Балка перекрытия под плиты: Железобетонные балки перекрытия: ГОСТ, размеры, особенности

Железобетонные балки перекрытия: ГОСТ, размеры, особенности

Конструкция, выполненная из ЖБ балок, – самая распространенная и популярная форма опор, на которые устанавливаются плиты перекрытий. Их применение позволяет обеспечить правильное, то есть равномерное, распределение оказываемой нагрузки и добиться максимальной надежности и долговечности сооружения. Конструктивно балки представляют собой изделия из бетона, в середине которых имеется железная арматура. Наличие металлического элемента значительно увеличивает прочность.

Особенности применения и преимущества изделий

Балки, в зависимости от технических параметров и габаритов, применяются при строительстве сооружений различных типов. Чаще всего они используются при возведении многоэтажных объектов. Популярны монолитные изделия, так как на них можно укладывать плиты, имеющие различные габариты и формы: то есть не только гладкие, но и ребристые.

Ключевые достоинства железобетонных балок перекрытия:

• высокая физическая, механическая и химическая прочность;
• изделия не поддерживают процесс горения;
• балки, выполненные из такого материала, устойчивы к сжимающим, изгибающим, а также вибрационным и растягивающим усилиям;
• изделия, изготовленные в соответствии с нормами ГОСТа, подходят для эксплуатации во влажной среде. Более того, в таких условиях они лишь увеличивают степень своей прочности.

Каким балкам стоит отдать предпочтение?

Наилучшими технико-эксплуатационными параметрами обладает железобетонная продукция, выполненная в заводских условиях. Изготавливаются такие балки перекрытий по ГОСТам 24893.1-81/24893.2-81/20372-90. В этих нормативах описаны возможные размеры изделий, а также требующиеся технические параметры. Обратите внимание на маркировку изделий. Например, выпускаются балки:

• Предназначенные для опоры наружных и внутренних стен, устройства основания для фундаментов сооружений. Они востребованы при сооружении промышленных, а также гражданских объектов. Изделия создаются из тяжелого бетона марки B20 с использованием напрягаемой и ненапрягаемой арматуры. Такие балки укладываются непосредственно на ЖБ колонны. Изделия данного типа могут иметь длину от 4,2 до 8 метров, ширина стандартная – 180 мм, а высота достигает 380 мм. Например, изделия могут иметь маркировку БСу-78. 4, БСу – 80.4, БСу-42.3 и другие.
• Применяемые в качестве вкладных перекрытий. Изделия востребованы в гражданском и промышленном строительстве, используются в роли несущей конструкции. Они обеспечивают возможность выдерживать вес, который вышестоящая конструкция оказывает на опорные стены. Обычно для их заливки применяется бетон марки B15. Изделия могут иметь длину от 3,2 до 6,4 метра, при этом стандартная ширина варьируется от 180 до 380 мм, а высота – 220-400 мм. Типичная маркировка таких изделий: Б60.18.30-1Т, Б59.18.22-0,8Т и др.

Рекомендации по выбору

• Значение длины балки должно быть таким, чтобы ее конец не заходил на несущую стену. При этом величина должна быть на сорок сантиметров больше длины пролета, балка должна заходить за окончания опорных деталей на 20 сантиметров. Наиболее востребованными при строительстве жилых сооружений являются балки длиной от 3,2 до 8 метров.
• Не следует брать балки «с запасом». В соответствии с нормами ГОСТов при сооружении конструкций различного назначения их высота должна соответствовать 5% от длины.
• При строительстве жилых объектов, в том числе многоэтажных, применяются изделия, имеющие ширину 180 миллиметров и высоту от 300 до 380 мм.

Поделиться ссылкой:

Производим и предлагаем продукцию:

Читайте также:

Все статьи

Правильно уложенные железобетонные балки перекрытия сделают конструкцию надежной

При строительстве многоэтажек нужно правильно рассчитывать нагрузку на балку перекрытия. Частота укладки плиты напрямую зависит от нагрузки на нее – чем выше нагрузка, тем чаще частота. Обычно плиту укладывают с шагом не более чем в 1 метр. Ключевые моменты СНИП и СП бетонных и железобетонных конструкций от специалистов читайте в отдельной статье.

Чтобы она со временем не прогнулась под своей же тяжестью, нужно перед строительством обязательно произвести правильный расчет балки перекрытия и учесть все нюансы. Они могут быть деревянными, металлическими и железобетонными. Для каждого из этих видов свои нюансы и индивидуальный расчет. Если вас интересуют декоративные балки, то читайте нашу следующеую статью.

Самыми надежными считаются железобетонные балки перекрытия, которые в свою очередь подразделяются на сборные и монолитные. С монолитными работать гораздо сложнее, поскольку их укладка напрямую зависит от погодных условий.

Основные правила устройства железобетонных балок перекрытия

• Ее высота напрямую зависит от длины проема и должна быть не меньше, чем 1/20 относительно длины.
• Армировать ее нужно 4-мя прутами, диаметром 12-14.
• Бетонировать ее нужно за один раз, чтобы раствор, уложенный ранее, не успел схватиться до укладки его новой порции.

Железобетон является отличным композитным материалом, свойства прочности которого зависят от ряда факторов. При укладке конструкций из этого материала его в качестве плиты между этажами, нужно определять растянутые и сжатые зоны. Арматуру нужно вставлять только в растянутых зонах.

Каковы основные правила расчета балки перекрытия?

• Определяется ее длина
• определяется ширина и высота
• Выбираются опоры для нее
• Определяется нагрузка на плиту
• Рассчитывается максимальный изгибающий момент, который действует на поперечное сечение плиты перекрытия
• Проводятся расчетные предпосылки
• Производится расчет сечения арматуры
• Проверяется прочность по касательному напряжению

Сначала рассчитывается реальная длина балки, ширина опор напрямую зависит от их длины и прочности. Чем меньше пролет и прочнее конструкция, тем меньше должна быть ширина опоры.

При расчете балки перекрытия нам известна ее высота и ширина. Ширина должна быть не менее 10 см, а высота зависит от эстетических и конструктивных соображений. Для кирпичной кладки нужно делать перемычку, высота которой — 2 кирпича, а для шлакоблока высота должна быть не менее 1-й шлакоблочной плиты. Если Вы планируете бетонировать балку вместе с плитой перекрытия, то полная ее высота будет составлять: видимую высоту балки+ высоту монолитной плиты.

Определение опоры плиты на стенки играет большое значение. Если предполагается, что плита будет одна на несколько комнат, то в таком случае ее нужно рассматривать как многопролетную, если опора шарнирная.

Определение нагрузок на железобетонные балки перекрытия могут быть различными. Нагрузка может быть динамической и сосредоточенной, распределительной. Чтобы определить нагрузку на перемычку, нужно плотность материала умножить на высоту и ширину конструкции. Чем точнее расчет – тем прочнее будущая конструкция.

ЧИТАТЬ ПО ТЕМЕ:

Все о двутавровой балке от способа производства до химического состава стали.

В зависимости от нагрузок на плиту определяется максимальный изгибающий момент. При его подсчете нужно учитывать количество пролетов и нагрузку на плиту.

При расчетных предпосылках определяются растянутые и сжатые зоны. Расчет производится по формулам, где сопротивление бетона должно быть равным 0.

Расчет сечения арматуры и проверку прочности нужно проводить по формулам, поскольку эти параметры играют важную роль, именно от них зависит прочность будущей конструкции.

Железобетонные балки перекрытия в виде настилов и панелей значительно упрощает всю конструкцию, опорами в данном случае служат стены несущие, а иногда ригели (крайне редко). Панель от настила отличается размерами.

Перекрытие без балок (безбалочное) способно улучшить равномерность освещения и уменьшить строительную высоту здания. Однако если сравнивать такое перекрытие с панельным, то его монтаж гораздо сложнее.

Поэтому прежде чем начинать строительство, нужно правильно рассчитывать нагрузку на блочную плиту, чтобы в процессе эксплуатации дом не сложился, словно картонная коробка. При этом к каждому этапу расчета нужно относиться серьезно и обязательно учитывать все нюансы.

Онлайн калькулятор для расчета желебобетонных балок перекрытия дома

Далее

Пересчитать

Назначение калькулятора

Калькулятор для расчёта железобетонных балок перекрытий предназначен для определения габаритов, конкретного типа
и марки бетона, количества и сечения арматуры, требующихся для достижения балкой максимального показателя
выдерживаемой нагрузки.

Соответственно СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции» габариты железобетонных балок перекрытия и
их устройство подсчитываются по дальнейшим принципам:

• Минимальная высота балки перекрытия должна составлять не меньше 1/20 части длины перекрываемого проёма. К
  примеру при длине проёма в 5 м минимальная высота балок должна составлять 25 см;
• Ширина железобетонной балки устанавливается по соотношению высоты к ширине в коэффициентах 7:5;
• Армировка балки состоит минимум из 4 арматур – по два прута снизу и сверху. Применяемая арматура должна
  составлять не меньше 12 мм в диаметре. Нижнюю часть балки можно армировать прутами большего сечения, чем
  верхнюю;
• Железобетонные балки перекрытия бетонируются без перерывов заливки, одной порцией бетонной смеси, чтобы не
  было расслоения бетона.

Дистанцию между центрами укладываемых балок определяют длиной блоков и установленной шириной балок. К примеру,
длина блока составляет 0,60 м, а ширина балки 0,15. Дистанция между центрами балок будет равна – 0,60+0,15=0,75
м.

Принцип работы

Согласно ГОСТ 26519-85 «Конструкции железобетонные заглублённых помещений с перекрытием балочного типа.
Технические условия» формула расчёта полезной нагрузки железобетонных балок перекрытия складывается из следующих
характеристик:

• Нормативно-эксплуатационная нагрузка на балки перекрытия с определённым коэффициентным запасом. Для жилых
  зданий данный показатель нагрузки составляет 151 кг на м2, а коэффициентный запас равен 1,3. Получаемая
  нагрузка – 151*1,3=196,3 кг/м2;
• Нагрузка от общей массы блоков, которыми закладываются промежутки между балками. Блоки из лёгких материалов,
  к примеру из пенобетона или газобетона, показатель плотности которых D-500, а толщина 20 см будут нести
  нагрузку – 500*0,2=100 кг/м2;
• Испытываемая нагрузка от массы армированного каркаса и последующей стяжки. Вес стяжки с толщиной слоя 5 см и
  показателем плотности 2000 кг на м3 будет образовывать следующую нагрузку – 2000*0,05=100 кг/м2 (масса
  армировки добавлена в плотность бетонной смеси).

Показатель полезной нагрузки железобетонной балки перекрытия составляется из суммы всех трёх перечисленных
показателей – 196,3+100+100=396,3 кг/м2.

Железобетонные балки перекрытия: виды и применение

Железобетонные балки – это конструкции из бетона с железным армированием внутри, выполненные в формате длинных прямоугольников и предназначенные для повышения уровня прочности конструкции, всего здания. Обычно балки производят в заводских условиях, потом с использованием спецтехники доставляют на объект, где монтируют быстро и просто благодаря наличию специальных крепежных элементов.

Бетонная балка с армированием используется при строительстве производственных и жилых сооружений, разных конструкций для восприятия больших усилий, чаще всего связанных с изгибом. Балка ЖБИ дает возможность компенсировать высокие значения изгибающих моментов, гарантируя пропорциональное распределение усилий, длительный срок службы и надежность любой конструкции.

Часто балки используют при возведении фундамента под внутренними и капитальными стенами, в процессе формирования перемычек перекрытий, в процессе прокладки путей сообщения для трамваев, железнодорожного транспорта.

Балки бетонные со стальными стержнями внутри производятся в стандартных размерах, конструкции, установленных по нормативам. Все виды балок изготавливают из тяжелых бетонов, с обязательным упрочнением арматурным каркасом. Предварительно напряженная арматура, залитая в бетонный раствор марок М300-М500 обеспечивает повышенную устойчивость изделий, делающих возможной компенсацию изгибающих моментов и поперечных усилий.

ЖБ балки обладают такими преимуществами:

• Повышенный уровень прочности
• Стойкость к высоким температурам, открытому огню
• Стойкость к повышенному уровню влажности, коррозии
• Ускоренный и упрощенный монтаж
• Стойкость к изгибающим моментам, вибрационным нагрузкам
• Практичность и облегчение проектирования конструкций

Из недостатков балок ЖБИ стоит упомянуть лишь такие, как: высокая масса и необходимость привлекать спецтехнику для выполнения работ, высокий уровень теплопроводности (если сравнивать с деревом, к примеру), немалая стоимость.

Где используются

Железобетонные балки перекрытия используются на разных этапах строительства различных объектов, применяются в транспортной сфере и других, в процессе решения разнообразных задач.

Сфера применения ЖБ балок:

• Создание надежной опорной поверхности в процессе строительства стен
• Возведение опорного каркаса для перекрытия/кровли
• Строительство объектов крупнопанельных проектов, производственной сферы
• Формирование перемычек в зонах дверных/оконных проемов
• Устройство подкрановых путей, эстакад, мостов, разного типа подъездных дорог, аэропортов
• Прокладка магистралей сообщения для ж/д составов, трамваев

Железобетонная балка перекрытия используется повсеместно – там, где необходимо обеспечить высокую прочность и надежность конструкции, долговечность и стойкость к любым негативным факторам, высокую скорость монтажа.

Предъявляемые требования к балкам

Современные ЖБИ балки отличаются по типу, форме, размеру, для каждого вида конструкции выставляются свои требования и нормативы.

Самые популярные сегодня балки – фундаментные и стропильные. Стропильная балка используется в строительстве крыши, фундаментная – основания. Абсолютно все виды ЖБ балок отличаются общими характеристиками (стойкость, прочность, долговечность, простота монтажа, надежность и т.д.).

Основные требования к балке ЖБ:

• Прочность – зависит от места использования балки и ее типа: для чердачных конструкций и разного типа жилых помещений установлены предельные нагрузки в 105 кг/м2, для межэтажных перекрытий и формирования цокольных этажей показатель равен 210 кг/м2.
• Жесткость – для чердачных конструкций показатель равен 1 к 200, для межэтажных перекрытий – 1 к 250.
• Тепло- и звукоизоляция – бетонная балка перекрытия должна обеспечивать соответствующие по требованиям к помещению (указываются в нормативных документах) параметры. Для повышения теплоизоляционных характеристик предполагается подбор типа заполнителя проемов между балками и обшивка самого элемента.

Все требования прописаны в ГОСТ 13015-2012. Периодические испытания железобетонных изделий по жесткости, прочности, стойкости к трещинам нагружением по ГОСТ 8829 проводятся до начала производства продукции в каждом случае внесения конструктивных изменений либо при усовершенствовании технологии производства.

Виды

ЖБ балки перекрытия классифицируют по нескольким основным параметрам: ширина пролета, тип сооружения, шаг колонны. Также в расчет берут размер, конфигурацию, различные особенности конструкции. Так, по форме балки могут быть прямоугольными (стандарт), трапециевидными, тавровыми, двутавровыми, полыми.

Классификация балок по способу производства:

• Сборные железобетонные, которые производят в условиях завода – у них прямоугольное или тавровое сечение.
• Бетонные, которые отливаются непосредственно на объекте – обычно их используют для укрепления монолитных конструкций.
• Монолитно-сборные балки из бетона – сочетают оба метода.

По типу конструкции весь спектр изделий ЖБИ принято делить на: односкатные, обычные или решетчатые двускатные, стропильные с находящимися параллельно рельсовыми креплениями (они нужны для фиксации спецоборудования).

