Железобетонные балки – это конструктивные элементы, предназначенные для восприятия поперечных внешних нагрузок. Эти нагрузки вызывают изгибающий момент, сдвигающие усилия и, в некоторых случаях, кручение по всей длине.
Кроме того, бетон силен при сжатии и очень слаб при растяжении. Поэтому для восприятия растягивающих напряжений в железобетонных балках используется стальная арматура.
Кроме того, балки воспринимают нагрузки от перекрытий, других балок, стен и колонн. Они передают нагрузку на колонны, поддерживающие их.
Кроме того, балки могут быть просто опорными, непрерывными или консольными. Они могут быть выполнены в виде прямоугольных, квадратных, Т-образных и Г-образных секций.
Балки могут быть однократно или двукратно усиленными. Последние используются, если глубина балки ограничена.
Наконец, в этой статье будет представлена конструкция прямоугольной железобетонной балки.
- Первый подход будет представлен ниже
Рекомендации по проектированию
Прежде чем приступить к проектированию железобетонной балки, необходимо сделать определенные допущения. Эти допущения предоставляются определенными кодексами и исследователями.
Следует знать, что опыт проектировщика играет важную роль в принятии этих допущений.
Глубина балки (h)
Не существует уникальной процедуры расчета общей глубины балки (h) для проектирования. Однако можно следовать определенным рекомендациям для вычисления глубины балки, чтобы удовлетворить требования по прогибу.
- ACI 318-11 предлагает минимальную толщину для ненапрягаемых балок, если не рассчитываются прогибы. t
- Канадская ассоциация стандартов (CSA) приводит аналогичную таблицу, за исключением одного конца, который является непрерывным и составляет l/18.
Таблица 1 Минимальная толщина ненапрягаемых балок, если прогибы не рассчитываются
Минимальная толщина, h
Простая опора
Один конец сплошной
Оба конца сплошные
Консольные
Элементы, не поддерживающие и не прикрепленные к перегородкам или другим конструкциям, которые могут быть повреждены при больших прогибах
l/16
l/18.5
l/21
l/8
Примечания:
Приведенные значения должны использоваться непосредственно для элементов с бетоном нормального веса и арматурой класса 420. Для других условий значения изменяются следующим образом:
a) Для легкого бетона с равновесной плотностью (wc) в диапазоне от 1440 до 1840 кг/м3 , значения должны быть умножены на (1,65 – 0,0003wc) но не менее 1,09.
b) Для fy отличных от 420 МПа, значения должны быть умножены на (0,4 + fy/700)..
Таблица 2 Отношение пролета к глубине в зависимости от пролета и типа балок, IS 456 2000
Пролет балки
Тип балки
Отношение пролета к глубине
До 10 м
20
7
Непрерывная
26
Более 10 м
20*10/ размах
–
26*10/пространство
Ширина балки (b)
Отношение глубины балки к ее ширине рекомендуется принимать в пределах от 1,5 до 2, при этом чаще всего используется верхний предел 2. Расположение арматуры является одним из основных факторов, определяющих ширину балки.
Поэтому при расчете ширины балки следует учитывать минимальное расстояние между стержнями. Ширина балки должна быть равна или меньше размера колонны, поддерживающей балку.
Стальная арматура
ACI 318-11 предусматривает минимальный и максимальный коэффициент армирования. Коэффициент армирования является показателем количества стали в поперечном сечении.
Таким образом, для проектирования балок можно использовать любые значения из этого диапазона. Тем не менее, на выбор влияют требования к пластичности, строительные и экономические соображения.
наконец, рекомендуется использовать 0,6*максимальный коэффициент армирования.
Размеры арматурных стержней
Как правило, рекомендуется избегать использования больших размеров стержней для балок. Это связано с тем, что такие стержни вызывают трещины при изгибе и требуют большей длины для развития своей прочности.
