В данной работе, с целью выявления эффективности использования сталежелезобетонной плиты, произведен расчет двух вариантов перекрытия: железобетонной плиты по профилированному настилу, армированной гибкой стержневой арматурой, и сталежелезобетонной плиты, армированной профилированным настилом с выштамповками и гибкой стержневой арматурой. В качестве показателя эффективности исследовалась материалоемкость.

Ключевые слова: профилированный настил, выштамповки, сталежелезобетон, железобетон, стержневая арматура.

Объектом для данного исследования послужила этажерка производственного комплекса, расположенного в Тобольске нефтехимического комбината «ЗапСибНефтехим». Уровень ответственности сооружения — I (повышенный). Нормативная временная нагрузка на перекрытие .

Расчет перекрытия производился по двухпролетной неразрезной схеме для участка балочной клетки, приведенного на рисунке 1.а. Расчетная схема перекрытия и эпюры изгибающих моментов и поперечных сил приведены на рисунке 1.б.

Рис. 1. Схемы: а) схема участка балочной клетки; б) расчетная схема перекрытия и эпюры M и Q

Для выполнения расчета использовались положения СП «Конструкции сталежелезобетонные» раздела 6.1 «Расчет сталежелезобетонных плит с профилированным настилом» [1].

Расчет выполняется для двух стадий работы: бетонирования и эксплуатации.

На стадии бетонирования плиты, стальной профилированный настил выполняет функции опалубки и является несущей конструкцией, работающей на поперечный изгиб. Эта стадия одинакова для двух рассматриваемых вариантов плиты.

До набора свежеуложенным бетоном плиты кубиковой прочности равной 10 МПа настил рассчитывается на прочность и жесткость как стальной тонкостенный изгибаемый элемент, работающий на нагрузку от собственного веса настила, веса свежеуложенной бетонной смеси и от монтажной нагрузки, включающей массу оборудования и людей в процессе возведения перекрытия.

На стадии бетонирования выполняются проверки настила на:

• прочность;

– устойчивость стенок гофров на опорах;

– прогиб.

Прочность стального профилированного настила в надопорных и пролетных сечениях проверяется по формуле:

где изгибающий момент от расчетных нагрузок;

минимальный расчетный момент сопротивления профиля настила по НД на профилированные листы.

Устойчивость стенок трапециевидных гофров настила при укладке бетонной смеси проверяется по формуле:

где поперечная критическая сила на одну стенку гофра, соответствующая потере ее местной устойчивости;

коэффициент, зависящий от значения опорной реакции, определяемый в зависимости от схемы раскладки настила на опоры и принимаемый равным 1,25 — для двухпролетного настила;

расчетная равномерно распределенная нагрузка на настил;

шаг гофров настила;

коэффициент условия работы стенок гофров настила равный:

1,25 — для настила на промежуточной опоре;

1,05 — для настила на крайней опоре.

Поперечная критическая сила на промежуточной опоре неразрезного настила, соответствующая потере местной устойчивости одной из стенок его гофра, определяется по формуле:

где коэффициент для промежуточных опор;

толщина стенки настила;

предел текучести стали;

модуль упругости стали;

радиус гиба в гофрах;

расчетная ширина опоры настила;

угол наклона стенки гофра в градусах.

Максимальный прогиб профилированного настила нормативных нагрузок не должен превышать 1/200 пролета:

где коэффициент, определяемый в зависимости от схемы раскладки настила и принимаемый равным 0,0091 — для двухпролетного настила;

нормативная равномерно-распределенная нагрузка на настил;

момент инерции сечения профиля на 1 м ширины настила (по НД на профилированные листы).

В результате выполнения всех проверок по стадии бетонирования, для первого варианта плиты перекрытия был принят настил Н.114–750–0,8, в соответствии с ГОСТ 24045–2016 [3], а для второго варианта был принят CKH90Z-1000–1,2, в соответствии с СТО 57398459–002–2009 [4]. Этот настил выбран в связи с тем, что вдоль стенок его гофров выполнены зигзагообразные выштамповки, повышающие сцепление настила с бетоном плиты на стадии ее эксплуатации (рис. 2). Бетон для двух вариантов принят мелкозернистый класса прочности B15.

Рис. 2. Зигзагообразные выштамповки

На стадии эксплуатации расчет двух вариантов перекрытия различается. В первом случае, настил не включается в работу, и плита рассчитывается как железобетонная конструкция с рабочей стержневой арматурой. Во втором случае, благодаря выштамповкам, настил работает совместно с железобетоном, и плита рассчитывается как железобетонная конструкция с внешней рабочей арматурой из стального профилированного настила и с гибкой стержневой арматурой.

Принятые варианты сечения одного ребра плиты и действующие в нем усилия представлены на рисунках 3 и 4.

