Железобетон

Сборный железобетонный унифицированный каркас

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

3. РИГЕЛИ

Ригели унифицированного каркаса запроектированы Т-образного сечения с полкой понизу для опирания на нее настилов перекрытий. Такая конструкция ригеля позволяет уменьшить размер выступающей в интерьер части ригеля на толщину перекрытия. В опорной части ригели имеют подрезки, соответствующие размеру консоли колонн, в результате чего сопряжение ригеля с колонной осуществляется без выступающих в интерьер консолей или их частей (имитация рамного узла). Ригели легкого каркаса имеют ширину понизу, равную ширине колонн (400 мм), высоту 450 мм с высотой полки для опирания настилов 250 мм. К консолям колонн они привариваются в двух уровнях, обеспечивая частичное защемление с величиной опорного момента, равной 54 кН-м. Значение опорного момента регулируется пределом текучести монтажных деталей («рыбок»).

Рыбки изготовляются холодной штамповкой из листовой или полосной стали марки Ст20 с повышенным пределом текучести отах =350 МПа и относительным удлинением при разрыве не менее 23 %. Длина «рыбок» назначена из условия ограничения максимальных пластических удлинений рабочего участка «рыбки» не более 3%. При испытаниях «рыбок» их разрыв должен происходить по шейке.

Ригели легкого каркаса рассчитаны на унифицированную расчетную нагрузку, приложенную к нижним полкам ригеля и равную для рядовых ригелей 72 и 110 кН/'м. Исходя из этих нагрузок ригели законструированы на сосредоточенное и распределенное опи-рание элементов перекрытия шириной 1,2 и 1,8 м из условия, что их боковые грани располагаются на модульных осях.

Ригели тяжелого каркаса рассчитаны на нагрузки от настилов перекрытий шириной 1,5 м.

Ригели выполняются из бетона марок М 300, М 400 и М 500 и

армируются пространственными каркасами, в которые вводят

плоские каркасы, сетки и закладные детали, объединенные с по.

мощью дуговой или контактной сварки

Поставка ригелей с завода может производиться по достижении бетоном не менее 70 % проектной прочности при условии гарантии последующего набора прочности в соответствии с требованиями ГОСТа.

Долгое время в расчете ригелей использовались общие положения СНиП, не учитывающие специфических особенностей их работы, связанных с приложением нагрузки в пределах высоты сечения. Многочисленными производственными испытаниями было установлено, что не все требования норм подтверждаются результатами опытов. В частности, расчет ригелей на действие поперечных сил (в том числе и на кручение) давал более низкую их несущую способность, чем это следовало из опытов. Недостаточно достоверным был расчет полки ригеля на откол.

В связи с этим НИИЖБ совместно с Моспроектом и заводами ЖБИ № 11 и 13 провели исследования, направленные на усовершенствование методов расчета ригелей, учитывающих специфику их работы, и в конечном счете на определение наиболее рационального армирования этих конструкций. Анализ опытов НИИЖБ и КГБ Мосоргстройматериалов на ригелях с полкой в растянутой зоне выявил закономерности в характере образования и развития трещин, а также формы разрушения ригелей. По нагрузке, расположенной на полке по обеим сторонам ребра, возникают нормальные трещины в растянутой зоне ригеля, а затем и наклонные трещины в ребре над полкой, вызванные общим изгибом ригеля. С повышением нагрузки появляются местные трещины вблизи сосредоточенных грузов, связанные с изгибом полки относительно ребра и последующим отколом от ребра части полки под сосредоточенным грузом, либо с отрывом части ребра имеете с полкой над грузом. Одновременно образующаяся вертикальная трещина в месте примыкания полки к ребру в зоне приложения сосредоточенной нагрузки распространяется на верхнюю грань полки в связи с закручиванием этого участка полки. Трещины отрыва появляются одновременно с горизонтальными трещинами в ребре над площадкой приложения нагрузки и развиваются к нижней грани ригеля. Разрушение ригеля может произойти по наклонному сечению, проходящему по наклонной трещине в ребре, по сечению, проходящему по трещине отрыва, огибающей сосредоточенный груз, или по сечению, проходящему по трещине выкалывания полки в месте приложения груза.

По главе СНиП П-21-75 производится суммирование поперечной арматуры, получаемой из расчета по наклонному сечению и по сечению отрыва, что существенно завышает ее количество. Это связано с тем, что методика расчета СНиП по наклонным сечениям не учитывает некоторых факторов, в том числе положения нагрузки по высоте элемента.

