Конструкции покрытий

Плиты перекрытий – ребристые предварительно напряженные ж/б панели размерами в плане 3х6 м и 3х12 м. последние приняты в качестве типовых. Имеют продольные и поперечные ребра.

Балки покрытий пролетом 12 и 18 м. наиболее экономичное поперечное сечение балок – двутавровое. Сечение двускатной балки в середине пролета . Уклон верхнего пояса 1:12. типовой размер высоты сечения двускатной балки на опоре 800 мм (или 900 мм). Балки армируют напрягаемой высокопрочной проволокой класса B-II, Bp-II, стрежневой арматурой класса A-IV и выше или канатами К-7. применяют также решетчатые балки прямоугольного сечения с большими отверстиями. Балки двутаврового сечения экономичнее решетчатых по расходу арматуры на 15%, по расходу бетона на 13%. Балки рассчитывают как свободнолежащие на двух опорах.

Ж/б фермы применяют при пролетах 12, 24 и 30 м. При пролетах 36 м и больше – стальные фермы. Различают следующие типы ферм: сегментные с верхним поясом ломанного очертания, арочные раскосные с верхним поясом плавного криволинейного очертания, арочные безраскосные с верхним поясом криволинейного очертания, полигональные с малым уклоном верхнего пояса трапециевидного очертания и с параллельными поясами и полигональные с ломаным нижним поясом.

Высота ферм всех типов в середине пролета равна 1/7-1/9 пролета. Нижний растянутый пояс ферм и некоторые растянутые раскосы – предварительно напряженные с натяжением арматуры на упоры.

При пролете свыше 30 применяют двух- и трехшарнирные ж/б арки. Наиболее распространены двухшарнирные арки. Большепролетные высокие арки обычно выполняют трехшарнирными. Стрела подъема Распор арки воспринимается предварительно напряженной затяжкой и передается на фундаменты и грунты основания. Арматура затяжки – канаты, натягиваемые на упоры.

Двухшарнирные арки рассчитывают как статически неопределимые системы с учетом влияния перемещений от изгибающего момента нормальных сил, трехшарнирные как статически определимые.

Плиты на пролет применяют для покрытий со скатной малоуклонной кровлей. Разработаны следующие типы плит:

- ребристая типа П размерами 3х18 м под малоуколонную кровлю;

- двухконсольная двускатная типа 2Т размерами в плане 3х12, 3х18, 3х24 м;

- крупноразмерная ж/б сводчатая плита КЖС размерами 3х12, 3х18, 3х24 м;

- гиперболическая панель-оболочка размерами в плане 3х18 м;

- коробчатого сечения размерами 3х18 м. Используется в качестве воздуховодов текстильных фабрик.

Расчет поперечной рамы можно выполнять одним из методов строительной механики, для сложных рам с помощью ЭВМ. Расчетная схема в поперечном направлении – П образная рама с шарнирным сопряжением ригеля и стойки и жесткой заделкой колонны в фундаменте. В продольном направлении – рама, включающая элементы покрытия, подкрановые балки и вертикальные связи.

Цель расчета рамы – определить усилия в колоннах и подобрать их сечения. Считаем раму методом перемещений с одним неизвестным - горизонтальным перемещением плоской загружаемой рамы. Вводим по направлению неизвестного перемещения стерженек-связь и получаем основную систему. Основную систему подвергаем единичному воздействию неизвестного , при этом в каждой колонне возникают реакции . Суммарная реакция поперечной рамы от единичного перемещения Затем основную систему последовательно загружаем постоянными и временными нагрузками, которые вызывают в каждой стойке соответствующие реакции и изгибающие моменты. Сумма реакций верха колонн от нагрузки Значения реакций верха от перемещения и нагрузок определяют по формулам в зависимости от схемы загружения.

Каноническое уравнение метода перемещений где - коэффициент, учитывающий пространственную работу каркаса. Для различных загружений поперечной рамы, крое крановой нагрузки, равен единице. Для крановой нагрузки при шаге рам 12 м при шаге рам 6 м

Зная реакции из канонического уравнения находи неизвестное , а затем упругую реакцию

Изгибающие моменты и поперечные силы в сечениях колонны определяем как в консольной балке, загруженной внешней нагрузкой и реакцией Расчетными являются три основных сечения по высоте колонны: над крановой консолью, под крановой консолью и в уровне заделки колонны в фундамент.

