Основы расчета

Пространственные связевые системы многоэтажных зданий при не симметричном плане могут подвергаться косому изгибу и внецентренному сжатию со стесненным кручением. Поскольку для них характерны пространственные деформации элементов, то расчет таких систем является сложным.

В тех случаях, когда вертикальные несущие конструкции расположены симметрично относительно центральных осей плана здания, центр жесткостей (изгиба) совпадает с точкой пересечения этих осей. Если равнодействующая горизонтальной нагрузки пересекает линию центров жесткостей, то есть центральную вертикальную ось здания, то поворота в плане не будет. В симметричных несущих системах число неизвестных может быть значительно сокращено.

Многоэтажное здание – это статически неопределимая система для всех видов нагрузок и воздействий. Чтобы ее рассчитать, действительную систему схематизируют более простыми расчетными моделями: дискретной, континуальной и дискретно-континуальной. В основу расчета таких моделей положены инженерные методы П.Ф.Дроздова [7].

В дискретных моделях рассматривают дискретное расположение вертикальных элементов и связей, что приводит к сложным расчетам.

Континуальные модели представляют здание как сплошную многостенчатую призматическую оболочку с вертикальной осью. Континуальные модели применяют в расчетах зданий с ядрами жесткости или состоящих из объемно - блочных элементов.

В дискретно-континуальных моделях учитывают дискретное расположение вертикальных элементов, а дискретное расположение связей сдвига заменяют континуальным, то есть непрерывно распределенным по высоте здания. Для расчета несущих систем многоэтажных зданий дискретно-континуальная модель более универсальна и удобна по сравнению с другими моделями. Неизвестные усилия в связях заменяют функциями распределения одного неизвестного по высоте системы, что позволяет значительно упростить расчет. При расчете системы на ЭВМ по программе ”Авторяд ЕС-2” учитывают физическую нелинейность модели, т.е. неупругие деформации элементов. В расчетах принимают следующие предпосылки: перекрытия зданий являются абсолютно жесткими в своей плоскости и гибкими в перпендикулярной ей плоскости, колонны не сопротивляются сдвигающим усилиям, продольные связи сдвига отсутствуют и при малых деформациях расчетная схема не изменится.

Как правило, выполняют поверочный расчет системы при заданных размерах и армировании ее элементов. При этом сначала вычисляют усилия от действия лишь вертикальной нагрузки, а затем от совместного действия вертикальной и горизонтальной нагрузок.

Рис.16. Расчетные схемы связевых систем с диафрагмами:

а – с проемами; б – с проемами и сплошными; в - разнотипными

Вертикальную диафрагму с проемами можно рассматривать как многоэтажную раму, у которой стойками будут простенки, а ригелями – перемычки.

Приближенный расчет многоэтажного здания со связевым каркасом при несимметричном плане см. в [30].

Используют простейшую расчетную модель, в которой соединение ригелей с колоннами считают шарнирными, а пилоны – жесткими консольными стержнями, защемленными в фундаменте. Пилоны объединяются перекрытиями, недеформируемыми в горизонтальной плоскости.

Порядок расчета:

выбор и составление расчетной модели здания;

подсчет нагрузок (вертикальной и горизонтальной);

расчет усилий (статическая задача);

проверка прочности, устойчивости, жесткости и трещиностойкости пилонов;

проверка общей устойчивости здания;

определение перемещений (статическая задача);

дополнительные проверки.

Нагрузки считают так же, как при расчете многоэтажной рамы. Потом определяют суммарные усилия на единицу длины фасада здания воспринимаемые совокупностью пилонов. Затем усилия распределяют между пилонами пропорционально их изгибным жесткостям и координатам центра изгиба.

В пилоне рассчитывается горизонтальное сечение на внецентренное сжатие и вертикальное сечение на сдвиг. Пилоны воспринимают следующие усилия: , где и - моменты от горизонтальной нагрузки; и - то же от вертикальной нагрузки.

Основная упрощающая предпосылка – допущение абсолютной жесткости связей сдвига.