CC BY
153
СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
УДК 624.012.45
В.А.Тесля, А.С.Гукин
СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОНАЯ ПЛИТА СЖП-15
Совершенствование строительных конструкций из металла или железобетона позволяет экономить материал не более 15% [1]. Поиск путей дальнейшего снижения затрат материалов приводит к комбинированным системам совместной работы железобетона и металла, используя характерные особенности работы железобетона на сжатие, металла на растяжение.
Опыт проектирования и экспериментального строительства показал, что предложенные сталежелезобетонные конст-
рукции имеют целый ряд преимуществ по сравнению с традиционными широко используемыми в строительстве конструкциями. Анализ совре-
менного уровня развития строительных конструкций, таких как металлические структуры и эффективных железобетонных конструкций « на пролёт», показывает значительные недостатки обеих - первые имеют большую металлоёмкость, вторые имеют большой вес и их полезная несущая способность резко падает. Комбинированные конструкции, в значительной мере снижающие эти недостатки, имеют свои особенности как в расчёте и конструировании, так в сборке и монтаже. Так при расчёте возникает ситуация концентрации напряжений при передаче усилий на железобетонную часть конструкций, трудности в определении истинных усилий в металле при пространственной структуре. Плоскостные сталежелезобетонные конструкции имеют более простую расчётную схему, позволяют с большей достовер-
ностью определить работу каждого из составляющих элементов, что в свою очередь гарантирует их надёжность в эксплуатации. К таким конструкциям относятся фермы и балки покрытий, разработанные в МНИИТЭП, [2] а также сталежелезобетонные строительные фермы с железобетонным верхним поясом, разработанные в МосгипроНИИсельстрое для сельского строительства [3,4]. Последние представляют собой фермы с верхним поясом из прямоугольного железобетон-
расход металла верхнего пояса ферм. Преодолеть недостатки плоскостных систем позволяет пространственное решение сталежелезобетонных конструкций. Одно из таких решений разработано на кафедре «Строительных конструкций» в виде железобетонной плиты покрытия пролётом 15 метров. Применение такого типа покрытия позволяет значительно уменьшить вес и его стоимость, снизить стоимость монтажа, сократить сроки строительства. Плита СЖП-15 запроектирована
Рис 1. Покрытие в виде сталежелезобетонный плиты СЖП-15
ного элемента и нижним поясом из металла при узловых соединениях с помощью сварки или на болтах. Конструкции института МНИИТЭПа предусматривают снижение расхода металла верхнего пояса ферм за счёт введения в работу железобетонной плиты, которая соединяется с верхним поясом фермы приваркой к закладным деталям плиты. Наблюдается сохранение плоскостной схемы работы конструкций, а экономия достигается благодаря передаче части усилий сжатия железобетонной плите, тем самым снижается
под нагрузку IV снегового района для зданий II класса ответственности из тяжелого бетона класса В-30 по прочности на сжатие с учётом длительного действия нагрузок. Основная арматурная сталь принята класса А III и сварная рулонная сетка марки
ЛАдї - 100 г С
—----------- 2940Ь —
4Ад1 - 200 20
Сталежелезобетонная плита СЖП-15 предназначена для
двускатного покрытия промышленных, сельскохозяйственных и других зданий пролётом 15
метром. По такой расчётной схеме и конструктивному решению можно создавать плиты
Рис. 2. К определению усилий Ы], Ы2, Ы4
пролётом более 15 м.
Составная плита покрытия, как комбинированная система,
состоит из двух шарнирно соединенных шпренгельных систем, каждая из которых имеет
70
-х-
780
-х
Расче тная ширина
630
-X-
-X
60
800
X
660
830
-------------х------------------
Рис. 3. Расчётная схема поперечного сечения плиты
60
к
о <о
СО
120
,610
о
ао
О)
см
о со со
, 430
тонкую ребристую плиту размером 2980x7713 мм, усиленную двумя шпренгельными затяжками. При установке на место, соединив обе части плиты через коньковый шарнир, приваривают затяжку системы (рис.1). Эту операцию необходимо выполнить непосредственно на месте монтажа, после того как обе части плиты установлены в проектное положение и произошло обжатие шарнира от действия собственного веса плит.