Эпюры моментов строят для каждого вида нагрузки, действующей на раму. Затем составляют таблицу усилий и устанавливают расчетные сочетания усилий: и

Момент от постоянной нагрузки участвует во всех сочетаниях со своим знаком; момент от торможения кранов учитывается только вместе с моментом от вертикального давления кранов.

Раму в продольном направлении рассчитывают на действие ветровой нагрузки, приложенной к торцу здания, и горизонтальной нагрузки, от торможения кранов, а также на температурные воздействия. Продольная нагрузка, направленная вдоль кранового пути и составляющая 10% от максимального давления на колесо крана, передается на весь ряд колонн продольной рамы.

Особенности конструкций из монолитного ж/б.Основная несущая конструкция – поперечная рама. При пролетах до 12-15 м – прямолинейные ригели, до 15-18 м – ломаные, до 18 м – криволинейные ригели без затяжек, до 24 м и более – криволинейные ригели с затяжками. Соединение стоек монолитных рам с фундаментом – жесткое или шарнирное. Жесткое просто и экономично. Шарнирное применяют в тех случая, когда в заделке колонны возникает значительный изгибающий момент и фундамент рамы оказывается весьма тяжелым. Ригель армируют как балку, заделанную на опоре. Часть продольной арматуры ригеля заводят в стойку, часть стержней из стойки заводят в ригель.

Коньковые узлы армируют с перепуском концов нижних растянутых стержней и дополнительными поперечными стержнями.

16 Конструкции многоэтажных промышленных зданий. Расчет и конструирование

Существуют две категории зданий: многоэтажные и одноэтажные. По конструктивной схеме: каркасные (с полным или неполным каркасом) и бескаркасные (крупнопанельные и объемно-блочные).

Выбор конструктивной схемы зависит от назначения здания и его этажности. В промышленных зданиях (с большими помещениями) применяется каркасная схема, в гражданских зданиях с мелким делениями – крупнопанельная.

При высоте здания до 24 этажей применяется либо каркасная, либо панельная схема; при высоте более 24 этажей – только каркасная.

Несущая система многоэтажного здания образуется вертикальными несущими конструкциями, объединенными в единую пространственную систему с помощью горизонтальных несущих конструкций-перекрытий. В зависимости от того, какие вертикальные конструкции воспринимают горизонтальную нагрузку от ветра, существует три конструктивные системы: рамная (с равны каркасом), рамно-связевая при совместной работе каркаса и вертикальных связевых диафрагм (целесообразна для сейсмических районов) и связевая (в панельных зданиях или в каркасных зданиях со связевым каркасом). Междуэтажные перекрытия рассматриваются как жесткие, не деформирующиеся при изгибе в своей плоскости горизонтальные связевые диафрагмы.

Основные требования для многоэтажных зданий – обеспечить нормальное существование людей на верхних этажах. Для этого необходимо соблюдение следующих условий:

1. Суммарный прогиб верха здания где - прогиб от плоского изгиба несущей системы горизонтальной и вертикальной нагрузкой; - прогиб от изгибно-крутильных деформаций системы; - прогиб от податливости основания.

2. Ускорение колебаний не более 15-12 см/с².

Если требования не выполняются, наносится вред здоровью человека, особенно на самых верхних этажах.

Промышленные здания проектируются, как правило, каркасными из сборного ж/б с навесными панелями стен. Высота зданий от 3 до 14 этажей; высота этажа кратна модулю 1,2. сетка колонн каркаса 6х6, 9х6, 12х6 м; временные нагрузки на перекрытия от 5 до 25 кН/м².

Основные несущие конструкции – ж/б многоэтажные рамы с жесткими узлами и связывающие их междуэтажные перекрытия. Здания могут быть с балочными перекрытиями, с безбалочными перекрытиями и с межферменными этажами с крупной сеткой колонн 18х6, 18х12, 24х6 м. и высотой межферменных этажей 2,4; 3 и 3,6 м. В последнем случае большие пролеты здания перекрываются безраскосными фермами. В межферменных этажах в пределах высоты этих ферм размещают инженерное оборудование и коммуникации.