Сборные ЖБИ могут быть криволинейными либо ломаными. Применяются в создании надежных и прочных пролетов (где предполагаются большие нагрузки) – в цехах с крановой спецтехникой, складских помещениях, промышленных предприятиях и т.д.

Бетонные балки перекрытия по сфере применения:

• Обвязочные – для создания перемычек проемов между монолитами стен
• Двутавровые – применяются в строительстве разного типа крупнопанельных, промышленных зданий, так как гарантируют повышенный уровень прочности (и стоимость их высока)
• Решетчатые – для создания эстакад
• Подкрановые – для балансировки функционирования подъемных кранов
• Фундаментные – для формирования качественного сплошного основания
• Стропильные – из них делают кровлю зданий с одним этажом

Сегодня наибольшей популярностью пользуются такие разновидности (виды конструкций): тавровые, межэтажные (обычно прямоугольные) балки, которые равномерно распределяют на плиты перекрытий нагрузки, сохраняя их ровными. Тавровые бетонные конструкции используются в создании скатной/плоской кровли, гарантируют практичность, долговечность, надежность строения.

Маркировка и размеры

Все железобетонные балки маркируются по стандартам. Буквы обозначают типоразмер: железобетонные стропильные балки с находящимися параллельно поясами обозначаются буквосочетанием БСП, железобетонные балки стропильные односкатные обозначаются как БСО, двускатные – БСД. БП – это подстропильные балки.

Кроме букв, в маркировке также используют цифры. Стандартная маркировка предполагает обозначение, реализованное в трех группах букв и цифр. Обозначаются тип (буква), размер, перекрываемый пролет (указывается в метрах арабскими цифрами).

Также маркировка включает информацию про идентификацию категории в соответствии с несущей способностью, классом прутьев для армирования, марки бетона. Дополнительные характеристики (серия, особенности применения, нюансы конструкции и т.д.) также указываются.

Вне зависимости от сферы применения железобетонных балок, габариты, размеры обозначаются в трех параметрах. Расчет железобетонной балки осуществляется с использованием каждого из них.

Размеры и габариты балки – обозначение:

• Длина (L) – параметр должен превышать длину пролета на 40 сантиметров и выступать за края опорных частей минимум по 20 сантиметров на несущие стеновые конструкции.
• Высота (Н) – величина равна минимум 5% длины или составляет 1/20 ее часть.
• Ширина (В) – данный параметр соотносится с высотой в пропорции 5:7.

Изготовление балок

Бетонная балка перекрытия – изделие, которое проще всего заказать уже готовым с завода. Но бывают случаи, когда появляется необходимость сделать балки самостоятельно – так, если доставить их в Москву с ближайшего завода несложно, то в дальние регионы порой доставка обходится слишком дорого.

Для производства железобетонных балок необходимо тщательно выполнить расчеты, составить чертежи. Сам процесс сравнительно несложный, но требует обязательного соблюдения технологии.

Процесс производства железобетонной балки:

• Создание опалубки из фанеры 1-2 сантиметра или деревянных досок толщиной 2.5-4 сантиметра. Опалубка выполняется того размера, который определен для балок. Внутренняя часть конструкции обклеивается пленкой.
• Армирование из 4 цельных стальных прутьев диаметра 12-14 миллиметра. В случае выполнения сопряжения обязателен нахлест в 80 сантиметров и обвязка этого места проволокой. Арматура располагается таким образом, чтобы со всех сторон ее окружал слой бетона толщиной минимум 5 сантиметров (обычно используют фиксаторы из пластика).
• Заливка опалубки бетонной семью марки минимум М300 – в один прием, беспрерывно. После заливки изделие накрывается гидроизоляционным материалом. При реализации работ в жаркую пору бетон поливают водой каждые сутки, созревает конструкция около 2 недель.

Таким образом можно изготовить балки любой конфигурации, размера – под любые типы перекрытий, для выполнения кровли, фундамента, создания пола, дверных или оконных проемов и т.д.

Рекомендации по выбору

При выборе железобетонных балок необходимо ориентироваться на основные свойства и характеристики, нужные параметры. Среди основных обычно учитывают такие: паро/гидро/звукоизоляция, теплозащита, огнестойкость. Что касается размера и габаритов, то тут тоже важно определиться с главными показателями.

Конструкция ЖБИ должна максимально отвечать требованиям в соответствии с конструкцией элемента/сооружения. Так, для каркаса стен на фундамент столбчатого типа вес сплошного перекрытия по железобетонным балкам будет огромен. В то же время, пустотелые балки в сплошном доме не станут гарантией нужного уровня безопасности здания.

В процессе монтажа конструкции обязательно точно просчитывают все сжатые и растянутые зоны, влияющие на прочность железобетона.

В процессе сооружения межэтажной плиты арматура в ЖБ балках должна находиться именно в зонах растяжения. Это даст нужный уровень надежности.

Монтаж и установка

Все работы с железобетонными балками выполняются сравнительно несложно. Их нужно уметь точно фиксировать, понимая особенности сооружения. В первую очередь, до установки выполняют подготовку – все осевые рейки покрывают краской, детали зачищают.

Обычно железобетонные балки устанавливают краном, поднимая их за предусмотренные при отливке монтажные петли, крепящиеся к стропам с двух сторон (с каждой по 2 крепежа). Размер строп зависит от длины самой балки.

Монтаж двутавровой балки осуществляется с транспортного средства: балка поднимается благодаря траверсным крюкам, поддерживается оттяжками (чтобы не ударить о колонну тяжелой конструкцией), при необходимости выравнивается домкратом.

Железобетонные подкрановые балки монтируются на подготовленные специальные прокладки, крепятся болтами. Потом выполняется геодезическая выверка и конструкцию фиксируют окончательно.

При условии правильного выбора на основе верных расчетов и качественного монтажа железобетонные балки способны обеспечить необходимые прочностные характеристики конструкции, гарантируя ей долговечность и надежность.

Железобетонные балки перекрытия: размеры, ГОСТы, изготовление

При устройстве перекрытий частного дома кроме деревянных могут использоваться и балки из железобетона, как готовые, так и изготовленные своими руками. Поэтому, в данной статье мы рассмотрим какими могут быть такие готовые железобетонные балки перекрытия, их размеры, ГОСТы, а также как, при желании, изготовить их самостоятельно.

Преимущества и недостатки железобетонных балок

Для того чтобы определить целесообразность использования ж/б балок для устройства перекрытий при строительстве частного дома рассмотрим их плюсы и минусы.

Можно выделить следующие преимущества балок из железобетона:

• Прочность – правильно подобранная или изготовленная такая балка прочнее деревянной;
• Огнестойкость – бетон материал не горючий;
• Жесткость – способность перекрывать большие пролеты без прогиба и вибрации;
• Устойчивость к влаге – особенно актуально при устройстве перекрытия над помещениями с повышенной влажностью.

Из недостатков можно выделить:

• Относительно большой вес – более высокая нагрузка на стены, а для погрузки и монтажа необходимы грузоподъемный механизм или машина (кран).
• Более высокая теплопроводность, по сравнению с изделиями из древесины;
• Более высокая стоимость, особенно готовых изделий, изготовленных на ЖБК.

Размеры железобетонных балок перекрытия для частного дома

Независимо от того, будете вы использовать готовые железобетонные балки или изготавливать сами необходимо определиться с их размерами. При этом можно ориентироваться на следующие показатели:

1. Длина (L) их должна быть такой, чтобы их края (опорные части) заходили на несущие стены не менее чем по 20 см, то есть они должна быть длиннее перекрываемого пролета, не менее чем на 0,4 м;
2. Высота (H) должна составлять, как минимум 1/20 (5%) от длины;
3. Рекомендуемая ширина (B) должна соотноситься с высотой, как 5:7.

Так, например, для пролета 6 м потребуются железобетонные балки перекрытия следующих размеров: длиной 6,4 м, высотой – 0,30 м и шириной – 0,214 м.

Если вы будете использовать готовые балки изготовленные в промышленных условиях (на ЖБК или других предприятиях), то достаточно знать требуемую длину и назначение перекрытия (цокольное, междуэтажное, чердачное).

Как правило на предприятиях, которые занимаются изготовлением таких балок существует определенный их ассортимент из которого и придется выбирать. Изготовляются они в соответствии с ГОСТ 24893.1-81, 24893.2-81 и 20372-90.

Готовые железобетонные балки перекрытия могут быть разных видов, сечения и назначения.

По форме и виду сечения они могут быть:

• Прямоугольными;
• Трапециевидными;
• Двутавровыми;
• Т- или L- образными;
• полнотелыми или полыми.

Кроме того, для железобетонного часторебристого перекрытия изготавливаются специальные балки, имеющие прямоугольное железобетонное основание и разделительное ребро жесткости из арматуры.

От рассмотренных выше, они отличаются не только формой, но и относительно небольшим весом.

Их можно монтировать даже без грузоподъемных механизмов, вручную. После монтажа, пространство между такими балками заполняется специальными пустотелыми бетонными или газобетонными блоками (см. видео-ролик).

При выборе необходимо помнить, что для междуэтажных перекрытий необходимы изделия выдерживающие нагрузку не менее 205 кг/м² с жесткостью минимум 1/250, а для чердачных – не менее 105 кг/м² с жесткостью 1/200.

Изготовление своими руками

В некоторых случаях возникает необходимость или желание изготовить такие железобетонные балки своими руками. Для того, чтобы сделать этого, необходимо изготовить для них опалубку. Проще всего это сделать из деревянных досок , толщиной 25-40 мм или фанеры (10-20 мм).

Форма и внутренние размеры опалубки должны соответствовать форме и размерам будущей балки, рассчитанные в соответствии с рекомендациями, приведенными выше. Изнутри опалубка покрывается полиэтиленовой пленкой или другим гидроизолирующим материалом.

Кроме этого, при самостоятельном изготовлении необходимо соблюдать следующие правила:

• Необходимо выполнить армирование с помощью минимум 4-х стержней арматуры диаметром 12-16 мм ;
• Лучше всего если армирование будет выполнено целыми кусками арматуры. Но если все таки возникла необходимость сопряжения, то необходимо делать нахлестку не менее 80 см с последующим соединением вязальной проволокой;
• Арматура должна быть установлена так, чтобы обеспечить ее полное покрытие бетоном, слоем не менее 5 см — для защиты от коррозии. Для этого можно использовать специальные пластиковые или самодельные подставки;
• Бетон для заливки должен быть качественным, не ниже марки 300;
• Объем бетона должен быть рассчитан так, чтобы его заливка происходила в один прием, без перерывов;
• После заливки бетона конструкцию необходимо накрыть гидроизоляционным материалом;
• В жаркую и сухую погоду бетон необходимо периодически (раз в сутки) поливать водой;
• Бетон должен «дозревать» в течении двух недель.

Изготовленные таким способом железобетонные балки можно использовать и для перекрытия оконных или дверных проемов, особенно в случае их больших или нестандартных размеров.

Армирование железобетонных балок перекрытия. Видео:

деревянные двутавровые и железобетонные виды.Технические требования к металлическим и бетонным балкам, их монтаж

Строительство домов обычно ассоциируется со стенами, потолком и крышей, с фундаментом. Но все эти и прочие составные части не смогут нормально функционировать без балок перекрытия, поэтому им следует уделить повышенное внимание даже в частном строительстве.

Что это?

Знание устройства балки перекрытия и ее целевого назначения очень важно. Без учета подобных моментов совершенно невозможно построить дом выше одного этажа. Необходимость балок перекрытий нельзя ставить под сомнение. Общеизвестно, что на потолки вешают люстры и крепят декоративные конструкции, а по полу верхних этажей ходят люди, не говоря уже о нагрузке, создаваемой мебелью и бытовой техникой, а также другим имуществом.

Это все не может быть удержано строительными конструкциями, если не будет балок перекрытия. Они играют роль своеобразного особо прочного скелета, связывающего разные по высоте ярусы. Вплоть до конца XIX века единственным вариантом организации такого скелета были деревянные и металлические конструкции.

Сейчас для этой цели широко используется железобетон. Выкладка балок при строительстве должна производиться со скрупулезной тщательностью даже в том случае, если сооружают частный дом или дачу. Ничтожные с виду перекосы могут привести к обрушению всех конструкций. Разумеется, необходимы и точные расчеты. Давно уже никто не полагается всерьез на глазомер и интуицию строителей.

Достоинства и недостатки

Однако технологии не стоят на месте. Рано или поздно возникает вопрос, нельзя ли обойтись без балок, упростить строительство. В результате технического поиска были созданы так называемые безбалочные перекрытия. Самый частый вариант подобной конструкции – выложенные последовательно однотипные плиты и панели либо плита монолитного исполнения. Они отличаются:

• высокой крепостью;
• стойкостью к огню;
• изначальной заводской готовностью;
• повышенной технологичностью.

Но не стоит полагать, что по этим показателям балки сильно уступают безбалочным конструкциям – при грамотной работе разница невелика. Более того, безбалочные плиты весьма трудно и дорого перевозить, загружать и разгружать. Потребитель оказывается привязанным к их стандартным габаритам при подборе величины пролета. Но есть и плюс: монолитная бетонная поверхность, залитая непосредственно на объекте, обычно отличается лучшим качеством.

Виды

Для частного строительства особого смысла нет отказываться от балок перекрытия. Другое дело, какими конкретно они будут. Широкое распространение получили железобетонные конструкции. Они позволяют эффективно распределить нагрузки, создаваемые полом верхнего этажа на несущие элементы. Железобетон весьма крепок и устойчив. Но эти достоинства сильно омрачаются большой массой и сложностью монтажных работ. В большинстве случаев не получится обойтись без специальной техники, а она существенно удорожает возведение любой постройки.

По этой причине балки из железобетона применяют в основном там, где нагрузки заведомо окажутся очень высокими:

• в транспортных объектах;

• в многоквартирных домах;

• в крупной промышленности;

• в офисных зданиях;

• в спортивных сооружениях.

У железобетонных балок может различаться сечение (общая величина и форма). В зависимости от метода изготовления выделяются следующие изделия:

• сборный железобетон, изготавливаемый на заводе;
• балки, подготавливаемые на самой строительной площадке;
• сборно-монолитные изделия (объединяют два прежних формата).

Деревянные двутавровые балки считаются легкой и весьма прочной конструкцией. Такое изделие считается инновационным, но только в нашей стране, ведь за границей подобные конструкции вполне привычны. Важнейшим достоинством деревянного двутавра является простота изготовления – сделать его можно даже дома без применения сложных инструментов. Внешний вид не совсем привычен для строителей, так как перегородки очень тонкие.

Однако инженеры смогли, используя законы физики, повысить прочность изделий до максимума. Сверху балка работает на изгиб, а снизу принимает растяжение. Специалисты особое внимание уделяют строгости геометрии двутавровых элементов. Благодаря этому последующий монтаж напольного покрытия или потолочных конструкций многократно упрощается. Дополнительно сокращаются общие расходы на строительство.

Довольно широкое распространение получили металлические балки перекрытий. Причина проста: металл доступен и отличается большой крепостью. В основном для изготовления конструкции используется качественная сталь. Важно знать, что в очень массивных домах, где нагрузка довольно велика, из стали формируют двутавр. Он позволяет максимально однородно распределить нагрузку.

