Диафрагмы жесткости - вертикально ориентированные элементы, которые помимо способность нести вертикальные нагрузки, ограничивают горизонтальные деформации каркаса здания.
Поскольку они, как правило, несут собственный вес и полезную нагрузку, их большой размер не совсем обязательный. С другой стороны, большой размер является абсолютно необходимым для того, чтобы они противостояли горизонтальным сейсмическим силам. Первые сейсмические воздействия вызывают серьезный изгиб и касательные напряжения в поперечных стенах. Эти напряжения могут быть восприняты только путем большого армирования, правильно расположенного внутри всей массы сечения.
К диафрагмам жесткости относятся любые вертикальные элемента с отношением сторон сечения 1:4 или более. Для того чтобы диафрагмы жесткости работали должным образом, они должны иметь на своих торцах две встроенные колонны или иначе они будут работать как обычные колонны.
В случае, если диафрагмы жесткости не могут иметь четко выраженных колонн на торцах, их можно выполнить в теле диафрагмы жесткости. При этом, их ширина должна быть равна толщине диафрагмы жесткости а длина должна быть, по меньшей мере, равна не менее полутора толщины диафрагмы (≥ 1.5b).
Краевые (граничные) колонны, кроме помощи при устройстве диафрагмы жесткости, обеспечивают минимальную материалоемкость для обеспечения требуемой прочности. Во время сильного сейсмического воздействия краевые колонны обеспечивают сейсмическую устойчивость диафрагмы.
Заметки:
а) Ширина краевых колонн 450 мм (выраженных или скрытых), имеет преимущество в том, что она позволяет разместить арматуру диафрагмы таким образом, чтобы расстояние до арматуры колонны было около 200 мм (согласно рекомендаций по конструированию) .
б) Ширина краевых колонн 400 мм, как правило, не обеспечивает надежного соединения с диафрагмой по длине. С другой стороны, использование колоны шириной 500 мм требует дополнительного рабочего стержня.
При длительных сейсмических воздействиях в диафрагме происходит изгиб вызванный главными сдвигающими силами. В результате этого, на всей поверхности элемента, вдоль диагональных осей возникают напряжения. Диагональные напряжения сдвига меняют свое направление с изменением сейсмической силы (нагрузки).
Эти напряжения хорошо воспринимаются краевыми колоннами, в то время как в основной части диафрагм жесткости, они воспринимаются двойной арматурной сеткой (горизонтальным и вертикальным армированием)
Трещины, которые открываются в связи с воздействием сейсмических сил в одном направлении, закрываются при изменении в обратном. Это происходит в течение всего периода землетрясения.
Армирование диафрагм.
Торцевые колонны диафрагм жесткости, выраженные или скрытые, армируют как обычные колонны.
Диафрагмы армируют двумя параллельными сетками, по одной у каждой грани. Сетки между собой соединяют с помощью S-образных хомутов диаметром не менее Ø8мм. Количество вертикальные и горизонтальных стержней должно быть не менее 4Ø8 м.кв..
Если мы хотим избежать образования трещин на поверхности конструкций, например в бассейне, мы уменьшаем шаг арматуры.
S-образные хомуты сдерживают продольные стержни диафрагмы от выпучивания. Кроме этого, они обеспечивают совместную работу вертикальных и горизонтальных стержней даже после откола бетона в случае землетрясения.
Один конец S-образного хомута загибают на 180° или 135°, второй - на 90° . Это необходимо для упрощения установки хомута в процессе армирования. После монтажа хомута, второй его конец загибают на угол не менее 135°.
Для того, чтобы можно было изогнуть S-образный хомут вручную, его выполняют из мягкой стали (А240С).
Если вертикальные арматурные стержни размещают в внутреннем слое сетки, S-образный хомут должен сдерживать горизонтальные стержни в месте их пересечения с вертикальными, или даже лучше, горизонтальные и вертикальные вместе.
Как альтернативный вариант, в диафрагмах жесткости с скрытыми краевыми колонами, армирование стен можно выполнять Г-образными хомутами, как показано на рисунке
Закрепление горизонтальных арматурных стержней диафрагмы жесткости:
А) Анкеровка в теле краевой выраженной колонны.
