НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА (НИИЖБ) ГОССТРОЯ СССР	ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ (ЦНИИПРОМЗДАНИЙ) ГОССТРОЯ СССР		УРАЛЬСКИЙ ПРОЕКТНЫЙ И НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ (УРАЛЬСКИЙ ПРОМСТРОЙНИИ-ПРОЕКТ) ГОССТРОЯ СССР

РУКОВОДСТВО
		ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С БЕЗБАЛОЧНЫМИ ПЕРЕКРЫТИЯМИ

МОСКВА СТРОЙИЗДАТ 1979

В Руководстве даны рекомендации по расчету и конструированию каркасов зданий с безбалочными перекрытиями.

Предназначено для инженерно технических работников проектных организаций, научных работников и студентов строительных вузов.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее Руководство содержит рекомендации по области применения конструкций с безбалочными перекрытиями в производственных зданиях, типам и параметрам конструкций, а также основные положения по расчету и конструированию; в Руководстве особое внимание уделено сборным конструкциям как наиболее распространенным в строительстве.

При составлении Руководства учтен опыт проектирования и строительства производственных зданий, а также результаты экспериментальных исследований безбалочных конструкций.

Руководство не распространяется на конструкции зданий, возводимых на просадочных грунтах и горных выработках, в районах с сейсмичностью свыше 6 баллов и в районах Крайнего Севера, а также на конструкции зданий, возводимых методом подъема перекрытий.

Руководство разработано Центральной лабораторией теории железобетона НИИЖБа (доктора техн. наук, проф. А. А. Гвоздев и С. М. Крылов, канд. техн. наук Л. Н. Зайцев) и отделом железобетонных конструкций ЦНИИПромздаиий (кандидаты техн. наук М. Г. Костюковский и А. Н. Королев, инж. Т. В. Мурашова) при участии лаборатории железобетонных конструкций Уральского Промстройниипроекта (кандидаты техн. наук А. Я. Эпп, В. В. Чижевский).

Замечания просьба направлять по адресу: 109389, Москва, Ж-389, 2-я Институтская ул., д. 6, НИИЖБ и 127238, Москва, И-238, Дмитровское шоссе, д. 46, ЦНИИПромзданий.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящее Руководство распространяется на проектирование каркасов зданий с безбалочными конструкциями в виде плоских железобетонных перекрытий, образованных гладкими плитами, которые жестко сопрягаются с поддерживающими их колоннами посредством местных утолщений - капителей.

Рассматриваются конструкции зданий с квадратной и прямоугольной сетками колони при отношении большего пролета к меньшему до ³/₂ и отношении величин пролетов одного направления каркаса не более ⁴/₃.

1.2. Целесообразность применения безбалочных конструкций в каждом конкретном случае устанавливается на основании технико-экономического анализа с учетом условий эксплуатации конструкций, а в зданиях с сетками колонн более 6´6 м и с учетом повышения эффективности использования производственных площадей.

Применение безбалочных конструкций по п. 1.1. целесообразно:

при строительстве зданий, в которых по условиям размещаемых производств, эксплуатационным и другим требованиям необходимы гладкие потолки и беспустотные перекрытия, например в производственных зданиях мясокомбинатов, молокозаводов, рыбоперерабатывающих заводов, и холодильниках и т. п.;

в многоэтажных зданиях с сеткой колонн 6´6 м и большими (³ 1000 кгс/м²) временными нагрузками на перекрытиях.

Безбалочные конструкции предпочтительны также в зданиях с агрессивными средами.

1.3. Рекомендуется применять, преимущественно типовые или одобренные Госстроем СССР для применения в строительстве сборные безбалочные конструкции заводского изготовления.

При соответствующем обосновании могут применяться монолитные безбалочные конструкции.

1.4. По наружному контуру безбалочные перекрытия могут:

свободно выступать за крайний ряд колонн в виде консолей;

иметь сопряжения с колоннами крайнего ряда при помощи полукапителей;

сопрягаться с окаймляющей балкой, поддерживаемой крайним рядом колонн;

опираться на стены.

1.5. Назначение капителей:

обеспечить необходимую жесткость, сопряжений перекрытий с колоннами в системе каркаса здания;

увеличить прочность плиты перекрытия на излом;

обеспечить плиту от продавливания в месте ее опирания на колонны;

увеличить жесткость перекрытия.

Рекомендуется применять, преимущественно капитель типа 1 (рис. 1). Могут также применяться капители типов 2 и 3 (рис. 2 и 3), а также другие типы капителей, если это технически и экономически целесообразно.

При применении квадратных или прямоугольных в плане капителей указанных типов рекомендуется принимать:

для капители типа 1 и в пределах от 0,08 до 0,12, где и пролеты конструкции; отношение высоты h_к капители в месте перелома ее очертания к толщине плиты h_п в пределах от до ; полуширину капители r_x и r_y соответственно в направлении пролетов и не меньшей чем

> r ³ c + ;

для капители типа 2 величину отношений и пределах от 0,1 до 0,15;

для капители типа 3 отношения и в пределах от 0,1 до 0,15; полуширину капители r_x и r_y не менее 0,175 соответствующего пролета.

Очертания капителей сборных конструкций допускается принимать близко описанными у очертаний рекомендуемых капителей.

