположенных рядах принимается не менее 50 мм.

В стесненных условиях стержни можно располагать попарно без зазоров. Расстояние в свету между стержня­ми периодического профиля принимают по номинально­му диаметру.

Продольную рабочую арматуру в балках (как и в плитах) укладывают согласно эпюрам изгибающих мо­ментов в растянутых зонах, где она должна восприни­мать продольные растягивающие усилия, возникающие при изгибе конструкции под действием нагрузок.,

Для экономии стали часть продольных арматурных стержней может не доводиться до опор и обрываться в Пролете там, где они по расчету на восприятие изгибаю­щего момента не требуются.

Площадь сечения продольной рабочей арматуры А, В изгибаемых элементах должна определяться расчетом, но составлять не менее ц=0,05 % площади сечения эле­мента с размерами b и h0.

Для продольного армирования балок обычно приме­няют стержни периодического профиля (реже гладкие) диаметром 12—32 мм.

В балках шириной 150 мм и более предусматривают не менее двух продольных (доводимых до опоры) стерж­ней, при ширине менее 150 мм допускается установка од­ного стержня (одного каркаса).

В железобетонных балках одновременно с изгибаю­щими моментами действуют поперечные силы. Этим вы­зывается необходимость устройства поперечной армату­ры. Количество ее определяют расчетом и по конструк - ; тивным требованиям.

Продольную и поперечную арматуру объединяют в сварные каркасы (см. § 1.2), а при отсутствии сварочных машин — в вязаные. Вязаные каркасы весьма трудоемки, их применяют лишь в случаях, когда по местным усло­виям изготовление сварных каркасов невозможно.

Плоские сварные каркасы объединяют в пространст­венные с помощью горизонтальных поперечных стерж­ней, устанавливаемых через 1—1,5 м.

Рис. II 1.5. Схемы армирования балок

А — однопролетная балка со сварными каркасами; б — то же, с вя­заной арматурой; 1 — продольные рабочие стержни (стержни вто­рого ряда не доведены до опор); 2 — поперечные стержни каркасов; 3 — продольные монтажные стержни; 4 — поперечные соединительные стержни; 5 — рабочие стержни с отгибами; 6 — хомуты вязаных

Каркасов

Армирование однопролетных балок прямоугольного сечения сварными каркасами показано на рис. III.5, А. При армировании вязаными каркасами (рис. III.5, б) хо­муты в балках прямоугольного сечения делают замкну­тыми; в тавровых балках, в которых ребро сечения с обеих сторон связано с монолитной плитой, хомуты мо­гут быть открытые сверху. В балках шириной более 35 см устанавливают многоветвевые хомуты. Диаметр хомутов вязаных каркасов принимают не менее 6 мм при высоте балок до 800 мм и не менее 8 мм при большей высоте.

По расчетно-конструктивным условиям расстояние в продольном направлении между поперечными стержня­ми (или хомутами) в элементах без отгибов должно быть: в балках высотой до 400 мм—де более H/2, но не более 150 мм; в балках высотой выше 400 мм — не более /і/З, но не более 500 мм. Это требование относится к при - опорным участкам балок длиной 'Д пролета элемента при равномерно распределенной нагрузке, а при сосредо­точенных нагрузках, кроме того, и на протяжении от опо­ры до ближайшего груза, но не менее lU пролета. В ос­тальной части элемента расстояние между поперечными стержнями (хомутами) может быть больше, но не более чем 3U и не более 500 мм.

Поперечные стержни (хомуты) в балках и ребрах высотой более 150 мм ставят, даже если они не требу­ются по расчету; при высоте менее 150 мм поперечную арматуру можно не применять.

В балках высотой более 700 мм у боковых граней ста­вят дополнительные продольные стержни на расстояниях (по высоте) не более чем через 400 мм; площадь каждо­го из этих стержней должна составлять не менее 0,1 % той части площади поперечного сечения балки, которую они непосредственно армируют (высотой, равной полу­сумме расстояний до ближайших стержней, и шириной, равной половине ширины элемента, но - не более 200 мм). Эти стержни вместе с поперечной арматурой сдержива­ют раскрытие наклонных трещин на боковых гранях балок.

