Проектирование двухстороннего перекрытия прямым методом согласно ACI 318-11, представлена пошаговая процедура и ограничения прямого метода проектирования для двухстороннего перекрытия. Как правило, существует два типа перекрытий – односторонние и двусторонние.
Односторонняя плита прогибается в одном направлении и первичное армирование размещается в одном направлении, в то время как двусторонняя плита прогибается в двух направлениях и первичное армирование размещается в двух направлениях.
Кодекс ACI 318-11 предусматривает два метода расчета двусторонних плит, один из которых – метод прямого расчета. Метод прямого расчета, который можно было бы назвать методом прямого анализа, поскольку он определяет или предписывает моменты для различных частей панели перекрытия без необходимости проведения структурного анализа, объясняется в следующих разделах.
Процедуры проектирования двухстороннего перекрытия методом прямого проектирования
Ограничения прямого метода расчета
- Должно быть не менее трех непрерывных пролетов в каждом направлении. Если панелей меньше, внутренние отрицательные моменты будут слишком малы.
- Панели должны быть прямоугольными, а соотношение более длинных и более коротких пролетов в пределах панели не должно превышать 2, иначе будет преобладать одностороннее действие.
- В каждом направлении длина последующих пролетов не должна отличаться более чем на одну треть от наибольшей длины пролета.
- Не допускается смещение колонн более чем на 10% пролета (в направлении смещения) от любой оси между осевыми линиями последующих колонн.
- Данный метод применим только для перекрытий, подверженных гравитационной нагрузке.
- Неучтенная эксплуатационная живая нагрузка должна быть не более чем в два раза больше неучтенной мертвой нагрузки.
- Если используются балки, то относительная жесткость балок в двух перпендикулярных направлениях должна быть в пределах 0,2-0,5.
Проектирование двухпутного перекрытия методом прямого проектирования
Перед началом проектирования двухстороннего перекрытия необходимо определить глубину перекрытия в дополнение к заданию полос колонн и средних полос. В данной статье предполагается, что толщина плиты определена, но расчет колонн и средних полос объясняется в следующем разделе:
Колонны и средние полосы
Моменты в панелях перекрытий постоянно меняются, поэтому для облегчения размещения стали расчетные моменты усредняются по полосам колонн и средним полосам.
Полосы колонн располагаются над колоннами и имеют ширину с каждой стороны от осевой линии колонн, равную меньшему размеру панели, деленному на четыре, а средние полосы располагаются между двумя полосами колонн. На рис. 1 и рис. 2 показаны средняя полоса и полоса колонн для длинного и короткого направлений панели.
Колонная и средняя полосы в коротком направлении панели
Колонна и средняя полоса в длинном направлении панели
Общий статический момент для пролета (Mo):
Для расчета общего статического момента в панели используется свободный пролет (ln), который протягивается от торца до торца стен или колонн в направлении моментов. Факторизованный момент в пролете рассчитывается по следующему уравнению:
где:
wu: предельная нагрузка на единицу площади плиты
ln: свободный пролет в направлении (Mo), измеренный от торца до торца стен, колонн, кронштейнов или капителей, и должен быть равен или больше 0,65l1
l1: длина пролета в направлении (Mo)
l2: длина пролета, перпендикулярного l1.
Вышеуказанные параметры проиллюстрированы для короткого и длинного направления перекрытия на рисунке 3.
Колонна и средняя полоса в обоих направлениях перекрытия с необходимыми параметрами для расчета полного статического момента
Распределение общего статического момента на положительные и отрицательные моменты
1. Для внутренних пролетов:
Общий статический момент распределяется на положительные и отрицательные моменты в соответствии со следующими соотношениями:
Отрицательный факторизованный момент -Mu = 0,65Mo
Положительный момент +Mu = 0,35Mo
2. Для краевых пролетов:
Общий статический момент распределяется на отрицательный наружный момент, внутренний момент и отрицательный внутренний момент в соответствии с таблицей 1.
Таблица-1: Коэффициенты, применяемые к статическому моменту для положительных и отрицательных моментов
Торцевые и внутренние пролетные перекрытия показаны на рисунке 4
Распределение суммарного статического момента по критическим сечениям во внутренних и концевых пролетах
Боковое распределение моментов между колоннами и средними полосами
После распределения общего статического момента на положительные и отрицательные моменты, необходимо распределить эти моменты на средние и колонны. Для целей проектирования предполагается, что моменты равномерно распределены на колонны и средние полосы, за исключением балок.
Распределение положительных и отрицательных моментов по колоннам и средним полосам зависит от ряда параметров, которые будут описаны в следующих разделах:
A. Отношение (l2/l1),
B. Относительная жесткость (af) балок и перекрытий, проходящих в каждом направлении: выражается как:
Ecb и Ecs: модуль упругости бетона балки и плиты, который обычно одинаков.
Ib и Is: момент инерции балки и плиты соответственно.
af1 и af2: используются для задания расчетного (af) для направления l1 и l2 соответственно.
На рисунке 5 и рисунке 6 показано, как найти момент инерции для краевой балки, внутренней балки, внутреннего и краевого перекрытий соответственно:
Часть перекрытий, включаемая в расчет момента инерции, краевая балка (левая сторона) и внутренняя балка (правая сторона)
Размеры внутреннего и внешнего перекрытия для расчета момента инерции
C. Степень жесткости при растяжении обеспечиваемая краевыми балками, которая выражается параметром 
:
Is: момент инерции перекрытия, проходящего в направлении l1, ограниченном осевой линией панели в направлении l2.
C: Связан с жесткостью на растяжение эффективной поперечной балки и может быть найден по уравнению-4 и проиллюстрирован на рисунке-7.
x и y: Меньший и больший размер соответственно.
Два возможных деления L-образного сечения на прямоугольники для константы кручения C
С помощью этих параметров определенные положительные и отрицательные моменты приписываются к столбцу и средней полосе. Таблица-2 используется для определения долей положительных и отрицательных моментов на полосу колонны и интерполяции, когда это необходимо.
Когда балка расположена вдоль линии колонны в направлении l1, 85% момента колонны воспринимается балкой, если 
а для значений от нуля до единицы следует использовать интерполяцию для определения расчетной величины момента, воспринимаемого балкой.
После определения моментов полос колонн, оставшиеся моменты переходят к средним полосам.
Таблица-2: Моменты полос колонн, процент от общего момента на критическом участке
Теперь моменты распределены по различным частям панели перекрытия, и легко найти коэффициент армирования для этих моментов.
- Как спроектировать одностороннее перекрытие в соответствии с ACI 318-19? | Прилагается пример.
- Как спроектировать двухстороннее сплошное перекрытие в соответствии с индийскими стандартами?.
- Минимальная толщина двухстороннего перекрытия в соответствии с ACI 318-11 для контроля прогиба.
- Виды железобетонных плит – конструкция, стоимость и применение.
- Принципы проектирования подпорных стен.
- Проектирование двухстороннего перекрытия методом коэффициентов.
- Как спроектировать непрерывную балку и одностороннее перекрытие с помощью метода приближенного анализа ACI?.