1.Особенности статиче-
ского расчёта элементов плиты.
Расчётные нагрузки составляют - суммарная 4.783 кН /м2, в том числе продолжительного действия 3.804 кН /м2. Опреде-
ление усилий производится согласно расчётной схеме работы одной из шпренгельных систем при известной опорной реакции Яа ( рис.2).
Определение усилий не представляет большой трудности - система статически определима, размеры все известны. Основными усилиями являются усилия сжатия воспринимаемые железобетонной плитой N1 и усилие растяжения в затяжке системы N4 Остальные усилия определяются: в нисходящем
раскосе ^, в стойках и усилие в плите ^ в пределах опорного узла до первой стойки.
Так как система имеет суммарную длину более пролёта 15 м, необходимо нагрузку скорректировать в горизонтальную
интенсивность 4.7833-15.460/15 =4.93 кН /м2 . По интенсивной этой нагрузке и определена опорная реакция Яа при ширине плиты в 3 м. Усилия равны: N1= 134.489 кН - сжатие в приделах опорного узла, N1 = 250.670 кН
- сжатие, N = 152.223 кН -растяжение, N3 = 21.913 кН -растяжение, ^= 241.963 кН -растяжение.
При отсутствии затяжки системы, что наблюдается в период монтажа покрытия, действует только постоянная нагрузка от веса плиты. В этом случае усилие в шпренгеле будет равно ^ = 58.788 кН., что значительно больше усилия N3 в случае полной сборки системы и действия полной нагрузки. Поэтому подбор сечения
шпренгеля плиты необходимо производить по усилию ^ = 58.788 кН.
2. Расчёт железобетонной плиты на местный изгиб и продольное сжатие производится в двух направлениях - в продольном и поперечном направлениях. В продольном направлении необходимо учитывать местный изгиб и эксцентриситет действия продольного усилия N1, в поперечном только действие местного изгибающего момента равного 94924 Н-см. При такой величине изгибающего момента на один метр длины потребуется 0.527 см2 площади рабочей арматуры. Принимая для армирования рулонную сварную сетку в которой поперечные стержни из стали Вр1 ф 4мм (см. знаменатель марки) имеют шаг 200 мм тогда при 5 стержнях на один погонный метр имеем фактическую рабочую площадь 0.628 см2. В продольном направлении при шаге постановки стержней в 100 мм рабочая площадь будет в два раза больше.
В продольном направлении плита рассчитывается как элемент таврового сечения при толщине полки 6 см и двух продольных рёбер высотой 18 см. (рис. 3). Расчёт выполнен на половину ширины плиты на усилие 0.5 N1 = 125.335 кН. и локального изгибающего момента Мр = 2.02115 кН-м.
Дополнительно необходимо учитывать изгибающий момент от эксцентриситета действия продольного усилия 0.5 N равного 1.29 см. Таким образом, суммарный момент М = 2.02115 + 125.335 • 0.129 = 3.63797 кН-м.
Согласно требованиям норм п.3,23 [5], расчётное сечение ребристой плиты определяется из условия ширины свесов в каждую сторону от ребра не более 1/6 пролёта (212.3/6 = 35.38 см.) и не более бк^. =6-6 =36 см. Таким образом, расчётная ширина полка Ь/. будет равна 2-35.38+7 = 77.766 см ~ 78 см.
Задаёмся армированием и
производим поверочный расчёт на внецентренное сжатие. По принятой ранее рулонной сетке в верхней растянутой зоне плиты будет размещаться 7 стержней проволоки диаметром 4 мм и 2 стержня арматуры класса А111 диаметром 10 мм армирования ребра. В нижней части армирования ребра размещаем один стержень диаметром 20 мм класса АШ. При таком армировании тавровое расчётное сечение выдерживает внецентрен-ное сжатие в 29.306 кН-м, при фактической величине в 17.7530 кН-м.
Локальный момент плиты у поперечного ребра воспринимается верхней арматурой и продольным стержнем ребра.
