2. Бетонные и железобетонные конструкции, работающие в условиях внецентренного сжатия.

Сжатые ж/б элементы могут быть нагружены внешними продольными силами центрально и внецентренно. Во внецентренно сжатом элементе внешняя сила приложена на расстоянии E₀ от центра тяжести его приведенного поперечного сечения. При определении центра тяжести приведенного поперечного сечения элемента площади сечений арматур должны умножаться на коэффициент приведения, равный отношению прочностей арматуры и бетона на сжатие. Внецентренное сжатие возникает также при совместном действии осевой продольной силы и изгибающего момента эксцентриситет продольной силы в этом случае определяют по формуле:

Примерами внецентренно сжатых элементов являются крайние колонны каркасов многоэтажных зданий, колонны одно­этажных промышленных зданий, несущих крановые нагрузки, арки, элементы тонкостенных покрытий, стены прямоуголь­ных резервуаров и т.п.

К центрально - сжатый ж/б элементам условно относят колонны монолитных и сборных каркасов многоэтажных промышленных зданий и др. В действительности центральное сжатие элементов в конструкциях зданий и сооружений осуществить невозможно. Вследствие неоднородного распределения механических свойств бетона по объему элемента, начальной кривизны оси элемента, отклонения её от вертикали, неуч­тенных внешних сил, неточности установки арматуры и других причин возникают так называемые случайные эксцентриситеты. Так как даже при незнечительных эксцентриситетах прочность ж/б элементов ощутимо снижается, нормы проектирования требуют учитывать их путем расчета случайных эксцентриситетов, а именно

где - длина элемента иди расстояние между его сечениями, закрепленными от смещения;

h - высота сечения.

Кроме того для элементов сборных конструкций необхо­димо учитывать случайный эксцентриситет , вызванный возможным смещением сборных элементов:

Для элементов сборных конструкций слученный эксцентриситет рассчитывается по формуле:

В элементах статически определимых конструкций эксцент­риситет относительно центра тяжести приведенного се­чения находят как сумму эксцентриситетов , определя­емого из статического расчета конструкций, и - случайного :

Для элементов статически неопределенных конструкции допуска­ется равенство

при соблюдении условия

Элементы сжатые со случайными и малыми эксцентриситетами, делают, как правило. квадратного, многоугольного, круглого, кольцевого сечения, внецентренно сжатые с большими эксцентриситетами - прямоугольного, двутаврового, коробового и таврового.

Характерный примером внецентренно сжатого элемента является колонна. Поэтому именно на колонне рассмотрю некоторые конструктивные особенности сжатых элементов.

Для колонн применяют бетон класса до прочности на сжатие не ниже В20, а в сильно нагруженных колоннах - не ниже В30.

Распространены три случая армирования колонн:

А) гибкой продольной арматурой с поперечными стержнями (хо­мутами);

Б) гибкой продольной арматурой и спиральной арматурой, которая эффективно сдерживая поперечные деформации расширения бетона, значительно увеличивает прочность на сжатие бетона, находящегося внутри спиральной обмотки;

В) жесткой продольной арматурой.

Такие колонны применяются в высотных зданиях с монолитным ж/б каркасом. В качестве жесткой арматуры применяют стальные прокатные профили.

Сжатые элементы армируют сварными или вязаными каркасами. Рабочая (продольная) арматура диаметром от 12 до 40 мм, как правило, выполняется из стали классов А - III, А - II, поперечные стержни (хомуты) - из стали классов А -1, В-1, Вр-1. Диаметр таких стержней принимается из условия свариваемости с рабочими стержнями, а диаметр хомутов вязанных каркасов должен быть не менее одной четвертой диаметра рабочей арматуры, но не менее 5 мм.

Защитный слой бетона для стержней рабочей арматуры должен быть не менее 20 мм, а для хомутов - не менее 15 мм. Минимальный процент армирования продольной арматурой зави­сит от расчетной гибкости элемента

где: - расчетная длина сжатого элемента ; - радиус инерции сечения элемента в плоскости эксцентри­ситета продольной силы.

Минимальный процент армирования продольной арматуры принимается равным : 0,05% при ; 0,1% при ; 0,2% при ; 0,25% при .

Поперечные размеры элементов с целью уменьшения их ти­поразмеров принимают кратным 50мм, а при размерах стороны сечения более 500 мм - кратными 100 мм.

Общие положения по расчету внецентренно сжатых и растянутых элементов следующие:

А) предполагается, что бетон не сопротивляется растя­гивающим напряжениям;

Б) предполагается, что напряжения в каждой точке сжатой зоны ж/б элемента равны между собой;

В) расчет по прочности ж/б элементов должен производится для сечений нормальных к их продольной оси, а также для наклонных к ней сечений наиболее опасного направления;

Г) при расчете на прочность следует производить расчет ж/б элементов на местное действие нагрузки: смятие, продавливание, отрыв;

Д) при расчете внецентренно сжатых ж/б элементов необхо­димо учитывать случайный начальный эксцентриситет, а также влияние прогиба на их несущую способность.