1. Конструктивные схемы здания. 2. Деформационные швы. 3. Типизация сборных элементов. 4. Унификация размеров и конструктивных схем. 5. Номинальные, конструктивные и натурные размеры же элементов. 6. Стыки сборных элементов. 7. Конструкции плоских перекрытий (классификация). 8. Расчет кон на монтажные нагрузки. 9. Особенности расчета статически неопределимых же кон. 10. Понятие о пластическом шарнире. 11.Перераспределение усилий в статически неопред же кон. 12. Условия, допускающие использ метода предельного равновесия в рас же кон. 13. Определение усилий в сечениях неразрезного ригеля с учетом перераспред усилий. 14. Конструирование неразрезного ригеля. 15. Расчет стыка ригеля с колонной. 16. Расчет плиты же монолитного ребристого перекрытия. 17. Особенности расчета главной балки же монолитного ребристого перекрытия. 18. Требования к опорным участкам элементов перекрытий. 19. Алгоритм проектирования сборных же ребристых плит покрытия. 20. Алгоритм проектирования сборных же многопустотных плит покрытия. 21. Классификация же фундаментов. 22. Алгоритм расчета ленточного фундамента. 1. Конструктивные схемы здания. Основное назначение зданий – создание изолированных пространств, ограниченных от влияния внешней среды. В процессе функционирования здания испытывают различные виды внешних силовых нагрузок. Среди таких воздействий имеют место: нагрузка от веса снегового покрова, нагрузка от давления ветра, нагрузка от технологического оборудования, нагрузка от веса людей, нагрузка от собственного веса кон. Эти нагрузки воспринимаются определенными конструктивными элементами зданий. Поэтому в зависимости от характера восприятия внешних силовых воздействий все здания принято делить на три конструктивные схемы: - бескаркасные; - с неполным каркасом; - каркасные. В бескаркасных зданиях основными вертикальными несущими элементами являются стены. В зданиях с неполным каркасом вертикальными несущими элементами являются как стены, так и колонны. В каркасных зданиях вертикальными несущими элементами являются колонны, жестко заделанные в стакан фундамента. 2. Деформационные швы. В процессе функционирования зданий их конструктивные элементы испытывают воздействие в виде изменений температуры, усадки бетона и неравномерной осадки различных частей. Вышеназванные воздействия приводят к появлению в них внутренних дополнительных усилий. Дополнительные внутренние усилия суммируются с основными, что приводит к перегрузке отдельных элементов здания и возможным повреждениям и разрушениям. Чтобы избавиться от этих обстоятельств используют 2 пути: - теоретический; - практический. Теоретический путь заключается в последовательном определении основных и дополнительных внутренних усилий. А подбор сечений производится на суммарное внутреннее усилие. Второй путь заключается в делении зданий на отдельные блоки. Деление осуществляется путем устройства деформационных швов: - температурно-усадочный; - осадочный. Первый тип шва предназначен для уменьшения внутренних усилий, вызванных изменением температуры или усадкой бетона. Второй тип шва предназначен для уменьшения внутренних усилий, вызванных неравномерной осадкой различных частей зданий. Кроме того второй тип шва является универсальным и выполняет функции первого типа шва. Оба шва, как правило, решаются путем устройства парных колонн, но с небольшими отличиями. Расстояние между швами нормируются и зависят от конструктивного решения и теплового режима здания. 3. Типизация сборных элементов. Это сведение к минимуму количества разнотипных кон в здании. В реультате типизации совершенствуется технологический процесс, снижается трудоемкость изготовления, снижается стоимость изделий, повышается качество изделий. Типизация осуществляется на основе отбора для каждого конструктивного элемента здания, проверенного на практике и по конструкции. 