Исследование численными методами эффективности безбалочных плит и плит с балками в монолитных каркасных зданиях
к.т.н., доцент кафедры «Строительство» А.М. Сонин
Евразийский национальный университет им. Л.Н.Гумилёва, Астана, Казахстан Современная архитектура, строительство и транспорт: состояние и перспективы развития: материалы международной научно- практической конференции.- Астана, 2009.
Аннотация. Приводятся результаты расчета и сопоставление экономической эффективности двух вариантов плит перекрытий, применяемых в монолитных каркасных зданиях.
Annotation. The results of calculation and comparison of the cost-effectiveness of two slabs of monolithic slabs, timber-framed buildings.
Ключевые слова: балочная, безбалочная плита перекрытия, эффективность решения.
Цель работы – методом конечных элементов (МКЭ) исследовать работу монолитных балочных и безбалочных перекрытий с учетом особенностей распределения усилий, перемещений и результатов расчета армирования, полученные с использованием расчетного комплекса «Мономах-4.5»
Критерием оценки является материалоемкость и экстремумы в армировании вариантов монолитных перекрытий.
Выбрано два конкурентоспособных варианта перекрытия, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Вариант безбалочного перекрытия принят по реальному проекту административного здания. Второй вариант для сравнения – перекрытие с монолитными балками. Для обоих вариантов выбраны одинаковые характеристики плит по материалу и нагрузкам.
Из практики реального проектирования известно, что в монолитных перекрытиях с балками усилия и армирование полок плиты как правило уменьшается по сравнению с монолитными плитами без балок. Однако с учетом армирования и расхода бетона на монолитные балки выявить, какой вариант будет более эффективным без анализа всех факторов – усилий, перемещений, армирования ответить на поставленный вопрос не представляется возможным.
Вариантное проектирование, в особенности то что касается учета особенностей работы обоих вариантов перекрытий в практике реального проектирования как правило не проводится.
Таблица 1. Плита перекрытия с балками. Расход материалов и стоимость.
Расход материалов.Этаж 4
Материалы Фундаменты Стены Колонны Балки Плиты Перегородки Всего
Бетон, м3 0.00 13.91 21.00 47.31 192.58 0.00 274.81
Бетон, цена 0 139140 210000 473092 1925841 0 2748073
Арматура, кг 0 172 1053 5757 8007 0 14988
Арматура, цена 0 20611 126381 690791 960802 0 1798584
Опалубка, м2 0.00 139.14 168.00 410.01 962.92 0.00 1680.07
Опалубка, цена 0 97398 117600 287009 674044 0 1176052
Всего, цена 0 257149 453981 1450892 3560687 0 5722709
Таблица 2. Плита перекрытия без балок. Расход материалов и стоимость.
Расход материалов.Этаж 4
Материалы Фундаменты Стены Колонны Балки Плиты Перегородки Всего
Бетон, м3 0.00 19.60 21.00 0.00 192.45 0.00 233.05
Бетон, цена 0 196020 210000 0 1924520 0 2330540
Арматура, кг 0 332 1064 0 13610 0 15005
Арматура, цена 0 39782 127705 0 1633143 0 1800630
Опалубка, м2 0.00 196.02 168.00 0.00 962.26 0.00 1326.28
Опалубка, цена 0 137214 117600 0 673582 0 928396
Всего, цена 0 373016 455305 0 4231245 0 5059566
Таблица 3. Перемещение и экстремумы армирования плиты с балками.
Перемещения (экстремумы)
№узла X
(cm)
Y (cm)
Перемещение Z (mm)
№узла X
(cm)
Y (cm)
Перемещение Z (mm)
53 1980.0 1980.0 -16.171707 79 704.0 541.2 -1.389797
Таблица 4. Сочетание усилий в плите с балками.
Сочетания усилий (экстремумы)
№тр. Mx My Mxy Qx Qy R
1028 -3.97 -2.42 -0.03 -1.32 1.89 -5.15
2482 -3.22 -5.85 0.09 7.26 -14.61 -1.55
2628 -0.59 -0.73 1.80 -6.14 1.39 -3.50
2279 -2.21 -3.63 0.20 -150.55 131.51 -0.62
3841 -0.36 -2.54 0.53 -47.69 84.61 -85.09
Таблица 5. Экстремумы армирования в плите с балками.
Армирование (экстремумы)
№тр. Xc
(cm)
Yc (cm)
Угол AX низ (cm)
AY низ (cm)
AX верх (cm)
AY верх (cm)
AX поп.
(cm)
AY поп.
(cm)
3813 1665.0 3305.0 0.0 11.88 7.75 20.54 24.10 131.16 289.57
3789 1643.8 3305.0 0.0 8.33 8.60 15.18 22.17 0.01 37.13
2279 2271.3 2788.7 0.0 1.00 1.00 3.90 6.46 432.55 370.34
Таблица 6. Перемещение и экстремумы армирования плиты без балок.
Перемещения (экстремумы)
№узла X
(cm)
Y (cm)
Перемещение Z (mm)
№узла X
(cm)
Y (cm)
Перемещение Z (mm)
2170 1998.9 1955.2 -21.625887 81 704.0 541.2 -1.787553
Таблица 7. Сочетание усилий в плите без балок.
Сочетания усилий (экстремумы)
№тр. Mx My Mxy Qx Qy R
1852 -18.56 -14.09 0.60 113.31 -2.77 1.73
584 -13.91 -17.08 -0.22 2.23 93.57 0.25
2143 1.97 -6.86 -4.74 -87.26 38.39 -0.97
2108 -2.99 -5.50 0.34 -279.26 310.99 1.41
1197 -0.59 -0.65 0.26 -14.98 -45.24 -7.02
Таблица 8. Экстремумы армирования в плите без балок.
Армирование (экстремумы)
№тр. Xc
(cm)
Yc (cm)
Угол AX низ (cm)
AY низ (cm)
AX верх (cm)
AY верх (cm)
AX поп.
(cm)
AY поп.
(cm)
2143 1963.0 2631.8 0.0 7.79 1.65 6.98 17.49 195.71 26.41
1175 3314.9 2245.4 0.0 1.25 9.76 1.10 1.10 10.92 7.92
Рисунок 1. Арматура верхняя Ау см2 /м в плите без балок.
Рисунок 2. Арматура верхняя Ау см2 /м в плите с балками.
По результатам расчета плита без балок по общей стоимости на 13%
меньше чем плита с балками,по армированию расход арматуры в плите с балками меньше на 28%.
Литература.
1. А.С. Городецкий и др. Расчет и проектирование конструкций высотных зданий из монолитного железобетона .-Киев: «Факт»,2004.-106 с.
2. И.И. Улицкий, С.А. Абрамович и др. Железобетонные конструкции -Киев: «Будивельник»,1992.-990с.
