Железобетонный ригель: характеристики и технология

1 Определение
2 Материалы и характеристики
3 Назначение
4 Особенности
5 Маркировка
6 Отличие ригеля от балки
7 Как сделать ригель?
8 Вывод

Строительство имеет в арсенале конструкционные элементы, которые позволяют возводить ажурные здания. Одним из важнейших изделий являются железобетонные ригели, принимающие на себя вес плит перекрытий многоэтажных строений. От их качества и характеристик зависят надежность и долговечность зданий. Конструкционные особенности этой железобетонной продукции разнообразны, поэтому не всегда удается увидеть принципиальные различия между балкой и ригелем.

Материалы и характеристики

Основу их прочности формируют бетоны (тяжеловесные) классов (на сжатие) от В22,5 до В60. Армирование продукции осуществляется металлической стержневой термомеханически упрочненной и горячекатаной арматурой с периодическим профилем, а также арматурными стальными канатами, арматурной сталью упрочненной вытяжки предусмотренных классов и проволокой различной прочности.

Ригель железобетонный должен иметь набранную нормативную прочность бетона, измеренную в трех временных точках: отпускную (70% и 85% в теплое и холодное время соответственно), передаточную, проектную. Такие изделия имеют высокие показатели морозоустойчивости, сопротивления агрессивным газовым составам, антикоррозионной защищенности, влагонепроницаемости, огнестойкости.

Готовая продукция имеет высокие параметры соответствия по: жесткости, трещиностойкости и прочности. Даже нормируются размеры допусков размещения выпусков арматуры (сваривается с арматурой колонн) на внешней поверхности — не больше 3 мм. Торцевые соединительные пластины и стержни прочно соединяются сваркой с внутренней осевой арматурой.

Вернуться к оглавлению

Расчет железобетонного ригеля

Исходные данные для проектирования. Требуется выполнить расчет и конструирование сборного железобетонного ригеля перекрытия. Конструктивные размеры ригеля 5360*400*450(h) мм. Для изготовления ригеля предусмотрен бетон класса В25, изделие подвергают тепловой обработке при атмосферном давлении. Рабочая арматура выполнена из стержневой арматуры класса А500. Поперечное армирование — арматура В500.Геометрические размеры ригеля показаны на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Геометрические размеры ригеля.

Расчетный пролет, нагрузки и усилия.

Расчетный пролет ригеля принимают равным расстоянию между осями его опор (рис.4.2).

При опирании на консоли колонн

=5700-2*300/2-2*20-2*130/2=5230мм

— размер сечения колонны,

величина опирания ригеля на консоль колонны).

На основании табл. 2.2, полное значение расчетной нагрузки от перекрытия на ригель составляет q = 10501.5 H/м2.

Смотрим п. 8.2.4 СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия». Согласно данного пункта при расчете балок, ригелей, плит, стен, колонн и фундаментов, воспринимающих нагрузки от одного перекрытия, нормативные значения нагрузок, указанные в табл. В.2 (см. приложение В), следует снижать в зависимости от грузовой площади А, с которой передаются нагрузки на рассчитываемый элемент, умножением на коэффициенты или , равные:

а) для помещений, указанных в поз. 1, 2, 12а (при А > = 9 )

а) для помещений, указанных в поз. 4, 11, 12б (при А > = 36 )

Так как грузовая площадь А=34,2 А=36 , коэффициент не применяется.

Полная расчетная погонная нагрузка на ригель при ширине грузовой площади I = 6,0 м (пролет здания в направлении плит перекрытия):

10501.5*6=63009H/м=63,0кН/м

Усилия от расчетной нагрузки:

=255,86кНм

= 179.55кН

Расчетное сечение (рис. 4.4). Расчетное сечение ригеля назначается из следующих условий:

= 200 мм, его высота = 200 мм; ширина нижнего ребра b = 400 мм; высота ригеля h = 450 мм.

Рабочая высота сечения = = 450 — 40 = 410мм, где = — d/2- расстояние от центра тяжести рабочей арматуры до наиболее растянутой грани элемента (т.к. диаметр арматуры неизвестен, принимаем в пределах 35.. .45 мм).

Характеристики прочности бетона и арматуры. Расчетные характеристики бетона определяются по табл. 6.8 [3]. Бетон класса В25. Расчетное значение прочности бетона =14.5 МПа, = 1,05 МПа. Коэффициент условия работы бетона = 0,9 (при продолжительном действии нагрузки), тогда = 0,9 *14,5 = 13,05 МПа, Rbt = 0,9*1,05 = 1,04 МПа.

