7.3. Конструирование продольной арматуры балочных элементов

К балочным конструкциям в курсовой работе относятся главные и второстепенные балки. Существуют определенные конструктивные требования по назначению диаметров поперечной и продольной арматуры, числа стержней, шага поперечной арматуры, анкеровки арматуры.

Для балочных конструкций диаметр продольной рабочей арматуры рекомендуется назначать не менее 10мм.

Арматура балочных элементов конструируется симметрично относительно вертикальной оси сечения (как правило, принимается четное количество стержней).

Число и диаметр рабочих стержней в балочном элементе связаны с возможностью размещения определенного количества арматурных изделий в сечении элемента и количества рабочих стержней в каждом элементе (рис.6,7).

При армировании балки сварными каркасами (второстепенная балка) и:

1. ширине 150мм допускается постановка одного каркаса и соответственно число рабочих стержней в каркасе один или два;

2. ширине 150b350мм обязательна постановка двух каркасов и соответственно число рабочих стержней два или четыре. Число рабочих стержней пропускаемых от опоры до опоры – два;

3. ширине 350мм обязательна постановка 3-х каркасов и соответственно от трех до шести число рабочих стержней.

При армировании балки вязанной арматурой и ширине балки 350мм минимальное число продольной рабочей арматуры два стержня. Максимальное число стержней определяется возможностью расстановки арматуры по ширине сечения балки с учетом п.5.12 [1].

В сплошных плитах, а также балках и ребрах высотой 150мм и менее при обеспечении требований расчета согласно п.3.32 [1] допускается поперечную арматуру не ставить.

В балках и ребрах высотой более 150мм должна устанавливаться поперечная вертикальная арматура. Диаметр и шаг поперечной арматуры определяется расчетом на поперечную силу по наклонному сечению, конструирование арматуры производится с учетом конструктивных требований п.п.5.25, 5.27 [1], а также:

1. Диаметр хомутов в вязанных каркасах (главная балка) изгибаемых элементов должен быть не менее 6мм при высоте сечения 800мм и менее; и 8мм при высоте сечения более 800мм;

2. Соотношение диаметров поперечных и продольных стержней в сварных каркасах (второстепенная балка) и сетках устанавливается из условия сварки;

3. Число срезов хомутов (число вертикальных стержней в поперечном сечении) в вязанных каркасах два или четыре при ширине сечения балки 350мм определяется расчетом, при ширине сечения 350мм обязательна постановка 4-хсрезных хомутов. В местах перегиба хомутов обязательно должна стоять продольная рабочая или монтажная арматура.

7.4. Рациональное армирование конструкций

Чтобы добиться наиболее рационального и экономичного использования несущей способности железобетонного элемента строят эпюры материалов продольной и поперечной арматуры. Необходимость проведения этой работы вызвана тем, что действующий изгибающий момент или поперечная сила имеют переменную величину по длине балки и, следовательно, площадь арматуры, принятая по максимальному моменту и поперечной силе, будет излишней в других сечениях балки. С помощью эпюры материалов можно решить вопрос о сокращении количества стержней продольной арматуры и количества хомутов без ущерба для несущей способности балки.

Рис.7. Схемы армирования второстепенных балок

Перед построением эпюры материалов главной балки следует ознакомиться со следующими рекомендациями и требованиями:

1. На первой свободной опоре первая плоскость отгибов начинается с привязкой 50мм к грани стены под углом 45; вторая, если требуется по расчету отгибаемая арматура, так, чтобы расстояние между концом первой плоскости и началом второй плоскости было не более s_max. Величина s_max определяется в расчете наклонных сечений.

2. Рекомендуется отгибать по два стержня в плоскости, что более рационально с точки зрения унификации арматуры;

3. Отгибы можно учитывать в работе на восприятие опорного момента если их начало отстоит от грани колонны не менее чем на 0,5h₀. Конец отгиба должен быть расположен не ближе того нормального сечения, в котором отгиб не требуется по расчету;

4. На промежуточных опорах отгибы можно учитывать в работе на поперечную силу, если расстояние от грани колонны до начала отгиба не более 50мм. Таким образом, первая плоскость отгибов у промежуточной опоры может быть использована либо на восприятие поперечной силы, либо на восприятие изгибающего момента. Если нет возможности взять отгибы из пролетной арматуры, то над опорой следует устанавливать короткие стержни с двумя наклонными и горизонтальными участками внизу для обеспечения анкеровки – “утки”;

5. Применение коротких стержней с одним наклонным участком и несвязанных с общей арматурой, так называемых плавающих стержней, а также стержней сложной конфигурации, имеющих более 2-х наклонных участков не допускается;

