Схема армирования оболочки. Конструктивная схема сборной оболочки презентация

Конструктивная схема сборной оболочки.
5 Литература.

Содержание

арматура воспринимает напряжения, вызываемые главными растягивающими усилиями и изгибающи­ми моментами. Конструктивную арматуру диаметром 5...8 мм и площадью сечения не менее 0,2% площади бетона ставят с шагом стержней 200...250 мм. При толщине оболочки более 70...80 мм применяют двойные арматурные сетки.

Армирование оболочек.

ребрах сборных элементов ставят плоские каркасы.
Стыки сборных элементов оболочки тщательно заполняют бетоном. С этой целью ширину шва назначают не менее 30 мм, если толщина стыкуемых элементов не превышает 100 мм, и не менее 50 мм в других случаях. Если через стыки сборных элементов передают сжимающие усилия, то выпуски арматурных стержней соединяют внахлестку. При наличии в стыках растягивающих или сдвигающих усилий выпуски арматуры соединяют сваркой.

при монтаже оболочки соединяют между собой сварными накладками. Большие сдвигающие усилия в стыках передают с одного сборного элемента на другой через бетонные шпонки, создаваемые бетоном замоноличивания. Большие пространственные конструкции целесообразно подвергать предварительному напряжению.
Напрягаемая арматура позволяет эффективно использовать высокопрочную сталь, уменьшать массу конструкции, повышать жесткость и трещиностойкость покрытия, а также служит средством сопряжения сборных элементов. Напрягаемую арматуру располагают в растянутых зонах оболочек и в растянутых элементах (опорные кольца куполов, затяжки диафрагм и т. п.). Допускается размещение напрягаемой арматуры в открытых сверху лотках, а также в швах между сборными элементами. В местах наличия напрягаемой арматуры требуется предусмотреть ребра и утолщения, способные воспринимать сосредоточенные силы предварительного обжатия

– то же над промежуточной диафрагмой

сечения арматуры как для плиты и укладывают ее стержни в направлении волны в соответствии со знаком эпюры.
В монолитных оболочках стержни обоих видов объединяют в сетку типа II, которую размещают по всей оболочке (см. рис., а).
Вблизи диафрагм касательные силы Nxy имеют максимальное значение. Они вызывают главные растягивающие силы, направленные под углом 45° к прямолинейной образующей. Там, где главные растягивающие напряжения больше Rbt, они передаются на одну арматуру, причем, если недостаточно сетки типа II, ставят дополнительную арматуру типа III (наклонные стержни или ортогональные сетки), анкеруемую в бортовых элементах и диафрагмах.

арочную; 1 — касательные силы

поверхности (рис. 1). Статический расчет диафрагм состоит в определении внутренних моментов М и сил N и Q от действия нагрузки Nxy с учетом конструктивных особенностей диафрагмы и ее собственного веса.
В диафрагмах-фермах касательные силы Nxy со срединной поверхности оболочки переносят на ось верхнего пояса с моментом и приводят к узловым нагрузкам. Определение продольных сил в элементах ферм и конструирование их выполняют по обычным правилам.
Арочные диафрагмы с затяжками (см. рис. 1, б) по конструкции подобны обычным аркам. Под действием касательных сил Nху средняя часть арки испытывает внецентренное растяжение; приопорные части — внецентренное сжатие; затяжки — растяжение.
В строительстве сборные покрытия с длинными цилиндрическими оболочками применяют в двух вариантах разрезки на сборные элементы: в одном оболочки от бортовых элементов не отделяли, в другом — отделяли.

соединена с бортовыми элементами; б — оболочка отделена от бортовых элементов; 1 — затяжка диафрагмы; 2 — сборная па­нель; 3 — арматура (предварительно напрягаемая); 4 — стыковая накладка; 5 — бортовой элемент

единую систему с помощью предварительно напрягаемой арматуры, пропускаемой в продольных каналах. Однако в этом варианте сборные элементы имеют сложную форму, к тому же необходима высокая точность при устройстве каналов для арматуры. Монтаж покрытия дорог, поскольку покрытия собирают на лесах.
Во втором варианте (рис. 2, б) форма сборных элементов проще, монтаж ведут без лесов (панели оболочки укладывают на бортовые элементы, подкрепленные на период монтажа стойками). Однако швы между панелями и бортовыми элементами сложны (должны быть шпоночной формы для надежной передачи касательных сил); качественное их заполнение бетоном и контроль затруднительны.

