Ребристая плита перекрытия: методы и подходы

  • 15-01-2014
  • 10864 Просмотров
  • 0 комментариев
Оглавление: [скрыть]
  • Назначение ребристых плит перекрытия
  • Изготовление и маркировка
  • Графическое изображение ребристой плиты монолитного перекрытия и основные аспекты ее моделирования
  • Расчет напряженно-деформированного состояния плиты перекрытия
  • Армирование ребристой плиты
  • Зависимость результатов подбора арматуры от схемы эксцентричного крепления ребра
  • Расчет монолитного перекрытия
    • Пример 1
    • Пример 2

Назначение ребристых плит перекрытия

Монолитная ребристая плита перекрытия состоит из монолитной плиты, связанных между собой главных и второстепенных балок. Расчет монолитного ребристого перекрытия имеет ряд специфических особенностей. Современное строительство основано на применении научно обоснованных подходов и требует соблюдения принципов экономичности, поэтому данный вид конструкции является востребованным.

Схема фрагмента ребристого перекрытия

Схема фрагмента ребристого перекрытия.

Основная особенность монолитного ребристого перекрытия заключается в удалении бетона из растянутой зоны в целях экономии и его сосредоточении в сжатой зоне.

В растянутой зоне бетон сохраняется для помещения растянутой арматуры. Монолитная ребристая плита работает вдоль короткой стороны в качестве многопролетной неразрезной балки. Она опирается на второстепенные балки. Второстепенные балки принимают нагрузку от плиты, которая передается на главные балки. Главные балки опираются на наружные стены и колонны. ГОСТ 21506-87.

Железобетонные ребристые предварительно напряженные плиты с высотой 300 миллиметров применяются для перекрытий общественных и производственных зданий. ГОСТ 27215-87. Железобетонные ребристые плиты с высотой 400 миллиметров предназначены для перекрытий производственных помещений промышленных предприятий и других сооружений. Шаг несущих конструкций составляет 6 метров.

Вернуться к оглавлению

Изготовление и маркировка

Ребристые плиты изготавливаются из тяжелого или легкого бетона. В зависимости от проектной документации, ребристые плиты имеют вырезы и отверстия в полках, углубления в гранях продольных ребер для обустройства бетонных шпонок между смежными плитами.

Схема эпюры моментов ребристой плиты

Схема эпюры моментов ребристой плиты: а) при традиционном расчете; б) при условии жесткого соединения продольного и поперечного ребер.

Ребристые плиты изготавливаются с ребрами по направлениям со сплошной плитой в верхней части. Такие плиты хорошо работают на изгиб. Но их применение в жилых зданиях ограничено из-за выпирающих вниз балок, образующих неплоский потолок. Их обычно используют при возведении чердачных перекрытий. Ребристые плиты перекрытий производятся по чертежам серий № 1.442.1-1 и 1.442.1-2.

В настоящее время используются несколько видов монолитного ребристого перекрытия. Они различаются по виду поперечного сечения (ребристые, многопустотные и сплошные), а также по способу армирования (обычной или предварительно напряженной арматурой). Марка (условное обозначение) плиты состоит из 3-х групп характеристик плит:

  1. Первая группа. В зависимости от типоразмера ребристой плиты (порядковый номер ее типоразмера, наименование конструкции).
  2. Вторая группа. В зависимости от несущей способности ребристой плиты (класс арматуры стали, вид бетона – для плит, изготовленных из легкого бетона, добавляется буква Л).
  3. Третья группа. В зависимости от отверстий диаметром 400, 700 и 1000 миллиметров для установки крышных вентиляторов или пропуска вентиляционных шахт, маркируемых соответственно 1,2 и 3.

В зависимости от формы опирания на ригели каркаса, ребристые плиты разделяются на 2 типа:

  • 1П – опирание на полки ригелей, 8 типоразмеров (1П1-1П8);
  • 2П – опирание на верхнюю часть ригелей, 1 типоразмер (2П1).

Ребристые плиты с типоразмерами 1П1-1П6 и 2П1 изготавливаются с напрягаемой продольной арматурой. А плиты с типоразмерами 1П7 и 1П8 – с использованием ненапрягаемой продольной арматуры.

Вернуться к оглавлению

Графическое изображение ребристой плиты монолитного перекрытия и основные аспекты ее моделирования

Схема нескольких видов размещения стержня относительно плиты

Схема нескольких видов размещения стержня относительно плиты: 1 – плитный элемент; 2 – стержневой элемент.

