ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова»

ЗАО «Хилти Дистрибьюшн Лтд»

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ

ПЕРЕКРЫТИЯ СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ С МОНОЛИТНОЙ ПЛИТОЙ ПО СТАЛЬНОМУ ПРОФИЛИРОВАННОМУ НАСТИЛУ

Расчет и проектирование

СТО 0047-2005
(02494680, 17523759)

Москва 2005

Предисловие

1. РАЗРАБОТАН лабораторией холодноформованных профилей и конструкций ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова» и ЗАО «Хилти Дистрибьюшн Лтд»

2. ВНЕСЕН организациями-разработчиками стандарта

3. ПРИНЯТ на Научно-техническом совете Центрального научно-исследовательского и проектного института строительных металлоконструкций (ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова») 23 декабря 2004 г.

4. ВВЕДЕН впервые

5. Разработка согласование, утверждение, издание (тиражирование), изменение или пересмотр и отмена настоящего стандарта производится организациями-разработчиками

Содержание

Введение

Настоящий стандарт разработан в соответствии с Федеральным законом «О техническом регулировании» №184-ФЗ и предназначен для разработчиков стандарта и организаций, разрабатывающих проектную и иную документацию при строительстве сталежелезобетонных перекрытий с монолитной плитой по стальному профилированному настилу.

Стандарт может применяться организациями, выполняющими работы в области установленной стандартом, если эти организации имеют сертификаты соответствия, выданные Органом по сертификации в системе добровольной сертификации, созданной организациями разработчиками стандарта. Организации разработчики не несут никакой ответственности за использование данного стандарта организациями, не имеющими сертификатов соответствия.

Сталежелезобетонные перекрытия со стальными балками и монолитной плитой по стальным оцинкованным профилированным настилам рекомендуется применять при возведении и реконструкции многоэтажных и малоэтажных промышленных, гражданских и общественных зданиях, открытых промышленных этажерках, транспортных галереях и т.п.

Применение сталежелезобетонных перекрытий с монолитной плитой по стальным оцинкованным профилированным настилам дает следующие преимущества:

- снижение расхода стали на 15% на балки;

- сокращение трудозатрат при строительстве на 25-40% по сравнению с традиционными монолитными перекрытиями (со стержневой армату рой);

- сокращение сроков строительства на 25%;

- уменьшение массы перекрытия на 30-50% по сравнению с железобетонными перекрытиями традиционной конструкции:

- уменьшению строительной высоты на 10%;

- увеличение жесткости перекрытий здания при действии горизонтальных нагрузок;

- размещение коммуникаций в гофрах профилированного настила перекрытия;

- отсутствие деревянной опалубки;

- повышение безопасности труда и пожарной безопасности на стадии монтажа.

При разработке настоящего стандарта использовались материалы института ЦНИИПСК им. Мельникова, ранее выполненные под руководством д.т.н., профессора Н.Н. Стрелецкого и материалы НИИЖБ, выполненные д.т.н. Васильевым А.П. и к.т.н. Горшковой В.М.

Утвержден и введен в действие:

Приказом ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова» от 25 апреля 2005 г. №75; Приказом ЗАО «Хилти Дистрибьюшн Лтд» от 19 апреля 2005 г. № 02-04/Gen

Дата введения 2005-05-10

1 Область применения

Настоящий стандарт организации (далее - СТО) устанавливает требования, необходимые при проектировании, конструировании и расчете сталежелезобетонных перекрытий с монолитной плитой по стальному оцинкованному профилированному настилу, в том числе:

- требования к применяемым строительным материалам: монолитному бетону и стальному профилированному листу;

- требования к сцеплению бетона с профилированным настилом, работающим как внешняя арматура плиты;

- требования к анкерным упорам, обеспечивающим совместную работу балок и плиты;

- требования к соединениям профилированного настила;

- требования к огнестойкости конструкции;

- требования коррозионной защиты стального профилированного на­стила;

- требования к бетонированию и монтажу перекрытия.

2 Нормативные ссылки

В настоящем СТО использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 380-94 Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки

ГОСТ 1050-88 Прокат сортовой калиброванный, со специальной отделкой из углеродистой качественной конструкционной стали. Общие технические условия

ГОСТ 14918-80 Сталь тонколистовая оцинкованная с непрерывных линий. Технические условия

ГОСТ 19904-90 Прокат листовой холоднокатаный. Сортамент

ГОСТ 24045-94 Профили стальные листовые гнутые с трапециевидными гофрами для строительства. Технические условия

ГОСТ 52246-2004 Прокат листовой горячеоцинкованный. Технические условия

СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия. / Госстрой России. - М.: ФГУП ЦПП, 2004

СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии, Москва, 1986

СНиП II-23-81* Стальные конструкции, Москва, 2000

СНиП 21-01-97* Пожарная безопасность зданий и сооружений, Москва, 2001

СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции, Москва, 2004

3 Термины и определения

В настоящем СТО применены следующие термины и определения:

3.1 стандарт организации; СТО: Стандарт, утвержденный и применяемый организацией для разработки проектной или иной документации на реконструкцию и строительство.

3.2 сталежелезобетонные перекрытия: Перекрытия со стальными балками и монолитной железобетонной плитой по ним;

3.3 стальной профилированный настил: Соединенные между собой стальные гофрированные листы из оцинкованной стали, выполняющие функции несъемной опалубки и внешней рабочей арматуры монолитной плиты;

3.4 комбинированная балка: Стальная балка, работающая совместно с монолитной железобетонной плитой, за счет анкерных упоров, установленных по верхнему поясу балки;

3.5 анкерный упор: Стальной холодноформованный уголок фирмы «Хилти», закрепленный к стальной балке с помощью дюбелей;

3.6 стад-болт: Анкер в виде калиброванного стального стержня или арматуры периодического профиля, приваренных одним концом к верхнему поясу балки;

3.7 полное соединение в комбинированной балке: Соединение монолитной плиты и балки, в котором расчетное сдвигающее усилие воспринимается полностью необходимым количеством анкеров;

3.8 неполное соединение в комбинированной балке: Соединение монолитной плиты и балки, в котором установленное количество анкеров не обеспечивает восприятие расчетного сдвигающего усилия;

3.9 дюбель: Стальной гвоздь для пристрелки профилированного настила и анкерных упоров к балке по технологии «Хилти»;

3.10 самонарезающий винт: Самосверлящий стальной винт для крепления профилированного настила к балке на стадии монтажа.