Расчетные характеристики арматуры определяются по табл. 6.14 и 6.15 [3]. Рабочая продольная арматура ригеля класса А5ОО. Расчетное значение прочности арматуры Rs = 435МПа, Rsw = 300 МПа. Поперечная арматура В5ОО. Расчетное сопротивление поперечной арматуры Rsw = 300,0 МПа.

Расчет прочности железобетонного ригеля по нормальному сечению к продольной оси. Определяем положение границы сжатой зоны бетона (по формуле 8.10 СП 63.13339.2012):

т.е. момент от внешней нагрузки превышает внутренний момент, воспринимаемый верхним ребром ригеля. Следовательно, граница сжатой зоны ригеля проходит ниже верхнего ребра (рис. 4.5).

Определяем площадь сечения растянутой арматуры

Определяем коэффициент

0.291

При этом должно выполняться условие = 0,291 < = 0,372 (см. табл. 3.2, [4]). По табл. Б.1 (см. приложение Б) принимаем

Поперечное армирование ригеля выполнено из двух вертикальных каркасов К-1 (рис.4.6). Минимальный диаметр вертикальных поперечных стержней (хостов) устанавливает из условия сварки с продольной рабочей арматурой по приложению 9 [6]. Диаметр рабочей продольной арматуры, входящей в состав вертикальных каркасов, 32 мм. Следовательно, минимальный диаметр поперечных стержней 10 мм. Принимаем 210 (2 каркаса) арматуры класса В500 ( = 300,0 МПа, Asw = 1,57 см2).

Для усиления опорной зоны ригеля в районе подрезки устанавливаем два отгиба (наклонные стержни под углом 45 ) 2 25 А500 ( = 300,0 МПа, = 9,82 см2), рис. 4.8.

Проверяем условие

где — рабочая высота сечения в районе подрезки, = h — = = 30,0 — 3,0 = 27,0 см (h = 45,0 -15,0 = 30,0 см — высота сечения ригеля в районе подрезки).

Так как внешняя поперечная сила больше поперечной силы воспринимаемой бетоном, то требуется расчетное поперечное армирование ригеля. В железобетонных элементах, в которых поперечная сила по расчету не может быть воспринята только бетоном, следует предусматривать установку поперечной арматуры с шагом не более 0,5 и не более 300 мм, т.е. Sw = 0,5ho = 0,5*270 = 135 мм. Принимаю шаг поперечного армирования 130 мм, данная арматура устанавливается на приопорном участке на расстоянии от грани подрезки не менее высоты ригеля, т.е. 650 мм.

Расчет ригеля по наклонному сечению производят из условия (по формуле 8.56 СНиП 63.13339.2012):

где Q – поперечная сила в наклонном сечении;

-поперечная сила, воспринимаемая бетоном в наклонно сечении,

— поперечная сила, воспринимаемая хомутами в наклонном сечении,

Рис.4.8. Поперечное армирование ригеля в районе подрезки

Определяем момент, воспринимаемый бетоном сжатой зоны в вершине наклонной трещины

где рабочая высота консоли ригеля.

Усилия в хомутах на единицу длины элемента, равно:

Проверяем условие:

Условие выполняется (если данное условие не выполняется, необходимо уменьшить шаг хомутов).

Так как

то при действии равномерно распределенной нагрузки невыгоднейшее значение величины проекции наклонного сечения равно

= =60,08.

и принимается не более т.е. принимаем

Определяем усилие, воспринимаемое хомутами (по формуле 8.58 СП 63.13339.2012):

Усилие, воспринимаемое отогнутыми стержнями

Поперечную силу воспринимаемую бетоном, определяем (по формуле 8.57 СП 63.13339.2012):

Значение находится в допустимых пределах, то есть не более

И не менее

Проверяем условие прочности наклонного сечения ригеля в подрезке

179.55кН

Прочность ригеля в районе подрезки на действие поперечной силы обеспечена.

Определяем поперечное армирование ригеля за районом его подрезки. Расчетное сечение указанной зоны показано на рис. 4.9.