Жесткий стык соединения ригеля с колонной воспринимает опорный момент от ригеля или пару сил и осуществляется с применением ванной сварки выпусков арматуры вверху и сварки закладных деталей внизу ригеля с бетонированием полости стыка на монтаже.

Расчетом определяется площадь сечения арматуры и длина сварных швов закладных деталей.

Усилие растяжения в стыке площадь сечения верхних стыковых стерней, которые пропускаются через колонны требуемая длина сварных швов где - расчетная длина шва, принимаемая меньше его фактической длины на 10 мм за сет непровара и кратер на концах шва; - коэффициент глубины проплавления шва; - катет шва; - расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу шва; - коэффициент условий работы элемента.

Жесткие стыки колонны с колонной многоэтажных рам воспринимают продольную силу изгибающий момент и поперечную силу Арматурные выпуски стержней стыкуют ванной сваркой. Для удобства сварки устраивают специальные угловые подрезки бетона длинной по 150 мм (при 4-х арматурных выпусках)либо по всему периметру сечения (при арматурных выпусках по периметру).

Описанный стык экономичнее других, устраиваемых на сварке стальных закладных деталей, по расходу стали и трудоемкости.

Монолитные многоэтажные рамы также выполняют с жесткими узлами. Наиболее ответственным жестким стыком в монолитных конструкциях является сопряжение взаимно осуществляют путем запуска концов арматуры из колонн нижележащего этажа в вышележащий или из ригеля в колонну.

Расчет многоэтажных рам. Многоэтажные многопролетные рамы каркасных зданий имеют преимущественно однообразную (регулярную) схему с равными пролетами и одинаковой нагрузкой по ярусам.

Предварительные расчеты Подбор сечений ригелей и стоек:

· подбираем сечение ригеля исходя из того, что он в составе рамы воспринимает момент М равный 0,6-0,7 от балочного момента

· подбираем сечение стойки из условия, что нормальная сила, действующая на стойку, увеличивается в 1,2-1,5 раза по сравнению с центрально сжатой стойкой;

· определяем жесткости ригеля и стойки. где - модуль упругости бетона, - момент инерции сечения. Погонная жесткость ригеля и стойки где - пролет ригеля, - высота этажа (стойки).

Расчет рамы на вертикальную нагрузку. Узлы стоек многоэтажных рам, расположенные на одной вертикали, имеют приблизительно равные углы поворота и равные узловые моменты с нулевой точкой моментов в средине высот этажа.

Это дает основание расчленить многоэтажную раму на три типа одноэтажных рам (верхнего, среднего и нижнего этажа) с высотой стоек, равной половине высоту этажа, с шарнирами по концам стоек, кроме первого этажа.

При любом числе пролетов более трех раму заменяют трехпролетной, исходя из того, что изгибающие моменты во всех средних пролетах одинаковые.

Расчет выполняем по таблицам в зависимости от схемы загружения и эпюры моментов в следующей последовательности:

1. определяем опорные моменты в ригеле

2. определяем пролетные моменты в ригеле, как в однопролетной балке, загруженной внешней равномерно распределенной нагрузкой и опорными моментами по концам если опорные моменты равны, то

3. определяем моменты в стойках рамы по разности опорных моментов ригелей в узле. Исходим из того, что все узлы в раме должны быть в равновесии, то есть сумма моментов в узле

в узле В моменты в верхней и нижней стойке распределяются пропорционально их погонным жесткостям.

При расчете рам рекомендуется учитывать образование пластических шарниров и выравнивать изгибающие моменты. Для этого раму рассчитывают при различных загружениях как упругую систему. Затем для каждого из загружений строят свою добавочную опору моментов, которую суммируют с эпюрой упругой системы. При упрощенном способе выравнивания моментов ригели рам загружают временной нагрузкой через пролет и постоянной нагрузкой во всех пролетах, при этом получают выровненную эпюру моментов при отношении обычно уменьшаются примерно на 30% от соответствующих моментов в упругой системе.

Расчет рамы на горизонтальную (ветровую) нагрузку. Расчет рамы на горизонтальную нагрузку выполняем приближенны способом.