4 Общие положения

4.1 Оцинкованный стальной настил применяется в качестве несъемной опалубки, и может быть использован как внешняя рабочая арматура плиты. Профилированный настил располагается в плите по однопролетной или неразрезной схеме.

4.2 Допускается сталежелезобетонные перекрытия применять при следующих условиях:

- неагрессивная и слабоагрессивная среда;

- влажностный режим не более 75%;

- температура не выше +30°;

- бетонные смеси без добавления хлористого калия или других хлоридов;

- морозостойкость применяемого бетона принимается по пункту 2.9 СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции;

- при динамическом воздействии с коэффициентом асимметрии цикла не менее 0,7;

- предел огнестойкости перекрытия не менее RE 30 без дополнительной защиты профилированного настила. Для повышения огнестойкости перекрытия применяются защитные покрытия или спринклерные установки в соответствии с требованиями ВНИИПО МВД РФ.

5 Материалы

5.1 В плитах сталежелезобетонных перекрытий применяется тяжелый или легкий бетон. Класс прочности тяжелого бетона на сжатие на обычных или мелкозернистых заполнителях составляет не ниже В15. Для легких бетонов на пористых заполнителях - не ниже В 12,5.

5.2 Для стальных профилированных настилов применяется рулонная сталь для холодного профилирования, изготовляемая по ГОСТ 14918-80, ГОСТ 52246-2004, с пределом текучести 230 - 360 Н/мм², временным сопротивлением - от 300 до 460 Н/мм², относительным удлинением - от 16 до 22%.

5.3 Арматура применяется из стержней периодического профиля класса А-III и проволоки класса Вр.

5.4 Стальные балки, на которые опирается монолитная плита, изготавливают из прокатных или составных профилей.

6 Конструктивные требования

6.1 Стальной профилированный настил, применяемый в качестве рабочей арматуры плиты, должен иметь надежное сцепление с бетоном, что обеспечивается местным локальным выштамповками и рифами, наносимыми при прокатке профилированного настила или специальными анкерами.

6.2 Минимальную толщину бетона над профилированным настилом рекомендуется применять 30 мм, а при отсутствии бетонной стяжки пола не менее 50 мм, над верхним концом анкерного упора не менее 20 мм или 1,3 диаметра вертикального опорного анкера.

6.3 Профилированные листы настила соединяются между собой по продольным краям внахлест крайними полками с помощью комбинированных заклепок или самосверлящих винтов фирмы «Хилти» с шагом не более 500 мм (см. СТО 0043-2005).

6.4 Настил крепится к балкам самонарезающими винтами или дюбелями фирмы «Хилти» в каждом гофре на крайних опорах и через гофр в промежуточных (см. СТО 0043-2005).

6.5 Ширина опирания настила должна быть не менее 40 мм на крайних и 60 мм - на промежуточных опорах.

6.6 Ширина гофра для приварки анкерных опорных стержней должна быть не менее 50 мм.

6.7 Расстояние от опорного анкера до края настила и грани прогона должно быть не менее l,5d (где d - диаметр анкера). Между осями анкеров в одном гофре должно быть не менее 70 мм.

6.8 Длина анкера принимается равной высоте плиты за вычетом величины защитного слоя бетона от верха анкера до верхней грани плиты.

6.9 Приварка анкеров к стальным прогонам через настил должна выполняться без прожогов настила. Зазор между настилом и прогоном должен быть не более 0,5 мм.

6.10 Количество анкеров, обеспечивающих совместную работу гладкого настила и бетона, должно быть не менее одного в каждом гофре по концам настила и не менее одного через гофр на промежуточных опорах при работе по неразрезной расчетной схеме. Отношение количества устанавливаемых анкеров к расчетному количеству согласно п. 7.4. должно быть не менее 0,2. Количество установленных анкеров должно отвечать требованиям расчета по п. 7.3.6.

6.11 Расчетная надопорная арматура неразрезных плит определяется по СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции. При отсутствии надопорной расчетной арматуры предусматривают противоусадочную сетку из расчета 0,02% площади сечения бетона над настилом, но не менее, чем сетка диаметром 3 мм класса Вр-I с шагом 200×200 мм. Защитный слой бетона над сеткой составляет 15 мм.

6.12 При устройстве отверстий в плите предусматривают дополнительную арматуру для усиления прилегающих участков и бортовую опалубку по контуру отверстия, что обеспечивает возможность вырезки настила.

6.13 Если размер отверстия поперек гофров настила не превышает 500 мм, то рекомендуется усиливать перекрытие установкой в примыкающих к отверстию гофрах продольную арматуру, заводя ее за оси прогонов. Также устанавливают поперечные стержни, окаймляющие отверстие, заводя ее за пределы подрезки на два - три гофра с каждой стороны. Продольную арматуру выбирают из условия эквивалентности ее площади по прочности сечения вырезанной части профилированного настила.

6.14 Минимальная толщина профилированного листа должна быть не менее 0,7 мм.

7 Расчет и проектирование

7.1 На стадии возведения

7.1.1 Определение нагрузок

7.1.1.1 В стадии возведения (до набора бетоном плиты перекрытия кубиковой прочности равной 10 МПа) стальные профилированные настилы, стальные балки рассчитывают в соответствии с требованиями СНиП II-23-84* на действие постоянных, временных, длительных и кратковременных нагрузок по СниП 2.01.07-85*. При этом учитываются следующие нагрузки:

- собственный вес настила;

- вес «мокрого бетона»;

- вес дополнительной стержневой арматуры по проекту, а при отсутствии проектных данных - 1,0 кН/м³;

- нагрузка от людей и транспортных средств при подаче бетонной смеси из бадей вместимостью до 0,8 м³ - 2,5 кПа; а при подаче бетонной смеси бетоноводами - 0,5 кПа.

Коэффициенты надежности по нагрузке и сочетания нагрузок принима­ются в соответствии со СниП 2.01.07-85*.

