ИССЛЕДОВАНИЕ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ МОНОЛИТНЫХ ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИЙ И РИГЕЛЕЙ РАМ

В последнее время происходит стремительное развитие строительной отрасли благодаря совершенствованию технологий возведения зданий, применению эффективных строительных материалов, а также разработке новых методов расчета строительных конструкций. Все это позволяет снизить стоимость объектов строительства, и наряду с этим повысить их надежность.

При проектировании зданий и сооружений из монолитного железобетона одним из наиболее важных вопросов является включение в работу в поперечные сечения ригелей рам в каркасных зданиях, участков монолитных плит перекрытий опертых по контуру. Вопрос актуален, поскольку в настоящее время в нормативной [1], технической [4,3] и учебной литературе [2, 5], при назначении поперечных сечений ригелей рам с монолитными  плитами перекрытий, опертыми по контуру, не учитывается их совместная работа. Все расчеты ведут, рассматривая их работу, как отдельных конструкций.

Ригели рам рассчитывают, как обычные неразрезные балки, принимая их поперечное сечение, как прямоугольное [2, 3, 4, 5].

Такие расчеты можно рассматривать в запас прочности, но они ведут к перерасходу бетона и арматуры. На самом деле, при одновременном бетонировании ригелей и плит перекрытий, опертых по контуру, плиты участвуют в совместной работе с сечениями ригелей, что подтверждено в работе при расчете рам, как плоских [7], так и пространственных систем [6].

Нормы проектирования [1] рекомендуют вести расчет изгибаемых элементов по прочности отдельно прямоугольных и тавровых сечений, предполагая, что форма поперечного сечения уже известна (принята).

Прочность таких изгибаемых сечений по нормам проектирования [1] рекомендуется выполнять, исходя из условия:

,                                                                 (1)

где  – изгибающий момент от внешней нагрузки;

 – предельный изгибающий момент, который может быть воспринят сечением элемента.

Если учитывать совместную работу монолитных плит перекрытия, опертых по контуру на ригели рам, то здесь можно получить для расчета ригелей, как прямоугольное, так и  тавровое сечение [1], это зависит от положения границы сжатой зоны, которая может проходить как в полке, так и в ребре таврового сечения. Если граница сжатой зоны проходит в полке (рисунок 1, а), т.е. соблюдаются условия по формуле (8.6) норм [1], значение  определяют как для прямоугольного сечения. В этом случае тавровое сечение заменяется прямоугольным с размерами поперечного сечения равными ширине  ребра b и рабочей высоте h_o таврового сечения. Участки монолитных плит перекрытия не включаются в работу поперечного сечения ригеля. Что является не рациональным.

Рисунок 1.  Положение границы сжатой зоны в сечении изгибаемого железобетонного элемента

Если же граница сжатой зоны проходит в ребре (рисунок 1, б), т. е. условия формулы (8.6), норм [1] не соблюдаются, тогда расчет выполняют по формуле (8.7) [1], как для таврового сечения, что является наиболее рациональным сечением в работе ригеля. В этом случае участки монолитных плит перекрытия включаются в работу поперечного сечения ригеля. Тогда при назначении поперечного сечения ригеля его габаритные размеры по высоте можно будет принять меньше, чем для аналогичного прямоугольного сечения. Это позволит сократить расход бетона и арматуры на конструкции ригелей.

Задавшись предварительно исходными данными (прочностными характеристиками бетона и арматуры, параметрами армирования, размерами сечения) в соответствии с нормами и опытом проектирования и рекомендациями учебной литературы таким образом, чтобы граница сжатой зоны проходила в ребре таврового сечения, а также используя формулу

 ,(2)

возможно определить предельный изгибающий момент, который может быть воспринят сечением.

Изгибающие моменты в неразрезных балках с равными пролетами, загруженными равномерно распределенной нагрузкой в середине средних пролетов, определяют по формуле

                                                                     (3)

Из этой формулы можно определить эквивалентную равномерно распределенную нагрузку при заданных параметрах сечения.

Для сравнительного анализа примем классы бетона В20, В25, классы арматуры А500, А600. Площади сечения сжатой арматуры примем отвечающими минимальному проценту армирования. Результаты расчетов сведем в таблицу 1.

Таблица 1.

Значения предельного изгибающего момента, который может быть воспринят сечением, в зависимости от параметров сечения

,^*− указан пролет ригеля в осях

Из данной таблицы можно сделать вывод, что сечения ригеля может быть принято при небольшой высоте сжатой полки сечение (толщине монолитной плиты). При этом площадь сечения растянутой арматуры должна значительно превышать площадь сечения сжатой арматуры. Несущая способность сечения увеличивается с увеличением его высоты.

По вычисленной в данном исследовании равномерно распределенной нагрузке можно на этапе сбора нагрузок на ригели рам при заданных параметрах сделать вывод о месте прохождения границы сжатой зоны сечения, и, таким образом, предварительно задаться типом сечения (тавровым или прямоугольным). 

Применение в расчетах таврового сечения, в котором плита является полкой тавра, а сама балка является ребром тавра, является более выгодным. Площадь сечения надопорной арматуры монолитных плит перекрытия жестко сопряженных с ригелями рам и при соответствующей технологии выполнения, можно включать в рабочую площадь арматуры ригелей, что позволит в целом уменьшить расход арматуры на армирование ригелей верхней полки. За счет введения такого сечения ригелей достигается значительная экономия стали и бетона.

Список литературы:

1. СП 63.13330.2012. Актуализированная редакция. Бетонные и железобетонные конструкции. – М.: Минрегион РФ, 2012. – 140 с.
2. Байков В.Н. Железобетонные конструкции. Общий курс: 5-е издание, переработанное и дополненное/ В.Н. Байков, Э.Е. Сигалов. – М.: Стройиздат, 1991.
3. Вахненко П.Ф. Расчет и конструирование частей жилых и общественных зданий. Справочник проектировщика / П.Ф. Вахненко, В.Г. Хилобок и др. – К.: Будивельник, 1987.− 424 с.
4. Голышев А.Б. Проектирование железобетонных конструкций: Справочное пособие /А.Б. Голышев, В.Я. Бачинский и др. – К.: Будивельник, 1985.
5. Железобетонные и каменные конструкции: Учеб. для строит. спец. вузов / В.М. Бондаренко, Р.О. Бакиров, В.Г. Назаренко, В.И. Римшин; Под ред. В.М. Бондаренко. – 2-е изд., перераб. и доп. − М.: Высш. шк., 2002. – 876 с.
6. Овчаров В.О. «Анализ работы и расчета неразрезных железобетонных плит перекрытия, опертых по контуру». Магистерская работа. Направление подготовки 08.04.01 «Строительство». Магистерская программа «Теория и проектирование зданий и сооружений», СКФУ, Ставрополь, 2019.
7. Фомина Д.П. «Совместная работа плит и ригелей рам в монолитных железобетонных каркасных зданиях в сейсмических районах». Магистерская работа. Направление подготовки 08.04.01 «Строительство». Магистерская программа «Теория и проектирование зданий и сооружений», СКФУ, Ставрополь, 2017.