Войти  |  Регистрация
Авторизация
» » Однопоясные покрытия с железобетонными плитами

Однопоясные покрытия с железобетонными плитами


К специфическим преимуществам покрытий с применением железобетона относится их большая жесткость по сравнению с оболочками металлическими, большая огнестойкость и меньшие эксплуатационные расходы, а к недостаткам — большой собственный вес, приводящий к повышенному расходу материалов на поддерживающую покрытие конструкцию.
Покрытие обычно состоит из плоских сборных керамзитобетонных или ребристых железобетонных плит заводского изготовления, уложенных на основные арматурные стержни, замоноличенные и предварительно-напряженные в процессе монтажа покрытия. Криволинейную поверхность из плоских сборных плит образуют швы замоноличивания.
В качестве высокопрочной арматуры в висячих оболочках чаще всего применяются стальные канаты и тросы. Они более удобны, чем другая высокопрочная арматура, применяющаяся для предварительно-напряженного железобетона, так как очень компактны, воспринимают большие усилия и изготавливаются большой длины, не требующей промежуточных стыков.
Некоторые однопоясные покрытия с применением железобетонных плит показаны на рис. 14.1—14.4.
Примеры покрытий отражают главные формы поверхности применяющихся висячих однопоясных покрытий.
Компоновка и работа покрытий

В цилиндрических покрытиях (рис. 14.1) и в арматурные стержни, закрепленные в опорной конструкции, расположены параллельно короткой стороне здания. На них уложены прямоугольные плоские железобетонные плиты одного типоразмера для всего покрытия, в дальнейшем замоноличиваемые. Расстояние между стержнями арматуры определяется их несущей способностью и в свою очередь влияет на толщину железобетонной плиты, работающей на изгиб от внешней нагрузки с пролетом, равным расстоянию между стержнями. Чем больше расстояние между стержнями, тем выше должны быть несущая способность стержня и толщина плиты. В существующих покрытиях это расстояние 1,5—3 м и более.
Однопоясные покрытия с железобетонными плитами

Кривая провеса стержней, в соответствии с приходящейся на них нагрузкой, принимается в виде квадратной параболы по формуле (13.9). Для обеспечения стока воды с покрытия стрелки провеса стержней делают несколько меньше к середине здания и больше к торцам здания.
Для прямоугольных покрытий весьма важен выбор наилучшей опорной конструкции.
В круглых вогнутых покрытиях, имеющих форму параболоида вращения (рис. 14.2), тросы расположены по радиусам на одинаковых расстояниях. Одним концом они прикреплены к железобетонному наружному опорному кольцу, а другим — к внутреннему металлическому кольцу. На расходящиеся от центра покрытия тросы уложены трапециевидные плоские железобетонные плиты, в дальнейшем замоноличиваемые. В отличие от цилиндрических покрытий, все плиты одного сектора между соседними тросами будут разных размеров, но повторяемость секторов достаточно большая (в приведенных примерах она составляет 80—85 раз), что делает целесообразным изготовление этих плит заводским способом. Расстояние между тросами по периметру покрытия, подобно цилиндрическим покрытиям, определяется несущей способностью тросов и железобетонных плит; целесообразно принимать его кратным шагу колонн, поддерживающих покрытие.
Однопоясные покрытия с железобетонными плитами

Кривая провеса тросов в соответствии с приходящейся на них нагрузкой принимается в виде кубической параболы по формуле (13.10). Диаметр внутреннего металлического кольца назначается обычно исходя из удобства закрепления в нем тросов (по 35—50 см по длине кольца на один трос) 6—12 м. Круглое наружное опорное железобетонное кольцо, как известно, — наиболее экономичная и простая опорная конструкция висячих покрытий и это определило наибольшее ее распространение. Однако в этом покрытии затруднено устройство внутреннего водостока из внутренней части покрытия.
Однопоясные покрытия с железобетонными плитами