Для уточненной оценки требуемого количества поперечной арматуры использовали более совершенный метод, разработанный в НИИЖБ. Этот метод основан на определении внутренних усилий в наклонном сечении исходя из фактического напряженного состояния в элементе и на совместном использовании уравнений равновесия моментов, поперечных и продольных сил. Метод учитывает закономерности в характере образования и развития трещин, а также формы разрушения ригелей, выявленные при испытаниях.

Применение этого метода позволяет производить независимый расчет по наклонному сечению и по сечению отрыва, учитывая всю поперечную арматуру, попадающую в рассматриваемое сечение, т. е. руководствуясь общим подходом к расчету сечений по предельным усилиям. Разрушению элемента по трещине отрыва предшествует образование горизонтальной трещины над площадкой приложения сосредоточенного груза, поэтому необходимо выяснить возможность возникновения трещины отрыва.

Особенностью рассматриваемых конструкций является то, что сосредоточенная нагрузка прикладывается на ограниченной площадке в пределах широкой консоли — полке ригеля, поэтому важное значение имеет установление размеров зоны отрыва, вводимой в расчет. Для оценки величины напряжений эта зона ограничивается размерами площадки Ь0, на которой действует сосредоточенная нагрузка. Горизонтальная трещина развивается на некоторое расстояние в стороны от краев опорной площадки в связи с тем, что нагрузка с полки на ребро передается по более широкому участку, чем размеры опорной площадки.

Для обеспечения надежных и в то же время рациональных размеров полок и их армирования оказалось необходимым разработать методику расчета, которой нет в СНиП П-21-75, на откол при действии сосредоточенной нагрузки, приложенной к широкой консоли. Отколу части полки также предшествует возникновение вертикальной трещины в месте примыкания полки к ребру, вызванной ее изгибом в поперечном направлении, поэтому вначале производится проверка возможности появления этой трещины. С достаточной осторожностью ее можно выполнить как расчет на образование трещины в нормальном сечении по грани примыкания полки к ребру на действие изгибающего момента от сосредоточенного груза. Если это условие не выполняется, то проверяется прочность сечения, проходящего по трещине откола, введением арматуры, расположенной у верхней полки нормально к ребру и пересекающей трещину откола. При отколе части полки в зоне действия сосредоточенного груза происходят поворот и смещение отколовшегося блока относительно ребра и оставшейся части полки. В результате сопротивление откола можно приближенно представить в виде сопротивления действию момента и поперечной силы.

Следует иметь в виду, что при расчете на откол сопротивления бетона и арматуры на участках примыкания откалывающего блока к остальной части полки идут в запас прочности. На основе рассматриваемой методики было проведено проектирование усовершенствованных типов ригелей пролетом до 6,6 м под нагрузку 72 кН/м и их испытание. Расчет прочности по наклонным сечениям определил требуемое количество поперечной арматуры. Трещина отрыва по расчету не возникает (расчетная нагрузка на 20 % меньше усилия ее образования), и специальной проверки прочности по трещине отрыва с учетом поперечной арматуры не требуется. Дополнительный расчет по условной трещине отрыва, проведенный с целью выявления потенциальных возможностей такой конструкции, показал, что поперечной арматуры, поставленной из расчета прочности по наклонным сечениям, достаточно для обеспечения прочности по сечению отрыва.

Для ригелей с полкой высотой 25 см вертикальные трещины откола по расчету не образуются, поэтому арматуру в полках для ригелей устанавливали по конструктивным    соображениям.   Для -. ригелей с полкой высотой  10 см условие расчета по образованию трещины откола не удовлетворялось, вследствие чего производили расчет  прочности по сечению откола, из   которого   определяли требуемое количество    арматуры в полке. Испытания подтвердили принятые расчетные предположения.

В результате применения усовершенствованных ригелей среднее сокращение расхода арматуры составило около 20 кг на 1 м3 железобетона, что, например, при минимальном выпуске ригелей (25 тыс. шт/год) на заводе ЖБИ № 11 дало экономию стали около 500 т.

