Учет совместной работы элементов здания
Расчетная схема каркасного здания предполагает, что несущие элементы перекрытия - сборные плиты и ригели при вертикальных нагрузках работают в основном по плитно-балочной схеме независимо друг от друга. В действительности предусмотренные конструктивные мероприятия - устройство шпонок и омоноличивание швов, сварка закладных деталей оказывают влияние на совместное их деформирование под нагрузкой. Учитывать их влияние на несущую способность при неконтролируемом устройстве сопряжений плит с ригелями и, по существу, многократными и переменными по величине нагрузками довольно рискованно. А учитывать влияние на параметры, определяемые по второй группе предельных состояний - тре- щиностойкость и жесткость, вполне правомерно .
При этом снижается вероятность хрупкого разрушения бетона ригеля и достижение предела прочности конструкции происходит по достижению предела текучести рабочей арматуры.
При учете влияния сборного перекрытия на работу ригеля следует рассмотреть историю нагружения ригеля. Большая часть постоянной нагрузки прикладывается по стандартной схеме, практически без пространственного взаимодействия - это нагрузка от собственного веса ригеля и плит перекрытия. Часть постоянной нагрузки добавляется после омоноличивания швов - установка перегородок и устройство пола. Вся временная нагрузка воспринимается ригелем и вовлекаемой частью сборного перекрытия.
Фрагмент перекрытия из сборных многопустотных плит показан на рис. ниже, а. На рис. ниже, б также показана деформированная схема ригеля с перекрытием. Эта схема позволяет предположить, что ригель после качественного омоноличивания межплитных и торцевых швов имеет уже составное сечение (рис. ниже), которое состоит из собственно ригеля таврового сечения с полкой в растянутой зоне и части перекрытия, воспринимающей сжимающие напряжения.
Деформации верхней поверхности полок передаются за счет сил трения и зацепления опорным зонам плит перекрытия в поперечном направлении (по отношению к плитам). Это могут быть как сжимающие, так и растягивающие деформации - в зависимости от положения нейтральной оси в сечении ригеля. Как правило, нейтральная ось проходит выше уровня верха полок ригеля. Следовательно, плиты будут воспринимать растягивающие напряжения в поперечном направлении по линии опирания. Соответственно плиты сдерживают развитие деформации в сечении ригеля и добавляют сжатую зону, тем самым включаясь в совместную работу (рис. ниже).
Фрагмент сборного перекрытия из многопустотных плит (а) и деформированная схема ригеля и плит от вертикальной нагрузки (б)
Составное сечение системы ригель-перекрытие при учете их совместной работы
Схема деформирования ригеля и плит перекрытий
При определении жесткости приведенного сечения до появления трещин в растянутой зоне ригеля в расчет принимаются полное приведенное сечение ригеля и сжатая часть плит перекрытия B/Uj, участвующая в деформировании. Растянутая часть в плитах перекрытия не принимается в расчет, поскольку швы растяжению практически не сопротивляются и само усилие растяжения может передаваться плитам только через силы трения.
Момент образования трещин, в случае если они образуются только при полной нагрузке,
Мсгс = Rbt,serWred + PejP
где Wred - момент сопротивления приведенного составного сечения для крайнего растянутого волокна; е]Р - расстояние от точки приложения усилия предварительного обжатия Р до ядровой точки, наиболее удаленной от растянутой зоны, трещиностойкость которой проверяется.
Момент сопротивления и расстояние от центра тяжести до ядровой точки приведенного составного сечения определяется
Wred= Jred / y1,c ; rc= Wred / Ared,c
Момент инерции составного сечения
Jred,с = JR + Jpαp +Js+J’s
здесь JP - момент инерции сжатой части сечения плит перекрытия, образующейся в результате взаимодействия с ригелем относительно центра тяжести составного сечения; аР =Ebp,red/Eb - коэффициент приведения бетона плит перекрытия и продольных межплитных швов к бетону ригеля.
Приведенный модуль упругости бетона плит перекрытия и продольных межплитных швов определится по зависимости (в предположении, что ширина плит перекрытия и продольных швов одинаковая)
Ebp,red=LpEpEjt/(npbpEjt+njtbjtEp)
где Ер и Еjt - модули упругости бетона плит перекрытия и продольных межплитных швов; пР и njt - количество плит перекрытия и продольных швов в рассматриваемом пролете; ЬР - пролет ригеля.
Площадь приведенного составного сечения
Ared,c=AbR+Abpαp+Asα+ A’sα
Размеры площади дополнительного сечения, возникающего вследствие совместной работы плит перекрытия и ригеля, определится из конструктивных требований для размера свесов полок тавровых сечений. Принимая, что высота дополнительной сжатой зоны составит: для пустотных плит - минимальная толщина между пустотами и верхней поверхностью плиты (при h =
Жесткость составного сечения после образования трещин в растянутой зоне ригеля определяется в соответствии с требованиями нормативных документов. Момент инерции приведенного составного сечения определяется относительно его центра тяжести с учетом составной площади только сжатой части бетона и арматуры.