Ребристая плита перекрытия представляет собой плиту со второстепенными и главными балками. Эти элементы монолитного перекрытия связаны и образуют единое целое. Суть ребристого монолитного перекрытия состоит в изъятии бетона из растянутой зоны сечения. Сохраняются лишь ребра, в которых находится растянутая арматура. Они обеспечивают прочность конструкции по наклонным сечениям.

Ребристая плита перекрытия конструктивно выполнена таким образом, чтобы ее верхняя поверхность была гладкой и балки не выступали из-за перекрытия. С помощью современных программ рассчитываются общие модели конструкций и их элементы, такие как плита, стержень, оболочка.

Схема расположения арматуры

Схема расположения арматуры: а) в реальной конструкции; б) при моделировании стержневым и плитным элементами; в) при моделировании плитными элементами; 1 – плита; 2 – стержень.

Одним из главных вопросов является то, каким образом разместить стержневой элемент в отношении к плите: центрируя по нейтральной линии или смещая с определенным эксцентриситетом? В расчетной схеме необходимо представить продольные и поперечные ребра и обосновать наилучший вариант работы конструкции под действием нагрузки. По результатам расчетов необходимо выбрать наиболее рациональную схему арматуры.

Необходимо отметить, что СНиП по железобетону не содержат информации о плитах перекрытия. Данную информацию можно найти в различных рекомендациях и методиках.

Для понимания результатов эксперимента необходимо рассмотреть три основных момента: расчет напряженно-деформированного состояния, расчет армирования плиты, расчет зависимости результатов подбора арматуры от схемы эксцентричного крепления ребра.

Вернуться к оглавлению

Расчет напряженно-деформированного состояния плиты перекрытия

В основе большинства современных программ находится метод конечных элементов, относящийся к приближенным методам расчета. Однако, концентрируя сетку конечных элементов посредством последовательных приближений, можно прийти к точному решению. Таким образом, при определении напряженно-деформированного состояния нужно учесть силовые факторы, возникающие в плите, такие как поперечные силы, изгибающие и крутящий моменты.

Схема эксцентричности стыков элементов в узлах

Схема эксцентричности стыков элементов в узлах: 1 – жесткая вставка, С – длина жесткой вставки.

В основе расчета приближенной модели, базирующейся на методе предельного равновесия, находится ряд упрощающих гипотез:

  • плита в состоянии предельного равновесия рассматривается как система плоских звеньев, которые соединены вдоль линии излома пластическими шарнирами, возникающими на опорах вдоль балок и в пролете по биссектрисам углов;
  • замена упругого защемления контура между балками жестким;
  • замена жесткого соединения ребер между собой упругим.

Это применяется к расчетной схеме поперечного ребра при расчете плиты перекрытия, представляющее собой балку на 2 шарнирных опорах. Возникает крутящий момент от заданной нагрузки в ребрах. По условиям равновесия узлов этот крутящий момент в продольном ребре является изгибающим для поперечного. Если соотношение размеров плиты больше чем 4, то опорный момент будет достаточно небольшим по сравнению с пролетным и им можно пренебречь.

При меньших соотношениях опорный момент в поперечном ребре становится сравнимым с пролетным моментом и заметно влияет на усилие и, соответственно, на параметры арматуры. Расчет нагрузки на ребра производят по гипотетической схеме в виде треугольников или трапеций.

Схема моделирования ребристого перекрытия или плиты (комбинированная модель)

Схема моделирования ребристого перекрытия или плиты (комбинированная модель): а – без жестких вставок (высота балки h), б – без жестких вставок (высота балки h1); в, г – то же, но с жесткими вставками.

Необходимо отметить ограниченность класса задач, решаемых с помощью метода предельного равновесия, так как для плит произвольного очертания остается неизвестной схема излома.

Данный метод неприемлем при различных комбинациях нагрузок и не представляет информацию о трещиностойкости плит. Это касается плит с соотношением более 3 сторон. Для балочных плит, в которых l1/l2>3 расчет производится таким образом, что на поле плиты вырезается полоса шириной 1 м вдоль короткой стороны, а расчетная схема представляет многопролетную неразрезную балку.

Рассмотрение плиты между гранями балок дает возможность уменьшить расчетные пролеты, пролетные и опорные моменты. В итоге уменьшается площадь арматуры.

Вернуться к оглавлению

Армирование ребристой плиты

Подбор арматуры, осуществляемый в вычислительном комплексе SCAD, основан на методике М.И. Карпенко. Она описывает деформирование железобетона с трещинами с помощью модели анизотропного сплошного тела. В основе находится теория деформирования железобетона с трещинами. Согласно этому, деформации зависят от сдвигающих и нормальных усилий.

Схема армирования плиты ребристого перекрытия

Схема армирования плиты ребристого перекрытия: 1 – арматурные сетки в пролете плиты; 2 – арматурные сетки над второстепенными балками.