По мере развития унифицированного   каркаса в   направлении увеличения пролетов и   нагрузок на перекрытия   были  разработаны и   освоены    ригели    высотой 600, 900, 800 и 700 мм (последние с добетонировкой   на   стройплощадке    соответственно   на 100 и 200 мм) на  нагрузки  от ПО  до . 215 кН/м.  Учитывая   ограниченные возможности восприятия вертикальных     нагрузок    консолью ; колонны      с    высотой     сечения , 150 мм, были введены в дополнение к усиленным консолям с высотой сечения 150 мм консоли с высотой сечения 300 мм под расчетные нагрузки до  ПО кН, что потребовало       соответствующих подрезок ригелей на опорах.

Ригели легкого каркаса соответствуют нагрузкам на перекрытие 6 и 12,5 Н/м2 и высоте панелей перекрытия 220 мм, ригели тяжелого каркаса —нагрузкам 12,5; 16 и 27 кН/м2 и панелям перекрытия высотой 400 мм.

Если колонны и ригели легкого каркаса предназначены для связевых схем и могут использоваться для образования малона-груженных одно-двухэтажных рам малоэтажных зданий или верхних этажей многоэтажных зданий, то тяжелый каркас позволяет проектировать здания как по связевым схемам (наиболее распространенный случай), так и по рамным. В последнем случае основу конструктивной системы каркасных зданий составляют плоские рамы с упругопластическими приспособляющимися узлами. Такие свойства узлам обеспечивают верхние стальные соединительные детали («рыбки») прикрепления ригелей к колоннам.

В начальный период эксплуатации, до приложения к зданию горизонтальных ветровых нагрузок, эти соединительные детали работают как упругопластические элементы. Усилия в них и соответственно в узлах ограничиваются сечением рабочего участка и пределом текучести стали.

После многократных приложений к зданию максимальных нагрузок всех видов (вертикальных и ветровых в двух направлениях) узлы получают остаточные деформации, в результате чего при любых сочетаниях нагрузок рама работает упруго, происходит так называемое приспособление. При этом опорные моменты в ригелях, вызываемые вертикальной нагрузкой, вследствие остаточных удлинений «рыбок» снижаются, и напряженно-деформированное состояние ригелей, определяемое вертикальной нагрузкой, приближается к характерному для шарнирно опертых балок. При действии горизонтальных нагрузок ригели работают как элементы рам с упругоподатливыми узлами. Соединительные детали предусмотрены из мягкой строительной стали ВСтЗсп5, длина рабочих участков деталей назначена из условия ограничения остаточных деформаций относительным удлинением не более 3%,что предотвращает образование трещин и надрывов.

Каркасы, ригели которых загружены нагрузками от перекрытий, образуют рамы первого вида. Такие рамы образуются без добавочных элементов и усиления типовых узлов и предназначены для малоэтажных здании с тяжелым каркасом в пределах возможностей типовых сборных железобетонных колонн, работающих на сочетания продольных сил и изгибающих моментов. При этом несущая способность колонн по сжатию может не использоваться. Полное использование несущей способности сборных колонн по сжатию достигается в связевых каркасах.

Каркасы, ригели которых не нагружены нагрузками перекрытий, образуют рамы второго вида с узлами, работающими преимущественно в упругой стадии. Такие рамы образуются путем установки дополнительных ригелей перекрытий перпендикулярно основным и применяются обычно в чисто рамных каркасах для обеспечения необходимой жесткости здания в направлении, перпендикулярном рамам первого вида.

Рамы второго вида, имеющие повышенную металлоемкость и трудоемкость по сравнению с диафрагмами жесткости, могут применяться только в вынужденных случаях, когда устройство диафрагм жесткости невозможно. При использовании таких рам для обеспечения общей устойчивости сооружения и восприятия горизонтальных нагрузок несущая способность колонн по сжатию недоиспользуется.

В протяженных в плане зданиях, как правило, рамы первого вида располагаются в поперечном направлении, а рамы второго вида — в продольном.

Ригели консольных свесов предназначены для связевых каркасов.

В тяжелом каркасе существовавшая ранее конструкция стыка ригеля с колонной принципиально не изменилась, однако в связи со значительным увеличением расчетных усилий в опорном сечении, более ответственным и разнообразным характером работы стыка (при разгрузке на обратный момент), а также некоторыми усовершенствованиями формы и способа крепления «рыбки» к верхней арматуре ригеля потребовалось провести соответствующие экспериментальные исследования. Они необходимы также и в связи с тем, что, как установлено предыдущими исследованиями стыков унифицированного каркаса, выполненными МНИИТЭП, действительная (получаемая из опыта) жесткость стыка ригеля с колонной может быть значительно меньше полученной при принятой методике проектирования. В связи с этим МНИИТЭП в 1981 г. проведен дополнительный комплекс исследований, целью которых было получение достоверных жесткостных параметров принятого в тяжелом каркасе стыка ригеля с колонной, а также изучение общего характера его работы.

