Железобетон. 1. Сущность железобетона. История развития. Области применения
 Скачать 1.61 Mb.
|
|
61. Пространственные покрытия одноэтажных каркасных зданий (оболочки, висячие покрытия). Пространственные покрытия представляют системы, образуемые тонкостенными оболочками (тонкими плитами) и контурными конструкциями (бортовыми элементами, опорными кольцами, диафрагмами в виде балок, ферм, арок, брусьев и т.п.). Оболочкой называют тело, ограниченное двумя криволинейными поверхностями, расстояние между которыми существенно меньше других размеров. Тонкостенные пространственные покрытия (рис. 14.1, а...ж) применяют с использованием в них:цилиндрических оболочек и призматических складок; оболочек вращения с вертикальной осью (купола); оболочек двоякой положительной и отрицательной гауссовой кривизны, преимущественно прямоугольных в плане; составных оболочек, образованных из нескольких элементов, пересекающихся по форме криволинейных поверхностей. Особое место занимают волнистые своды, т. е. многоволновые или многоскладчатые покрытия в виде сводов (складок) с малыми размерами волны по сравнению с длиной пролета (см. рис. 14.1,з), а также висячие покрытия (на вантах), весьма разнообразные по форме в пространстве и в плане (см. рис. 14.1, и, к). Тонкостенные пространственные покрытия особенно целесообразны при строительстве производственных и гражданских зданий в условиях, когда требуется перекрывать площадь больших размеров (порядка 30X30 м и более) без промежуточных опор. Покрытия с цилиндрическими оболочками(рис. 14.1,а) включают тонкие плиты, изогнутые по цилиндрической поверхности, бортовые элементы и торцовые диафрагмы. Покрытие в целом поддерживается по углам колоннами. Основные параметры оболочки l 1 – пролет(расстояние между осями диафрагм); l 2 – длина волны(расстояние между бортовыми элементами); h 3 – стрела подъема. Покрытия с применением призматических складок образуются из плоских плит-граней, бортовых элементов и диафрагм. Купольное покрытие состоит из двух основных конструктивных элементов – тонкостенной оболочки и опорного кольца(рис. 14.1,в). Висячими покрытиями можно перекрывать помещения особенно больших размеров (стадионы, спортзалы, выставочные павильоны, рынки, кинотеатры, крупные производственные здания). Образуются они из системы вант (гибких капотов), удерживаемых на жесткой опорной конструкции (кольцах, рамах, арках), и кровельного ограждения из сборных плит (железобетонных с применением легкого бетона, армоцементных, многослойных или иных). Различают висячие покрытия с одиночной системой вант, имеющие поверхности однозначной или разнозначной кривизны (рис. 14.35...14.37), и с двойной системой вант (рис. 14.38). Висячими покрытиями можно перекрывать помещение любого очертания в плане — прямоугольные, круглые, овальные, многоугольные и иные. Висячие покрытия устраивают достаточно пологими, их стрела провисания f в центре покрытия составляет обычно 1/2...1/25 долю основного размера плана. 62. Материалы для каменной кладки. Прочностные и деформативные свойства каменной кладки. В качестве каменных материалов для кладок используют штучные камни массой не более 40 кг и каменные изделия, изготовляемые в заводских условиях, масса которых ограничивается грузоподъемностью транспортного и монтажного оборудования. К штучным каменным материалам относят: кирпич керамический, керамические камни, камни природные правильной формы и бутовые (неправильной формы), камни бетонные. Каменные изделия выпускают в виде бетонных блоков различного назначения, блоков из кирпича и керамических камней, блоков из природного камня, вибропанелей из кирпича и керамических камней, бетонных панелей. Каменные материалы, применяемые для кладок, должны удовлетворять требованиям прочности и морозостойкости, чтобы обеспечить прочность и надежность каменных конструкций, В качестве строительных растворов для каменных кладок применяют смеси из неорганического вяжущего (цемент, известь, глина), мелкого заполнителя (песок), воды и специальных добавок. По виду применяемых вяжущих строительные растворы подразделяют на цементные, известковые и смешанные (цементно-известковые, цементно-глиняные). Строительные растворы должны в свежеизгото-вленном состоянии обладать подвижностью и водоудерживающей способностью, а в затвердевшем состоянии — обеспечивать необходимую прочность кладки. При необходимости увеличения несущей способности каменной кладки применяют разные способы ее армирования стальной арматурой; такую