7.1.1.2 Нагрузка от собственного веса железобетонной плиты определяется по приведенной толщине бетона h_b (рисунок 1).

Рисунок 1 – Поперечное сечение плиты

Приведенная толщина железобетонной плиты определяется по формуле

7.1.1.3 При прогибе профилированного настила, превышающем 2 см, учитывается увеличение собственного веса свежеуложенного бетона на величину, определяемую по формуле

где δ - прогиб профилированного настила, м;

γ_b - удельный вес бетона, кН/м³.

7.1.2 Расчет стального оцинкованного профилированного настила

7.1.2.1 Расчет профилированного стального настила на стадии возведения основан на следующих допущениях:

- форма поперечного сечения гофров при действии нагрузки не изменяется;

- гофры настила работают как тонкостенные балки трапециевидного сечения в упругой стадии;

- нормальные напряжения по высоте поперечного сечения стенок гофров распределяются линейно;

- нормальные напряжения по ширине продольно сжатых полок до местной потери устойчивости, а также по ширине растянутых полок распределяются равномерно;

- после местной потери устойчивости продольно сжатых полок нормальные напряжения в них распределяются неравномерно, возрастая от середины полок к продольным краям. Поэтому при работе в закритической стадии криволинейная эпюра сжимающих напряжений заменяется прямоугольной с равной площадью и значением равным краевому напряжению. Средняя часть сжатой полки, имеющая меньшие напряжения, считается выключенной из работы. При определении характеристик профилированного листа учитывается только рабочая зона сжатой полки.

7.1.2.2 Прочность профилированного стального настила проверяется в опорном или пролетном сечениях по формулам

где σ - напряжения в сжатых полках настила;

М - расчетное значение изгибающего момента;

R_y = 2400 кгс/см² - расчетное сопротивление стали настила изгибу;

γ_n - коэффициент надежности по уровню ответственности;

W - расчетный момент сопротивления на 1 м ширины настила для сжатых полок.

Момент сопротивления W определяется по таблице 1 при работе профилированного настила полным сечением.

Если полученное напряжение по формуле 3 меньше критического (таблица 2), то принимается условие работы профилированного листа полным сечением, то есть расчет прочности на этом этапе заканчивается. Если значение напряжения получается выше критического, то проводят корректировку момента сопротивления по таблицам приложения А (таблица А1, А2, A3, А4, А5, А6, А7, А8 и А9), пока отличие в напряжениях, последующего и предыдущего, не составит величину, не превышающую 1 %.

7.1.2.3 Прогиб профилированного настила проверяется по формуле:

где f_n - максимальный прогиб от действия нормативных нагрузок;

k - коэффициент, определяемый расчетной схемой настила;

q" - нормативная равномерно распределенная нагрузка, действующая на профилированный настил на стадии бетонирования, кгс/см²;

l - расчетный пролет, см;

Е_а = 2,1·10⁶ кгс/см² - модуль упругости стали профилированного настила;

l_x - момент инерции на 1 м ширины настила, определяемый по таблице 1 при напряжениях при действии нормативных нагрузок в сжатых полках меньших критических (таблица 2); при нормативных напряжениях превышающих критические момент инерции определяется с учетом неполного рабочего сечения сжатых полок настила по таблицам приложения А (таблицы А10, А11, А12, А13, А14, А15 и А16).

Расчет осуществляется следующим образом:

• определяется значение нормативного напряжения методом последовательного приближения по формуле 3, пока отличие в напряжениях последующего от предыдущего не составит 1%, приняв за первоначальное значение W_х2 момент сопротивления для сжатых полок при условии работы настила полным сечением. Последнее значение определяет сжимающее напряжение, соответствующее значению, при котором определяется момент инерции l_x. При наличии редукции в сжатой полке в расчетах используют данные, приведенные в приложении А (таблицы А10, А11, А12, А13, А14, А15 и А16). Если редукция отсутствует, то пользуются данными таблицы 1.

Таблица 1

Таблица 2

Окончание таблицы 2

7.1.2.4 Расчет на устойчивость стенок изгибаемых элементов (кроме перфорированных профилей), не укрепленных поперечными ребрами, под местной нагрузкой или на опорах, следует выполнять по формуле:

где Р_n - критическое усилие потери местной устойчивости стенки профиля без перфорации;

С - коэффициент по таблице 13;

С_r - коэффициент, зависящий от радиуса изгиба r < 12;

С_b - коэффициент, зависящий от ширины опоры «в» при b > 19 мм;

С_h - коэффициент, зависящий от гибкости стенки, равной h/t < 200;

t - толщина стали профилированного настила;

b - ширина опорной полки настила;

h - высота профилированного настила;

α - угол между стенкой и плоскостью опоры, 45° < α < 90°.

Коэффициент условий работы профилированного настила для определения силы Р_n принимается равным 0,8.

Предельная нагрузка на профилированный настил по условию местной потери устойчивости стенок гофров на опорах пропорциональна удвоенному количеству гофров.

7.1.2.5 При использовании профилированного настила только в качестве оставляемой опалубки без временных промежуточных опор рекомендуется принимать предельные пролеты по графикам, в зависимости от расчетной схемы настила и толщины слоя бетона над его верхними полками. При определении предельных пролетов процесс бетонирования принимался с помощью бетононасоса (рисунок 2, 3, 4, 5, 6 и 7).

7.1.2.6 Если настил, уложенный по верхним поясам балок, надежно закреплен на опорах и в продольных соединениях между профилями, он рассматривается как диск, способный воспринимать горизонтальные воздействия, передаваемые элементами каркаса, и обеспечивающий устойчивость балок из плоскости (см. СТО 0043-2005).

7.2 На стадии эксплуатации

7.2.1 Расчет железобетонной плиты

7.2.1.1 На стадии эксплуатации несущей конструкцией считается железобетонная плита, в которой стальной профилированный настил используется как внешняя рабочая арматура.

Расчет сталежелезобетонной плиты, армированной стальным профилированным настилом, выполняется по двум предельным состояниям - по прочности и деформативности.

