Соединительная балка – это элемент конструкции, устойчивый к боковым нагрузкам. Рассматриваются типы, преимущества и конструкция соединительной балки в соответствии с ACI 318- 11.
Соединительная балка эффективно используется при объединении двух сдвиговых стенок или любых других элементов, которые используются для противостояния боковым нагрузкам. Это, соответственно, уменьшает эффект опрокидывания и улучшает общую жесткость системы.
Более того, если связанная балка правильно пропорционирована над вторым этажом здания, развиваются пластические шарниры, которые одновременно подвергаются аналогичному вращению на конце балки по высоте конструкции.
Это приводит к распределению диссипации входной энергии по высоте конструкции в соединительных балках вместо ее концентрации в основном в опорах стен первого этажа.
Поэтому основной функцией соединительной балки является рассеивание энергии и повышение жесткости и прочности системы боковых нагрузок конструкции.
Хорошие характеристики соединительной балки достигаются, если она спроектирована с достаточной прочностью и жесткостью. Кроме того, соединительные балки должны выходить из строя раньше стеновых опор, проявлять пластичность и обладать значительными характеристиками поглощения энергии.
На рисунке 1 показана соединительная балка в конструкциях a, b и c.
(a), (b) и (c) – примеры соединительных балок в конструкциях
Соединительная балка должна быть спроектирована таким образом, чтобы над сцепкой и под сцепкой поскольку в первом случае система будет вести себя как одна сплошная стена с небольшим действием рамы, а во втором случае система будет вести себя как две разделенные стены.
- 1. Соединительные балки с (ln/h) >/= 4
- 2. Соединительная балка с (ln/h) < 0,2 и с
- 3. Другие соединительные балки
Типы соединительных балок, используемых в конструкции
Существует два типа соединительных балок, используемых в конструкции:
Обычная железобетонная соединительная балка
Этот тип соединительной балки похож на обычный железобетон с нижним и верхним армированием в дополнение к поперечным связям. Он применяется, когда балка имеет большую длину по сравнению с ее глубиной.
Такие балки развивают шарнир момента на своих концах, и тип разрушения будет вязким. На рисунке 2 показаны обычные усиленные соединительные балки.
Соединительные балки с горизонтальным армированием
Диагонально армированная бетонная соединительная балка
Когда отношение длины соединительной балки к ее глубине одинаково, конструкция балки определяется сдвигом, а разрушение является хрупким. Чтобы избежать хрупкого разрушения и противостоять сдвигу, предусматривается диагональное армирование.
Такое расположение арматуры приводит к уменьшению количества арматуры на сдвиг. Пример диагональной соединительной балки показан на рисунке 3.
Диагональное армирование в соединительных балках
Типы соединительных балок согласно ACI 318- 11
Для целей проектирования, Американский институт бетона (ACI 318- 11) классифицирует железобетонные соединительные балки на три категории в зависимости от отношения чистого пролета соединительной балки к ее глубине (ln/h) и от уровня напряжения сдвига в соединительных балках.
Все три типа соединительных балок объясняются в следующих пунктах:
1. Соединительные балки с (ln/h) >/= 4
Соединительные балки проектируются как специальные моментные рамы и должны удовлетворять специальным требованиям к моментным рамам и пропорциям, которые предусмотрены разделом 21.5 Кодекса ACI, кроме 21.5.1.3 и 21.5.1.4.
Нет достаточного места для установки диагональной арматуры, поэтому горизонтальные стальные стержни размещаются сверху и снизу балки.
2. Соединительная балка с (ln/h) < 0,2 и с 
Эта балка должна быть усилена двумя пересекающимися группами диагонально установленных стальных стержней, симметричных относительно середины пролета, если только не будет доказано, что потеря жесткости и прочности соединительных балок не снизит вертикальную несущую способность конструкции, целостность неструктурных элементов и их соединений с конструкцией, или постсейсмический выход из конструкции.
3. Другие соединительные балки
Другие соединительные балки – это балки, которые не входят в предыдущие две категории и могут быть усилены либо обычными усиленными моментными рамными балками, либо двумя пересекающимися группами диагонально расположенных сталей.
Рекомендации по проектированию соединительных балок в соответствии с кодексом ACI
Рисунок-4 иллюстрирует проектирование пространства для соединительных балок. Сильно заштрихованная область определяет верхний предел расчета балок на сдвиг. Балки, расположенные в слегка заштрихованной области, могут быть спроектированы в соответствии с кодексом ACI, но могут иметь проблемы со строительством из-за перегруженности арматуры.
Более того, балки, попадающие в левую часть пунктирной линии, проектируются с диагональным армированием.
Однако балки, попадающие в правую часть, адекватно проектируются со специальной моментной рамной балкой. Более того, балки с чрезвычайно малым отношением (ln/h) могут быть спроектированы с использованием модели раскосов и связей, которая предусмотрена в Приложении А кодекса ACI.
Руководство по проектированию соединительных балок в соответствии с кодексом ACI
Наконец, подробная процедура проектирования соединительных балок не приводится в данной статье. Однако ее можно найти в документе Seismic Design of Cast-in-Place Concrete, Special Structural Walls and Coupling Beams, A Guide for Practicing Engineers, который является отчетом, подготовленным для Министерства торговли США.
Читайте далее:- Концепция проектирования высотных зданий из железобетона.
- Высотные сооружения.
- Режимы разрушения в бетонных балках: разрушение при изгибе и сдвиге.
- Типы структурных систем высотных зданий.
- Типы систем перекрытий для строительства многоэтажных стальных конструкций.
- Какие существуют типы рамных конструкций?.
- Проектирование кровельных ферм.