Płyty i słupy żelbetowe. Poznaj tajniki projektowania konstrukcji z betonu
Chcesz dowiedzieć się więcej o konstrukcjach betonowych? Wyjaśniamy, jak projektuje się betonowe słupy i płyty stropowe.
Słupy betonowe
Odkształcają się wzdłuż swojej osi pod wpływem ściskania, a w poprzek ulegają siłom rozpychającym, czyli pracują w dwóch kierunkach. Wytrzymałość na ściskanie zapewnia im beton, a przed rozepchnięciem chronią je pręty zbrojenia. Aby się nie wyboczyły, są trzymane przez odpowiednio gęsto rozmieszczone strzemiona.
Jak powstaje projekt słupa
Podobnie jak w przypadku belek najpierw ustala się schemat statyczny słupa, czyli określa, czy jest on zakotwiony w podłożu i sztywno z nim połączony, czy tylko opiera się na nim i czy podpierany element leży swobodnie na głowicy słupa, czy też jest z nią związany zbrojeniem. Ważne jest określenie długości wyboczeniowej słupa, którą następnie przyjmuje się do obliczeń. Jest ona równa 0,7 wysokości słupa mierzonej w świetle podpór górnej i dolnej (le = 0,7 x h). Ustala się też obecność ewentualnych dodatkowych obciążeń, na przykład połączonych ze słupem krętych schodów albo półki na wkład kominkowy. Następny krok to wstępne założenie wymiarów przekroju słupa i rodzaju oraz rozstawu zbrojenia.
Płyty stropowe z betonu
Pracują wielokierunkowo na całej swojej powierzchni, dlatego ich schemat statyczny musi być przestrzenny i uwzględniać dwupłaszczyznowe oddziaływanie wszystkich podpór brzegowych oraz pośrednich, otworów, elementów obciążających. Upraszczając, można przyjąć, że wypukłości pojawiają się nad podporami, a wklęsłości między nimi. Czyli przed rozciąganiem należy chronić górne strefy płyty nad słupami i ścianami oraz dolne strefy na powierzchni niepodpartej.
Projekt płyty
Wprowadzając dane do programu obliczeniowego, zakłada się tak zwane warunki brzegowe, czyli określa rodzaj i rozmieszczenie podpór oraz sposób, w jaki płyta jest z nimi połączona (sztywno zakotwiona czy tylko swobodnie podparta). Uwzględnia się również wszystkie krawędzie niepodparte (na przykład wokół otworu). Po określeniu warunków brzegowych zakłada się grubość płyty i wstępnie wymiary oraz układ prętów zbrojenia. Trzeba zaplanować sposób odginania i długości zakotwienia prętów.
Wzmocnienia
W narożach, wokół otworów oraz nad podporami, gdzie naprężenia są największe, a do tego układają się skośnie, wzdłuż przekątnej, zawsze należy zagęścić zbrojenie, a także przewidzieć dodatkowe pręty układane skośnie do głównych. Chronią one przed pękaniem płyty. Małe otwory nie wymagają zbrojenia, wystarczy umieścić na deskowaniu na przykład wkładkę styropianową czy rurę odpowiedniej średnicy. Nieduże przejście instalacyjne albo świetlik czasami można też wyciąć w gotowej płycie. Nie wolno tego robić tylko tuż przy podporze albo przy krawędzi stropu, gdzie ze względu na koncentrację naprężeń ingerencja w konstrukcję jest zabroniona. Newralgiczną strefą jest też miejsce znajdujące się pod i nad słupem. Gdy oddziałuje on zbyt mocno, płyta może popękać. Zjawisko to nazywa się przebiciem. Aby go uniknąć, wokół zagrożonego miejsca wyznacza się strefę krytyczną i projektuje w niej dodatkowe zbrojenie w postaci pionowych lub ukośnych strzemion.
Słowniczek konstruktora
- Podpory brzegowe i pośrednie – podpory umieszczone odpowiednio na krańcach elementu i wzdłuż jego długości.
- Praca ustroju – jego reakcja na obciążenia, czyli sposób, w jaki się odkształca i ugina, ale także naprężenia wewnętrzne związane ze zjawiskiem wiązania betonu, jego rozszerzaniem się i kurczeniem pod wpływem zmian temperatury. Praca jednokierunkowa oznacza, że elementy odkształcają się tylko w jednej płaszczyźnie (belki), dwukierunkowa – w dwóch (słupy), a wielokierunkowa – że pracują pod obciążeniami przyłożonymi z różnych stron i w różnych płaszczyznach.
- Przewiązki – płaskie blachy o kształcie prostokątnym lub trapezowym mocowane do metalowych kształtowników stanowiących zbrojenie słupa.
- Schemat statyczny – obliczeniowy model ustroju uwzględniający wszystkie jego elementy składowe, obciążenia, rodzaje podpór i wymiary.
- Skręcanie – odkształcenie elementu wywołane obciążeniami działającymi mimośrodowo wobec jego osi, powodującymi występowanie w przekroju momentów skręcających.
- Strzemiona – cienkie pręty lub druty dowiązane prostopadle lub skośnie do prętów głównych. Pracują na ścinanie, a jednocześnie chronią pręty główne przed wyboczeniem. Mogą być układane pojedynczo, podwójnie (dwuramienne) lub poczwórnie (czteroramienne). Strzemiona zazwyczaj dowiązuje się do prętów metalowymi wąsami, ale przy silnych obciążeniach skręcających można je spawać.
- Ścinanie – odkształcenie elementu wywołane obciążeniami przyłożonymi prostopadle lub skośnie przy podporach i pod obciążeniami punktowymi, na ich podstawie sporządza się wykres sił tnących.
- Ustrój – każdy nośny element konstrukcyjny, zarówno prosty (pojedyncza belka, słup czy płyta), jak i złożony z wielu elementów. Wyboczenie – trwałe odkształcenie środkowej części słupa między jego podstawą a głowicą wynikające ze zbyt wiotkiego zbrojenia. Długość wyboczeniową elementu wyznacza się obliczeniowo.
- Zginanie – odkształcenie elementu wywołane obciążeniami przyłożonymi osiowo w jednej płaszczyźnie. Na ich podstawie sporządza się wykres momentów zginających.