Расчет по первому предельному состоянию включает проверку по трем критериям прочности:

- по нормальным сечениям (при условии обеспечения сцепления настила с бетоном);

- по наклонным сечениям;

- условие обеспечения сцепления настила с бетоном. Расчет по второму предельному состоянию включает расчеты:

- на образование и раскрытие нормальных и наклонных трещин;

- определение допускаемого прогиба плиты (при условии обеспечения сцепления настила с бетоном).

7.2.1.2 Расчет прочности плит по нормальным сечениям осуществляется при следующих допущениях:

- сопротивление растяжению бетона равно нулю;

- напряжения в настиле равномерно распределены по высоте и равные расчетному сопротивлению листовой стали R_y с введением для настила коэффициента условий работы γ_с.

Коэффициент принимается:

Рисунок 2 – Зависимость максимального пролета настила от толщины свежеуложенного бетона над настилом при его однопролетной схеме

Рисунок 3 - Зависимость максимального пролета настила от толщины свежеуложенного бетона над настилом при его однопролетной схеме

Рисунок 4 - Зависимость максимального пролета настила от толщины свежеуложенного бетона над настилом при его неразрезной двухпролетной схеме

Рисунок 5 - Зависимость максимального пролета настила от толщины свежеуложенного бетона над настилом при его неразрезной двухпролетной схеме

Рисунок 6 - Зависимость максимального пролета настила от толщины свежеуложенного бетона над настилом при его неразрезной трехпролетной схеме

Рисунок 7 - Зависимость максимального пролета настила от толщины свежеуложенного бетона над настилом при его неразрезной трехпролетной схеме

γ_с = 0,6 - для профилированных настилов с зигообразной выштамповкой при отсутствии анкеров на опорах (рисунок 8);

Рисунок 8 - Зигообразная выштамповка на стенках настила

γ_с = 0,3 - для профилированных настилов Н80А-674 при отсутствии анкеров на опорах;

γ_с = 0,5 - для профилированных настилов Н80А-674 с анкеровкой на опорах (1 анкера);

γ_с = 0,8 - для профилированных настилов с зигообразной выштамповкой и анкеровкой на опорах(1 анкера);

γ_с = 0,4 - для гладких профилированных настилов с анкеровкой на опорах (2 анкера);

- напряжения в стержневой арматуре принимаются равные расчетным сопротивлениям сжатию R_sc и растяжению R_s с введением соответствующих коэффициентов условий работы;

- рабочая высота сечения плиты h₀ определяется как расстояние от крайней сжатой грани плиты отдельно до точки приложения равнодействующего растягивающего усилия в настиле и в стержневой арматуре.

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны сечения находят по формуле

где ω - характеристика сжатой зоны;

ω - 0,85 - 0,008R_b - для тяжелых бетонов;

ω = 0,8 - 0,008 R_b - для бетонов на пористом заполнителе;

R - наибольшее из величин расчетных сопротивлений растяжению настила (R_y) или стержневой арматуры (R_s), МПа;

σ_SR - предельное напряжение в стержневой арматуре сжатой зоны, МПа (СНиП 52-01-2003).

При подборе сечений плиты рекомендуется соблюдать условие .

При не выполнении условия следует увеличить толщину плиты, повысить класс бетона по прочности на сжатие, расположить в сжатой зоне дополнительную стержневую арматуру с тем, чтобы высота сжатой зоны не превышала граничную.

В зависимости от положения нейтральной оси в сечении плиты в пролете возможны три случая расчета:

Случай 1

Нейтральная ось находится в пределах толщины полки плиты и не пересекает стенок профилированного настила (рисунок 9).

Высоту сжатой зоны сечения плиты определяют из условия:

При расчете прочности плиты должно выполняться условие

где А_n - площадь поперечного сечения профилированного настила шириной 1м, м²;

A_s - площадь поперечного сечения стержневой растянутой арматуры;

A^/_s - площадь поперечного сечения стержневой сжатой арматуры;

R_sc - расчетное сопротивление сжатию стержневой сжатой арматуры, МПа;

х - высота сжатой зоны бетона, м;

a^/ - защитный слой сжатой стержневой арматуры, м;

M_span - расчетный изгибающий момент от действия внешних сил, Нм;

 - расчетный момент, воспринимаемый профилированным настилом.

Рисунок 9 - Схема усилий в пролетном сечении плиты при расположении нейтральной оси в пределах толщины полки плиты

Случай 2

Нейтральная ось пересекает стенки профилированного настила (рисунок 10).

Высоту сжатой зоны сечения плиты определяют из условия:

где А''п - площадь сечения нижней полки одного гофра настила, см².

При расчете прочности сечения плиты должно соблюдаться условие

где S_bx - статический момент площади сечения сжатого бетона относительно оси Х-Х, см³;

А'_п - площадь сечения верхней полки одного гофра настила, см²;

S^/_n - статический момент площади верхней полки профилированного настила относительно оси Х-Х, см³;

S^//_n - статический момент площади нижней полки профилированного настила относительно оси Х-Х, см³;

S_sx, S^/_s.x- статические моменты площади соответственно растянутой и сжатой стержневой арматуры относительно оси Х-Х, см³.

Рисунок 10 - Схема усилий в пролетном сечении плиты при расположении нейтральной оси в пределах ребра профилированного настила

Случай 3

Нейтральная ось находится на уровне верхней полки профилированного настила, x = h_f (рисунок 11).

При расчете прочности сечения плиты должно соблюдаться условие

Если при определении высоты сжатой зоны по формуле случая 1 получается х > h_f, а по формуле случая 2 - х < h_f, то прочность нормального сечения плиты определяется по случаю 3.

Рисунок 11 – Схема усилий в пролетном сечении при расположении нейтральной оси на уровне верхней полки профилированного настила

7.2.1.3 Расчет прочности нормальных сечений плиты на ее промежуточных опорах выполняется только в случаях установки расчетной надопорной стержневой арматуры, обеспечивающей неразрезность конструкции. Прочность нормальных сечений плиты определяется как для сечений железобетонных элементов со стержневой арматурой по СНиП 52-01-2003 без учета стального профилированного настила.