Ветровая нагрузка определяется как сумма двух составляющих: средней (статической) и пульсирующей (динамической).

Средняя составляющая соответствует установившемуся скоростному напору ветра и учитывается во всех случаях.

Пульсационная составляющая, вызываемая пульсацией скоростного напора, учитывается при расчете башен, дымовых труб, линий электропередач и многоэтажных зданий высотой более 40 м в зависимости от частоты свободных горизонтальных колебаний здания.

Нормативное значение средней составляющей от ветра по СНиП 2.01.07-85: где - нормативное значение ветрового давления в зависимости от ветрового района; - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте; - аэродинамический коэффициент.

Приводим неравномерную по высоте здания ветровую нагрузку к эквивалентной равномерно-распределенной нагрузке через равенство моментов относительно заделки в фундаментных. расчетная нагрузка от ветра

Заменяем равномерно-распределенную ветровую нагрузку сосредоточенными силами приложенными к узлам рамы в уровне каждого этажа

Определяем ярусные поперечные силы: вышележащих

Распределяем между стойками в ряду пропорционально жесткостям стоек: где - изгибная жесткость сечения стойки; - число стоек в ряду.

Если жесткость стоек одинакова, то делится на число стоек в ряду

Однако, крайняя стойка, на которую ригель опирается только с одной стороны, имеет меньшую степень защемления в узле и воспринимает меньшую долю поперечной силы, что учитывается уменьшением жесткости стойки путем умножения на коэффициент

Определение момента в стойках. Считают, что нулевые точки эпюры изгибающих моментов стоек всех этажей рамы, кроме первого, расположены в середине высоты этажа. В первом этаже эти точки находятся на расстоянии 2/3 высоты от фундамента, в котором степень защемления стойки больше, чем в междуэтажном перекрытии. Изгибающие моменты колонны любого яруса (кроме первого этажа) составляют Изгибающие моменты в верхнем и нижнем сечениях колонны не первом этаже

Определяем опорные моменты в ригелях, исходя из равенства нулю суммы моментов в узле рамы. В узлах В и Г моменты распределятся в ригелях пропорционально их погонной жесткости.

Расчетные усилия и подбор сечений. Составляем таблицу усилий, соответствующих отдельным загружениям. Вычисляем суммарные усилия от вертикальной и горизонтальной нагрузок. Находим и и соответствующие им значения а также и соответствующее Затем рассчитываем ригель на изгиб, а стойку – на внецентренное сжатие.

В ригеле три расчетных сечения: два на опоре и одно в пролете. В стойке два сечения: вверху и внизу. В высоких стойках могут быть еще одно или два сечения посредине.

17 Конструкции многоэтажных гражданских зданий. Расчет и конструирование

Существуют две категории зданий: многоэтажные и одноэтажные. По конструктивной схеме: каркасные (с полным или неполным каркасом) и бескаркасные (крупнопанельные и объемно-блочные).

Выбор конструктивной схемы зависит от назначения здания и его этажности. В промышленных зданиях (с большими помещениями) применяется каркасная схема, в гражданских зданиях с мелким делениями – крупнопанельная.

При высоте здания до 24 этажей применяется либо каркасная, либо панельная схема; при высоте более 24 этажей – только каркасная.

Несущая система многоэтажного здания образуется вертикальными несущими конструкциями, объединенными в единую пространственную систему с помощью горизонтальных несущих конструкций-перекрытий. В зависимости от того, какие вертикальные конструкции воспринимают горизонтальную нагрузку от ветра, существует три конструктивные системы: рамная (с равны каркасом), рамно-связевая при совместной работе каркаса и вертикальных связевых диафрагм (целесообразна для сейсмических районов) и связевая (в панельных зданиях или в каркасных зданиях со связевым каркасом). Междуэтажные перекрытия рассматриваются как жесткие, не деформирующиеся при изгибе в своей плоскости горизонтальные связевые диафрагмы.

Основные требования для многоэтажных зданий – обеспечить нормальное существование людей на верхних этажах. Для этого необходимо соблюдение следующих условий:

1. Суммарный прогиб верха здания где - прогиб от плоского изгиба несущей системы горизонтальной и вертикальной нагрузкой; - прогиб от изгибно-крутильных деформаций системы; - прогиб от податливости основания.