6. Отгибы стержней рекомендуется располагать симметрично относительно вертикальной оси балки;

7. Отгибать стержень, расположенной непосредственно у боковых поверхностей, не рекомендуется, располагать их следует на расстоянии не менее 2d от боковых граней;

8. Обрываемые прямые стержни должны быть заведены за место своего теоретического обрыва на длину W=20d (с учетом п.5.14 [1]), на протяжении которой в наклонных сечениях отсутствие обрываемых стержней компенсируется поперечной арматурой;

9. Отгибы стержней должны осуществляться по дуге радиуса не менее 10d. На концах отогнутых стержней должны устраиваться прямые участки длиной не менее 0,8l_an, принимаемой согласно п.5.14 [1], но не менее 20d в растянутой и 10d в сжатой зоне.

7.4.1. Эпюра продольной арматуры

Эпюру продольной арматуры следует располагать под опалубочно-арматурным чертежом главной балки, соблюдая тот же линейный масштаб. Сначала строится огибающая эпюра моментов по выбранному силовому масштабу, например: в 1см 10кНм или в 1см 20кНм. Затем подсчитываются так называемые полосовые моменты М_2i для каждой пары арматурных стержней по формуле:

М_2i=А_s2iR_sh₀, (15)

где А_s2i- площадь сечения каждой пары арматурных стержней в рассматриваемом сечении;

h₀,, - принимаются из расчета прочности сечений в пролете и на опоре, в зависимости от того, где находится данный стержень и какое сечение рассматривается, т.е. одна и та же пара стержней может обеспечивать различный полосовой момент в зависимости от того, где она находится.

Полученные моменты М_2i откладываются в том же силовом масштабе, что и огибающая эпюра, образуя полосы. Ближе к оси балки следует располагать те полосы стержней, которые не предполагается обрывать и отгибать.

Затем размещаются места начала отгибов на эпюре материалов с учетом вышеизложенных рекомендаций и требований. Точки начала отгибов переносятся на арматурно-опалубочный чертеж главной балки, и на этом чертеже строится ось отгиба под углом 45 к оси балки. Пересечение оси отгиба с осью продольной арматуры в верхней/нижней зоне дает точку конца отгиба, которая и переносится на эпюру материалов. Следует внимательно продумать последовательность отгиба стержней, чтобы не допустить пересечения отгибов с продольной арматурой. На эпюре материалов точки начала и конца отгибов соединяются прямой линией. Пример построения эпюры материалов рассмотрен ниже.

7.5.2. Эпюра поперечной арматуры

Эпюра материалов поперечной арматуры располагается под эпюрой материалов продольной арматуры в том же линейном масштабе. От оси балки откладывается в выбранном силовом масштабе, например в 1см 5кН, величины огибающей эпюры поперечной силы и строится сама эпюра. В том же силовом масштабе последовательно откладываются величины Q_b, Q_sw (принимаются из конструктивного расчета) а затем Q_s,inc, которая подсчитывается по формуле:

Q_s,inc=А_s,incR_swsin, (17)

где А_s,inc- площадь отгибаемых стержней.

При значительном превышении над действующей поперечной силой на каком-либо участке шаг хомутов увеличивается в пределах рекомендованных п.5.27 [1] и построение эпюры поперечной арматуры производится вновь.

8. ПРИМЕР РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ РЕБРИСТОГО МОНОЛИТНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ С БАЛОЧНЫМИ ПЛИТАМИ

В соответствии с положениями главы 2 производится компоновка перекрытия в целом и элементов перекрытия (назначение геометрических размеров).

Материалы для перекрытия:

Бетон – тяжелый класса В15. Согласно табл. 13[1]

R_b=8.5МПа, R_bt=0.75МПа; коэффициент условий работы бетона _b2=0,9 (табл.15[1]).

Арматура:

-для армирования плит – проволока класса Вр-I 3мм с R_s=375МПа, 4мм с R_s=365МПа, 5мм с R_s=360МПа, арматура класса A-III 6-8мм с R_s=355МПа согласно табл.23 [1];

-для армирования второстепенных и главных балок – продольная арматура класса А-III с R_s=365МПа; поперечная для второстепеных балок класса А-III c R_sw=285Мпа и A-I c R_sw=175МПа, для главных балок класса A-I c R_sw=175МПа согласно табл.22 [1].

По степени ответственности здание относится к классу II (коэффициент надежности по назначению _n=0,95).

Расчет перекрытия состоит из последовательных расчетов его составных элементов. При расчете элементов можно ограничиться расчетом по несущей способности, так как при назначенных предварительно размерах поперечных сечений жесткость элементов, как правило, достаточна.