Тем не менее, стоимость установки прутков большого размера меньше, чем стоимость установки большого количества прутков малого размера.
Более того, обычные размеры прутков для балок варьируются от NO.10 до NO.36 (единицы СИ) или от NO.3 до NO.10 (обычные единицы США), а два прутка большего диаметра NO.43 (NO.14) и NO.57 (NO.18) используются для колонн.
Кроме того, можно смешивать прутки разного диаметра для более точного соответствия требованиям к площади стали.
Наконец, максимальное количество стержней, которое может быть установлено в балке данной ширины, контролируется диаметром стержней, минимальным расстоянием между ними, максимальным размером заполнителя, диаметром стержня и требованиями к бетонному покрытию.
Расстояние между стержнями
ACI 318-11 определяет минимальное расстояние между стержнями, равное диаметру стержня или 25 мм. Это минимальное расстояние должно соблюдаться, чтобы гарантировать правильную укладку бетона вокруг стальных стержней.
Кроме того, для предотвращения образования воздушных карманов под арматурой и обеспечения хорошего контакта между бетоном и стержнями для достижения удовлетворительного сцепления.
Если в балке укладывается два слоя стальных стержней, то расстояние между ними должно быть не менее 25 мм.
Защита бетона для арматуры
проектировщик должен поддерживать минимальную толщину или бетонное покрытие снаружи наружной стали, чтобы обеспечить стали адекватную защиту бетона от огня и коррозии.
Согласно ACI Code 7.7, бетонное покрытие 40 мм для балок, залитых на месте, не подвергающихся прямому воздействию земли или погодных условий.
Не менее 50 мм, если поверхность бетона будет подвергаться воздействию погодных условий или контактировать с ними.
Для упрощения конструкции и, соответственно, снижения затрат, габаритные размеры балок, b и h практически округляются до ближайших 25 мм.
Процедура проектирования прямоугольной железобетонной балки
Проектирование железобетонной балки включает в себя расчет размеров поперечного сечения и площади арматуры для сопротивления приложенным нагрузкам.
Существует два подхода к проектированию балок.
Первый – начать проектирование с выбора глубины и ширины балки, затем рассчитать площадь армирования.
Во-вторых, принять площадь армирования, затем рассчитать размеры поперечного сечения.
Первый подход будет представлен ниже
Для проектирования прямоугольной железобетонной балки используется следующая процедура:
Где:
R: коэффициент сопротивления изгибу
p: коэффициент армирования
Mu: момент фактической нагрузки
: коэффициент снижения прочности
b: ширина поперечного сечения
d: эффективная глубина поперечного сечения балки от верха балки до центра слоя арматуры
fc’: прочность бетона на сжатие
fy: предел текучести стальных стержней
p_u: предельная деформация в бетоне, которая равна 0,003 согласно ACI Code и 0,0035 согласно EC
p_0.004: коэффициент армирования при деформации стали, равной 0.004
p_0.005: коэффициент армирования при деформации стали, равной 0.005
As: площадь армирования
S: расстояние между соседними стержнями
n: количество стержней в одном слое
Расчет прямоугольной балки на сдвиг
Расчет на сдвиг включает оценку расстояния между стержнями для обеспечения предельного сдвига. Обычно часть бетона сопротивляется сдвигающему усилию, а часть, не поддерживаемая бетоном, воспринимается сдвигающей арматурой.
Vc .Vc>Vu< Vc>Vu< Vc.
- Как спроектировать одностороннее перекрытие в соответствии с ACI 318-19? | Прилагается пример.
- Концепция проектирования высотных зданий из железобетона.
- Процедура проектирования железобетонной тавровой балки с примером.
- Минимальное и максимальное соотношение армирования в различных железобетонных элементах.
- Детализация железобетонных балок в соответствии с кодексом ACI.
- Правила и спецификации для проектирования железобетонной балки.
- Что такое коэффициент податливости железобетонной колонны и как его рассчитать?.