лек.№6

ТЕМА №1. СОВРЕМЕННЫЕ НЕСУЩИЕ СИСТЕМЫ ЗДАНИЙ
ЛЕКЦИЯ №6
Несущие системы зданий и сооружений с использованием
сборно-монолитного железобетона
1. Общая характеристика. Примеры использования. Достоинства и недостатки.
Работа кафедры в этом направлении.
2. Особенности расчета. Сведения о теории составных стержней, области
применения, определение жесткости поперечных и сдвиговых связей. Класс
конструкций, рассчитываемых по теории. Особенности статической работы
конструкций. Выводы о работе сборно-монолитной конструкции, как
составной системы.
3. Расчет сборно-монолитных конструкций по действующим СНиП и
пособию.
Литература
4. Проектирование железобетонных сборно-монолитных конструкций.
Справочное пособие к СНиП 2.03.01-84.
5. СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без
предварительного напряжения арматуры.
6. СП 63.133300.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные
положения.
Сборно-монолитные конструкции представляют собой рациональное сочетание
сборного элемента неполного поперечного сечения и монолитного бетона,
укладываемого на месте эксплуатации и дополняющего сечение до расчетного.
Основные преимущества:
• Создание повышенной пространственной жесткости здания за счет
замоноличивания узлов и сопряжений;
• Возможность использования ограниченной номенклатуры сборных
элементов упрощенной конструкции;
• Сокращение расходов на создание базы стройиндустрии, сокращение
инвестиционного цикла.
Недостатки:
• Наличие мокрого процесса на строительной площадке, что ограничивает
производство работ в зимнее время.
• Медленный набор прочности бетона при использовании традиционных
вяжущих.
Оба недостатка могут быть сняты за счет обогрева и использования
быстротвердеющих цементов.
Классификация сечений сборно-монолитных конструкций
Решение покрытий и покрытий зданий
Решение фундаментов
Решения стыков конструкций
К оценке прочности контактных стыков по теории проф. А.Р.Ржаницына
  Òñm/Ã,
Тс – сдвигающее усилие на 1 связь;
M – число связей на единицу длины шва;
Г – деформации взаимного сдвига смежных
волокон двух соседних стержней.
  Sñm/Ý,
S – усилие (+ или -), приходящееся на 1 связь;
m – число связей на единицу длины шва;
Э – поперечные деформации взаимного сдвига соседних
слоев
Разновидности контактных стыков
Статический расчет несущей системы здания с использованием сборномонолитного железобетона
Принципиальная схема расчетной конечно-элементной модели сборномонолитного каркаса серии Б1.020.1-7:
а - конструкция каркаса;
б – расчетная модель каркаса;
1 – колонны; 2 – монолитные ригели; 3 – сборные многопустотные плиты;
Конечные элементы:
4, 5 – 3D стержни, моделирующие колонны и ригели соответственно;
6– элементы плоской оболочки, моделирующие многопустотные плиты;
7 – связевые элементы (3D стержни);
А – В – типы сопряжений элементов (таблица 1)
Примечание. Буквы R и Т в последней колонке таблицы обозначают
вращательные вокруг соответствующей оси (X, Y) и линейные вдоль указанной
оси (X, Y, Z) степени свободы.
Фрагмент на 1 этаж расчетной модели каркаса 17-этажного жилого дома по
ул.Октябрьской в г.Белгороде
Изгибаемые элементы
Прямоугольные сечения
Сечение элемента
1 - сборный элемент; 2 - монолитный бетон
Расчет прямоугольных сечений с арматурой, сосредоточенной у растянутой
и сжатой граней сборно-монолитного элемента при   x / h0   R (  R определяют
по формуле (25) СНиП 2.03.01-84), производят в зависимости от положения
границы сжатой зоны:
а) если соблюдается условие
Rs As  Rb 2 (h  h1 )b  Rsc As' ,
(2)
расчет производят, как для элемента, выполненного из бетона одного класса (в
данном случае монолитного), из условия
M  Rb 2bx(h0  0,5 x)  Rsc As' (h0  a ' ).
(3)
При этом высоту сжатой зоны x определяют по формуле
Rs As  Rsc As'  Rb 2bx,
(4)
Если x0, прочность проверяется из условия
M  Rs As (h0  a ' ),