кладку называют армокаменной. Использование армокаменной кладки позволяет значительно расширить область применения каменных кладок в конструкциях. Каменные материалы классифицируют: по происхождению: а) природные камни, добываемые в каменных карьерах (каменные блоки, бут, щебень); б) искусственные камни, изготовляемые путем обжига (кирпич, керамические камни, облицовочные плитки), и необожженные камни (кирпич силикатный, шлаковый, бетонные камни из тяжелого или легкого бетона); по структуре: а) полнотелый кирпич и сплошные камни; б) пустотелый кирпич и камни с пустотами различной структуры. Для ручной каменной кладки применяют кирпич следующих видов: керамический обыкновенный пластического и полусухого прессования, керамический пустотелый пластического прессования, кирпич силикатный, кирпич шлаковый, кирпич из трепелов и диатомитов. Кирпич выпускают одинарный размерами 250 х 120 х 65 мм, и модульный (утолщенный) размерами 250 х 120 х 88 мм. Кирпич одинарный изготовляют обычно полнотелый либо с технологическими пустотами. Кирпич модульный для уменьшения массы выпускают с технологическими пустотами либо пустотелый с круглыми или щелевидными пустотами. Прочностные и деформативные характеристики кладки. Прочность и деформативность каменной кладки зависят от многих факторов: прочности и деформативности камня и раствора; размера и формы камня; подвижности раствора и степени заполнения им вертикальных швов; качества кладки (обеспечения равномерной толщины и плотности горизонтальных швов); сцепления раствора с камнем и др. Каменные материалы являются хрупкими, и на диаграмме «σ — ε» нелинейные деформации проявляются лишь при весьма высоких уровнях напряжений (в области значений предела прочности). Строительные растворы в затвердевшем состоянии являются упругопластическими материалами, дающими при испытаниях на сжатие нелинейную зависимость деформаций от напряжений. Каменная кладка, несущая способность которой обеспечивается благодаря совместной работе этих материалов, является нелинейно деформируемым материалом. При восприятии кладкой сжимающих усилий поперечные деформации строительных растворов в горизонтальных швах значительно превышают поперечные деформации каменных материалов, поэтому кладка разрушается от растягивающих усилий в камне, возникающих под влиянием поперечных деформаций раствора. Увеличение толщины швов ведет к уменьшению прочности кладки. Разрушение кладки при сжатии начинается с раскрытия вертикальных швов и появления местных вертикальных трещин в отдельных камнях. При дальнейшем повышении нагрузки мелкие вертикальные трещины соединяются по высоте и расчленяют кладку на отдельные столбы. После этого небольшое увеличение нагрузки приводит к потере устойчивости этих столбов и кладка разрушается. Прочностные и деформативные характеристики кладки получают статистической обработкой результатов испытаний большого количества призматических образцов-эталонов, размеры оснований которых 38 х 38 или 51x51 см, высота ПО... 120 см. Основными прочностными характеристиками кладки являются: временное сопротивление сжатию R u (средний предел прочности); расчетное сопротивление осевому сжатию R; расчетное сопротивление осевому растяжению R t ; расчетное сопротивление растяжению при изгибе R tb (R tw ); расчетное сопротивление срезу R sq . Основные деформативные характеристики кладки: модуль упругости кладки (начальный модуль деформаций) Е о ; упругая характеристика кладки а; модуль деформации кладки Е; коэффициент ползучести кладки γ сr ; коэффициент линейного расширения α t ; коэффициент трения μ. 63. Растворы, применяемые для кирпичных кладок. Определение марки кирпича и раствора. Строительный раствор — это смесь вяжущего вещества (цемента, извести, гипса), мелкого заполнителя (песка), воды и иногда специальных добавок, способная твердеть после укладки. До затвердевания смесь этих материалов называют растворной смесью. Растворные смеси характеризуются подвижностью, расслаиваемостыо, водоудерживающей способностью и пластичностью, а растворы — плотностью, прочностью и морозостойкостью. Растворы должны быть удобоукладываемыми, т. е. распределяться тонким слоем и заполнять неровности камня, что повышает качество кладки и производительность труда каменщика. После затвердения раствор должен обладать заданной прочностью и стойкостью к внешним воздействиям. Прочность растворов характеризуется маркой, определяемой по пределу прочности при сжатии образцов-кубов размером 70,7x70,7X70,7 мм