Особенности железобетона заключаются в закономерностях, устанавливающих связь между перемещениями и усилиями. На их основе базируется аппарат расчета оболочек и плит. Оболочка имеет 6 степеней свободы, а плита – лишь 3: два поворота и вертикальное перемещение.

Подбор арматуры выполняется не только по прочности, но также и для 1-й и 3-й категорий трещиностойкости. Площадь арматуры, подобранной по прочности, будет значительно меньше, так как ширина трещин неконтролируема ввиду отсутствия дополнительной арматуры для обеспечения допустимой ширины раскрытия трещин. Расчет по традиционной методике, имеющей определенные ограничения, не обеспечивает контроля величины подобранной арматуры с учетом трещиностойкости.

Вернуться к оглавлению

Зависимость результатов подбора арматуры от схемы эксцентричного крепления ребра

Расчет балок со стержневыми элементами и поля железобетонной плиты с оболочечными и пластинчатыми элементами должен учитывать тот факт, что срединная плоскость пластин может располагаться как на одном, так и на разных уровнях конструкций. Не будем рассматривать вариант вертикального расположения ребра в целях однозначности толкования размещения арматуры.

В случае смещения стержневого элемента от нейтральной оси плиты необходимо учесть эксцентриситет стыков элементов в узлах. Деформации пластин и стержней совместимы при условии присоединения стержней к узлам пластин посредством жестких вертикальных вставок .

Возникающая в плите мембранная группа усилий становится следствием корректного моделирования перекрытия. Поэтому при эксцентричности стыков элементов нужно моделировать оболочечными элементами, имеющими требуемое количество степеней свободы в узлах.

Схема расчетных пролетов и моментов при ручном расчете

Схема расчетных пролетов и моментов при ручном расчете.

В случае примыкания стержней к узлам пластин непосредственно в пластинах при вертикальной нагрузке не возникает мембранная группа усилий. Такой расчет описывает случаи, когда балки выступают над плитами.

Результаты будут одинаковыми при моделировании перекрытия конечными элементами плиты и оболочки В случае наличия вставок в стержневом элементе в результате действия вертикальной нагрузки возникает мембранная группа усилий. Далее в стержнях возникает продольная сила (усилие распора), отражающая действительную работу конструкции. Однако это не происходит при центрировании элементов по средней линии.

В расчет на пересечении стержня и плиты дважды входит площадь бетона. Возникает вопрос о правомерности перенесения площади арматуры из сжатой зоны стержня в сжатую зону плиты, определяемой в виде изменения плеча внутренней пары сил. Расчет армирования элементов может быть произведен по первой и второй группам предельных состояний.

http://youtu.be/g9O6HRQdWRU

Вернуться к оглавлению

Расчет монолитного перекрытия

Рассмотрим два расчета (для ребристой панели перекрытия и монолитного ребристого перекрытия с балочными плитами), приведенные в пособии «Проектирование железобетонных конструкций». По приведенным исходным данным смоделируем расчетные схемы в комплексе SCAD с учетом вышеупомянутых особенностей.

Принципиальная схема монолитного облегченного перекрытия

Принципиальная схема монолитного облегченного перекрытия.

Ребра представляются стержневыми элементами прямоугольного сечения. Не рассмотрено тавровое сечение ребер, так как, во-первых, это приведет к двойному учету бетона сжатой зоны и исказит итоговый результат, а, во-вторых, моделирование крайних ребер будет некорректным, ввиду того, что одна из полок тавра будет лишней.

Рассматривается 4 типа схем, отличающиеся представлением нагрузки в схеме расчета и типом конечного элемента монолитного перекрытия (таблица 1). Стержневой элемент плоской схемы не имеет жестких вставок в плоскости, поэтому ребра представлены 1 типом элемента в виде пространственного стержня. Таблица 1

Тип схемы Нагрузки в расчетной схеме Элемент моделирования
Ребро Полка плиты
1 Распределена равномерноРаспределена по поверхности плиты, включая собственный вес ребер, полки, временной нагрузки (кН/м^2) Пространственный стержень Оболочка
2 Плита
3 Распределена равномерноРаспределена по поверхности плиты, включая собственный вес ребер, полки, временной нагрузки (кН/м^2) и вес ребер (кН/м^2) Оболочка
4 Плита
Вернуться к оглавлению

Пример 1

Дана железобетонная ребристая плита перекрытия с размерами 3×12 м. Плита включает контурные ребра высотой 450 миллиметров, расположенные по периметру плиты, и поперечные ребра, расстояние между которыми составляет 1,5 метра.

