Типы монолитного перекрытия по способу опирания

Монолитная плита перекрытия. Типы, устройство, достоинства и недостатки

Введение

Монолитные плиты перекрытия сейчас используются довольно часто, так как позволяют воплотить в жизнь нестандартные размеры и формы здания, которые задумал архитектор. К перекрытиям предъявляют такие требования как долговечность, жесткость, теплоизоляция и звукоизоляция, прочность.

Что такое монолитная плита перекрытия?

Монолитная плита перекрытия – это горизонтальная внутренняя конструкция общественных, жилых и промышленных здания, которая делит его между этажами, подвалом и чердаком. Данная конструкция является несущей, она воспринимает и передает нагрузки. Плиты перекрытия могут быть сделаны из дерева и железобетона. Последние по конструкции делят на сборные, монолитные, сборно-монолитные. В нашей статье мы поговорим о монолитных железобетонных плитах перекрытия.

Типы монолитных перекрытий

Монолитные перекрытия делят на безбалочные, балочные и кессонные (ребристые).

1 тип. Безбалочное перекрытие. Это сплошная плита, которая опирается на колонны здания. Которые в свою очередь могут быть с капителями и без них. Чтобы обеспечит необходимую жесткость в местах где опирается плита на колонну уменьшаются пролеты перекрытия и нагрузки распределяются равномерно.

2 тип. Балочное перекрытие.Это плита которая опирается на балки, которые опираются на колонны. Балки в данном случае являются несущим элементом каркаса здания. Балки могут располагаться как только вдоль или поперек здания, так и в двух направлениях сразу.Размеры ширина и высота балки определяются расчетом и находятся в прямой зависимости от расстояния между колоннами здания, чем больше расстояние тем больше сечение балки.

3 тип. Кессонное (ребристое) перекрытие. Это облегченное перекрытие, которое состоит из ребер (балок) перекрытия расположенных в двух направлениях с небольшим шагом (не более 1,5 метра). Балки такого перекрытия делят на главные и второстепенные. Главные опираются и передают нагрузку на колонны. А второстепенные служат опорой для плиты и опираются на главные балки.

Монтаж монолитных плит перекрытия

Как же устраивают монолитные плиты перекрытия: первый этап устройство опалубки; второй этап – армирование; третий этап – бетонирование.

Под плиты перекрытия устанавливают горизонтальную опалубку. Данная опалубка может быть выполнена из металла и пластика (готовая съемная опалубка) или из листов влагостойкой фанеры и досок, которую собирают на месте.

Первый этап устройство опалубки:

1. Установка вертикальных стояк-опор. Обычно это металлические стойки у которых регулируется высота. Расстояние между опорами 1 метр, а минимальное расстояние от стены 20 см.

На стойки укладывают ригели. Ригелями могут служить брус, швеллер, двутавровая балка.

2. Поверх ригелей укладывается непосредственно опалубка. Размеры горизонтальной опалубки, должны четко совпадать с размерами указанными в проекте.

После чего проверяется ровность и горизонтальность опалубки. Для того что бы опалубка легко снималась на нее укладывают гидроизоляционную пленку, а если опалубка из металла то смазывают машинным маслом.

Второй этап: Армирование. Арматура в монолитной плите перекрытия определяется расчетом. Но в большинстве случаев это две сетки, которые расположены в верхней и нижней зоне, состоящие из арматуры класса АIII (А400) диаметром 12-14 мм. Шаг прутьев арматуры 200 мм в двух направлениях, если это необходимо то расчетом предусматривается дополнительная арматура.

Нижняя и верхняя сетка должны находиться на расстоянии 25-30 мм от края плиты. Под нижнюю сетку подкладывают пластмассовые фиксаторы на расстоянии 1м друг от друга на пересечении арматуры. Чтобы сетки поддерживать на определенном расстоянии, используют специальные подставки сделанные из арматуры класса АI диаметром 10 мм.