Для объединения всех арматурных элементов в еди­ный каркас, устойчивый при бетонировании, и для анке­ровки концов поперечной арматуры у верхних граней ба­лок ставят монтажные продольные стержни диаметром 10—12 мм. В сборных балках монтажные стержни могут быть использованы как расчетные в условиях транспор­тирования и монтажа.

Вместо поперечных стержней или в дополнение к ним в балках можно применять наклонные стержни. Они ра­ботают эффективнее поперечных стержней, поскольку больше соответствуют направлению главных растягива­ющих напряжений балки. Однако поперечные стержни при изготовлении балок удобнее и потому предпочти­тельнее.

Наклонные стержни обычно размещают под углом 45° к продольным. В высоких балках (более 800 мм) угол наклона может быть увеличен до 60°; в низких бал­ках, а также при сосредоточенных грузах угол наклона уменьшают до 30

При армировании балок вязаными каркасами для экономии стали и улучшения конструкции каркаса целе­сообразно устройство отгибов части продольных рабочих стержней (см. рис. III.5, б). Закругления отгибов выпол­няют по дуге с радиусом не менее Юс/. Отгибы оканчива­ются прямыми участками длиной не м^нее 0,8/ап (см. § 1.3, п. 4) и не менее 20d в растянутой или 10d в сжа­той зоне. Прямые участки отгибов из гладких стержней оканчиваются крюками.

В предварительно напряженных изгибаемых элемен­тах арматуру располагают в соответствии с эпюрами изгибающих моментов и поперечных сил-, возникающих от нагрузки. Армирование криволинейной напрягаемой арматурой (рис. III.6, А) более всего отвечает очертани­ям траекторий главных растягивающих напряжений и потому наиболее рационально, но оно сложнее, чем ар­мирование прямолинейной арматурой (рис. III.6, б). В последнем случае кроме арматуры Asp, воспринимающей усилия растянутой зоны под нагрузкой, часто ставят так-

Рис. II 1.7. Примеры размещения арматуры в растянутой зоне по­перечного сечення предварительно напряженных балок

Рис. II 1.6. Схемы армировании предварительно напряженных ба­лок

А — криволинейной напрягаемой арматурой; б — прямолинейной на­прягаемой арматурой

А)

И

Ш

А—армирование стержнями периодического профиля; б — арми­рование пучками илн канатами в каналах; в — армирование высо­копрочной проволокой; 1 — напрягаемая арматура; 2— продольная ненапрягаемая арматура; 3 — поперечная арматура

Же арматуру А5г> у противоположной грани балки в ко­личестве (0,15—0,25) Asp. Это полезно в элементах боль­шой высоты, где усилие обжатия располагается вне яд­ра сечения и вызывает на противоположной стороне рас­тяжение, которое может привести к образованию трещин в этой зоне (в процессе изготовления элементов). В эле­ментах небольшой высоты напрягаемую арматуру у ёерх - ней грани можно не ставить, раскрытие верхних трещин может быть погашено монтажной ненапрягаемой армату­рой.

Наиболее рациональная форма поперечного сечения изгибаемых предварительно напряженных элементов — двутавровая (см. рис. 111,3, е), а при толстой стенке — тавровая (см. рис. III.3,6). Сжатая полка сечення раз­вивается по условию восприятия сжимающей равнодей­ствующей внутренней пары сил изгибающего момента, возникающего в элементе под нагрузкой, а уширение растянутой зоны —по условию размещения в нем арма­туры, а также по условию обеспечения прочности этой части сечения при обжатнн элемента (для предваритель­но напряженных элементов).

