Тема 18 Безбалочные перекрытия

1. Безбалочные перекрытия

2.

Сборное безбалочное
перекрытие
Монолитное
безбалочное
перекрытие

3. Области применения:

Здания, где требуются гладкие потолки:
по условиям проветривания (холодильники,
склады для портящихся продуктов, гаражи и пр.);
для помещений с агрессивными средами;
для свободы планировочных решений.

4. Области применения

Пролеты :
6-7 м – бескапительные;
8-10 м – капительные.
Назначение капителей:
Обеспечение жесткого сопряжение плиты с
колонной;
Уменьшение расчетного пролета плиты;
Обеспечение прочности плиты на продавливание.

5. Сборные безбалочные перекрытия

6. Типовая конструкция сборного безбалочного перекрытия с сеткой колонн 6х6 м с использованием плит размером 3х3 м.

1- пролетная плита –
работает на изгиб в двух
направлениях;
2 – межколонная плита –
работает на изгиб как
межколонная балка;
3 – капитель работает на
изгиб как консоль
колонны;

7.

4 – колонна;
5 – закладная деталь;
6 – бетон замоноличивания
Отпирание пяты межколонной плиты на
опорную площадку капители
Отпирание межколонной плиты на капитель
через бетонную шпонку и выпуск арматуры
Отпирание пролетной плиты на
межколонную плиту через бетонную
шпонку и выпуск арматуры
Отпирание капители на колонну через
бетонные шпонки и на стальных накладках

8. Сборное безбалочное перекрытие с ребристыми и пустотными плитами

9. Конструктивное решение сборного безбалочного перекрытия с треугольными в плане плитами

1- плита; 2 – колонна; 3 - стена; 4 – напрягаемая арматура

10. Система «КУБ» (Каркас Унифицированный Безбалочный) Сборный каркас со скрытой капителью

11. Монтажная схема системы «КУБ»

12. Монолитные безбалочные перекрытия

13. Достоинства монолитного безбалочного перекрытия:

снижение
трудозатрат
опалубочных
и
арматурных работ;
возможность
строительства зданий любой
конфигурации в плане;
свободная планировка внутренних помещений;
увеличение полезной высоты помещений;
снижение объемов отделочных работ;
свободная прокладка внутренних коммуникаций;
архитектурная выразительность;

14. Недостатки

Сравнительно большой расход бетона и арматуры;
Нерациональны при прямоугольной сетке колонн, т.к.
вдоль длинной стороны моменты заметно
увеличиваются;
Целесообразны при количестве пролетов не менее 3
Экономичны при небольших пролетах 4-6 м, при
больших пролетах требуется устройство капителей или
контурных балок.

15. Максимально допустимые размеры сетки колонн многоэтажных зданий с безбалочными перекрытиями при учете прогрессирующего

разрушения
При
статическом
нагружении
9х9
При прогрессирующем разрушении
(разрушение колонны 1-го этажа)
при этажности здания
3 эт.
9х9
10 эт.
6,4х6,4
17 эт.
4,5х4,5
30 эт.
3,3х3,3
Результаты получены для колонн сечением 400х400 мм
для перекрытий толщиной 200 мм из бетона В25 при
суммарной статической равномерно распределенной
нагрузке 1100 кгс/м2

16. Схема образования пластических шарниров в монолитном безбалочном перекрытии

При полосовой нагрузке
При сплошном загружении
1 – раскрытие трещин сверху 2 – раскрытие трещин снизу

17. Расчет на полосовую нагрузку

Полосовое нагружение передается только от временной нагрузки

18.

19.

20. Эпюры изгибающих моментов в рядовой ячейке

Расчеты и экспериментальные исследования показывают, что в
перекрытии изгибающие моменты распределяются неравномерно
• максимальные моменты возникают в участках над колоннами
• средние - между колоннами
• минимальные - в пролетных участках

21. К расчету каркаса методом рамных аналогий

Каркас здания с безбалочными перекрытиями рассматривается как
система рам с жесткими узлами, расположенных в двух взаимно
перпендикулярных направлениях.
В монолитной конструкции каждая рама образуется колоннами и
полосой перекрытия, равной по ширине расстоянию между
серединами двух пролетов, прилегающих к соответствующему ряду
колонн.
В сборной конструкции рамы образуются колоннами, капителями и
межколонными плитами. При обеспечении сопряжениями совместной
работы межколонных и пролетных плит, т. е. когда обеспечивается
равенство деформаций элементов вдоль сопряжения, пролетные
плиты могут частично учитываться в работе ригелей рам каркаса. При
этом в работе ригеля учитываются участки пролетных плит шириной,
не превышающей двух толщин пролетных плит.