4. Унификация размеров и конструктивных схем. Унификация – сведение к минимуму размеров и конструктивных схем зданий. Цель унификации – возможность применения одних и тех же типовых кон в различных зданиях. В основу унификации положена единая модельная система. Основной модуль – 100 мм, укрупненный модуль кратный 100 мм. В связи с требованиями унификации основные размеры зданий назначаются следующим образом: 1) Промышленные здания: - для одноэтажных: пролеты - 12, 18, 24, 30 м, кратно 6 м; шаги поперечных рам – 6 и 12 м; высоты – кратны 1.2 м; - для многоэтажных: сетка колонн – 6х6, 6х9, 6х12 м. Выбор размера зависит от функционального процесса здания и нагрузки от перекрытия. Высота назначается кратной 1.2м; 2) Гражданские здания: расстояние между стенами или колоннами кратны 600 мм (от 3 до 6.6 м). Высоты кратны 300 мм (от 3 до 4.8 м). 5. Номинальные, конструктивные и натурные размеры же элементов. Для взаимной увязки отдельных кон в единую систему, т.е. здания, существует три вида размеров кон: - номинальный (размер между разбивочными осями); - конструктивный (номинальный минус конструктивный зазор); - натурный или фактический (отличается от конструктивного за вычетом допуска изготовления в большую или меньшую сторону). 6. Стыки сборных элементов. Сборные конструкции зданий, смонтированные из отдельных элементов, работают совместно под нагрузкой благодаря стыкам и соединениям, обеспечивающим их надежную связь. Стыки и соединения сборных кон классифицируют по функциональному признаку и расчетно-конструктивному. По функциональному признаку различают: стыки колонн с фундаментами, колонн друг с другом, ригелей с колоннами; узлы опирания подкрановых балок, ферм, балок покрытий на колонны; узлы опирания панелей на ригели и т. п. По расчетно-конструктивному признаку различают стыки: испытывающие сжатие, испытывающие растяжения, работающие на изгиб с поперечной силой, и т.п. 7. Конструкции плоских перекрытий (классификация). Же плоские перекрытия - наиболее распространенные конструкции в промышленных и гражданских зданиях и сооружениях. По конструктивной схеме же перекрытия могут быть разделены на две основные группы: балочные и безбалочные. Балочными называют перекрытия, в которых балки работают совместно с опирающимися на них плитами перекрытий. В безбалочных перекрытиях плита опирается непосредственно на колонны с уширениями, называемыми капителями. Классифицируют по конструктивным признакам следующим образом: балочные сборные; ребристые монолитные с балочными плитами; ребристые монолитные с плитами, опертыми по контуру; балочные сборно-монолитные; безбалочные сборные; безбалочные монолитные; безбалочные сборно-монолитные. В строительстве, как правило, применяют сборные перекрытия, отличающиеся высокой индустриальностью. Тип конструкции перекрытия выбирают в каждом случае по экономическим соображениям в зависимости от назначения здания, действующих нагрузок, местных условий и др. 8. Расчет кон на монтажные нагрузки. Сборные колонны, изготавливаемые в горизонтальном положении, при подъеме их из опалубочных форм и перевозке будут работать на изгиб от действия массы конструкции. В проектном положении эти же колонны работают на внецентренное сжатие. Сборные ЖБК должны рассчитываться также для всех стадий: изготовления, транспортирования и монтажа. Масса элемента вводится в расчет без коэффициента перегрузки, но с коэффициентом динамичности: при транспортировании 1.8; при подъеме и монтаже 1.5. Для сборных элементов схема работы при транспортировании и монтаже зависит от принятого расположения подъемных петель или других приспособлений для строповки и намеченной схемы перевозки и складирования элементов. 