2. Ускорение колебаний не более 15-12 см/с².

Если требования не выполняются, наносится вред здоровью человека, особенно на самых верхних этажах.

Гражданские здания всегда являлись одним из наиболее массовых объектов строительства. К 2000 г. в России построено и эксплуатируются 3,3 млрд. м² гражданских зданий, из которых жилье составляет 2,5 млрд. м².

В современной практике многоэтажного гражданского строительства преобладают две конструктивные схемы зданий: крупнопанельные (в жилищном строительстве) и каркасные (в административных и общественных зданиях и в некоторых жилых зданиях высотой более 25 этажей).

Основными несущими конструкциями многоэтажного каркасного здания в гражданском строительстве являются ж/б рамы, вертикальные связевые диафрагмы (пилоны) и связывающие их междуэтажные перекрытия. К вертикальным несущим конструкциям каркаса относятся колонны и пилоны (глухие диафрагмы и простенки диафрагм с проемами), к горизонтальным - ригели рам, плиты перекрытия и покрытия. Конструктивные схемы таких зданий могут быть с поперечными или продольными рамами, а также каркасные с безбалочными перекрытиями.

В панельных зданиях основным несущими конструкциями служат вертикальные диафрагмы (внутренние несущие стены) и связывающие их междуэтажные перекрытия. Как в поперечном, так и в продольном направлении панельное здание воспринимает горизонтальную нагрузку по связевой системе.

Многоэтажные гражданские каркасные и панельные здания проектируют для массового строительства высотой 12-16 этаже, а в ряде случаев 20-25 этажей. В зданиях высотой до 4-5 этажей каркас можно применять без вертикальных диафрагм жесткости. В каркасных зданиях высотой не более 16 этажей применяют отдельные диафрагмы, размещенные в плане здания по расчету. В зданиях повышенной этажности (более 25 этажей) плоские диафрагмы объединяют в одну конструкцию называемую стволом здания (ядром жесткости). Такие здания могут быть с консольными и повышенными этажами.

Ядра жесткости могут воспринимать всю вертикальную и горизонтальную нагрузки полностью или в совокупности с другими элементами несущей системы. Стволы снижают расход стали до 15%, цемента до 10% и стоимость конструкции до 10%. Каркасное здание с относительно небольшим компактным планом может быть с одним центральным ядром жесткости, внутри которого располагаются вертикальные транспортные и инженерные коммуникации.

Возможны варианты с двумя ядрами жесткости. В таких зданиях сложной конфигурации в плане перекрытия выполняют монолитными в виде безбалочной бескапительной плиты. Возводят такие здания методом подъема перекрытий или подъема этажей. Ядра жесткости чаще выполняют монолитными в скользящей опалубке. Толщина стенок 200-400 мм. Стены и перемычки ядер жесткости могут быть предварительно напряженными.

В несущей системе зданий повышенной этажности выделяют пять основных конструктивных схем, принципиально отличающихся по типу вертикальных элементов: каркасные, стеновые (плоскостенные), ствольные, оболочковые и объемно-блочные. Вертикальными элементами жесткости в каркасной схеме являются рамы с жесткими узлами, а также рамы с шарнирными узлами соединении ригеля с колонной, усиленные связями – металлическими раскосами или ж/б стенами жесткости.

В стеновых схемах вертикальными элементами являются стены во взаимно перпендикулярных направлениях.

В ствольных схемах ядра жесткости (стволы) расположены в средней зоне здания и на них опираются перекрытия.

Оболочковые схемы имеют высокою пространственную жесткость, которая обеспечивается расположением несущих конструкций по контуру здания и объединением их в единую статическую систему.

Комбинированными являются схемы, основанные на комбинации двух видов вертикальных несущих конструкций: с неполным каркасом (колонны и стены), каркасно-связевые с вертикальными связями в виде стен жесткости (каркасно- диафрагмовая), каркасно-ствольные, каркасно-объемные-блочные, объемно-блочные-стеновые, ствольно-стеновые, каркасно-оболочные и др. В соответствии с особенностями объемно-планировочного решения здания и требования экономичности конструктивная система может иметь и большее число типов вертикальных несущих элементов.