Внимание следует уделить так называемым номерам балок, которые обозначают размер. Например, номер 10 можно использовать только как направляющий, а вот 16 – это уже полноценная опора. Наряду со сталью широкое распространение получил и алюминий. Он весьма устойчив к вредным химическим воздействиям, однако хуже, чем сталь, переносит механические воздействия.

По этой причине индустриальные постройки в основном подразумевают использование стальных балок. Частное же домостроение чаще всего ведется с помощью алюминиевых конструкций. Дело не только в легкости материала, но и в отсутствии необходимости делать специальную антикоррозийную обработку. Если ни металлические, ни бетонные балки не устраивают владельца по какой-либо причине, то стоит присмотреться к клееным конструкциям. Это проверенная временем разновидность балочных элементов.

В основном цельносклеенный блок выполняется из ели, кедра, сосны или лиственницы. Последний вариант является самым прочным и наиболее устойчивым к внешним воздействиям. Однако он весит намного больше, чем его аналоги. Склеивание древесины оказывается куда привлекательнее использования монолитного массива. Прежде чем начать склеивать, любой дефектный участок удаляется, поэтому конструкция оказывается прочнее и стабильнее.

К тому же клееные балки соответствуют требованиям высокотехнологичного строительства, так как изделия обрабатываются на высокоточных механизмах. Исключается деформация и растрескивание в процессе транспортировки и хранения. Мало того, качественный клееный блок сохранит свои габариты в течение штатного периода использования. Огнестойкость клееной древесины заметно больше, чем у массивных элементов.

Декоративные свойства у нее довольно велики. Внимания заслуживает, впрочем, и применение сборно-монолитного перекрытия. В большинстве случаев у них есть частые ребра. Обычно для изготовления перекрытий применяют легкие балки из железобетона.

Их образует каркас из стальной арматуры. Это пространственное изделие опирается на железобетонную прямоугольную балку. Также используются блоки, содержащие пустоту, куда заливается монолитный бетон. Пустотный блок выполняется из следующих вариантов:

• специальной керамики;
• газосиликата;
• полистиролбетона;
• чистого бетона.

Преимуществом сборно-монолитных решений является отличная звукоизоляция и теплозащита. Проложенные внутри каналы позволяют без особых трудностей расположить любые коммуникации. Еще одним достоинством описываемого решения является то, что оно может использоваться в самостоятельном строительстве. Часторебристые сборно-монолитные перекрытия:

• легче пустотных плит;
• позволяют отказаться от использования стяжки под пол;
• позволяют не использовать кран;
• помогут накрыть сложные помещения с эркерами, выступами;
• применимы в наиболее труднодоступных участках;
• оказываются дешевле пустотного и монолитного железобетона;
• переносят нагрузку до 1 тыс. кг на 1 кв. м.;
• позволяют создавать мощные несущие перемычки.

Тавровые балки из стальных горячекатаных сплавов в плане напоминают букву «Т». Важно знать, что недостатком этих конструкций является малая прочность. Их применяют преимущественно в легких сооружениях, например, таких как лестница, подвал, теплица, гаражи. Даже в обычном жилом доме тавровая балка не пригодна для формирования несущих перекрытий. По этой причине на практике гораздо лучше применять OSB.

Такое сокращение обозначает деревянный двутавр. Ориентированная стружечная плита отлично подойдет и для каркасных, и для блочных, и для деревянных домов. Также она используется и в кирпичных постройках. Важно знать, что OSB окажется оптимальным выбором, если длина стропил превышает 5 м. Поставленная на нее крыша будет стабильно использоваться много лет, а общая стоимость конструкции приятно порадует владельца.

Наибольшая длина пролета достигает 12 м. Современные технологические решения позволяют гарантировать соблюдение проектной геометрии. Работа с балками OSB возможна в любой сезон. Внутри можно проложить различные инженерные коммуникации. Судя по оценкам специалистов, монтировать подобные изделия в 5 или даже 10 раз менее трудоемко, чем железобетонный монолит.

Для межэтажных пролетов более 6 м применяются только двутавровые балки из бруса категории LVL, при этом стыковка брусков с помощью клея не производится. Отпадает потребность проводить «мокрые» работы. Лучшее сырье – хвойные породы. Что касается балок из газобетона, то они считаются весьма экономичным и относительно удобным в работе решением.

Газобетон надежен и прочен, отлично переносит колебания температуры. Гарантируется перенос всех принимаемых нагрузок на фундамент и несущие стены. Судя по отзывам, газобетонные элементы помогают предотвратить сильные шумы, повышают они и качество теплоизоляции. А вот деревянные межэтажные перекрытия в газобетонном доме использовать вряд ли разумно по нескольким причинам:

• наибольшая длина пролета между несущими стенами – максимум 6 м;
• придется использовать антисептики и антипирены;
• лимитировано расстояние, разделяющее смежные балки.

В числе инновационных конструкций заслуживают внимания композитные балки перекрытия. Они создаются на основе стеклопластика, из которого в последнее время производится множество разнородных продуктов. Область применения стеклопластиковых балок примерно та же, что и у металлических аналогов, при этом общая масса в 4 или 5 раз ниже.

Такие изделия делают многие российские компании. Пригодны они и для чердачного помещения.

Сдвоенные с проставками балки используются в двухэтажных жилых домах из керамзитобетонных блоков. Обычно для этого применяются спаренные доски величиной 1,5х0,5 м. Чтобы исключить скрипы, доски пробиваются гвоздями либо затягиваются саморезами. Шаг балок при этом должен быть 0,6 м при условии применения обычных утеплителей. Металлодеревянные балки считаются универсальным решением.

Гармонично объединяется крепость металла и относительная легкость дерева. Подобная конструкция обеспечивает быстрое и не слишком затратное строительство. Экономятся ресурсы, а вместе с тем и деньги. Исключается появление отходов. Контурные балки можно применять в самых разных случаях, но это решение уже потребует особо тщательных расчетов.

Технические требования

Для балки очень важен такой показатель, как максимальная длина без опор. Простейший способ определить его – воспользоваться онлайн-калькулятором. Во внимание принимаются:

• размеры пролетов;
• способы закрепления конструкций;
• величина нагрузки согласно проекту.

Важно знать, что для определения шага и сечения балок используются специальные таблицы. При подборе несущих участков учитывается их толщина: в деревянном доме она составляет от 0,1 до 0,2 м. Определяя длину балок, кроме расстояния, разделяющего стены, добавляются 0,2-0,25 м на двустороннее опирание. Простая деревянная балка в длину может составлять до 6 м. При изготовлении из клееного дерева этот показатель вырастает до 9 м.

Подбор перекрытий для каркасного дома куда сложнее, чем для деревянного жилища. Дело в том, что ошибки могут оказаться намного серьезнее. Строители, не имеющие опыта или работающие непрофессионально, могут совершить немало промахов. Необходимую информацию можно почерпнуть из СП 31-105-2002. Независимо от массы давящей нагрузки, категорически нельзя использовать сырую древесину, так как иначе можно столкнуться с трещинами. Дерево придется обязательно обеззараживать и обрабатывать смесями, препятствующими возгоранию.

Балки должны крепиться на верхние обвязки несущих стен или на прогоны. Нельзя уменьшать сечение элементов, запиливая вырез, чтобы стыковать изделия с обрезкой. Стальные опоры балок должны по высоте совпадать с самими балками. И металлические, и бетонные балки:

• не должны иметь ржавых и жирных пятен;
• соответствуют требованиям ГОСТ по отклонениям от плоскостности, прямолинейности;
• соответствуют эталонам отделки;
• содержат материал с определенной прочностью на сжатие.

Расчет

Ниже представлен простой пример расчета деревянных балок. Плотность хвойной древесины для обычных помещений должна составлять 500 кг. Во влажной комнате и в открытых уличных постройках этот показатель равен 600 кг. Устойчивость к продольной нагрузке составляет 10 тыс. мегапаскалей, а к поперечной – примерно в 50 раз меньше.

Расчетная нагрузка определяется путем умножения нормативного показателя на коэффициенты надежности.

Проверка прочности балки производится по максимальному изгибающему моменту. Для этого нужно разделить напряжение на рассчитанный момент сопротивления. Должно получиться не менее 13 МПа. Для отбора сечения ориентируются на необходимый момент сопротивления. Важно знать, что, например, в случае деревянного дома, не говоря уже о более сложных конструкциях, лучше поручить все вычисления профессионалам.

Монтаж

Плиты кладут обычно на металлические балки поверх цементного слоя. Металлические или бетонные балки длиной 5-7,5 м требуют армирования стальной проволокой 0,02 м диаметром. Она кладется в середине пролета. Если сам пролет имеет длину 7,6-9 м, то армирование проводится через каждые 2,5-3 м. Чем шире пролет, тем выше должны быть стальные балки. Деревянные конструкции используются по 1 шт. на 1 кв. м.

Для металлических сооружений этот показатель составляет 1 шт. на 2 кв. м. Чтобы упростить фиксацию опалубки, применяются телескопические стойки. При использовании деревянной опалубки необходимо исключать отсутствие щелей. Монтаж плитного перекрытия на балки из металла гораздо проще, чем на бетонное или кирпичное основание.

Стоит отказаться от металлической балки, если конструкция должна опираться на невысокую кирпичную стену, так как это слишком дорого. Кроме того, можно спровоцировать растрескивание стены. В большинстве случаев перегородки опираются на несущие каркасы. Сборные железобетонные плиты преимущественно монтируются на металлический двутавр.

О том, как правильно установить деревянную балку перекрытия, смотрите в следующем видео.

Защемление плиты перекрытия в стене

Сразу скажу, что далее будут рассматриваться только однопролетные балки. Для многопролетных неразрезных балок с равными пролетами промежуточные опоры в первом приближении могут рассматриваться как жесткие защемления однопролетных балок.

Чтобы определить, как более правильно рассматривать плиту перекрытия:

а) как однопролетную безконсольную балку,

б) как однопролетную балку с консолями

или в) как жестко защемленную балку:

Рисунок 549.1. Возможные расчетные схемы для плиты с опорами на стены: а) безконсольная балка на шарнирных опорах, б) балка с двумя консолями, в) жесткозащемленная балка

следует учесть несколько факторов:

1. Соотношение длины опорного участка к высоте балки

Как правило на первом этапе расчета любая балка рассматривается как некий стержень, высота и ширина поперечного сечения которого пренебрежимо малы по сравнению с длиной. Но в данном случае при определении расчетной схемы высота балки имеет большое значение.

Если длина опорного участка

l_оп меньше 1/2÷2/3 высоты сечения балки h, то такая балка может рассматриваться как безконсольная однопролетная балка на шарнирных опорах.

Так как при таких параметрах на опорном участке мы имеем дело уже не со стержнем, а с массивным телом. А в массивном теле напряжения распределяются не так, как в стержне (или пластине). Кроме того, такое соотношение параметров явно свидетельствует о том, что длина опорных участков значительно меньше длины пролета.

2. Соотношение длины опорного участка к толщине стены

Когда плиты опираются не на всю толщину стены, а именно так чаще всего и бывает, то при расчетах это следует учитывать.

Если длина опорного участка 

l_оп меньше 1/5÷1/3 толщины стены, то такая балка может рассматриваться как безконсольная однопролетная балка на шарнирных опорах.

Так как при таких параметрах на плиту будет во-первых передаваться не вся нагрузка от вышележащей стены, а только 1/3-1/5 часть. А во-вторых, в результате перераспределения напряжений в материале стены, пластических деформаций или даже частичного разрушения материала стены эта нагрузка может быть еще меньше.

3. Соотношение нагрузки от вышележащей стены к нагрузке на плиту

В малоэтажном частном строительстве, когда имеется всего 2 этажа и соответственно 3 перекрытия, нагрузка от вышележащей стены очень сильно зависит от того, какое именно перекрытие рассматривается.

Так нагрузка от вышележащей стены на перекрытие над 2 этажом будет минимальной. Нагрузка на перекрытие между 1 и 2 этажом от вышележащей стены будет больше, а ее значение зависит от различных факторов, которые будут рассмотрены ниже. Максимальная нагрузка от вышележащей стены будет на перекрытие между подвалом и 1 этажом (или перекрытие по ленточному фундаменту).

Таким образом для плит перекрытий между 2 этажом и чердаком ситуацию возможного защемления плиты в стене в большинстве случаев можно вообще не рассматривать.

Для плит перекрытий между 1 и 2 этажом такая ситуация возможна. Для плит перекрытий под 1 этажом такая ситуация наиболее вероятна.

4. Соотношение модулей упругости материалов плиты и стены

Если модуль упругости материала плиты больше или равен модулю упругости материала стены, то вероятность защемления плиты достаточно высока. Если модуль упругости материала плиты меньше модуля упругости материала стены, то вероятность защемления плиты в стене значительно меньше.

Для наглядности рассмотрим следующий, очень условный пример, когда модули упругости материала стены и плиты примерно одинаковы:

Рисунок 549.2. Возможные варианты нагрузки на плиту от вышележащей наружной стены, которые могут привести к частичному или полному защемлению.

Сразу скажу на данном рисунке показаны далеко не все возможные варианты, а лишь очень малая их часть и только для готовых плит перекрытия, а не монолитных, изготавливаемых непосредственно в процессе строительства дома.

Для монолитных плиты распределение напряжений на опорной площадке будет зависеть от различных факторов, в частности от прогибов опалубки в процессе монтажа. Тем не менее напряжения, возникающие от веса вышележащей стены, можно принимать такими же. Кроме того не учтено возможное перераспределение напряжений в материале стены под действием нагрузок, приложенных с эксцентриситетом (например от плит вышележащих перекрытий). Но продолжим.

а) После монтажа плиты перекрытия на существующую стену (рисунок 549.2.а)) в материале стены на опорной площадке и в материале плиты на опорном участке будут действовать сжимающие нормальные напряжения. В данном случае мы рассматриваем общую ситуацию, поэтому точное значение напряжений нас не интересует, пусть это будут напряжения, равные 0.5σ.

Примечание: так как плита под действием собственного веса уже может иметь некоторый прогиб (а может и не иметь или даже наоборот иметь некоторый строительный подъем, если в плите использована предварительно напряженная арматура), то для упрощения восприятия начальный угол наклона поперечного сечения плиты не показан. К тому же в любом случае при монтаже готовой плиты напряжения под опорным участком плиты будут распределены равномерно при отсутствии других значительных нагрузок на плиту в процессе монтажа.

б) После того, как будет сделана стена над плитой перекрытия, в материале плиты на опорном участке и в материале стены на опорной площадке возникнут дополнительные сжимающие напряжения. На рисунке 549.2.б) показан вариант, когда эти дополнительные сжимающие напряжения равны напряжениям возникшим в процессе монтажа плиты, пусть это тоже будут напряжения равные 0.5 σ. На лицо вроде бы явное защемление на опоре, но не будем торопиться с выводами и посмотрим, что происходит после того когда к плите приложена нагрузка.

Примечание: Вообще-то подобная ситуация наиболее вероятна для плит с относительно длинным опорным участком, длина которого сопоставима с шириной стены. Чем меньше длина опорного участка, тем больше вероятность неравномерного распределения напряжений от вышележащей стены (рассмотрение стены как стойки с шарнирными опорами или жестким защемлением на опорах и соответствующим перераспределением напряжений). Причем это перераспределение будет таким, что минимальное значение напряжений будет в начале опорного участка плиты.

1.а) Если нагрузка на плиту в процессе эксплуатации будет в 1.5 раза больше нагрузки от собственного веса плиты, то напряжения под и над опорным участком плиты распределятся примерно таким образом, как показано на рисунке 549.2.1.а) при соответствующей длине опорного участка. Как видим в этом случае ни о каком защемлении не может быть и речи. Это же можно сказать и о случаях, когда нагрузка на плиту будет еще больше. 