или половинок балочек, полученных после испытания на изгиб образцов размером 40X40X160 мм в возрасте 28 сут при температуре твердения 20±5°С. По пределу прочности на сжатие растворы делят на марки: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150 и 200. Морозостойкость растворов определяют числом циклов попеременного замораживания и оттаивания до потери 15 % первоначальной прочности (или 5 % массы). По мере морозостойкости растворы подразделяют на марки: от Мрз 10 до Мрз 300. Марку кладочного раствора выбирают в зависимости от вида конструкций, условий их работы, а также от степени долговечности зданий. Считается, что свежеуложенный раствор (или оттаявший раствор замороженной кладки) имеет нулевую прочность. Марку раствора для каменной кладки назначают с учетом требуемой долговечности и прочности. Основной характеристикой является рочность, характеризуемая маркой, которая обозначает временное сопротивление стандартных образцов при сжатии (кгс/см 2 ). При определении марки кирпича дополнительно устанавливают его прочность при изгибе. Согласно Государственному стандарту обыкновенный глиняный кирпич в зависимости от предела прочности при сжатии и изгибе подразделяются на марки: 150; 125; 100 и 75; он должен иметь форму правильного прямоугольного параллелепипеда с размерами по длине 250 мм, по ширине 120 мм и по толщине 65 мм. 64. Расчѐт элементов каменных конструкций работающих на сжатие, изгиб, растяжение. Осевое сжатие. Примером центрально-сжатых элементов каменных конструкций могут служить внутренние несущие столбы многоэтажных каменных зданий. Столбы воспринимают нагрузки от кровли, чердачного перекрытия и междуэтажных перекрытий. Если примыкающие к столбам прогоны равнопролетные и величина временной нагрузки на перекрытия невелика по сравнению с собственным весом перекрытия, то одностороннее загружение столба временной нагрузкой не является опасным, в этом случае столбы рассчитывают на центральное сжатие. При оценке прочности сечений эпюру напряжений в центрально-сжатом элементе кладки принимают прямоугольной с ординатой, равной по величине расчетному сопротивлению R осевому сжатию кладки. Возможность разрушения сжатых элементов до исчерпания прочности, из-за влияния продольного изгиба и увеличения деформаций вследствие ползучести материала при длительном загружении, учитывают коэффициентами Несущую способность элементов каменных конструкций при центральном сжатии считают обеспеченной, если соблюдается условие (404) (405) где — расчетная продольная сила; — коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки; — коэффициент продольного изгиба (табл. 16); — расчетное сопротивление сжатию кладки; — площадь сечения элемента; — коэффициент, принимают по табл. 16; —расчетная продольная сила от длительных нагрузок. Для прямоугольных сечений при меньшем размере см и для сечений любой формы с меньшим радиусом инерции Значения коэффициентов зави- сят от материала кладки и гибкости сжатых элементов: (для сечения произвольной формы); (для прямоугольного сплошного сечения), (406) где — расчетная высота (длина) элемента; — меньший размер прямоугольного сечения; — наименьший радиус инерции сечения. Расчетная высота сжатых стен и столбов зависит от условий опирания их на горизонтальные опоры (перекрытия). При неподвижных шарнирных опорах принимают (рис. 128, а) (Н — расстояние между перекрытиями или другими горизонтальными опорами). При упругой верхней опоре и жестком защемлении в нижней опоре для одно-пролетных зданий для многопролетных зданий (Р ис - 128,6). Для конструкций с частично защемленными опорными сечениями — с учетом фактической степени защемления, но не менее Для свободно стоящих конструкций (рис 128, в). Значения коэффициентов по высоте сжатых стен и столбов принимаются по рис. 128, а, б, в 5. Изгиб и центральное растяжение. На изгиб работают наружные стены многоэтажных зданий от действия ветровой нагрузки, наружные плиты контрофорсных подпорных стен и другие элементы. Нормами не допускается работа каменных элементов на изгиб по неперевязанному сечению. Расчет каменной кладки на изгиб производят в предположении ее упругой работы, т. е. используют формулы сопротивления материалов. При расчете каменной неармированной кладки на изгиб проверяют несущую способность кладки при восприятии нормальных напряжений по перевязанному шву и касательных напряжений — по наклонному сечению (косой штрабе). ■ Расчетный изгибающий момент от внешних нагрузок неармированных элементов (418) где — расчетное сопротивление кладки растяжению при изгибе по перевязанному сечению (см. прилож. 