Третий этап: Бетонирование. Бетон заказывается на заводе, привозится к участку строительства автобетономесителем. Конечно можно замесит бетон непосредственно на стройке, но это хорошо только при малых объемах.Заливают бетон при помощи бетононасоса, после чего его необходимо провибрировать глубинным вибратором. Дальше бетон оставляют сохнуть и набирать прочность. Первую неделю поверхность бетона смачивают водой, а по истечении 28 дней снимают опалубку.

Источник

Монолитные перекрытия

Монолитные плоские перекрытия по конструктивной схеме разделяют на две основные группы: балочные и безбалочные. Балочные перекрытия, в свою очередь, могут быть ребристыми с балочными плитами (1-й тип) и ребристыми с плитами, работающими в двух направлениях (2-й тип). Мо­нолитные ребристые перекрытия состоят, как правило, из системы перекре­стных главных и второстепенных балок и плит (рис. ниже).

Монолитное ребристое перекрытие с балочными плитами

1 — главная балка; 2 — второстепенная балка; 3 — колонна; 4 — плита

Все элементы перекрытия первого типа монолитно связаны между со­бой и предполагается, что работают по балочной неразрезной схеме. Глав­ные балки стремятся располагать по короткому шагу колонн как наиболее нагруженным элементам перекрытия. Второстепенные балки располагают с шагом, как правило, не более 2,7 м , с учетом того, чтобы ось одной из балок совпадала с осью колонн. При этом, чтобы плиты в коротком на­правлении работали по балочной схеме, соотношение короткой к длинной стороне ячейки в плане должно отвечать неравенству 1₁/1₂ 0,5 необходимо учитывать работу в двух на­правлениях.

Толщины плит рекомендуется принимать от 40 до 80 мм с градацией

10 мм, от 80 до 200 мм — с градацией 20 мм , а выше — с градацией 50 мм . Высота второстепенных и главных балок принимается, как правило, в зави­симости от величины пролета — (1/12-1/20)/,! и (l/8-l/15)L₂.

В современных условиях, когда получили развитие численные методы расчета, реализуемые в программных комплексах на ЭВМ, «ручные» спосо­бы расчета для оценки напряженно-деформированного состояния монолит­ных перекрытий применяются реже. Однако своей актуальности не потеряли, поскольку практически незаменимы при предварительном предпроектном анализе конструктивных решений и выборе оптимальной конструктивной системы. Кроме того, инженерные методы расчета остаются основой для конструирования плит в части установления рационального расположения арматуры и учета различных эксплуатационных факторов.

Одним из особенностей расчета монолитных перекрытий, представляю­щих систему пластин и перекрестных ребер, является перераспределение уси­лий. По существу, это означает, что результаты расчета по упругой схеме су­щественно отличаются от фактических значений усилий в элементах перекры­тий. Поэтому не отпадает актуальность дополнительного инженерного анализа результатов расчета неразрезных систем на основе инженерных методов, с це­лью коррекции полученных результатов упругого расчета и даже расчета с учетом физической нелинейности, поскольку сам процесс учета физической нелинейности не позволяет полностью перераспределять усилия. Кроме того, при расчете средних пролетов следует иметь в виду фактор распора, влияющий на несущую способность неразрезных конструкций (повышение несущей спо­собности может достигать 20%), деформирующихся в стесненных условиях.

Инженерный метод расчета элементов монолитного перекрытия, кон­структивная схема которого показана на рис. 7.27, основан на определенной последовательности: расчет плиты перекрытия, расчет второстепенной бал­ки и расчет главной балки. Нагрузки на плиту и второстепенную балку принимаются как равномерно распределенные. Расчетный пролет для пли­ты принимается: для средних пролетов — расстояние в свету между второ­степенными балками; для крайнего пролета — от грани крайней балки до оси опорной зоны на стену (см. рис. выше). Вырезается условная полоса ши­риной 1 м , и плита рассматривается как неразрезная балка с распределени­ем изгибающих моментов по схеме рис. выше. При этом учтен фактор вы­равнивающего перераспределения усилий в неразрезной системе.

условная, равная 0,25Р — в четных; 2) полная временная в четных пролетах и условная 0,25Р — в нечетных (рис. ниже, а). Огибающая эпюра изгибающих моментов для второстепенной балки показана на рис. ниже, б. Координаты огибающей эпюры моментов можно определять по специальным таблицам.