При этом, чем меньше длина опорного участка плиты, тем больше вероятность того, что никакого защемления в стене не будет, однако при этом увеличивается вероятность пластических деформаций в материале стены на опорной площадке, как это показано на рисунке 549.2.1.б). И чем меньше длина опорного участка, тем больше вероятность не только пластических деформаций, но и частичного разрушения материала стены, как это показано на рисунке 549.2.1.в). На этих рисунках проиллюстрирована ситуация, когда предел прочности материала стены не превышает 2σ. Напряжения в материале плиты на опорных участках для упрощения восприятия на данных рисунках не показаны.

В целом для вариантов, показанных на рисунках 549.2.1.а) — в), наиболее соответствующей будет расчетная схема, показанная на рисунке 549.1.а). 

2.а) Если нагрузка на плиту в процессе эксплуатации будет например в 2 раза меньше нагрузки от собственного веса плиты, то при соответствующей длине опорного участка плиты может возникнуть ситуация, показанная на рисунке 549.2.2.а).

В этом случае для приближенных расчетов можно воспользоваться расчетной схемой, показанной на рисунке 549.1.б).

Примечание: чем меньше длина опорного участка, тем больше вероятность пластических деформаций в материале стены над опорным участком плиты в месте повышенных напряжений из-за их неравномерного распределения. Это место на рисунке показано красной стрелкой. Кроме того сами по себе деформации плиты еще не означают значительного изменения положения нейтральной оси балки — плиты.

2.б) При увеличении длины опорного участка плиты возможна ситуация, показанная на рисунке 549.2.2.б). В данном случае уже можно вести речь о частичном защемлении.

В этом случае для приближенных расчетов также можно воспользоваться расчетной схемой, показанной на рисунке 549.1.б).

В этом случае также увеличивается риск пластических деформаций под опорным участком плиты.

2.в) Если длина опорного участка значительна, то при определенных условиях может возникнуть ситуация, показанная на рисунке 549.2.2.в).

В этом случае можно пользоваться расчетной схемой показанной на рисунке 549.1.в).

Конечно же при этом в свою очередь требуется сначала определить длину l’.

Как видим, возможных вариантов расчета плиты, точнее действующих на нее нагрузок, очень много. И при таких расчетах следует учитывать влияние множества факторов. В связи с этим возникает вполне логичный вопрос: как поступить человеку, задумавшему построить свой дом в одном экземпляре, к тому же собирающемуся использовать монолитные плиты перекрытия и вообще занимающемуся расчетами первый и последний раз в жизни?

Ответ на данный вопрос будет предельно прост:

В целом плиту перекрытия можно рассчитывать как балку на шарнирных опорах (или плиту опертую по контуру). При этом, если длина опорного участка плиты значительно больше высоты плиты, то в верхней зоне сечения плиты заложить арматуру, исходя из предположения, что на опоре может возникнуть жесткое защемление вышележащей стеной.

Возможно это приведет к некоторому перерасходу материалов (в данном случае арматуры), однако более-менее точный расчет такой плиты может отнять достаточно много времени или денег. По сравнению с этими расходами траты на дополнительную арматуру могут выглядеть смехотворными.

Что такое конструкция перекрытий, балок, колонн и опор?

🕑 Время чтения: 1 минута

Очевидно, что здания состоят из различных структурных элементов, таких как плиты, балки, колонны и опоры. Каждый из этих структурных элементов играет определенную роль в структуре.
В этой статье представлены различные аспекты этих структурных элементов, например их функции, типы нагрузок, накладываемых на них, и механизм передачи нагрузки от одного элемента к другому.

Плиты

Плита — важный структурный элемент, который предназначен для создания плоских и полезных поверхностей, таких как полы, крыши и потолки.Это горизонтальный структурный компонент, верхняя и нижняя поверхности которого параллельны или близки к ним. Чтобы узнать больше об оценке толщины плиты, нажмите здесь.
Обычно плиты опираются на балки, колонны (бетонные или стальные), стены или землю. Глубина перекрытия из бетонной плиты очень мала по сравнению с его пролетом.

Рис.1: Железобетонная плита

Виды нагрузок на плиту

Типы нагрузок, действующих на плиту, включают:

1. Статическая нагрузка плиты
2. Живая нагрузка
3. Нагрузка на пол
4. Снеговая нагрузка на скат крыши
5. Землетрясения

Механизм передачи нагрузки в плитах

Передача сил от плиты к балкам происходит либо одним, либо двумя способами.Вся система полностью рассчитана на геометрические размеры плиты.
Плиты могут поддерживаться только колоннами, в этом случае будет преобладать двустороннее действие. Если соотношение длинная сторона / короткая сторона

Рис.2: Механизм распределения нагрузки от односторонней плиты к опорному элементу

Рис. 3: Механизм распределения нагрузки от плиты к балкам или другим опорным элементам

Рис. 4: Передача нагрузок от плиты на различные типы опорных элементов

Балки

балка — горизонтальный элемент конструкции, выдерживающий вертикальные нагрузки, поперечные силы и изгибающие моменты.Нагрузки, приложенные к балке, вызывают силы реакции в точках опоры балки.
Суммарный эффект всех сил, действующих на балку, заключается в создании поперечных сил и изгибающего момента внутри балки, которые, в свою очередь, вызывают внутренние напряжения, деформации и отклонения балки.

Рис.5: Железобетонная балка

Виды нагрузок на балки

1. Собственный вес балки
2. Собственная нагрузка включает точечную нагрузку, например, колонну, построенную на балке, распределенную нагрузку, например, установку плит на балку.
3. Живая нагрузка
4. Торсионная нагрузка

Механизм передачи нагрузки в балках

Они передают нагрузки, приложенные по длине, к своим конечным точкам, где нагрузки передаются на колонны или любые другие опорные элементы конструкции.

Рис. 6: Передача нагрузок от балок на колонну

Колонны

Колонна — это вертикальный элемент конструкции, который воспринимает нагрузки в основном при сжатии. Предполагается, что он является наиболее важным структурным элементом здания, поскольку безопасность здания зависит от прочности колонн.Это связано с тем, что отказ колонны вызовет прогрессирующее обрушение зданий, в то время как такое событие не произойдет при выходе из строя других элементов.
Колонны передают вертикальные нагрузки от потолка, перекрытия, плиты крыши или от балки на пол или фундамент. Они также несут изгибающие моменты вокруг одной или обеих осей поперечного сечения.

Рис.7: Железобетонная колонна

Виды нагрузок на колонны

1. Собственный вес колонны умножается на этажность
2. Собственный вес балок на погонный метр
3. Нагрузка на стены на погонный метр
4. Общая нагрузка на плиту (статическая нагрузка + динамическая нагрузка + собственный вес)

Механизм передачи нагрузки в колонне

Поскольку колонны поддерживаются фундаментом; нагрузка переместилась со всех компонентов на колонны.Затем он будет передаваться от колонны через шейки колонны, прилегающие к основанию, в виде осевой силы.
Кроме того, колонны передают поперечные нагрузки на фундамент, когда такие нагрузки накладываются. Наконец, он также передает момент и сдвиг на опору.

Рис. 8: Механизм передачи нагрузки с колонны на опору

Подножки

Фундаменты — это структурные элементы, которые передают нагрузку всей надстройки на грунт под конструкцией.Опоры предназначены для передачи этих нагрузок на почву без превышения ее безопасной несущей способности. Таким образом, предотвращается чрезмерная осадка конструкции до допустимого предела, сводится к минимуму дифференциальная осадка и предотвращается скольжение и опрокидывание.

Рис.9: Железобетонная опора

Виды нагрузок на опоры

1. Собственная нагрузка
   • Собственный вес элементов
   • Наложенные нагрузки, такие как отделка, перегородки, блочные работы, услуги.
2. Живая нагрузка
3. Ударная нагрузка
4. Снежная нагрузка
5. Ветровая нагрузка
6. Сила землетрясения
7. Давление на грунт
8. Дождевые нагрузки
9. Нагрузка жидкости

Механизм передачи нагрузки в основании

Почва — это корневая опора основания. Все силы, которые соприкасаются с опорами, будут переданы на почву.
Почва должна выдерживать эти нагрузки за счет аспекта, известного как несущая способность.Несущая способность меняется от одного типа грунта к другому, и это ключевой фактор при оценке размера опор.

Рис. 10: Передача нагрузок от элементов конструкции на грунт через опору

Рис. 11: Рассеивание нагрузок на фундамент в подстилающем грунте

Типы экономичных систем перекрытий для железобетонных зданий

🕑 Время чтения: 1 минута

Существуют различные типы экономичных систем перекрытий (плит) для железобетонных зданий, которые почти удовлетворяют всем условиям нагрузки и пролета.Обсуждается выбор экономичных систем полов, отвечающих требованиям дизайна.
Железобетон обеспечивает широкий выбор конструкций для различных условий, таких как жилые дома, офисы и промышленные здания.
В связи с тем, что стоимость системы пола составляет основную часть стоимости конструкции, выбор экономичной системы пола повлияет на общую стоимость проекта.
Существует ряд факторов, влияющих на экономичность систем перекрытий, таких как тип здания, архитектурная планировка, длина пролета между колоннами и эстетические характеристики.В этой статье будут представлены рекомендации, которые приведут к экономному выбору напольных систем.

Виды экономичных систем железобетонных перекрытий зданий и сооружений

Ниже приведены различные типы экономичных систем бетонных полов. Подробно обсуждаются их критерии выбора, преимущества и использование.

• Плиты плоские
• Плиты плоские
• Вафельные плиты
• Плиты на балке
• Перекрытие одностороннее на балке
• Пол с односторонней балкой

Система перекрытий для плоских перекрытий

Системы плоских пластин опираются непосредственно на колонны и подходят для пролета 6-8 м с ресурсной нагрузкой 3-5 кН / м ² .Эта система полов применяется в основном в гостиницах, больницах, многоквартирных жилых домах.
К наиболее выдающимся преимуществам плоских плит относятся быстрое строительство, простая и низкая стоимость опалубки, плоский потолок, снижающий стоимость отделки.
Когда при строительстве зданий используются плоские плиты, общая высота конструкции может быть уменьшена, что является преимуществом с экономической точки зрения.
Это связано с тем, что уменьшение общей высоты здания приведет к сокращению вертикальных участков облицовки, перегородок, механических систем, водопровода и многих других строительных объектов.Еще одно преимущество плоских плит состоит в том, что они позволяют увеличивать этажность в конструкциях ограниченной высоты.
Следует учитывать, что относительная жесткость и прочность на сдвиг плоских пластин невысоки.

Рис.1: Система перекрытий из плоских плит

Системы плоских перекрытий для зданий

Плоские плиты похожи на плоские плиты, за исключением утолщения плоских плит вокруг колонн, которые предназначены для улучшения сдвиговой способности этой системы перекрытий.
Плоские плиты экономически целесообразны для пролетов от 6 до 9 м и динамических нагрузок от 4 до 7 кН / м ² .Этот тип системы перекрытий подходит для случаев, когда напряжение сдвига при продавливании препятствует использованию плоских плит, особенно когда предполагаются относительно неглубокие плиты. Следует знать, что утолщение системы перекрытий вокруг колонн (опорных панелей) увеличивает стоимость опалубки.
Толщина плоской плиты на 10 процентов меньше, чем у плоской плиты при той же длине пролета. Код ACI определяет размер откидных панелей, чтобы использовать преимущества этой уменьшенной толщины.
Утверждается, что стоимость опалубки, укладки бетонного материала и отделки, а также укладки стали составляет 47%, 36% и 17%, соответственно, от общей стоимости перекрытия для плоских плит.

Рис.2: Система плоского перекрытия

Вафельные плиты

Он состоит из железобетонной плиты и равномерно распределенной в двух направлениях вафельной плиты. Плита вокруг колонн сплошная, чтобы обеспечить сопротивление сдвигу в зоне колонн.
Вафельные плиты экономически целесообразны для пролетов от 9 до 15 м и динамической нагрузки от 4 до 7 кН / м ² . Предельная несущая способность этой системы перекрытий больше, чем у плоских плит, но стоимость ее опалубки существенно высока.

Рис.3: Вафельная плита

Плиты на балках

Этот тип системы перекрытий экономически целесообразен для пролетов от 6 до 9 м и динамической нагрузки от 3 до 6 кН / м ² .
Балка увеличивает относительную жесткость системы перекрытий и, следовательно, отклонение уменьшается, но стоимость опалубки увеличивается из-за балочной опалубки.

Рис.4: Плиты на балках

Односторонняя плита на балках

Этот тип системы перекрытий подходит для пролета от 3 до 6 м и динамической нагрузки от 3 до 5 кН / м ² .Этот диапазон пролетов может быть увеличен за счет небольшого увеличения прогибов и стоимости системы перекрытий.

Рис.5: Односторонняя плита на балках

Система перекрытий с односторонней балкой

Он состоит из равномерно расположенных бетонных ребер, проходящих в одном направлении, железобетонной плиты, монолитно построенной с ребрами и балками, которые проходят между колоннами.
Поперечная балочная система перекрытия экономически подходит для пролетов от 6 до 9 м и динамической нагрузки от 4 до 6 кН / м ² .Эта система пола имеет несколько преимуществ, например, она экономически эффективна для длинных пролетов с большими нагрузками, общая глубина не требует увеличения для установки инженерных сетей, поскольку их можно разместить между балками, а пустоты поддона уменьшают собственный вес.
Сообщается, что стоимость опалубки составляет около 51 процента от общей стоимости системы перекрытий.

Рис.6: Система перекрытия с односторонней балкой

Подробнее:
Плоская плита — типы конструкции плоской плиты и их преимущества
Что такое пробивные ножницы? Пробивные ножницы в перекрытиях и фундаментах
Причины чрезмерных прогибов железобетонных плит
Конструкция с плавающей плитой — Области применения и преимущества

Двухсторонняя бетонная плита с балками, проходящими между опорами

Код

Требования Строительного кодекса
для конструкционного бетона (ACI 318-14) и комментариев (ACI 318R-14)

Минимальные расчетные нагрузки для
Здания и другие сооружения (ASCE / SEI 7-10)

Международный кодовый совет,
Международный строительный кодекс 2012 г., Вашингтон, Д.С., 2012

Список литературы

Примечания к зданию ACI 318-11
Требования Кодекса для конструкционного бетона, двенадцатое издание, Портленд, 2013 г.
Цементная ассоциация.

Системы бетонных полов
(Руководство по оценке и экономии), второе издание, 2002 г. Дэвид А. Фанелла

Упрощенный дизайн
Железобетонные здания, четвертое издание, 2011 г. Махмуд Э. Камара и
Лоуренс К. Новак

Расчетные данные

Высота от пола до пола = 12
футов (предоставлено архитектурными чертежами)

Колонны = 18 x 18 дюймов.

Внутренние балки = 14 x 20 дюймов.

Торцевые балки = 14 x 27 дюймов

w _c = 150 шт. Фут

f _c =
4,000 фунтов на кв. Дюйм

f _y = 60000 фунтов на кв. Дюйм

Переменная нагрузка, L _o
= 100 фунтов на квадратный фут (офисное здание) ASCE / SEI
7-10 (Таблица 4-1)

Решение

Контроль прогибов. ACI
318-14 (8.3.1.2)

Вместо подробного расчета прогибов, код ACI 318
дает минимальную толщину для двухсторонней плиты с балками, проходящими между опорами
со всех сторон Таблица 8.3.1.2 .