9. Особенности расчета статически неопределимых же кон. Расчет статически-определимых ЖБК производится по правилам строительной механики в предположении упругой работы материала. При этом полученное из расчета статически-определимой ЖБК напряженно-деформированное состояние довольно хорошо согласуется с фактическим. Хуже обстоит дело с расчетом статическинеопределимых ЖБК. Здесь выявленное из расчета статически-неопределимой ЖБК напряженно-деформированное состояние в предположении упругой работы материала оказывается отличным от фактического. Причем наибольшее различие между напряженно-деформированными состояниями наблюдается непосредственно перед разрушением кон. Это обусловлено тем, что в ЖБК помимо упругих деформаций имеют место и пластические деформации. Приближаясь к моменту разрушения пластические деформации нарастают, а напряжения в арматуре достигают предела текучести. Наличие пластических деформаций приводит к перераспределению внутренних усилий как в сечении элемента, так и между сечениями. Это перераспределение в свою очередь оказывают влияние на прочность, жесткость и трещиностойкость конструкции. Особенно ярко это проявляется в изгибаемых элементах. Поэтому для достоверной оценки несущей способности. жесткости и трещиностойкости статически-неопределимых ЖБК необходимо использовать специальные методы расчета, позволяющие учитывать перераспределение внутренних усилий. Таким методом является метод предельного равновесия, позволяющий учитывать образование пластических шарниров. 10. Понятие о пластическом шарнире. По мере роста внешней нагрузки Р будет происходить рост внутренних напряжений. При некотором значении нагрузки Р напряжения в арматуре достигнут предела текучести. Т.о., область больших местных деформаций, сопровождающаяся текучестью арматуры называется пластическим шарниром. Текучесть арматуры приводит к резкому росту прогиба и углов взаимного поворота. Образование пластических шарниров характерно для ЖБК, армированных мягкой сталью, обладающей площадкой текучести. Напряжения в арматуре в зоне образования пластического шарнира остаются постоянными и равны σтек. М= σтек·Аs·Za, где Za – плечо внутренней пары – расстояние между центром тяжести сжатого бетона и центром тяжести растянутой арматуры. 11. Перераспределение усилий в статически неопределимых же кон. С появлением первого шарнира пластичности в статически-определимых ЖБК ничто не препятствует росту прогиба и углов взаимного поворота отдельных частей. В связи с этим уменьшается высота сжатой зоны бетона. а напряжение в нем достигает временного сопротивления бетона сжатию. Происходит раздробление сжатого бетона и как следствие разрушение изгибаемого элемента. В статически-неопределимой ЖБК достижению напряжениями в сжатом бетоне предела прочности при сжатии препятствуют лишние связи. Поэтому для исчерпания несущей способности в статически-неопределимой ЖБК с одним шарниром пластичности необходимо образование еще одного или нескольких пластических шарниров. Кол-во пластических шарниров определяется степенью статической неопределимости ЖБК. Образование очередного пластического шарнира требует приложения дополнительной нагрузки. при приложении дополнительной нагрузки рост внутренних усилий происходит по иной схеме: в шарнире пластичности момент остается постоянным, а в остальных сечениях изгибающие моменты увеличивают свои значения, т.е. происходит перераспределение внутренних усилий. Т.о. учет перераспределения внутренних усилий позволяет выявить резервы несущей способности статически-неопределимых ЖБК. 12. Условия, допускающие использ метода предель равновесия в расчетах же кон. 1) Условие эксплуатации допускает образование трещин и пластических шарниров. 2) Сечения изгибаемых элементов, в которых предполагается образование пластических шарниров, должны быть заармированы так, чтобы значение относительной высоты сжатой зоны бетона не превосходило 0.35. 