РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТИВНАЯ ЧАСТЬ
В данном разделе дипломного проекта выполнен расчёт монолитного перекрытия. Перекрытие состоит из монолитной железобетонной плиты, бетонируемой по СПН (стальному профилированному настилу), который, после набора бетоном заданной прочности, используется в качестве внешней арматуры. Плита опирается на стальные прогоны, а также на кирпичные стены (через железобетонные опорные подушки). При опирании плиты на стальные прогоны их совместную работу обеспечивают стальные анкеры (рисунок 3.1). В этом случае прогоны рассчитывают как комбинированные балки.
Рисунок 3.1 - Конструкция монолитного перекрытия по СПН с вертикальными стержневыми анкерами
1 - монолитный бетон; 2 - арматурная сетка; 3 - стальной профилированный настил; 4 - вертикальный анкер; 5 – прогон
Стальной профилированный настил, используемый в качестве арматуры плиты, должен иметь надежное сцепление с бетоном, что обеспечивается выштампованными при прокате рифами, образующими шпонки на его гранях, и специальными анкерными устройствами.
В качестве анкерных устройств применяются вертикальные стержневые анкеры из арматурной стали, привариваемые в процессе монтажа через лист настила к верхней полке стального прогона (рисунок 3.1).
Расстояние от анкера до края СПН и грани прогона должно быть не менее 1,5 d (где d - диаметр анкера), а между осями анкеров в одном гофре - не менее 70 мм.
Приварка вертикальных анкеров производится в соответствии с требованиями «Рекомендаций по технологии приварки в тавр под флюсом стержней и оцинкованного профилированного настила к стальным конструкциям»Стыки листов стального профилированного настила по длине следует выполнять на прогонах впритык, без нахлестки.
По ширине листы стыкуют путем нахлестки боковых граней СПН, соединяя их между собой комбинированными заклепками с шагом не более 600 мм (ОСТ 34-14-017-78, ТУ 67-74-75).
При совместной работе плиты и балки, что имеет место при устройстве анкеров проектируют «комбинированную балку», сечение которой состоит из стального прогона и связанной с ним посредством анкеров, монолитной железобетонной плиты с внешней арматурой из стального профилированного настила.
Расчет комбинированной балки
Дано: комбинированная балка, состоящая из монолитной железобетонной плиты с внешней арматурой из стального профилированного настила марки Н75-750-0,8по ГОСТ 24045-94(R n=220 МПа, А n=8,8 см2). Плита опирается на стальные прогоны. Совместная работа плиты с прогонами обеспечивается вертикальными стержневыми анкерами. Шаг прогонов i равен 150 см.
Плита: бетон класса В20 (R b=11,5·0,85=9,78 МПа; R bt=0,9 МПа; E b=27·103 МПа), высота полки плиты h f=5 см.
Прогон: двутавр №35Ш1 (h sg=35 см; b sg= b’ sg=15,5 см; δ =0,6 см; δ sg= δ’ sg=1,05 см; A sg=54 см2; I sg=11600 см4; R sg=230 МПа; E sg=2,1·105 МПа; i sg=600 см).
Вертикальные стержневые анкеры, из горячекатаной арматурной стали класса A400, d=14 мм; A an=1,539 см2. В одном гофре плиты приварены два анкера. R sa=375 МПа, шаг анкеров u =16,86 см, расстояние между анкерами в одном гофре a o=7 см, h a=13 см.
Сбор нагрузок приведен в таблице 3.1.
Таблица 3.1 – Сбор нагрузок на комбинированную балку
| Нагрузка | Нормативная нагрузка кг/м2 | Коэффициент по нагрузке | Расчетная нагрузка кг/м2 |
| Постоянная: 1.Собственный вес керамогранитного пола, δ = 10 мм (ρ = 2200кг/м3) 2. Собственный вес цементно-песчаной стяжки δ = 20 мм (ρ = 2200 кг/м3) 3. Собственный вес монолитного железобетона 4. Собственный вес стальных балок (двутавр №35Ш1, шаг 1,5м) 75,1/1,5 | 50,1 | 1.2 1.3 1.2 1,2 | 28,8 60,12 |
| Итого | 418,1 | 505,9 | |
| Временная (торговые залы, по табл. 3 СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия») | 1.2 | ||
| Полная нагрузка | 818,1 | 985,9 |
Расчетная нагрузка 985,9 кг/м2 = 0,985 Н/см2; погонная, при шаге балок 150 см:
0,985∙150 ≈ 148 Н/см.
3.1.1 Определение продольной силы T в сечениях, нормальных к продольным осям прогона и полки плиты, и сдвигающего усилия T 1, приходящегося на наиболее напряженную крайнюю анкерную связь
Определяем максимальный изгибающий момент в пролете комбинированной балки:
M span= qi 2/8=(148·6002)/8=6660кН·см.
Ширину полки комбинированной балки b h согласно указаниям п. 3.16 СНиП 2.03.01-84 принимаем равной 200 см.
Находим по формуле продольную силу T:
T = vM span k t/[ γ (E sg I sg+ E b I rs)].
Здесь v - расстояние между центром тяжести прогона и полки плиты, равное:
v = h f/2+ h n+ h sg/2=5/2+7,5+35/2=27,5см;
I rs=(b b h 3f)/12=(200·53)/12=2083см4;
γ =1/(E sg A sg)+1/(E b A rs)+ v 2/(E sg I sg+ E b I rs)=
=1/(2,1·105·54)+1/(27·103·200·7)+27,52/(2,1·105·11600+27·103·5717)=
=0,040·10-51/(МПа·см2),
где A rs - площадь полки плиты, см2.
Значение k t находим по таблице 4 «Рекомендаций по проектированию монолитных железобетонных перекрытий со стальным профилированным настилом». Оно зависит от λi
Величину λ вычисляем по формуле:
где ε w - погонный коэффициент жесткости, равный:
ε w= ε a n an/ u.
Коэффициент жесткости вертикального анкера на сдвиг определяем по формуле
ε a= k a dE b=0,13·1,4·0,27·105=0,049·105 МПа·см2.
Следовательно,
ε w=(0,049·105·2)/16,86=0,0058·105 МПа,
откуда
λi =0,016·600=9,6.
Значение коэффициента k t по таблице 4 «Рекомендаций по проектированию монолитных железобетонных перекрытий со стальным профилированным настилом» принимается равным 0,914. Таким образом, продольная сдвигающая сила Т составляет:
Т= 27,5·6660·0,914/[0,040·10-5·2,1·105·11600+ 27·103·5717)]=108,44кН.
Определяем сдвигающее усилие Т 1, приходящееся на крайнюю анкерную связь.
Опорная реакция R = qi /2 = (148·600)/2=44,4кН.
В зависимости от λi по таблице 4 находим значение коэффициента k τ=0,79.
Сдвигающее усилие T 1 рассчитываем по формуле:
T 1= vRuk τ/[ γ (E sg I sg+ E b I rs)]=
=27,5·127,56·16,86·0,79/[0,040·10-5(2,1·105·11600+27·103·5717)]≈41кН.