7.2.1.4 Расчет прочности плит по наклонным сечениям выполняется на действие поперечной силы. Угол наклонной трещины принимается равным 45° к горизонтальной оси (рисунок 12). При этом должны соблюдаться условия:

где 0,17γ_с R_yhн2t - поперечное усилие, воспринимаемое стенками настила в одном гофре;

ΣR_SWA_SW - сумма поперечных усилий, воспринимаемых поперечными стержнями, пересекающими наклонное сечение;

Q_b - поперечное усилие, воспринимаемое бетоном;

φ_w1 и φ_b1 - коэффициенты, принимаемые по СНиП 52-01-2003.

Поперечное усилие Q_b, воспринимаемое бетоном, определяют по формуле

где φ_b2(1+φ_f+φ_n) и φ_b4(1+φ_n) - коэффициенты, принимаемые согласно СНиП 52-01-2003 и вводимые соответственно при наличии и при отсутствии поперечной арматуры.

Рисунок 12 - схема усилии в наклонном сечении плиты при расчете его прочности на действие поперечной силы

7.2.1.5 При динамических воздействиях в расчете на прочность нормальных и наклонных сечений плиты в формулы вводится дополнительный коэффициент условий работы, снижающий расчетное сопротивление профилированного настила в зависимости от коэффициента асимметрии цикла ρ:

Коэффициент условий работы, снижающий расчетное сопротивление стержневой арматуры при динамических воздействиях, принимается по СНиП 52-01-2003.

7.2.2 Расчет анкеровки

7.2.2.1 Расчет прочности анкеровки настила в бетоне определяют для крайних пролетов плиты, считая от концов элементов настила на свободных опорах.

Расчет анкеровки выполняют для нормального сечения плиты в месте наибольшего изгибающего момента, в четверти пролета и в местах приложения сосредоточенных нагрузок. При этом должно соблюдаться условие

где Т_an - сопротивление анкеровки сдвигу на опорах по концам настила, н;

T_rif - сопротивление рифов, расположенных на стенках настила сдвигу, н;

z_n, z_s - расстояния от равнодействующей усилия сжатия в сечении соответственно по равнодействующей усилия растяжения в сечении настила и в стержневой арматуре, см (рисунок 13);

m_ап - коэффициент условий работы анкеровки стержневой арматуры;

m_ап - 1 - при расстоянии рассматриваемого нормального сечения (конца стержня (L-h) (рисунок 14), равном или более длины зоны анкеровки арматуры;

 при меньшем расстоянии.

1 - прогон; 2 - анкер; 3 - стальной профилированный настил

Рисунок 13 - Схема усилий при расчете по прочности анкеровки

Сопротивление анкеровки Т_ап принимается меньшим из трех условий:

7.2.2.2 Сопротивление анкеровки сдвигу на опорах по концам настила, выполненной из периодической арматуры

где k₁ = 0,8 - коэффициент, принимаемый при учете совместной работы плиты с балкой;

k₁=  1,0- при расчете балки без учета совместной работы с плитой

где n_ап - число вертикальных стержневых анкеров в одном гофре на конце настила;

R_y - расчетное сопротивление стали анкера.

А_n - площадь сечения одного вертикального стержневого анкера, см².

7.2.2.3 Сопротивление вырыванию настила вокруг анкера (для крайнего пролета)

где l’_ant - площадь сечения настила, рассчитываемая на вырывание вокруг анкеров (рисунок 14).

1 – балка; 2 -  настил; d - диаметр анкера

(для случая (а) и (б) – l'_an = 2a + 3d для случая (в) - l'_an=a₁+a₂+b_a+3d

Рисунок 14 - Определение l'_an

7.2.2.4 Сопротивление разрыва настила в зоне приварки анкера

7.2.2.5 Сопротивление анкеровки сдвигу на опорах по концам настила, выполненной из стад-болтов (рисунок 15) определяется по формуле (таблица 3)

где  - площадь поперечного сечения стад-болта;

d - диаметр стад-болта;

п_ап - число стад-болтов в одном гофре;

R_y - расчетное сопротивление стали стад-болта.

Рисунок 15 – Установка стад-болтов в перекрытия с помощью пистолета

Можно для увеличения площади сцепления бетона со стад-болтом надевать на него стальную пружину (рисунок 16).

1 – стальная балка перекрытия; 2 – стад-болт; 3 – бетон; 4 – стальная пружина.

Рисунок 16 – Установка пружин на стад-болты для увеличения сцепления с бетоном

Таблица 3 - Предельное сдвигающее усилие на 1 стад-болт, кН

7.2.2.6 Предельное усилие сжатия бетона (таблица 4) для одного стад-болта определяется по формуле

где В - класс бетона на сжатие;

Е_b - начальный модуль упругости бетона.

Коэффициент а

h - длина стад-болта (80, 90, 100, 125, 140 мм);

y_c =1,25 - коэффициент условия работы болта.

Таблица 4 - Предельное усилие на сжатие бетона для одного стад-болта

7.2.2.7 Сопротивление рифов на смятие определяется по формуле

где A_rif - площадь смятия бетона по боковой поверхности одного рифа (А_rif = 0,5 см² - для Н80А-674);

γ_с - коэффициент условия работы (γ_с - 0,5 - для Н80А-674);

n_rif - число рифов на стенках одного гофра по длине участка настила от рассматриваемого сечения до ближайшего конца (рисунок 17). При наличии в ребрах плиты гибкой арматуры число вводимых в расчет рифов принимается по длине участка, уменьшенной на высоту сечения плиты.

1-1 - сечение по пролету настила в месте наибольшего изгибающего момента, в четверти пролета, в местах приложения сосредоточенных сил; 1 - стальной профилированный настил; 2 - выштампованные рифы; L - длина участка расположения рифов на стенках настила, учитываемых в расчете его анкеровки по формуле (24)

Рисунок 17 - Расположение рифов на стенках профилированного настила Н80А-674

При наличии в ребрах плиты стержневой арматуры число вводимых в расчет рифов принимается по длине участка, уменьшенной на высоту сечения плиты.

Анкеровку стержневой арматуры проверяют по СНиП 52-01-2003. Если полная анкеровка стержневой арматуры не обеспечивается, то ее расчетное сопротивление в формуле уменьшают.

