23. Конструкции сборных и монолитных плит перекрытий

Обычный вид сборных ж/б плит перекрытий – круглопустотные, ребристые, реже коробчатого сечения. Все они приводятся к тавровому сечению, которое рассчитывается как балка. Даже коробчатое сечение приводится к тавровому, т.к. при расчетах принимаются допущения, одно из которых: бетон сжатой зоны в работе «не участвует».

Конструкция монолитного перекрытия состоит из полки-плиты и системы балок. Возможны варианты: полка-плита, вспомогательная балка, главная балка; или полка-плита и балка. Рассчитывается монолитное перекрытие тоже как тавровая балка, а также необходим расчет полки-плиты. При отношении длины плиты к ее ширине более 2  плита считается как балка. Изгибающий момент определяется в направлении короткой стороны по обычной формуле. При отношении длины к ширине менее 2 плита будет рассчитываться как опертая по контуру, т.е. рабочая арматура будет идти в двух направлениях. Изгибающие моменты будут определяться по обычным формулам, но с понижающими справочными коэффициентами, которые будут учитывать действительный характер работы плиты.

При расчете таврового сечения возможны два варианта:

1) Нейтральная ось (НО) проходит в полке (характерно для большой полки)

2) НО проходит в ребре.

Д ля определения случая расчета следует сравнить действительный изгибающий момент, воспринимаемый конструкцией, с моментом, который может быть воспринят полкой.

Для случая 1 ход расчета следующий:

.

Для случая 2 ход расчета следующий:

Для определения требуемого количества арматуры исходную схему разбиваем на две.

По схеме 1: работает бетон свесов полки с частью арматуры As1.

По схеме 2: работает оставшаяся часть схемы, т.е. бетон шириной «в» и часть арматуры As2.

Т.е. исходная схема = схема1 + схема 2.

Мрасч = Мрасч1 + Мрасч2.

As = As1 +As2.

Из схемы1:

Из схемы 2: .

24. Основные принципы расчета ж.Б. Фундаментов.