СП 63.13330.2012 допускает производить расчет наклонных сечений, не рассматривая проекцию наклонного сечения при определении поперечной силы от внешней нагрузки, из условия (по формуле 8.60 СП 63.13339.2012):

где поперечная сила в нормальном сечении от внешней нагрузки

=179.55-63* 161.12кН

Определяем поперечную силу, воспринимаемую бетоном (по формуле 8.61 СП 63.13339.2012):

Так как вливаем по конструктивному требованию. Шаг поперечного армирования принимаем не более 0.5 и не более 300мм, т.е. Принимаю шаг поперечного армирования 200мм, данная арматура устанавливается на приопорном участке на расстоянии от грани подрезки 650мм до

1/4 3х200=600мм

На среднем участке ригеля поперечную арматуру устанавливается с шагом не более 0,75 и не более 500мм, т.е.

Конструирование ригеля.

Основное армирование ригеля выполнено из двух каркасов К-1, в состав которых входят 2 32 (арматура класса А500). Верхние продольные стержни выполняем из 2 20 А500. Поперечное армирование каркасов устанавливаем согласно расчету прочности ригеля по наклонным сечениям. Плоские каркасы объединяем в пространственный каркас ригеля с помощью монтажной горизонтальной арматуры 12 А240, установленную с шагом 500 мм. На нижние горизонтальные стержни пространственного каркаса привариваются 2 20 А500. Зона опирания плит перекрытия (полки ригеля) усиливаются конструктивной гнутой сеткой С-1, изготовленной из продольной арматуры 12 А240 и поперечных стержней 6 В500, установленных с шагом 400 мм. Схема армирования ригеля показана на рис. 4.10.

Рис.4.10. Схема армирования ригеля.

Назначение

Создание многоэтажных конструкций.
Ригели соединяют вертикальные конструкционные элементы сооружений, сами являясь опорами для плит перекрытий. Данная функция способствует формированию жесткой пространственной прочности арматуры постройки, объединенной сваркой. Такие конструкции гарантируют геометрическую стабилизацию сооружения в целом, передавая вес горизонтальных конструкций на опорный вертикальный «скелет» здания. Пояс из подобных изделий способен поднять цоколь над фундаментом на нужную высоту, укрепить и разгрузить последний. Их задействуют для сборки сооружений с широкими пролетами помещений (ангары, торговые залы), усиления колонн в помещениях с высокими потолками.

Данные элементы проектируются, чтобы выдерживать значительные нагрузки, когда уложены как балки или используются как колонны. Железобетонными ригелями в многоэтажных зданиях могут формироваться оконные комиссуры, ограды. В строительстве повышенной этажности и в конструкциях особенно больших габаритов задействуется модификация ригеля, которая имеет длину 12 м.

Данная разновидность проявила себя надежнее, чем образцы из стали. Транспортная инфраструктура (ограждения, парапеты, переходы, виадуки, мосты и пр.) активно сооружается с применением ригелей. В энергетике изделия используются для увеличения площади несущего основания мачт линий электропередач, что позволяет горизонтально распределять нагрузки для повышения несущей способности опор.

Вернуться к оглавлению

Что такое ригель

Ригель связывает вертикальные конструкции в одну систему.

Назначение

Изделие монтируется, чтобы между колоннами была горизонтальная связь. На него опираются плиты перекрытия и обрешетка.

Элемент воспринимает вертикально приложенную нагрузку и равномерно распределяет ее на колонны. Иногда используется для опалубочной системы.

Отличие от балки

Чтобы понять, в чем разница между этими двумя элементами, необходимо знать, для чего они используются. Ригель – изделие узконаправленного применения. Балка же, наоборот, широко используется в строительстве. Преимущественно они работают на изгиб. Могут располагаться вертикально, горизонтально, под наклоном. Кроме того, воспринимают небольшие нагрузки, например от оконных или дверных проемов, их вес меньше.

В то время как ригели воспринимают существенные опорные нагрузки, т.е. являются несущими элементами. В них закладываются более мощные арматурные стержни (если они изготавливаются из железобетона). Эти изделия обладают большой прочностью, жесткостью.

Ригель является несущим элементом.

Ригели располагаются в здании только горизонтально. Бывают моменты, когда на них опираются балки. Нельзя заменять один элемент на другой.

Сфера применения

Сейчас набирают популярность модульные и каркасные сооружения. Это обусловлено желанием заказчиков сэкономить деньги, уменьшить затраты. Помимо использования в жилых домах и промышленных зданиях, ригели применяются:

для возведения лестничных клеток и площадок;
для сооружения ограждений, оконных проемов;
при строительстве зданий с высокими потолками;
при сооружении ЛЭП;
для опалубки;
в индивидуальном жилищном строительстве;
для сооружения мостов, арочных пролетов.