3) Для армирования же кон необходимо использовать мягкие стали, обладающие площадкой текучести. 13. Определение усилий в сечениях неразрез ригеля с учетом перераспред усилий. Сборный неразрезной ригель, входящий в состав покрытия (перекрытия) здания, является статически-неопределимой конструкцией. Поэтому для получения экономичных решений расчет ригеля надо вести методом предельного равновесия с учетом перераспределения внутренних усилий. Общий порядок определения внутренних усилий следующий: 1) Устанавливается расчетная схема ригеля в виде многопролетной статическинеопределимой балки. 2) Определяются расчетные пролеты (крайние и средние). Крайний пролет равен расстоянию от опорной реакции ригеля на кирпичную стену и до оси первой колонны. Средний пролет равен расстоянию между осями колонн. 3) Подсчитываются значения постоянных нагрузок g и временных V. 4) В предположении упругой работы материала производится многовариантный расчет неразрезной балки на действие постоянной нагрузки g и временной V при ее невыгодных расположениях: - при расположении временной нагрузки на нечетных пролетах наибольшей величины достигают пролетные моменты в загруженных пролетах; - при расположении временной нагрузки на четных пролетах наибольшей величины достигают пролетные моменты в загруженных пролетах; - при загружении двух смежных пролетов и далее через 1 пролет наибольшей величины достигают опорный момент между смежно-загруженными пролетами; 5) Строится объемлющая эпюра изгибаемых моментов. 14. Конструирование неразрезного ригеля. Включает в себя два этапа: 1) Назначение размеров поперечного сечения ригеля. 2) Выбор видов арматуры и определение ее количества. b, h зависят от L. h=(от 1/10 до 1/15)*L b=(0.3 … 0.4)*h 15. Расчет стыка ригеля с колонной. 1) Определение значения момента по оси колонны из расчета неразрезной балки, т.е. момента на опоре. 2) Определение момента, который действует на грани балки: Мст= М-0.5·Q·hкол. 3) Определение продольного усилия: Nст=Mст/z. 4) По усилию Nст определяется диаметр стыковых стержней: Аст=Nст/2·Rc. 5) Определение требуемого кол-ва закладных швов, соединяющих стержень с верхней закладной. 6) По Nст определяется площадь поперечного сечения закладных деталей. 7) Определение N’ст (кол-во сварных швов): N’ст=Nст-f. 16. Расчет плиты же монолитного ребристого перекрытия. Расчет плиты производится с учетом перераспределения усилий, принимая: - в первом пролете и на первой промежуточной опоре: 𝑴 = 𝒒𝒍𝟐𝟎𝟏/𝟏𝟏 - в средних пролетах и на средних опорах: 𝑴 = 𝒒𝒍𝟐𝟎𝟐 /𝟏𝟔 Расчетные значения средних пролетов - 𝒍𝟎𝟐 = 𝒍𝟐 − 𝒃, крайних пролетов (при свободном опирании одного конца плиты на стену) - 𝒍𝟎𝟏 = 𝒍𝟏 − 𝟎. 𝟓𝒃. В балочных плитах, окаймленных по контуру балками, горизонтальному смещению опорных сечений препятствует распор Н, возникающий из-за жесткости этих балок и повышения несущей способности плиты. Это учитывают снижением моментов в средних пролетах и на средних опорах на 20%. Площадки арматуры в расчетных сечениях определяют как для прямоугольные сечения с одиночной арматурой шириной 6 = 100 см и высотой hf. Армирование многопролетных балочных плит – свариваемыми рулонными сетками. Для плит с hf=6…10 см применяют непрерывное армирование рулонными сетками с продольной рабочей арматурой (d 5 мм), для плит с hf >10 см – раздельное армирование плоскими или рулонными сетками с поперечной рабочей арматурой. При непрерывном армировании основную арматуру с площадью As подбирают по моменту 𝒒𝒍𝟐𝟎𝟐 /𝟏𝟔, а в 1-м пролете и над 1-ой опорой устанавливают дополнительную арматуру ∆𝑨𝒔, подбирая по ∆𝑴 = 𝒒𝒍𝟐𝟎𝟐 /𝟏𝟏 − 𝒒𝒍𝟐𝟎𝟐 /𝟏𝟔. 