Размеры капителей всех типов в каждом конкретном случае следует назначать на основании расчетов.

1.6. Плиты перекрытий рекомендуется проектировать единой толщины в пределах температурного блока каркаса здания.

Толщину плит из тяжелого бетона с обычным армированием рекомендуется принимать не менее ¹/₃₅ большего пролета но осям колонн для перекрытий с капителями типа 2 и не менее ¹/₄₀ большего пролета для перекрытий с капителями типа 1 и 3.


Рис. 1. Капитель типа 1	Рис. 2. Капитель типа 2

Рис. 3. Капитель типа 3

1.7. Колонны, поддерживающие безбалочные перекрытия, следует предусматривать, как правило, сплошного квадратного сечения. Могут также применяться колонны прямоугольного и круглого сечений, а при специальном обосновании - и кольцевого сечения (например изготавливаемые методом центрифугирования).

Рис. 4. Схемы разрезки безбалочных перекрытий на сборные элементы:

1 - колонны; 2 - капители; 3 и 3¢ - межколонные (надколонные) плиты; 4 - пролетные плиты

1.8. Сборные безбалочные конструкции образуются из плит, капителей и колонн. Плиты подразделяются на межколонные (надколонные) и пролетные. Межколонные плиты опираются па капители и поддерживают пролетные плиты. Примеры рекомендуемых схем разрезки перекрытий на сборные элементы приведены на рис. 4.

Межколонные и пролетные плиты следует предусматривать, как правило, единой толщины. Может допускаться разная толщина межколонных и пролетных плит с превышением большей толщины над меньшей на 2 - 4 см.

Габаритные размеры сборных элементов должны отвечать условиям заводского изготовления на серийном оборудовании и транспортировки элементов. В связи с этим меньший размер элементов в плане следует принимать не более 3 м. В отдельных случаях при соответствующем обосновании эти размеры могут быть увеличены, но не более чем на 100 мм. Кроме того, ширину основных элементов перекрытий рекомендуется назначать, как правило, не менее 2400 мм. Доборные элементы могут быть меньшей ширины. Высота капители принимается не более 600 мм.

Колонны рекомендуются многоэтажной разрезки, т. е. длиной на несколько этажей.

1.9. При проектировании сборных железобетонных безбалочных конструкций рекомендуется предусматривать возможность монтажа каркаса здания на несколько этажей без замоноличивания сопряжений.

1.10. При устройстве в перекрытиях отверстий или проемов для пропуска инженерных коммуникаций, шахт лифтов, лестничных клеток и т.п. их следует размещать в пределах плитной части перекрытия. Устройство отверстий в пределах капителей, как правило, не рекомендуется. При необходимости в пределах капители допускается устраивать отверстия диаметром не более 200 мм.

Между капителями, в надколонной полосе монолитного безбалочного перекрытия отверстия рекомендуется размещать так, чтобы они занимали не более 0,5 ширины этой полосы, т. е. не более 0,5 ширины капители.

В сборных безбалочных перекрытиях целесообразно предусматривать специальные плиты с отверстиями, а в местах образования проемов плиты не устанавливать. В перекрытиях, в зонах, примыкающих к проемам, могут использоваться доборные плиты и капители, а в случае крайней необходимости и полукапители. В отдельных случаях при образовании отверстий допускается устраивать монолитные участки перекрытии.

Наличие отверстий и проемов в перекрытиях должно учитываться расчетом.

2. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. Расчет безбалочных конструкций должен производиться в соответствии с требованиями действующих СНиП, Инструкций Указаний, Руководств и с учетом рекомендаций, изложенных в настоящем Руководстве.

2.2. Конструкция рассматривается как система рам с жесткими узлами, расположенных в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

В монолитной конструкции каждая рама образуется колоннами и полосой перекрытия, равной по ширине расстоянию между серединами двух пролетов, прилегающих к соответствующему ряду колонн.

В сборной конструкции рамы образуются колоннами, капителями и межколонными плитами. При обеспечении сопряжениями совместной работы межколонных и пролетных плит, т. е. когда обеспечивается равенство деформаций элементов вдоль сопряжения, пролетные плиты могут частично учитываться в работе ригелей рам каркаса. При этом в работе ригеля учитываются участки пролетных плит шириной 0,5а - 0,50а_р (рис. 11) и не превышающей двух толщин пролетных плит.

2.3. Безбалочную конструкцию рекомендуется рассчитывать на нагрузки, равномерно распределенные по всему перекрытию или его части.

Нагрузки, действующие на перекрытия, могут быть приближенно приведены к эквивалентным равномерно распределенным нагрузкам по изгибающим моментам, поперечным силам или деформациям в зависимости от предельных состояний, по которым производится расчет. При расчете отдельных частей конструкции (например, на продавливание и т. п.) необходимо учитывать действительный характер нагрузки.

Поскольку каркас состоит из продольных и поперечных рам, вертикальные нагрузки на ригели принимаются по закону равнобедренного треугольника с максимальной ординатой в середине пролета (квадратная сетка колонн каркаса), или трапеции и треугольника (прямоугольная сетка колонн каркаса).

При определении усилий, действующих на элементы перекрытия, учитываются невыгоднейшие комбинации загружения рам.