7.2.2.8 Опорные концы ребер плиты рассчитывают на смятие бетона (местное сжатие). При этом должно удовлетворяться условие

где N - опорная реакция на один гофр, н;

A_loc - площадь смятия (местного сжатия), см³

где b - ширина гофра по низу таврового сечения плиты;

а - длина опирания, равная ширине балки, см.

7.2.3 Определение прогиба

7.2.3.1 Прогиб плиты перекрытия рассчитывают по формуле

где f_rc - прогиб плиты от действия нагрузок в стадии эксплуатации (без учета собственной массы), см;

f_add - дополнительный прогиб плиты за счет податливости анкерных связей, см;

l - пролет плиты, см.

При отсутствии расчетной надопорной стержневой арматуры прогиб плиты определяется как для однопролетной, свободно опирающейся по формуле

где 1/r - расчетная кривизна плиты на участке с наибольшим изгибающим моментом;

δ - коэффициент по таблице 5.

Дополнительный прогиб f_add рекомендуется определять как для однопролетной балки с моментами на опорах по формуле (31), принимая коэффициент δ - 1,8.

Кривизна определяется по формуле

где M_n.,span - наибольший изгибающий положительный момент в пролете от нормативной нагрузки, при которой определяется прогиб, без учета собственной массы плиты, нм;

I_red - момент инерции приведенного сечения плиты в пролете, см⁴;

φ_b1, φ_b2 - коэффициенты, учитывающие влияние соответственно кратковременной и длительной ползучести бетона, принимаемые по СНиП 52-01-2003.

Если при определении прогиба учитываются кратковременные и дли­тельные нагрузки, то расчетная кривизна принимается равной сумме кривизн, определяемых раздельно для изгиба оси нагрузок кратковременного и длительного действия

Таблица 5

Дополнительную кривизну, обусловленную податливостью анкерных связей, определяют по формуле

где k^/ = 2 - для однопролетных плит;

k^/ - 1,5 и 1,0- соответственно для крайних и средних пролетов неразрезных плит;

k^/ = 1,5 - для средних пролетов неразрезных плит, являющихся крайними для настила;

Δ - сдвиг настила относительно бетона, определяемый по формуле

где ε_а - коэффициент жесткости анкера

где п_ап - число вертикальных анкерных стержней в одном гофре.

Момент инерции приведенного сечения плиты в пролете следует определять относительно его центра тяжести, принимая коэффициенты приведения площади сечения настила а_n и стержневой арматуры a_s к площади бетона принимаются соответственно

При расчете момента инерции приведенного сечения плиты площадь растянутого бетона исключают, полагая возможность образования в нем трещин.

Положение центра тяжести приведенного сечения плит, занимаемое относительно крайней сжатой грани бетона х, следует определять по следующим формулам:

а) если нейтральная линия (ось), на которой находится центр тяжести приведенного сечения, не пересекает ребра плиты

ΣA_red - сумма приведенных площадей сечения арматуры, см²;

S_red - статический момент площади A_red относительно крайней сжатой грани сечения плиты, см³;

б) если нейтральная линия пересекает ребро плиты (профилированный настил), то

где ΣA^/_red - сумма приведенных площадей сечений арматуры и площади свесов таврового сечения бетона плиты, см²;

S^/_red - статический момент площади A^/_red относительно крайней сжатой грани сечения плиты, см.

в) если нейтральная линия (ось) совпадает с нижней гранью полки плиты (на уровне верхней полки профилированного настила), то

Сумму приведенных площадей сечения ΣA_red и ΣA^/_red вычисляют по формулам:

где А^/_b - площадь свесов бетона таврового сечения;

а_n, a_s - по формуле (34).

7.2.4 Расчет монолитной неразрезной плиты по раскрытию трещин на промежуточных опорах выполняется в соответствие с требованиями СНиП 52-01-2003. Предельно допустимое значение ширины раскрытия трещин следует принимать не более 0,3 мм.

8 Расчет комбинированной балки перекрытия

8.1 На стадии возведения (до набора бетоном кубиковой прочности 10 МПа) балки рассчитываются в соответствии с требованиями СНиП II-23-81* при действии монтажных нагрузок, собственного веса балки, профилированного настила и бетона. Предельный прогиб балки принимается равным 1/150L пролета балки. Принимается расчетное сопротивление стали балки с коэффициентом условия работы 0,9.

8.2 На стадии эксплуатации при расчете комбинированной балки учитывается железобетонная плита перекрытия по стальному профилированному настилу, шириной В определяемой по формуле

где l - шаг балок, м.

8.3 Расчетное усилие сдвига, воспринимаемое анкерами, расположенными в одном гофре, определяется по формуле (рисунок 18).

Коэффициент r, определяется:

- при расположении балки перпендикулярно гофрам профилированного настила

- при расположении балки параллельно гофрам профилированного настила

где h - высота анкера;

h_o - высота профилированного настила;

0,85 - учитывает длительное действие нагрузки;

b_o - ширина гофра на уровне центра тяжести профилированного настила;

N_R - число анкеров в одном гофре настила (принимается не более 2);

P_d - расчетное сопротивление на сдвиг одного анкера;

R - коэффициент, учитывающий величину пролета балки, который составляет:

8.4 Нормальное усилие в бетонной плите

где γ_b = 1,5 - коэффициент условия работы бетона.

8.5 Нормальное усилие в профилированном настиле

8.6 При условии F_a <F_b соединение стальной балки с железобетонной плитой полное и для каждой половины балки необходимо установить количество анкеров

Рисунок 18 – К расчету комбинированной балки

8.7 Определение предельного момента.

- Вначале определяют силу взаимодействия В начале определяют силу взаимодействия стали балки и бетона плиты F^r_u, которое зависит от числа анкеров N, устанавливаемых на главной балке по ее длине и силы сдвига, воспринимаемой одним анкером Р

- Затем определяют высоту сжатой зоны бетона х_b

где R_b - расчетное сопротивление бетона на сжатие, МПа;

γ_с = 1,5 - коэффициент условия работы бетона;

h_b - толщина бетона над профилированным настилом, м.

- Определение положения нейтральной оси в балке производят исходя из условий

- Сопротивление на сжатие балки

где А_а - площадь поперечного сечения балки;

R_y - расчетное сопротивление стали балки на сжатие, МПа.