Напрягаемую арматуру компонуют в растянутых зо­нах поперечных сечений по рнс. Ш.7. При этом защит­ный слой бетона и расстояние между стержнями, кана­тами, натягиваемыми на упоры, принимают согласно рис. III.4. Если арматуру натягивают на бетон, то рас­стояние от поверхности элемента до поверхности канала принимают не менее 40 мм и не менее ширины канала; это расстояние до боковых граней элемента должно быть, кроме того, не менее половины высоты канала. Напря» гаемая арматура, располагаемая в пазах или снаружи граней элемента, должна иметь толщину защитного слоя от наружной поверхности дополнительно наносимого бе­тона не менее 20 мм. Расстояние в свету между канала­ми для арматуры, натягиваемой на бетон, должно быть не менее диаметра канала и не менее 50 мм.

Угол наклона криволинейной арматуры, натягивае­мой на бетон, принимается не более 30°, а радиус за­кругления (во избежание больших потерь предваритель­ного напряжения):

При диаметре яроволок 5 мм (и ме­нее) и прядей диаметром 4—б — 9 мм не менее 4 мм то же, 6—8 мм (и менее) и прядей диаметром 12—15 мм..... . не менее 6 мм

■ при стержневой арматуре диаметром

До 25 мм не менее 15 мм

То же, 28—40 мм не менее 20 »

В предварительно напряженных балках особое значе­ние имеет конструирование приопорных участков. Здесь происходит передача значительных усилий обжатия с арматуры на бетон через торцовые анкеры (при натяже­ние на бетон) или при арматуре без анкеров на конце­вых участках арматуры в зоне ее анкеровки. Здесь же при внеосевом воздействии напрягаемой арматуры на элемент возникают местные перенапряжения в торцовой части элемента, из-за чего могут образоваться трещины, раскрывающиеся по торцу и поверху на конце элемента. Поэтому надо усиливать концевые участки предвари­тельно напряженных элементов.

Местное усиление участков предварительно напря­женных элементов под анкерами, а также в местах опи­рання натяжных устройств рекомендуется производить напрягаемой арматурой с помощью закладных деталей или дополнительной поперечной арматуры, а также уве­личением сечения элемента на этих участках. Толщину защитного слоя у концов предварительно напряженных элементов на длине зоны передачи усилий с арматуры на бетон нужно увеличить, принимая ее при стержневой ар­матуре класса A-IV (Ат-IVC) и ниже, а также при арма­турных канатах не менее 2d, а при стержневой арматуре класса A-V (Ат-V) и выше не менее 3d (D — диаметр арматуры или каната); при этом толщина защитного слоя должна быть не менее 40 мм для стержневой арма­туры (всех классов) и не менее 20 мм для арматурных канатов. Для концевых частей элементов толщину за­щитного слоя допускается сохранять такой же, как и на остальной длине, при наличии стальной опорной детали, надежно заанкеренной в бетоне предварительно напря­женного элемента, и дополнительной поперечной или кос­венной арматуры, охватывающей все продольные напря­гаемые стержни.

Если напрягаемая арматура располагается у торцов элементов сосредоточенно у верхней и нижней граней, то необходимо у торца элемента предусматривать дополни­тельно напрягаемую или ненапрягаемую поперечную ар­матуру. Поперечную арматуру нужно напрягать до на­тяжения продольной арматуры, усилие натяжений в ней должно составлять не менее 15 % усилия натяжения про­
дольной арматуры растянутой зоны у опорного сечения. Поперечные ненапрягаемые стержни должны быть на­дежно заанкерены по концам посредством приварки к закладным деталям. Ненапрягаемую поперечную арма-

ТУРУ нужно прини-

Рис. II 1.8. Схемы местного усиления концевых участков предварительно на­пряженных балок

А — поперечными сварными сетками; б — хомутами или сварной сеткой в обхват

А)

■ucni спгюп

6)

Ш

Рис. 111.9. Армирование балок

О, б—жесткой несущей арматурой; в- сварным каркасом

Мать такого сечения, которое способно во­спринимать усилие, равное не менее 20 % усилия в про­дольной напрягае­мой арматуре (ниж­ней зоны опорного сечения), определяе­мого расчетом по прочности.

