Проектирование железобетонной балки осуществляется методом проб и ошибок. Однако нормы проектирования, определенные правила и прошлый опыт могут значительно сократить длительный процесс проектирования.
Первоначально некоторые аспекты конструкции, такие как геометрия и собственный вес, должны быть оценены, а затем проверены в процессе проектирования. Применимые нормы, такие как ACI 318-19, содержат спецификации, помогающие проектировщику, но некоторые оценки и предположения все равно должны быть сделаны.
Опытный проектировщик может сделать очень точные предположения. В отличие от них, новые проектировщики, у которых мало или вообще нет опыта, вынуждены полагаться на пробные расчеты или произвольные правила, измененные в соответствии с конкретной ситуацией.
Проектные допущения для железобетонных балок могут потребоваться для собственного веса балки и ее геометрических размеров. Нормы проектирования содержат спецификации по выбору размера бруса, расстояния между ними, бетонного покрытия и укладки бруса.
Допущения и спецификации для проектирования железобетонной балки
1. Размеры балки
Размеры балки определяются отрицательными моментами или сдвигающими силами на опорах. Коэффициент момента ACI может быть использован для расчета моментов конкретного пролета. В качестве альтернативы проектировщики могут оценить глубину балки из расчета 60-65 мм на метр пролета балки.
Требования к соотношению ширины и глубины железобетонных балок не предусмотрены нормами. Однако, как правило, лучше использовать глубину, которая в два с половиной – три раза превышает ширину балки. Для длиннопролетных балок экономически выгодно использовать глубокие и узкие секции.
Однако архитектурные соображения могут помешать использованию глубоких бетонных балок, и проектировщик будет вынужден выбрать широкие балки. Чем меньше количество различных размеров балок в конструкции, тем лучше она с экономической точки зрения.
Размеры железобетонной балки
2. Выбор размера стержня
После вычисления необходимой площади армирования можно использовать таблицу 1 для выбора количества стержней, обеспечивающих необходимую площадь армирования.
В обычной ситуации целесообразно использовать прутки № 32 и меньше. Предпочтительнее использовать в балке стержни одного размера, но можно использовать два разных размера стержней для получения необходимой площади арматуры.
Размеры стальных стержней, обычно выбираемых для бетонных балок
Таблица–1: Площадь групп стержней, мм2
Количество прутков123456789101112Размер прутка, IS————1071142213284355426497568639710781852131292583875166457749031032116112901419154816199398597796995119413931592179119902189238819284568852113614201704198822722556284031243408223877741161154819352322270930963483387042574644255101020153020402550306035704080459051005610612029645129019352580322538704515516058056450709577403281916382457327640954914573365527371819090099828361006201230184024503060367042804890541006011066120724314522904435658087260871210164116161306814520159721742457258151627743103241290515486180872064823229258102839130972
3. Минимальная ширина балки
Минимальная ширина балки, необходимая для размещения нескольких балок различных размеров, приведена в Таблице-2.
Таблица-2: Максимальное количество стержней в один слой в стержнях балок при максимальном размере заполнителя 19 мм
Ширина балки, мм200250300350400450500550600650700750Размер бруса————1624567910111213151619234678910111214152223456789111213142523456789101112132923345678991011321234556788910361233456678894312233455667757112233344556
Табл.3: Максимальное количество стержней в одном слое в стеблях балок для максимального размера заполнителя 25 мм
Ширина балки, мм200250300350400450500550600650700750Размер бруса————162345678910111213192345678910111112222345567891011122523345678891011292234566789101032123445678891036123345667889
Примечание:
Максимальное покрытие бетона принимается равным 40 мм до ригелей № 13.
4. Бетонное покрытие
Бетонное покрытие – это расстояние от поверхности бетона до ригелей в сечении балки. Требования к бетонному покрытию в кодексе ACI весьма обширны.
Для балок, которые не подвергаются атмосферным воздействиям и не контактируют с землей, минимальное расстояние от нижней части стали до поверхности бетона составляет 40 мм согласно ACI 318-19, раздел 20.5.1.3, таблица 20.5.1.3.1.
Бетонное покрытие необходимо для защиты стальных стержней от воздействия окружающей среды и вандализма и обеспечения хорошего сцепления между арматурой и бетоном.
5. Расстояние между стержнями
Расстояние между стержнями в одном слое должно быть не менее:
1. 25 мм
2. Диаметр продольных прутьев
3. 4/3 максимального размера заполнителя
Расстояние между балками в железобетонной балке
6. Размещение стержней
Если стержни укладываются более чем в один слой, то стержни верхних слоев должны укладываться непосредственно над стержнями нижних слоев, а расстояние между слоями должно быть не менее 25 мм.
7. Собственный вес железобетонной балки
Оценка собственного веса железобетонной балки необходима для точного расчета нагрузок и, следовательно, момента, который необходимо выдержать. Вычисление собственного веса балки не является простым и может включать итерации.
Можно предположить размеры балки, по которым можно вычислить собственный вес. Если окажется, что расчетный собственный вес значительно меньше веса проектируемой секции, необходимо изменить размеры балки и заново рассчитать вес балки и приложенный момент. В качестве альтернативы для оценки веса бетона можно использовать таблицу 4.
Таблица-4: Первая оценка веса балки
Расчетный момент, Му (КН.м)Расчетный вес, КН/м≤2714.38>271 но ≤4065.11>406 но ≤5425.84>542 но ≤6786.57>6787.3
Часто задаваемые вопросы
Что такое железобетонная (ЖБ) балка?
Балка – это конструктивный элемент железобетонного здания, расположенный горизонтально для передачи нагрузки на опоры, такие как стены, балки и колонны.
Каковы расчетные переменные железобетонной балки?
Расчетными переменными железобетонной балки являются коэффициент армирования, глубина и ширина балки.
Каким должно быть отношение глубины к ширине железобетонной балки?
Отношение ширины к глубине железобетонной балки рекомендуется принимать в диапазоне от двух с половиной до трех. При определении ширины балки следует учитывать минимальное расстояние между стальными стержнями.
Какова минимальная глубина балки?
Стандарт ACI 318-19 устанавливает минимальную глубину балки в зависимости от ее пролета и состояния опоры. Меньшая глубина может быть рассмотрена, но прогиб балки должен быть проверен.
Проектирование двухопорных железобетонных прямоугольных балок с примером
Что такое скрытая балка? Назначение, применение и конструкция
Читайте далее:- Проектирование прямоугольной железобетонной балки.
- Как спроектировать одностороннее перекрытие в соответствии с ACI 318-19? | Прилагается пример.
- Минимальное и максимальное соотношение армирования в различных железобетонных элементах.
- Процедура проектирования железобетонной тавровой балки с примером.
- Детализация железобетонных балок в соответствии с кодексом ACI.
- Советы и правила проектирования железобетонных колонн.
- Что такое арматура? Типы и марки стальной арматуры.