CC BY
1122
Б/2011 ВЕСТНИК
ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОНОЛИТНЫХ ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИЙ
С КАПИТЕЛЯМИ
THE DESIGN OF MONOLITHIC SLABS OF CEILINGS WITH
CAPITALS
A.H. Малахова, A.N. Malakhova
ФГБОУ ВПО МГСУ
В статье рассматривается расчет и конструирование плит перекрытия с капителями. Показываются преимущества применения перекрытий с капителями в многоэтажных зданиях с колонными конструктивными системами. Приведен пример компьютерного моделирования перекрытия с использованием программного комплекса ЛИРА
The article deals with the calculation and design of monolithic slabs of ceilings with capitals. It is shown the benefits of using of ceilings with capitals in the multi-storey buildings with columns structural systems. There is an example of computer simulation of the ceilings with the software of system Lira.
Монолитные плиты перекрытия с капителями рекомендуется применять в многоэтажных зданиях с колонными конструктивными системами [1]. По сравнению с балочным вариантом конструктивного решения перекрытий монолитные плиты с капителями имеют ряд преимуществ:
• удобство для прокладки коммуникаций,
• упрощение опалубки и армирования,
• архитектурную выразительность интерьеров.
Наличие капителей создает благоприятные условия работы железобетона на про-давливание в узле сопряжения плиты перекрытия и колонн, а также приводит к уменьшению моментов в плите за счет уменьшения расчетных пролетов.
Монолитные плиты перекрытия с капителями активно применялись в нашей стране в первой половине двадцатого века, уступив свое место во второй половине двадцатого века сборным железобетонным перекрытиям с предварительно напряженной арматурой.
В период активного использования монолитных плит перекрытия с капителями сложился аппарат расчета, и были разработаны конструктивные требования по проектированию таких перекрытий [2,3].
Упрощенный расчет монолитных плит перекрытия с капителями строился на выделении в плите перекрытия надколонных и пролетных полос (рис.1а), которые рассматривались как неразрезные балки (рис.1 б). Опоры балки надколонных полос исключали вертикальные перемещения. Балки пролетные полосы опирались на упругие податливые опоры.
ВЕСТНИК МГСУ
8/2011
Рис.1. К расчету монолитных плит перекрытия с капителями: а) - полосы (1-надколонная, 2-пролетная) на плане перекрытия; б) - расчетные схемы полос - многопролетные балки с расчетными пролетами 101, 102; в) - расчетная схема плиты (3) свободно опертой на капители и нагруженной равномерно распределенной нагрузкой для вычисления базовых моментов М01, М02 (Р- полная нагрузка на плиту)
Для определения базового момента М01 вдоль пролета 101 и базового момента М02 вдоль пролета 102 рассматривалась плита, свободно опертая на капители, и нагруженная равномерно распределенной нагрузкой (рис. 3в). Базовые моменты вычисляются следующие образом:
М01 = 0,125 х(д + У)х11хЬ2х101 , Р = (д + V) х Ь1 х ¿2 , М01 = 0,125 хРх101 , М02 = 0,125х Рх102 .
Переход от базовых моментов М01, М02 к балочным надколонных (М1, М2) и пролетных (М3, М4) полос перекрытия выполнялся через коэффициенты распределения, приведенные в таблице 1.
Таблица 1
Надколонная полоса Пролетная полоса
на опоре в пролете на опоре в пролете
М1=-0,5Мо М2=+0,2М0 М3=-0,15М0 М4=+0,15М0
На рисунке 2 приведены типы капителей и показано назначение размеров конструктивных элементов капители в зависимости от шага колонн Ь, толщины плиты Ъ и размеров поперечного сечения колонны.
Капители и надкапительные плиты армируются конструктивно. Армирование капители в виде усеченной четырехгранной пирамиды показано на рисунке 3. Арматурные стержни, устанавливаемые по боковым и угловым граням капителей, и горизонтальные стержни путем сварки или вязки объединяются в объемный каркас. Пространственное положение объемного каркаса капители должно согласовываться с положением вертикальных стержней колонн и сеток армирования перекрытия.
8/2011
ВЕСТНИК _МГСУ
Рис.2. Типы капителей: а) - обыкновенная в виде усеченной четырехгранной пирамиды; б), в) - усиленные надкапительной плитой (1 - капитель, 2 - надкапительная плита с вертикальными гранями, 3 - надкапительная плита с наклонными скосами)
1 - 1
3 - 3
500
Рис.3. Армирование капители (сетки армирования перекрытия условно не показаны): 1 - арматурные стержни 01ОА4ОО, устанавливаемые по боковым и угловым граням капители; 2 - горизонтальные хомуты 06А24О, устанавливаемые с шагом 150 мм.