Жесткость на изгиб между балкой и плитой
Коэффициент (относительной жесткости) ( α _f ) вычисляется следующим образом:

ACI
318-14 (8.10.2.7b)

Момент инерции для
эффективное сечение балки и плиты можно рассчитать следующим образом:

Затем,

Для краевых балок:

Эффективные сечения балки и плиты для расчета
Коэффициент жесткости краевой балки показан на рисунке 2.

Для балки с севера на юг:

Для Восток-Запад
Крайняя балка:

Для внутренних балок:

Эффективные сечения балки и плиты для расчета
Коэффициент жесткости внутренней балки показан на рисунке 4.

Для внутренней балки Север-Юг:

Для Восток-Запад
Внутренняя балка:

Так как α _f > 2,0 для
для всех балок минимальная толщина плиты определяется по формуле:

ACI
318-14 (8.3.1.2)

Где:

Используйте плиту толщиной 6 дюймов.

ACI 318 утверждает, что система перекрытий
должны быть спроектированы с использованием любой процедуры, обеспечивающей равновесие и геометрические
совместимость при условии соблюдения критериев прочности и пригодности к эксплуатации.
удовлетворен. Отличие двухкомпонентных систем от односторонних: ACI.
318-14 (R8.10.2.3 и R8.3.1.2) .

ACI 318 разрешает использование Direct
Метод расчета (DDM) и метод эквивалентной рамы (EFM) для гравитационной нагрузки
анализ ортогональных рам и применим к плоским плитам, плоским плитам и
плиты с балками. В следующих разделах описывается решение для программного обеспечения EFM и spSlab. Решение для DDM может
можно найти в примере конструкции системы бетонного пола с двухсторонней пластиной.

EFM — наиболее полный и
подробная процедура, предоставленная ACI 318 для анализа и проектирования
двухсторонние системы перекрытий, в которых конструкция моделируется серией эквивалентных
кадры (внутренние и внешние) на линиях колонн, взятых в продольном направлении и
поперек здания.

Эквивалентная рамка состоит из трех
частей:

1) Горизонтальная полоса перекрытий, в т.ч.
любые балки, проходящие в направлении рамы. Различные значения момента
инерцию вдоль оси перекрытий-балок следует учитывать там, где
полный момент инерции в любом поперечном сечении за пределами соединений или колонны
капители должны приниматься, а момент инерции перекрытия-балки при
грань колонны, скобки или прописной буквы разделить на количество (1-c ₂ / l ₂ ) ²
принимается при расчете момента инерции балок перекрытия.
от центра колонны к лицевой стороне колонны, скобки или заглавной буквы. ACI
318-14 (8.11.3)

2) Колонны или другие вертикальные опоры
элементы, простирающиеся выше и ниже плиты. Различные значения момента
инерцию по оси колонн следует учитывать там, где момент
инерции колонн сверху и снизу балки перекрытия в месте стыка должна быть
предполагается бесконечным, а полное поперечное сечение бетона равно
разрешено использовать для определения момента инерции колонн при любом пересечении
сечение вне стыков или капителей колонн. ACI
318-14 (8.11.4)

3) Элементы конструкции (крутильные
элементы), обеспечивающие передачу момента между горизонтальным и вертикальным
члены. Предполагается, что эти элементы имеют постоянное поперечное сечение.
по всей длине, состоящие из наибольшего из следующего: (1)
часть плиты шириной, равной ширине колонны, кронштейна или заглавной буквы
в направлении пролета, для которого определяются моменты, (2)
часть плиты, указанная в (1), плюс часть поперечной балки выше
и под плитой для монолитной или полностью композитной конструкции (3)
поперечная балка включает в себя часть плиты с каждой стороны балки
на расстояние, равное проекции луча выше или ниже
плита, в зависимости от того, что больше, но не больше четырехкратной толщины плиты. ACI
318-14 (8.11.5)

В
EFM, временная нагрузка должна быть устроена в соответствии с 6.4.3, для которого требуется плита.
системы, которые необходимо проанализировать и спроектировать для работы в самых сложных условиях
установлено путем исследования эффектов динамической нагрузки, помещенной в различные
критические шаблоны. ACI 318-14 ( 8.11.1.2 и 6.4.3 )

Завершено
анализ должен включать репрезентативные внутренние и внешние эквивалентные кадры в
как в продольном, так и в поперечном направлении пола. ACI 318-14 ( 8.11.2.1 )

Панели должны
быть прямоугольным, с соотношением длинных и коротких панелей, измеренных
расстояние между центрами опор, не должно превышать 2. ACI 318-14 ( 8.10.2.3 )

Определите коэффициенты распределения момента и фиксированный конец
моменты для эквивалентных элементов рамы.Порядок распределения моментов
будет использоваться для анализа эквивалентного кадра. Коэффициенты жесткости, коэффициенты переноса COF и коэффициенты момента на фиксированном конце
Конечный элемент для балок перекрытий и элементов колонн определяется с помощью таблиц вспомогательных средств проектирования.
at Приложение 20A к PCA Примечания к ACI 318-11 . Эти
расчеты приведены ниже.

а.
Изгиб
жесткость перекрытий с обоих концов К _сб .

Примечания PCA к ACI 318-11 (таблица A1)

Примечания PCA к ACI 318-11 (таблица A1)

Где I _сб
— момент инерции сечения перекрытия балки, показанного на рисунке 6, и может быть
вычислено с помощью рисунка 7 следующим образом:

Коэффициент переноса COF = 0.507 PCA
Примечания к ACI 318-11 (таблица A1)

PCA
Примечания к ACI 318-11 (таблица A1)

Рисунок 7
Коэффициент C _t для полного момента инерции фланцевых секций

г.
Изгиб
жесткость элементов колонны на обоих концах K _c .

Ссылаясь на Таблица
A7, Приложение 20A :

для интерьера
Колонны:

PCA
Примечания к ACI 318-11 (Таблица A7)

Для внешних колонн:

PCA
Примечания к ACI 318-11 (Таблица A7)

г.
Торсионная жесткость
крутильных элементов, К _т .

ACI 318-14 (R.8.11.5)

для
Колонны для интерьера:

Где:

ACI 318-14 (уравнение 8.10.5.2b)

Рисунок 8
Присоединенный крутильный элемент на внутренней колонне

для экстерьера
Колонны:

Где:

ACI 318-14 (Ур.8.10.5.2б)

Рисунок 9
Присоединенный крутильный элемент на внешней колонне

г.Повышенная жесткость на кручение за счет
параллельные балки, K _ta .

Для внутренних колонн:

Где:

Для внешних колонн:

e.
Эквивалентный столбец
жесткость K _ec .

Где ∑ K _ta — для двух торсионных элементов, по одному на каждой стороне колонны, а ∑ K _c — для верхней и нижней колонн в месте соединения перекрытия с балкой
промежуточный этаж.

Для внутренних колонн:

Для внешних колонн:

ф. Коэффициенты распределения стыков перекрытий и балок,
ДФ .

На внешнем стыке,

в
шарнир межкомнатный,

COF для перекрытия-балки = 0,507

Определить
отрицательные и положительные моменты для перекрытий-балок с использованием распределения моментов
метод.

с
отношение постоянной нагрузки к статической без учета фактора:

Кадр будет проанализирован
для пяти условий нагружения с загрузкой образца и частичной временной нагрузкой как
разрешено ACI 318-14 (6.4.3.3).

а.
Факторная нагрузка и
Конечные моменты (МКЭ).

Где (9,3 фунт / кв. Дюйм = (14 x 14) /
144 x 150/22 — вес стержня балки на фут, деленный на л ₂ )

Примечания PCA к ACI 318-11 (таблица A1)

г.Распределение моментов.

Момент раздачи на пятерых
Условия нагружения приведены в Таблице 1. Моменты вращения против часовой стрелки.
действия на концах участников принимаются как положительные. Положительные моменты пролета
определяется из следующего уравнения:

Где
M _o — момент в середине пролета для простой балки.

Когда
конечные моменты не равны, максимальный момент в пролете не наступает при
середина пролета, но его значение близко к середине пролета для этого примера.

Положительных
момент в пролете 1-2 под нагружение (1):

Размах положительного момента 2-3 для нагрузки
(1):

Положительные и отрицательные факторы
моменты для системы перекрытий в направлении анализа показаны на рисунке.
13. Отрицательные расчетные моменты принимаются на гранях прямолинейных опор.
но не на расстояниях, превышающих центры опор. ACI
318-14 (8.11.6.1)

Рисунок 13 Положительные и отрицательные моменты проектирования для
Плита-балка (все пролеты нагружены полной расчетной динамической нагрузкой, кроме случаев, указанных в таблице)

а.Проверить, рассчитаны ли моменты
выше может воспользоваться сокращением, разрешенным ACI 318-14 (8.11.6.5) :

Системы перекрытий в пределах ограничений
из ACI 318-14 (8.10.2) может привести к уменьшению
такая пропорция, что числовая сумма положительного и среднего отрицательного
моменты не превышают суммарный статический момент M _o
по Уравнение 8.10.3.2 в ACI 318-14 :

ACI 318-14 (8.11.6.5)

Проверить применимость прямого проектирования
Метод:

1.
Существует
минимум три пролета в каждом направлении ACI
318-14 (8.10.2.1)

2.Последовательный промежуток
длины равны ACI
318-14 (8.10.2.2)

3.
От длинных до коротких
соотношение 22 / 17,5 = 1,26 <2,0 ACI
318-14 (8.10.2.3)

4.
Столбец не
смещение ACI
318-14 (8.10.2.4)

5.
Нагрузки гравитационные
и равномерно распределены с отношением живого / мертвого состояния 1,33 <2,0

ACI
318-14 (8.10.2.5 и 6)

6. Проверка относительной жесткости плиты перекрытия: ACI
318-14 (8.10.2.7)

Внутренняя панель:

Хорошо ACI 318-14
(Ур. 8.10.2.7a)

Внутренняя панель:

Хорошо ACI 318-14
(Ур.8.10.2.7a)

Все ограничения ACI
318-14 (8.10.2) удовлетворены и положения ACI
318-14 (8.11.6.5) можно обращаться:

ACI
318-14 (уравнение 8.10.3.2)

Кому
иллюстрируют правильную процедуру, факторизованные моменты внутреннего пролета могут быть уменьшены
следующим образом:

Допустимо
сокращение = 183.7 / 188,8 = 0,973

Скорректированный негативный дизайн
момент = 117,6 0,973 = 114,3 кип

Скорректированный позитивный дизайн
момент = 71,2 0,973 = 69,3 кип

M _o = 183,7 тысяч фунтов

г. Распределите факторизованные моменты в столбце
и средние полосы:

Отрицательные и положительные моменты в критических
секции могут быть распределены на полосу колонны и две полусредние полосы
перекрытия балки по методу прямого проектирования (DDM) в 8.10, при условии
что Ур. 8.10.2.7 (а) выполнено. ACI
318-14 (8.11.6.6)

Так как относительная жесткость балок находится в пределах 0,2
и 5.0 (см. шаг 2.4.1.6), моменты могут быть распределены по балкам перекрытия как
указано в ACI 318-14 (8.10.5 и 6) где:

Фактор критических моментов
разделы приведены в таблице 2.

а. Определить армирование на изгиб, необходимое для ленты
моменты

Арматура на изгиб
Расчет для полосы колонн внутреннего отрицательного положения конечного пролета составляет
указано ниже:

Предположим, что натяжение регулируется
секция ( φ = 0.9)

Ширина полосы колонны, b
= (17,5 x 12) / 2 = 91 дюйм

Использовать среднее d = 6
0,75 0,5 / 2 = 5 дюймов

в ²

Максимальный интервал ACI
318-14 (8.7.2.2)

Обеспечьте 8 — # 4 стержня с A _s
= 1,60 дюйма ² и с =
91/8 = 11,37 дюйма ≤ с _макс.

расчет арматуры на изгиб для балочной полосы внутренней части торцевого пролета
отрицательное расположение указано ниже:

Предположим, что натяжение регулируется
секция ( φ = 0.9)

Ширина полосы балки, b =
14 дюймов

Использовать среднее значение d = 20
0,75 0,5 / 2 = 19 дюймов

Предоставьте стержни 5 — №4 с A _s = 1,00 дюйма ²

Все значения в таблице 3 являются
рассчитывается в соответствии с процедурой, описанной выше.

г.
Расчет дополнительного армирования плиты в колоннах для передачи момента между плитой
и колонна по изгибу

Доля несбалансированного
момент, передаваемый при изгибе, составляет γ _f x M _u

Где:

ACI 318-14 (8.4.2.3.2)

b ₁ = Размер критического сечения b _o
измеряется в направлении пролета, для которого
моменты определены в ACI 318, Глава 8.

b ₂ = Размер критического сечения b _o
измеряется в направлении, перпендикулярном к b ₁
в ACI 318, Глава 8.

b _o
= Периметр критического сечения для двухстороннего
сдвиг в плитах и ​​опорах.

ACI
318-14 (8.4.2.3.3)

Для внешней колонны:

Рисунок 14 Критические периметры сдвига для колонн

Дополнительное усиление плиты на внешней колонне
требуется для.

г.Определять
поперечная арматура, необходимая для сдвига полосы балки

расчет поперечного армирования балочной полосы концевого пролета наружного
расположение указано ниже.

Рисунок 15 Сдвиг на критических участках конца
пролет (на расстоянии d от торца колонны)

Требуемый сдвиг при
расстояние d от торца опорной стойки V _{u_d} = 31.64
тысяч фунтов (Рисунок 15).

ACI
318-14 (22.5.5.1)

∴
Требуются стремена.

Расстояние от грани колонны
сверх которого требуется минимальное усиление:

ACI
318-14 (22.5.10.1)

Хорошо

ACI 318-14 (22.5.10.1)

ACI
318-14 (22.5.10.5.3)

ACI
318-14 (9.6.3.3)

ACI 318-14 (9.7.6.2.2)

Выбрать
s _{предоставил} = 8-дюймовые хомуты №4 с первым хомутом, расположенным в
расстояние 3 дюйма от лицевой стороны колонны.

расстояние, при котором сдвиг равен нулю, рассчитывается следующим образом:

расстояние от опоры, за пределами которого требуется минимальное усиление, составляет
рассчитывается следующим образом:

расстояние, при котором не требуется сдвиговой арматуры, рассчитывается следующим образом:

Все
значения в Таблице 5 рассчитаны в соответствии с процедурой, описанной выше.

неуравновешенный момент от балок перекрытия на опорах эквивалентной рамы
распределяются по фактическим колоннам выше и ниже балки перекрытия в
пропорционально относительной жесткости реальных колонн.Ссылаясь на рис.
9, неуравновешенный момент в шарнирах 1 и 2 составляет:

Совместное
1 = +93,1 кип

Совместное
2 = -119 + 74,5 = -44,5 кип

коэффициенты жесткости и переходящего остатка фактических колонн, а также распределение
несбалансированные моменты к внешним и внутренним колоннам показаны на рис. 9.

Рисунок 16 — Моменты колонны (несбалансированные моменты от
Плита-Балка)

Итого:

Момент дизайна в экстерьере
столбец = 55.81 кип

Дизайн
момент во внутренней колонне = 24,91 кип

моменты, определенные выше, складываются с учтенными осевыми нагрузками (для каждого
рассказ) и учтенные моменты в поперечном направлении для расчета колонны
разделы. Подробный анализ для получения значений момента на грани
внутренние, внешние и угловые колонны из значений несбалансированного момента могут быть
найдено в примере конструкции двухсторонней плоской бетонной плиты перекрытия.