Если высота сжатой зоны, определенная с учетом половины сжатой арматуры
x
Rs As  0,5Rsc As'
 a' ,
Rb 2b
расчетную несущую способность сечения можно несколько увеличить, производя
расчет по формулам (3) и (4) без учета сжатой арматуры As' ;
б) если условие (2) не соблюдается, т. е. x>h-h1 (см. рис. 3), расчет производят с
учетом различного бетона в сжатой зоне элемента из условия
(5)
M  Rb 2bx(h0  0,5 x)  ( Rb1  Rb 2 ) x1b1 (h01  0,5 x1 )  Rsc As' (h0  a ' ),
где x1=x-h+h1.
Высоту сжатой зоны x определяют по формуле
(6)
Rs As  Rsc As'  Rb 2bx  ( Rb1  Rb 2 )( x  h  h1 )b1 ,
или
x
Rs As  Rsc As'  ( Rb1  Rb 2 )(h  h1 )b1
,
Rb1b1  Rb 2b2
(7)
2.8. Расчет сечения, представленного на рис. 4, производят из условия
M  ( Rb1b1  Rb 2b2 ) x(h0  0,5 x)  Rsc As' (h0  a ' ),
(8)
где
x  ( Rs As  Rsc As' ) /( Rb1b1  Rb 2b2 ),
(9)
Сечения с полкой в сжатой зоне
Расчет сечений, имеющих полку в сжатой зоне при   x / h0   R производят в
зависимости от положения границы сжатой зоны:
а) если граница проходит в полке в пределах бетона омоноличивания, т.е.
соблюдается условие
Rs As  Rb 2b'f (h  h1 )  Rsc As' ,
(10)
расчет производят как для элемента прямоугольного сечения шириной b 'f ,
выполненного из бетона одного класса (монолитного), согласно указаниям п. 2.7а;
б) если граница сжатой зоны проходит в полке и пересекает участок из другого
бетона, т. е. соблюдаются условия и x>h-h1
Rs As  Rb 2b'f h'f  ( Rb1  Rb 2 )(h'f  h  h1 )b1  Rsc As' ,
расчет производят как для элементов прямоугольного сечения шириной b 'f
согласно указаниям п. 2.7 б;
Сечение элемента
1 - сборный элемент; 2 - монолитный бетон
(11)
Сечение элемента
1 - сборный элемент; 2 - монолитный бетон
в) если граница проходит в ребре (см. рис. 5), т.е. условие (11) не соблюдается,
расчет производят из условия
M  Rb 2 (b 'f  b)h 'f (h0  0,5h 'f )  Rb 2bx(h0  0,5 x) 
(12)
 ( Rb1  Rb 2 ) x1b1 (h01  0,5 x1 )  Rsc As' (h0  a ' ),
где x1=x-h+h1.
Высоту сжатой зоны x определяют по формуле
Rs As  Rsc As'  Rb 2 (b'f  b)h'f  Rb 2bx  ( Rb1  Rb 2 )( x  h  h1 )b1 ,
(13)
или
x
Rs As  Rsc As'  Rb1 (h  h1 )b1  Rb 2 [(h 'f (b 'f  b)  b1 (h  h1 )]
Rb1b1  Rb 2b2
,
(14)
При проверке условий (10) и (11) для элементов с высокопрочной арматурой
значения коэффициента условий работы арматуры s6 определяют по формуле
(27) п. 3.13 СНиП 2.03.01-84 соответственно при   (h  h1 ) / h0 и   h'f / h0 .
Тавровое сечение с полкой из монолитного бетона рассчитывают в зависимости
от положения границы сжатой зоны:
Сечение элемента
1 - сборный элемент; 2 - монолитный бетон
а) если граница сжатой зоны проходит в полке, т.е. соблюдается условие
Rs As  Rb 2b'f h'f  Rsc As' ,
(15)
расчет производят как для элементов прямоугольного сечения шириной b 'f ,
выполненных из одного бетона (монолитного), в соответствии с указаниями п.
2.7а;
при проверке условия (15) для элементов с высокопрочной арматурой значения
коэффициента условий работы арматуры s6 определяют при   h'f / h0 .
б) если граница сжатой зоны проходит в ребре (см. рис. 6), т.е. условие (15) не
соблюдается, расчет производят из условия
M  R b h (h0  0,5h )  Rb1b( x  h )(h01 
'
b2 f
'
f
x
'
f
'
f
Rs As  Rsc As'  Rb 2b 'f h 'f  Rb1bh 'f
Rb1b
x  h'f
2
,
)  Rsc As' (h0  a ' ),
(16)
(17)
Расчет таврового сечения с полкой сборного элемента и из монолитного бетона
производят из условий:
а) если граница сжатой зоны проходит в полке из монолитного бетона, т.е.
Rs As  Rb 2b'f h'f 2 ,
(18)
расчет производят как для элемента прямоугольного сечения шириной b 'f ,
выполненного из одного бетона (монолитного), в соответствии с указаниями п.
2.7а, принимая As'  0 ;
б) если граница сжатой зоны проходит в полке сборного элемента, т.е. условие
(18) не удовлетворяется и
Rs As  Rb 2b'f h'f 2  Rb1b'f h'f 1  Rsc As' ,
(19)
расчет производят как для элементов прямоугольного сечения шириной b 'f с
учетом бетона разных классов

