Конструирование сжатых элементов

Колонны армируют продольной стержневой арматурой диаметром 12...40 мм (рабочая арматура), преимущественно горячекатаной стали класса A-400-500 и термомеханически упрочненной А540, а также поперечной стержневой горячекатаной арматурой классов A-400 А-300, А-240 и проволокой класса В-500 (рис.1.4.3). Продольную и поперечную арматуру сжатых со случайными эксцентриситетами и внецентренно сжатых элементов объединяют в плоские и пространственные каркасы, сварные или вязаные (рис.1.4.4-1.4.5).

Насыщение поперечного сечения продольной арматурой элементов, сжатых со случайными эксцентриситетами, оценивают коэффициентом μ по формуле или процентом армирования (значения в 100 раз больше), где под As подразумевается суммарная площадь сечения продольных стержней. В практике для сжатых стержней обычно принимают армирование не более 3%.

Рис.1.4.3.Схема армирования сжатых элементов: l- продольные стержни; 2- поперечные стержни; а1- защитный слой бетона продольной арматуры; aw- то же поперечной арматуры

Во внецентренно сжатых элементах с расчетными эксцентриситетами продольные стержни размещают вблизи коротких граней поперечного сечения элемента (рис.1.4.5): арматуру S с площадью сечения As у грани, более удаленной от сжимающей силы, и арматуру S' с площадью сечения А': у грани, расположенной ближе к продольной силе. Насыщение поперечного сечения внецентренно сжатых элементов оценивают коэффициентом армирования по площади сечения рабочих стержней продольной арматуры, расположенных у одной из коротких граней. Армирование внецентренно сжатых стержней составляет 0,5...1,2 % площади сечения элемента.

Если площади сечения арматуры S и S' одинаковы, армирование называют симметричным; оно предпочтительнее, чем несимметричное армирование.

Минимальная площадь сечения продольной арматуры S и S' во внецентренно сжатых элементах, согласно нормам, допускается равной, %:

0,05 в элементах при lo/i<17;

0,1 17≤lo/i≤35;

0,2 35≤lo/i≤83;

0,25 lo/i>83.

Здесь i- радиус инерции сечения элемента в плоскости эксцентриситета продольной силы; 10- расчетная длина сжатого элемента.

Соединять продольные стержни по длине элемента не рекомендуется.

Рис.1.4.4.Армирование сжатых элементов со случайными эксцентриситетами: а- сварными каркасами; б- вязаными каркаса; 3- хомуты; 1- сварные каркасы; 2- соединительные стержни; 3- хомуты; 4 - дополнительные хомуты; 5- шпильки.

Рис.1.4.5.Армирование внецентренно сжатых элементов: а- сварными каркасами; б- вязанными каркасами.

Рабочие стержни в поперечном сечении колонны размещают возможно ближе к поверхности элемента с соблюдением минимальной толщины защитного слоя аi, которая.по, нормам должна быть не менее диаметра стержне и арматуры и не менее 20 см (см. рис.1.4.3).

Колонны сечением до 400Х400 мм можно армировать четырьмя продольными стержнями (см. рис.1.4.4), что соответствует наибольшему допустимому расстоянию между стержнями рабочей арматуры. Наименьшее расстояние между ними в свету допускается 50 мм если стержни при бетонировании расположены вертикально; а при горизонтальном расположении - 25 мм для нижней и 30 мм для верхней арматуры, но при всех случаях не менее наибольшего диаметра стержня. При расстоянии между рабочими стержнями более 400 мм следует предусматривать промежуточные стержни по периметру сечения элемента с тем, чтобы расстояние между продельными стержнями не превышало 400 мм.

Поперечные стержни ставят без расчета, но с соблюдением требований норм. Расстояние между ними (по условию предотвращения бокового выпучивания продольных стержней при сжатии) s (см. рис.1.4.3) должно быть при сварных каркасах не более 20d, при вязаных 15d, но не более 500 мм (здесь d- наименьший диаметр продольных сжатых стержней). Расстояния s округляют до размеров, кратных 50 мм.

Диаметр поперечных стержней d в сварных каркасах должен удовлетворять условиям свариваемости. Диаметр хомутов вязаных каркасов принимают не менее 5 мм и не менее 0,25 d, где d- наибольший диаметр продольных стержней. Толщина защитного слоя поперечных стержней aw должна быть не менее 15 мм.

В местах стыков каркасов на длине перепуска стержней расстояние между поперечными стержнями должно быть не более 10d (d- диаметр соединяемых стержней). Если общее насыщение элемента арматурой более 3 %, то поперечные стержни необходимо устанавливать на расстоянии друг от друга не более 10 d и не более 300 мм.

Плоские сварные каркасы объединяют в пространственные с помощью поперечных стержней, привариваемых контактной точечной сваркой к угловым продольным стержням плоских каркасов (см. рис.1.4,5, а). Если в сварных каркасах у больших граней сечения элемента размещены промежуточные стержни, то эти стержни (принадлежащие противоположным каркасам) соединяют между собой дополнительными шпильками, устанавливаемыми по длине элемента с шагом, равным шагу поперечных стержней плоских каркасов.

В вязаных каркасах продольные стержни укрепляют хомутами на перегибах хомутов по крайней мере через один, при ширине грани не более 400 мм и числе продольных стержней у этой грани не более четырех допускается охват всех продольных стержней одним хомутом (см.рис.1.4.5, б).

Предварительное напряжение применяют для внецентренно сжатых элементов с большими эксцентриситетами сжимающей силы, когда изгибающие моменты значительны и вызывают растяжение части сечения, а также для элементов очень большой гибкости, Повышение трещиностойкости и жесткости элемента посредством предварительного напряжения полезно в первом случае для эксплуатационного периода, во втором для периода изготовления, транспортирования и монтажа.

Применять очень гибкие центрально-сжатые элементы нерациональоно, поскольку несущая способность их сильно снижается вследствие большой деформативности. Во всех случаях элементы из тяжелого бетона и бетона напористых заполнителях должны иметь гибкость в любом направлении:

λ= lo/i≤200 (4.3)

а колонны зданий:

λ= lo/i≤120 (4.4)