22. Инструкция ЦНИИПСа 1933 года, авторы А.А.Гвоздев и В.И.Мурашев

Для квадратной панели
балочный момент
M0=1/8 WL(1-2c/3L).
W – суммарная
нагрузка на плиту L –
пролет плиты, с – вылет
капители

23. Схема армирования перекрытия, предложенная ЦНИИПС

План нижней арматуры
План верхней арматуры

24. Зонирование ячейки, по действующим моментам (современный подход):

Надколонный участок
надколонный
участок
зона 1
зона 3
зона 2
Межколонный участок
межколонный
участок
зона 4
зона 5
зона 6
Пролетный участок
пролетный
участок
зона 1 – надколонный участок,
действуют максимальные по
абсолютной величине отрицательные
моменты Мх и Му;
зона 2 – межколонный участок,
действуют относительно небольшие
отрицательные моменты Мх;
зона 3 – межколонный участок,
действуют относительно небольшие
отрицательные моменты Му;
зона 4 – межколонный участок,
действуют максимальные по
абсолютной величине положительные
моменты Мх;
зона 5 – межколонный участок,
действуют максимальные по
абсолютной величине положительные
моменты Му;
зона 6 – пролетный участок,
действуют относительно небольшие
положительные моменты Мх и Му.

25. Значения моментов Mx (кНм/м) от нагрузки q = 1 кН/м2 в конечноэлементной сетке ячейки типового перекрытия размерами 6.0х6.0 м

-5.60
-1.82
-0.05
0.98
1.58
1.86
1.87
1.60
1.01
-1.75
-5.61
0.86
2.5е003
-0.15
-3.58
-1.78
-0.19
0.83
1.44
1.73
1.74
1.46
-1.73
-3.52
-2.24
-1.36
-0.22
0.67
1.26
1.54
1.55
1.27
0.69
-0.20
-1.32
-2.20
-1.41
-0.91
-0.15
0.57
1.09
1.36
1.36
1.10
0.59
-0.13
-0.88
-1.39
-0.93
-0.59
-0.04
0.53
0.98
1.22
1.22
0.98
0.54
-0.03
-0.58
-0.91
-0.70
-0.43
0.02
0.52
0.92
1.14
1.14
0.92
0.52
0.03
-0.43
-0.70
-0.70
-0.43
0.02
0.52
0.92
1.14
1.14
0.92
0.52
0.03
-0.43
-0.70
-0.91
-0.58
-0.03
0.54
0.98
1.22
1.22
0.98
0.53
-0.04
-0.59
-0.93
-1.39
-0.88
-0.13
0.59
1.10
1.36
1.36
1.09
0.57
-0.15
-0.91
-1.41
-2.20
-1.32
-0.20
0.69
1.27
1.55
1.54
1.26
0.67
-0.22
-1.36
-2.24
-3.52
-1.73
-0.15
0.86
1.46
1.74
1.73
1.44
0.83
-0.19
-1.78
-3.58
-5.60
-1.75
2.24е- 1.01
003
1.60
1.87
1.86
1.58
0.98
-0.05
-1.82
-5.60

26.

Схемы армирования
рядовой ячейки по
участкам
Схема нижнего армирования
Схема верхнего армирования

27. Пример армирования

28.

АРМИРОВАНИЕ МОНОЛИТНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ
На расположенную над опорой плиту действуют
отрицательные изгибающие моменты. Поэтому
армирующая сетка размещается в обоих направлениях в
верхней части плиты.
Между капителями, в пролетах, возникают
положительные моменты, в межколонной полосе
арматуру размещают внизу и вверху в обоих
направлениях.
Для восприятия изгибающих пролетных моментов
применяют армирующие сетки, размещаемые в нижней
части плиты.
На опорах пролетных полос поперек линии, соединяющей
колонны действуют отрицательные опорные моменты,
поэтому армирующие стержни размещаются в верхней
части плиты в поперечном направлении.