- Удвоенное усилие, воспринимающее верхней полкой балки

где b₁ - ширина верхней полки балки;

t₁ - толщина верхней полки балки.

- положение нейтральной оси в верхней полке балки при условии

Рисунок 19 – Положение нейтральной оси в балке

Расстояние от внешней грани верхней полки балки до нейтральной оси определяется по формуле

Предельный момент равен

- положение нейтральной оси в стенке балки при условии F_a – F^s_a > F_u^r.

Расстояние от внешней грани верхней полки балки до нейтральной оси определяется по формуле

Предельный момент равен

где А - площадь поперечного сечения балки;

h_b - толщина бетона над профилированным настилом;

h_a - высота стальной балки;

ν^/_a - расстояние от центра тяжести балки до верхней грани балки;

z_b - высота сжатой зоны бетона;

z_a - расстояние от нейтральной оси до верхней грани балки;

t_w - толщина стенки балки;

b₁ - ширина верхней полки балки;

t₁ - толщина верхней полки балки.

8.8 Проверка прочности.

Прочность обеспечена при выполнении неравенства

где L - пролет балки;

Расчетная нагрузка

где G₁ - собственный вес 1 n.м балки;

G₂ - собственный вес ж.б. плиты (вес профнастила и бетона);

G₃ = 1,5 кН/м² - вес перегородок;

q = 0,5 кН/м² - монтажная нагрузка.

8.9 Определение геометрических характеристик для расчета прогиба и напряжений.

- Определение положения нейтральной оси (рисунок 20) (расстояние от нижней грани балки до нейтральной оси комбинированной балки, то есть с учетом железобетонной плиты)

где  n = 6 при кратковременных нагрузках; n = 12 для сжатия; n = 18 при длительных нагрузках;

Е_а = 2,1 10⁵ МПа - модуль упругости стали;

Е_b - модуль упругости бетона, принимаемый при кратковременных нагрузках Е_b, при длительных - E_b/3, в остальных случаях - E_b/2.

Рисунок 20 - Положение нейтральной оси в балке

Момент инерции при полном соединении балки и плиты (при условии установки требуемого расчетного количества анкеров)

Момент инерции при частичном соединении (установлено количество анкеров меньше требуемого, расчетного)

где коэффициент а определяется по таблице 6.

Таблица 6

Модуль изгиба эквивалентный частичному соединению

где A_b =Bh_b - площадь поперечного сечения бетонной части над настилом толщиной h_b,

v_b - расстояние от оси 1-1 до центра тяжести бетонной части высотой h_b,

А_a - площадь поперечного сечения стальной балки;

v_a - расстояние от оси 1-1 до центра тяжести стальной балки

I_ь - момент инерции бетонной части железобетонной плиты относительно собственной оси;

I_а - собственный момент инерции стальной балки относительно оси х-х;

N_f - действительное количество анкеров;

N - расчетное количество анкеров для обеспечения полного соединения;

N/N_f - отношение действительного количества анкеров к расчетному (теоретическому) характеризует степень соединения балки с железобетонной плитой по профилированному настилу.

8.10 Проверка прогиба

8.10.1 При возведении прогиб определяется по формуле

8.10.2 При эксплуатации прогиб определяется:

- при действии временной эксплуатационной нагрузки и веса перегородок определяется при n = 18

где Q - временная эксплуатационная нагрузка;

G₃ - вес перегородок;

- прогиб, вызванный усадкой, определяется при n = 12

и момент, эквивалентный усадке при n = 12

где ε_r = 2*10^-4 - единичная деформация от усадки бетона;

- возможный обратный выгиб, вызванный усадкой, принимается

Прогиб от действия эксплуатационных временных нагрузок Q и веса перегородок G₃ должен быть

Прогиб от действия веса плиты G₁ балки G₂, перегородок G₃, временной эксплуатационной Q нагрузок, от усадки и выгиба

8.11 Проверка прочности

8.11.1 На стадии монтажа

8.11.2 На стадии эксплуатации от действия временной эксплуатационной нагрузки Q и веса перегородок G₃

По уравнениям (71) и (72) считаем при n=12.

Условие выполняется если

9 Анкерные упоры

9.1 Упоры X-HVB компании Hilti

9.1.1 Анкерные упоры предназначены для обеспечения совместной работы монолитной железобетонной плиты со стальными балками перекрытия и включения профилированного стального настила, выполняющего функции несъемной опалубки этой плиты, в работу плиты в качестве ее рабочей арматуры.

Наиболее эффективными типами анкерных упоров являются упоры X-HVB компании Hilti.

9.1.2 Упоры X-HVB представляют собой холодноформованный стальной профиль зетобразного сечения, закрепленный одной полкой к верхнему поясу балки перекрытия с помощью двух дюбелей.

9.1.3 В качестве анкеров применяются упоры X-HVB шести типоразмеров в зависимости от толщины плиты перекрытия и типа профилированного настила (рисунок 21). Все упоры независимо от типа имеют ширину нижней опорной полки 50 мм. Упоры изготавливают высотой h_sc= 52, 80, 95, 110, 126 и 141 мм. Ширина верхней свободной полки - 10, 12 или 37 мм в зависимости от типа упора.

9.1.4 Материал упоров - оцинкованная малоуглеродистая сталь толщиной 2 или 2,5 мм с временным сопротивлением от 270 до 350 МПа. Толщина цинкового покрытия - не менее 3 мкм.

9.1.5 Упоры крепятся к балке двумя дюбелями ENP2 - 21 или ENPH2-21 (рисунок 22) с помощью поршневого монтажного пистолета Hilti-DX 750.

9.1.6 Предельные сдвигающие усилия на упоры X-HVB 80 и все остальные их типы принимаются равными R_d,ss=16 кН и R_d,ss=22 кН соответственно по Еврокоду-4 с учетом их упругой работы.

9.1.7 Расчет несущей способности упоров выполняется с учетом коэффициентов запаса, определяемых в зависимости от ориентации профилированного настила относительно балок [6].

Допускаемое срезающее усилие на упор определяется по формуле

где К₁ - коэффициент запаса, принимаемый от 0,5 до 1,0.