Последующий опыт эксплуатации монолитных плит перекрытия с капителями выявил слабые места таких перекрытий - это, прежде всего, возникновение пробоин в пролете перекрытий промышленных зданий [4], где технологические нагрузки на перекрытия были значительными и могли быть приложенными как сосредоточенные. Возникновение дефектов такого рода можно связать с назначением тогда относительно небольшой толщины плиты перекрытия, невысоких классов материалов и отсутствием сплошного армирования плиты.
ВЕСТНИК 8/2011
В современных нормах [1] рекомендуется назначать толщину плоских плит перекрытия 16.. .25 мм, а также не менее 1/30 расчетного пролета. Класс бетона - не менее В20. Арматуру классов А400, А500, В500. Следует армировать плиты в двух направлениях, располагая продольную арматуру у верхней и нижней граней плиты. При этом для сокращения расхода арматуры рекомендуется применять следующий прием. По всей площади плиты первоначально раскладывается арматура в соответствии с минимальным процентом армирования А8,ш;п, затем в отдельные зоны плиты добавляются арматурные стержни А8 ДОбав. с тем, чтобы определенная по расчету площадь поперечного сечения арматуры этих зон А8 была не менее (А8Ш;П+ А8ДОбав). Однако такой способ армирования приводит к его усложнению и требует постоянного контроля выполнения арматурных работ.
Моделирование напряженно-деформированного состояния монолитной плиты перекрытия с капителью можно выполнять с использованием программного комплекса ЛИРА [5].
На рисунке 4 приведена деформированная схема плиты перекрытия с капителью, а также изополя напряжений (Мх, Му). Принята сетка колонн с ячейкой 6x6 м (Ь1=Ь2=6 м), размеры в плане примыкания капители к плите 2x2 м, расчетные пролеты плиты с капителью 101= 102=6-2/3хс=4,7 м, расчетное значение нагрузки (с учетом собственного веса плиты) - 14 кН/м2, класс бетона В25, модуль упругости бетона Е=0,3хЕь=0,3х30000=9000 МПа=9000000 кН/м2, коэффициент поперечной деформации бетона Уь,р=0,2 , толщина плиты - 25 см.
Рис.4. Результаты расчета плиты перекрытия с капителью: а) - деформированная схема, б) - изополя напряжений (надколонная полоса М1=21,3 кНм/м, М2=12,0 кНм/м, пролетная полоса М3=10,6 кНм/м , М4=10,6 кНм/м)
При вычислениях по приближенному алгоритму расчета: базовый момент М0=0,125х14х6х6х4,7=296,1 кНм или 49,35кНм/м, надколонная полоса М1=0,5х49,35=24,7 кНм/м, М2=0,2х49,35=9,87 кНм/м, пролетная полоса М3=М4=7,4 кНм/м.
Сравнивая результаты двух расчетов можно сделать следующие выводы:
Б/2011 ВЕСТНИК
• результаты обоих расчетов близки (базовый момент, вычисленный по результатам автоматизированного расчета составляет М0=21,3+12+10,6+10,6=54,5 кНм/м, 54,4/49,35=1,1, расхождение составляет 10%),
• результаты автоматизированного расчета подтверждают правильность выделение в плите надколонной и пролетной полос шириной 0,5*Ь, вместе с тем автоматизированный расчет показывает детальную картину напряженно-деформированного состояние плиты с капителью.
Литература
1. СП 52-103-2007. Железобетонные монолитные конструкции зданий - М., 2007, с.4.
2. Железобетонные конструкции (под ред. Панарина Н.Я.) - М., 1971, с. 328-333.
3. Руководство по конструированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения). - М., 1978, с. 138,139.
4. Каталог конструктивных решений по усилению и восстановлению строительных конструкций промышленных зданий. - М., ЦНИИПпромзданий, 1987, с.79-82.
5. Городецкий А.С., Евзеров И.Д. Компьютерные модели конструкций. - M., АСВ, 2009, 360с.
Literature
1. SP 52-103-2007. Reinforced concrete monolithic construction of buildings - M., 2007, p.4
2. Reinforced concrete structures (ed.. Panarin NY) - Moscow, 1971. P.p. 328-333.
3. Guidelines for designing of concrete and reinforced concrete constructions of heavy concrete (without pre-stressing reinforcement). - M., 1978, pp. 138.139.
4. Catalogue of design solutions of enhancing and reconstruction of industrial buildings constructions. - M., TsNIIPpromzdany, 1987, p.79-82.
5. Gorodetsky, AS, Yevzerov ID Computer models of constructions. - M., DIA, 2009,
360s.
Ключевые слова: плиты перекрытия с капителями, расчет и конструктивные, примеры решения, компьютерное моделирование
Key words: biSlabs of ceilings with capitals, calculation and design, examples of solutions, computer simulation
Телефон: 8.499.186.31.60.
E-mail: malahov@gnext.ru.
Рецензент: к.т.н. Морозова Д.В., доцент кафедры «Строительные конструкции» Московского государственного открытого университета
