Конструирование и расчет стыков ж.б. конструкций

Сборные конструкции зданий, смонтированные из от­дельных элементов, совместно работают под нагрузкой благодаря стыкам и соединениям, обеспечивающим их надежную связь. Стыки и соединения сборных конструк­ций можно классифицировать по функциональному приз­наку (в зависимости от назначения соединяемых элемен­тов) и по расчетно-конструктивному (в зависимости от вида усилий, действующих на них).

По функциональному признаку различают стыки колонн с фундаментами, колонн друг с другом, ригелей с колоннами, узлы опирания подкрановых балок, ферм, балок покрытий на колонны, узлы опирания панелей на ригели и т. п.

По расчетно-конструктивному признаку различают стыки, испытывающие сжатие, например стыки колонны; стыки, испытывающие растяжение, напри­мер стыки растянутого пояса фермы; сты­ки, работающие на изгиб с поперечной силой, например в соединении ригеля с колонной и т. п.

В стыках усилия от одного элемента к другому пере­даются через соединяемую сваркой рабочую арматуру металлические закладные детали, бетон замоноличивания. Правильно запроектированный стык должен обладать прочностью и жест­костью, неизменяемостью взаимного положения соединя­емых элементов и, кроме того, должен быть технологич­ным по изготовлению элементов на заводе и по монтажу на площадке. Конструкции стыков и соединений элемен­тов должны обеспечивать быстрое и устойчивое закрепле­ние в рабочем положении всех монтируемых элементов с помощью несложных устройств (кондукторов и т. п.) без применения специальных строповочных приспособлений.

Стальные закладные детали для предотвращения кор­розии и обеспечения необходимой огнестойкости элемен­тов покрывают защитным слоем цементного раствора по металлической сетке.

Концевые участки сжатых соединяемых элементов (например, концы сборных колонн) усиливают попереч­ными сетками косвенного армирования. При соединении с обрывом продольной рабочей арматуры в зоне стыка усиление поперечными сетками производят по расчету. У концевых участков сборных предварительно напря­женных элементов необходимо предусматривать местное усиление против образования продольных раскалываю­щих трещин при отпуске натяжения арматуры. Для этого устанавливают дополнительную поперечную напрягаемую или ненапрягаемую арматуру с площадью сечения A_s = φP/R_s где φ=0,15 — для напрягаемой арматуры; ф=0,2 — для ненапрягаемой арматуры конструкций, рассчитываемых на выносливость; Р — усилие обжатия с учетом первых потерь; R, — расчетное сопротивле­ние дополнительной арматуры.

Дополнительную поперечную ненапрягаемую армату­ру устанавливают на всю высоту элемента и приварива­ют к опорной закладной детали.

Стыки растянутых элементов выполняют сваркой вы­пусков арматуры или стальных закладных деталей, а в предварительно напряженных конструкциях — пропус­ком через каналы или пазы элементов пучков, канатов или стержневой арматуры с последующим натяжением.

В стыках и соединениях сцепление бетона сборных элементов с бетоном, укладываемым на монтаже (сцеп­ление старого и нового бетона), при соблюдении техно­логических правил производства работ, оказывается достаточно прочным.

Для обетонирования стыков и соединений рекомендуется приме­нять инвентарную опалубку, подачу бетонной смеси или раствора в полости стыков под давлением, электропро­грев для ускорения твердения, целесообразный даже при положительных температурах.

В стыках сварка основных рабочих швов выполняется в нижнем и вертикальном положении. При наложении сварных швов в соединяемой арматуре и стальных за­кладных деталях развивается местная высокая темпера­тура и, следовательно, нагревается окружающий бетон.

Стыки колонн

При стыковании железобетонных колонн количество стыков должно быть минимальным в связи со значительными трудозатрата­ми при их устройстве. С этой целью колонны могут изготавливаться на два или на три этажа. Желательно стыки располагать в наименее напряжённых сечениях (вблизи нулевых точек изгибающих момен­тов), так как сечение по стыку менее прочно и жёстко по сравнению с основным сечением колонны. Обычно для удобства производства работ стык располагают на высоте 0,7 - 0,9 м от уровня перекрытия

При соединении усилия от одного элемента к другому могут передаваться через стыковые рабочие стержни, закладные детали, бетонные или растворные швы или непосредственно через бетонные поверхности стыкуемых колонн. Жесткие стыки сборных колонн на ванной сварке выпусков рабочей продольной арматуры могут иметь центрирующие прокладки в виде стальной пластины заанкеренной в бетоне или приваренной на монтаже к распределительному листу или контактные бетонные выступы.