Конструкция
Внутренние, краевые и угловые колонны объяснены в примере «Конструкция бетонных перекрытий с двухсторонней плоской плитой».

Прочность плиты на сдвиг в непосредственной близости
колонн / опор включает оценку одностороннего сдвига (действие балки) и
двусторонний сдвиг (штамповка) в соответствии с ACI 318, глава 22.

Односторонний сдвиг критичен при
расстояние d от лицевой стороны колонны. На рисунке 17 показаны V _и в
критические секции вокруг каждого столбца. Поскольку нет сдвига
арматуры, расчетная прочность на сдвиг секции равна расчетной
прочность на сдвиг бетона:

ACI 318-14 (Ур.22.5.1.1)

Где:

ACI 318-14 (уравнение 22.5.5.1)

λ = 1 для бетона нормального веса

Потому что φV _c
> V _u на всех
критические сечения, плита ок . с односторонним сдвигом.

Рисунок 17 Односторонний сдвиг в критических сечениях (при
расстояние d от торца опорной колонны)

Двусторонний сдвиг критичен для прямоугольного сечения
расположен на d _плита /2 от торца колонны.В
Факторное усилие сдвига V _u в критическом сечении рассчитано
как реакция в центре тяжести критического сечения за вычетом собственного веса
и любая наложенная на поверхность статическая и временная нагрузка, действующая в пределах критического
раздел.

Фактор неуравновешенного момента, используемый для сдвига
передача, M _unb , рассчитывается как сумма шарнирных моментов
слева и справа. Момент вертикальной реакции относительно
также учитывается центроид критического сечения.

Для внешней колонны:

Для
внешний столбец на рисунке 18, расположение центральной оси z-z:

Полярный момент J _c периметра сдвига
это:

ACI 318-14 (Ур.8.4.4.2.2)

Длина критического периметра для экстерьера
столбец:

ACI 318-14 (R.8.4.4.2.3)

ACI 318-14 (Таблица 22.6.5.2)

Хорошо

Для интерьера
столбец:

Для
внутренний столбец на рисунке 19, расположение центральной оси z-z:

Полярный момент J _c периметра сдвига
это:

ACI 318-14 (Ур.8.4.4.2.2)

Длина критического периметра для экстерьера
столбец:

ACI 318-14 (Таблица 22.6.5.2)

Хорошо

Так как плита
толщина была выбрана на основе таблиц минимальной толщины сляба в ACI.
318-14 расчет прогиба не требуется.Однако расчеты
мгновенных и зависящих от времени отклонений рассматриваются в этом разделе для
иллюстрация и сравнение с результатами модели spSlab.

Расчет
прогиб для двухсторонних плит является сложной задачей, даже если линейно-упругое поведение
можно предположить. Анализ упругости для трех уровней служебной нагрузки ( D, D + L _{, устойчивый} ,
D + L _Full ) используется для получения немедленных отклонений двустороннего
плита в этом примере.Однако могут использоваться другие процедуры, если они приводят к
предсказания прогиба в разумном согласии с результатами
комплексные тесты. ACI
318-14 (24.2.3)

эффективный момент инерции ( I _e ) используется для учета
эффект растрескивания на изгибную жесткость плиты. I _e для
Участок без трещин ( M _cr > M _a ) равен I _g .Если в секции есть трещины ( M _cr a ), тогда
следует использовать следующее уравнение:

ACI 318-14 (уравнение 24.2.3.5a)

Где:

M _a = Максимальный момент в стержне из-за рабочих нагрузок при прогибе ступени составляет
рассчитано.

рассчитываются значения максимальных моментов для трех уровней служебной нагрузки.
из структурного анализа, как показано ранее в этом документе.Эти моменты
показано на рисунке 20.

Рисунок 20 Максимальные моменты для
Три уровня служебной нагрузки

Для сечения положительного момента (середины пролета)
внешний пролет:

ACI
318-14 (уравнение 24.2.3.5b)

ACI
318-14 (уравнение 19.2.3.1)

y _t = Расстояние от центральной оси
поперечного сечения без армирования до натянутой поверхности, дюймы

Фиг.21 I _г
Расчет участка плиты возле опоры

PCA Примечания к ACI 318-11 (9.5.2.2)

Как
рассчитанное ранее положительное армирование для полосы концевого пролета каркаса
22 штанги №4, расположенные на расстоянии 1,0 дюйма вдоль секции плиты от нижней части
плита и 4 стержня №4, расположенные на расстоянии 1,75 дюйма вдоль секции балки снизу
балки. Пять профилей перекрытия не являются непрерывными и будут
исключен из расчета I _cr . На рис. 22 показаны все
параметры, необходимые для расчета момента инерции участка с трещиной
превращается в бетон в середине пролета.

Фиг.22 Преобразованный с трещиной
Секция (секция положительного момента)

ACI
318-14 (19.2.2.1.а)

Примечания PCA к ACI 318-11 (таблица 10-2)

Для участка отрицательного момента (рядом с внутренним
опора концевого пролета):

отрицательное усиление полосы концевого пролета возле внутренней опоры
состоит из 27 стержней №4, расположенных на расстоянии 1,0 дюйма по сечению от верха плиты.

ACI
318-14 (уравнение 24.2.3.5b)

ACI
318-14 (уравнение 19.2.3.1)

Фиг.23 I _г
Расчет участка плиты возле опоры

ACI
318-14 (19.2.2.1.a)

Примечания PCA к ACI 318-11 (таблица 10-2)

PCA
Примечания к ACI 318-11 (Таблица 10-2)

PCA Примечания
на ACI 318-11 (Таблица 10-2)

PCA
Примечания к ACI 318-11 (Таблица 10-2)

Рисунок 24
Преобразованная секция с трещинами (внутренняя секция с отрицательным моментом для концевого пролета)

Процедура эффективного момента инерции, описанная в
Код считается достаточно точным для оценки прогибов.В
эффективный момент инерции, I _e , был разработан, чтобы обеспечить
переход между верхней и нижней границами I _g и I _cr
как функция отношения M _cr / M _a . Для условно
усиленные (ненапряженные) элементы, эффективный момент инерции, I _e ,
рассчитывается по формуле. (24.2.3.5a), если не получено более полным
анализ.

I _e должен быть
разрешено принимать как значение, полученное из уравнения.(24.2.3.5a) в середине пролета для
простые и сплошные пролеты, а также на опорах консолей.
ACI 318-14 (24.2.3.7)

Для непрерывных односторонних перекрытий
и балки. I _e допускается принимать как среднее значение
значения, полученные из уравнения. (24.2.3.5a) для критических положительных и отрицательных
моментные разделы. ACI 318-14 (24.2.3.6)

Для внешнего пролета
(пролет с непрерывным одним концом) с уровнем служебной нагрузки ( D + LL _полный ):

ACI
318-14 (24.2.3.5a)

Где
I _e ^— — эффективный момент инерции для
участок критического отрицательного момента (около опоры).

Где
I _e ⁺
— эффективный момент инерции для критического сечения положительного момента
(середина пролета).

С
жесткость в середине пролета (включая эффект растрескивания) оказывает доминирующее влияние на
прогибы средней части пролета широко представлены в расчетах I _e
и это считается удовлетворительным в приблизительных расчетах прогиба.Усредненный эффективный момент инерции ( I _{e, avg} )
выдает:

PCA
Примечания к ACI 318-11 (9.5.2.4 (1))

Где:

Для внутреннего пролета
(пролет с непрерывным обоими концами) с уровнем служебной нагрузки ( D + LL _полный ):

ACI
318-14 (24.2.3.5a)

Усредненная эффективная
момент инерции ( I _{e, avg} ) определяется по формуле:

PCA Примечания к ACI 318-11 (9.5.2.4 (2))

Где:

Таблица 6
предоставляет сводку необходимых параметров и расчетных значений, необходимых для
прогибы для внешней и внутренней эквивалентной рамы. Он также предоставляет
сводка тех же значений для полосы столбцов и средней полосы для облегчения
расчет прогиба панели.

Прогибы в двусторонних системах перекрытий должны быть
рассчитывается с учетом размеров и формы панели, условий
поддержка и характер ограничений по краям панели.Для немедленных прогибов
двусторонние системы перекрытий средняя панель
прогиб рассчитывается как сумма прогиба в середине пролета колонны.
или столбец в одном направлении (Δ _cx или Δ _cy )
и прогиб в середине пролета средней полосы в ортогональном направлении (Δ _{м x}
или Δ _мой ). На рисунке 25 показан расчет прогиба для
прямоугольное панно. Среднее Δ для панелей, имеющих разные
Недвижимость в двух направлениях рассчитывается следующим образом:

PCA
Примечания к ACI 318-11 (9.5.3.4 Ур. 8)

Рисунок 25 Расчет прогиба
для прямоугольной Панели

Кому
вычислить каждый член предыдущего уравнения, следующая процедура должна быть
использовал. На рисунке 26 показана процедура вычисления члена Δ _cx .
та же процедура может быть использована для поиска других терминов.

Рисунок 26 Δ _cx расчет
процедура

Для внешнего пролета — обслуживание
случай статической нагрузки:

PCA
Примечания к ACI 318-11 (9.5.3.4 Ур. 10)

Где:

ACI
318-14 (19.2.2.1.a)

I _{кадр, усредненное значение} =
Усредненный эффективный момент инерции ( I _{e, avg} )
для полосы рамы для случая служебной статической нагрузки из Таблицы 6 = 22761 дюйм ⁴

PCA
Примечания к ACI 318-11 (9.5.3.4 Ур. 11)

Где LDF _c
— коэффициент распределения нагрузки на полосу колонны. Распределение нагрузки
коэффициент для полосы столбца можно найти из следующего уравнения:

И распределение нагрузки
коэффициент для средней полосы можно найти из следующего уравнения:

Для
конечный пролет, LDF _{для внешней отрицательной области (LDF L ), внутренний
отрицательная область (LDF R ) и положительная область (LDF L ) равны 0.75, 0,67 и 0,67 соответственно (из таблицы 2 этого документа).
Таким образом, коэффициент распределения нагрузки на полосу колонны для конечного пролета равен
выдает:}

I _{c, g}
= Полный момент инерции ( I _g )
для полосы колонны (для Т-образного сечения) = 20040 дюймов ⁴

I _{рама, г}
= Полный момент инерции ( I _g )
для планки рамы (для Т-образного сечения) = 25395 дюйм. ⁴

PCA
Примечания к ACI 318-11 (9.5.3.4 уравнение 12)

Где:

K _ec = эффективная жесткость колонны
для внешней колонны.

= 764 х
E _c = 2929 x 10 ⁶ дюйм-фунт
(рассчитано ранее).

PCA
Примечания к ACI 318-11 (9.5.3.4 Ур. 14)

Где:

Где

K _ec = эффективная жесткость колонны
для внутренней колонки.

= 631 х
E _c = 2419 x 10 ⁶ дюйм-фунт
(рассчитано ранее).

Где:

PCA
Примечания к ACI 318-11 (9.5.3.4 уравнение 9)

подписок
та же процедура, Δ _mx можно рассчитать для среднего
полоска. Эта процедура повторяется для эквивалентного кадра в ортогональном
направление для получения Δ _cy , и Δ _my
для конечных и средних пролетов для других уровней нагрузки ( D + LL _sus
и D + LL _полный ).

Предполагая
квадратная панель, Δ _cx = Δ _cy = 0,009
дюймов и Δ _{м x} = Δ _мой =
0,021 дюймов

среднее значение Δ для угловой панели рассчитывается следующим образом:

Floor Slab — обзор

6.3.1 Плиты

Рассмотрим перекрытие из балок и перекрытий с N _x и N _y пролетами в направлениях x и y , соответственно.Пол разделен на NS = NS _x + NS _y критических секций: NS _x секций в направлении x и

29 NS 30 y секций в направлении y , как показано на рисунке 6.1. Критические сечения в основном выбираются около опор и средних пролетов. Каждая секция содержит N _b секций балки и N _s секций перекрытия.Общую стоимость пола можно представить как сумму индивидуальных затрат на критические секции. Теперь, если взаимосвязь между параметрами поперечного сечения и эффектами воздействия проекта установлена, функция стоимости может быть определена в терминах эффектов воздействия.

Рисунок 6.1. Пролетные и контрольные секции в направлениях перекрытий x и y .

Основываясь на упрощенном методе проектирования плит в Австралийском стандарте для бетонных конструкций (AS3600, 2009), единственный эффект воздействия, который необходимо учитывать, — это изгибающий момент в полосах, простирающихся в направлениях x и y .Эти полосы могут быть сформированы путем проведения контрольных участков вдоль плит в обоих направлениях, и распределение момента вдоль краев полос определяется соответствующим образом.

Рассмотрим уравнение. (6.2) в качестве потенциальной альтернативной функции затрат уравнению. (6.1) в плите

(6.2) Ci (s) = c1Mui (s)

, где C ^(s) — стоимость каждой секции плиты, а Mui (s) — допустимый изгибающий момент каждой плита в критическом сечении i и c ₁ — коэффициент.Для всего перекрытия перекрытия, включая секции N _s , вариации вместимости секций изменят общую стоимость секций следующим образом:

(6,3) ΔC (s) = ∑1NsΔCi (s) = ∑1Nsc1ΔMui (s)

В качестве альтернативы, согласно формуле. (6.1), при изменении любого из параметров поперечного сечения функция стоимости плит изменяется следующим образом:

(6.4) ΔC (s) = ccΔAc (s) + cslΔAsl (s)

При оптимизации компоновки перекрытий перекрытий , сдвиговой арматуры и затрат на опалубку можно исключить из процесса расчета.Причины в том, что, во-первых, плиты считаются не армированными на сдвиг, а во-вторых, общая площадь плит постоянна, а планировка перекрытия и длина пролета не влияют на окончательный размер опалубки.

Чтобы перейти от уравнения. (6.1) в уравнение. (6.2) и получим взвешенный коэффициент c ₁ , первый шаг — определить, как вариации A _c и A _sl влияют на Mu (s) и наоборот. То есть нам необходимо знать, как различная величина каждого параметра поперечного сечения влияет на прочностные характеристики сечения.

Для плит, как положительный, так и отрицательный допустимый изгибающий момент получается из предельных значений прочности сечения при изгибе Mu (s), которые могут быть рассчитаны по формуле. (6.5) (Лу и Чоудхури, 2010).

(6.5) {Mu (s) ≅As (s) fyl (D (s) −c (s) −dc (s)) dc (s) = 0,5γku (D (s) −c (s))

, где D ^(s) — толщина плиты. Остальные параметры указаны на рисунке 6.1.

Изменение допустимого момента изгиба плит по отношению к As (s) составляет:

(6.6) ΔMu (s) ΔAs (s) ≅fyl (D (s) −c (s) −dc (s)) → ΔAs (s) = (fyl (D (s) −c (s)) (1− 0,5γku)) — 1ΔMu (s) = K1ΔMu (s)

Единственным параметром, влияющим на изменение объема бетона в плитах, является толщина плиты. То есть

(6,7) ΔAc (s) ≅Ls⋅ΔD (s)

, где L _s — ширина плиты. Любые изменения толщины плиты приводят к изменению допустимой нагрузки на изгибающий момент плиты следующим образом:

(6,8) ΔMu (s) ΔAc (s) ≅ΔMu (s) LsΔD (s) ≅fyAs (s) Ls (1−0.5γku) → ΔAc (s) ≅ [fyAsLs (1−0,5γku)] — 1ΔMu (s) = K2ΔMu (s)

Умножая обе части уравнения. (6.8) на c _c и сравнивая его с уравнениями. (6.3) и (6.4) приводят к:

(6.9) c1 = cslK1 + ccK2

Коэффициент c ₁ определяет, как параметр Mui (s) влияет на функцию стоимости плиты, как показано в уравнении. (6.2).