В шатровых покрытиях (рис. 14.3) тросы также расходятся по радиусам от центра покрытия и по ним уложены плоские трапециевидные железобетонные плиты, которые в последующем замоноличиваются. Расстояние между тросами, размеры плит и способ их изготовления определяются также, как и в круглых вогнутых покрытиях.
Кривая провеса тросов в соответствии с приходящейся на них нагрузкой принимается в виде кубической параболы по формуле (13.11).
Однако работа шатрового покрытия отличается от работы вогнутого круглого покрытия тем, что в шатровом покрытии значительная часть нагрузки передается через среднюю стойку и лежащее на ней металлическое кольцо. Среднее металлическое кольцо шатрового покрытия, помимо горизонтальных растягивающих его сил, воспринимает также и вертикальные усилия от покрытия, причем вертикальные усилия составляют значительную часть всей вертикальной нагрузки на покрытие (а иногда даже и превышают ее).
Таким образом, металлическое кольцо является главной опорой всего покрытия, поэтому его конструкция и работа будут сильно отличаться от среднего кольца провисающего покрытия.
В свою очередь металлическое кольцо опирается на центральную железобетонную опору в виде толстостенной трубы большого диаметра или куста отдельных стоек, связанных по высоте ригелями.
Шатровое покрытие может быть скомпоновано в двух вариантах. При желании иметь наружный водосток параметры покрытия (см. рис. 13.8, г) должны удовлетворять уравнению
Однопоясные покрытия с железобетонными плитами

В этом случае наружное опорное железобетонное кольцо будет испытывать от тяжения покрытия, помимо горизонтальной составляющей, сжимающей кольцо, вертикальную составляющую, направленную снизу вверх и отрывающую кольцо от колонн. Такая сила, противоречащая обычным представлениям о взаимодействии покрытия с колоннами, требует специальных креплений кольца к колонне и колонны к фундаменту.
При устройстве водостока из провисающей части покрытия можно понизить высоту средней опоры и увеличить стрелу провеса покрытия, что выгодно, но усложняет устройство водоотвода.
Однопоясные покрытия с железобетонными плитами

Для покрытий (рис. 14.4), имеющих форму поверхности в виде гиперболического параболоида, более сложных, но и более жестких, чем рассмотренные ранее, характерно расположение тросов в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Выбор поверхности в виде гиперболического параболоида, сокращенно гипара, имеющего уравнение поверхности
Однопоясные покрытия с железобетонными плитами