x  h'f 2 
' '
'
'
'
M  Rb1b 'f ( x  h 'f 2 )  h01 
  Rb 2b f h f 2 (h0  0,5h f 2 )  Rsc As (h01  a1 ),

2 

(20)
Высоту сжатой зоны определяют по формуле
Rs As  Rsc As'  Rb 2b'f h'f 2  Rb1b'f x,
(21)
или
x
Rs As  Rsc As'  Rb 2b'f h'f 2
Rb1b'f
(22)
,
принимая во внимание указания п. 2.7а по учету арматуры As' .
При проверке условий (18) и (19) для элементов с высокопрочной арматурой
значения s6 определяют соответственно при   h'f 2 / h0 и   h'f / h0 ;
в) если условие (19) не соблюдается, т.е. граница сжатой зоны проходит в ребре,
расчет производят из условия
M  Rb1b'f h'f 1 (h0  0,5h'f 1 )  Rb 2b'f h'f 2 (h0  0,5h'f 2 ) 

x  h'f
 Rb1b( x  h'f )  h01 

2


'
'
  Rsc As (h01  a1 ),

(23)
Высоту сжатой зоны x определяют по формуле
Rs As  Rsc As'  Rb1b'f h'f 1  Rb 2b'f h'f 2  Rb1b( x  h'f ),
(24)
или
x
Rs As  Rsc As'  Rb1 (b 'f h 'f 1  bh 'f )  Rb 2b 'f h 'f 2
Rb1b
,
(25)
Сечение элемента
1 - сборный элемент; 2 - монолитный бетон
Расчет по прочности изгибаемых элементов при   x / h0   R производят в
соответствии с пп. 3.17, 3.28 СНиП 2.03.01-84, принимая во внимание указания
пп. 2.3, 2.4, 2.7 - 2.11 настоящего Пособия об учете бетонов разного класса.
К оценке прочности по сечениям, наклонных к продольной оси
изгибаемых элементов
Расположение наклонных сечений при схеме расчета
а - по рабочей высоте сборного элемента; б - по рабочей высоте сборномонолитного элемента; 1 - сборный элемент; 2 - монолитный бетон
Расчет элементов сборно-монолитных конструкций по наклонным сечениям
производят для обеспечения прочности на действие поперечной силы по
наклонной полосе между наклонными трещинами; поперечной силы по
наклонной трещине; изгибающего момента по наклонной трещине.
Расчет по прочности наклонных сечений производят в зависимости от
конструктивного решения сборно-монолитного элемента. Для расчета по
наклонным сечениям сборно-монолитные конструкции разделяются на два
основных типа:
Типы сборно-монолитных конструкций
а - тип 1; б - тип 2; 1 - сборный элемент; 2 - монолитный бетон
1-й тип - сечение сборно-монолитного элемента по высоте состоит из бетона
сборного элемента и монолитного бетона (а);
2-й тип - сечение по ширине состоит из бетона сборного элемента и монолитного
бетона (б).
Расчет сборно-монолитных элементов по наклонным сечениям производят при
одинаковых расчетных усилиях два раза (по двум схемам расчета):
а) для конструкций 1-го типа:
по рабочей высоте и прочности бетона сборного элемента h01, Rb1, Rbt1;
по рабочей высоте сборно-монолитного элемента h0 и прочности монолитного
бетона Rb2, Rbt2;
б) для конструкций 2-го типа:
по рабочей высоте сборного элемента h01 с учетом ширины участков сечения,
состоящих из бетона сборного элемента и монолитного бетона с соответствующей