/l2<1 (рис. 3).
Опытом установлены практические рекомендации по конструированию монолитных коротких оболочек при l2 = 12...30 м, l1=6…12 м и (1/7) l2. Толщину плиты t принимают по производственным условиям, без расчета, равной 50...60 мм при l1= 6 м и 70...80 мм при l1=9...12 м (классы бетона В20...В30). Бортовой элемент назначают высотой h2= 1/10...1/15l1 и шириной d=0,2...0,4 h2. Плиту армируют конструктивно сеткой из стержней d = 5... 6 мм с шагом 100...200 мм.

Короткие оболочки.

бортовой элемент; 3 — диафрагма

ребристых плит П-образного поперечного сечения и бортовых элементов (рис. 4, а). Швы между сборными плитами должны быть заполнены бетоном и перекрыты анкерными связями. Швы между плитами и диафрагмами конструируют шпоночной формы.
К достоинствам сборной конструкции относится простота изготовления элементов и монтажа покрытия, а также высокая общая жесткость системы. Однако узел сопряжения кровельных плит с фермами сложен.

а — из ферм и кровельных плит; б — настил из пространственных блоков КЖС; 1 — сборная плита; 2 — бортовой элемент; 3 — диафрагма-ферма

из пространственных блоков типа КЖС шириной 3 м, перекрывающих пролеты 12—24 м (рис. 4,6). Блоки КЖС представляют весьма пологую тонкостенную цилиндрическую оболочку с кривизной в продольном направлении, подкрепленную двумя продольными ребрами (диафрагмами переменного сечения) и усиленную вблизи поперечных сторон контура. Основную предварительно напрягаемую рабочую арматуру размещают в ребрах. Блоки КЖС нашли широкое применение в строительстве. Пространственные блоки типа КЖС применяют в виде сплошных сборных настилов, укладываемых на продольные сплошные прогоны или фермы шпренгельного типа и с треугольной решеткой.

короткими складками, которые подобны блокам КЖС и имеют те же габариты в плане.
Оболочки по контуру опираются на диафрагмы, которые выполняют в виде арок, ферм или балок, а также криволинейных брусьев, уложенных на стены. Контурные балки применяются в отдельно стоящих оболочках при часто расположенных по периметру здания колоннах, а также устанавливаются по наружным рядам колонн многоволновых оболочек в случаях, когда не намечается расширение корпуса в соответствующем направлении. В остальных случаях (по средним рядам, в деформационных швах) устанавливаются фермы или арки. Применение ферм, как более жестких в вертикальной плоскости элементов, имеет преимущества перед арками, так как обеспечивает более благоприятную в статическом отношении работу оболочек на смежных диафрагмах.
В зависимости от количества и расположения ячеек здания оболочки могут проектироваться отдельно стоящими (одноволновыми) и многоволновыми в одном или двух направлениях. Многоволновые оболочки проектируют разрезными и неразрезными. Сборные многоволновые оболочки рекомендуется, как правило, проектировать разрезными, что обеспечивает их более благоприятную статическую работу. К разрезным многоволновым относятся также те оболочки, в которых с помощью специальных конструктивных мер обеспечивается возможность горизонтальной податливости контура не только крайних, но и средних волн оболочек.

Толщина и армирование средней зоны гладких оболочек, где действуют только сжимающие усилия, назначаются конструктивно. Принятую толщину оболочек следует проверять расчетом на устойчивость.
Плиты в приконтурных и угловых зонах оболочки утолщают с целью размещения дополнительной арматуры и восприятия действующих усилий, увеличенных по сравнению с центральной зоной. Утолщенные зоны оболочки вдоль контура целесообразно выполнять по всей ширине действия приконтурных изгибающих моментов.
Толщина оболочки в угловой зоне выбирается по расчету с соблюдением условий или по конструктивным соображениям, с тем чтобы обеспечить размещение необходимого количества арматуры с учетом двух защитных слоев.

типовые оболочки, разработанные ПИ-1 (Ленинград); б — оболочки ПИ-1 с системой промежуточных балок; в — то же, без промежуточных балок;

стержней или сеток. Расчет количества арматуры в угловой зоне оболочки и ее распределение вдоль диагонали рекомендуется производить после построения эпюры главных растягивающих напряжений в диагональном сечении.
Как было сказано выше, толщина оболочки в угловых зонах обычно увеличивается. Однако для сборных оболочек введение нового типоразмера плит с утолщенной полкой и усиленным армированием часто оказывается экономически нецелесообразным. В этом случае утолщение плиты оболочки рекомендуется выполнять с помощью набетонки монолитного железобетона, укладываемого по верху сборных плит. В пределах набетонки располагается дополнительная арматура, размещенная под углом 45 ° к контуру и устанавливаемая по расчету на действие главных растягивающих усилий.

Утолщение оболочек.

методы и оборудование для изготовления, транспортировки, монтажа и т. д. По условиям транспортировки и изготовления плиты проектируют размерами 3X6 и 3X12 м.
При меридионально-кольцевой системе разрезки целесообразна компоновка средней зоны оболочки из прямоугольных плит, а приконтурных участков — из трапециевидных элементов.
Оптимальной формой поверхности плит оболочек является цилиндрическая поверхность, криволинейная в направлении длинной стороны элемента, которая обеспечивает сравнительную простоту плит и ее армирования без существенного ухудшения статической работы.
Система ребер плит, определенных расчетом на прочность и устойчивость в стадии эксплуатации оболочки, должна отвечать условиям прочности и жесткости плит при монтаже и транспортировке.

оболочки для промышленных зданий с укрупненной сеткой колонн и шагом 18 и 24 м из плит 3X6 м; оболочки пролетом до 102 м из плит ЗХ12 м с системой промежуточных балок и без нее; оболочки пролетом до 42 м из плит 3X6 м, монтируемых навесным способом; оболочки пролетом до 60 м из унифицированных плит ЗХ6 м, в том числе с шагом колонн 18 и 24 м.

криволинейных многогранников МНИИТЭП: в — металлические сетчатые оболочки.

оболочки и сопряжение плит в направлении их длинных сторон осуществляется без переломов. Следует отметить, что плиты размерами 3X6 м, предназначенные в основном для крупной сетки колонн промышленных зданий, имеют существенную стрелу подъема в центре — около 200 мм. В направлении своих коротких сторон плиты в оболочках всех типов имеют сопряжения с переломами поверхности. Весьма пологие плиты 3X6 м оболочек конструкции МНИИТЭП имеют стрелу подъема 100 мм и предназначены прежде всего для большепролетных оболочек преимущественно общественных зданий пролетами 42 и 60 м. Особенность этих оболочек заключается в том, что при пролетах 18 и 24 м плиты в направлении длинных сторон также располагаются с переломами. Таким образом, образуется пространственный многогранник с криволинейными гранями, вписанный в исходную геометрическую поверхность. Для пролетов, превышающих 24 м, сопряжение плит по их длинной стороне выполняется без переломов. Оригинал на Logici.ru

Монтаж оболочек.

— пологие плиты; 3 - временная затяжка

предварительной укрупнительной сборки трех-четырех плит на стендах в самонесущие арочные секции, снабженные временными затяжками — шпренгелями. При пролетах 18 и 24 м сборка осуществляется без лесов методом монтажа на пролет, т. е. путем установки секций на диафрагмы. При больших пролетах необходима комбинация метода предварительной укрупнительной сборки с установкой одной-двух линий монтажных ферм с опорами. Этот метод характерен только для оболочек МНИИТЭП, он требует выполнения определенных условий при проектировании и также является качественной особенностью оболочек конструкции МНИИТЭП из унифицированных элементов. На рис. показаны варианты сетчатых металлических оболочек положительной гауссовой кривизны различных модификаций. Модификации на этой схеме отличаются геометрической формой и структурой сочетаний стержней оболочек.

плиты; 3 - временная затяжка; 4 — временная опора; 5 — монтажная ферма

соответствии с конкретным конструктивным решением пространственного покрытия и кровли. Временная равномерно распределенная нагрузка на пространственное покрытие в период монтажа должна быть принята не менее 0,5 кПа (СНиП 2.01.07—85, табл. 3), а сосредоточенная нагрузка — 0,1 кН (п. 3.10 того же СНиПа).
Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию пространственного покрытия в виде оболочки купольного

Расчетные наргрузки.

м

Плиты рекомендуется проектировать с контурными и промежуточными ребрами. В плитах 3X6 м принимают одно поперечное ребро, в плитах 3X12 м — два поперечных ребра.

Конструктивные элементы, узлы и детали.

. Пример решения сборной оболочки: а — обилий вид; б — сборная цилиндрическая панель

транспортирования и монтажа, прочность и устойчивость оболочки в стадии эксплуатации, возможность устройства проемов для светоаэрационных устройств и подвесок для крановых путей.

Схема расположения упоров на диафрагме

продольных и поперечных ребер. По внешним боковым граням ребер плит предусматриваются пазы для образования после замоноличивания швов шпонок, воспринимающих сдвигающие и перерезывающие усилия. Плиты следует армировать сварными сетками и каркасами. Арматура полки плит должна быть надежно заделана по контуру в ребрах или в полке в пределах ребер, приваркой поперечных стержней..

дополнительных ребер жесткости. Так, в оболочке размерами 102X102 м ее устойчивость обеспечивается системой предварительно напряженных балок — ребер жесткости, образующих сетку 12x12 м, которая в период монтажа служит для опирания плит. Балки связаны с плитами сваркой закладных деталей и замоноличиванием швов. Для осуществления связи и передачи сдвигающих усилий плиты и балки снабжены шпонками и петлевыми выпусками арматуры.

диафрагм для обеспечения передачи с оболочки на контурные элементы сдвигающих усилий и поперечных сил и совместных деформаций плит и контурных элементов. Для этого все пространство до уровня верха плит над контурными элементами должно быть замоноличено. Контурные плиты приваривают к закладным деталям диафрагм, соединяют между собой, а торцевые ребра плит снабжают шпонками. Шпонки рассчитывают на сжатие и срез по формулам Сдвигающие усилия, передаваемые с оболочки на диафрагму, должны восприниматься с помощью стальных упоров, расположенных в шве замоноличивания и приваренных к верхнему поясу контурной диафрагмы. Эти упоры могут представлять собой отрезки швеллеров, развернутых полками перпендикулярно действующему усилию, вертикально приваренные пластины, соединенные ребром жесткости, или соединенные ребром жесткости отрезки уголков. Применение уголков позволяет приварить к ним косую арматуру без отгибов ее концов, что удобнее выполнять. Оригинал на logici.ru
Очень важно надежно закрепить концы арматуры на диафрагмах. Так как сборные плиты имеют достаточно высокое ребро, а закреплять косую арматуру целесообразно к диафрагме, концы косой арматуры должны быть отогнуты за ребро и приварены к закладным деталям в диафрагме или, как это показано на рис. к металлическим упорам, расположенным на диафрагме.

Сборные оболочки.

с использованием серийного оборудования заводов железобетонных изделий.
Конструкция металлической формы-опалубки плиты оболочки традиционная — откидывающиеся борта шарнирно закреплены на поддоне. Борта в рабочем положении соединяются между собой замком винтового типа. На обоих продольных бортах расположены опоры, позволяющие штабелировать формы в пропарочной камере и на складе. Формообразующая часть поддона опирается на нижнюю раму прямоугольной формы из швеллерных профилей. В нижней части расположены устройства для крепления формы на виброплощадке и упоры для продвижения форм по технологической линии, а также для фиксации ее на технологических постах.

Изготовление и монтаж сборных элементов.

цилиндрической поверхности поддона. Арматурные сетки и плоские прямые каркасы сборных элементов оболочки целесообразно сваривать контактной сваркой на многоэлектродных машинах, а криволинейные плоские каркасы — на одноточечных сварных машинах или с помощью подвесных сварочных машин с клещами. Плоские прямые и криволинейные каркасы, а также пространственные каркасы сборных элементов следует собирать в кондукторах. Оригинал на logici.ru
Наиболее перспективна полуконвейерная схема производства элементов оболочек, при которой обеспечивается поточность работ, их принудительный ритм, возможность комплексной механизации всех трудоемких процессов. Тепловлажностная обработка изделий осуществляется в ямных камерах, снабженных автоматической системой контроля режима пропаривания, крышками с гидравлическим механизмом открывания и закрывания, дистанционным управлением в сочетании с мостовыми кранами, имеющими автоматические захваты.

а также изгибающих и крутящих моментов. В зависимости от степени пологости, характера нагрузки и условий опирания по контуру расчет пологих оболочек принципиально может производиться по безмоментной или моментной упругой теории, при этом обе теории могут быть линейными и нелинейными.

Расчет пологих железобетонных оболочек.

(краевого эффекта), может быть использована в предварительных расчетах шарнирно опертых гладких оболочек с относительно большим подъемом при равномерно распределенной нагрузке. Допускается считать шарнирным опирание оболочки на стены или на часто расположенные по контуру колонны, а также на достаточно жесткие в своей плоскости и гибкие из плоскости диафрагмы, например, в виде ферм. При окончательном рабочем проектировании рекомендуется пользоваться методами расчетов с помощью ЭВМ, основанными на моментной теории, позволяющими учесть конструктивные особенности оболочек (наличие ребер, отверстий, переломов поверхности, действительную жесткость бортовых диафрагм и т. п.). Для особо пологих оболочек целесообразно вести расчет по нелинейной моментной теории.

позволяет ПОЛУЧИТЬ более достоверные величины усилий по сравнению с безмоментной теорией, так как он учитывает дополнительное поле напряжений, вызванное моментным напряженным состоянием.
Усилия и прогибы прямоугольных в плане отдельно стоящих оболочек при равномерно распределенных нагрузках могут быть определены по формулам табл., где они представлены в двойных тригонометрических рядах. Опоры этих оболочек предполагаются шарнирными. Количество членов ряда должно определяться в каждом случае из условия, чтобы остаточный член ряда был меньше 5 % от суммы взятых членов ряда.
Односторонняя равномерно распределенная нагрузка обычно заменяется комбинированной схемой, состоящей из симметричной и обратно симметричной нагрузок.

зависимости от места их расположения в конструкции. В плитах у контура с некоторым допущением можно принять схему разрушения такую же, как и в плоских плитах, опертых по контуру, с той лишь разницей, что часть сечения по линии излома оказывается криволинейной. Это учитывается при определении величины моментов, действующих в шарнирах текучести.

Расчет поля цилиндрических плит.

Расчетная схема плиты ребристой цилиндрической панели оболочки, расположенной вне приконтурной зоны:
а — схема разрушения плиты между ребрами; б — взаимодействие усилий на контуре зоны разрушения

снижены за счет благоприятного влияния, оказываемого на несущую способность поля оболочки сжимающих усилий, действующих вдоль криволинейной образующей панелей.

Схема разрушения оболочки с образованием локальной вмятины:
1 — наиболее вероятные места образования вмятин; 2—кривая прогибов

оболочки за зоной вмятины, укорочение дуги меридионального сечения оболочки во вмятине в результате действия сжимающих усилий и дополнительный прогиб, вызванный поворотом опорного сечения на краю вмятины. В результате деформации поверхности на краю вмятины возникает момент т. Действительные значения момента и нормальные силы в формуле находят последовательным приближением искомых величин к предельным, лежащим на кривой, изображающей зависимость т — п для рассматриваемого внецентренно сжатого сечения на контуре вмятины. Найденные предельные значения нормальной силы и моментов в железобетонном сечении кольцевого пластического шарнира, а также соответствующего им прогиба центра вмятины подставляют в уравнение для нахождения локально-экстремального значения предельной нагрузки для заданного размера вмятины.
Для нахождения действительного размера вмятины и соответствующей ему величины разрушающей нагрузки уравнение решается численно с использованием шаговой процедуры по размерам вмятины, в процессе которой определяется минимум предельной нагрузки. При определении действительного размера вмятины и величины разрушающей нагрузки необходимо учитывать влияние начального несовершенства поверхности, которое при значительном искажении исходной геометрии поверхности может привести к существенному снижению несущей способности оболочек.

и промежуточными ребрами. Шаг поперечных ребер назначается до 3 м. Для упрощения изготовления сборных элементов и опалубочных форм рекомендуется назначать одинаковую высоту продольных и поперечных ребер плит оболочки.
Толщину полки и высоту ребер плит назначают с учетом обеспечения необходимой прочности, жесткости и устойчивости оболочек, а также требуемого защитного слоя арматуры. В соответствии с этими условиями рекомендуется принимать толщину полки в пределах 30...50 мм, а высоту ребер 250...300 мм.
Контур оболочки положительной гауссовой кривизны можно назначать трех типов: в виде ферм, арок и полигонального пояса. Пролет ферм и арок равен сторонам оболочки. Полигональный пояс собирается из ригелей, опирающихся на колонны переменной высоты, установленные с шагом, как правило, 6 м. Контур первого и второго типов рекомендуется для средних диафрагм многоволновых оболочек, третьего — для отдельно стоящих оболочек и наружных контуров многоволновых оболочек.

Плиты оболочки

и уменьшить металлоемкость монтажной оснастки за счет применения принципа предварительной сборки двух, трех или четырех плит в укрупненные монтажные секции арочного типа. Сборка секций осуществляется на стендах, обеспечивающих проектную геометрию укрупненного элемента. Оболочки с меньшей стороной до 24 м включительно целесообразно собирать без промежуточных монтажных опор. В этом случае монтажные секции устанавливают на контурные элементы оболочки. При длине сторон оболочки более 24 м рациональна комбинация метода предварительной укрупнительной сборки с установкой одной или двух линий разреженных монтажных опор с фермами, на которые устанавливаются секции оболочки.

Укрупнение плит

соединения плит в направлении большей стороны с помощью сварки стыковых накладок и установки временной затяжки. Швы между плитами монтажной секции, как правило, на стенде не замоноличиваются.
Рекомендуется наиболее универсальный шпренгельный тип временных затяжек монтажных секций, годный при любой кривизне оболочки. Затяжки должны быть оборудованы натяжным приспособлением в виде талрепа и устройством для снятия усилий. Целесообразно предусматривать многократную оборачиваемость и универсальность конструкции временных затяжек для разных пролетов и кривизн укрупненных секций оболочек.

соединения сборных элементов между собой при помощи стыковых накладок в виде стержней или листов. В местах примыкания поперечных ребер плит к продольным предусматриваются накладки в виде листов в двух уровнях. Применение стыковых накладок должно обеспечивать равнопрочное соединение верхней и нижней арматуры ребер плит.
По периметру плиты снаружи контурных ребер предусматривают пазы прямоугольной или треугольной формы для образования шпонок и восприятия сдвигающих и поперечных усилий после замоноличивания швов оболочки. В торцевых ребрах крайних плит укрупненных монтажных элементов следует устраивать отверстия овального или круглого сечения для пропуска элементов временных затяжек.

Узлы и детали

правило, располагают между ребрами, в средней зоне оболочки — не ближе 4...6 м от контуров. Допустимые шаги и размеры проемов проверяют расчетом. Если в плитах устраиваются отверстия, размеры которых не превышают 15 толщин полки, то края плиты можно не утолщать. При проемах больших размеров участки полки по периметру отверстия утолщают и армируют в соответствии с данными расчета.
Крайние плиты оболочки должны опираться на контурные элементы сверху или в одном уровне. Для этого предусматривают закладные детали и столики. Соединять блоки ферм и арок целесообразно при помощи листовых накладок, а стержневую арматуру контурных ригелей — при помощи ванной сварки. Приварку опорных частей ребер приконтурных плит к столикам контурных элементов осуществляют, как правило, в двух уровнях для исключения возможности поворота элементов от кручения. Если углы плит опираются по оси контурного элемента, допускается их сварка на одном уровне.

б — опирание в одном уровне.

Григолюк, П.Я. Носатенко, Ю.Ю.Ширшов // Механика композитных материалов. 1989. — № 3. -С. 549-551.
Григолюк Э.И. Развитие общего направления в теории многослойных оболочек / Э.И. Григолюк, Г.М. Куликов // Механика композитных материалов. 1988. - № 2. - С. 287-298.
Немировский Ю.В. К теории термоупругого изгиба армированных оболочек и пластин / Немировский Ю.В. // Механика полимеров. — 1972. -№5.-С. 861 -873.
Х.Новожилов В.В. Линейная теория тонких оболочек / В.В. Новожилов.Тарнопольский Ю.М. Термическое деформирование пространственно армированных композитов / Ю.М.

Литература.