Расчет бетонных и железобетонных конструкций

Железобетон Железобетон является комплексным строительным материалом, в котором совместно работают бетон и стальная арматура. Для понимания работы железобетона и определения характеристик, необходимых для расчета, рассмотрим каждый из входящих в его состав материалов.

Бетон Для железобетонных конструкций применяют конструкционные бетоны:

тяжелый, средней плотности свыше 2200 и до 2500 кг/м³ включительно;

мелкозернистый, средней плотности свыше 1800 кг/м³;

легкий, плотной и поризованной структуры;

ячеистый, автоклавного и неавтоклавного твердения;

специальный бетон — напрягающий.

Основным показателем качества бетона является класс прочности на сжатие, который устанавливается на основании испытаний бетонных кубов в возрасте 28 суток. При выполнении расчетов железобетонных конструкций классом прочности бетона задаются, принимая его в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01−84*.

Для железобетонных конструкций не допускается применять: тяжелый и мелкозернистый бетон по прочности на сжатие ниже В7,5; легкий бетон по прочности на сжатие ниже В3,5 для однослойных и ниже В2,5 для двухслойных конструкций. Большинство несущих конструкций выполняется в настоящее время из тяжелого бетона, и чаще всего класс прочности бетона в таких конструкциях принимается в пределах В15—В35. Более подробно рекомендации по назначению классов прочности бетона см. пп. 2.5, 2.6* СНиП 2.03.01−84*.

Кроме класса прочности на сжатие для бетона могут нормироваться и другие классы и марки — см. пп. 2.2, 2.3. СНиП 2.03.01−84*.

Бетон под нагрузкой работает упруго-пластично, т. е. в бетоне появляются упругие и пластические деформации. На сжатие бетон работает значительно лучше, чем на растяжение. На приведенной диаграмме (рис. 2.6) справа от оси ординат отложена работа бетона при сжатии, слева — при растяжении. Сверху от оси абсцис отложено сопротивление сжатию, снизу — сопротивление растяжению.

tga =Е_Ь — модуль упругости бетона Нормативные (R_{bn, Rbm) и расчетные (Rb, Rbt) сопротивления бетона определяются по табл. 12,13 СНиП 2.03.01−84* в зависимости от класса прочности бетона на сжатие. Значения некоторых расчетных сопротивлений для тяжелого бетона приведены в табл. 2.6.}

Расчетные сопротивления бетона R_{b, Rbt снижаются (или повышаются) путем умножения их значений на коэффициенты условий работы бетона уы, учитывающие особенности свойств бетона, длительность действия нагрузки, многократную повторяемость нагрузки, условия и стадию работы конструкции, способ ее изготовления, размеры сечения и т. п. Значения коэффициентов условий работы уы приведены в табл. 15 СНиП 2.03.01−84*. Наиболее часто применяется в расчетах коэффициент условия работы бетона уь2 = 0,9.}

Модуль упругости бетона численно равен: E_{b = tga, он зависит от класса прочности бетона на сжатие и способа твердения бетона. Для тяжелого бетона естественного твердения и подвергнутого тепловой обработке значения модулей упругости приведены в табл. 2.7.}

Арматура в железобетонных конструкциях принимается в зависимости от типа конструкции, наличия предварительного напряжения, а также условий эксплуатации зданий и сооружений. В соответствии с требованием пп. 2.17*—2.22* СНиП 2.03.01−84* в качестве ненапрягаемой арматуры следует применять: а) стержневую арматуру класса Ат-IVC — для продольной арматуры; б) стержневую арматуру классов A-III и Ат-IIIC — для продольной и поперечной арматуры; в) арматурную проволоку класса Вр-I для поперечной и продольной арматуры; г) стержневую арматуру классов A-I, А-И и Ас-П — для поперечной арматуры, а также для продольной арматуры, если другие виды ненапрягаемой арматуры не могут быть использованы; д) стержневую арматуру классов A-IV, Ат-IV и Ат-IVK — для продольной арматуры в вязаных каркасах и сетках; е) стержневую арматуру классов A-V, Ат-V, At-VK, At-VCK, A-IV, Ат-IV, Ат-IVK, At-VII — для продольной сжатой арматуры, марок кирпича, камней, блоков и марок раствора, а также от высоты ряда кладки и др. Зависимость между модулем упругости каменной кладки Е₀ и временным сопротивлением R_{u принимается по уравнению}

Е_{0 = а /?}

где, а — упругая характеристика каменной кладки. Упругая характеристика каменной кладки используется при расчетах каменных конструкций (табл. 15 СНиП И-22−81).

Железобетонные фермы:

Область распространения и конструкции Для изготовления ферм принимают бетон классов В30—В50. Нижний пояс ферм выполняется предварительно напряженным. Предварительно напряженная арматура охватывается замкнутыми конструктивными хомутами, устанавливаемыми с шагом 500 мм. Все остальные элементы обычно армируются ненапрягаемой арматурой в виде сварных каркасов, вместе с тем бывают варианты изготовления ферм с предварительным напряжением растянутых элементов решетки. Для лучшей передачи усилий между элементами в узлах создают уширения — вуты. Опорные узлы ферм дополнительно армируют продольной ненапрягаемой арматурой и поперечными стержнями, обеспечивающими прочность узла по наклонному сечению и надеж ость анкеровки предварительно напряженной арматуры.

Для крепления фермы к колоннам, крепления плит покрытия и в других случаях в ферме предусматриваются закладные детали. Расчет железобетонных ферм в настоящем учебнике не приводится.

• 1. Перед расчетом ферм принимают материал, из которого они будут изготавливаться, очертание поясов, систему решетки, при этом все принятые параметры должны быть увязаны с конструктивными особенностями перекрываемого здания и сооружения.
• 2. Собирают нагрузки, приходящиеся на узлы фермы. При сборе нагрузок учитывают собственный вес фермы и вес связей. Собственный вес учитывается в зависимости от материала фермы и принимается ориентировочно.
• 3. Определяют усилия в стержнях фермы. При определении усилий пользуются любым способом, рассматриваемым в технической механике, наиболее простым можно считать построение диаграммы Максвелла — Кремоны.
• 4. Производят подбор сечения стержней фермы. Расчет сече ния стержней проводится с учетом материала, из которого они выполнены. При расчете стержни рассматриваются как централь но-растянутые и центрально-сжатые элементы (в железобетонных фермах сжатые стержни считаются внецентренно сжатыми).
• 5. Производят расчет прикрепления стержней фермы в узлах. Конструкция узлов и, соответственно, расчет прикрепления стер жней в узлах зависят от материала фермы.
• 6. Выполняют окончательное конструирование фермы. При окончательном конструировании сечения стержней (для уменьше ния типоразмеров элементов) и конструкция узлов могут быть изменены, но не в ущерб их прочности.

Из приведенного порядка видно, что расчет фермы от сбора нагрузок и выбора материала до разработки рабочих чертежей — довольно сложный и трудоемкий инженерный расчет, особенно без использования ЭВМ. В рамках данного учебника расчет ферм в основном будет сведен к подбору сечения стержней стальных ферм из прокатных уголков. В параграфе 8.1.3 рассмотрено прикрепление стержней стальных ферм сварными швами к фасонкам.