3. Подбор сечений металлических элементов, из стали класса А-111 производится по максимальным усилиям - затяжка системы состоит из двух стержней диаметром 16 мм, затяжка плит из двух стержней диаметром 10 мм, нисходящие раскосы и все стойки из стержней диаметром 14 мм. Опорные косынки и опорные пластины из листовой стали С-235 толщиной 14 мм.
4. Конструирование и армирование плит, имеющих по два продольных и четыре поперечных ребра, которые обеспечивают их пространственную жесткость. Поперечные короткие ребра армируются каркасами К1, продольные - каркасами
К2. Каркасы К2 выполняются совместно с закладными деталями в виде газовых труб диаметром один дюйм длиной 180 мм. Крепление труб осуществляется на сварке с помощью арматурных коротышей диаметром 10 мм. Эти закладные детали необходимы для размещения и закрепления в них стоек. Нижний конец труб фиксируется упорным штифтом, приваренным к днищу опалубочной формы. Это позволяет строго фиксировать закладную в проектном положении и не допускать ее смещения при бетонировании плиты.
Все арматурные изделия соединяются в один пространственный каркас КП1 в виде рамы с приваренным в торце уголком 50x50x5 длиною 2980 мм, который является опорной деталью конькового шарнира. Опорные части каркаса КП1 соединяются между собой стержнем диаметром 18 мм, приваренного к опорным горизонтальным листам (рис.4). Выполним сравнение по расходу бетона и стали на 1 кв. метр покрываемой площади. Примем для сравнения типовые решения покрытий промышленных зданий с применением стропильных ферм, балок и ребристых плит кровли. Дополнительно рассмотрим вариант покрытий малоуклонными плитами на пролет, а также плит-оболочек типа КЖС - для кото-
№ п/п Конструктивное решение покрытия зданий Приведенная толщина бетона, см Удельный расход ста- 2 ли на м покрытия, кг
1 Решетчатая стропильная балка и ребристые плиты покрытия. 10,90 17,17
2 Стропильная безраскосная ферма и ребристые плиты покрытия 8,92 13,57
3 Малоуклонная ребристая плита на пролет 8,98 10,76
4 Ребристая плита-оболочка типа КЖС 8,03 7,98
5 Сталежелезобетонная плита СЖП-15 7,12 12,81
рых не требуются балки или фермы. Показатели сведены в таблицу.
Таким образом, сталежелезобетонная плита СЖП-15 имеет следующие преимущества по сравнению с другими типами покрытий.
1. Плита СЖП-15 имеет, минимальный расход бетона и
стали, что значительно снижает стоимость покрытия зданий при низкой стоимости плиты.
2. Возникает возможность вести монтаж кровли автомобильным краном малой грузоподъемности. При этом сокращается время монтажа, так как покрытие выполняется одним конструктивом - плитой без
применения стропильных балок или ферм.
3. Изготовление плиты возможно как в заводских, так и в полевых построечных условиях из-за простоты армирования и возможности качественного технологического контроля.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Некоторые тенденции и парадоксы развития несущих большепролетных конструкций / Промышленное строительство. 1990, №6, с 20-22.
2. Аншин Л.З. Сталежелезобетонные конструкции покрытий и перекрытий гражданских зданий / Промышленное строительство . 1975, №5, с 14-15.
3. Бондарь Я.П. и др. Сталежелезобетонные фермы покрытий сельскохозяйственных зданий / Промышленное строительство . 1979, №5, с 12-13.
4. Любченко И.Г. и др. Сталежелезобетонные фермы для сельскохозяйственного строительства / Бетон и железобетон. 1976, №7, с 5-7.
5. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без
предварительного напряжения арматуры. - М.: Центральный институт типового проектирования. 1989.
- 190 с.
6. Тесля В.А. Расчет и конструирование сталежелезобетонной плиты покрытия СЖП-15. Методические указания КузГТУ. Кемерово. 2001. -18с.
□ Авторы статьи:
Тесля
Виктор Андреевич
- доц. каф. строительных конструкций
Гукин Андрей Сергеевич
- ассистент каф. строительных конструкций