Особенности

Их конструкции имеют различные профиль, размеры (длину, поперечное сечение), материал, способ крепления, что определяется конкретным местом применения. Фигура образцов в поперечнике — тавр, имеющий одну или две полки (для плит перекрытий), а также прямоугольник и т-образная без полок. Вариант с одной полкой позволяет опирать плиты с одной стороной (лестничный марш, торцевой пролет здания).

На модель с двумя полками опираются две плиты (характерно для центральных пролетов). Т-образные модификации с низко расположенной полкой уменьшают видимый выход тела конструкции внутрь помещений. На прямоугольные ригели нагрузка укладывается просто сверху. Конструкционные особенности и предназначения построек предполагают применение жесткого или шарнирного способов крепления ригелей.

Вернуться к оглавлению

Формы и типоразмеры

По форме ригели бывают 3 типов:

с 1 полкой;
прямоугольные (бесполочные);
с 2 полками.

Первые ставятся по краям здания. На них плиты могут опираться только с одной стороны. С 2 полками изделия могут устанавливаться по центру здания, чтобы перекрытия укладывались с обеих сторон. Основные размеры для ЖБ-ригелей:

длина от 2560 мм до 8560 мм;
сечения от 450*230*565 до 600*300*595.

Перекрытия укладываются с обеих сторон.
Встречаются габариты поперечных сечений от 450*230*482 до 600*230*497. Для отдельных категорий зданий изготавливаются элементы длиной 11200 мм. Сечение у таких изделий 800*300*550*400 (с 2 полками). Такие конструкции применяются в промышленных зданиях, где колонны размещаются с шагом 12 м и требуется перекрывать большие пролеты.

Маркировка

Продукция маркируется цифро-буквенным кодом, разделенным тире на группы. Пример — РДП 6.56-110АIV. 1-я группа указывается тип ригеля, его высоту в поперечнике и длину (дм), округленные до целых чисел. Разрешается заменять содержание данной группы на наименование изделия — ригель («Р») с указанием стандартизованного типоразмера. Вторая — дает информацию о несущей способности (в кН/м) изделия или же о его порядковом номере по несущей способности. Далее для предварительно напряженной арматуры указывается класс стали (латинская буква и римская цифра).

Так маркировка РДП 6.56-110АIV на продукции сообщает: тип РДП – ригель для железобетонных многопустотных плит, высота 6 дм (600 мм), длина 56 дм (5560 мм), несущая способность 110 кН/м, внутри заложена сталь класса А-IV. В ряде случаев используется третья группа обозначений, характеризующая специальные условия, в которых изделие может использоваться. Это касается, к примеру, сопротивляемости средам агрессивным газов, сейсмическим толчкам. Также может быть учтена установка добавочных закладных деталей.

Продукция с маркировкой РДП 6.56-110АIV-На, например, в 3-й группе сообщает, что материал изделия — бетон с нормальной («Н») проницаемостью (допустим к эксплуатации в слабоагрессивных газообразных средах), внутри которого установлены добавочные закладные элементы («а»). Ригели по типам обозначаются буквами: Р – прямоугольный, РО – однополочный (РОП – для плит многопустотных, РЛП – для лестничных маршей, РОР – под ребристые плиты, РЛР – аналогично РЛП), РБ – бесполочный в виде буквы «Т» (РБП – для плит многопустотного изготовления, РБР – для плит в ребристом варианте), РД – двухполочный (РДП – под железобетонные многопустотные плиты, РДР – под ребристые плиты) и РКП – балконный (консольный) для многопустотных плит. Встречаются ригели с аббревиатурой изготовителя (по ТУ), учитывающей специфику их формы, например, РВ, РМ, АР и пр.

Вернуться к оглавлению

Из чего изготавливается ригель

Изделия этого типа производятся из тяжеловесных бетонов класса от В 22,5 до В 60. На выходе получаются ригели, прочность которых составляет не меньше 75% в теплое время года и порядка 85% в условиях холода. Кроме этого, ригель для перекрытия должен быть водонепроницаемым, огнестойким, морозоустойчивым, не восприимчивым к агрессивным средам и коррозии.

Так как конструкция этого типа должна отличаться повышенной прочностью, в процессе производства используется арматура. Армирование ригеля выполняется из стальных армокаркасов высочайшего класса: горячекатных и укрепленных методом термомеханической обработки.

При производстве этих строительных элементов обязательно необходимо учитывать ГОСТ 18980-90, в котором прописаны строгие требования. При этом любые несоответствия с нормативами могут очень сильно сказаться на прочностных характеристиках всего сооружения.

От качества изготовленной конструкции будет зависеть возможность ее использования в той или иной области.

