Расчетно-конструктивная часть

3. Расчетно-конструктивная часть

 

3.1 Расчет и конструирование многопустотной предварительно напряженной плиты перекрытия при временной нагрузке 1500 Н/м²

Ширина полки принимается равной полной ширине панели, а ширина ребра – суммарной толщине ребер. Продольные ребра панели армируются вертикальными каркасами, а полки – плоскими сварными сетками с поперечной рабочей арматурой. Рабочая арматура (напрягаемая) продольных ребер (крайних и промежуточных) – из стали классов А–IV, A–V, A-VI, Aт-IV, Aт-V, Aт-VI, а в сетках полок – A-III, Bр-I.

Монтажная арматура и поперечные стержни из стали классов А-I, А-II, Bр-I. Продольные стержни арматуры в сетке нижней полки участвуют в восприятии усилий от изгиба панели и поэтому учитываются при подборе продольной арматуры ребер. При определении прогибов сечение пустотной панели приводится к эквивалентному двутавровому той же высоты и ширины.

Определение количества пустот для многопустотной панели шириной 1200 мм, длиной 6000 мм, высотой сечения 220 мм и с диаметром пустот 159 мм.

1) Конструктивная ширина панели:

в= вn −10 = 1200 −10 = 1190  (31)

2) Требуемое число отверстий при толщине промежуточных ребер – 30 мм:

n = 1190: (159 + 30) = 6,2 (32)

Принимаем 6 пустот, тогда число промежуточных ребер – 5.

3) Ширина крайних ребер:

(33)

Минимальная толщина крайних ребер при боковых срезах 15 мм: 43–15=28,0 мм.

4) Толщина полок (верхней и нижней) при высоте сечения панели 220 мм и диаметре пустот 159 мм.

(34)

5) Исходные данные: Рассчитывается сборная железобетонная многопустотная панель перекрытия. Марка панели ПК-60.12 (серия 1.141–1, в. 58), бетон марки В 15, предварительно напрягаемая арматура класса Ат-V, способ предварительного напряжения – электротермический, расход бетона 1,18 м³ расход стали 44,96 кг, масса панели 2,95 т, номинальная длина 5,98 м, ширина 1,19 м, высота 0,22 м. Определение нагрузок:

Таблица 5 – Нагрузки на 1 м² перекрытия

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, Н/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка, Н/м2
– линолеум, 14 кг/м2 – Цементно-песчаная стяжка d=20 мм, r=1800 кг/м3 – Шлакобетон d=20 мм, r=1800 кг/м3 – Многопустотная плита перекрытия с омоноличиванием швов d=220 мм	110 360 960 2960	1,1 1,3 1,3 1,1	121 468 1248 3256
Постоянная нагрузка g	4 390	-	5093
Временная нагрузка , в том числе: кратковременная длительная	1500 500 1000	- 1,3 1,3	1950 650 1300
Полная нагрузка	5890	-	7043

6) Определение расчетного пролета панели: Расчетный пролет панели l0 – принимаем равным расстоянию между осями ее опор. l0 = 5980–120 = 5860 (мм).

Расчетный изгибающий момент от полной нагрузки:

 (35)

где l0 – расчетный пролет плиты.

Расчетный изгибающий момент от полной нормативной нагрузки (для расчета прогибов и трещиностойкости) при γf =1:

(36)

Расчетный изгибающий момент от нормативной постоянной и длительной временной нагрузок:

(37)

Расчетный изгибающий момент от нормативной кратковременной нагрузки:

(38)

Максимальная поперечная сила на опоре от расчетной нагрузки:

(39)

Максимальная поперечная сила на опоре от нормативной нагрузки:

 (40)

(41)

7) Подбор сечения панели: Для изготовления панели приняты: бетон класса В15, Еb=20,5·103 (МПа), Rb=8,5 (МПа), Rbr=0,75 (МПа), γb2=0.9; продольную арматуру из стали класса Ат-V, Rs=680 (МПа), Еs=190000 (МПа); поперечную арматуру из стали класса Вр-1 диаметром ∅5 мм; Rs = 410 (МПа), RSW= 260 (МПа); армирование – сварными сетками и каркасами; сварные сетки – из стали класса Вр-I диаметром ∅4 мм; RS =410 (МПа). Проектируем панель шести-пустотной. В расчете поперечное сечение пустотной панели приводим к эквивалентному сечению. Вычисляем:

 (42)

Приведенная толщина ребер b =116–6х14,3=30,2 (см).

Расчетная ширина сжатой полки b’f = 116 (см).