Рис. 3. Сечение и схема усилий 1-го варианта: а) в пролете; б) над промежуточной опорой

Рис. 4. Сечение и схема усилий 2-го варианта: а) в пролете; б) над промежуточной опорой

В первом и во втором случае, над промежуточной опорой устанавливается дополнительная стержневая арматура в соответствии с эпюрой материалов, представленной на рисунках 5 и 6. Длина анкеровки арматуры определяется по формуле [2]:

где соответственно площадь поперечного сечения анкеруемого стержня арматуры и периметр его сечения, определяемые по номинальному диаметру стержня;

расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном, принимаемое равномерно распределенным по длине анкеровки и определяемое по формуле

здесь расчетное сопротивление бетона осевому растяжению;

-коэффициент, учитывающий влияние вида поверхности арматуры, принимаемый равным 2,5 — для ненапрягаемой горячекатаной и термомеханически обработанной арматуры периодического профиля;

коэффициент, учитывающий влияние размера диаметра арматуры, принимаемый равным 1,0 при диаметре ненапрягаемой арматуры ds < 32 мм.

Рис. 5. Эпюра материалов одного ребра плиты для 1-го варианта перекрытия

Рис. 6. Эпюра материалов одного ребра плиты для 2-го варианта перекрытия

Расчет сталежелезоботонного сечения по первой группе предельных состояний включает проверку по трем критериям прочности [1]:

– по нормальным сечениям (при условии обеспечения сцепления настила с бетоном);

– по наклонным сечениям;

– по условию обеспечения сцепления настила с бетоном.

– Расчет по второй группе предельных состояний включает:

– расчет на образование и раскрытие нормальных и наклонных трещин;

– определение прогиба плиты (при условии обеспечения сцепления настила с бетоном).

Расчет прочности плиты в пролете (рис 4.а) выполняется из условия

Высота сжатой зоны сечения плиты в этом случае определяется из условия

где площадь поперечного сечения одного гофра настила;

площадь поперечного сечения стержневой растянутой арматуры;

площадь поперечного сечения стержневой сжатой арматуры;

расчетное сопротивление сжатию стержневой сжатой арматуры;

изгибающий момент в рассматриваемом сечении плиты;

высота сжатой зоны бетона;

ширина верхней части расчетного сечения;

защитный слой сжатой стержневой арматуры;

высота рабочего сечения плиты, принимается как расстояние от крайней сжатой грани плиты до точки приложения равнодействующей растягивающих усилий в настиле и гибкой арматуре;

коэффициент условия работы, принимаемый равным 0,8 — для профилированных настилов с зигзагообразной выштамповкой на стенках гофров с одним упором в каждом гофре.

Расчет прочности плиты на опоре (рис 4.б) выполняется из условия

Высота сжатой зоны сечения плиты в этом случае определяется из условия

где площадь поперечного сечения одного гофра настила;

изгибающий момент в рассматриваемом сечении плиты;

расстояние от нижней полки стального профилированного листа до точки приложения растягивающих усилий в стержневой растянутой арматуре;

статический момент площади верхней полки профилированного настила относительно оси .

Высота сжатой зоны должна удовлетворять условию

где высота рабочего сечения плиты.

Значение граничной относительной высоты сжатой зоны сечения определяется в соответствии с [2] по формуле:

где относительная деформация сжатого бетона при напряжениях, равных принимаемая равной 0,0035 в соответствии с указаниями [2];

относительная деформации растянутого стального элемента, принимаемая равной 0,00202.

Значение принимается максимальным из значений относительной деформации растянутой арматуры 0,00175 при напряжениях, равных определяемого в соответствии с требованиями [2, п. 8.6.1], и относительной деформации растянутого стального настила 0,00202 при напряжениях, равных определяемого в соответствии с [1, приложение Д].

После выполнения всех проверок по стадии эксплуатации, произведено сравнение двух полученных вариантов сечения плиты перекрытия — по расходу стали, арматуры и бетона. Полученные результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1

Сравнение вариантов

Сравнение вариантов показало, что во втором варианте, по сравнению с первым, расход бетона и стержневой арматуры меньше на 3 % и 24 % соответственно, а расход профилированной стали больше на 13 %.

Таким образом, сталежелезобетонная плита с профилированным настилом является более эффективным вариантом плиты перекрытия по показателям расхода стержневой арматуры и бетона.

Литература:

1. СП 266.1325800.2016. Конструкции сталежелезобетонные. Правила проектирования.: издание официальное. — М.: Минрегион России, 2016. — 124 с.
2. СП 63 13330. 2012. Бетонные и железобетонный конструкции. Основные положения.: издание официальное. — М.: Минрегион России, 2011. — 155 с.
3. ГОСТ 24045–2016. Профили стальные листовые гнутые с трапециевидными гофрами для строительства.: издание официальное. — М.: Стандартинформ, 2016–22 с.
4. СТО 57398459–002–2011. Перекрытия железобетонные монолитные с несъемной опалубкой из профилированного листа. Общие технические требования. Проектирование и производство работ. — Рязань, 2011. — 62 с.