В общем случае размеры подошвы Ф назначают согласно требованиям норм про­ектирования оснований ЗиС, рассчиты­вая основания по несущей способности и по деформаци­ям. До­пускается предварительно определять размеры подошвы фундаментов зданий классов I и II, а также окончатель­но их назначать для фундаментов зданий и сооружений класса III при основаниях, сжимаемость которых не уве­личивается с глубиной, из условия, что среднее давление на основание под подошвой фундамента не превышает значения, вычисляемого по расчетному давлению Ro, фиксированному для Ф шириной 1 м на глу­бине 2 м. Расчетное давление R_o зависит от вида и состояния грунта; его принимают по результатам инженерно-геоло­гических изысканий площадки строительства и по ука­заниям норм. Для окончательного назначения размеров фундамента расчетное давление на грунт основания R определяют по формулам: при d≤2 м R = R_a[1 + k₁(b — b₀)/b₀] (d +d₀)/2d₀; при d>2 м R = R_o [1 + k₁(b - b_o)/b_o] + k₂γ(d - d₀), где b и d — соответственно ширина и глубина заложения проектируе­мого фундамента, м; b₀ — 1 м; do = 2 м; у—нагрузка от веса 1 м³ грунта, расположенного выше подошвы фундамента, кН/м³; k₁ = 0,125 — коэффициент, принимаемый для оснований, сложенных крупнообломочными и песчаными грунтами; k₁=0,05 —то же, пылеватыми песками, супесями, суглинками и глинами; k₂ = 0,25 — коэффи­циент, принимаемый для оснований, сложенных крупнообломочными и песчаными грунтами; k₂ = 0,2 —то же, супесями и суглинками; k₂=0,15 — то же, глинами. Опыты показали, что давление на основание по подо­шве фундамента в общем случае распределяется нерав­номерно в зависимости от жесткости фундамента, свойств грунта, интенсивности среднего давления. При расчетах условно принимают, что оно распределено равномерно. Давление на грунт у края Ф, загруженного внецентренно в одном направлении, не должно превы­шать 1,2R, а в углу, при двухосном внецентренном загружении, — 1,5R. Размеры сечения Ф и его армирование оп­ределяют как из расчета прочности на воздействия, вы­численные при нагрузках и сопротивлении материалов по первой группе предельных состояний. Центрально-нагруженные фундаменты. Необходимая площадь подошвы центрально-нагруженного фундамента (12.7) при предварительном расчете A = ab = N_n/(R-γ_md), где N_n—нормат сила, передаваемая фундаменту; d — глубина заложения Ф; γ_m = 20 кН/м³ — усредненная нагрузка от веса 1 м³ Ф и грунта на его уступах. Если нет особых требований, то центрально-нагружен­ные Ф делают квадратными в плане или близ­кими к этой форме. Мин высоту Ф с квадратной по­дошвой определяют условным расчетом его прочности на продавливание в предположении, что оно может проис­ходить по поверхности пирамиды, боковые стороны кото­рой начинаются у колонн и наклонены под углом 45°. Это условие выражается формулой (для тяжелых бето­нов) P ≤ R_bth_ou_m, где R_bt — расчетное сопротивление бетона при растяжении; u_m = 2(h_k + b_k,+2h₀) — среднее арифметическое между периметрами верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания в пределах полезной высоты фундамента h₀. Продавливающую силу принимают согласно расчету по первой группе предельных состояний на уровне верха фундамента за вычетом давления грунта по площади основания пирамиды продавливания: P = N — А₁р. где p = N/A₁; А₁ = (h_с+2h₀) (b_c + 2h₀); N — расчетная сила. В формуле нагрузка от веса Ф и грун­та на нем не учитывается, так как он в работе Ф на продавливание не участвует. Полезная высота Ф может быть вычислена по приближенной фор­муле: h_о = - 0,25 (h_c + b_c) + 0,5 √N/(R_bt + p). Ф с прямоугольной подошвой рассчитыва­ют на продавливание также по условию, принимая P = A₂p; u_m = 0,5(b₁+b₂) где A₂ — площадь части подошвы; b₁ - и b₂ — соотв верхняя и нижняя стороны одной грани пира­миды продавливания. Полную высоту Ф и размеры верхних ступе­ней назначают с учетом констр требований, ука­занных выше. Внешние части Ф под действием реактивно­го давления грунта снизу работают подобно изгибаемым консолям, заделанным в массиве фундамента. Их рас­считывают в сечениях: по грани колонны, по грани верхней ступени, по границе пира­миды продавливания. Полезную высоту нижней ступени принимают такой, чтобы она отвечала условию прочности по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении. Для единицы ширины этого сечения Pl = Q. l = 0,5(a-h_c-2h₀). Армирование Ф по подошве определяют расчетом на изгиб по нормальным сечениям. Значение расчетных изгибающих моментов в этих сечениях М_I = 0,125р (а - h_c)² b; М_II =0,125р (а - а₁)² b. Сечение рабочей арматуры на всю ширину Ф можно вычислить, принимая A_sI = M_l /0,9h₀R_s ; A_sII = M_n/0,9h_olR_s. Содержание арматуры в расчетном сечении должно обеспечивать минимально допустимый процент армиро­вания в изгибаемых элементах. При прямоугольной подошве сечение арматуры Ф определяют расчетом в обоих направлениях. Если в результате окончат. расчета основания Ф согласно указаниям норм проектирования оснований предварительно принятые размеры подошвы не­обходимо изменить, конструкция Ф должна быть откорректирована. Внецентренно нагруженные фундаменты. Их целесообразно выполнять с прямоугольной подошвой, вытяну­той в плоскости действия момента. Предварительно крае­вые давления под подошвой фундамента в случае одноосного внецентренного загружения опреде­ляют в предположении линейного распределения давле­ния по грунту в направлении действия момента по фор­мулам: p_1.2 = N_inf(1±6e/a)/ab, при е = M_inf/N_inf ≤ а/6; p₁ = 2N_inf / bl = 2N_tnf / 3b (0,5а - е) при е = M_inf/N_inf > а/6... . В этих формулах N_inf = N_n+γ_mdab; M_inf = M_n + Q_n, где N_n, M_n, Q_n—соответственно нормальная сила, изгибающий момент и поперечная сила, действующие в колонне на уровне верха фундамента; N_inf, M_inf — соответственно сила и момент на уровне подошвы фундамента. Согласно нормам, краевые давления на грунт не должны превышать 1,2R, а среднее давление pm = N_inf/(a+b) ≤ R. Допустимая степень неравномерности краевых давлений зависит от характера конструкций, опирающихся на фундамент.

1. Проектирование оснований включает обоснованный расчетом выбор:

-типа основания (естественное или искусственное);

-типа, конструкции, материала и размеров фундаментов (мелкого или глубокого заложения; ленточные, столбчатые, плитные и др.; железобетонные, бетонные, буробетонные и др.);

-мероприятий, применяемых при необходимости уменьшения влияния деформаций оснований на эксплуатационную пригодность сооружений.

2. Основания должны рассчитываться по двум группам предельных состояний: первой - по несущей способности и второй - по деформациям.