Системы полов — SteelConstruction.info

Цель этой статьи — выделить требования, которые могут существовать для данного проекта здания, и показать, как эти требования должны побуждать проектировщика к наиболее подходящему и рентабельному выбору системы полов.

Ассортимент стальных напольных систем представлен в общих чертах, с указанием преимуществ и недостатков каждой системы, чтобы их можно было сравнить с требованиями конкретного проекта. В статье не рассматриваются технические подробности о различных типах композитных, длиннопролетных и неглубоких перекрытий.

[вверху] Что определяет выбор системы пола?

У разных зданий разные требования, поэтому неудивительно, что не существует наиболее подходящего решения, подходящего всем.Очевидно, что требования различаются в зависимости от типа использования, но есть также некоторые более тонкие вопросы, которые следует учитывать, и они выделены ниже.

Не следует забывать, что при рассмотрении использования по назначению может быть целесообразно обратить внимание на другое использование в будущем — многие решения из стали предлагают гибкость, которая может привести к высоким уровням устойчивости в течение всего срока службы здания.

[вверх] Простота и знакомство

Как правило, проектировщики должны выбирать наиболее простое решение, отвечающее требованиям проекта.Вообще говоря, самое простое решение также будет наиболее распространенным, а знакомство с ним упростит процессы проектирования, изготовления и монтажа, поскольку не требуется нового обучения.

В контексте систем стальных полов простота также означает меньшие трудозатраты и затраты. Например, простейшее решение — сплошная балка двутаврового сечения с перемычкой в ​​противоположность ферменной конструкции; меньше конструктивных элементов, меньше изготовления, меньше поверхностей, подлежащих противопожарной защите, и меньше времени на проектирование.

Стоит добавить, что эта философия «простое — лучшее» также распространяется на рамы в целом — простая скрепленная рама обычно будет более экономичным решением, чем, скажем, стойкая к моменту рама.

[вверх] Скорость строительства

Для некоторых проектов необходимость сокращения до минимума времени строительства (на месте) может играть определяющую роль. Действительно, время часто является одним из ключевых факторов при выборе стального решения. Потребность в скорости может быть вызвана, например, перерывами на каникулы в учебных заведениях или получением дохода (например, в зданиях розничной торговли). Это может привести к рассмотрению вариантов, которые сводят к минимуму «мокрые» операции на месте (использование сборных перекрытий), минимизируют количество подъемных кранов и предоставляют рабочие площадки во время строительства (профилированный стальной настил) и не требуют подпорки между этажами.

[вверх] Интеграция услуг

Услуги, интегрированные в конструкцию перекрытия

Объем услуг, необходимых в здании, явно зависит от конечного использования — больницы являются очевидным примером здания с высоким уровнем обслуживания — и философии проектирования, принятой инженером по обслуживанию, например с кондиционером, естественной вентиляцией и т. д.

Когда необходимо разместить много служебных каналов, может быть полезно принять решение для пола, которое обеспечивает плоский потолок, чтобы максимизировать гибкость при прокладке этих каналов под несущим полом.Эти воздуховоды также можно будет легко удалить и / или заменить для удовлетворения будущих потребностей.

Решения, обеспечивающие плоский потолок, также не позволяют использовать большие пролеты. Таким образом, альтернативой в здании, которое одновременно с высоким уровнем обслуживания и требует больших пролетных этажей, является интеграция услуг в пределах глубины балки (как показано справа), чтобы свести к минимуму общую глубину несущего этажа и зоны обслуживания.

[вверх] Потребность в приспособляемом пространстве

Открытая площадь пола, обеспечивающая гибкость и адаптируемость пространства

Одним из давно признанных преимуществ конструкции стального каркаса является ее способность преодолевать значительные расстояния.Это особенно верно, когда принимаются композитные решения, учитывая эффективность этой формы строительства. Эта способность перекрытия позволяет свести к минимуму количество внутренних несущих стен и колонн — можно создать открытые пространства пола или использовать ненесущие перегородки (которые легко перемещать) для формирования (временных) отдельных участков. Адаптивность может быть более устойчивой, чем модная в настоящее время тема деконструкции, для которой сталь также подходит. В последние годы ряд офисных зданий со стальным каркасом был реконструирован для размещения жилых единиц.

[вверх] Требования к дневному освещению

«Глубокие» планы этажей могут означать, что, например, офисные работники находятся далеко от естественного освещения. Тогда решения с большими пролетами могут быть не самым подходящим решением для определенных ситуаций, скорее, конструкция с короткими пролетами (например, с использованием неглубоких полов) с внутренним атриумом может обеспечить более подходящую внутреннюю среду. Дизайнер должен искать лучший компромисс.

[вверх] Эстетика

Если используются подвесные потолки, эстетика потолка данной структурной системы перекрытий явно не имеет значения.Тем не менее, ряд клиентов в последнее время искали открытые перекрытия, открытые в первую очередь для того, чтобы обнажить тепловую массу пола. В этом случае потолок также должен быть привлекательным визуально. В некоторых случаях присутствие выступающих балок, прерывающих перекрытие, может не приветствоваться, хотя верно и то, что может быть желательна выраженная структура. Поэтому в зависимости от конкретных требований может быть уместен ряд вариантов со стальным каркасом.

[вверх] Акустика

Динсгейт, Манчестер — офисная техника в многоквартирном доме

Скорость, с которой они могут быть построены, в сочетании с отличными эксплуатационными характеристиками, была одной из причин, по которой стальные конструкции с композитными полами сыграли такую ​​центральную роль в бума на рынке многоэтажных офисов в Великобритании в конце 1980-х годов. и 1990-е годы.Когда несколько лет спустя дизайнеры захотели перенести эту технологию в жилые дома, было признано, что, возможно, самая большая разница в требованиях связана с акустикой.

Хорошая детализация необходима, чтобы избежать проблем с флангом, когда звук распространяется вокруг барьера (например, пола), проходя через прилегающую стену. Пример в соответствии с инструкциями, приведенными в SCI P372, показан ниже. SCI также разработала инструмент прогнозирования акустических характеристик для разделения полов и стен, чтобы помочь дизайнерам и архитекторам.

В настоящее время многие многоквартирные дома построены с использованием стальных каркасов с сочетанием хорошей деталировки и запатентованной продукции, используемой для фальшполов и т.д., обеспечивающих необходимый уровень производительности. Динсгейт в Манчестере был одним из первых примеров такой «передачи технологии» (см. Справа).

[вверх] Огнестойкость

Требования к огнестойкости зависят от назначения и высоты (этажности) здания.Обычно от 60 до 120 минут. Наиболее распространенным решением, принятым для обеспечения огнестойкости, является защита стальных элементов, чтобы они оставались при достаточно низкой температуре (учитывая, что некоторая потеря прочности стали при повышении температуры допустима, поскольку нагрузки при пожаре меньше, чем нагрузка окружающей среды). Часто используются вспучивающиеся покрытия (вещества, подобные краске, которые расширяются с температурой, образуя изоляционный слой). Если стальные элементы заделаны в бетон, это может обеспечить необходимую изоляцию.Другие варианты включают защиту доски и использование цементного спрея.

В качестве альтернативы, когда применяется подход «пожарной техники», стальные элементы проектируются так, чтобы они были достаточно прочными, даже когда прочность материала была потеряна из-за воздействия огня, чтобы выдерживать соответствующие уровни нагрузки. Доступно подробное руководство, основанное на полномасштабных огневых испытаниях целых зданий (SCI P375).

[вверх] Тепловая масса

Открытые бетонные полы опираются на стальные балки и используются для обеспечения тепловой массы

Обеспечение достаточной тепловой массы — важная часть решения для здания с низким энергопотреблением.Масса обеспечивает теплоотвод, который поглощает тепло в течение дня, а затем в сочетании с естественной вентиляцией тепло отводится в более прохладное ночное время. Композитные плиты перекрытия могут даже иметь встроенные водоводы для облегчения этой продувки. Важно, чтобы тепловая масса была открыта — поэтому подвесные потолки могут быть проблемой, как и гипсокартон, прикрепленный мазками к массивным стенам. Горизонтальные элементы (перекрытия) намного эффективнее обеспечивают массу, чем вертикальные элементы.

При принятии решения о необходимой массе важно учитывать структуру размещения здания. Массивные конструкции могут поглощать много тепла, но они также обладают инерцией, когда нужно, чтобы здание быстро нагревается. Существует распространенное заблуждение, что лучше всего очень массивное здание.

[вверху] Жесткость пола

Жесткость необходима для обеспечения правильного поведения пола с динамической точки зрения, тем самым обеспечивая комфорт пользователя. Это сложный вопрос, поскольку реальная проблема заключается в том, как пол реагирует (с точки зрения ускорения), и это функция ряда переменных, включая жесткость и мобилизуемую массу.Традиционный подход, который считается грубым, к проектированию пола, который реагирует приемлемо, состоит в том, чтобы проверить его собственную частоту и сравнить ее с предельным значением (которое является функцией массы пола). Рекомендуется более тщательный подход, который часто дает хорошие, т.е. менее консервативные, но удовлетворительные результаты. См. SCI P354.

Также доступен веб-калькулятор отклика пола, который позволяет проектировщикам немедленно оценить динамический отклик напольного покрытия.Программное обеспечение сообщает о результатах примерно 19 000 компоновок сетки пола, нагрузки и размера пролета, которые были исследованы с помощью анализа методом конечных элементов. Результаты этого программного обеспечения обеспечивают улучшенное предсказание динамического отклика по сравнению с «ручным методом» в SCI P354. Программное обеспечение можно использовать для изучения полных или частичных планов этажей, сравнивая альтернативные варианты расположения балок.

Требуемое поведение зависит от функции данного здания / помещения.Некоторые применения менее устойчивы к движениям пола (например, операционная). Некоторые виды использования (например, спортзал в офисе) с большей вероятностью вызовут проблемы и требуют особого внимания.

[вверх] Деконструкция

В последние годы ведутся серьезные споры о деконструкции. Возможность демонтировать здание и снова использовать компоненты в другом месте явно привлекательна с точки зрения устойчивости, и сталь поддается такому решению. С этим подходом связаны некоторые логистические проблемы (как найти «использованный» компонент, который соответствует вашим потребностям), но их, несомненно, можно преодолеть с помощью правильных драйверов.Также могут возникнуть проблемы, связанные с эффективным использованием материалов — объединение материалов в составные формы конструкции позволяет максимально использовать различные атрибуты отдельных материалов, но может затруднить их разделение для повторного использования.

В будущем, безусловно, будет на повестке дня демонтаж.

[наверх] Стоимость

Как отмечалось выше, если драйверы для конкретного проекта не предполагают принятия более сложной альтернативы, тогда следует выбрать самое простое решение, которое обычно оказывается наиболее экономически эффективным.

Стоимость — это основополагающий фактор при выборе системы каркаса и пола. В конце 2016 года BCSA и Steel for Life поручили AECOM провести серию сравнений затрат для офисных, образовательных, жилых / многофункциональных, торговых и промышленных зданий на основе реальных зданий. Выбранные здания изначально были частью исследования Target Zero, проведенного консорциумом организаций, включая Tata Steel, AECOM, SCI, Cyril Sweet (теперь Currie & Brown) и BCSA в 2010 году, чтобы предоставить рекомендации по проектированию и строительству экологически безопасных, низко- и малоэтажных зданий. здания с нулевым выбросом углерода в Великобритании.

Сравнения затрат, представленные в серии «Costing Steelwork», обновляют модели затрат, разработанные для проекта Target Zero, и предоставляют актуальные данные о стоимости альтернативных решений каркаса, рассматриваемых для каждого из пяти типов зданий.

Сравнительные исследования затрат показывают, что для различных типов зданий решения для стальных каркасов и перекрытий являются весьма конкурентоспособными. Исследования также подчеркнули важность учета общей стоимости здания, а не только стоимости структурного каркаса, поскольку выбор структурного каркаса и конфигурации пола окажет соответствующее влияние на многие другие элементы, включая каркас, крышу и внешнюю облицовку.

[вверх] Преимущества различных напольных покрытий

[вверху] Варианты перекрытий

[вверху] Композитные плиты

Настил на стальном каркасе

Композитные плиты, состоящие из слегка армированного бетона, отлитого на профилированном стальном настиле, являются вариантом, независимо от того, расположены ли балки вниз или встроены в глубину плиты для конструкции неглубокого перекрытия. Плиты обычно армируются с использованием верхнего слоя сетки и, иногда, дополнительных стержней в желобах (обычно для более длительных периодов огнестойкости и больших нагрузок).Также можно использовать армирование волокном. Пролет до 4,5 м достигается при использовании профнастила трапециевидной формы (глубина 80 мм). Существуют также некоторые так называемые глубокие профили настила (глубиной более 200 мм), которые могут охватывать 6 м или около того без подпорки во время строительства.

Композитные плиты — отличный выбор, когда важна скорость строительства. Связки настила поднимаются на стальную конструкцию для распределения вручную. Количество необходимых крановых подъемников по сравнению с альтернативой сборному железобетону значительно сокращается.Возможность складывать элементы настила в связки также сокращает время и расходы на транспортировку.

Во время строительства настил дает другие преимущества с точки зрения использования в качестве рабочей площадки для хранения материалов. При правильной ориентации и закреплении на стальных балках он может удерживать их от поперечного изгиба при кручении. См. SCI P300.

Композитные напольные системы

В конечном состоянии ребра настила служат в качестве образователей пустот в плите, уменьшая, таким образом, вес конструкции перекрытия за счет преимуществ, которые она может иметь.Также возможно подвешивать службы к потолку композитной плиты с помощью анкеров, которые предназначены для вставки в профиль настила.

Для контроля уровня бетона во время строительства можно использовать ряд методов. В принципе, бетонная глубина может оставаться постоянной или верхняя поверхность может оставаться ровной. В зависимости от того, какой из них будет выбран, вес бетона будет варьироваться, поэтому важно, чтобы дизайнер четко общался с командой сайта. См. SCI AD410. Также доступны дополнительные инструкции по установке металлического настила.

Когда требуется открытый потолок — для воздействия на тепловую массу — можно использовать теплопрозрачный подвесной потолок. Дополнительная площадь поверхности перекрытия, созданная настилом (в отличие от плоской бетонной поверхности), может быть полезной.

[наверх] Сборные блоки

Монтаж сборных плит перекрытия на стальной раме
(Изображение любезно предоставлено компанией Severfield (Design & Build) Ltd.)

Сборные железобетонные блоки могут использоваться вместе со стальными балками.Блоки могут быть сплошными или пустотелыми, с коническими или отвесными концами. Обычно они предварительно напряжены. Балки также могут быть конструктивно соединены с блоками перекрытий, чтобы сделать их «составными», при условии соблюдения определенных правил детализации, чтобы гарантировать, что стальная секция и бетон (покрытие на месте плюс сборные блоки) действуют вместе. SCI P401 дает дополнительную информацию по этому поводу.