прочностью b1, Rb1, Rbt1, b2, Rb2, Rbt2;
по рабочей высоте и ширине сборно-монолитного элемента h0, b и прочности
монолитного бетона Rb2, Rbt2.
Из указанных выше двойных расчетов принимают наиболее благоприятный
результат (более высокую несущую способность).
Расчет элементов на действие поперечной силы для обеспечения прочности
по наклонной полосе между наклонными трещинами производят с учетом
указаний п. 2.20 из условия
Q  Qb ,com ,
где Q - поперечная сила от внешней нагрузки, принимаемая в нормальном
сечении на расстоянии не менее h0 от опоры;
Qb,com - поперечная сила, воспринимаемая сжатой наклонной полосой между
трещинами, определяемая в зависимости от типа сборно-монолитной
конструкции (тип 1 и тип 2) и схемы расчета (по рабочей высоте сборного
элемента или по рабочей высоте сборно-монолитного элемента).
Расчет элементов на действие поперечной силы для обеспечения прочности
по наклонной трещине при постоянной высоте сечения по длине элемента и
поперечном армировании в виде хомутов, нормальных к продольной оси элемента
(рис. 14), производят с учетом указаний п. 2.20 из условия
Q  Qb  Qsw ,
(44)
где Q - поперечная сила от внешней нагрузки, расположенной по одну сторону от
рассматриваемого сечения; при нагрузке, действующей по верхней грани
элемента, допускается принимать значение Q в наиболее удаленном от опоры
конце наклонного сечения;
Qb - поперечное усилие, воспринимаемое бетоном;
Qsw - поперечное усилие, воспринимаемое поперечной арматурой в наклонной
трещине.
Значение поперечной силы Qb определяют по формуле
Qb  M b / c,
(45)
но принимают не менее Qb,min,
где c - длина проекции наклонного сечения на продольную ось элемента,
определяемая как расстояние от вершины наклонной трещины до опоры;
Mb и Qb,min - характеристики усилий, воспринимаемых бетоном в наклонном
сечении, определяемые в зависимости от типа сборно-монолитной конструкции
(тип 1 и тип 2) и схемы расчета (по рабочей высоте сборного элемента и по
рабочей высоте сборно-монолитного элемента.
Значение поперечной силы Qsw определяют по формуле
Qsw  qswc0 ,
(46)
где qsw - усилие в поперечных стержнях на единицу длины элемента,
определяемое по формуле
qsw   Rsw Asw  / s,
(47)
c0 - длина проекции наклонной трещины на продольную ось элемента,
определяемая по формуле
c0  M b / qsw ,
(48)
но не более 2h01 или 2h0 (в зависимости от схемы расчета) и не менее
соответственно h01 или h0, а также не более c, если c0>c.
Для сборно-монолитной конструкции 1-го типа значения Mb и Qb,min принимают
равными:
при расчете по рабочей высоте сборного элемента
M b  b 2 (1  п ) Rbt1bh012 ,
Qb , min  b 3 (1  п ) Rbt1bh01 ,
(49)
(50)
при расчете по рабочей высоте сборно-монолитного элемента
M b  b 2 (1   f ) Rbt 2bh02 ,
Qb , min  b 3 (1   f ) Rbt 2bh0 ,
(51)
(52)