Основания рассчитываются по деформациям во всех случаях и по несущей способности - в некоторых случаях (п.3).

В расчетах оснований следует учитывать совместное действие силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (например, влияние поверхностных или подземных вод на физико-механические свойства грунтов).

3. Расчет оснований по несущей способности должен производиться в случаях, если:

а) на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены), фундаменты распорных конструкций и т.п.), в том числе сейсмические;

б) сооружение расположено на откосе или вблизи откоса;

в) основание сложено грунтами, указанными в п. 2.61;

г) основание сложено скальными грунтами.

Расчет оснований по несущей способности в случаях, перечисленных в подпунктах «а» и «б», допускается не производить, если конструктивными мероприятиями обеспечена невозможность смещения проектируемого фундамента.

Если проектом предусматривается возможность возведения сооружения непосредственно после устройства фундаментов до обратной засыпки грунтом пазух котлованов, следует производить проверку несущей способности основания, учитывая нагрузки, действующие в процессе строительства.

4. Расчетная схема системы сооружение - основание - или фундамент - основание должна выбираться с учетом наиболее существенных факторов, определяющих напряженное состояние и деформации основания и конструкций сооружения (статической схемы сооружения, особенностей его возведения, характера грунтовых напластований, свойств грунтов основания, возможности их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружения и т.д.). Рекомендуется учитывать пространственную работу конструкций, геометрическую и физическую нелинейность, анизотропность, пластические и реологические свойства материалов и грунтов.

Допускается использовать вероятностные методы расчета, учитывающие статистическую неоднородность оснований, случайную природу нагрузок, воздействий и свойств материалов конструкций.

Нагрузки и воздействия на основания, передаваемые фундаментами сооружений, должны устанавливаться расчетом, как правило, исходя из рассмотрения совместной работы сооружения и основания.

В расчетах оснований необходимо учитывать нагрузки от складируемого материала и оборудования, размещаемых вблизи фундаментов.

Фундаменты должны удовлетворять требованиям прочности, устойчивости, долговечности и экономичности.

Конструкции фундаментов проектируют с учетом характера несущего остова здания или сооружения и степени чувствительности их к возможным осадкам, характера геологических и гидрогеологических условий участка, условий района строительства, наличия местных строительных материалов и средств механизации, мощности материально-технической базы

Глубину заложения фундамента или расстояние от планировочной отметки земли до подошвы фундамента для зданий без подвала принимают в зависимости от назначения зданий или сооружений, их конструктивных особенностей, наличия подземных коммуникаций, величины и характера нагрузок, глубины заложения фундаментов примыкаемых зданий, геологических и гидрогеологических условий строительной площадки (виды грунтов, несущая способность, пучинистость, уровень грунтовых вод и возможные колебания его в период строительства и эксплуатации зданий, наличие верховодья), от климатических условий района.

Основные принципы проектирования:

1.проектирование оснований сооружений по предельным состояниям независимо от типа фундаментов;

2.учет совместной работы системы - основание фундаменты и надземные несущие конструкции сооружения;

3.комплексный подход при выборе типа фундаментов и характера работы грунтов в основании в результате совместного рассмотрения:

1)инженерно-геологических условий площадки строительства

2)чувствительности несущих конструкций сооружения к неравномерностям осадки и особенностям сооружения

3)метода выполнения работ по устройству фундаментов и подземной части сооружения.

Перечисленные положения делают задачу проектирования и возведения фундаментов сложной, зависящей от нескольких факторов. В связи с этим рекомендуется разрабатывать несколько вариантов фундаментов и выбирать из них на основе технико-экономического сравнения наиболее рациональное решение.

При приложении нагрузки на фундамент в основании сооружения, состоящем из дисперсных грунтов, развиваются деформации уплотнения, в результате чего происходит осадка загружаемого фундамента. Поскольку сооружения опираются, как правило, на систему различных фундаментов или на относительно гибкую общую плиту, осадка под отдельными частями сооружений будет неодинаковой, т.е. она будет неравномерной. Это приводит к деформации большинства сооружений и может вызвать разрушение несущих конструкций. Кроме того деформации сооружений иногда недопустимы по технологическим причинам(создаются ненормальные условия эксплуатации оборудования), из-за нарушения архитектурного облика строения и т.п. По указанным причинам расчет оснований прежде всего ведется по 2-ой группе предельных состояний, т.е по деформациям. В некоторых случаях, особенно при слабых грунтах, обладающих малым сопротивлением сдвигу, может произойти полная потеря устойчивости грунтов под фундаментами, что заставляет в этих случаях дополнительно рассчитывать основания по 1-ой группе предельных состояний-по устойчивости.