Расчет панели-оболочки КЖС размером 3 x 24м. Общие положения, конструкция КЖС

Панели — оболочки КЖС (крупноразмерные, железобетонные, сводчаты) согласно руководству [7] предназначаются для покрытий одно- и мно­гоэтажных зданий различного назначения с пролетами 12, 18 и 24 м, с фонарями и без них, бескрановых, а также оборудованных мостовыми крана­ми грузоподъемностью до 30 т или подвесным транспортом грузоподъем­ностью до 5 т. В составе покрытия панели КЖС опираются на продольные балки пролетами 6…12 м, уложенные по колоннам (см. рис. 1.5, г). Номи­нальные размеры основных панелей в плане 3×12, 3×18 и 3×24 м. При изго­товлении панелей КЖС на строительной площадке размеры панелей могут быть больше, например 3×30 или 3×36 м. Доборные панели и панели для повышенных нагрузок (от снеговых отложений в зонах перепадов высот покрытия, крановых и т.п.) допускается проектировать шириной 1.5 и 2 м. По панелям устраивают теплое или холодное покрытие; рекомендуется проектировать комплексные панели КЖС повышенной заводской готовно­сти с эффективным плитным утеплителем (без стяжки) и кровлей, прикле­енными на заводе. Отвод воды с кровли осуществляется через внутренние водостоки. В местах ендов и расположения воронок предусматривают уклад­ку дополнительного слоя бетона класса В7,5…В10 и водоизоляционного ковра.

Рис. 5.16. Плита КЖС пролетом 24 м

Фонари верхнего света в покрытиях из панелей КЖС могут быть за­проектированы в виде продольного светоаэрационного фонаря с вертикальным остеклением или в виде зенитного фонаря из пакетного стекла.

Панель — оболочка КЖС (в дальнейшем панель) представляет собой

короткий цилиндрический пологий предварительно напряженный свод — оболочку с двумя ребрами — диафрагмами сегментного очертания (рис. 5.16).

Высоту поперечного сечения панели в средине пролета принимают равной 1/20… 1/15 l₀ в зависимости от величины нагрузки и пролета. Очертание верхней поверхности оболочки рекомендуется принимать по квадратной параболе

y = 4 f x (l — x) / l². (5.14)

Минимальная толщина оболочки 30 мм, а ближе к опорам толщина плавно увеличивается; диафрагмы проектируют облегченными (кессонированными) с вертикальными ребрами жесткости и минимальной толщиной стенки 40 мм, а в первом от опоры кессоне — 50 мм. Сопряжение оболочки с диафрагмами выполняется с устройством пологих вутов.

Основная рабочая напрягаемая арматура панели располагается в нижней утолщенной зоне диафрагм. Обычно эта арматура принимается из стержневой свариваемой стали (по одному — два стержня в каждом ребре), но возможно применение в качестве рабочей арматуры высокопрочной проволоки или арматурных канатов. В опорных узлах панели предусматри­ваются стальные анкерные детали, которые должны обеспечивать надежное заанкеривание рабочей арматуры в бетоне опорного узла, поскольку эта ар­матура выполняет роль затяжки рассматриваемой сводчатой конструкции.

Собственно оболочка армируется по расчету сварными рулонными сетками из арматурной проволоки Вр-I. Площадь сечения арматуры обо­лочки в средней части пролета должна составлять не менее: поперечной — 0,3%, продольной — 0,2% от полной площади сечения бетона оболочки.

Диафрагмы армируют сварными каркасами только в приопорных зонах (на участках длиной 0,1l₀ или немного больше), а на остальной части пролета устанавливают только стержни — подвески, располагаемые в верти­кальных ребрах диафрагм.

Панели КЖС рекомендуется проектировать из бетонов классов В25…В50 (тяжелых или на пористых заполнителях).

5.4.2. Исходные данные для проектирования

Требуется запроектировать панель-оболочку КЖС пролетом 24 м для покрытия отапливаемого одноэтажного производственного здания. Район по весу снегового покрова — III, расчетная температура наружного воздуха — 35°С, влажность помещений не более 70%. Здание относится ко II-му классу, коэффициент надежности по назначению 0,95.

Бетон панели тяжелый класса В30 с расчетными характеристиками при коэффициенте γ_b2 = 1: R_b= 17 МПа; R_bt = 1,2 МПа; R_b,ser = 22 MПa; R_bt,ser = 1,8 МПа; Е_b = 29 000 МПа; передаточная прочность бетона R_bp = 0,8 · 30 = 24 МПа; коэффициент условий работы бетона γ_b2 = 0,9. Изделие подвергается тепловой обработке при атмосферном давлении.

Напрягаемая арматура диафрагм — стержневая термически упрочненная класса Ат — VCK (R_s = 680 МПа; R_s,ser = 785 МПа; E_s = 19 · 10⁴ МПа); армирование оболочки панели — сварными сетками из проволоки Ø5 Вр-I (R_s = 360 МПа); сварные каркасы диафрагм — с поперечной арматурой класса А-III (при Ø < 10 мм — R_sw = 285 МПа, при Ø > 10 мм — R_s = R_sc = 365 МПа, R_sw = 290 МПа, E_s = 2 · 10⁵ МПа). Натяжение арматуры — механическим способом на упоры форм.

5.4.3. Подсчет нагрузок и усилий

Номинальные размеры КЖС в плане B x L = 3 x 24 м (см. рис. 5.15). Высота сечения в середине пролета h = L / 20 = 24000 / 20 = 1200 мм; а по оси опоры — h_sup > 0,01L = 0,01 · 24000 = 240 мм; принимаем h_sup = 250 мм для увязки с размерами анкеров из уголка 250x160x20. Длина нижнего горизон­тального участка х_3-6 l,5h_sup = 380 мм. Угол наклона нижней поверхности оболочки у опоры α = 27^o . Расчетный пролет панели

l₀ = L — 2 · 150 = 24000 — 300 = 23700 мм.

Хорда сегмента

l = l₀ — 2 · 50 = 23700 — 100 = 23600 мм.

Очертание верхней поверхности оболочки панели принято по параболе с уравнением

у = 4 f x (l — x) l² откуда и находим ординаты "у".

Подъем оболочки в середине пролета

f = h — h_sup = 1200 — 250 = 950 мм.

Толщина стенок b₁ диафрагм в крайнем кессоне на расстоянии менее 1 м от оси опоры равна 100 мм, на остальной части крайнего кессона b₁ = 50 мм, в остальных кессонах b₁ = 40 мм. Усредненные размеры сечения вертикальных ребер жесткости 80×80 мм. Остальные гео­метрические размеры панели приведены на рис. 5.17.

Рис. 5.17. Поперечное сечение плиты КЖС

При данных геометрических размерах и плотности материала γ = 25 кН / м³ масса панели равна 16 т, тогда распределенная нагрузка от coбственного веса панели составит ~ 160 / (3 · 24) = 2,22 кН / м². Подсчет нагрузок на панель приведен в табл, 5.3.

Усилия от расчетных нагрузок с коэффициентом γ_f = 1:

— от полной нагрузки

М_n = q_nBl₀² / 8 = 4,06 · 3 · 23,7² / 8 = 855 кНм;

Q_n = q_nBl₀ / 2 = 4,06 · 3 · 23,7 / 2 = 144 кН,

где q_n = g_n + s_n = 3,108 + 0,95 ≈ 4,06 кН / м²;

— от постоянной и длительно действующей нагрузок

М_nl = q_nlBl₀² / 8 = 3,6 · 3 · 23,7² / 8 = 758 кНм;

Q_nl = q_nlBl₀ / 2 = 3,6 · 3 · 23,7 / 2 = 128 кН,

где q_nl = g_n + s_nl = 3,108 + 0,475 ≈ 3,6 кН / м²;

-от собственного веса панели

M_nw = g_nwBl₀² / 8 = 2,11 · 3 · 23,7² / 8 = 444,4 кНм.

Таблица 5.3

Усилия от расчетных нагрузок с коэффициентом γ_f > I:

M = qBl₀² / 8 = 4,94 · 3 · 23,7²/ 8 = 1041 кНм;

Q = qB l₀ / 2 = 4,94 · 3 · 23,7 / 2 = 176 кН.

Момент от собственного веса панели

M_w = g_wBl₀² / 8 = 2,32 · 3 · 23,7² / 8 = 489 кНм.

А. И. Заикин  “ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ ОДНОЭТАЖНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ” 2001 г.