29. Армирования плит на практике

На практике плиты безбалочных перекрытий армируют как у нижней
грани, так и у верхней грани по всей площади перекрытия, что вызвано
обеспечением прочности при прогрессирующем обрушении,
необходимостью восприятия неучтенных расчетом усилий и деформаций
– усадочных, температурных, а также технологическим соображениями –
упрощением укладки арматуры и возможностью передвижения
монтажников по перекрытию.
Имеются две схемы армирования:
Схема 1. устанавливают: нижнюю арматуру одинаковой по всей площади
рассматриваемой конструкции в соответствии с максимальными
значениями усилий в пролете плиты; основную верхнюю арматуру
принимают такой же, как и нижнюю, а у колонн и стен устанавливают
дополнительную верхнюю арматуру, которая в сумме с основной должна
воспринимать опорные усилия в плите. При такой схеме повышается
расход арматуры, но упрощается схема армирования.
Схема 2. Для сокращения расхода арматуры устанавливают по всей
площади плиты нижнюю и верхнюю арматуру (фоновую), отвечающую
минимальному проценту армирования, а на участках, где действующие
усилия превышают усилия, воспринимаемые этой арматурой,
устанавливают дополнительную арматуру, в сумме с вышеуказанной
арматурой, воспринимающей действующие на этих участках усилия. Такая
схема приводит к более сложному армированию перекрытий,
требующему тщательного контроля арматурных работ.

30. Плоское перекрытие со «скрытыми» ригелями

31. Армирование перекрытия со скрытым ригелем пролетом 6,6 м

Верхняя арматура
Нижняя арматура

32. Расход стали на 1 м2

33. Расчет на продавливание по СП52-101-2003

My
Mx
F
1,
Fb ,ult Fsw,ult M bx ,ult M sw, x ,ult M by ,ult M sw, y ,ult

34.

35. Вариант армирования на продавливание

36. Конструктивные требования к поперечной арматуре в зоне продавливания

Поперечную арматуру в плитах в зоне продавливания в
направлении, перпендикулярном сторонам расчетного
контура, устанавливают с шагом не более (1/3)h0 и не
более 300 мм. Стержни, ближайшие к контуру грузовой
площади, располагают не ближе (1/3)h0 и не далее (1/2)h0
от этого контура. При этом ширина зоны постановки
поперечной арматуры (от контура грузовой площади)
должна быть не менее (1/5)h0 .
Расстояния между стержнями поперечной арматуры в
направлении, параллельном сторонам расчетного контура,
принимают не более 1/4 длины соответствующей стороны
расчетного контура (¼)a и (¼)b

37.

Монолитный безбалочный
безкапительный железобетонный каркас

38. Капительные перекрытия

39.

Примеры армирования плит
Расход стали
обычно колеблится
от 12 до 95 кг

40.

Характер изменения внутренних усилий
13т
218т
4.89т
Эпюра N
0.4тм
0.5т
10.3т
24т
398т
1.58тм
4.5т
0.8т
Эпюра Qz
0.5т
Эпюра My

41. 140 кг

42. 168 кг

43. Сборно-монолитные плоские перекрытия

44. Особенности сборно-монолитных перекрытий

Представляют собой объединение сборных изделий с
монолитным армированным или неармированным
бетоном.
Сочетают преимущества индустриальных сборных
конструкций - скоростной монтаж с жесткостью
монолита – в стадии эксплуатации рассчитываются как
монолитные системы. Во многих случаях монолитный
бетон укладывается без опалубки.
Объем монолитного бетона составляет 30…70%.

45. Общие преимущества СМД

По сравнению с КПД:
сократить расход металла в 1,5–2 раза;
бетона в 1,3–1,5 раза
большая свобода планировки квартир;
многовариантность проектов строительства домов, особенно по
этажности.
По сравнению с монолитным домостроением
большая скорость строительства — 200–400 кв. м в сутки
(бригада из пяти человек монтирует перекрытия каркаса с
темпом 300 кв. м в смену);
монтаж каркаса из деталей заводской готовности снимает
проблемы климатической зависимости, присущие строительству
в монолитном исполнении;
снижение расхода железобетона.

46. Конструктивные особенности

Сборные элементы могут быть предварительно
напряженные или не напрягаемые, специально
запроектированные или типовые.
Надежная связь между сборным и монолитным бетоном
обеспечивается за счет устройства в сборных элементах:
выпусков арматуры;
шпонок;
шероховатостей на поверхности;
продольных выступов
Неразрезность перекрытий достигается укладкой опорной
арматуры в монолитном бетоне.
Класс монолитного бетона принимается В20…25. для
сборных конструкций могут применяться бетоны высоких
классов.

47. Особенности расчета

Расчет конструкций перекрытий выполняется для двух
стадий:
Переходной - до приобретения монолитным бетоном
прочности - сборных элементов от собственного веса,
веса монолитного бетона и монтажных воздействий;
Установившейся - после приобретения монолитным
бетоном прочности – как единые монолитные
конструкции, на все эксплуатационные нагрузки.
Сборные изделия оставляемой опалубки рассчитываются
на прочность при изготовлении, перевозке, монтаже.
Выполняется расчет прочности по поверхности контакта
сборного и монолитного бетона на сдвиг.

48.

сборная плита скорлупа без
внешнего армирования
сборная плита скорлупа с
Схема армирования сборновнешним армированием
монолитной плиты, защемленной по
контуру
СВ — сетка верхнего армирования, ПС — плита-скорлупа.
1 — монтажная петля, 2 — петлевые выпуски

49. Сборно-монолитное перекрытие серии Б1.020.1-7 АРКОС

50.

Общий вид - сборно-монолитного каркаса
«АРКОС»
Балконная
консоль
многопустотные
плиты
Отличительная
особенность системы
– сборные
многопустотные
плиты опираются на
монолитные ригели
сбоку – через
бетонные шпонки,
образованные в
пустотах плит
Бетонные шпонки
Несущие монолитные
ригели
Связевые
монолитные
ригели

51. Основные компоненты «АРКОС»

колонны 40х40
плиты перекрытий

52. Четыре этапа монтажа каркаса «АРКОС»

1. Монтаж сборных колонн
2. Установка опалубки ригеля и
опорных стоек
3. Раскладка сборных плит и
арматуры ригеля
4. Заливка ригеля бетоном

53. Конструктивное решение зданий серии Б1.020.1-7

Перекрытия плоские.
Ригели скрытые монолитные.
Колонны прямоугольного или иного поперечного сечения
сборные или монолитные.
Плиты перекрытий - сборные многопустотные
традиционные типовые с высотой сечения 22 см. Допускается
применение плит с иной высотой сечения
Размеры сетки колонн изменяются в широком диапазоне до
7,20 м. Шаг колонн вдоль обеих осей может быть различный.
Наружные стены - поэтажно опертые или навесные на
каркас.
При высоте здания до 5 этажей включительно, каркас может
быть выполнен рамным. В зданиях большей высоты каркас
выполняется связевым или рамно-связевым.

54. Сопряжение плит перекрытия с ригелями

Сборные многопустотные плиты имеют по обоим торцам полости,
открытые на фиксированную глубину 100±20мм. При бетонировании
монолитных ригелей в открытых торцевых полостях плит образуются
бетонные шпонки, посредством которых плиты опираются на ригели.
Кроме бетонных шпонок сопряжение торцов типовых плит с несущими
ригелями осуществляется на выпусках продольной рабочей арматуры
длиной 150±10 мм или с размещением стержней поперек ригелей в
межплитных швах понизу у стыков плит.
Плиты объединены между собой по боковым сторонам межплитными
бетонными швами. Вдоль боковых сторон плиты замоноличены
продольными связевыми ригелями, или уширенными межплитными
швами.

55. Конструкции плоского стыка сборных колонн с торцевыми пластинами

На уровне диска перекрытия
Вне диска перекрытия
1 - колонна; 2 – стальной лист; 3 – диск
перекрытия; 4 - соединительные шпильки;
5 – крепежные гайки; 6 – юстировочные
гайки; 7 – ниши; 8 – стальные уголки ∟90х6;
9 – отверстие под шпильку; 10 – слой
высокопрочного песчаного бетона
I - колонны; 2 - рабочая арматура колонн; 3 сварные сетки; 4 – анкерные стержни; 5 торцовые стальные листы; 6 - соединительные
шпильки; 7 - крепежные гайки; 8 - юстировочные
гайки; 9 - ниши; 10 - стальные уголки; II центрирующая прокладка; 12 - стальная полоса
окаймления стыкового зазора
На концевых участках у стыков колонны имеют косвенное армирование в виде сварных
сеток , а на торцах - поперечные стальные листы толщиной 6...12 мм с анкерными
стержнями. К торцовым листам на сварке по углам колонны образуя ниши прикреплены
отрезки уголков ∟90х6 на высоту 100 мм, на анкерах. Колонны стыкуют на
соединительных шпильках 4 (диаметром 22..40 мм). Все ниши колонн зачеканивают
высокопрочным раствором.

