Анализ методики расчета безбалочных плит на продавливание

Analysis of methods of calculation of the beamless slabs for punching

Nikolay Aksenov

сandidate of Technical Sciences, Associate Professor, Academy of Construction and Architecture, Don State Technical University, Russia, Rostov-on-Don

Victoria Trofimova

student, Academy of Construction and Architecture of Don State Technical University, Russia, Rostov-on-Don

Аннотация. Данная статья посвящена анализу методики расчета безбалочных плит на продавливание. Рассматривается усиление железобетонной плиты путем установления поперечной арматуры. Выявлено, что установка арматуры является наиболее эффективным методом усиления.

Abstract. This article is devoted to analysis of methods of calculation of the beamless slabs for punching. We considered strengthening reinforced concrete slabs by setting the transverse reinforcement. It is revealed that the installation of reinforcement is the most effective method of strengthening.

Ключевые слова: поперечная арматура; плитная конструкция; продавливание; усиление; железобетонная плита; несущая способность.

Keywords: shear reinforcement; slab design; punching shear; strengthening; reinforced concrete slab; bearing capacity.

В плитной конструкции сосредоточенной силой может выступать наличие опоры (колонны, сваи). Поэтому плиты перекрытия, фундаментные плиты и плитные ростверки необходимо проверять на продавливание, т.к. нагрузка концентрируется в определенном месте и стремится «продавить» конструкцию.

Сосредоточенная сила пытается выдавить под собой кусочек плиты. Давление от силы F распределяется по площадке, которая является верхним основанием пирамиды продавливания (на рисунке показано черным). Усилие расширяется в железобетоне под углом 45^o . Следовательно, сила выдавит участок плиты, имеющей форму усеченной пирамиды. Нижнее основание показано на рисунке бордовым цветом [2].

Рисунок 1. Продавливание плитной конструкции

Существуют 3 способа усиления плит на продавливание:

1 способ – усиление путем увеличения рабочей толщины плиты;

2 способ – усиление путем увеличения площади опирания плиты;

3 способ – усиление путем постановки поперечной арматуры.

Недостатками первого и второго способов усиления являются: трудоемкость работ, увеличение нагрузки на плиту от веса набетонки, а также уменьшение полезного объема помещения.

Рисунок 2. Основные способы усиления плит на продавливание: а) путем увеличения толщины плиты; b) путем увеличения площади опирания плиты, с и е) путем установки поперечной арматуры

Преимуществами третьего способа является небольшие затраты времени на выполнение работ, низкая стоимость, отсутствие конструкций, которые снижали бы полезный объем помещения [3, с. 11–12].

Прочность на продавливание согласно расчетной модели определяется вдоль расчетного критического периметра. Для круговых и прямоугольных в плане площадей приложения местной нагрузки критический периметр отстоит на расстоянии 1,5d от внешней грани.

Рисунок 3. Критический периметр для площадей приложения местной нагрузки, удаленных от свободных краев плиты и отверстий

Расчетной (критической) площадью называется площадь, которая заключена внутри расчетного (критического) периметра.

Критическое сечение – это такое сечение, которое продолжает критический периметр в пределах рабочей высоты плиты d. Оно перпендикулярно к серединной плоскости (для плит с постоянной высотой), перпендикулярно к наиболее растянутой грани (для плит с переменной высотой) [4, с. 72–73].

Размер и вид критической области строго определен нормами. Эта область определяется по формуле:

A = u * d,

где: A – критическая область; u – длина критической окружности; d – эффективная высота сечения плиты.

Для определения предельной максимальной силы продавливания используют формулу:

Q_adm = τ * A,

где: Q_adm – допускаемая сила продавливания; τ – допускаемое напряжение; A – критическая площадь.

Проверку прочности на продавливание необходимо выполнять из условия, что толщина конструкции будет достаточной для восприятия бетоном перерезывающей силы, которая вызвана нагрузкой от продавливания. При недостаточной прочности бетона необходимо устанавливать капители и дополнительное армирование [4, с.75].

На рисунке 4 изображена схема для расчета железобетонных плит с вертикальной равномерно распределенной поперечной арматурой.

Рисунок 4. Схема для расчета железобетонных плит с вертикальной равномерно распределенной поперечной арматурой на продавливание

Между стержнями поперечной арматуры принимается расстояние не более 1/3ho (в направлении перпендикулярном сторонам расчетного контура поперечного сечения плиты). Ближайшие к колонне стержни располагаются на расстоянии 1/3ho - 2/3 ho от контура колонны. В направлении параллельном сторонам расчетного контура принимается расстояние не более ¼ длины стороны расчетного контура. Расстояние до наиболее удаленного стержня от контура колонны принимается не менее 1,5ho.

Поперечная арматура может быть вязаной или сварной [1, с.9–10].

Она устанавливается в виде хомутов или отогнутых стержней, которые устанавливаются под углом 45-90 . Также необходимо учесть, что минимальная толщина плиты должна составлять 200 мм. В качестве поперечной арматуры, обеспечивающей прочность на продавливание, допускается принимать арматуру класса А240 и А400 [4, с.76].

Сварная поперечная арматура устанавливается в виде каркасов или отдельных стержней, к которым привариваются по торцам стальные пластины  [1, с.11].

В результате изучения работы плит при продавливании установлено, что основные положения и формулы выведены на основе экспериментальных данных.

Опыты по продавливанию плит показывают, что установка поперечной арматуры повышает несущую способность на продавливание, пластичность плит, тем самым является эффективным методом усиления плит на продавливание. Также в качестве поперечной арматуры на продавливание можно применять стальные шпильки, стеклопластиковые и углепластиковые ленты [3, с.41].