8) Характеристики прочности арматуры: Предварительное напряжение σSP – арматуры, принимается не более σSP=RSn-р, где RSn – нормативное сопротивление арматуры, RSn = 785 (МПа); р – допускаемое отклонение значения предварительного напряжения:

 (43)

Согласно «Руководству по технологии изготовления предварительно напряженных железобетонных конструкций», значение σSP принимается для термически упрочненных сталей не более 550 МПа. Принимаем σSP=550 (МПа). Проверяем выполнение условий:

σSP+р≤ RSn; σSP-р≥0,3 RSn

550+90=640≤785 (МПа); 550–90=460≥0,3.785=236 (МПа)

Вычисляем предельное отклонение предварительного напряжения при числе напрягаемых стержней np = 4:

 (44)

ΔγSP ≥ 0.1⇒ принимаем ΔγSP = 0,12. Коэффициент точности натяжения γSP =1−ΔγSP = 1− 0,12 = 0,88. При проверке по образованию трещин в верхней зоне панели при обжатии принимаем γSP=1+0,12=1,12. Предварительное напряжение с учетом точности натяжения σSP=0,88х550 = 485 (МПа). Расчет прочности панели по сечению, нормальному к продольной оси. Расчетное сечение – тавровое с полкой в сжатой зоне. Вычисляем:

(45)

где h0 = h – а = 22 – 3 = 19 (см) защитный слой бетона.

Находим ξ=0,12, η=0,94. Высота сжатой зоны х=ξ·h0=0,12·19 = 2,28 (см) πh’f= 3,8 (см) – нейтральная ось проходит в пределах сжатой полки.

9) Сечение плиты при расчете прочности:

Граничная высота сжатой зоны:

 (46)

где ω – характеристика сжатой зоны бетона:

ω=0,85–0,008·Rb=0,85–0,008·0,9·8,5 =0,78

σSC, U – предельное напряжение в арматуре сжатой зоны; σSC, U =500 (МПа),

σSR – напряжение в арматуре:

σSR = RS + 400 – σSP – ΔσSP = 680 + 400 – 485 = 595 (МПа);

ΔσSP = 0 (при электротермическом способе натяжения)

Расчетное сопротивление арматуры RS должно быть умножено на коэффициент:

(47)

где η=1,15 – для арматуры класса АТ – V.

Вычисляем площадь сечения растянутой арматуры:

(48)

Конструктивно принимаем 4∅12 АТ–V RS=4,52 (см²).

Расчет прочности панели по наклонному сечению: Q=25900 (H).

Проверяем условие прочности по наклонной полосе между наклонными трещинами, полагая ϕВ1 =1 (при отсутствии расчетной поперечной арматуры):

 (49)

где

Условие соблюдается, размеры поперечного сечения панели достаточны. Вычисляем проекцию расчетного наклонного сечения на продольную ось с. Влияние свесов сжатых полок (при 7 ребрах):

 (50)

Влияние продольного усилия обжатия

 (51)

Вычисляем (1+ϕf+ϕn)=1+0,4+0,5=1,9φ1,5, принимаем 1,5:

 (52)

В расчетном наклонном сечении Qb=QSW=Q/2, тогда

с=Bb/0.5Qc=22,08х105/0,5х25900=171 (см); φ2h0=2·19=38 (см),

принимаем с=2h0=38 (см). В этом случае Qb=Bb/c=22,08·105/38=58105 (Н) φQ= =25900 (H), следовательно, по расчету поперечная арматура не требуется.

В ребрах устанавливаем конструктивно каркасы из арматуры ∅5 класса Вр-1. По конструктивным требованиям при h≤450 мм на при опорном участке l1=l/4 =628/4 = 157 (см) шаг стержней S = h/2 = 22/2 = 11 (см) и S≤15 (см) принимаем S=10 (см). В средней половине панели поперечные стержни можно не ставить, ограничиваясь их постановкой только на приопорных участках.

10) Расчет прочности наклонного сечения на действие изгибающего момента: Расчет производиться исходя из условия:

 (53)

где М – момент от внешней нагрузки, расположенной по одну сторону от рассматриваемого наклонного сечения, относительно оси, перпендикулярной плоскости действия момента и проходящей через точку приложения равнодействующей усилий в сжатой зоне;

- суммы моментов относительно той же оси соответственно от усилий в хомутах и продольной арматуре;

zSW, zSP – расстояния от плоскостей расположения соответственно хомутов и продольной арматуры.

