Железобетонные конструкции

3.1. Как влияет уменьшение вы­соты сечения балок и плит на их прочность?

Прочность нормальных сечений определяется моментом внутренней пары равнодействующих сил — ра­стягивающей N_s в арматуре и сжи­мающей N_b в бетоне (и в сжатой арматуре, если таковая имеется). Величина момента зависит как от величин самих сил, так и от рассто­яния (плеча) между ними z (рис. 20). Чем меньше плечо, тем меньше внутренний момент, тем меньше прочность сечения. Понятно, что уменьшение высоты, уменьшает и плечо вместе с прочностью. При­чем плечо уменьшается даже быст­рее, чем высота.

К этому обстоятельству следует относиться со всей ответственнос­тью, особенно при зимнем бетони­ровании плит перекрытий, когда резко возрастает риск разморажи­вания поверхностных слоев бетона, выключения их из работы и умень­шения рабочей высоты сечения. Например, у плиты толщиной 120 мм уменьшение толщины всего на 10 мм снижает несущую способ­ность на 10% и более.

С другой стороны, увеличение высоты сечения, хотя и повышает несущую способность, но одновре­менно увеличивает собственный вес конструкций, а это — дополнитель­ная нагрузка на колонны, стены и фундаменты. Отмечено немало слу­чаев, когда увеличение собственного веса плит покрытий и перекрытий являлось одной из причин аварий­ного состояния зданий.

3.2. Как влияет изменение прочности бетона на прочность балок и плит?

Всё зависит от степени продоль­ного армирования, которое харак­теризуется высотой сжатой зоны х (рис. 20). При "слабом" армирова­нии, когда х меньше граничного зна­чения (оно определяется по нормам проектирования), влияние измене­ния прочности бетона невелико. При повышении класса бетона вдвое прочность нормальных сечений при изгибе увеличивается не более чем на 25% (а прочность, например, пу­стотных и ребристых плит — всего на 10%).

При "нормальном" армировании (высота сжатой зоны равна гранич­ному значению) влияние прочности бетона сильнее: при повышении класса бетона вдвое прочность кон­струкций возрастает на 25...30%.

Самое большое влияние оказы­вает прочность бетона при "сильном" армировании (высота сжатой зоны больше граничного значения). Хотя нормы и не рекомендуют проекти­ровать конструкции подобного типа, но эту рекомендацию не всегда уда­ется соблюдать. Подобные конструк­ции (балки) особенно часто встре­чаются в зданиях и сооружениях, по­строенных до 1980-х годов.

Из приведенного следует, что для монолитных перекрытий, которые относятся к типу "слабо" или "нор­мально" армированных, высокопроч­ные бетоны большой пользы не при­несут (как правило, достаточно бе­тона класса В15...В20). Но из при­веденного вовсе не следует, что можно безболезненно снижать прочность бетона по сравнению с проектной — это приведет к резко­му снижению жесткости и трещиностойкости, особенно у преднапряженных конструкций (тех же пус­тотных и ребристых плит).

3.3. Как влияет изменение по­ложения продольной рабочей ар­матуры на прочность балок и плит?

Если продольную растянутую ар­матуру сдвинуть ближе к нейтраль­ной оси, т. е. защитный слой бетона увеличить, то плечо внутренней пары сил уменьшится, а вместе с ним сни­зится и прочность нормальных сече­ний (см. вопрос 3.1). Если защитный слой уменьшить, то прочность воз­растет. Однако уменьшение защит­ного слоя имеет другие, крайне не­гативные последствия. Оно приводит к образованию усадочных трещин на поверхности бетона (часто, едва за­метных), через которые паро-воздушная смесь или агрессивные газы про­никают к поверхности арматуры и вызывают коррозию металла. Кроме того, уменьшение защитного слоя в ряде случаев может привести и к снижению огнестойкости конструк­ций, поэтому арматуру необходимо устанавливать строго по проекту, не превышая допустимых нормами от­клонений.