О капительном стыке колонны с плитой перекрытия

Капительные стыки колонн с плитами перекрытий применяются, в жилых зданиях, при пролетах более 6 м, а также при больших нагрузках на плиты (подземные и надземные паркинги, торгово-офисные и складские здания и сооружения) . В обязательном СП63 расчет на продавливание капительного и бескапительного стыка, принципиально, ничем не отличаются, однако, есть некоторые особенности, о которых пойдет речь в данной статье.

При соединении колонн с плитами перекрытия с помощью капителей, повышается общая жесткость соединения (и как следствие — горизонтальные перемещения всего здания или сооружения), уменьшается расчетная длина колонн, повышается несущая способность перекрытий на изгиб и продавливание.

По рекомендациям, описанным в «НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ОТЧЕТ по теме: Разработка методики расчета и конструирования монолитных железобетонных безбалочных перекрытий, фундаментных плит и ростверков на продавливание» проверку самой капители на продавливание следует проводить при ее вылете за грань колонны более чем в полтора раза превышающем толщину.

Рис. 1. Схема для расчета железобетонных плит на продавливание при наличии капителий а — при lh <= 1,5hh; б —  lh >= 1,5(hh+h0). 1, 2 — расчетные поперечные сечения

В диссертации «РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КАПИТЕЛЬНЫХ УЗЛОВ СОПРЯЖЕНИЯ КОЛОНН С ПЕРЕКРЫТИЯМИ  В БЕЗРИГЕЛЬНЫХ КАРКАСАХ МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ», автор проводит сравнительное экспериментально-аналитическое исследование капительных стыков и дает рекомендации по их расчету и конструированию.  Основные выводы диссертации:

«Определение несущей способности перекрытия с капителями на продавливание при одновременном действии сосредоточенной силы и изгибающего момента производится по двум сечениям возможного образования трещин:
— в первом случае наклонная трещина пирамидыпродавливания образуется на стыке капители и плиты, и следует до нижней поверхности перекрытия, пересекая наклонную арматуру (сеч. І-І, рис. 2);
— во втором случае наклонная трещина образуется на верхней по-верхности перекрытия, и следует под углом 45 град. к нижней поверхности плиты к месту начала отгибов наклонной арматуры (сеч. II-II, рис. 2).

Рис. 2. Схема расположения расчетных сечений

  1.  Расчет по сечению І-І производят из условия:

где F — сосредоточенная сила от внешней нагрузки;
М — изгибающий момент от внешней нагрузки, учитываемый при расчете на продавливание;

  и   — предельные сосредоточенная сила и изгибающий момент, воспринимаемые бетоном по сечению І-І;

Fsw,ult и Msw,uit — предельные сосредоточенная сила и изгибаю­щий момент, воспринимаемые наклонной арматурой.

—  усилие, воспринимаемое бетоном по сечению І-І, определя­ется по формуле:

где Rbt — расчетное сопротивление бетона осевому растяжению;

— площадь расчетного сечения І-І, расположенного на рас­стоянии 0,5h0 от грани колонны при h > с или на расстоянии 0,5(d+h0) при h < с (рис. 2).

— предельный изгибающий момент, воспринимаемый бето­ном по сечению І-І, определяют по формуле:

— момент сопротивления расчетного контура поперечно­го сечения І-І.

Усилие Fsw,ult, воспринимаемое наклонной арматурой, определя­ется по формуле:

где Rswi, Aswi— соответственно, расчетное сопротивление растяжению, площадь и угол наклона к горизонтали каждого наклонного арматурного стержня.

2. Расчет по сечению ІІ-ІІ производят из условия:

  и    — предельные сосредоточенная сила и изгибающий момент, воспринимаемые бетоном по сечению ІІ-ІІ.

В результате исследо­ваний установлено, что наличие  капителей приводит к:
повышению трещиностойкости и уменьшению прогибов перекрытия на 14 — 22%;
снижению главных напряжений в опорных зонах перекры­тий в 1,5 раза;
повышению несущей способности стыков на продавливание
на 9 — 42%. Выявлено, что на продавливание наибольшее влияние оказывает армирование капители наклонной арматурой;
уменьшению изгибающих моментов на опорах на 28 — 34%
и в пролетах — на 7 — 11%, а также уменьшению количества верхней
продольной арматуры на 29 — 36% и нижней продольной арматуры — на 6 — 9%;
снижению горизонтальных деформаций здания до 19%.
3. Проведенные экспериментальные исследования стыков, изготовленных в натуральную величину, показали, что применение капителей приводит к:
повышению жесткости и трещиностойкости стыковых со­
единений перекрытий с колоннами. Причем, наибольшей жесткостью обладает стык с капителью в форме цилиндра. Прогибы плит с капителя­ми до 46% меньше прогибов плиты бескапительного стыка;
снижению напряжений в продольной арматуре плит на 10 — 20%. Деформации в бетоне снижаются в 2 раза;
повышению несущей способности стыковых соединений на
продавливание на 20 — 50%, в зависимости от формы и размера
капителей, а также их армирования;
5. Технико-экономический анализ показал, что применение капи­телей приводит к снижению стоимости строительно-монтажных работ по устройству перекрытий на 10% в сравнении с бескапительными перекрытиями. Снижение стоимости устройства перекрытий происходит вследствие уменьшения расхода арматуры на 25%» .

В статье «ОПЫТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИСПЫТАНИЙ УСИЛЕННЫХ УЗЛОВ ОПИРАНИЯ МОНОЛИТНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЕРЕКРЫТИЙ НА КОЛОННЫ» авторами проведен численно-экспериментальный анализ «надкапители», и предложен вариант по усилению перекрытия «надкапителью» следующего вида:

Рис. 3. Конструкция узла усиления плиты на продавливание

Пример армирование наклонной капители из книги «Manual for detailing reinforced concrete structures to EC2. Jose Calavera. 2012»:

Рис. 3. Схема армирования наклонной капители

Рис. 4. Пример армирования наклонных капителей из книги «Безбалочные перекрытия. Штаерман, Ивянский»

Рис. 5. Проверка продавливания за зоной капители (расчетное сечение 1), при вылете капители менее 1,5 высоты капители (по DIN-1045-1-0)

Рис. 6. Проверка продавливания в зоне капители и за зоной капители (расчетное сечение 1), при вылете капители более 1,5 высоты капители (по DIN-1045-1-0)

Рис. 7. Проверка продавливания в зоне капители по EN 1992-1-1-2009 при вылете капители менее 2 высот капители

Рис. 8. Проверка продавливания в зоне капители по EN 1992-1-1-2009 при вылете капители более 2 высот капители

При необходимости устройства холодных швов бетонирования в местах соединения капители (или банкетки) с основной плитой, данный стык необходимо проверить на сдвиг контактного шва по формуле 5.26-5.32  П 1-98 к СНиП  2.03.01-84*. В обычных условиях, швы бетонирования в данных местах не допускаются и капители (или банкетки) необходимо бетонировать совместно с основной плитой.