По способу восприятия внешних нагрузок и по конструктивному решению основных узлов каркасы многоэтажных зданий делятся на три группы: рамные, связевые и рамно-связевые. В гражданском строительстве наиболее широкое применение нашли здания со связевым каркасом. В нем горизонтальны нагрузки воспринимаются вертикальными диафрагмами или ядрами жесткости, а сам каркас работает только на вертикальные нагрузки. В тех случаях, когда горизонтальные и вертикальные нагрузки воспринимаются совместно рамами каркаса с жесткими узлами в поперечном и продольном направлениях и диафрагмами или ядрами жесткости каркас работает как рамно-связевой. Диафрагмы жесткости выполняют преимущественно сборными, а для высоких зданий – монолитными.

Здания со связевым каркасом.В связевом каркасе стыки ригелей с колоннами проектируются шарнирными на скрытых консолях.

Связевый каркас более экономичные, чем рамный с жесткими узлами: по расходу стали на 20-25%, по стоимости на 5-10%.

Все горизонтальные и часть вертикальных нагрузок воспринимаются жесткими вертикальными связями: стены лестничных клеток, лифтовых шахт, диафрагмы жесткости (пилоны, столбы) и сквозные стальные связи. Они же обеспечивают общую устойчивость здания, а их жесткость определяет значение перемещений несущих конструкций и здания в целом.

Пилон состоит из двух колонн и стенки между ними. Применяют сборные пилоны, состоящие из сборных колонн и соединенных с ними сборных стен, сборно-монолитные из сборных колонн и монолитных стен и полностью монолитные.

По конфигурации пилоны бывают: плоские, пространственные открытого типа профиля: уголковые (наиболее распространены), швеллерные и двутавровые, пространственные замкнутого профиля (ядра жесткости).

Первым делом решается вопрос о размещении пилонов в плане здания. Это находится во взаимной связи с архитектурно-планировочным решением и высотой здания. Если высота 30-40 м, то размещение произвольное и подчиняется оптимальному архитектурно-планировочному решению. Если высота здания 70-80м, то они размещаются в плане строго по расчету, даже в ущерб планировочному решению.

Основные требования по размещению пилонов:

a. в высоких и средних по высоте здания стремление к минимальному числу пилонов;

b. число пилонов должно быть не менее трех. Они не должны быть параллельны и не должны пересекаться на одной прямой;

c. центр массы и центр изгиба (центр жесткости) здания должны совпадать в одной точке или расстояние между ними должно быть минимальным. Через эту же точку проходят равнодействующие ветровых нагрузок

d. в зданиях с протяженным планом расстояние между пилона должно быть не более 30 м, расстояние от стены крайнего пилона до крайней оси – не более 12 м;

e. размеры поперечных сечений пилонов следует назначать не менее 1/6-1/8 высоты надземной части здания

f. систему пилонов следует распределять равномерно по плану.

Основы расчета.Пространственные связевые системы многоэтажных зданий при несимметричном 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, 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 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 расположенным по высоте здания. Для расчета несущих систем многоэтажных зданий дискретно-континуальная модель более универсальна и удобна по сравнению с другими моделями.

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.

Расчетные схемы связевых систем отражают совместную работу вертикальных диафрагм (пилонов) многоэтажных каркасных или панельных зданий в различных сочетаниях. В этих расчетных схемах вертикальные диафрагмы, расположенные в зданиях параллельно друг другу, принимают стоящими последовательно в одной плоскости и соединенными стержнями – связями (междуэтажными перекрытиями).

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

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 модели здания; подсчет нагрузок (вертикальной и горизонтальной); расчет усилий (статическая задача); проверка прочности, устойчивости и трещиностойкости пилонов; проверка общей устойчивости зданий; определение перемещений; дополнительные проверки.

Проверка общей устойчивости здания. Под действием ветровой нагрузки здание отклоняется от вертикали и тогда вертикальная нагрузка действует с эксцентриситетом что еще больше увеличивает отклонение. При большой массе здания и недостаточной жесткости увеличение деформации может вызвать потерю общей устойчивости здания. Устойчивость здания считается обеспеченной, если удовлетворяется условие: где - критический вес здания; - собственная масса наземной части здания, умноженная на 1,1.