Величина  – при хомутах постоянной интенсивности определяется по формуле:

(54)

где – усилие в хомутах на единицу длины элемента в пределах наклонного сечения;

с=2h0=38 (см) – длина проекции наклонного сечения на продольную ось элемента.

Величина zSP – принимается равной.

 (55)

где ωР, λР – коэффициенты, определяемые по СНиП, σtp – величина, принятая равной большему из значений RS и σSР с учетом первых потерь (RS = 680 (МПа)).

Величина:

Прочность наклонного сечения на действие изгибающего момента обеспечена.

11) Расчет панели по предельным состояниям второй группы: Определяем геометрические характеристики приведенного сечения:

Площадь приведенного сечения:

 (56)

Здесь АSР, А'SР – площадь сечения напрягаемой арматуры, АS, А'S – ненапрягаемой арматуры: А'SР =0, АS = А'S = 0,71 + 0,79 = 1,5 (см2), где 0,71 см² – площадь сечения продольной арматуры сеток и 0,79 см² – площадь сечения 4∅5Вр-1 каркасов К-1; для сеток α = 170000/20500 = 8,29.

Статический момент относительно нижней грани сечения панели:

Расстояние от центра тяжести приведенного сечения до нижней грани панели:

Момент инерции приведенного сечения относительно центра тяжести:

 (57)

где

Момент сопротивления для растянутой грани сечения:

то же, по сжатой грани сечения:

Расстояние от ядровой точки, наиболее удаленной от растянутой зоны (верхней) до центра тяжести приведенного сечения:

 (58)

где , то же, наименее удаленной от растянутой зоны (нижней):

(59)

12) Определение потерь предварительного напряжения при натяжении арматуры на упоры: Предварительное напряжение в арматуре σsр=550 (МПа). При расчете потерь коэффициент точности натяжения арматуры уsр =1. Определяем первые потери:

– от релаксации напряжений в арматуре σ1=0,03: σsр=0,03·500=16,5 (МПа);

– от температурного перепада σ2 = 0, так как при пропаривании форма с упорами нагревается вместе с панелью;

– при деформации бетона от быстро натекающей ползучести последовательно вычисляем:

– усилие обжатия:

 (60)

– эксцентриситет усилия Р1 относительно центра тяжести приведенного сечения: .

– напряжение в бетоне при обжатии:

 (61)

Устанавливаем значение передаточной прочности бетона из условия:

Значение передаточной прочности бетона к моменту его обжатия принимаем Rbp=11 (МПа). Тогда отношение σbp/Rbp=4.45/11=0.4. Вычисляем сжимающее напряжение в бетоне на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры от усилия обжатия Р1 (без учета момента от собственного веса панели перекрытия):

при σbp/Rbp = 3,73/11=0,34πα=0,25+0,025·Rbp =0,25+0,025·7,5=0,44 (что<0,8).

Потери от быстро натекающей ползучести будут:

Суммарное значение первых потерь:

 (62)

С учетом первых потерь σlos1 напряжение σbp будет:

Определяем вторые потери:

– от усадки бетона σ8 = 35 (МПа);

– от ползучести бетона при: σbp/Rbp = 3,65/11=0,33π0,75 и к =0,85 для бетона, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении:

(63)

Вторые потери напряжений составляют

Суммарные потери предварительного напряжения арматуры составляют:

Усилие обжатия с учетом всех потерь напряжений в арматуре Р2 = АS (σSР -σlos) = 4,52 (550–105) (100) = 201140 (H) = 201,14 (кH)

Расчет панели в стадии изготовления, транспортировки и монтажа:

Определение усилий:

(64)

где qw=2950·1,2=3540 (Н/м) – нагрузка от собственного веса панели.

Панели поднимают за петли, расположенные на расстоянии 0,3 м от торцов. Отрицательный изгибающий момент в сечении панели по оси подъемных петель от собственного веса qc (с учетом коэффициента динамичности kd =1,6).

Потери от быстро натекающей ползучести σ6 – не учитываем; γ5Р = 1,1 – коэффициент условий работы в стадии изготовления и монтажа панели; σ5С, U = ЗЗО (МПа) – снижение предварительного напряжения в арматуре в результате укорочения (обжатия) бетона в предельном состоянии.

13) Расчет прочности сечения панели:

Расчет прочности сечения панели ведем как внецентренно сжатого элемента. Расчетное сопротивление бетона в рассматриваемой стадии работы панели принимаем при достижении бетоном 50% проектной прочности: R0=0,5х15 = 7,5 (МПа); Rb = 4,5 (МПа), а с учетом коэффициента условий работы γb8 = 1,2, при проверке прочности сечений в стадии предварительного обжатия конструкций Rb = 4,5х1,2 = =5,4 (МПа).

