I. Конструирование каркаса

1. Конструируют каркас балки в соответствии с требованиями п. 5.27 СНиП 2.03.01-83*: в балках и плитах шаг поперечных стер­жней принимают:

• на приопорных участках (рис. 1):

а) при h ≤ 450 мм шаг поперечных стержней на приопорном участке s — не более h /2 и не более 150 мм;

б) при h > 450 мм шаг поперечных стержней на приопорном участке s — не более h/ 3и не более 500 мм;

• на остальной части пролета:

в) при высоте сечения элемента h > 300 мм устанавливается поперечная арматура с шагом s ≤ 3/4 h и не более 500 мм;

г) при высоте сечения элемента h ≤ 300 мм поперечные стерж­ни в середине пролета можно не ставить;

д) в сплошных плитах независимо от высоты, в многопустот­ных плитах высотой свыше 300 мм и в балочных конструкциях высотой менее 150 мм допускается поперечную арматуру не уста­навливать, но прочность при этом должна быть проверена расче­том.

Рис. 1

Пример 1. На железобетонную балку действует изгибающий момент М = 150 кН ∙ м. Определить требуемую площадь продоль­ной рабочей арматуры и произвести конструирование сечения балки. Приняты следующие материалы: бетон тяжелый класса В30; коэффициент условия работы γ _{b 2} = 0,9; продольная рабочая арма тура класса А-III; для поперечной арматуры принят класс Вр-I; монтажная арматура класса А-III. Сечение балки − см. рис. 2.

Рис. 2

Решение.

1.Определяем расчетную призменную прочность бетона R_b = 17,0 МПа (табл. 2.6).

2. Определяем расчетное сопротивление арматуры; для диамет­ров от 10 до 40 мм

R_S = 365 МПа = 36,5 кН/см² (табл. 2.8).

3. Задаемся величиной а − расстоянием от центра тяжести ар­матуры до крайнего растянутого волокна бетона (величину а мож­но принимать 3−4 см при однорядном расположении стержней в каркасе и больше при двухрядном), принимаем а = 4 см.

4. Определяем рабочую высоту балки h ₀: h ₀ = h − а = 50 − 4 = 46 см;

5. Находим значение коэффициента A ₀:

A ₀ = 0,232 < A _{0 R} = 0,413 (см. табл. 7.6); коэффициент A ₀ меньше граничного значения, следовательно, изменять сечение балки не требуется.

6. По табл. 7.5 находим значение коэффициентов ξ, ή ближай­шее значение коэффициента А ₀ в таблице равно 0,236, по нему определяем значения коэффициентов: ξ = 0,27; ή = 0,865.

7. Находим требуемую площадь арматуры:

8. Задаемся количеством стержней рабочей арматуры. При кон­струировании балки разрешено ставить стержни в один или в два ряда по высоте каркаса, при ширине балки 200 мм можно уста­новить два или три каркаса в сечении; соответственно количество рабочих продольных стержней может быть 2, 3, 4 или 6 (рис. 3).

Рис. 3

По расчету требуемая площадь сечения арматуры A_s =10,33 см², рассмотрим варианты армирования (см. сортамент арматуры, Приложение 3):

• принимаем 2 стержня рабочей продольной арматуры и опре­деляем их диаметр (находим большее ближайшее значение пло­щади − 12,32 см², этой площади соответствуют 2 стержня диамет­ром 28 мм);

• для 3-х стержней (3Ø22, А-III, As = 11,40 см²);

• для 4-х стержней (4Ø20, А-III, As = 12,56 см²);

• для 6 стержней (6Ø16, А-III, As = 12,06 см²).

Из возможных вариантов армирования наиболее оптимальным с точки зрения расхода арматуры является вариант с тремя стер­жнями (меньше всего площадь сечения арматуры). Принимаем армирование: 3 стержня, Ø22, А-III, A_s =11,40 см².

9. Проверяем процент армирования μ:

Процент армирования больше минимального, равного 0,05%;

10. Определяем требуемую площадь сечения монтажных стер­жней: A'_s = 0,1 A_S = 0,1 ∙ 11,4 = 1,14 см² (по сортаменту арматуры бли­жайшее значение площади соответствует диаметру 7 мм, но такая арматура выпускается только классов В-II и Вр-II, которые не применяются в качестве ненапрягаемой арматуры), в качестве монтажной продольной арматуры принимаем 3Ø8 А-III, A'_s = 1,51 см².

11. Определяем диаметр поперечных стержней d_SW. Из условия свариваемости арматуры d_SW≥ 0,25 d_S = 0,25 ∙ 22 = 5,5 мм, следова­тельно, к продольной рабочей арматуре Ø22 мм можно приварить стержень Ø6 мм. Так как арматурная проволока Вр-I выпускает­ся диаметрами 3, 4, 5 мм, а нам необходим Ø6 мм, принимаем поперечную арматуру класса А-III, площадь сечения поперечной арматуры А_SW =0,86 см² (площадь сечения 3-х поперечных стерж­ней Ø6 мм, находящихся в сечении балки, рис. 4).

12. Определяем защитный слой бетона (который назначается больше диаметра стержня и не менее 20 мм при высоте балки боль­ше 250 мм), принимаем а_b = 25 мм > d_s =22 мм.

13. Окончательно конструируем сечение элемента, см. рис. 4.

Рис. 4

Вывод. Для армирования сечения балки принимаем: рабочую продольную арматуру 3Ø22 А-III; монтажную продольную арма­туру 3Ø8 А-III; поперечную арматуру Ø6 А-III.