При определении усилий, действующих на колонны каркаса, также учитываются невыгоднейшие комбинации загружения рам, но при отсутствии временной нагрузки или сплошном загружении временной нагрузкой перекрытия и пределах квадрата (прямоугольника), ограниченного линиями сетки колонн каркаса (рис. 5).

При (определении усилий, действующих в конструкции, кроме вертикальных нагрузок учитываются и горизонтальные нагрузки.

2.4. Сборная конструкция рассчитывается на восприятия полной нагрузки и эксплуатационной стадии при сваренных закладных деталях в сопряжениях элементов и достижении проектной прочности бетоном замоноличивания.

Расчет на нагрузки, действующие в процессе монтажа конструкций, производится при сопряжениях элементов, выполненных только на сварке, без замоноличивания. При этом устанавливается число этажей, при котором допускается возведение каркаса с незамоноличенными сопряжениями элементов.

2.5. Перераспределение усилий в рамах при статическом расчете каркаса выполняется в соответствии с «Руководством по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций» (НИИЖБ, Москва, Стройиздат, 1975 г.).

Статический расчет рам производится с учетом переменных жесткостей по длине элементов. Кроме того, при расчете сборных конструкций на монтажные нагрузки жесткость ригелей на ширине незамоноличенного сопряжения межколонной плиты с капителью и в зонах, непосредственно примыкающих к этому сопряжению с двух сторон (ширина и плане каждой зоны задается равной толщине плиты), принимается только по стальным накладкам (стержням) и сварным швам; жесткость незамоноличенного сопряжения капители с колонной принимается по ослабленному отверстием сечению капители плюс жесткость, создаваемая сварными швами в этом сечении. Данные рекомендации следует уточнять в зависимости от конкретно принятых сопряжений.

2.6. Прогибы перекрытий с плоским потолком не должны превышать величин, указанных в п. 2 табл. 2 СНиП II-21-75. В монолитной конструкции за пролет l принимается расстояние между осями колонн; максимальный прогиб панели принимается равным разности перемещений в ее центре и центре надколонной полосы.

D сборной конструкции за пролет l принимается:

для ригелей рам - расстояние между осями колонy;

для квадратных в плане пролетных плит - размер диагонали плиты;

для прямоугольных в плане пролетных плит с отношением сторон более 1,5 : 1 - размер большей стороны плиты.

Рис. 5. Возможные схемы загружения перекрытий

а и б - сборных; в и г - монолитных

2.7. Горизонтальные смещения каркаса здания в продольном и поперечном направлениях в уровне покрытия не должны превышать:

высоты здания при учете полной нормативной ветровой нагрузки, определяемой как сумма статической и динамической составляющих в соответствии со СНиП II-6-74.

2.8. Предельно допустимая ширина раскрытия трещин в железобетонных безбалочных конструкциях, эксплуатируемых в условиях неагрессивной среды, принимается по главе СНиП II-21-75.

2.9. При проектировании безбалочных конструкций, предназначенных для эксплуатации в агрессивных средах, необходимо учитывать требования СНиП II-28-73.

2.10. Температурно-усадочные швы рекомендуется устраивать путем расположения в месте шва двойных колонн.

Расстояние между швами, измеряемое между осями колонн крайних рядов температурного блока каркаса здания, т. е. без учета выступающих консолей перекрытий, следует назначать в соответствии с требованиями действующих СНиП и Руководства на проектирование бетонных и железобетонных конструкций.

2.11. Конструкции рассчитываются на прочность, деформативность и раскрытие трещин при действии статических нагрузок. Динамические расчеты и расчет на выносливость, когда они необходимы, выполняются согласно специальным указаниям.

Расчет конструкций по прочности

2.12. Прочность (несущая способность) элементов каркаса определяется на основе расчета рам с учетом перераспределения усилий.

Кроме того, расчет прочности плит и капителей должен предусматривать:

расчет на продавливание;

расчет на излом полосы панелей вдоль или поперек перекрытия (рис. 6), где панель - участок перекрытия, ограниченный линиями сетки колонн каркаса;

расчет на одновременный излом смежных панелей разных рядов (рис. 7).

Расчет на излом отдельной панели не требуется.

Расчет на излом отдельной поперечной или продольной полосы панелей перекрытия является во всех случаях обязательным и выполняется в соответствии с указаниями «Руководства по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций».

Расчет прочности сборного безбалочного перекрытия в целом на полосовое разрушение обусловливается возможностью одновременного разрушения межколонных (надколонных) и пролетных плит. При этом расчете рекомендации п. 4.11 указанного выше Руководства в части коэффициентов распределения арматуры допускается не учитывать.

При расчете перекрытия на одновременный излом смежных панелей разных рядов рекомендуется учитывать влияние распора, создаваемого колоннами (см. п. 4.10 указанного Руководства). Влияние распора допускается учитывать путем уменьшения сечения рабочей арматуры против величин, полученных из расчета без распора, на 10 %, если между рассчитываемой панелью и краем перекрытия имеются два ряда колонн или более; на 5 % - если между рассчитываемой панелью и краем перекрытия имеется один ряд колонн. Для консольных свесов плит, а также для панелей, свободно опертых на стены, влияние распора не учитывается.

2.13. В сборном перекрытии пролетные плиты рассматриваются как опертые на деформируемый контур, которым являются межколонные плиты.

Работая в системе безбалочного перекрытия, пролетные плиты находятся в весьма сложном напряженном состоянии (они испытывают влияние распора, частичного закрепления на контуре, деформативности контура и т. д.). Для упрощения расчета по прочности рабочую арматуру пролетной плиты допускается принимать из расчета ее как опертой на жесткий контур в соответствие с «Руководством по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций», но без учета закрепления на контуре и без учета сил распора. Площадь сечения рабочей арматуры в каждом направлении рекомендуется принимать не менее 0,2 % от площади расчетного сечения бетона.

Рис. 6. Схема полосового излома перекрытия (на примере сборного перекрытия)

Рис. 7. Схема расположения пластических шарниров при одновременном изломе смежных панелей (плит) перекрытия (на примере сборного перекрытия)

О - опорные пластические шарниры; П - пролетные пластические шарниры

2.14. Если расчет на излом сборного перекрытия при капителях и межколонных плитах, заармированных как элементы ригелей рам, и пролетных плитах с арматурой согласно п. 2.13 настоящего Руководства требует увеличения сечения рабочей арматуры, то это требование рекомендуется выполнять за счет увеличения рабочей арматуры в пролетных плитах.

2.15. Расчет перекрытия на продавливание производится в сечениях, где очертания капителей образуют входящие углы, где изменяется толщина плиты, в местах приложения значительных грузов, распределенных на небольшой площади, а также в других местах, где это окажется необходимым для принятого конструктивного решения.

Предполагается, что продавливание происходит по боковой поверхности пирамиды или конуса, боковые грани или образующая которых наклонены под углом 45° к горизонтали.

Прочность перекрытия на продавливание в сечениях без поперечной арматуры рекомендуется проверять по формуле

(1)

где Р - расчетная продавливающая сила, определяемая при коэффициенте перегрузки n > 1; h₀ - рабочая высота сечения;

R_р- расчетное сопротивление бетона растяжению; k - коэффициент, принимаемый равным:

для тяжелых бетонов	- 1;
для бетонов на пористых заполнителях - 0,8;	- 0,8

b_ср - среднее арифметическое между величинами периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды, образующейся при продавливании в пределах рабочей высоты сечения h₀.

При расчете на продавливание капителей или полукапителей, а также плиты по периметру капителей или полукапителей, величина силы Р принимается равной сумме сил, передающихся через перекрытие на поддерживающую капитель колонну, за вычетом нагрузок, приложенных к верхнему основанию пирамиды продавливания (считая до плоскости расположения верхней арматуры).

При установке в пределах пирамиды продавливания поперечной арматуры расчет производится из условия

(2)

где F_хп - площадь поперечной арматуры, пересекающей боковые грани пирамиды продавливания и надежно заанкеренной в бетоне

(3)

- расчетное сопротивление поперечной арматуры растяжению при расчете на поперечную силу; k, R_р, h₀ и b_ср имеют те же значения, что и в формуле (1).

Кроме того, поперечное армирование независимо от результатов расчета должно удовлетворять конструктивным требованиям п. 3.9 настоящего Руководства.

Помимо расчета на продавливание следует производить расчет на действие поперечных сил в соответствии с действующими СНиП.

2.16. Колонны квадратного и прямоугольного сечения рассчитываются на внецентренное и косое внецентренное сжатие. Несущая способность колонны принимается по меньшему значению.

Расчетную длину колонн l₀ многоэтажных зданий при числе пролетов не менее двух допускается принимать:

при сборных конструкциях с сопряжениями, выполненными только на сварке, без замоноличивания (расчет на монтажные нагрузки)	- H
при сборных конструкциях с расчетными замоноличенными сопряжениями, обеспечивающими совместную работу (расчет на эксплуатационные нагрузки)	- 0,9H
при монолитных конструкциях	- 0,8H

где Н - высота этажа,

В сборных конструкциях с расчетными замоноличенными сопряжениями элементов расчетную длину колонн первого этажа, надежно заделанных (защемленных) в фундаментах, можно принимать равной 0,8 Н.

Рис. 8. Рабочая высота вертикальных (нормальных) сечений канители при действии изгибающего момента М

2.17. При расчете элементов сборных конструкций на нагрузки, действующие в стадии эксплуатации, а также в процессе монтажа каркаса здания, следует учитывать условия их работы, связанные с конкретно принятыми сопряжениями элементов.

2.18. Рабочая высота нормальных (вертикальных) сечений капители сборного перекрытия при расчете на действие изгибающих моментов принимается по рис. 8.

Стенки стакана капители рассматриваются как плиты, защемленные по трем сторонам и не опертые по четвертой (низ стакана).

Расчет конструкций по деформациям

2.19. Деформации (прогибы) элементов безбалочных конструкций вычисляются по усилиям из статического расчета каркаса на расчетные нагрузки, определяемые при коэффициенте перегрузки, равном единице.

Стадия работы конструкции, по которой должна производиться проверка прогиба перекрытия, устанавливается расчетом на образование трещин.

Если перекрытие запроектировано в соответствии с настоящим Руководством и «Руководством по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций», опасным в отношении образования первых трещин будет являться, как правило, нормальное к плоскости перекрытия сечение капители под углом 45° к линии (разбивочной оси) колонн каркаса. При этом величина изгибающего момента, воспринимаемого сечением при образовании трещин в квадратной в плане капители ломаного очертания (см. п. 1.5 и рис. 1), может быть найдена, учитывая форму сечения, образованную двумя трапециями, по формуле

(4)

где - момент на единицу ширины сечения; h_к - высота капители в месте перелома ее очертания (см. рис. 1).