Известно, что критическая сила при проверке устойчивости гибких сжатых стержней определяется по классической формуле Эйлера: где - расчетная длина стержня с учетом защемления концов стержня.

Таким образом общая устойчивость здания зависит прямо от его жесткости.

При несовпадении определяющей является изгибно-крутильная форма потери устойчивости.

Для общей устойчивости здания большое значение играет глубина заложения и тип фундамента, а также механические свойства грунтов, податливость основания.

Панельные системы являются предпочтительными для строительства жилых и гражданских зданий высотой 1-25 этажей.

Конструктивные схемы панельных зданий классифицируются по принципу восприятия вертикальных и горизонтальных нагрузок следующим образом:

1. С продольными и поперечными несущими стенами. Плита перекрытия считается опертой по контуру, если наружные сены несущие и по 3-м сторонам, если не несущие. Продольные и поперечные стены воспринимают как вертикальную, так и горизонтальную нагрузки.

2. С поперечными несущими стенами и продольными диафрагмами. Плита перекрытия работает как балочная, опертая на поперечные стены. Вертикальные нагрузки воспринимаются поперечными стенами, горизонтальные нагрузки в продольном направлении – продольными диафрагмами жесткости. Наружные стены этой системы несущие.

3. С продольными несущими стенами. Плита работает как балочная, опертая на продольные стены. Вертикальные нагрузки воспринимаются в основном продольными наружными и внутренними стенами, горизонтальные нагрузки в продольном направлении – также продольными стенами, поперечную жесткость здания обеспечивают диафрагмы жесткости.

4.

18 Области применения металлических конструкций. Преимущества и недостатки метала как конструкционного материала

Металлические конструкции применяются во всех инженерных сооружениях значительных пролетов, высоты и нагрузок. В зависимости от конструктивной формы и назначения металлические конструкции можно разделить на восемь видов:

1. Промышленные здания– цельнометаллические или со смешанным каркасом (колонны железобетонные). Цельнометаллические в зданиях с большим пролетом, высотой и грузоподъемностью.

2. Большепролетные покрытия зданий – спортивные сооружения, рынки, выставочные павильоны, театры, ангары и др. (пролеты до 100-150 м).

3. Мосты, эстакады – мосты на железнодорожных и автомобильных магистралях.

4. Листовые конструкции – резервуары, газгольдеры, бункеры, трубопроводы большого диаметра и др.

5. Башни и мачты – радио и телевидения в геодезической службе, опоры линии электропередачи, нефтяные вышки и др.

6. Каркасы многоэтажных зданий. Применяются в многоэтажных зданиях, в условиях плотной застройки больших городов.

7. Крановые и другие подвижные конструкции – мостовые, башенные, козловые краны, конструкции экскаваторов и др.

8. Прочие конструкции по использованию атомной энергии в мирных целях, разнообразные конструкции радиотелескопов для космической и радиосвязи, платформы для разведки и добычи нефти и газа в море и др.

Металлические конструкции обладают следующими достоинствами:

1. Надежность. Материал (сталь, алюминиевые сплавы) обладает большой однородностью структуры.

2. Легкость. Металлические конструкции самые легкие.

3. Индустриальность. Изготовление и монтаж металлических конструкций производится специализированными организациями с использованием высокопроизводительной техники.

4. Непроницаемость. Обладают высокой прочностью и плотностью, непроницаемостью для газов и жидкостей.

Металлические конструкции имеют недостатки:

1. Коррозия.Незащищенность от влажной среды, атмосферы, загрязненной агрессивными газами, сталь коррозирует (окисляется) и разрушается. Поэтому в сталь включают специальные легирующие элементы, покрывают защитными пленками (лаки, краски и т.д.).

2. Небольшая огнестойкость. У стали при температуре 200˚С уменьшается модуль упругости, а при температуре 600˚С сталь полностью переходит в пластическое состояние. Алюминиевые сплавы переходят в пластическое состояние при 300˚С. Поэтому металлические конструкции защищают огнестойкими облицовками (бетон, керамика, специальные покрытия

и т.д.).

При проектировании металлических конструкций должны учитываться следующие требования: