автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Железобетонное перекрытие с диагнональными балками и гладким потолком

' МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ КИЕВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬШЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

МАХМУД ШУКРИ МАХМУД £АРАДЖ

УДК 624.073.7:681.3

ЖЕЛЕЗО ВЕТО! МОЕ 1ЕРЕКИШ2 С ДИАГОНАЛЬНЫМИ БАЛКАМИ И ГЛАДКИМ ПОТОЛКОМ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 05.23.01 - Строительные конструкции,

здания и сооружения

Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев 1922

Работа выполнена на кафедре железобетонных и каменных конструкций Киевского инженерно-строительного института.

Научный руководитель

- доктор технических наук, профессор

Научный консультант

- кандидат технических наук, доцент .

Официальные оппоненты:

- доктор 1. .хнических наук,

Пр0ф-:.Я0р

- кан,,лдат технических наук, сдарлий научный сотрудник

Ве^цая организация:

А. Я. БАРАШКОВ

П.П.ШАНДРУК

С.Н.КЛШКОВ Я.Е.СЛОБОДЯН КиёвЗНШЭП

Защита состоится

" \6 " О^^ьрЯ

1992 г.

б ЛЗ-ОС часов на заседании специализированного совета К 06d.05.04 Киевского инженерно-строительного института (252037, г.Киев-37, Воздухофлотский проспект, 31) в зало заседаний совета института.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Киевского инженерно-строительного института.

Автореферат разослан " " СЕЛ^^Уо^ 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

г.и.кельшчшсо

РОССИЙСКАЯ

ГО С V Д А Р С Т ^шмоткА^РйБе^ц!!!

Бйь/!МОТ£КА

Актуальность темы. В настоящее время одним из основных напрап-¡ений в строительстве и архитектуре является уменьшение объемов и эазмеров строительных конструкций, лучшее и более полное использо-)ание прочностных свойств материалов, снижение металлоемкости, сто-(мости, трудоемкости строительства, пасен сооружения. Известные кон-:трукции перекрытий имеют недостатки. Для существующих полностью мо-юлитных конструкций перекрытий основными недостатками являются тру-[оеккость установки опалубки и ее металлоемкость, поскслвку ее нужно 'станавливать по всей плоскости перекрытия. В гражданских зданиях :роме указанных недостатков монолитных перекрытий добавляются не-,остаточная звукоизоляция и необходимость устройства дорогостоящих юдвесных потолков. Сборно-мснолнтныя перекрытия включают сборные 'Лементы с присущими им стыками и объединяющим по верху слоем моно-итного железобетона. В таких конструкциях основными конструктивны-:и и, в меньшей мере, несущими элементами являются сборные элементы, ¡оятому им присущ едва ли не весь перечень недостатков для сборных онструкций.

Цель работы: Разработка нового решения конструкции перекрытия, твечаицего современным требованиям. Исходя из идеи расположения ба-ок по диагональному направлению, возможно внедрение новой конструк-ии, для которой исследуются и решаются основные проблемы, возникаю-ие вследствие расположения балок по диагональному направлению. В аботе поставлены следующие задачи:

1. Обосновать новые конструктивные схемы монолитных и сборно-онолитных перекрытий с диагональными балками для многоэтажных зда-ий; указать на основные отличия предложенных перекрытий от извест-ых (типовых) и разработать элективные способы их расчета.

2. Исследовать особенности расчета перекрытий с диегонвльны-

и балками на ЭВМ и определить отличие их расчета от типовых перек-

з!тий.

3. Разработать методику приближенного расчета плиты перекрыла с диагональными балками с учетом прогиба двух диагональных уг-зв.

4. Определить пути снижения расхода материалов при расположе-ш балок по диагональному направлению, определить основные преиму-;ства и недостатки предлагаемого реиения, изучить влияние разных )раметров конструкций на снижение расхода материалов по сравнению типовым перекрытием.

5. Провести технико-экономический анализ.предлагаемых конструктивных схем перекрытий в сравнении с известными (типовыми) * решениями.

Научная новизна работы:

1. Разработана новая конструкция сборно-монолитного перекрытия, которое отвечает современным требованиям строительства.

2. Созданы рациональные расчетные схемы, которые существенно упрощают расчет Перекрытия.

3. Определены преимущества и недостатки перекрытий при диагональном расположении балок.

4. Разработан приближенный способ расчета плиты перекрытия с учетом прогибов диагональных углов.

5. Предложена эффективная технология возведения перекрытий с диагональными балками, которая сокращает трудоемкость работ.

Практическое значение работы:

В результате проведенных исследований создается возможность проектирования принципиально нового конструктивного решения перекрытия, которое имеет рациональную схему армирования, сокращает расход материалов по сравнению с перекрытиями, включающими ортогональную схему расположения балок, а также уменьшает трудоемкость возведения.

Реализация роботы:

Основные положения диссертации доложены на 49-й научно-практк ческой конференции КИСИ и отражены в 'одной опубликованной работе.

Обьем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы, приложения и содержит 160 стр. текста, 70 рисунков и 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Первая глава посвящена анализу состояния изучаемого вопроса. Отмечается необходимость дальнейшего совершенствования об-чемно-планировочных и конструктивных схем перекрытий многоэтажных здани1 с учетом современных требований массового промышленного и гравдан ского строительства. В главе определяются пути совершенствования монолитных и сборно-монолитных систем перекрытий многоэтажных эда ний, отвечающих требованиям экономичности, технологичности и ин-дустриальности, а также функциональным особенностям возведения объектов. Рассмотрены конструктивные схемы монолитных и сборно, монолитных систем перекрытий многоэтажных зданий, отличающихся от известных (типовых) конструктивных решений.

В основу исследуемого перекрытия полочена нопоя конструктивная система с диагональными балками переменного сечения, провоженная к.т.н. П.П. Шандруком (рис. 1,8,б).

На основании проведенного анализа показано, что существенны;! вклад з развитие рациональных конструктивных систем железобетонных перекрытий внесли труды В.Н.Байкова, Л.А.Гвоздева, А.М.Дубинского, Н.И.Карпенко, З.Г.Крамаря, С.Н.Крылова, Я.Д.Лившица, Е.А.Палатнико-ва, А.Л.Вагина, П.П.Шандрука и др.

Рассмотрены исследования и методы расчета ребристых железобетонных перекрытий, приведенных в работах Б.Н.Еастацкого,, Г.М.Бер-дичевского, Д.З.Вайнберга, А.С.Городецкого, П.5.Дроздова, В.С.Здорен-ко, А.И.Казачевского, Я.Г.Сингатуллина, Г.К.Хайдукова, П.П.Шандрука и др.

Во второй главе рассмотрены численные исследования на ЭВМ фрагмента перекрытия. Суть исследования состояла в определении способов расчета, а также в обосновании создания эффективной расчетной схемы перекрытия.

В главе проведены теоретические исследования в области перекрытия с диагональными балками с учетом прогибов двух диагональных углов. В этом случае расчет перекрытия на основе комбинированной пространственной расчетной схемы трудоемок и требует большой памяти ЭВМ. Для экономии машинного времени его необходимо разделить на две части. Первая включает расчет конструкции нз ЭВМ с меньшим количеством КЭ или на основе пространственно-стерчневой схемы. Вторая часть представляет собой расчет плиты перекрытия отдельно от конструкции каркаса, что потребовало самостоятельного исследования в области теории плит. Замкнутые решения дифференциальных уравнений пластин, метод наложения цилиндрических прогибов и другие способы не позволяют выполнить такой расчет. Необходимо было найти более простые способы. Идея предлагаемого приближенного метода заключается в разделении расчета плиты на две части с применением принципа супперпозиции. Первая часть использует расчет плиты под нагрузкой без учета прогиба и угла закручивания, кото-.рый ведется по таблицам, вторая - расчет шиты с учетом прогиба и угла закручивания без нагрузки. Для второй части необходимо было определить функции прогиба, что потребовало изучения геометрии плиты и введения усилий и перемещений из результатов расчета на ЭВМ.