Характеристика сжатой зоны бетона:

 (65)

Граничное значение ξR:

(66)

где σ5R =RS = 410 (МПа) – для ненапрягаемой арматуры класса Вр-I диаметром 5 мм.

Случайный эксцентриситет определяют из условий:

 

Тогда эксцентриситет равнодействующей сжимающих усилий будет:

(67)

где h'0=Н-а'S=22–1,5=20,5 (см), считая менее сжатой ту зону сечения, которая более удалена от напряженной арматуры АSР·ξ =0,26πξR=0,634; η=0,87; в расчете учитываем ξ=0,26.

Требуемая площадь сечения арматуры А' S равна:

(68)

Фактически в верхней зоне плиты арматуры не требуется.

Проверка сечения по образованию трещин: усилие в напряженной арматуре:

Изгибающий момент в сечении от собственного веса без учета kd=1,6

Проверяем условие:

(69)

Условие соблюдается, трещин в сечении при действии монтажных и транспортных нагрузок не будет.

Таким образом, сечение и армирование панели перекрытия удовлетворяет требованиям расчета по предельным состояниям первой и второй группы.

14) Расчет по образованию трещин, нормальных к продольной оси:

Расчет производится для выяснения необходимости расчета по раскрытию трещин.

Коэффициент надежности по нагрузке γf=1 и расчетный момент от полной нормативной нагрузки будет Мn= 31,66 (кНм). При Мn ≤ Мсгс (где Мсrc – момент внутренних усилий) трещины не образуются.

Вычисляем момент, воспринимаемый сечением, нормальным к продольной оси элемента, при образовании трещин:

 (70)

где  (здесь γ=1,5 для двутавровых сечений при b’f/b=116/30,2 =3,84φ2);

Мгр – ядровой момент усилий обжатия, равный Р02 (е0 р+r) при γSP=0,88.

Усилие предварительного обжатия с учетом всех потерь: при γSP=0,88.

 (71)

Значение Мcrc:

, что больше Мn = 31,66 (кНм), следовательно, в эксплуатационной стадии работы панели трещин в ней не будет.

Поэтому расчет на раскрытие трещин не выполняем.

Проверяем, образуются ли трещины в верхней зоне панели при коэффициенте точности γsр =1,12.

Изгибающий момент от собственного веса панели:

Расчетное условие соблюдается, начальные трещины не образуются.

4. Технология и организация строительного производства

 

4.1 Технологическая карта на пневмобетонирование ванны бассейна

 

4.1.1 Технология производства работ

Проектная толщина стенки ванны бассейна достигается посредством послойного пневмобетонирования при соответствующем количестве проходок. Толщина первого слоя рекомендуется не более 1,5–2 см, который состоит, в основном из цементного теста и мелкофракционного заполнителя (1,5–2 мм.). Перед нанесением слоя поверхность опалубки увлажняется. При нанесении последующего слоя первый уплотняется и задерживает более крупный заполнитель. Устанавливается стабильный процент отскока (10–15%). Толщина наносимого слоя пневмобетона за одну проходку не должна превышать 4–7 см по избежание явления оплыва бетонной смеси. Перед пневмобетонированием стенки вначале выполняются работы по устройству галтели. Ее проектная толщина достигается несколькими проходками. Пневмобетонирование стенки ванна бассейна рекомендуется вести ярусами-захватками высотой 1,5 м по периметру ванны бассейна. При этом рабочие швы располагается под углом 30° со смещением по высоте захватки. Работы по пневмобетонированию ведутся с подмостей (первая захватка) и инвентарных лесов или передвижной вышки. Основными условиями получения качественного пневмобетонирования являются:

– давление сжатого воздуха, подводимого к приставке, должно быть не менее 5–6 атм.;

– направление факела (вылет смеси из сопла) перпендикулярно к плоскости бетонирования. Этим достигается минимальный отскок, так как большая его часть захватывается струей факела и, уплотняется в массе;

– расстояние сопла до бетонированной поверхности должно быть не менее 0,7 и не более 1,2 м;

– при нанесении пневмобетона сопловщик должен перемещать сопло кругообразными движениями;

– время от момента приготовления до укладки бетонной смеси не должно превышать 40 минут;

– поступающая бетонная смесь должна предварительно в течение 1,5–2 мин. активизироваться в бетоносмесителе;

– сопловщик должен быть хорошо обучен, и иметь твердые практические навыки в работе по пневмобетонированию;

– в случае перерыва в пневмобетонировании арматура, оставшаяся не покрытой бетонной смесью, подлежит очистке от частиц.