Расчетная схема плиты (а) и эпюры выравненных изгибающих моментов для случая одинаковых пролетов (б)

g — постоянная нагрузка; Р — временная нагрузка

Расчетная схема второстепенной балки (а) и огибающая эпюра изгибающих моментов (б)

Нагрузки на главную балку считаются приложенными в виде сосредо­точенных сил от веса второстепенных балок, плит g и временной нагрузки Р, собираемой с соответствующих грузовых площадей. Для упрощения рас­чета собственный вес главных балок также приводят к сосредоточенной нагрузке, приложенной в осях второстепенных балок. Расчетная схема главной балки также представляет собой неразрезную конструкцию с рас­четными средними пролетами, принимаемыми равными расстоянию между осями опор (рис. ниже, а). Расположение временной нагрузки (через пролет или в смежных пролетах) рассматривается в нескольких комбинациях с целью выявления максимальных пролетных и опорных изгибающих момен­тов в сечении главной балки (рис. ниже, 6).

Расчетная схема главной балки (а) и огибающая эпюра изгибающих моментов (б)

Ребристые перекрытия с плитами, работающими в двух направлениях, состоят также из плит и монолитно связанных поддерживающих балок. Сетка расположения балок может быть равна сетке колонн (рис. ниже) или быть значительно меньше (рис. ниже). В последнем случае перекрытие на­зывается кессонным. Наиболее распространенные размеры сетки балок из­меняются в пределах 1,5- 6 м . Как правило, расположение поддерживающих балок совпадает с направлением осей сетки колонн. По соображениям ар­хитектурной выразительности расположение балок может быть диагональ­ным по отношению к сетке колонн.

Монолитное ребристое перекрытие с плитами, работающими в двух направлениях

План монолитного перекрытия

Расчет плит, работающих в двух направлениях, можно производить по методу расчета тонких упругих пластин, прогиб которых соизмерим с тол­щиной плиты. Основой расчета являются дифференциальные уравнения изогнутой поверхности пластины и связывающие усилия с деформациями в виде

где D — цилиндрическая жесткость пластины, определяемая по выражению

w = w(х,у) — функция прогибов плиты; р(х,у) — функция интенсивности распре­деленной нагрузки; М_х, М_у и М_ху — изгибающие моменты в плоскостях XZ, YZ и крутящий момент соответственно в рассматриваемой точке; Е, h и v — модуль упругости, толщина пластины и коэффициент Пуассона соответственно.

Для наиболее часто встречающихся случаев — пластины правильной фор­мы (прямоугольные, круглые и т.п.) — решение дифференциальных уравнений получено путем подбора специальных функций (в большинстве в виде триго­нометрических рядов), удовлетворяющих граничным условиям по контуру пластин, и составлены таблицы для определения усилий и перемещений от заданных нагрузок. Среди граничных условий встречаются — жесткое защем­ление, шарнирное опирание или свободный свес (отсутствие опоры). Следует отметить, что указанный метод применим для случаев, когда в растянутой зоне не появляются трещины, т.е. это условно упругая стадия работы железобетон­ного сечения и армирование по данным расчета получается завышенным.

Инженерный метод расчета плит, работающих в двух направлениях, по несущей способности основан на кинематическом способе расчета метода пре­дельного равновесия (рис. 7.33), который заключается в составлении уравнения равенства виртуальных работ, совершаемых внешними силами и внутренними усилиями в направлении возможных перемещений. При этом внешняя нагруз­ка, удовлетворяющая условиям равновесия, и составляет несущую способность плиты.

Метод основан на использовании условной схемы излома плит в пре­дельной стадии и заключается в следующем: плита в соответствии со схе­мой излома разделяется на систему плоских блоков (плит), соединенных по линиям излома пластическими шарнирами. Направление линий излома, как правило, зависит от действующих нагрузок, очертания в плане плиты и ус­ловий закрепления плит по контуру, совпадает с линиями защемления и с биссектрисами углов, параллельны им в пролете и направлены вдоль мак­симумов изгибающих моментов.