Если поперечное сечение колонны довольно большое, а горизонтальные арматурные стержни заанкерены внутри колонны, анкеровку можно выполнить прямым стержнем.
Если поперечное сечение колонны довольно большое, а горизонтальные арматурные стержни заанкерены внутри колонны, анкеровку можно выполнить прямым стержнем.
Б) Анкеровка внутри малого поперечного сечения выраженной колонны.
Когда краевая колона имеет малое поперечное сечение, которое не обеспечивает анкеровку прямым стержнем, а анкеровка является обязательной, горизонтальные стержни можно заанкерить путем устройства крюков на их концах.
В) Анкеровка с помощью прямого стержня, когда сечение колоны является довольно большим и одна из ее граней находится в одной плоскости с диафрагмой:
1-й случай:
В этом случае, недостатком является необходимость отгиба горизонтального стержня в определенных областях. Для арматуры Ø8 и Ø10мм выполнить это с помощью гибочного инструмента достаточно легко; Однако, для больших диаметров отгиб нужно выполнять только с помощью гибочного станка.
В этом случае, S-образные хомуты, должны удерживать горизонтальные арматурные стержни в точке пересечения с вертикальными.
2-й случай:
В этом случае, анкеровка выполнена с помощью прямого стержня, без отгиба. Это повышает толщину защитного слоя диафрагмы, но поскольку она воспринимает в основном поперечные силы, серьезных проблем не возникает. Кроме того, вертикальные арматурные стержни диафрагмы уменьшат толщину защитного на 1см, так что серьезных проблем не должно возникнуть.
В заключение, рекомендуется использовать анкеровку с помощью прямого стержня, расположенного с внутренней стороны армирования краевой колонны, потому что кроме других преимуществ, это обеспечит необходимую толщину защитного слоя S-образных хомутов, когда они обхватывают одновременно горизонтальный и вертикальный стержень диафрагмы.
Г) Анкеровка с помощью стержня обхватывающего краевую колонну и заканчивающегося крюком.
Независимо от диаметра вертикальных стержней краевой колонны, горизонтальные арматурные стержни не должны заканчиваться крюками расположенными с внутренней стороны армирования колонны.
1-й случай: достаточная длина анкеровки:
Требуемая длина анкеровки может быть достигнута с помощью 90 °-ного крюка расположенного внутри тела краевой колонны.
2-й случай: недостаточная длина анкеровки:
Когда ширина колонны не является достаточно большой, чтобы обеспечит требуемую анкеровку с помощью прямого стержня, используются крюки согнутые под углом 45 ° (135 °).
Д) Анкеровка непрерывных диафрагм жесткости.
В непрерывных диафрагмах жесткости, в области их пересечения с колонами, возникают проблемы с установкой арматуры. Для того чтобы избежать этих проблем, арматурные стержни нужно располагать в теле колонны.
Эти стержни имеют сравнительно небольшую длину и соединены внахлест с горизонтальными арматурными стержнями диафрагмы.
Очень практично использовать горизонтальные и вертикальные арматурные стержни в виде готовой арматурной сетки. В таком случае нужно соблюдать следующие правила:
- короткие горизонтальные арматурные размещать по обе стороны колонны, с внутренней стороны арматурных сеток, как показано на следующем рисунке.
1. Короткие распределительные стержни .
2. Заводские сетки
3. Дополнительные вертикальные распределительные стержни.
Заметки:
Если используется готовая сетка которая не подходит для длины пролета диафрагмы, то короткие арматурные стержни в области колон могут быть большей длины. В таком случае, вертикальные арматурные стержни, расположенные между концами арматурной сетки и колонны, монтируют по месту, после монтажа сетки.
1. Короткие распределительные стержни .
2. Заводские сетки
3. Дополнительные вертикальные распределительные стержни.
В случае, если возникают трудности с монтажом коротких распределительных стержней последние могут быть согнуты на конце.
Непрерывное армирование диафрагмы с помощью отдельных стержней.
Непрерывное армирование диафрагмы с помощью заводских сеток.