Отличие ригеля от балки

С точки этимологии, балка – это более широкое понятие, а ригель – это та же балка, но выполняющая узкоспециализированную функцию.
Ригель можно считать горизонтальной балкой с особыми несущими функциями (принимает нагрузки с любых направлений) в качестве основного опорного элемента каркаса здания. Он является горизонтальной частью рамы, которая жестко связана с вертикальными стойками основной несущей конструкции (расчету не подлежит). Балка, уложенная горизонтально или под наклоном, работает как самостоятельная конструкционная единица каркаса строения, только преимущественно на изгиб (при проектировании рассчитывается). Ригели и балки нельзя взаимозаменять, так как первые монолитные (железобетонные или металлические), имеют большой вес, жесткость и прочность, а вторые, как правило, имея небольшую массу, изготавливаются из дерева или полых металлических конструкций.

Функциональность работы ригелей достаточно узкая, а сфера применения значительная. Назначение железобетонного ригеля четко определено и, независимо от условий, неизменно. Тогда как определение «балка» само по себе широкое, включающее и ригель. Балки применяются в строительной индустрии в виде перекрытий или их поддержки (пример — чердачное помещение, основной функцией конструкции которого является распределение нагрузки балок со стропилами на ригели), а также покрытий.

Вернуться к оглавлению

Какой ригель лучше: с бетоном или без

Железобетонные изделия часто подвергаются негативному воздействию. Это может быть мороз, осадки, повышенная влажность или температура. Данные факторы отрицательно сказываются на характеристиках ЖБ-изделий во время эксплуатации.

При строительстве сооружений, в частности, больших промышленных цехов, важно обеспечить жесткость и прочность здания. Поэтому конструкции требуют защиты. Негативное воздействие можно снизить, если применять специальные составы, которые добавляются в бетонную смесь. Они увеличивают устойчивость к морозу, прочность, повышают пластичность, текучесть. Поэтому добавление специальных бетонов улучшает эксплуатационные характеристики ригелей.

Как сделать ригель?

Установка опалубки.
Прямо на стройплощадке возможно отлить железобетонный ригель. Тяжелое монолитное изделие не должно формировать каркас в деревянных или каркасных постройках. Его использование потребует внимательнее рассчитать прочность фундамента. На подготовительном этапе создается прочная опалубка, задающая правильные, точные геометрические размеры и форму с ребрами жесткости. Для формирования дна формы используются металлические листы (доска), для боковин — толстая влагостойкая фанера.

Форма устанавливается на т-образные опоры из досок и горизонтируется. Ее дно и внутренние стенки аккуратно укрываются рубероидом (пленкой). Длина и нагрузки на железобетонную конструкцию определяют количество каркасов армирования (верхний, нижний), формируемых в ригеле. Высота нижнего края нижнего каркаса над дном составляет не менее 3 см, а верхний должен располагаться в 3-х см ниже уровня верхнего среза формы. Армирующие каркасы формируются за пределами формы и затем устанавливаются в нее.

Низовая арматура делается непрерывной и укладывается продольно (принимает нагрузку на растяжение), ее диаметр — не меньше 1 см. Каркасы обвариваются (вяжутся проволокой). Нижнее продольное армирование не стыкуется в центральной трети длины, а верхнее — на крайних четвертях длины. Бетонный раствор замешивается из частей щебня, песка, цемента в пропорции 4/2/1 и воды. Заливка делается непрерывно, смесь трамбуется вибратором. Уход за бетоном изделия первые 7 – 10 суток осуществляется по сезону.

Боковые щиты снимаются через 2 недели, нижняя опора ригеля сохраняется до истечения 28 суток. Затем инструментально проверяется качество бетона. При положительном результате ригель нагружается после полного набора марочной прочности.

Вернуться к оглавлению

Монтаж ригелей

Для того чтобы установить несущий элемент, потребуются кран и стропы. На нем имеются специальные металлические петли, которые называются монтажными. При возведении каркасных сооружений установка изделий начинается с нижнего яруса (иногда это цокольный этаж), затем постепенно осуществляется переход к верхним секциям.

Опорой для конструкций служат консоли колонн, специальные столики, ЖБ-подушки. Для точной установки необходимо совместить ось горизонтального элемента и колонны. Площадки опирания должны быть одинаковыми с обеих сторон, чтобы изделие располагалось строго по центру. После корректировки и проверки положения стыки свариваются. Затем для достижения монолитности конструкции узел сопряжения заливается бетонной смесью.