*ункцич прогиба для точек, параллельных краю плнпл предлагается внрьзить су/мой двух функций. Леррая функция определяет угол закручивбния в балке ^ (&) = ' ^ 5 , где <р и ($>1 -

£-2-72// 1

Здесь ai/ . q,L3

величины углов закручивания в начале и в конце стердня, получо] ные на ЭВМ. Вторая функция опнгппвет упругую линию балки:

при S^ -j?

при

а

О, СО1S ♦ oí, + eíj S с/,, S3 + c¿e 5V + </e S5. (2)

<~9¡oE3 ' <*»" gse? > VEJIÍ ZM 1>

Л - J - 1 • J -Л__ •

M i , Q; - нзгибагции t/омент и поперечная сила в начале стер ня, полученные в результате расчета не ЭЗ',1; (f>¡ , ф^ , 0¡ , 9 углы закручивания и поворота в начале и в конце стержня, получ игле из разложения угловых перемещений по результатам расчета н ЭВМ.

Как следствие совместной работы плиты и балки функции пр гиба и углов закручивания для плиты и балки одинаковы. .

Угол поворота плиты известен

■

Выполняя интегрирование, получаем функцию прогиба для точ которые находятся у края птиты

(4)

Из форг.улы (4) с учетом (I) и (2) можно записать функцию прогиба для плиты:

при S -g-

соСп, S) = Sn n 4. 8i S +

2EU S 6 £ J 60 El L. Ъ '

при S > — 2

(О С П, в) = ) 9 П + ф, п + 015 + с/, + «Г 4 Б +•

с^5". (б)

Таким образом, в общем виде функция прогиба для плиты в про-зте имеет вид

(о(ъ) = ♦ ьг в + + в,, э4* Ьег (7)

Исследования показали, что для аппроксимации функции прогиба №ТЫ достаточно параболической зависимости

Аналогично записывается функция прогиба для балки.

Распоеделение усилий и направления трещин показаны на рис. , Отсюда видно, что плита находится под влиянием отрицательного ¡гибающего момента с максимальной величиной в узлах, которые не 'Сют прогиба.

Положительный нзгибаиций момент возникает только в точке 'ресечения диагональных балок, т.е. там, где имеется максимальный )огиб. Вследствие появления угла закручивания по контуру возни-1ет крутящий момент. Таким образом образуются трещины по контуру шты. Они не параллельны краю плиты, как в плите, защемленной I контуру, а направлены под углом. Направление образования тре-1Н определяется направлением угла закручивания.

В третьей главе приведен анализ особенностей расчета перек-1тия с диагональными балками. Отмечено, что перекрытие с диаго-.льными балками отличается от типового нерегулярностью состава ходных данных. Такое перекрытие содержит диагональные и ортого-льные балки, где в одном ряду количество стержней (КЭ) отлича-ся от количества стержней в следующем ряду. Это вызывает увели-ние состава исходных данных, особенно при расчетах больших про-яов, тек как возникает необходимость пространственного расчета рекрытия на. ЭВМ вследствие сложности конструкции и наличия кру-щего момента. В связи с этим количество элементов (КЭ) увеличи-ется. В то яе время теряется эффективность оператора Я в БК РА, как сервисного оператора.

Предлагается эффективный способ расчета перекрытия с диаго-льнкми-балками, с помощью которого преодолевается нзрегуляр-сть состава исходник ценних. Этот способ заключается в нумера-

чии точек пересечения диагональных балок по направлению )( и у . Такая нумерация отражает взаимосвязь узлов и элементов для контурных балок, а состав исходных данных для перекрытия с диагональными балками и для типового перекрытия становится одинаковым.

Основной результат исследования - удобный и эффективный способ расчета перекрытия с диагональными балками на основе комбинированной пространственной расчетной схемы. Существо схемы заключается в том, что теоретически, если конструкция распространяется бесконечно по всем направлениям, состав исходных данных не увеличивается, так как схема органично отражает работу перекрытия. Количество исходных данных приобретает минимальный объем, что имеет большое значение для уменьшения трудоемкости и сложности расчета перекрытия (рис. 3).

В четвертой главе рассмотрены вопросы снижения расхода материалов. В результате исследований предлагается сборно-монолитное перекрытие (см.рис. 1,6), так как в этом варианте при использовании толстых плит значительно уменьшается кручение, что позволяет снизить расход арматуры. Новое решение сборно-монолитного перекрытия с диагональными балками и гладким потолком устраняет основные недостатки существующих перекрытий: отсутствуют закладные детали и, дорогостоящие подвесные потолки. При этом применяются сборные элементы (панели) из легкого бетона и монолитные балки -из тяжелого бетона, сцепление обеспечивается несложными технологическими .приемами и выпусками арматуры. Б атом случае целесообразно использование сборных колонн с незабетонированными участками, оставленными для добетонирования монолитных балок. Благодаря диагональному расположению балок пролеты сборных плит уменьшаются в лГ2 раза по сравнению с типовым решением с ортогональным расположением балок.

Расположение балок по диагональному направлению позволяет добиться снижения расхода арматурной стали на 6-10$. Однако вследствие появления крутящих моментов увеличивается расход поперечной арматуры. В работе проведено сравнение на ЭВМ' двух схем перекрытия при одинаковой равномерно распределенной нагрузке, равной 20 кн/м^. Дня первой схемы принятое типовое перекрытие с ортогональными балками постоянного сечения, для второй - перекрытие с диагональными балками постоянного сечения (рис. 4). Показано, что, несмотря на увеличение объема поперечной арматуры, можно уменьшить общий расход стали на перекрытие за счет конструктивных мероприя-

'ий, снижающих величину крутящих моментов. Для перекрытий с ди-1гональными балками постоянного сечения таким мероприятием может 5ыгь, например, увеличение жесткости крайних колонн, которое уменьшает угловые перемещения.

Для возведения сборно-монолитного перекрытия рекомендуется тркнципиально новая конструкция эффективной полосовой опалубки -'ЗОНТ". Эта опалубка хранится и транспортируется в ввде ящика и открывается по принципу зонта. Идея применения такой опалубки осно-зана на отсутствии колонн в точках пересечения диагональных балок .'рис. а).

овдк вавода

I. Расчет перекрытия с диагональным расположением балок на основе пространственной расчетной схемы весьма трудоемок и требует 5ольшоЧ памяти ЭВМ. Предложен аффективный способ расчета перекрытия в два этапа. Сначала на ЭВМ рассчитывается система, состоящая из • балок и колонн. Затем аналитическим методом производится расчет плиты с учетом результатов, полученных на ЭВМ.

2. Предлагаемый аналитический' метод расчета плиты состоит в определении усилий и формы трещионообразования в плите, возникающих вследствие прогибов диагональных углов. Перемещения диагональных углов плиты должны быть получены в результате первого этапа расчета на ЭВМ системы балок и колонн. Для аппроксимации функции прогиба плиты предлагается параболическая зависимость.

3. Проведен анализ особенностей расчета перекрытия с диагональными балками. Предлагается эффективный способ расчета-на ЭВМ с использованием ВК ЛИРА перекрытия с диагональными балками постоянного и переменного сечения. Этот способ заключается в форми- ■ ровании комбинированной пространственной расчетной схемы с минимальным объемом исходных данных.