17. Особенности расчета главной балки же монолитного ребристого перекрытия. Все положения расчета второстепенной балки перекрытия полностью относятся к расчету главной балки монолитного ребристого перекрытия. На главную балку передается сосредоточенная нагрузка от опорного давления второстепенных балок. Кроме того, учитывают собственный вес главной балки. Особенностью подбора сечений главной балки по изгибающим моментам является то, что на действие положительного момента в пролете она работает как тавровая с шириной полки L/3, а на действие отрицательного момента на опоре – как прямоугольная. 18. Требования к опорным участкам элементов перекрытий. Длина опирания балок не менее 250 мм. Длина опирания плит покрытия и перекрытия не менее 120 мм. Во всех случаях размеры опорных зон воспринимаются расчетом на местное смятие. 19. Алгоритм проектирования сборных же ребристых плит покрытия. Принцип проектирования плит перекрытий любой формы поперечного сечения состоит в удалении как можно большего объема бетона из растянутой зоны с сохранением вертикальных ребер, обеспечивающих прочность элемента по наклонному сечению. Ребристые плиты бывают – с ребрами вниз, сплошные. Ширину плит при заданном типе и пролете назначают с учетом возможностей подъемно-транспортного оборудования таким образом, чтобы масса плиты не превышала 1.5; 3; 5 т. Все типы панелей с точки зрения статического расчета представляют собой однопролетную балку, загруженную равномерно распределенной нагрузкой, максимальные усилия в которой будут: 𝑴 = 𝒒𝒍𝟐𝟎/𝟖; 𝑸 = 𝒒𝒍𝟎/𝟐, где q= (g+v)b'f -полная нагрузка на 1 м плиты; g - постоянная нагрузка, кН/м2; v - временная нагрузка, кН/м2; b'f -ширина панели; lо - расчетный пролет, равный расстоянию между линиями действия опорных реакций. Высота сечения предварительно напряженных панелей (1/20... 1/30)l0. После установления размеров сечения плиты, задавшись классом рабочей арматуры и бетона, выписывают их расчетные характеристики; затем производят расчет прочности плиты по нормальным и наклонным сечениям. При расчете по нормальным сечениям для ребристой плиты вводят эквивалентное тавровое сечение. Расчетную ширину сечений принимают равной суммарной толщине всех ребер. В ребристых панелях производят также расчет прочности верхней полки на местный изгиб. В этом случае при отсутствии поперечных ребер из полки плиты мысленно выделяют полосу шириной 100 см, расчет которой производят как частично защемленной по концам балки пролетом l=b'f—b на действие пролетного и опорного моментов 𝑴 = 𝒒𝒍𝟐𝟎/𝟏𝟏.. Далее выполняют расчет прогибов, трещиностойкости и проверку прочности плиты на монтажные нагрузки. 20. Алгоритм проектирования сборных же многопустотных плит покрытия. Принцип проектирования плит перекрытий любой формы поперечного сечения состоит в удалении как можно большего объема бетона из растянутой зоны с сохранением вертикальных ребер, обеспечивающих прочность элемента по наклонному сечению. Пустотные плиты бывают с овальными, круглыми и вертикальными пустотами. Ширину плит при заданном типе и пролете назначают с учетом возможностей подъемнотранспортного оборудования таким образом, чтобы масса плиты не превышала 1.5; 3; 5 т. Все типы панелей с точки зрения статического расчета представляют собой однопролетную балку, загруженную равномерно распределенной нагрузкой, максимальные усилия в которой будут: 𝑴 = 𝒒𝒍𝟐𝟎/𝟖; 𝑸 = 𝒒𝒍𝟎/𝟐, где q= (g+v)b'f -полная нагрузка на 1 м плиты; g - постоянная нагрузка, кН/м2; v - временная нагрузка, кН/м2; b'f -ширина панели; lо - расчетный пролет, равный расстоянию между линиями действия опорных реакций. Высота сечения предварительно напряженных панелей (1/20... 1/30)l0. После установления размеров сечения плиты, задавшись классом рабочей арматуры и бетона, выписывают их расчетные характеристики; затем производят расчет прочности плиты по нормальным и наклонным сечениям. При расчете по нормальным сечениям для многопустотной плиты вводят эквивалентное двутавровое сечение. Далее выполняют расчет прогибов, трещиностойкости и проверку прочности плиты на монтажные нагрузки. 