Artykuł w ciągu ostatnich 24 godzin czytało Czytelników Chodor L., Belki żelbetowe,, Encyklopedia πWiki, www.chodor-projekt.net, 13 lipca 2018 – 9 czerwca 2020 – ( publikacja kompletna) Arkusz LCżelbet zawiera oryginalny kod – © wszelkie prawa zastrzeżone. Spis treści ukryj 1 Część K 2 System konstrukcyjny, a belka żelbetowa 3 Geometria belek żelbetowych 3.1 Przekroje belek i długość obliczeniowa 3.2 Wysokość belki $h$ 3.3 Szerokość belki $b$ 4 Wstępny dobór zbrojenia przekroju 4.1 Oszacowanie sił przekrojowych 4.2 Koncepcyjny dobór zbrojenia 5 Kształtowanie układu zbrojenia w przekroju 5.1 Otulenie zbrojenia 5.2 Odstępy między prętami 5.2.1 Odstęp z warunku technologicznego (zagęszczenia mieszanki betonowej ) 5.2.2 Odstęp między prętami głównymi z warunków konstrukcyjnych 5.3 Zbrojenie przypowierzchniowe przy zbrojeniu głównym o dużej średnicy 6 Wymagania pożarowe oraz ograniczenia stopnia zbrojenia przekroju 6.1 Wymagania pożarowe 6.2 Minimalne zbrojenie belki (oraz płyty) 6.2.1 Minimalne pole zbrojenia podłużnego ze względu na kruche zniszczenie betonu 6.2.2 Wyprowadzenie formuły normowej i ogólny warunek na minimalne zbrojenie 6.2.3 Minimalne pole zbrojenia ze względu na zarysowanie 6.3 Minimalny stopień zbrojenia na ścinanie 6.4 Maksymalne zbrojenie podłużne belki lub płyty 7 Kształtowanie zbrojenia po długości belki 7.1 Zbrojenie dostrajane do obwiedni sił 7.2 Rysunki warsztatowe żelbetu nie są Projektem 7.3 Zagięcia prętów 7.4 Zakotwienie prętów zbrojeniowych 7.5 Kształtowanie zakładów prętów zbrojeniowych 7.6 Kotwienie zbrojenia na podporach skrajnych 8 Zginanie, zwichrzenie belek (wyboczenie boczne) i imperfekcje 9 Przykłady rachunkowe 9.1 Przykład K-1 [ długość zakładu oraz zakotwienia prętów zbrojeniowych ] Część K Kształtowanie Nawigacja: [ W: Wprowadzenie ] ⇐ ⊗ ⇒ [ Z: Zginanie ] Belki obok płyt są najczęściej stosowanymi elementami konstrukcji żelbetowych. Klasyczna definicja belki – w przypadku konstrukcji żelbetowych jest osłabiona i obejmuje również stosunkowo krótkie pręty długości $L approx 3h$. Elementy krępe (dla $Lle 3h$) są nazywane belkami-ścianami i należy je analizować jako tarcze – nie są bowiem spełnione podstawowe założenia teorii belkowej ( w tym założenie Bernoulliego o płaskich przekrojach i założenie o małych naprężeniach stycznych), co w wyniku uniemożliwia stosowanie wzorów belkowych oraz wnioskowania dotyczącego położenia osi obojętnej przekroju oraz rozkładu naprężeń po wysokości belki-ściany. Może się zdarzyć, że w poziomej osi symetrii belki-ściany naprężenia normalne będą największe, choć zgodnie z teorią belkową powinny być zerowe. W takich przypadkach zaleca się stosowanie metody kratownicowej (modele S-T wg [1]. Belki są zginanymi poprzecznie elementami konstrukcyjnymi. W praktyce jednak zginanie przekroju jest stowarzyszone z działaniem siły osiowej- ściskającej lub rozciągająca, a elementy są belkami-słupami. Rozróżnienia między belką a słupem w istocie zależy od zjawisk niestateczności : w belce zwichrzenia, a w słupie wyboczenia. Zginanie i siły osiowe są przenoszone w belce poprzez zbrojenie podłużne. Ścinanie natomiast przez zbrojenie poprzeczne : strzemiona oraz pręty odgięte. W przypadku skręcania daje się dodatkowe zbrojenie podłużne wynikające z paczenia przekroju i potrzebne do przeniesienia dodatkowych sił podłużnych wywołanych tym odkształceniem ( w mechanice prętów cienkościennych siły przekrojowe stowarzyszone z paczeniem nazywa się bimomentem). System konstrukcyjny, a belka żelbetowa W konstrukcjach żelbetowych siły przekrojowe powszechnie uzyskuje się z rozwiązania systemu konstrukcyjnego złożonego z klasycznych prętów (Bernoulliego), przy czym zawsze zaleca się zastosowanie teorii 2-rzędu, to znaczy uwzględnianie wpływu przemieszczeń na siły przekrojowe. Teoria 2-rzędu jest zaimplementowana praktycznie