объясняется ее особыми свойствами. Тросы, имеющие провес вниз, обычно называют несущими, а перпендикулярные им и имеющие провес вверх — стабилизирующими или натягивающими. Таким образом, арматура, натянутая на опорную конструкцию, образует сетку с равными квадратными или прямоугольными ячейками, в которые укладывают плоские железобетонные плиты и замоноличивают покрытие. Благодаря выбору поверхности в форме гипара все тросы одного направления одинакового сечения, так как усилия в них от равномерной нагрузки на покрытие равны. Равенство сечений тросов и размеров плит (кроме плит, примыкающих, к опорной конструкции) создает благоприятные условия для унификации и индустриальности заводского изготовления главных элементов покрытия. Расстояния между тросами и толщина плит покрытия, так же как и в ранее рассмотренных покрытиях, определяются их несущей способностью.
Кривые провеса тросов в соответствии с формой покрытия и приходящейся на них нагрузкой принимаются по квадратной параболе по формуле (13.9). Более сложным, чем для рассмотренных ранее покрытий, является устройство опорной конструкции. Она обычно делается в виде железобетонного пространственного замкнутого кольца или двух наклонных, пересекающихся в основании арок. Пространственное очертание кольца объясняется необходимостью вписать его в поверхность гипара. Несоблюдение этого условия нарушает работу гипара и, следовательно, те предпосылки, которые были приняты при выборе поверхности покрытия. Естественно, что сложная конфигурация кольца усложняет изготовление покрытия.
Важным обстоятельством для выбора вида покрытия является его деформативность.
Кинематический анализ форм поверхности покрытий показывает, что цилиндрические покрытия и покрытия с поверхностью вращения положительной гауссовой кривизны (рис. 14.1, 14.2) соответствуют изменяемым системам и кинематические перемещения в них под действием неравновесных нагрузок могут быть уменьшены собственным весом покрытия и их изгибной жесткостью. Две другие формы поверхности покрытий, показанные на рис. 14.3, 14.4, имеют отрицательную гауссовую кривизну, могут быть отнесены к системам мгновенножестким, т. е. внутренне стабилизированным, и значительно меньше страдают от возможных кинематических перемещений. Благоприятную роль для стабилизации покрытий имеет и сравнительно большой собственный вес железобетонных покрытий, составляющий обычно более 1 кН/м2 покрытия.
Уменьшение стрелы провеса несущих тросов также уменьшает кинематические перемещения. Уменьшая стрелу провеса тросов покрытия с целью его стабилизации, мы увеличиваем усилия в них и, следовательно, увеличиваются их сечения и сечения опорных конструкций покрытия. Кроме того, с уменьшением стрелы провеса увеличиваются упругие прогибы покрытия, что несколько снижает эффективность этого способа стабилизации покрытия. Поэтому для покрытий, внутренне стабилизированных формой покрытия (см. рис. 14.3 и 14.4), целесообразно принимать большую величину стрелы провеса тросов, например 1/10—1/15 пролета, а для покрытий, не имеющих внутренней стабилизации формой покрытия — меньшую, например 1/17—1/25 пролета. Наилучшее сочетание формы и парам покрытия при заданных постоянной и временной нагрузках может быть найдено только вариантным проектированием. Для превращения покрытия в железобетонную оболочку, работающую на растяжение, покрытие должно быть предварительно напряжено.
Предварительное напряжение оболочки увеличивает ее жесткость и наряду с другими факторами является одним из важных путей стабилизации покрытия.
Предварительное напряжение должно быть назначено таким, чтобы после учета усадки, ползучести бетона и релаксации арматуры при полном нагружении покрытия постоянной и временной нагрузкой в бетоне покрытия оставалось небольшое сжатие, препятствующее раскрытию трещин в оболочке.
Возведение оболочки начинается с устройства опорных конструкций, на которые навешиваются тросы со средним металлическим кольцом (для круглых покрытий). По навешанным тросам концентрическими кругами от краев к середине укладывают плиты покрытия. Этот порядок раскладки плит необходим для поддержания равенства усилий во всех тросах при монтаже, так как только при равенстве усилий в тросах в наружном опорном кольце не будут возникать изгибающие его моменты. После укладки плит производят напряжение и замоноличивание сооружаемой оболочки.
В настоящее время известно четыре способа напряжения оболочек, и выбирать способ надо в зависимости от местных условий.
Оболочка, показанная на рис. 14.1, напрягалась пригрузом стержней специально подвешенной к ним нагрузкой (путем подвешивания специальных платформ с балластом), которая вызывала в них усилия полного предварительного напряжения и соответствующие удлинения. После пригруза осуществляется замоноличивание швов между сборными плитами, выдержка для набора бетоном замоноличивания необходимой прочности и освобождение теперь уже монолитной железобетонной оболочки от пригруза. Освободившись от дополнительной нагрузки, арматурные стержни стремятся принять свою первоначальную длину, но этому препятствует бетон замоноличенных швов и происходит обжатие бетона оболочки арматурой.
Этот способ неоднократно применялся для предварительного напряжения оболочек разных видов и форм. Необходимость перемещения больших масс балласта является крупным недостатком этого способа напряжения оболочек. Для цилиндрических покрытий этот способ вызывает обжатие оболочки лишь в одном, правда, главном рабочем направлении. В перпендикулярном направлении, вдоль образующей цилиндра, оболочка остается ненапряженной и при ее работе вследствие поперечных укорочений растянутых элементов могут возникнуть трещины, перпендикулярные образующей цилиндра.
Второй способ напряжения применялся при возведении оболочки, показанной на рис. 14.2 и 14.5. При этом способе после укладки всех плит на тросы замоноличивали все кольцевые швы. После набора ими необходимой прочности натягивали тросы домкратами, находящимися на монтажной башне, поддерживающей среднее кольцо. Натяжение вели одновременно несколькими домкратами, расположенными симметрично относительно центра покрытия, чтобы в наружном опорном кольце не возникали большие изгибающие моменты от неравномерного тяжения тросов. Натяжение тросов до проектного усилия приходилось осуществлять в несколько приемов, так как натяжение последующих тросов изменяло усилие в ранее натянутых. Натянув все тросы до проектных усилий и, следовательно, обжав бетон плит покрытия, тросы закрепляли в среднем кольце и замоноличивали радиальные швы между плитами.
Третий способ напряжения оболочки применялся при сооружении покрытия, показанного на рис. 14.3. Здесь все швы между плитами заполняли расширяющимся бетоном, который при твердении обжимал плиты покрытия и превращал его в монолитную оболочку. Преимущество этого метода — простота и возможность обжатия оболочки во всех направлениях.
К недостаткам метода относится трудность контроля величины обжатия оболочки.
Четвертый способ напряжения оболочки применялся при сооружении покрытия, показанного на рис. 14.4. При этом способе навешанная на опорную конструкцию сетка из арматуры, прикрепленная специальными оттяжками к полу, натягивалась до проектных усилий домкратами до укладки плит. После натяжения арматуры на нее укладывались плиты, замоноличивались швы между ними и в таком положении оболочка выдерживалась до твердения бетона. После набора бетоном необходимой прочности оболочку освобождали от оттяжек, притягивающих ее к полу и создающих ее пригруз. Освободившись от дополнительной нагрузки, арматура обжимала бетон. К преимуществам этого способа напряжения надо отнести обжатие оболочки в двух взаимно перпендикулярных направлениях, а к недостаткам — его сложность.
Расчет покрытий