56. Стык монолитных колонн

Предусмотрены два
варианта стыков
сопряжения в уровнях
дисков перекрытий:
а - рабочая арматура
колонн выполнена с
изгибом;
б - рабочая арматура
колонн выполнена
прямолинейной;
В пределах длины анкеровки
Ian и длины участка отгиба
арматуры 4 предусмотрено
учащенное размещение
поперечной арматуры, в
виде хомутов 7 или
поперечных сварных сеток
8.

57. Несущий ригель

Несущие ригели выполняются монолитными.
Несущие ригели выполняют прямоугольного или
таврового поперечного сечения. Полки тавровых
несущих ригелей размещают в стяжке пола над
многопустотными плитами.
Ригели пропущены сквозными на всю длину и ширину
здания, а в пределах каждой ячейки каркаса в плане
образуют замкнутую монолитную железобетонную
раму, жестко сопряженную по углам с колоннами.
Монолитный ригель может быть предварительно
напряженным без сцепления с бетоном.
Крайний ригель может выступать снизу перекрытия
Ригель таврового сечения

58. Вертикальные диафрагмы жесткости (ВДЖ)

Выполняются в трех возможных вариантах:
сборные, с полным применением типовых элементов
полносборного каркаса серии 1.020.-1/87, применяются
при наличии базы стройиндустрии;
монолитные двух видов: а) с прикреплением плоских
арматурных сеток в пределах пролета сборных колонн и их
закладным деталям и последующим бетонированием
стены в объемно-переставной опалубке, б) с
образованием замкнутого в плане ядра жесткости;
сборно-монолитные, сочетающие в каждой стенке как
плоские сборные элементы, так и по месту вертикальные
монолитные доборные железобетонные полосы, жестко
соединенные по кромкам со сборными элементами.

59. Испытание перекрытия системы «АРКОС»

Испытания показали, что несущая способность бетонных шпонок
достаточно для восприятия расчетных нагрузок

60. Система «АРКОС» в Якутске

61. Сборно

Общий
вид
здания
системы
«Аркос»

62. Выпуски арматуры из пустотных плит

Арматура
монолитного ригеля

63. Устройство опалубки и телескопических стоек

64. Конструкция стыка сборных колонн

65. Каркас Унифицированный Безригельный - КУБ КУБ-1 (1962 г.), КУБ-2.5 (1990 г.), ЦНИИЭПжилища, Москва

66.

Состоит из колонн квадратного сечения 400х400,
расположенных преимущественно по сетке 6 х 6 м, и плоских
плит с унифицированными размерами 3 х 3 м, толщиной 160
мм. Размер плит принят из условия расположения стыков в
зоне минимальных изгибающих усилий. Вдоль крайних осей
плиты приняты размером 1,8 х 3 м.
Плиты – надколонные, межколонные и пролетные.
Система КУБ представляет
собой рамный (рамно-связевый)
сборно-монолитный каркас с
гладким потолком (скрытая
капитель).
Пространственная жесткость
обеспечена монолитной связью
элементов (перекрытий и
колонн) и, при необходимости,
включением в систему связей
или диафрагм.

67. Сопряжение плиты с колонной в системе КУБ

68. Стык колонн

Стык колонн предусмотрен в
уровне перекрытий путем
приварки арматурных выпусков с
омоноличиванием.
Для центрирования применен
штепсельный стык.
Арматурные выпуски соединены на
ванной сварке
1 — колонна 400 х 400 мм,
Для связи с надколонной плитой
предусмотрена ниша для
бетонирования
2 — надколонная плита,
3 — приваренный к
обечайке
плит соединительный уголок,
4 — бетон мелкозернистый

69.

Петлевой стык по периметру панелей перекрытия (стык Г. П. Передерия) : а
— стык панелей перекрытия до бетонирования; б — то же, после
замоноличивания
Петлевой стык надколонных и
межколонных плит не воспринимает
изгибающие усилия, возникающие в нем
при неуравновешенной временной
нагрузке на плиты в период
эксплуатации здания.
Это может привести к
трещинообразованию в
стыке.