Специфика рамных конструкций, принятых в тяжелом каркасе, определяется решением узлов сопряжения колонн и ригелей, которые запроектированы как упругопластические связи. Пластическая работа узлов рамы под нагрузкой зависит от истории за-гружения; рама получает остаточные деформации и перемещения и лишь после воздействия максимальных нагрузок приспосабливается и в дальнейшем работает упруго.

В связи с перечисленными особенностями работы рам требуются специальные методы их расчета по деформированной схеме с учетом жесткостных и прочностных характеристик узлов, а также тщательного анализа возможных силовых воздействий на раму.

Результаты проведенных МНИИТЭП исследований показали, что появление текучести в «рыбке» достаточно хорошо согласуется с методикой расчета, использующей идеальную упругопласти-ческую связь. Жесткость стыка значительно меньше расчетного значения, определяемого из условия, что поворот опорного сечения ригеля полностью определяется деформациями шейки «рыбки» (и происходит относительно оси, лежащей в уровне опорной площади ригеля), и должна приниматься в размере 25 % расчетного значения. Указанное положение учтено в «Руководстве по проектированию и расчету рам из изделий тяжелого каркаса по номенклатуре KCM-KI», выполненном МНИИТЭП в 1980 г.

Исследования показали также, что удлинения верхней арматуры ригеля оказывают существенное влияние на жесткость стыка и могут вызывать трещины в зоне, где ее совместная работа с бетоном не обеспечена

На первом этапе освоения унифицированного каркаса в узлах наблюдались поперечные трещины в верхней опорной зоне ригелей, вызванные интенсивными режимами сварки закладных деталей (особенно при одновременной сварке двух опорных участков ригеля) и отрыва арматуры. Впоследствии это было учтено при конструировании ригелей и назначении методов производства сварочных работ.

В связевых системах ригели работают не только на восприятие вертикальных нагрузок от перекрытий, но и в составе дисков перекрытия на горизонтальные нагрузки от ветра и переломов осей колонн, поэтому в ригелях возникают продольные растягивающие (или сжимающие) усилия. Практикой проектирования установлено, что достаточным для большинства зданий является обеспечение возможности восприятия растягивающих усилий ригелями до 240 кН. В дальнейшем по мере уточнения характера работы ригелей в составе дисков перекрытий и статистической обработки вариантов армирования возможно уменьшение воспринимаемых ригелями продольных растягивающих усилий.

При проектировании подбор и проверку прочности ригелей выполняют сопоставлением расчетных изгибающих моментов и поперечных сил с действующими усилиями. Для проверки ригеля по изгибающим моментам сопоставляют расчетные моменты в сечениях с расчетной эпюрой несущей способности, приведенной для типовых ригелей в соответствующих руководствах.

Проверку ригеля по поперечным силам выполняют сопоставлением расчетных значений опорных поперечных сил с предельными расчетными реакциями, значения которых приводятся в рабочих чертежах изделий. Для ригелей, загруженных вертикальными равномерно распределенными нагрузками, проверка по поперечным силам сводится к сопоставлению действующей нагрузки с унифицированной для данного ригеля. Для определения сосредоточенных нагрузок на полки ригеля, превышающих нагрузки от опорных элементов перекрытия, требуется дополнительная проверка с учетом изложенного выше.

 Ригели для опалубки. РАЗБОРНО-ПЕРЕСТАВНАЯ ИНВЕНТАРНАЯ ОПАЛУБКА

 Р2 - ригель с двумя полками. Ригели высотой 450 мм серии ИИ-04

 Опалубочные ригели. ОПАЛУБОЧНЫЕ РИГЕЛИ ИЗ МЕТАЛЛА

 Каркасные здания. Связи по поясам ферм. Ригели, распорки и ...

 Ригели и балки. Сборка опалубки для бетонирования железобетонных ...

 Монтаж конструкций. Стальные ригели. МОНТАЖ МЕТОДОМ НАДВИЖКИ