Компоновка конструктивной схемы перекрытия
Расчет монолитных ребристых перекрытий с балочными плитами
Работа №1. Компоновка и расчет балочных плит.
Цель работы: овладение навыками компоновки и статистического и конструктивного расчета балочных плит при строительстве зданий и сооружений.
Исходные данные: длина в осях - L; ширина в осях - B; временная длительно действующая нагрузка, кН/м2; временная кратковременная нагрузка кН/м2.
Задание: Для строительства здания (сооружения) с заданными размерами необходимо произвести компоновку перекрытия и произвести статический и конструктивный расчет балочных плит.
Компоновка конструктивной схемы перекрытия
Монолитное ребристое перекрытие проектируется для здания, в котором наружные несущие стены и внутренние столбы выполняются из кирпича.
Ребристое железобетонное перекрытие состоит из монолитно связанных между собой плиты, второстепенных и главных балок. Второстепенные балки могут опираться на монолитно связанные с ними главные балки и стены; главные балки – на колонны и стены. Считается, что нагрузка от плиты передается в виде сосредоточенных сил – на главные, затем от главных балок на колонны, фундаменты и грунты основания.
В данной работе предусмотрена компоновка перекрытия и расчет балочных плит.
Сущность конструкции монолитного ребристого перекрытия в том, что бетон в целях экономии удален из растянутой зоны сечений, где сохранены лишь ребра, в которых сконцентрирована растянутая арматура. Полка ребер — плита — работает на местный изгиб по пролету, равному расстоянию между второстепенными балками.
Для компоновки перекрытия необходимо выбрать схему расположения главных балок (вдоль или поперек здания), назначить величину пролетов главных второстепенных балок, количество второстепенных балок в пролетах между опорами главных балок. При этом следует учесть, что второстепенные балки размещают перпендикулярно главным так, чтобы ось одной из балок совпадала с осью колонны.
Схема перекрытия с трехпролетной главной балкой, расположенной вдоль здания, и двумя второстепенными балками в каждом пролете между опорами главной балки изображена на рисунке 1.
Рис. 1 Схема перекрытия с трехпролетной главной балкой, расположенной вдоль здания, и двумя второстепенными балками в каждом пролете между опорами главной балки
Главные балки можно располагать в продольном или поперечном направлении здания с пролетом 6—8 м. Второстепенные балки размещают так, чтобы ось одной из балок совпала с осью колонны. Пролет второстепенных балок может составлять 5—7 м, плит в коротком направлении (между осями второстепенных балок) 1,7—2,7 м.
На практике, для заданных размеров перекрываемого помещения, как правило, проводят расчет нескольких вариантов схем балочной клетки и выбирают тот вариант, где расход материалов будет наименьшим.
По экономическим соображениям, толщина плиты толщина плиты также выбирается наименьшей, но не менее 50 мм – для междуэтажных перекрытий жилых и общественных зданий и 60 мм – для междуэтажных перекрытий производственных зданий. При значительных нагрузках может потребоваться увеличить толщину плиты до 8-10 см.
С учетом выбранной толщины плиты, высота поперечного сечения для главных балок обычно составляет 
пролета; для второстепенных балок 
пролета.
Для того, чтобы унифицировать опалубные фермы и армирование, высоту сечения балок принимают:
· кратной 50 мм – при 
мм;
· кратной 100 мм – при 
мм;
· кратные 200 мм – при 
;
· далее кратные 300 мм (1500; 1800) и далее.
Ширину сечения балок принимают равной 
, а именно 100, 120, 150, 200, 220, 250 и далее, кратной 50 мм, из них предпочтительнее размеры 150, 200 и далее, кратные 100 мм.
Размерами плит и балок предварительно задаются (с учетом рекомендаций) для сбора нагрузок, а окончательные размеры уточняют в процессе расчетов.
Статический расчет плит
В зависимости от отношения сторон опорного контура, плиты в составе перекрытия могут быть балочными и опертыми по контуру.
Плиты считаются балочными при отношении длинной стороны к короткой 
. В этом случае величина момента в коротком направлении в 10-20 раз превышает момент в длинном направлении, что позволяет при расчете таких плит пренебречь изгибающими моментами в длинном направлении и рассчитывать в одном (коротком) направлении. Рабочая арматура в балочных плитах предусматривается в коротком направлении, а распределительная – в длинном.
Плиты считаются опертыми по контуру при отношении сторон 
. Эти плиты работают на изгиб в двух направлениях с перекрестной рабочей арматурой.
Название «балочные плиты» вошло в обиход потому, что для расчета балочной плиты в плане перекрытия перпендикулярно к осям второстепенных балок условно выделяют полосу шириной 1 м, которую рассчитывают как многопролетную статически неопределимую балку. Опорами этой балки служат второстепенные балки и торцевые стены здания (см. рис 1).
На условную полосу действует нагрузка, которую принимают в виде равномерно распределенной по длине интенсивностью 
. В расчетах учитывают постоянную, временную, а также нагрузку от собственного веса плиты.
Значения расчетных нагрузок получают путем умножения нормативных нагрузок на коэффициент перегрузок 
, которые рекомендуются нормами.
Для удобства значения нагрузок рекомендуется записывать в табличной форме (табл. 1).
Таблица 1*.
Расчетные нагрузки.
| Наименование нагрузки | Нормативная нагрузка, кН/м | Коэффициент перегрузки,
| Расчетная нагрузка, кН/м |
Постоянная нагрузка
а) от собственного веса плиты,
б) по заданию,
| 1,1 1,1 | ||
Временная нагрузка (по заданию),
| 
| 1,2 | 
|
| Итого: | 
| 
|
*В таблице: плотность железобетона 
т/м3; толщину плиты 
- принимают в метрах; нагрузки 
, 
- принимают в Н/м2.
Для определения нагрузки от собственного веса толщину плиты принимают в соответствии с рекомендациями, описанными в первом разделе расчетной работы.
За величину средних расчетных пролетов 
принимают расстояние в свету между второстепенными балками. Для крайних пролетов при опирании плиты на стены за величину расчетных пролетов 
принимают расстояние от грани ребра второстепенной балки до оси опоры плиты на стену (рисунок 2):
(м); 
(м) (1.1)
где 
- расстояние межу осями второстепенных балок, м
- ширина ребра второстепенной балки, м
- глубина опирания плиты на стену, м
Рис. 2. Поперечный разрез 1-1
В соответствии с ранее приведенными рекомендациями необходимо так же задаться размерами поперечного сечения второстепенной балки.
Расчетные изгибающие моменты в неразрезных балочных плитах с равными или отличающимися не более чем на 20% пролетами определяют с учетом перераспределения моментов за счет пластической работы материала и при этом создают равномерную на опорах и в пролетах систему.
Для крайних пролетов 
и над первой промежуточной опорой 
моменты принимают одинаковыми и равными
(кН 
м) (1.2)
Для средних пролетов и над средними опорами
(кН м) (1.3)