а-X- HVB 50; б -Х- HVB 80; в -Х- HVB 95; г-Х- HVB 110; д -Х- HVB 125; е -Х- HVB 140

Рисунок 21 - Типы упоров X-HVB

Рисунок 22 -Дюбель марки ENP2-21-L15 (ENPH2-21-L15)

При расположении трапециевидных гофров настила поперек балок

где N_r = 1, если в каждом гофре установлен один упор;

N_r = 2, если в каждом гофре - 2 или 3 упора;

b₀ и h_ap - ширина нижней полки и высота гофра настила (рисунок 23);

h_sc - высота упора.

1 - анкер X-HVB; 2 - дюбель; 3 - настил; 4 - базовая конструкция; 5 - бетон плиты.

Рисунок 23 - Расположение упора вдоль оси балки

При расположении гофров настила вдоль балки

где К_р = 1,0, если b₀ /h_ap ≥ 18

9.1.8 Предельные размеры монолитной плиты и сечения профилированного настила в зависимости от типа упора приводятся в таблице 10.

Таблица 7 - Соотношение толщины плиты и высоты упоров

Значения в таблице 7 даны при минимальной толщине верхней полки балки 8 мм. Толщину настила не рекомендуется принимать более 1,25 мм.

Минимальная толщина бетона над верхней полкой упора - 20 мм.

9.1.9 Выбор типа дюбеля для крепления упоров зависит от толщины и прочности стали верхней полки балок.

На рисунке 24 показаны области применения дюбелей ENP2-21 и ENPH2-21, прикрепляющих упоры к поясу балки толщиной от 6 до 30 мм из стали с временным сопротивлением не более 700 МПа.

Рисунок 24 – Области применения дюпелей для крепления упоров в зависимости от толщины полки и марки стали балки

9.1.10 Патроны для пристрелки дюбелей, объединенные в обойму по 10 штук, принимают различной мощности в зависимости от толщины и марки стали полки балки.

9.1.11 Упоры X-HVB располагаются на нижних полках настила параллельно или перпендикулярно оси балки. Между смежными гофрами профилированного листа может располагаться от одного до трех упоров, причем продольное расположение упоров более эффективно. Минимальное расстояние между стенками соседних поперечных упоров - 50 мм, для продольно расположенных упоров - 100 мм. Максимальное расстояние между соседними продольными упорами не должно превышать 600 мм или 4h_c, где h_c -толщина плиты.

Для расположения упоров ширина плоской части нижних полок настила должна быть не менее 50 мм (рисунок 25). Расстояние от стенки упора до стенки гофра настила должно быть не менее 40 мм.

Рисунок 25 – Расположение упоров вдоль (а) и поперек (б) оси балки

9.1.12 Для плиты перекрытия с настилом, гофры которого расположены параллельно оси балки, шаг упоров принимают не более 4h_c или 600 мм и не менее 100 мм (рисунок 26).

Рисунок 26 – Расположение упоров параллельно оси балки

Упоры располагают симметрично относительно оси балки. Расстояние от упора до стенки гофра настила должно быть не менее 20 мм. Расстояние между рядами упоров должно быть не менее 50 мм.

Упоры X-HVB рекомендуется применять на строительстве новых и реконструкции старых зданий. Применение этих упоров вместо стержневых анкеров, привариваемых к балкам через настил, позволяет снизить трудоемкость монтажных работ и исключить сварку, требующую особых условий для ее выполнения с учетом температуры воздуха, влажности, защитного покрытия профилированного настила и других факторов.

Установка поперечных упоров X-HVB обеспечивает включение профилированного настила в работу плиты перекрытия в качестве ее рабочей арматуры.

9.1.13 Упоры X-HVB позволят воспринять сдвигающие усилия от 100 до 400 кН на пог.м композитной балки, включающей часть монолитной плиты и стальную балку, и обеспечить ее устойчивость из плоскости при поперечном изгибе.

В мостовых конструкциях применение упоров X-HVB не рекомендуется, т.к. их несущая способность на срез составляет около 40% от прочности стержневых анкеров диаметром 19 мм и работа упоров X-HVB на знакопеременные нагрузки экспериментально не исследовалась.

Приложение А
(рекомендуемое)
Методика определения расчетных геометрических характеристик сечения профилированных настилов с учетом закритической работы сжатых полок

А.1 Значения расчетных характеристик определяются по следующей методике:

- определяем сжимающее напряжение в настиле по формуле 3, принимая момент сопротивления W по таблице 1 (допуская работу настила полным сечением). Если полученное значение сжимающего напряжения меньше критического, приведенного в таблице 2, то расчетные характеристики принимаются по таблице 1;

- если полученное значение сжимающего напряжения в полке настила выше критического, то расчетные характеристики определяют методом последовательного приближения (итерация) с помощью приложения А по таблицам А.1, А.2, А.3, А.4, А.5, А.6, А.7, А.8 и А.9, в которых моменты сопротивления и инерции определены в зависимости от уровня напряжений в сжатых полках;

- итерация продолжается до тех пор, пока разница между окончательным и предыдущим значениями искомой расчетной характеристики не будет составлять 1% или меньше.

Таблица А. 1 - Момент сопротивления (см) при расчетных напряжениях в сжатых широких полках Н114-600

Окончание таблицы А.1

Таблица А.2 - Момент сопротивления (см³) при расчетных напряжениях в сжатых широких полках Н80А-674

Окончание таблицы А.2

Таблица А.3 - Момент сопротивления см³ при расчетных напряжениях в сжатых широких полках Н60-845

Окончание таблицы А.3

Таблица А.4 - Момент сопротивления (см³) при расчетных напряжениях в сжатых широких полках Н57-750

Таблица А.5 - Момент сопротивления (см) при расчетных напряжениях в сжатых широких полках НС44-1000

Окончание таблицы А.5

Таблица А.6 - Момент сопротивления (см³) при расчетных напряжениях в сжатых узких полках Н80А-674

Таблица А.7 - Момент сопротивления (см³) при расчетных напряжениях в сжатых узких полках Н75-750

Таблица А.8 - Момент сопротивления (см³) при расчетных напряжениях в сжатых узких полка Н60-845

Таблица А.9 - Момент сопротивления (см³) при расчетных напряжениях в сжатых узких полках Н57-750