21. Классификация же фундаментов. В инженерных сооружениях, промышленных и гражданских зданиях широко применяют же фундаменты. Они бывают трех типов: отдельные - под каждой колонной; ленточные под рядами колонн в одном или двух направлениях, а также под несущими стенами; сплошные - под всем сооружением. Фундаменты возводят чаще всего на естественных основаниях, но в ряде случаев выполняют и на сваях. В последнем случае фундамент представляет собой группу свай, объединенную поверху распределительной же плитой ростверком. Отдельные фундаменты устраивают при относительно небольших нагрузках и достаточно редком размещении колонн. Ленточные фундаменты под рядами колонн делают тогда, когда подошвы отдельных фундаментов близко подходят друг к другу, что обычно бывает при слабых грунтах и больших нагрузках. Целесообразно применять ленточные фундаменты при неоднородных грунтах и внешних нагрузках, различных по значению, так как они выравнивают неравномерные осадки основания. Если несущая способность ленточных фундаментов недостаточна или деформации основания под ними больше допустимых, то устраивают сплошные фундаменты. Они в еще большей мере выравнивают осадки основания. Эти фундаменты применяют при слабых и неоднородных грунтах, а также при значительных и неравномерно распределенных нагрузках. Стоимость фундаментов составляет 4-6 % общей стоимости здания. Тщательной проработкой конструкции фундаментов можно достичь ощутимого экономического эффекта. Для крупных сооружений конструкцию фундаментов выбирают из сопоставления стоимости, расхода материалов и трудовых затрат при различных вариантах конструктивных решений. По способу изготовления фундаменты бывают сборные и монолитные. 22. Алгоритм расчета ленточного фундамента. Ленточные фундаменты под стенами. Их обычно делают сборными, собираемыми из отдельных блоков-подушек, на которые опираются фундаментные блоки. Ширину блоковподушек определяют из расчета основания - делением нормативной нагрузки на сопротивление грунта. Расчет прочности подушки производят только в поперечном направлении, рассматривая выступы как консоли, загруженные реактивным давлением грунта р (без учета массы подушки и грунта на ней). Площадь арматуры подбирается по моменту: М=рl2/2, где l — вылет консоли. Толщину сплошной подушки h назначают из условия воспринятия поперечной силы Q=pl одним бетоном (без поперечного армирования), принимая ее не менее 200мм. Ленточные фундаменты под рядами колонн. Их выполняют обычно монолитными, таврового сечения с полкой понизу. В продольном направлении отдельная лента работает на изгиб, как балка, находящаяся под воздействием сосредоточенных нагрузок от колонн и отпора грунта снизу. Ребра армируют подобно неразрезным балкам. Продольную арматуру определяют расчетом прочности нормальных сечений на изгибающий момент, поперечную - расчетом наклонных сечений на поперечную силу. Абсолютно жесткий ленточный фундамент рассчитывают как статически неопределимую балку, на которую сверху действует нагрузка от колонн, а снизу - реактивный отпор грунта. Размеры площади подошвы фундамента в этом случае устанавливают как для фундаментов, нагруженных внецентренно (или центрально) вдоль ленты. При симметричном загружении ленты вдоль ее оси эпюра давления на грунт имеет вид прямоугольника, при несимметричном - трапеции. Фундаментные ленты большой длины, загруженные колоннами, расположенными на значительных расстояниях, считаются гибкими, поскольку их перемещения соизмеримы с перемещениями основания. Же гибкие ленточные фундаменты рассчитывают как балки на упругом основании.