Полка плиты – это однорядная многопролетная плита, обрамленная ребрами. Средние пролеты рассматриваются как плиты, защемленные по контуру, а крайние – в виде плит, защемленных по трем сторонам и опертых на торцевые ребра. Расчет основан на методе предельного равновесия. Сечения поперечных и продольных ребер плиты представлены в виде тавров.

В программе SCAD, помимо комбинированной модели, проведен расчет стержневой модели, где продольные и поперечные ребра представлены таврами с определенными расчетными размерами поперечного сечения. Загрузка поперечного ребра рассматривается по двум схемам.

Таблица 2

Таблица результатов расчетов по разным схемам.

Расчеты приведены в таблице 2. Представлены максимальные параметры изгибающих моментов в пролетах ребер. В последнем столбце представлены данные подобранной арматуры по результатам расчета. Расчет для типов схем 1,3 показал, что значения изгибающих моментов меньше, что объясняется действием мембранной группы усилий в оболочках.

Параметры арматуры отличаются не так сильно. Так как подбор арматуры учитывает продольную силу как следствие возникновения распора в ребрах. Разница результатов подбора арматуры между стержневой и комбинированной моделью объясняется меньшим объемом требуемой арматуры для таврового сечения по сравнению с прямоугольным сечением, повышенный объем которого обусловлен большей площадью сжатого бетона.

Данные подбора арматуры приведены с учетом трещинообразования. В таблице 2 приводятся максимальные изгибающие моменты на единицу длины сечения (числитель – МХ, знаменатель – MY). Момент МХ сжимает или растягивает волокна сечения по направлению, параллельном оси Х. В данном случае она направляется вдоль по длинной стороне плиты. Итоги подбора арматуры приведены при расчете по прочности. Значения подобранной арматуры несколько больше по второй группе предельных состояний

Вернуться к оглавлению

Пример 2

Дано монолитное железобетонное ребристое перекрытие с балочными плитами, имеющее размеры 24×36 метров. Главные балки размещаются вдоль по оси Х, а второстепенные балки – поперек по оси Y.

Таблица 3

Таблица результатов расчета и их сравнения для монолитного ребристого перекрытия.

Расчет и сопоставление его результатов для монолитного ребристого перекрытия представлены в таблице 3. В данном случае арматура плиты подобрана по 1-ой группе, а для балок – по 1-ой и 2-ой группам предельных состояний. Так как схемы второстепенной и главной балок являются многопролетными неразрезными конструкциями, то для сопоставления выбраны сечения в первом крайнем пролете и на первой промежуточной опоре.

Конструктивная схема монолитного ребристого перекрытия

Конструктивная схема монолитного ребристого перекрытия.

Знак «минус» показывает, что растянутое волокно находится в верхнем положении. Разница в значениях изгибающих моментов обусловлена тем, что при традиционном расчете пролеты для второстепенных балок принимаются равнозначными расстоянию между внутренними гранями основных балок. А расчетные моменты на опоре определяются по грани главных балок. Поэтому отличается величина подобранной арматуры.Эту схему с уменьшенными моментами и пролетами по грани балок можно рассчитать и в конечно-элементной модели.

Рассчитанное отличие в усилиях более существенно, чем различие в армировании плит, проведенном по полученным усилиям. Это вызвано следующими обстоятельствами:

  • сжимающие усилия в срединной плоскости монолитного перекрытия принимаются бетоном практически без постановки дополнительной арматуры;
  • дискретность сортамента арматуры и применение стержней только одного диаметра нивелирует различие между расчетной и реально используемой арматурой.

http://youtu.be/toZzxjPh_FM

Анализ результатов расчета по разработанным моделям и их сравнение с итоговыми результатами традиционного расчета позволяет утверждать следующее:

  1. Моделирование монолитного ребристого перекрытия стержневыми и плитными элементами по схемам, представленным на рисунке 3, является наиболее корректным отображением реальной конструкции.
  2. Результаты выбора арматуры в ребрах (балках) в большинстве моделей являются удовлетворительными.
  3. Результаты выбора арматуры в полке монолитного ребристого перекрытия по применяемым методикам имеют лучшую сопоставимость в случае, когда плита балочная, то есть работает в одном направлении.
  4. По результатам расчета и выбора арматуры реальной конструкции можно сделать вывод, что наиболее точной является схема расчета ребристого перекрытия, где верхние грани плиты и ребра находятся на одном уровне.

Showcase Potolku Body
Услуги мастеров
Стаж 5 лет
Мастер отделочных работ
ООО «ПромтЭксп»
Стаж 4 года
Мастер отделочных работ
Потолоксервис
Стаж 10 лет
Мастер отделочных работ
ЭКОПромт
Responsive Menu Clicked Image