Основната област на приложение
на комбинираните стомано-стоманобетонни греди в жилищното строителство е като
покривни или подови греди. Използват се също и при мостове. Статическата им схема
може да бъде проста или непрекъсната греда, както и ригел на рамка.
Напречното сечение на
стоманената греда следва да бъде симетрично спрямо вертикалната (слабата) ос
„z-z“. Не се разглеждат греди с изцяло вбетонирано стоманено сечение.
При проектиране на комбинирани
стомано - стоманобетонни греди следва да се имат предвид следните основни предпоставки:
а) валидна е Хипотезата на
Бернули за равнинност на напречните сечения;
б) бетонът не поема опънни
усилия, а в зоните с отрицателни огъващи моменти се разчита само на армировката
в плочата;
в) проектирането на
комбинирани греди в сгради може да се извършва чрез цялостен „еластичен“ или
чрез цялостен „пластичен“ анализ;
г) при сгради не е необходимо
да се отчитат ефектите от неравномерното нагряване на стоманените и бетонните
части;
д) когато напречните стоманени
сечения са от класове 1, 2 или 3, влиянието от съсъхване на бетона може да се
пренебрегне;
е) влиянието от пълзенето на бетона върху напрегнатото
състояние на комбинираните греди се отчита чрез използване на отношенията на
модулите на еластичност на стоманата и бетона.
1. Напречни
сечения на комбинираните греди
На фиг.
1.1 са показани различни варианти, различни възможни решения, за
изпълнение на комбинирани стомано - стоманобетонни греди. Стоманената греда
може да бъде изпълнена от горещовалцуван профил (IPE, HEA) или да
има съставено сечение. В последния случай често стоманеното сечение е
несиметрично спрямо ос "у-у" - има по - развит долен пояс, който е
натоварен с опънни усилия. Размерите на горния пояс, който обичайно е натиснат,
се определят от следните съображения:
- поясът трябва да бъде
достатъчно широк, че върху него да може да се завари един (или по-вече, ако е
необходимо) ред болтови дюбели;
- горният пояс трябва да има
достатъчна коравина, гарантираща, че стоманената греда няма да загуби обща
устойчивост в стадий на монтаж и на полагане на бетонната смес.
Отношението на площите на
долния и горния пояси не трябва да надвишава 3 .
фиг 1.1
- Напречни сечения на комбинирани стомано - стоманобетонни греди
В определени случаи, като
например стремеж за повишаване на устойчивостта на стеблото или защитата му от
топлинни въздействия, стоманеното стебло може да бъде вбетонирано. Прикрепването
на бетона към стеблото се осъществява чрез заваряване към него на:
- стремена;
- болтови дюбели, с диаметър
по-голям от Ø10;
- "мустаци" от
армировъчна стомана тип "S", имащи диаметър по - голям от 6 mm, поставени в предварително подготвени отвори.
Когато стеблото на стоманената
греда не е вбетонирано, комбинираното действие на гредата се осъществява
посредством надеждно свързване на стоманената греда с монолитна или комбинирана
стоманобетонна плоча.
2. Напречни
сечения на стоманените греди
Едни от често
използваните напречни сечения на стоманените профили, част от комбинираните
греди са показани на фиг. 2.1. Тук е важно да се
отбележи, че съставените чрез заваряване греди са по-икономични от
горещовалцуваните като разход на метал, но изискват по - вече време и
специализирано оборудване за тяхното производство.
фиг. 2.1 - Използвани стоманени профили в
комбинираните греди
Съгласно критериите на
EN1993-1-1 сеченията се класифицират в класове от 1 до 4 според възможностите
им да пластифицират.
Когато натиснатият пояс на
гредата е укрепен срещу загуба на устойчивост чрез ефективно свързване към
бетонната плоча с дюбели, може да се приеме, той е от клас 1.
Повишаването на класа на
стеблото от клас 3 в класове 1 или 2 може да се осъществи чрез:
- вбетониране на стеблото;
- при приемане, че размерът на стеблото, което поема
натиск, се ограничи до 20.tw.ε от страна на натиснатия пояс и от страна на
новата нулева линия в пластичен стадий. При това ограничаване стеблото
се прекласифицира в клас 2.
3. Носимоспособност
на напречните сечения на комбинираните греди
3.1. Общи предпоставки
а) равнината на стеблото на стоманената греда е равнина на
симетрия и огъването ще става в тази равнина;
б) напречните сечения на стоманената и стоманобетонната
части на комбинираната греда запазват своята равнинност при огъване;
в) якостта на бетона на опън се пренебрегва;
г) при пълна връзка на свързване не е необходимо да се
отчита влиянието на надлъжното приплъзване;
д) за опростяване на изчисленията се допуска натисковата
армировка в плочата да не се отчита;
е) профилираната ламарина, подложена на натиск, в общия
случай не се включва в работа;
ж) отслабвания в стоманената греда от отвори за механични
свързващи средства, следва да се отчитат при определяна на характеристиките на
сечението.