Подбор сечений арматуры и опорного наружного и среднего кольца покрытия производится по усилиям, возникающим в них во время предварительного напряжения покрытия. В это время вес бетонных плит является лишь частью нагрузки на напрягаемые арматурные стержни, так как бетон замоноличивания еще не затвердел, покрытие как оболочка работать не может и всю нагрузку воспринимает только арматура. Усилия в арматуре и, следовательно, в кольцах в это время максимальны.
Усилия в несущих арматурных стержнях можно определять по формулам (13.16) и (13.20) расчета гибкой нити. В этих формулах за постоянную нагрузку g принимается равномерно распределенный по покрытию вес плит и арматуры, а за временную р — равномерно распределенная по покрытию нагрузка пригруза или нагрузка, соответствующая предварительному напряжению стержня, собранные с площади между соседними несущими стержнями. По найденным усилиям в стержнях подбирают их сечения и сечения колец. При этом площадь сечения кольца должна удовлетворять наибольшей нормальной силе в кольце, что бывает при полном равномерном загружении покрытия всеми расчетными нагрузками. Изгибная жесткость кольца должна удовлетворять изгибающим моментам, появляющимся в нем в процессе монтажа покрытия (например, при натяжении тросов домкратами) или при его эксплуатации, при неравномерном загружении покрытия.
Определение изгибающих моментов и нормальных сил в кольцах по приведенным выше формулам в готовой оболочке, монолитно связанной с кольцами, дает несколько преувеличенные значения усилий, так как совместная пространственная работа оболочки с кольцами уменьшает воздействие оболочки на кольца в результате сдвигающих усилий в оболочке.
Конструктивное оформление