Общее выражение для виртуальных работ имеет вид

где Pi и Z, — сосредоточенная нагрузка на плиту и прогиб плиты в этой точ­ке; qxy, Z_xy и А — распределенная нагрузка, усредненное значение прогиба на рассматриваемом участке и площадь загруженного участка; М_Хр M_Yj, ф_Yj и ф_Xj — предельные изгибающие моменты (распределенные на единицу дли­ны), воспринимаемые сечением по линии пластического шарнира, и углы раскрытия в пластическом шарнире в соответствующих плоскостях.

К расчету средней плиты монолитного перекрытия кинематическим способом метода предельного равновесия

а — фрагмент плана перекрытия (см. рис. 4.34) со схемой расположения линии изло­ма; б и в — расчетные схемы для составления уравнения виртуальных работ; 1 . 4- номера плоских блоков плит; 1 — пролетный пластический шарнир; 2 — опорный пластический шарнир: М_хЬ М_уЬ М’_хъ М’_у1 — предельные изгибающие моменты, воспринимаемые пластическими шарнирами соответственно в пролете или на опоре относительно оси Х и Y

Решение уравнения становится возможным если прогибы плиты в заданных точках и углы поворота в шарнирах пластичности могут быть выражены через один параметр.

Расчет балочных элементов данного типа монолитного перекрытия произ­водят также по схеме многопролетной неразрезной балки с временной нагруз­кой, распределенной по форме треугольника или трапеции (рис. ниже).

Безбалочное монолитное перекрытие представляет собой сплошную плиту, располагаемую непосредственно на колоннах, часто с капителями (рис. ниже, а). По внешнему контуру плиты могут быть оперты непосредст­венно на несущие стены. Капители в верхней части колонн устраивают в ос­новном для повышения несущей способности на продавливание узлового сопряжения плит с колоннами. При этом также повышается жесткость рам­ного соединения перекрытия с колонной и частично снижается расчетный пролет плит. При данной конструкции перекрытия предпочтительней стано­вится квадратная сетка колонн. Толщина плиты в первом приближении мо­жет приниматься в пределах 1/32-1/35 от большего пролета.

Расчетная схема балок монолитного перекрытия с плитами, работающими в двух направлениях соответственно по буквенной (а) и цифровой (б) осям

gb — нагрузка от собственного веса балки; g p — нагрузка от собственного веса плиты (пола); Р — временная полезная нагрузка

Инженерный метод расчета плит перекрытия основан на методе пре­дельного равновесия. Суть метода для данной конструкции заключается в определении расчетной схемы излома в стадии разрушения. Критерием оп­ределения схемы является минимум суммы виртуальных работ, как внеш­ней нагрузки, так и внутренних усилий в соответствии с выражением.

Экспериментально определены две наиболее вероятные схемы: поло­совая (рис. ниже, б) при нагрузке через пролет и ячеистая (ячейка сетки ко­лонн) (рис. ниже, в) при сплошной нагрузке. При комбинированной схеме опирания на колонны и несущие стены могут быть и другие схемы излома.

В настоящее время наиболее распространенным в практике проектиро­вания является использование метода конечных элементов. Этому способ­ствовало бурное развитие вычислительной техники и повсеместное внедре­ние программных комплексов, реализующих данный метод.

Современный уровень развития вычислительной техники и программ­ного обеспечения позволил разработать ряд прикладных программ по реа­лизации МКЭ для расчета строительных конструкций. Программы разли­чаются используемыми в них типами и разновидностями конечных элемен­тов, способами ввода и вывода данных, сервисными возможностями и др., но большинство из них позволяет рассчитывать практически любые конст­рукции многоэтажных каркасных зданий как единых пространственных систем. Использование в МКЭ дискретной пространственной модели с за­даваемой пользователем степенью дискретизации любых участков конст­рукции позволяет проводить вычисления по расчетным схемам, максималь­но отражающим работу конструкции реального здания.