Арматурные пред­варительно напряга­емые элементы, на­тягиваемые на бетон, необходимо снабжать анкерами. То же относится к арматурным элемен­там, натягиваемым на упоры, если сцеп­ление их с бето­ном недостаточно, — гладкой проволоке, многопрядным ка­натам. Эта анкеров- ка должна быть на­дежной на всех ста­диях работы конст­рукции.

Особых анкер­ных устройств на концах напрягаемых арматурных элемен­тов не требуется для натягиваемой на упоры высокопроч­ной арматурной про­волоки периодичес-

Кого профиля, арматурных канатов однократной свивки, стержневой арматуры периодического профиля.

По концам предварительно напряженных элементов при арматуре без анкеров, а также при наличии анкер­ных устройств производят местное усиление бетона с по­мощью дополнительных сеток или хомутов, охватываю­щих все продольные стержни (рис. III.8). Длину участ­ка усиления принимают равной двум длинам анкерных устройств, а при отсутствии анкеров — не менее 0,6/р (см. § 1.3) и не менее 20 см.

В предварительно напряженных элементах на их кон­цевых участках при арматуре без анкеров по нормам не допускается образования трещин при совместном дейст­вии всех нагрузок (кроме особых).

На крайних свободных (незащемленных) опорах из­гибаемых элементов (балок, плит) без предварительного напряжения для обеспечения анкеровки продольных стержней арматуры (доводимых до опоры) эти стержни необходимо заводить за внутреннюю грань опоры не ме­нее чем на 5D, если в приопорном участке элемента не предполагается образования трещин по расчету, соглас­но формуле (III.62), а при возможности образования трещин, когда условие (III.62) не соблюдается, не менее чем на lOd.

Длину зоны анкеровки 1ап на крайней свободной опо­ре определяют по формуле (1.20) и строке второй табл. 1.2. Если /an<10d, размер заделки может быть принят Lan, однако не менее 5D. В этом случае, а также при при­варке концов стержней к надежно заанкеренным сталь­ным закладным деталям расчетное сопротивление про­дольной арматуры на опорном участке не снижается.

Напряжение сжатия бетона на опоре (частное от де­ления опорной реакции на площадь опирання элемента) допускается не более 0,5Rb.

В качестве несущей арматуры в изгибаемых элемен­тах при определенных условиях используют прокатные профили (жесткая арматура) и сварные пространствен­ные арматурные каркасы.

Элементы с жесткой арматурой могут быть двух ти­пов: с расположением профиля по всей высоте балки (рис. III.9, а) или полностью в растянутой зоне (рис. ІІІ.9,6). В балках обоих типов ставят дополнительную арматуру в виде сварных сеток или хомутов и продоль­ных монтажных стержней диаметром 8—10 мм. Эта ар­матура уменьшает раскрытие трещин в бетоне и улучша­ет его сцепленне с жесткой арматурой. В балках первого типа поперечную арматуру ставят без расчета диаметром 6—8 мм. В балках второго типа поперечную арматуру определяют расчетом; при этом, кроме хомутов и сеток, возможна постановка отгибов, приваренных к верхней полке профиля. Защитный слой бетона для жесткой ар­матуры должен быть не менее 50 мм.

Несущие сварные каркасы изготовляют в виде про­странственных ферм из стержней круглого и периодиче­ского профиля, а также мелкого фасонного проката (рис. II 1.9,в). Эти каркасы конструируют как сварные сталь­ные фермы, рассчитывая нх на нагрузки, возможные в период строительства, до отвердения бетона. При полных нагрузках несущие каркасы становятся арматурой желе­зобетонной конструкции; пояса ферм работают как про­дольная арматура, нисходящие раскосы — как отгибы, а стойки — как поперечные стержни.