4.1.2 Контроль качества

Контроль качества бетонной смеси должен осуществляться систематически в процессе ее приготовления и укладки посредством:

– проверки дозировки составляющих песчаных и бетонных смесей – не реже 2 раз в смену;

– проверки подвижности бетонной смеси у места приготовления (активизации) и у места укладки – не реже 2 раз в смену.

Контроль прочности уложенного бетона должен производиться посредством испытаний серий образцов, хранившихся в условиях твердения бетона, предусмотренных ГОСТом 6901–54.

Для контроля качества пневмобетона рекомендуется изготавливать образцы размером 100 х 100 х 100 мм. Переходный коэффициент прочности от образцов 100 х 100 х 100 мм к стандартным 200 х 200 х 200 мм в соответствии с Инструкцией по приготовлению и применению песчаных бетонов принимается равным 0,85.

Если испытаниями будет установлено, что бетон не удовлетворяет предъявленным к нему требованиям, то состав бетонной смеси для дальнейшего бетонирования должен быть соответственным образом пересмотрен.

Исправление дефектов поверхности бетона должно производиться с соблюдением следующих указаний:

– рябоватая или гравелистая с небольшими раковинами поверхность бетона, не имеющая общей ноздреватости, должна быть подвергнута затирке цементным раствором состава 1:2 – 1:2,5 с предварительной прочисткой проволочными щетками или пескоструйным аппаратом и промывкой струей воды под напором;

– раковины или поверхностные трещины должны быть очищены на всю глубину с удалением слоя слабого бетона и отдельных выступающих зерен заполнителя, с последующей очисткой поверхности бетона проволочными щетками, промывкой струей воды под напором и заделкой раковины бетонной смесью с мелким заполнителем (способом пневмобетонирования).

4.1.3 Испытание ванны бассейна

К испытаниям ванны бассейна следует приступать после окончания всех строительно-монтажных работ по его сооружению (за исключением оклеенной изоляции, если она предусмотрена проектом и обсыпки, которые должны выполняться только по окончании испытаний). Перед испытаниями производится тщательный визуальный осмотр ванны бассейна. При отсутствии дефектов конструкции ж отступлений от проекта составляется акт о готовности ванна бассейна к испытаниям, который подписывается представителями заказчика и строительной организации. Проверка прочности конструкции, водонепроницаемости стен и днища производится посредством заполнения ванна бассейна водой. К испытаниям разрешается приступать только при наличии акта о готовности ванны бассейна к гидравлическим испытаниям. Заполнение ванны бассейна водой разрешается начинать только после монтажа временной системы слива воды. Перед подачей воды необходимо обеспечить плотное закрытие клапанов (на вводах в ванне бассейна) и технологических задвижек (в камере управления). Во время испытания люки на покрытии должны быть закрыты и запломбированы. Заполнение ванны бассейна водой следует производить в два этапа: вначале заливается слой воды высотой до 1 м, выдерживается в течение суток, а затем, если не произойдет заметного падения уровня воды, ванна бассейна наполняется до проектной отметки. Продолжительность наполнения ванна бассейна должна быть не более 5 суток. На наружных поверхностях залитого ванна бассейна допускается только потемнение отдельных мест.

При наличии струйных утечек и потеков воды на стене, даже если количественно потери воды не превышают норму, ванна бассейна считается не выдержавшим испытания. Дефекты подлежат устранению, и ванна бассейна должен быть испытана вторично.

4.1.4 Приемка работ

Приемка выполненных работ по пневмобетонированию должна производиться в процессе выполнения работ и после их окончания при достижении бетоном проектной прочности и должны осуществляться до затирки его поверхности. Промежуточной приемке с составлением актов на скрытые работы подлежат подготовительные под пневмобетонирование поверхности и установленная арматура. При окончательной приемке работ должны представляться:

– акты промежуточной приемки работ;

– справка строительной лаборатории о содержании в примененном для бетона цементе трехкальциевого алюмината и четырехкальциевого алюмоферрита, введение в бетон специальных добавок, а также справка о специальных свойствах бетона;

– данные о результатах испытаний примененных материалов;

– журналы производства всех видов работ, а в случае выполнения работ в зимнее время, температурные листы тепловой обработки железобетонных конструкций.

4.1.5 Организация и методы труда рабочих