Полы из сборных железобетонных изделий имеют ряд преимуществ. Возможность перекрытия блоков такова, что расстояние между второстепенными балками может быть увеличено (по сравнению с использованием традиционных профилей настила).Система строительства наиболее эффективна для решеток колонн размером примерно 9 м на 9 м. В квартирах предусмотрен плоский потолок.

Для полуоткрытых помещений, таких как автостоянки, сборные железобетонные элементы могут быть более долговечной альтернативой, чем стальной настил (хотя при правильной деталировке и покрытиях, безусловно, можно использовать настил в таких приложениях).

Сборные перекрытия

[вверх] Балочные перекрытия

Профнастил трапециевидный на балки перекрытия

Самый распространенный тип композитной балки — это такая, в которой композитная плита располагается поверх опорной балки и соединяется с помощью приварных срезных шпилек через настил.Эта форма конструкции имеет ряд преимуществ — настил действует как внешнее армирование на этапе композитного монтажа, а на этапе строительства — как опалубка и рабочая площадка. Он также может обеспечивать поперечное ограничение балок во время строительства. Настил поднимается на место пучками, которые затем вручную распределяются по площади пола. Это значительно снижает подъемные силы крана по сравнению с альтернативой на основе сборных железобетонных изделий.

Дополнительные указания по практическим аспектам размещения настилов можно найти в руководстве по передовой практике SCI P300.

Другой распространенный тип композитной балки — это балка, в которой, как и в случае с традиционным несоставным стальным каркасом, сборная бетонная плита располагается поверх верхней полки стальной балки. Эффективный диапазон пролета для этого типа решения составляет от 6 до 12 м, что делает его конкурентом для ряда вариантов бетонных полов. Особая детализация требуется для соединения, работающего на сдвиг, когда используются сборные железобетонные элементы, чтобы корпус сборных элементов мог быть мобилизован как часть бетонного компрессионного фланца.См. SCI P401 для получения дополнительной информации.

[вверх] Длиннопролетная балка

Существует ряд вариаций идеи балок перекрытия для удовлетворения потребностей в длинных пролетах. Использование длиннопролетных балок дает ряд преимуществ, включая гибкость внутреннего пространства без колонн, снижение затрат на фундамент и сокращение времени возведения. Многие решения с большим пролетом также хорошо адаптированы для облегчения интеграции услуг без увеличения общей глубины этажа.

[вверх] Полы неглубокие

Система USFB
(Изображение любезно предоставлено Kloeckner Metals UK Westok)

Мелкие этажи предлагают ряд преимуществ, таких как минимизация общей высоты здания для заданного количества этажей или максимальное количество этажей для заданной высоты здания.Кроме того, достигается плоский потолок — отсутствуют перерывы, характерные для балок нижнего этажа, — что дает полную свободу для распределения услуг под полом. Эти преимущества следует рассматривать в контексте конкретного проекта, чтобы определить, когда они наиболее подходят.

Мелкость перекрытий достигается за счет размещения плит и балок в одной зоне. Это достигается за счет использования асимметричных стальных балок с более широким нижним фланцем, чем верхний фланец, что позволяет плите располагаться на верхней поверхности нижнего фланца с надлежащей опорой, а не на верхней поверхности верхнего фланца, как это бывает с балками нижней стойки.Плита перекрытия может быть в виде сборной бетонной плиты или композитной плиты с металлическим настилом (может использоваться как неглубокий, так и глубокий настил). Дополнительным преимуществом является то, что некоторые формы конструкции неглубокого перекрытия по своей природе обеспечивают композитное взаимодействие между балками и плитой, тем самым повышая эффективность конструкции.

Доступен ряд решений для неглубоких перекрытий, в том числе сверхмалые балки перекрытия (USFB) от Kloeckner Westok.

• USFB с сборными плитами из холлокора
  (Изображение любезно предоставлено Kloeckner Metals UK Westok)

• USFB с глубоким настилом
  (Изображение любезно предоставлено Kloeckner Metals UK Westok)

Kloeckner Metals UK Система USFB компании Westok состоит из неглубокой асимметричной ячеистой балки Westok с арматурой, проходящей через ячейки для закрепления плиты на балке.Эта простая деталь обеспечивает простую и экономичную деталь непропорционального обрушения, а также используется для сопротивления скручиванию в конечном состоянии. Для композитных плит с металлическим настилом арматура укладывается в желоба металлического настила. В случае пустотных плит арматура размещается в альтернативных сердцевинах сборного железобетона. Чтобы ограничить верхний фланец USFB на нормальном этапе, бетон на месте следует заливать заподлицо с верхним фланцем или поверх него, в этом случае рекомендуется минимальное покрытие 30 мм.

Поперечное сечение USFB
(Изображение любезно предоставлено Kloeckner Metals UK Westok)

USFB изготовлен из стандартных прокатных профилей и доступен с шагом в 1 мм. Как правило, они имеют глубину 150–300 мм, их размеры и дизайн разрабатываются с использованием свободно доступного программного пакета Westok Cellbeam на основе требований каждого отдельного проекта, решетки пола и т. Д. Программа выполняет все необходимые структурные проверки, включая проверку на кручение на этапе строительства.USFB могут экономично пролетать до 10 м со структурной глубиной, которая очень выгодна по сравнению с R.C. плоские плиты. Таким образом, они популярны во многих секторах, особенно в образовании, коммерции и жилом секторе.

«Plug Composite Action» может быть задействовано для USFB, что было продемонстрировано с помощью полномасштабных лабораторных испытаний, для дальнейшего повышения пропускной способности секции. Чтобы задействовать «Plug Composite Action», необходимо принять следующие детали:

• Плиты из композитных материалов с металлическим настилом: бетонный бетон вровень с верхним фланцем или над ним
• Сборные железобетонные изделия, как правило: минимальный верхний уровень 50 мм с верхним фланцем или над ним
• Пустотные блоки: каждые 2 ядра ^и выломаны, заполнены бетоном и армированы через ячейку
• Сплошные монолитные плиты: бетонный уровень с верхним фланцем (или выше)

[вверху] Ресурсы

• SCI P287, Проектирование композитных балок с использованием сборного железобетона, 2003 г. (Обновленная версия этой публикации, соответствующая Еврокоду, P401, доступна в SCI)
• SCI P354, Расчет полов с учетом вибрации.Новый подход, переработанное издание, 2009 г.
• SCI P372, Акустическая обработка стальных конструкций, 2008 г.
• SCI P300, Композитные перекрытия и балки с использованием стальных перекрытий: передовой опыт проектирования и строительства (пересмотренное издание), 2009 г.
• SCI P375, Расчет огнестойкости зданий со стальным каркасом, 2012 г.
• SCI P401, Расчет композитных балок с использованием сборных железобетонных плит в соответствии с Еврокодом 4, доступен в SCI
• SCI AD410, Заливка бетона до постоянной толщины или до постоянной плоскости, 2017
• SCI Инструмент для прогнозирования акустических характеристик для разделения полов и стен
• Калькулятор реакции пола

[вверху] См. Также

(PDF) 📄 Взаимодействие перекрытий и балок в односторонних перекрытиях

123

  

   

    



1 ВВЕДЕНИЕ

Система перекрытия перекрытия-балка-балка обычно применяется в усиленных бетонные здания с его нагрузкой

пути представлены на рис.1 (а), Nilson, 2011.Согласно McGuire, 1959, эта система

обычно используется с расстоянием между колоннами от 6 до 12 метров. Отношение длины панели к ширине обычно

превышает 1,5 согласно MacGregor and Wight, 2005.

Балки перекрытия обычно имеют пролет до 6 м, Callender, 1982, с глубиной примерно в два раза больше ширины,

и обычно расположены посередине. точек, в третьих точках или в точках четверти балок,

McGuire, 1959. Для более легких нагрузок промежуточные и глубокие балки могут быть исключены и односторонняя плита

должна поддерживаться широкими неглубокими балками, расположенными вдоль линии столбцов, как показано на рис. 1 (b),

McGuire, 1959.

Согласно ACI 318, 2008, система перекрытия перекрытия-балка-балка должна быть отлита монолитно

, в результате чего получится очень неопределенная система с отклоненной формой, показанной на рис. 2.

Было предложено много приближенных методов для определения поперечных сил и изгиба моменты

в плите, включая методы коэффициентов ACI, ACI 318, 2008, полуаналитические методы

, предложенные Ван и Салмоном, 1985, и метод распределения моментов, предложенный Кроссом и

Морган, 1949.Во всех этих методах отклонением балки пренебрегают по сравнению с прогибом плиты, и

фактическая отклоненная форма на рис. 2 аппроксимируется с формой на рис. 3.

Опыт текущего численного анализа методом конечных элементов показывает, что

может быть в серьезной ошибке, особенно для плит, поддерживаемых на гибких балках

. Следовательно, условие относительной жесткости опорной балки должно быть принято

для более точных результатов.Это условие будет аналогично условиям, принятым в кодексе ACI в методе прямого проектирования

для двусторонних плит.

Целью данной статьи является показать влияние взаимодействия плита-балка на моменты в односторонних плитах. Метод конечных

элементов был принят для анализа различных тематических исследований с пучком

взаимодействий и без него.

2 ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ И РАЗМЕРНЫЙ АНАЛИЗ

2.1 Основное отношение к модели

Как обсуждалось выше, это исследование направлено на то, чтобы показать, как взаимодействие плита-балка влияет на моменты плиты в

односторонней системе.Параметры, которые важны в этом взаимодействии, были суммированы в формуле.

1 ниже.







Что касается рисунка 4, указанные выше параметры определены ниже:

 — момент плиты с учетом взаимодействия плиты с балкой,

 — момент плиты без учета взаимодействия плиты с балкой,

 — пролёт балки и длина панели,

 — расстояние между балками и ширина панели,

, и  — ширина и глубина балки соответственно,

 — толщина плиты.

К сожалению, в Руководстве

для двухсторонней системы бетонных полов

не существует систематического метода определения значимых параметров.

Для инженеров-строителей и архитекторов Башир Бава, ведущий инженер-конструктор BSBG, предоставляет незаменимое руководство по двухсторонней системе бетонных полов.

Система перекрытий является основной частью конструкции здания, и выбор соответствующей системы жизненно важен для создания экономичного здания в целом.Этот краткий обзор будет служить руководством для архитекторов и инженеров-строителей на этапе разработки концепции проекта по выбору подходящей системы полов.

Обзор двухсторонних систем перекрытий

Двусторонние плиты — это плиты, поддерживаемые с четырех сторон. В двухсторонних плитах нагрузка будет переноситься в обоих направлениях, поэтому основная арматура обеспечивается в обоих направлениях для двухсторонних плит. Плиты считаются перекрывающими с двух сторон, если длина пролета между большей и меньшей длиной меньше двух.Изгиб этих плит принимает форму тарелки при равномерной нагрузке. Различные формы и типы двусторонних систем перекрытий представлены в таблице ниже:

Двусторонние системы перекрытий

1. Плоская пластина (обычный RC или PT)

Плоская плита — это двусторонняя система, обычно поддерживаемая непосредственно на колоннах или несущих стенах. Главная особенность плоского пола — равномерная толщина с плоским перекрытием, для которого требуется лишь простая опалубка, и его легко построить.Пол обеспечивает большую гибкость для размещения горизонтальных коммуникаций над подвесным потолком или в переборке. Плоская плита с арматурой предварительного напряжения (РТ) дает более длинные пролеты и более тонкие плиты.

Использование:

• Офисные здания — малоэтажные и многоэтажные
• Жилые дома — малоэтажные и многоэтажные
• Парковка
• Отели

Экономический диапазон:

• 5-8 м (обычный RC)
• 6-10 м (после натяжения)

Преимущества:

• Обычно имеет наименьшее время цикла от пола до пола по сравнению с вариантами литья на месте из-за наиболее упрощенной деталировки опалубки и армирования.
• Без балок — упрощение обслуживания полов.
• Минимальная глубина конструкции и уменьшенная высота от пола до пола.

Недостатки:

• Длительное отклонение может быть определяющим фактором.
• Может не подходить для тяжелых грузов.
• Высокая концентрация арматуры вокруг колонн для обеспечения достаточной прочности плиты при продавливании.

2. Плоская плита с откидными панелями (обычная железобетонная или PT)

Капельные панели, образованные утолщением нижней части плиты вокруг колонн, увеличивают сопротивление сдвигу и жесткость плиты, позволяя использовать более тонкие плиты.Плоская плита с предварительно напряженными арматурами (PT) дает более длинные пролеты и более тонкие плиты.

Использование:

• Офисные здания — малоэтажные и многоэтажные
• Жилые дома — малоэтажные и многоэтажные
• Парковка
• Отели

Экономический диапазон:

• 6-9 м (обычный RC)
• 7-11м (с последующим натяжением)

Преимущества:

• Более эффективная структурная система, чем плоская плита, обычно с более низкой концентрацией напряжений в местах расположения колонн.
• Плиты обычно тоньше по сравнению с плоскими плитами.
• Отсутствие балок позволяет снизить высоту этажа.
• Гибкость расположения перегородок и горизонтального распределения услуг.

Недостатки:

• Опалубка сложнее, чем система плоских перекрытий, что может увеличить время цикла перекрытия пола.
• Откидные панели требуют более высокого уровня согласованности с услугами в потолочном пространстве, чем плоские плиты, и могут быть неприемлемы с архитектурной точки зрения для областей, где не предусмотрен подвесной потолок.

3. Плоская плита с балками в двух направлениях (обычный RC)

Двусторонняя плита с балками — это разновидность экономичной системы перекрытий, которую часто используют, поскольку она стоит меньше, чем плоские плиты или плоские плиты. Другими словами, когда нагрузки или пролеты, или и то, и другое становятся довольно большими, толщина плиты и размеры колонн, требуемые для плоских плит или плоских плит, достигают такой величины, что более экономично использовать двусторонние плиты с балками, несмотря на более высокую форму. затраты на работу.

Использование:

• Офисные здания — малоэтажные и многоэтажные
• Жилые дома — малоэтажные и многоэтажные
• Парковка
• Склады
• Супермаркеты

Экономический диапазон:

Преимущества:

• Экономичен для длинных пролетов и высоких нагрузок.

Недостатки:

• Наличие балок может потребовать большей высоты этажа.
• Требуется обычная колонка.
• Медленный цикл пола.
• Гибкость расположения перегородок и горизонтального распределения услуг.

4. Плоская плита с краевыми балками / лентами (обычные RC или PT)

Использование краевых балок в плоских плитах позволяет преодолеть многие проблемы, связанные со сдвигом колонн по периметру и прогибом краев.Плоская плита с предварительно напряженными арматурами (PT) дает более длинные пролеты и более тонкие плиты.

Использование:

• Офисные здания — малоэтажные и многоэтажные
• Жилые дома — малоэтажные и многоэтажные
• Парковка
• Отели

Экономический диапазон:

• 5-9 м (обычный RC)
• 7-11 м (после натяжения)

Преимущества:

• Аналогично варианту с плоскими перекрытиями, преимуществом которого является немного уменьшенная толщина перекрытия, ведущая к облегчению конструкции перекрытия за счет введения балок или полос жесткости по периметру.

Недостатки:

• Аналогично варианту с плоскими перекрытиями, но с дополнительной сложностью опалубки по периметру здания и потенциально неблагоприятным воздействием на дизайн / архитектуру фасада.

5. Вафельные плиты (обычные RC)

Создание пустот в нижней части плоской плиты снижает дедвейт.