Момент образования трещин может быть определен также методами теории упругости и выражен через нагрузку в виде

(5)

где с₁ - множитель, получаемый из расчета перекрытия в упругой стадии его работы.

Из формул (4) и (5) определяется нагрузка отвечающая образованию первых трещин в растянутой зоне бетона капители перекрытия

(6)

Для безбалочных перекрытий с квадратными капителями ломаного очертания при квадратной сетке колонн каркаса нагрузка р_Т, выражается формулой

(7)

где l - пролет перекрытия по осям колонн; с - расстояние от оси колонны до перелома очертания капители (рис. 1).

Если расчетная нагрузка при коэффициенте перегрузки, равном 1, менее величины р_Т, проверка прогибов производится при условии отсутствия трещин в перекрытии.

При необходимости расчета по образованию трещин в растянутой зоне бетона плоской, сплошного сечения плиты безбалочного перекрытия следует пользоваться формулой

(8)

где - момент на единицу ширины плиты; h_п - толщина плиты.

2.20. Прогибы перекрытий, не имеющих трещин в растянутой зоне бетона, могут вычисляться методами теории упругости.

Рис. 9. График прогибов перекрытия:

1 - опытная кривая; 2 - теоретическая прямая; 3 - точка, соответствующая образованию первых трещин; 4 - точка, соответствующая началу текучести арматуры по всем линиям излома.

Для монолитных перекрытий с квадратными капителями ломаного очертания при квадратной сетке колонн каркаса, спроектированных в соответствии с настоящим Руководством и «Руководством по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций» величину прогиба центра панели¹ при отсутствии трещин в конструкции рекомендуется определять по формуле

(9)

где k_п - коэффициент, учитывающий влияние кратковременной ползучести бетона, принимаемый для тяжелого бетона и бетона на пористых заполнителях при плотном мелком заполнителе - 0,85; С - коэффициент, учитывающий влияние длительной ползучести бетона, принимаемый для тяжелого бетона и бетона на пористых заполнителях при плотном мелком заполнителе при влажности воздуха окружающей среды: выше 40 % - 2; 40 % и ниже - 3. При кратковременном действии нагрузки С = 1.

_______

¹ Панель - участок перекрытия, ограниченный линиями сетки колонн каркаса.

Для случая, когда в перекрытии образуются первые трещины, прогиб центра панели определяется по формуле

(10)

2.21. Для безбалочных перекрытий, имеющих трещины, максимальный прогиб рекомендуется определять приближенно по линейной интерполяции между прогибом, отвечающим образованию первых трещин, и прогибом в момент, непосредственно предшествующий исчерпанию несущей способности перекрытия, по формуле

(11)

где р_Т < р < р_п; и р_т - прогиб и нагрузка при образовании первых трещин (рис. 9); f_п и р_п - прогиб и нагрузка, соответствующие предельному состоянию по прочности при характеристиках материалов R_aII, R_пр_II; р - действующая расчетная равномерно распределенная нагрузка при коэффициенте перегрузки, равном единице.

Значения величин р_Т и f_Т для монолитных безбалочных перекрытий по п. 2.20 определяются формулами (7) и (10).

Прогиб f_Т определяется в предположении излома по схеме рис. 10. При одновременном изломе смежных панелей разных рядов принимается, что в пролете средних панелей образуются взаимно перпендикулярные и параллельные рядам (разбивочным осям) колонн каркаса линейные пластические шарниры с раскрытием трещин внизу. Каждая панель разделяется этими пластическими шарнирами на четыре звена, вращающиеся вокруг опорных линейных пластических шарниров, оси которых расположены в зоне капителей, как правило, ниже плиты, под углом к рядам колонн. При этом трещины по линиям опорных пластических шарниров раскрываются вверху, а по линиям - разбивочным осям колонн, развиваясь сверху вниз, трещины прорезают всю толщину плиты.

Рис. 10. Схема излома панели при одновременном
разрушении смежных панелей

О - опорные пластические шарниры; П - пролетные пластические шарниры

Для монолитных безбалочных перекрытий с квадратными капителями ломаного очертания и при квадратной сетке колонн каркаса прогиб f_п в центре панели выражается формулой

(12)

где l₁ - пролет плиты в чистоте между капителями; l - пролет перекрытия по осям колонн; с - не имеет то же значение, что и в формуле (7); - кривизна, определяемая по формуле

(13)

где n - коэффициент, характеризующий упругопластическое состояние бетона сжатой зоны, принимаемый для тяжелого бетона и бетона на пористых заполнителях при плотном мелком заполнителе:

при кратковременном действии нагрузки	- 0,45;
при длительном действии нагрузки и влажности воздуха окружающей среды выше 40 %	- 0,15;
при длительном действии нагрузки и влажности воздуха и окружающей среды 40 % и ниже	- 0,10.

В формуле (13) x_т - относительная высота сжатой зоны бетона, определяемая как для плиты прямоугольного сечения без предварительного напряжения в стадии, непосредственно предшествующей исчерпанию несущей способности по формуле

(14)

Несущая способность квадратной панели монолитного безбалочного перекрытия, одинаково армированной в обоих направлениях, при одновременном изломе смежных панелей разных рядов (см. рис. 10) выражается формулой

(15)

где М_п - предельный момент на единицу длины пролетного пластического шарнира; М_оп - предельный момент на единицу длины опорного пластического шарнира; l - то же значение, что и в формуле (12);

- катет прямоугольного треугольника, отламывающегося от панели в пределах капители (см. рис. 10); F_п- сечение нижней арматуры в пролете на ширину панели; F_к - сечение верхней арматуры в опорном пластическом шарнире на ширину панели; z_п - плечо внутренней пары в пролетном пластическом шарнире; z_к - плечо внутренней пары в опорном пластическом шарнире.

При определении плеча z_к следует учитывать, что сжатая зона бетона в опорном пластическом шарнире может оказаться целиком вне плиты (в капители безбалочного перекрытия).

2.22. Деформации сборных безбалочных перекрытий определяются в соответствии с принятой расчетной схемой конструкции (п.п. 2.2 и 2.13) и с учетом рекомендаций п.п. 2.3 - 2.5; 2.19; 2.23 и 2.24.

2.23. Прогибы ригелей рам сборной конструкции рекомендуется вычислять, пользуясь методами строительной механики по значениям кривизны , определяемым в соответствии с действующими СНиП.

2.24. Прогиб пролетных плит, имеющих трещины, рекомендуется определять по формуле (11).

При определении f_т и р_Т пролетная плита рассматривается как опертая на деформируемый контур, которым являются межколонные плиты и который деформируется как от нагрузки, действующей на пролетную плиту, так и от нагрузки, находящейся непосредственно на нем.

При деформации межколонных плит от нагрузки, находящейся только на них, они не могут служить опорным контуром для пролетной плиты. Когда прогибы краев пролетной плиты, работающей как опертой по углам, достигнут прогибов межколонных плит, последние начнут включаться в работу в качестве податливого опорного контура для пролетной плиты.

Нагрузка (интенсивность нагрузки), отвечающая образованию в пролетной плите первых трещин, выражается в виде

(16)

где q₁ - нагрузка, при которой пролетная плита работает как опертая по углам; q₂ - нагрузка, при которой пролетная плита работает как опертая на податливый контур.

Для определения величины q₁ вычисляется прогиб середины межколонной плиты относительно плоскости, проходящей через углы пролетной плиты. При этом межколонная плита рассматривается в системе рамы и нагружена только нагрузкой q, находящейся непосредственно на ней

(17)

При прогибе межколонной плиты, равном , пролетная плита работает как опертая по углам. С помощью формул теории упругости этот прогиб можно записать как прогиб середины края пролетной плиты, опертой по углам, в виде

. (18)

Для квадратной в плане пролетной плиты формула (18) имеет вид

(19)

где a - длина стороны плиты; h_п - толщина пролетной плиты.

Выражение (19) получено при коэффициенте Пуассона, равном 0,2.

Из равенства прогибов по выражениям (17) и (18) определяется нагрузка q₁ как часть полной равномерно распределенной нагрузки q = р_Т

(20)

где k < 1;

(21)

Изгибающий момент на единицу ширины сечения в центре пролетной плиты, отвечающий образованию первых трещин в растянутой зоне бетона, определяется методами теории упругости и может быть выражен через нагрузку в виде

(22)

где с₁ и с₂ - множители, получаемые из расчета плиты на упругой стадии ее работы. При вычислении с₁ плита рассматривается как опертая по углам, а с₂ - как опертая на податливый контур.

На основании формул (8) и (22) находится нагрузка р_Т

(23)

Прогибы плиты f_т к моменту трещинообразования определяются как сумма прогибов, получаемых из расчета пролетной плиты в упругой стадии работы, опертой по углам и на податливый контур. При этом используются формулы теории упругости.

(24)

где а, h_п, С и k_п - имеют те же значения, что и в формулах (19) и (9); с₃ и с₄ - коэффициенты, получаемые из расчета плиты, соответственно опертой по углам и на податливый контур.

Если принятые сопряжения обеспечивают практически одинаковые кривизны вдоль краев межколонных и пролетной плит, то при определении f_т и р_Т расчетный пролет последней допускается уменьшать, используя для этого нулевые точки межколонных плит, получаемые из расчета рам как упругих систем, без перераспределения усилий (рис. 11). После этого пролетная плита рассматривается, как свободно опертая с пролетом а_р.

Рис. 11. Расчетная схема пролетной плиты

1 - деформируемый контур; 2 - линии нулевых изгибающих моментов; 3 - сопряжения, обеспечивающие одинаковые кривизны вдоль краев межколонных и пролетной плит; а - длина стороны пролетной плиты; а_р - расчетный пролет пролетной плиты.

Нагрузка р_п, соответствующая предельному состоянию по прочности, определяется из расчета перекрытия на полосовое разрушение (см. рис. 6) при характеристиках бетона и арматуры соответственно R_пр_II и R_а_II.

Для безбалочных перекрытий с квадратными капителями ломаного очертания (см. рис. 1) при квадратной сетке колонн каркаса, т. е. для конструкций, симметричных относительно середины рассматриваемой полосы излома, нагрузка р_п выражается в виде

(25)

где l - то же значение, что и в формуле (12); с - см. формулу (7) и рис. 1. - предельный момент в пролетном пластическом шарнире на длине l; - предельный момент в опорном пластическом шарнире на длине l:

F_п - площадь сечения нижней арматуры в пролетном пластическом шарнире на длине l; F_к - площадь сечения верхней арматуры в опорном пластическом шарнире на длине l; z_n и z_к - плечи внутренней пары сил соответственно в пролетном и опорном пластических шарнирах.

При вычислении z_к следует учитывать, что сжатая зона, соответствующая верхней арматуре в опорном пластическом шарнире, может размещаться либо частью, либо полностью в капителях (рис. 12).

Рис. 12. Положение сжатой зоны в опорных пластических шарнирах
при полосовом разрушении перекрытия

а - в плите и капителях; б - в капителях

Величина f_п определяетcя при полосовом разрушении перекрытия, как максимальный прогиб от нагрузки р_п середины полосы излома относительно плоскости, проходящей через углы пролетной плиты.

С некоторым допущением принимается, что кривизна в изломе перекрытия одинакова по длине пластического шарнира.

Прогиб f_п вычисляется, пользуясь методами строительной механики, по значениям кривизны . Он определяется как момент от фиктивной распределенной нагрузки, эпюра которой численно равна эпюре кривизны. При этом кривизну элемента в пластическом шарнире рекомендуется вычислять, по формуле (13), а в остальных сечениях согласно указаниям действующих СНиП.

2.25. При расчете пролетной плиты, работающей без трещин, т. е. при q < р_Т можно пользоваться формулами (22) и (24), подставляя в них, вместо р_Т, соответствующие значения q.

Расчет конструкций по раскрытию трещин

2.26. Ширина раскрытия трещин элементов безбалочных конструкций вычисляется по усилиям, получаемым из статического расчета каркаса на расчетные нагрузки при коэффициенте перегрузки, равном единице.

Проверка ширины раскрытия трещин производится в соответствии с указаниями действующих строительных норм и правил на проектирование железобетонных конструкций. При этом для плит, работающих в двух направлениях, напряжение в растянутой арматуре рекомендуется определять по формуле

(26)

где - напряжение в растянутой арматуре в момент образования трещин

(27)

- момент на единицу ширины рассматриваемого сечения при образовании трещин, который для прямоугольного сечения выражается формулой (8); F_а - площадь сечения растянутой арматуры на единицу ширины сечения; - относительная высота сжатой зоны бетона, определяемая по СНиП II-21-75.

Величины р_Т, р и р_п в формуле (26) имеют те же значения, что и в формуле (11).

Типы и расчет сопряжений сборных конструкций

2.27. При сопряжении железобетонных элементов сборных безбалочных конструкций усилия от одного элемента к другому рекомендуется передавать через стыкуемую рабочую арматуру, стальные закладные детали и накладки, заполненные бетоном швы, бетонные шпонки.

2.28. Усилия, возникающие в незамоноличенных сопряжениях в стадии монтажа конструкции (см. п. 2.4), рекомендуется воспринимать стальными соединительными элементами (деталями) и сварными швами.

2.29. Сопряжения сборных безбалочных конструкций могут выполняться двух типов.

В сопряжениях первого типа для восприятия перерезывающих сил используются шпонки, образуемые бетоном замоноличивания (рис. 13 и 14).

Сопряжения второго типа характерны устройством консолей или полок в качестве опор для примыкающих элементов (рис. 15).

Возможна также смешанная конструкция сопряжения, содержащая элементы обоих этих типов.

Рекомендуется преимущественно применять сопряжения первого типа, позволяющие использовать бесконсольные колонны длиной на несколько этажей и сравнительно просто образовывать гладкие потолки.

Рис 13. Сборная безбалочная конструкция со шпоночными сопряжениями элементов (авторское свидетельство № 212499)

1 - колонны; 2 - капители; 3 - надколонные (межколонные) плиты; 4 - пролетные плиты

Рис 14. Узел сопряжений конструкции (авторское свидетельство № 212499)

2.30. Сопряжение капители с колонной проектируется жестким, способным воспринять изгибающие моменты, поперечные силы и силы сдвига. Расчетные схемы такого сопряжения приведены на рис. 16 - 18.

При расчете следует учитывать, что изгибающие моменты, действующие в сопряжении, вызывают усилия, обжимающие бетон замоноличивания. Благоприятное влияние на работу бетона замоноличивания оказывает также капитель, создающая эффект обоймы.

Рис. 15. Узел сопряжений безбалочной конструкции серии 1.420-4

Рис. 16. Расчетная схема незамоноличенного
сопряжения капители с колонной

М и Q - внешние силы, действующие на сопряжение; Р, N и Q_М -силы,
возникающие в сопряжении при действии изгибающего момента М

Рис. 17. Расчетная схема замоноличенного сопряжения капители с колонной при симметричном загружении

N + N¢ = - силы, возникающие в сечении при действии изгибающего момента М; N - усилие, обжимающее бетон замоноличивания только в пределах стороны сечения колонны

Рис. 18. Расчетная схема замоноличенного сопряжения капители с колонной при несимметричном загружении

М и Q - внешние силы, действующие на сопряжение; Р, N и Q_м - силы, возникающие в сопряжении при действии изгибающего момента М; а - эпюра напряжений в шпонках сопряжения при действии поперечной силы Q; б - то же, при действии М; в - суммарная эпюра напряжений в шпонках сопряжения

2.31. Расчет незамоноличенного сопряжения капители с колонной производится на усилия, определяемые из статического расчета рам каркаса на нагрузки, действующие при монтаже конструкций.

Воздействие изгибающего момента на сопряжение рекомендуется учитывать парой сил Р с плечом z (см. рис. 16).

(28)

Сила Р раскладывается на горизонтальную N и вертикальную Q_м составляющие.

Усилие N воспринимается арматурными вставками, приваренными к закладным деталям капители, и через сварные швы передается на закладные детали колонны. Такое же усилие передается на монтажные столики или консоли колонны, к которым через закладные детали приваривается капитель.

На монтажный столик или консоль колонны действует вертикальная сила, равная

(29)

где Q - поперечная сила, действующая в сопряжении.

Кроме этого, при расчете монтажного столика или консоли колонны следует учитывать местный изгибающий момент, создаваемый силой Q_сд.

При расчете арматурных вставок и монтажных столиков на воздействие усилия N величину этого усилия следует умножать на коэффициент условия работы т_N=1,2, если это приводит к увеличению расчетного усилия.

2.32. Расчет замоноличенного сопряжения капители с колонной производится на эксплуатационные нагрузки. Усилия, действующие в сопряжении, определяются из статического расчета рам каркаса:

а) при действии в узле усилий, не вызывающих поворота узла (см. рис. 17). Сдвигающие силы принимаются равномерно распределенными по периметру сопряжения и равными поперечным силам.

Если сопряжение капители с колонной решается с помощью бетонных шпонок (см. рис. 17), то при указанном силовом воздействии расчет его производится из условия

(30)

где Q_сд - сдвигающая сила, передающаяся через шпонки; R_р - расчетное сопротивление бетона растяжению для бетонных конструкций; l_ш - длина шпонки: h_ш - высота шпонки; n_ш - число шпонок, вводимое в расчет; при расчете на перерезывающее усилие n_ш должно быть не более трех; шпонки, расположенные в растянутой зоне в крайней трети высоты рассчитываемого сечения, не учитываются; m_об - коэффициент условий работы, учитывающий влияние обоймы - капители, равный 1,15; N - сила, перпендикулярная плоскости шва, обжимающая бетон замоноличивания.

По изгибающему моменту в данном сечении устанавливается высота сжатой зоны бетона; по площади части сжатой зоны, которая располагается в пределах ширины колонны, определяется сила N, обжимающая бетон замоноличивания сопряжения. При разных марках бетона сборного элемента и замоноличивания сопряжения рассматривается приведенное сечение конструкции.

Величина 0,7N, вводимая в расчет, должна удовлетворять условию

Глубину шпонки рекомендуется определять по формуле

(31)

где Q_сд, N, l_ш, n_ш и m_об - имеют те же значения, что и в формуле (30); R_пр - расчетное сопротивление бетона сжатию (призменная прочность) для бетонных конструкций.

По условиям (30) и (31) следует проверять как шпонки, образованные бетоном замоноличивания сопряжения, так и шпонки сборного элемента.

б) при действии в узле усилий, вызывающих поворот узла (см. рис. 18), сдвигающие силы складываются из поперечных сил и сил от действия изгибающего момента.

Воздействие на сопряжение изгибающего момента, вызывающего поворот узла, рекомендуется учитывать, парой сил Р с плечом z (см. рис. 18).

Сила Р раскладывается на горизонтальную N и вертикальную Q_м составляющие.

Усилие N, обжимая бетон замоноличивания сопряжения, передается на колонну.

По наиболее нагруженной грани сопряжения действует вертикальная сдвигающая сила , где Q - поперечная сила по грани сопряжения.

При решении сопряжения капители с колонной с помощью бетонных шпонок (см. рис. 18) расчет его производится из условия

(32)

или

(33)

(34)

(35)

где - напряжение в бетоне шпонок при действии поперечной силы Q; - напряжение в бетоне шпонок при действии силы Q_м, созданной в сопряжении изгибающим моментом; l_ш, - длина шпонки по наиболее нагруженной грани сопряжения; - длина шпонки, через которую передается сила Q_м; при квадратном сечении колонны = 1,5 b (b - сторона сечения колонны); R_р, h_ш, n_ш, m_об, - имеют те же значения, что и в формуле (30);

;

По изгибающему моменту, действующему по оси узла, устанавливается высота х сжатой зоны по грани сопряжения: ширина сжатой зоны принимается равной ширине колонны.

Величины z, N и х определяются методом последовательных приближений (см. пример расчета).

Величина 0,7N вводимая в расчет, не должна превышать .

Глубина шпонки определяется по формуле

, (36)

где Q_сд, N, l_ш, , n_ш, m_об, и - имеют те же значения, что и в формуле (32); R_пр - расчетное сопротивление бетона сжатию (призменная прочность) для бетонных конструкций.

Рис. 19. Внешние силы, действующие на узел сопряжения капители
с колонной при несимметричном загружении

При действии на сопряжение нагрузок по рис. 19 формулы (32) и (36) для наиболее напряженной грани сопряжения принимают вид