3.2. Основни изчислителни проверки за
комбинираните греди
При
оразмеряване на комбинираните греди следва да бъдат направени следните
проверки:
а) носимоспособност на критичните напречни сечения в гредите
Следва да бъдат проверени следните критични сечения:
- сечения с максимален положителен огъващ момент;
- опорните сечения - необходимо е да се направи
проверка за вертикално срязване или за отрицателен огъващ момент при
непрекъснати греди;
- сечения, в които са приложени големи
концентрирани товари;
- места с рязка промяна на напречното сечение.
б) проверка на носимоспособността при загуба на обща
устойчивост (измятане) на греди
При комбинирани греди със
статическа схема проста греда, в които стоманената и стоманобетонната части са
сигурно свързани помежду си, не е необходимо да се прави проверка на измятане,
при условие, че общата широчина на плочата не е по-малка от височината на
стоманената греда.
в) проверка на носимоспособността при загуба на
устойчивост на стеблото;
г) определяне на броят дюбели, които да възпрепятстват
хлъзгането между стоманобетонната плоча и стоманената греда;
д) определяне на необходимата напречна армировка в плочата,
необходима за поемане на надлъжните сили
Поставената в стоманобетонната
плоча напречна армировка не трябва да позволява разрушаване от надлъжно срязване
или надлъжно разцепване на плочата в крайно гранично състояние. Възможните
повърхнини на разрушение са показани на фиг. 3.1:
фиг. 3.1 - Възможни повърхнини на надлъжно срязване на
стоманобетонните плочи
Изчислителната надлъжна
срязваща сила за единица дължина от гредата в равнината на срязване следва да
съответства на оразмеряването и разположението на дюбелите.
Когато не се прави по-точно изчисляване,
изчислителната носимоспособност на която и да е повърхнина на потенциално
разрушение от срязване в плочата или вутата може да се определи съгласно
стандарт БДС EN 1992-1-1.
При
оразмеряване на комбинираните греди трябва да бъде отчетена последователността
на прилагане на товарите. Използва се принципът на суперпозицията.
I-ви етап – върху стоманената греда се
полага мекопластична бетонова смес и тя работи самостоятелно. Възможни са два
подслучая:
- няма междинни подпирания по време на
бетонирането;
- поставени са междинни опори под гредите
II-ри етап – бетонът е набрал
проектната якост и гредата „работи“ като комбинирана.
4. Проверка
на гредите за експлоатационно гранично състояние
Проверките на комбинираните
греди в експлоатационно гранично състояние се отнасят до контролирането на:
- на провисването;
- на напукването на бетона;
- на вибрациите.
4.1. Проверка на провисване
а) в монтажно състояние - „работи“
само „голата“ стоманена греда, върху която е положена мекопластичната бетонна
смес. Проверките са съгласно стандарт БДС EN 1993-1-1.
б) в експлоатационно състояние
- бетонът е набрал проектната якост и вече „работи“ комбинираното сечение. Провисването
се изчислява в еластичен стадий, съгласно указанията на стандарт
БДС EN 1994-1-1, Раздел 5.
4.2. Вибрации на подовата греда
За да се ограничат неприятните
вибрации при ходене върху подовите конструкции, собствената честота на трептене
на комбинираната греда трябва да удовлетворява изискването f ≥ 2,5 Hz , виж стандарт БДС EN 1990, A1.4.4 .
При подове в гимнастически
салони или в танцувални зали се
препоръчва f ≥ 5 Hz.
При определяне на честотите на
трептене на комбинираните подови конструкции в сгради е допустимо да се
използват характеристиките на ненапуканите комбинирани сечения. За
кратковременни товари се използва средния (секущия) модул на еластичност Ecm бетона.
4.3. Проверки за напукване на бетона
Напукването на бетона е почти
неизбежно, когато е подложен на опънни напрежения.
За ограничаване на широчината на пукнатините
при комбинирани конструкции се прилагат общите предписания на стандарт БДС EN
1992-1-1, 7.3.1. Ограничаването на
широчината на пукнатините зависи от класовете по въздействие на околната среда,
съгласно БДС EN 1992-1-1, 4.
Обикновено
е достатъчно да се ограничат широчините на пукнатините до 0,3 mm, за да се
удовлетворят изискванията на стандарт БДС EN
1992-1-1.