Конструктивное оформление состоит в выборе типов сечений отдельных конструктивных элементов и решении узлов сопряжений.
На рис. 14.5, а представлено сопряжение сборных плит оболочки с несущей арматурой при предварительном напряжении оболочки пригрузом или расширяющимся бетоном. В этом случае плиты выпусками арматуры укладывают на стержни основной несущей арматуры оболочки (обычно тросы) и после осуществления пригруза швы между плитами замоноличивают бетоном.
Однопоясные покрытия с железобетонными плитами

На рис. 14.5,б представлено сопряжение плит с тросами при напряжении оболочки натяжением тросов домкратами. В этом случае плиты опираются на тросы через специальные консоли, выпущенные из плит, обеспечивающие свободу деформации плит относительно тросов и меридиональные швы между плитами замоноличиваются после натяжения тросов на бетон. Кольцевые швы между плитами армируют вспомогательной кольцевой арматурой и замоноличивают отдельными кусками до натяжения тросов, создавая монолитные бетонные секторы для передачи усилий натяжения тросов на бетон.
Средние растянутые кольца круглых покрытий чаще всего выполняются в виде сварных сечений из прокатной стали, часто повышенной прочности.
На рис. 14.6, а показан фрагмент сечения среднего кольца провисающего покрытия и прикрепление к нему несущих тросов. Сечение кольца состоит из двух горизонтально расположенных сварных швеллеров, соединенных планками. Тяжение троса на кольцо передается через вилкообразные шайбы, вставляемые между кольцом и концевым стаканом троса. Меняя число вилкообразных шайб, можно регулировать длину троса при его натяжении домкратом во время предварительного напряжения покрытия.
На рис. 14.6, б, в показаны фрагменты средних колец шатровых покрытий. Эти кольца, в отличие от предыдущих, воспринимают горизонтальную и вертикальную составляющую тяжения тросов и передают ее на среднюю опору покрытия. Для больших покрытий, с большим числом несущих тросов диаметр среднего кольца большой и его удобнее делать по рис. 14.6, б; для покрытий небольших — среднее кольцо можно делать по рис. 14.6, в.
Однопоясные покрытия с железобетонными плитами

Наружные опорные кольца, сжатые тяжением тросов покрытия, обычно делают железобетонными, сборно-монолитными. Для покрытий небольших размеров кольца имеют сплошное прямоугольное сечение с большими размерами в плоскости покрытия. Для больших покрытий размеры колец становятся также достаточно большими и сборные элементы кольца сплошного сечения были бы весьма тяжелы. Поэтому для них элементы кольца делают в виде железобетонной коробки, служащей одновременно опалубкой кольца, включенной в его работу (см. рис. 14.7). Эти коробчатые элементы устанавливают на колонны, в них на монтаже закрепляют тросы покрытия, укладывают дополнительную арматуру кольца для его работы на изгиб и кольцо бетонируют. Одновременно бетонируют стыки элементов кольца.
Однопоясные покрытия с железобетонными плитами

Сечения колец большей частью наклонены к горизонту с тем, чтобы подходящие к кольцу тросы были параллельны длинной стороне сечения кольца. Во избежание кручения кольца важно центр его сечения совместить с точкой пересечения осей тросов с осью колонн. Длина сборного элемента кольца обычно бывает равна расстоянию между колоннами (тогда стык элементов осуществляют на колонне) или удвоенному расстоянию между колоннами (тогда стык элементов делают между колоннами, см. рис. 14.7). Крепления тросов к кольцу необходимо размещать так, чтобы они не попадали на стыки колец.
Опорные кольца, кроме осевого сжатия (иногда с изгибом в плоскости оболочки из-за неравномерного тяжения тросов), работают также и на вертикальный изгиб, как неразрезные балки, опирающиеся на колонны и нагруженные собственным весом и вертикальной составляющей тросов.
Добавлено Serxio 16-02-2016, 18:03 Просмотров: 1 069
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent