ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ ПАНЕЛЬ ПОКРЫТИЯ Российский патент 2000 года по МПК E04C2/06 

Изобретение относится к строительству, в частности к конструкциям панелей покрытия гражданских и промышленных зданий.

Известны конструкции типовых ребристых железобетонных панелей покрытия размерами 3х12, 3х6 м, в которых продольные ребра установлены на расстоянии трех метров (Бондаренко В. М. , Суворкин В.Г., Железобетонные и каменные конструкции: Учеб. для студентов вузов по спец. "Пром. и гражд. строительство" - М. : Высш. шк. 1987 - 384 с.: ил.). Недостатком данного устройства панели являются значительные изгибающие моменты в полке плиты, что приводит к необходимости устройства поперечных ребер и как следствие к дополнительному расходу арматуры.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство железобетонной панели покрытия типа "двойное Т" с размерами 3х6, 3х12, а также плит на пролет 3х18, 3х24 м, в которых продольные ребра установлены на расстоянии 750 мм от продольной оси панели (Железобетонные конструкции: Курсовое и дипломное проектирование /Под ред. А.Я. Барашикова - К.: Вища шк. Головное издательство, 1987 - 416 с.).

Недостатками известного технического устройства являются: перерасход арматуры полки панели за счет недостаточно полного выравнивания по величине отрицательных и положительных значений изгибающих моментов в поперечном сечении панели; выкрашивание бетона замоноличивания из межшовного пространства стыка панелей за счет значительной амплитуды колебания прогиба консолей, вызванного переменным действием постоянной и полной нагрузок (постоянной плюс временной снеговой), что снижает надежность работы стыка панелей; ограничение в применении более низких классов бетона при раздельном изготовлении полки плиты и продольных ребер. Так, при изготовлении полки плиты из бетона класса B10 значение коэффициента α_m > α_R в широком интервале постоянных нагрузок от веса кровли от 0,1 до 3 кН/м², для бетона класса B12,5 - в интервале нагрузок 0,8 - 3 кН/м². Другим недостатком является ухудшение условий эксплуатации работы полки панелей при действии только постоянной или постоянной совместно с временной снеговой нагрузками за счет значительных по величине отрицательных изгибающих моментов.

Техническая задача - уменьшение материалоемкости панелей покрытия при сохранении несущей способности, повышение надежности работы стыка панелей, расширение области применения бетонов низких классов при раздельном изготовлении полки плиты и продольных ребер, улучшение условий работы в период эксплуатации при действии только постоянной или постоянной совместно с временной снеговой нагрузками.

Техническая задача достигается тем, что при постоянной нагрузке от веса кровли менее 1,40 кН/м² продольные ребра с вутами устраиваются на расстоянии 800 мм от продольной оси плиты, а при постоянной нагрузке, равной или более 1,40 кН/м² (до 3 кН/м²) - 775 мм. Смешение продольных ребер с вутами в сторону консоли позволяет уменьшить значение изгибающих моментов, что приводит к сокращению расхода стальной арматуры на 14,6...29,2%. Уменьшение вылета консоли приводит к уменьшению амплитуды колебания прогиба консоли и тем самым повышает надежность работы стыка панелей. Уменьшение значений изгибающих моментов расширяет возможность применения более низких классов бетона (B10), а для классов бетона B12,5 увеличивает диапазон применения постоянных нагрузок. Уменьшение значений по абсолютной величине изгибающих моментов происходит и при действии только постоянной (летний период времени года) или постоянной совместно со снеговой (зимний период времени года), что приводит к уменьшению прогибов и как следствие к улучшению эксплуатационных условий работы панели.