Ванная сварка стыковых стержней располагается в специ­альных нишах- подрезках, форма которых и размеры определяются диаметром и числом соединяемых стержней. Во всех случаях реко­мендуется суммарную высоту подрезок принимать не менее 30 см и не менее Sd.

Минимальная глубина под­резок определяется необходимостью установки инвентарных сва­рочных форм и условием размещения датчиков ультразвуковою контроля качества сварных швов.

Стыки сборных колонн с малыми эксцентриситетами (е < 0,17h) могут быть выполнены сопряжением торцов колонн через слой цементного раствора с обрывом продольной арматуры (кон­тактные стыки).

Стыки колонн, а также прилегающие элементы, как правило, имеют косвенное расчётное или конструктивное армирование, в зна­чительной степени увеличивающее прочность стыка и элемента в целом. Косвенное армирование может применяться в виде сварных сеток или спиралей.

Жёсткие стыки

Жёсткие стыки передают нормальные и поперечные силы и изгибающие моменты. Жесткие стыки применяются для обеспечения геометрической неизменяемости и жёсткости системы. Широкое распространение имеет экономичный жёсткий стык с ванной свар­кой выпусков продольной арматуры, расположенной в специальных подрезках с последующим их замоноличиванием. После сварки в месте стыка устанавливаются дополнительные сетки или хомуты, а бетон замоноличивания принимается того же класса, что и бетон колонны. Такой стык имеет прочность равную прочности ко­лонны в стадии эксплуатации и минимальный расход металла, по сравнению с друг ими стыками

Передача усилий может происходить помимо арматурных стержней через специальные разделительные прокладки или центри­рующий бетонный выступ. Размеры выступа принимают не более 0,33 размера сечения колонны, а толщину не более 25 мм. Размеры подрезок и их форма определяется количеством и диаметром стерж­ней. Количество сеток косвенного армирования, устанавливаемых в зоне стыка, определяется коэффициентом косвенного армирования, который принимается не менее 1,25%.

Расчёт производят для двух стадий работы стыка: - до замоноличивания; стык рассчитывается как шарнирный;

после замоноличивания; стык рассчитывается как жесткий с косвенным армированием.

Расчёт стыка до замоноличивания (стадии монтажа)

Расчёт жесткого стыка до замоноличивания производится на монтажные нагрузки При этом усилие от нагрузки воспринимается бетонам уступа, усиленного сетчатым армированием, и арматурными выпусками, сваренными ванной сваркой. Бетонный уступ рассчи­тывается на местное смятие с учётом косвенного армирования.

Условие прочности стыка записывается в следующем виде: N≤N₁+N₂

N₁- усилие, воспринимаемое бетоном уступа; N₂ -усилие, воспринимаемое выпусками арматуры.

Расчёт замоноличенных стыков (стадия эксплуатации)

При расчёте замоноличенных стыков симметрично армиро­ванных колонн прямоугольного профиля в стадии эксплуатации до­пускается применять следующие формулы внецентренного сжатия для двутавровых сечении, принимая за h_f - высоту сечения подрезок, а за bf - ширину сечения, приведенного к бетону колонны, по наибо­лее сжатой стороне сечения.

Расчёт прочности стыка в стадии эксплуатации (после замоноличивания)

Поскольку косвенное армирование имеется только в бетоне колонны, расчёт должен производится в соответствии с рекомендациями раздела расчёт стыка до замоноличивания (стадии монтажа) или с учётом бетона замоноличивания, но без учёта косвенного армирования колонны Причём прочность стыка считается обеспеченной, если выполняется хотя бы одно из условий. Для данного примера выполним в учебных целях оба расчёта.

Жёсткий стык с торцовыми листами

Для колонн под тяжёлые нагрузки рекомендуется принимать сварные стыки со стальными торцовыми листами и центрирующей прокладкой. В таких стыках часть продольной арматуры колонн мо­жет привариваться к торцовым листам или просто обрываться.

В стыках с обрывом стержней расчетными являются размеры центрирующей прокладки, размеры сварных швов и параметры кос венного армирования.

В случае если продольная арматура приваривается к вертикальным листам, торцовые листы на монтаже обвариваются по всему контуру и передача усилий осуществляется непосредственно с арматуры на арматуру. Вертикальные листы, привариваемые к торцовым листам, выполняют роль «обоймы», сдерживающей поперечные деформации бетона и увеличивающей ею прочность. При этом на местное смятие расчёт не производится, однако в зоне стыка устанавливаются не менее четырех конструктивных сеток. Такой стык в настоящее время применяется редко, однако его изучение полезно в учебных целях с точки зрения понимания работы подобных узлов и динамики разви­тия технических решений железобетонных конструкций.