Безбалочные монолитные перекрытия (а) и схемы разрушения перекрытия — полосовая (б) и ячеистая (в) для расчета по методу предельного равновесия

1 — трещины по нижней поверхности; 2 — трещины по верхней поверхности

Расчет монолитных перекрытий методом конечных элементов произво­дится, как правило, по пространственной схеме, состоящей из совокупности плоских и стержневых конечных элементов, соединенных между собой в узловых точках. Сопряжения элементов должны удовлетворять конструктив­ным решениям и условиям равновесия и неразрывности перемещений. Жест- костные характеристики конечных элементов, определяемые геометрией се­чений, продольным армированием и приведенным модулем деформаций, принимают по аналогии соответствующим сечениям элементов конструкций.

Схема разбивки монолитного перекрытия на конечные элементы опре­деляется несколькими факторами. В первую очередь это зависит от конст­руктивного решения: составление конечноэлементной схемы балочного пе­рекрытия производится с использованием, как плитных (оболочечных) для плит, так и стержневых элементов — главные и второстепенные балки (в рас­четных схемах их называют подбалки, рис. ниже). При этом узлы стержневых конечных элементов подбалок должны совпадать с узлами оболочечных эле­ментов перекрытий, в которых они установлены; схема безбалочного пере­крытия состоит практически только из плитных (оболочечных) элементов.

Фрагмент монолитного ребристого перекрытия (а) и сетка разбивки на плитные и балочные элементы (б)

1 — плита; 2, 3 — второстепенные и главные балки; 4 — колонны; 5 — плитный элемент; б — балочный элемент таврового сечения

Размерность создаваемой конечноэлементной сетки определяется общей размерностью задачи (количество конечных элементов и узлов в общей про­странственной схеме), геометрическими размерами конструкции и конфигура­цией (размеры в плане, регулярность структуры несущей системы, наличие криволинейных элементов и т.д.). В регулярных структурах снижается трудо­емкость на стадии формирования расчетной модели и в процессе анализа полу­ченных результатов. Следует помнить, что геометрия расчетной схемы форми­руется по осям элементов. Соответственно усилия в зонах узловых сопряжений определяются по фактическим пролетам и являются несколько завышенными. Вместе с тем в реальной системе на внутренние усилия по линиям сопряжений элементов существенное влияние оказывают габариты конструкций, что необ­ходимо учитывать при конструировании армирования сечений.

Нагрузки на перекрытия задаются по реальной схеме их приложения в конструкции. Нагрузки от собственного веса конструкции учитываются заданием объемной массы материала. Нагрузки от оборудования, в зависи­мости от характера взаимодействия с перекрытием, принимаются в виде сосредоточенных, линейных или равномерно распределенных. Нагрузки от снегового покрова задают как равномерно распределенные с учетом изме­нения интенсивности в местах расположения снеговых мешков. Темпера­турные воздействия задают с помощью перепада температуры для всей конструкции, ее части по длине или сечению. Ветровая нагрузка чаще всего представляется в виде горизонтальной сосредоточенной силы в уровне пе­рекрытий.

Расчет по прочности элементов перекрытий на основе метода конеч­ных элементов в общем случае производят как линейных (балочные эле­менты) и плоскостных элементов на действие усилий в этих элементах, по­лученных из пространственного статического расчета несущей конструк­тивной системы в целом.

Расчетными усилиями для линейных элементов являются N_x, N_Y, Qz, М_х и М_у ,приложенные на границе элемента, для плитных — совместное дейст­вие изгибающих моментов М_х и М_у в направлении взаимно перпендику­лярных осей X и Y и крутящих моментов М_ху, приложенных по боковым сторонам плоского выделенного элемента, на действие поперечных сил Q_x и Q_y , приложенных по боковым сторонам плоского элемента (рис. ниже).

Схема усилий, действующих на выделенный плоский элемент плиты

Значения предельных изгибающих моментов М_{х иЬ} и М_у , продоль­ных сил N_x,ult Ny_ult определяют из расчета нормальных сечений выделен­ного элемента, перпендикулярных осям X и Y, с продольной арматурой, параллельной осям X и Y согласно действующим нормативным докумен­там. Значения предельных поперечных сил Q_ult в направлении X и Y оп­ределяют по расчету наклонных сечений.

Источник