4. В результате разработки нового решения сборно-монолитного перекрытия с диагональными балками и гладким потолком появляется возможность устранить недостатки существующих ребристых перекрытий - наличие закладных деталей и конструкций дорогостоящих подвесных потолкоз. Рассмотрены конструкции комбинированных систем перекрытий: со сборными панелями из легкого бетона и монолитными балками - из тяжелого бетона.

3. Расположение балок по диагональному направлению позволяет снизить расход арматурной стали на 6-1(У? по сраенешго с типэг?п,и

перекрытиями с ортогональным расположением балок. Для снижения величины возникающих в таком перекрытии крутящих моментов рекомендуется увеличить жесткости крайних колонн, что уменьшает угловые перемещения.

6. Даны рекомендации по возведению сборно-монолитного перекрытия с помощью разработанной эффективной полосовой опалубки типа "ЗОНГ". Идея применения такой опалубки основана на отсутствии колонн в точках пересечения диагональных балок.

Основное содержание диссертации отражено в работе: Махмуд Шукри К. Особенности расчета перекрестно-стержневых регулярных структур /Киевский инж.-строит.институт.-Киев,1992,-9 е., Деп. во УкрЖТЭИ, » 402-Ук.92.

сборная колонна

манолитныи Mtmo5iman

С00РНЭ9 K0AWH3

-.ч ' ; v. •.' •. s р.

сботя пзне/ь из легкого Нетона

б

Рис. I. Исследуете перекрытие

а) монолитное перекрытие с диагональнп.ш балками;

б) сборно-монолитное перекрытие с диагональными Салками и гладким пзтолцем.

St ©

i%

»О.ЛИ

( / У ^ > s/p't

/

'rf't®'

// s >/ ,

e".

ШШШШ1ШШШ1

ГШШШШШПШ1

Pile. 2. Влияи-АО прогиба и угла закручивания ия распределения усилий и образование трещин.

/X

Г#\ ^аХ ©"х ж

ж

5

последний . стержень

9

8

шяк.

I, побтаРение (к)

мрьыи

стерты* Г

Рис. 3. К созданию аффективной расчетной схемы

а) нумерация КЭ плиты;

б) нумерация стертеЯ; .

в) задание номера узлов стержне?, в ДОК (I);

г) схема повторений исходных данных.

МТ,

КИМ

т<зо

чат

snt M чтение зи тлонн

ÇSO <00 6 со

m

í.sc5

■ ¡QíiO

нам So*¡a учение калами

Sono

чаша

¡a, ц сечение колонн

+ + 1 4- tft «s

-р -j- 1 -р

( te t •*>

-р

4-

-р

& «sí

1

\0,S17Í /, fíS 0,1315

J.J5«

обозначения:

перекрытие с Зиагоншными ¡¿.¡каш--

— ftscxw? поперечной арматуры шшрзтд /ipoáomaú згизтугы гштсчтироВание ПРаЗочнай и

попшчнои арматуры

munaèoe перекрытие:

— pjcxod поперечной армзтуеы

— pjckoí проданьной зРштигы --cUHMijPoljf/ye продольной и

поперечной з?штуры

4. Расход арь-лтури (а), схе;..ь: типового и исследуемого . перекрити;"; (б), coothobohv.í. моментов и угловых пере:.'.£Цеь:;! (О, ьрмпрзЕыи'о клот (г).

б

Рис. 5. Пркнигаиально новая "флективная опалубка "30!1Т" для воо-ведения сборно-ионолитного перекрытия с диагснальними балками и гладким потолком.

Пожи. I nc4.ffV.iXit . . . Формат еохМ"/» Бумаг»

т«а. .4 Л . Печать офсетим. Усл. им. Л. о г . Усл. гр^сп.? ,

Учмж.л.^с . . Тираж /ее . ' _За». ■ Бссялатио.

РАПО сУьраузлолиграф». 752151, г. Кмс>, ул. Волынсаая. СО.