В статье производится анализ влияния прогиба от опалубочных работ при проведении СМР на примере конструкций перекрытия, влияние его на увеличение нагрузки и снижение несущей способности.
Ключевые слова: железобетон, армирование, обследование, прогиб, перекрытия, несущая способность, опалубка, внешнее армирование.
Совершенствование методики расчета прогибов изгибаемых железобетонных элементов, изготовленных из бетонов, в т. ч. сверхвысокой прочности, является актуальной задачей, что также определяет новизну и общую концепцию диссертационного исследования [7].
Для выбора наиболее рационального метода усиления конструкций перекрытий из монолитного железобетона необходимо учитывать вводные параметры конструкций. В данной статье производится анализ влияния прогиба от опалубочных работ при проведении СМР, влияние его на увеличение нагрузки и снижение несущей способности.
Рассмотрим железобетонное монолитное перекрытие пролётом 6 метров шириной 6 метров.
Перекрытие замоделировано толщиной 200 мм с классом бетона В25, несущие стены приняты толщиной 250мм с классом бетона В25.
Жесткостные характеристики элементов конструкции понижены с учетом коэффициентов, согласно п. 6.2.7 СП 430.1325800.2018 [3]:
– 0,6 для вертикальных сжатых железобетонных стен;
– 0,2 для несущего горизонтального перекрытия.
В соответствии с ГОСТ Р 54257–2010 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения и требования» класс сооружения принят КС-2. Коэффициент надежности по ответственности принят равным 1 [4].
Рис. 1. Геометрические параметры железобетонной конструкции
Рис. 2. Расчетная схема железобетонной конструкции
Базовый прогиб конструкции перекрытия формируется за счёт собственного веса конструкции и прогиба формообразующей поверхности опалубки. Класс опалубки принят 2. Прогиб формообразующей поверхности опалубки не должен превышать l/400 (п. 6.1.5 ГОСТ 34329–2017) и равен 15 мм, для 6-метрового перекрытия [6, 8].
Дополнительный прогиб может появляться в соответствии с допусками на изготовление элементов опалубки. Отклонения вертикальных несущих элементов опалубки приняты h/800 (таблица 1 ГОСТ 34329–2017) и равны 2,75мм [6,8]. С учетом данных допусков общий первоначальный прогиб конструкции равен 17,75 мм. В рамках выполнения монолитных работ толщина перекрытия в центре увеличивается на 17,75мм, отсюда первоначальная нагрузка от собственного веса увеличивается.
В результате расчета перекрытия, получены результаты усилия момента (см. рисунок 3):
1) Для перекрытия с увеличенной толщиной в центре пролёта до 217,5 мм: от -1,74 т.*м. до 1,04 т.*м.
2) Для перекрытия без увеличения толщины в 17,5мм: от от -1,72 т.*м. до 0,91 т.*м.
Рис. 3. Максимальные результаты полученных значений моментов в опорном участке и в пролёте
Полученные результаты свидетельствуют об увеличении усилия момента до 13 % в пролёте, незначительное увеличение момента происходит в опорной зоне, до 2 %.
При сравнительном анализе прогибов перекрытий от собственного веса, полученные результаты в обоих случаях не превышали 3,2 мм. в центре пролёта, -3.04 мм. и -3.16 мм. соответственно.
Для оценки полной несущей способности, в рамках выполнения работ по усилению, необходимо провести учёт всех нагрузок (см. таблицу 1) [1].
Таблица 1
Перечень принятых нагрузок
|
№ п/п |
Наименование нагрузки |
Нормативное значение кг/м 2 |
γ n |
Нормативное значение с учетом γ n, кг/м 2 |
γ f |
Расчетное значение, кг/м 2 |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
Постоянные нагрузки |
|||||||
|
1 |
Собственный вес ж/б конструкций (2500 кг/м 3 ) |
Учтен в «ПК SCAD» |
1 |
Учтен в «ПК SCAD» |
1,1 |
Учтен в «ПК SCAD» |
|
|
Полезные нагрузки |
|||||||
|
2 |
Нагрузка в служебных помещениях административно — бытовых зданий. |
200 |
1 |
200 |
1,2 |
240 |
|
|
Итого полезные нагрузки |
200 |
1,2 |
240 |
||||
|
Постоянные нагрузки от пирога перекрытия |
|||||||
|
3 |
Цементно — песчаная стяжка δ ст = 100 мм γ ст = 2400 кг/м3 |
240 |
1 |
240 |
1,3 |
312 |
|
|
4 |
Линолеум: δ лин = 15 мм; γ лин = 1600 кг/м 3 |
24 |
1 |
24 |
1,2 |
30 |
|
|
5 |
Потолок типа «Армстронг» γ арм = 5 кг/м 2 |
5 |
1 |
5 |
1,2 |
6 |
|
|
Итого постоянные нагрузки от пирога перекрытия |
269 |
1,2 |
348 |
||||
|
Постоянные нагрузки от перегородок в линию (м.п.) |
|||||||
|
6 |
Перегородки кирпичные 250мм γ арм = 1800 кг/м 3 |
1350 |
11 |
1350 |
1,2 |
1620 |
|
|
Итого нагрузки от перегородок |
1350 |
1,2 |
1620 |
||||
В результате расчета получены максимальные усилия изгибающих моментов в плите перекрытия без учета дополнительной толщины в 20мм (Рисунок 4), равные:
– 5,69 т.*м. в опорной зоне
– 3,41 т.*м. в пролёте
Рис. 4. Полученные результаты изгибающих моментов в плите перекрытия
В результате расчета получены максимальные усилия изгибающих моментов в плите перекрытия с учетом дополнительной толщины в 20мм (Рисунок 5), равные:
– 5,6 т.*м. в опорной зоне
– 2,98 т.*м. в пролёте
Рис. 5. Полученные результаты изгибающих моментов в плите перекрытия
Армирование принимается из арматуры Ø16 мм с шагом 200мм.
Защитный слой арматуры принят 25 мм в соответствии с требованиями СП 63.133330.2018 [2].
Разница усилий момента в пролёте составляет 13,45 % или 0,43 т*м.
Рассматриваемые защитные слои при выполнении расчета:
1) 25мм. — защитный слой арматуры проектный.
2) 45мм. — защитный слой арматуры с учетом увеличения сечения в середине пролёта на 20мм.
В результате выполненных расчетов (п.8.1.8–8.1.30 СП 63.13330.2018) несущая способность по предельному моменту, деформациям в сжатой зоне бетона обеспечены и деформациям в растянутой арматуре, обеспечена.
Длительная ширина раскрытия трещин согласно расчёту (п. 8.2.6, 8.2.15, 8.2.16) не обеспечена в обоих случаях (см. рисунок 6).
Рис. 6. Коэффициент использования по ширине раскрытия трещин (длительная)
Общая разница в коэффициенте использования по ширине раскрытия трещин составляет 13,28 %.
Выводы:
- Прогиб перекрытия от опалубочных работ в рамках строительных допусков увеличивает нагрузки на конструкции, что в свою очередь негативно сказывается на несущей способности перекрытия. Для рассмотренного примера увеличение изгибающих моментов выявлено в пределах до 13,3 %.
- В рамках выполненных расчетов стоит сделать вывод о необходимости контроля толщины перекрытия не реже чем через 1.5 метра (l/4). Помимо выполнения измерения толщины перекрытия, выполняемые зондажами перекрытия, следует рассматривать способы 3х мерного сканирования конструкций с получения наиболее полной картины деформаций и геометрии конструкций.
- Наиболее рациональный метод вывешивания 6-метровых перекрытий для разгрузки, при подготовке перед усилением внешним армированием конструкций перекрытий с двумя домкратами в 2ух точках пролёта.
Литература:
- СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия»
- СП 63.133330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции»
- СП 430.1325800.2018 «Монолитные конструктивные системы. Правила проектирования».
- СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции»
- ГОСТ Р 54257–2010 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения и требования»
- ГОСТ 34329–2017 «Опалубка. Общие технические условия»
- Д. А. Панфилов диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: «Совершенствование методики определения прогибов изгибаемых железобетонных конструкций с учетом трещинообразования»
- Т. В. Яшина, А. А. Алексеева «Опалубочные работы при возведении монолитных бетонных и железобетонных конструкций». Гомель 2018 г., 107с.
- С. М. Анпилов «Опалубочные системы для монолитного строительства». Издательство «Ассоциации строительных вузов», Москва 2005 г., 278 с.
- О. М. Шмит «Опалубки для монолитного бетона» перевод с немецкого Л. М. Айнгорн. Стройиздат Москва 1987 г., 156 с.