На фиг. 1 показан план, на фиг. 2 - поперечный разрез железобетонной панели покрытия типа "двойное Т" с указанием расчетных точек для определения изгибающих моментов, на фиг. 3 показаны узлы для определения рабочей высоты сечения в расчетных точках 1, 4, 5, на фиг. 4 - в расчетных точках 2, 3. На фиг. 5 показаны расчетная схема, на фиг. 6 - эпюра изгибающих моментов от действия постоянной M1(T,1) и временной снеговой нагрузок M2(T,1), на фиг. 7 - расчетная схема при действии сосредоточенной нагрузки на консоли панели, на фиг. 8 - эпюра изгибающих моментов MЗ(T,1), на фиг. 9 - расчетная схема при действии сосредоточенной нагрузки в середине пролета, и на фиг. 10 показана эпюра изгибающих моментов М4(T, 1), 1 - эпюры изгибающих моментов прототипа, 2 - предлагаемого варианта, 1 - количество расчетных точек, равное 5, Т - количество смещений продольных ребер с вутами, равное 5.

Железобетонная панель покрытия состоит из полки плиты 1, продольных ребер 2, вутов 3 и арматурной сетки 4, расположенной по середине полки плиты 1. Продольные ребра 2 с вутами 3 смещены относительно продольной оси панели при значениях постоянной нагрузки от кровли меньше 1,40 кН/м² на 800 мм, а при постоянной нагрузке, равной или более 1,40 кН/м² на расстоянии 775 мм относительно продольной оси панели.

Для определения оптимального смещения продольных ребер была составлена программа на машинном языке "BASIC", состоящая из блоков: статического расчета полки панели; расчета по нормальным сечения; определение оптимального смещения продольных ребер и его эффективность; определение наиболее невыгодных по воздействию сочетаний нагрузок.

Сокращенная блок-схема программы представлена в приложении 1, распечатка программы представлена в приложении 2, результаты расчета - в приложении 3.

Пояснения к программе.

Блок статического расчета полки панели предназначен для определения максимальных по абсолютной величине значений изгибающих моментов для пяти расчетных точек (см. фиг. 5-10) при различных сочетаниях нагрузок: от действия равномерно распределенной постоянной нагрузки от веса кровли в интервале 0.. . 3 кН/м², а также от действия равномерно распределенной нагрузки от собственного веса полки панели толщиной 30 мм, при объемном весе тяжелого бетона 25 кН/м², коэффициент надежности по нагрузке - 1,1, коэффициент по назначению зданий 0,95-0,03•25•0,95•1,1 = 0,7838 кН/м² и распределенной по закону треугольника нагрузки от вутов высотой 40 мм (0,4•25•1,1•0,95 = 1,045 кН/м²) (нагружение 1); временной снеговой нагрузки для шестого снегового района, равной 3,3 25 кН/м² (нормативное значение 2,5 кН/м², коэффициент перегрузки 1,4, коэффициент по назначению зданий γ_n = 0,95) (нагружение 2); и на сосредоточенную нагрузку от веса человека с инструментом, равную 1,14 кН (нормативное значение 1 кН, коэффициент надежности и по нагрузке - 1,2, коэффициент по назначению здания - 0,95), приложенную в неблагоприятном по воздействию месте: на консоли (нагружение 3) и в пролете (нагружение 4) без учета других временных нагрузок (СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия /Госстроя СССР - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987, 36 с.). Расчет производился для зданий второго класса по степени ответственности с коэффициентом γ_n = 0,95. Смещения продольных ребер относительно продольной оси панели принимались равными 750 мм (базовый вариант), 775, 800, 825 и 850 мм.

Блок расчета по нормальным сечениям включает в себя определение требуемой площади сечения арматурной сетки полки панели для пяти расчетных точек каждого смещения (арматура диаметром 5 мм, класса В_р-1 с расчетным сопротивлением на растяжение, равным 360 МПа), для различных классов тяжелого бетона B10; B12,5; B15 (при изготовлении полки панели и продольных ребер из разных классов бетона); B20; B22,5; B25; B27,5; B30; B35; B40 (при изготовлении полки панели и продольных ребер из одного класса бетона). Расчетные сопротивления бетона на сжатие принимались с коэффициентом условия работы γ_B2 = 0,9.

Расчеты показали, что экономически нецелесообразно применение низких классов бетона для базового варианта, для бетона класса B10 в интервале постоянных нагрузок от кровли 0...3 кН/м², для бетона класса B12,5 - 0,8...3 кН/м². В предлагаемом варианте за счет уменьшения значений изгибающих моментов диапазон применения низких классов бетонов и нагрузок увеличивается. Бетон класса B10 можно применять для постоянных нагрузок от кровли до 1,5 кН/м², для бетонов класса B12,5 - 0...3 кН/м².

Блок определения оптимального смещения продольных ребер для различных значений сочетаний нагрузок и различных классов бетона базируется на определении максимальных значений требуемой площади сечения арматуры для каждого смещения продольных ребер, определение минимального значения требуемой площади сечения арматуры для смещений 775, 800, 825, 850 из полученных чисел и сравнение с базовым значением максимальной требуемой площади сечения арматуры (750 мм).

Результаты расчета показали, что в широком диапазоне нагрузок и для всех рассмотренных классов бетонов увеличение расстояния между продольными ребрами приводит к уменьшению требуемой площади сечения арматуры, а следовательно, и к уменьшению значений изгибающих моментов на 13...30%.

Эффективность увеличения расстояния между продольными ребрами определялась и по отношению табличной площади сечения арматуры прототипа и предлагаемого варианта. Уменьшение табличной площади предлагаемого варианта по сравнению с базовым вариантом составляет 13...30%.

Следует отметить, что для некоторых классов бетона (B30, B35, B40) в очень узких диапазонах постоянных нагрузок от кровли табличные значения площадей арматуры базового и предлагаемого вариантов равны. Так, для бетона класса B30 значение постоянной нагрузки равно 1,2 кН/м², для бетона класса B35 - в диапазоне постоянных нагрузок 1,35-1,45 кН/м², для бетона класса B40 - 12,39-1,45 кН/м². Однако при равенстве табличных площадей арматуры значения изгибающих моментов в предлагаемом варианте меньше на 15,7% для бетона класса B30, на 13,9-14,1% для бетона класса B35 и на 13,7-14,7% для бетона класса B40 (см. прил. 3).

Увеличение межосевого расстояния приводит к увеличению значений поперечных сил до 17% (значения поперечных сил определялись на максимальную постоянную нагрузку от кровли, равную 3 кН/м², на временную снеговую нагрузку, равную 3,325 кН/м², и на временную сосредоточенную нагрузку). Поперечные силы для предлагаемого варианта воспринимаются бетоном без постановки поперечной арматуры. Значения поперечных сил приведены в табл. 1, а минимальная поперечная сила, воспринимаемая бетоном для различных расчетных точек и различных классов бетона, приведена в табл. 2.

Для оценки эффективности смещения продольных ребер при действии только распределенной нагрузки (летний или зимний периоды эксплуатации) был проведен оценочный анализ деформированного состояния базового и предлагаемых вариантов.

Деформации определялись перемножением эпюр изгибающих моментов от действия единичной силы, приложенной на консоли или в середине пролета, и от действия равномерно распределенной нагрузки по способу Верещагина при постоянном значении жесткости сечения.

В табл. 3 приведены значения изгибающих моментов для пяти расчетных точек от действия равномерно распределенной нагрузки при межосевых расстояниях, равных 1500, 1550, 1600 мм.

Результаты расчетов показали, что при межосевом расстоянии 1550 мм прогиб консоли меньше в 1,43 раза, а при межосевом расстоянии - 1600 мм - в 2,08 раза меньше базового варианта. Максимальные пролетные деформации уменьшились в 3,44 раза для межосевого расстояния 1550 и в 1,88 при межосевом расстоянии 1600 мм по отношении к базовому варианту.

Уменьшение деформаций консоли и в пролете объясняется уменьшением вылета консоли, появлением положительных изгибающих моментов, что приводит к уменьшению значений отрицательных изгибающих моментов.

Блок определения наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок включает в себя поиск неблагоприятных сочетаний нагрузок по минимальному значению требуемой площади сечения арматуры для оптимального смещения предлагаемого варианта.

Результаты расчета показали, что наиболее неблагоприятными сочетаниями являются в интервале значений постоянных нагрузок 0...0,60 кН/м² и 1,41...3 кН/м² сочетания "1+3" (постоянная и временная сосредоточенная на консоли), а в интервале 0,80. . .1,40 кН/м² - "1+4" (постоянная и временная сосредоточенная в пролете). Сочетание нагрузок "1+2" (постоянная и временная снеговая) не является определяющей даже для шестого снегового района, а следовательно, и для остальных снеговых районов.

Краткие пояснения к обозначениям в программе.

1. A2 - переменная величина, равна вылету консоли: A2 = 750 (прототип), 725, 700, 675, 650 мм.

2. 1 - расчетные точки (1, 2, 3, 4, 5), Т - счетчик цикла по A2, N - счетчик цикла пошагового изменения значения постоянной нагрузки.

3. М1(Т, 1), М2(Т,1), МЗ(Т,1), М4(Т,1) - изгибающие моменты соответственно от действия нагрузок: постоянной (нагружение 1); временной снеговой (нагружение 2); сосредоточенной на консоле (нагружение 3) и в пролете (нагружение 4).

4. М6(Т,1), М7(Т,1), М8(Т,1) - изгибающие моменты соответственно для сочетания нагрузок "1+2", "1+3", "1+4".

5. M9(T,1) - максимальный по абсолютной величине изгибающий момент.

6. AS(T,1) - требуемая площадь сечения арматуры.

7. AS1(N, T) - максимальное значение требуемой площади сечения арматуры для различных значений постоянной нагрузки.

8. AS1(N,б) - минимальное значение требуемой площади сечения, выбираемое из максимальных значений AS1(N,T) при Т = 2, 3, 4, 5.

9. A1(N), AS(N), K(N) - оптимальное смещение продольных ребер, определяемое по требуемой площади сечения арматуры, неблагоприятное сочетание нагрузок для этого смещения, процент экономии металла по требуемой площади сечения арматуры.

10. AST1(N), AST2(N), K1(N) - табличные значения площадей сечения растянутой арматуры базового, предлагаемого вариантов и экономия металла по табличной площади сечения арматуры.

Изобретение относится к строительству и используется в качестве панелей покрытия. Технический результат - уменьшение металлоемкости полки панели покрытия при сохранении несущей способности, повышение надежности работы продольного стыка панелей, расширение области применения бетонов низких классов при раздельном изготовлении полки плиты и продольных ребер, улучшение условий работы в период эксплуатации при действии только постоянной (летний период времени) или постоянной совместно с временной снеговой нагрузками (зимний период времени). Железобетонная панель покрытия типа "двойное Т", включающая полку, продольные ребра, вуты, арматурную сетку, дополнительно продольные ребра с вутами при значениях постоянной нагрузки от кровли меньше 1,40 кН/м² расположены на расстоянии 800 мм относительно продольной оси панели, а при значениях, равных или более 1,40 кН/м², - на расстоянии 775 мм относительно продольной оси панели. 10 ил., 3 табл.

Железобетонная панель покрытия типа "двойное Т", включающая полку, продольные ребра, вуты, арматурную сетку, отличающаяся тем, что продольные ребра с вутами при постоянной нагрузке от кровли менее 1,40 кН/м² расположены на расстоянии 800 мм относительно продольной оси панели, а при значениях постоянной нагрузки от кровли, равной или более 1,40 кН/м², - расположены на расстоянии 775 мм.