we wszystkich współczesnych programach. Ograniczenie do klasycznej teorii 1-rzędu powinno być uzasadnione- należy wykazać, że w prętach występują małe siły ściskające $N$ , to znaczy takie, które nie mają istotnego wpływu na stateczność systemu konstrukcyjnego, oraz nie generują momentów zginających drugiego rzędu $M_{II}= Ncdot e$, gdzie $e$ jest wygięciem pręta. Jeśli system konstrukcyjny będzie obciążony poziomymi siłami od imperfekcji, to elementy prętowe, w tym belki (i słupy) można wymiarować bez wyznaczania długości wyboczeniowej oraz współczynników wyboczeniowych elementów ściskanych lub zginanych (zjawisko zwichrzenia belek). Do tego celu konstrukcję żelbetową wystarczy obciążyć poziomo siłami (równoważnymi od imperfekcji, poprzez stowarzyszenie do każdego obciążenia pionowego $Q_V$ – obciążeń poziomych $Q_H$ w kierunkach obu osi poziomych: $$begin{equation} Q_{Hx}=Q_{Hy}= cfrac{Q_V}{200} label {1} end{equation}$$ Symbol $Q_V$ oznacza obciążenie grawitacyjne (pionowe) zarówno powierzchniowe, liniowe jak i skupione- obejmuje więc również ciężar własny $G$. W każdym przypadku konstrukcje żelbetowe znamienne są tym, że istotne jest w nich ścinanie elementów i przekrojów. Siły przekrojowe w belkach należałoby więc wyznaczać zgodnie z teorią Timoschenko, którą krótko opisano w artykule Belka Timoschenko na sprężystym podłożu. Niestety algorytm uwzględniania sztywności ścinania zwykle nie jest obecny w inżynierskich programach komputerowych. Dlatego w praktyce projektowej siły przekrojowe w konstrukcji żelbetowej wyznacza się z użyciem klasycznych elementów prętowych. W przypadku elementów skręcanych (np. skrzynki mostów) lub trzonów budynków wysokich stosuje się analogię teorii prętów cienkościennych (p. artykuł Pręty cienkościenne i artykuły związane) W niniejszym opracowaniu zakładamy, że z rozwiązania statyki znane są siły przekrojowe (N, M, Q)=(siła osiowa, moment zginający, siła poprzeczna) w przekrojach belki. Na podstawie sił w konkretnym przekroju można dobrać wymagane zbrojenie w tym punkcie belki, a na podstawie rozkładu sił po długości belki można skonstruować zbrojenie całego elementu. W normie [1] przedstawiono reguły projektowania belek żelbetowych w następujących klauzulach: klauzula kl. 6.1. – nośność na zginanie z siłą podłużną; kl. 9.2.1.1 (1), wzór (9.1.N) – minimalne zbrojenie ; kl. 9.2.1.1 (3) – maksymalne zbrojenie; kl. 6.2.2.(1), wzór (6.2a), (6.2b) – nośność na ścinanie; kl. 6.3.2 (6), (6.3.1) – interakcja ścinania i skręcania. Wymienione zasady stanowią komplet reguł projektowych, umożliwiających zaprojektowanie belki zginanej, ściskanej, ścinanej i skręcanej. Ponadto norma podaje szereg zasad konstruowania zbrojenia, które są spójne z regułami projektowymi, ale są adresowane raczej do autorów rysunków warsztatowych, czyli wykonawców i ich technologów, a nie do projektantów: kl. 8 – konstruowanie zbrojenia; kl. 9.2 , 9.3 oraz 9.4 – konstruowanie belek i płyt pełnych oraz płaskich. Geometria belek żelbetowych Projektowanie geometrii belek żelbetowych wynika z warunków funkcjonalno-architektonicznych oraz prostych zasad optymalnego doboru wymiarów szalunkowych i jest praktycznie niezależnie od zbrojenia belek. Na etapie doboru zbrojenia, w szczególnych przypadkach konieczna jest korekta szalunków (zbrojenie. Często jednak w takich sytuacjach korekt dokonuje się bez zwiększania szalunków poprzez wstawienie zbrojenia sztywnego, to znaczy skonstruowanie przekroju zespolonego betonowo-stalowego. Przekroje belek i długość obliczeniowa Na rys. K-1 pokazano schemat belki wieloprzęsłowej o teoretycznych długościach przęseł $l_1, l_2, l_3$. Przy oznaczeniu długości belki w świetle murów $l_i$, długość obliczeniową $l_{ef}$ zgodnie z [1] można wyznaczyć z zależności $$begin{equation} l_{ef}=l_i+a_l+a_r label{2}end{equation}$$ gdzie: $a_l$ […]