15); — момент сопротивления сечения кладки при упругой работе. Расчетная поперечная сила (419) где — расчетное сопротивление кладки главным растягивающим напряжениям при изгибе (см. прилож. 15); — ширина сечения; — плечо внутренней пары сил (для прямоугольного сечения ). Каменные конструкции, работающие на центральное растяжение (стенки круглых резервуаров, силосов и других емкостей), рассчитывают, исходя из проч- ности кладки по перевязанному сечению или по камню: (420) где — расчетная осевая сила при растяжении от внешних нагрузок; — расчетное сопротивление кладки осевому растяжению по перевязанному сечению (см. прилож. 15); — расчетная площадь сечения кладки нетто. 65. Элементы каменной кладки с сетчатым и продольным армированием. Элементы с сетчатым и продольным армированием. Для повышения несущей способности применяют следующие способы армирования каменной кладки: а) сетчатое (поперечное) армирование с расположением арматурных сеток в горизонтальных швах кладки (рис. 131,а); б) продольное армирование с расположением арматуры в бороздах или каналах, оставляемых в кладке с последующей заделкой их раствором (рис. 131,6). Повышение несущей способности на сжатие кладки, усиленной сетчатым армированием, обусловлено восприятием сетками поперечных растягивающих усилий, потому что деформативность сеток значительно ниже деформативности кладки; повышение несущей способности кладки учитывают в расчетах посредством введения условно повышенных прочностных и деформативных характеристик армирования. Продольное армирование кладки повышает ее несущую способность благодаря совместной работе кладки и арматуры. Одновременно повышается монолитность кладки, ее сейсмостойкость, обеспечивается совместная работа отдельных частей зданий. Сетчатое армирование горизонтальных швов кладки рекомендуется применять, когда повышение марок кирпича, камней и растворов не обеспечивает требуемой прочности кладки, а площадь поперечного сечения элемента не может быть увеличена. Сетчатое армирование не следует применять при эксцентриситетах действия сжимающих сил, выходящих за пределы ядра сечения (для прямоугольных сечений при а также для гибких эле- ментов при или ). В этих случаях целесообразно использовать продольное армирование кладки. Сетчатое армирование дает эффект повышения несущей способности каменной кладки при соблюдении следующих условий: а) эксцентриситет не должен выходить за пределы ядра сечения (для прямоугольных элементов ); б) гибкость сжатых элементов не должна превышать следующих величин: или ; в) минимальный процент армирования составляет 0,1%; г) высота ряда кладки должна быть не более 150 мм; д) процент армирования кладки не должен быть выше определяемого по формуле (425) Центрально-сжатые элементы каменных конструкций, армированные сетками (например, столбы, фундаменты), рассчитывают аналогично неармированным элементам по формуле (426) Внецентренно сжатые элементы каменных конструкций с сетчатым армированием (например, простенки, парапеты, фундаменты) при поперечном сечении любой формы рассчитывают по формуле (427) Для поперечных сечений прямоугольной формы формула (427) приобретает вид (428) Сетчатое армирование кладки допускается в тех случаях, когда повышение марок кирпича, камня или раствора не обеспечивает требуемой прочности кладки, а площадь поперечного сечения элемента не может быть увеличена. Арматурные сетки рекомендуется укладывать с шагом s, но не реже чем через 5 рядов кирпичной кладки из обыкновенного кирпича, через 4 ряда кладки — из утолщенного кирпича или через 3 ряда кладки — из керамических камней. Расстояние между стержнями сетки принимают в пределах а диаметр стержней не менее 3 мм; толщина швов кладки должна превышать диаметр арматуры не менее чем на 4 мм. Предельные диаметры арматуры в горизонтальных швах кладки не должны превышать 6 мм при пересечении арматуры в швах и 8 мм — при применении сеток типа «зигзаг». 66. Конструктивные схемы каменных зданий. Расчѐт кирпичных стен. Каменные здания. Основными конструктивными элементами каменных зданий являются наружные и внутренние стены, столбы, перекрытия, рама каркаса и перегородки. Все это образует пространственную систему, которая воспринимает горизонтальные и вертикальные нагрузки, действующие на здание, и рас- пределяет их между отдельными элементами системы в зависимости от их жесткости, от материала кладки и от жесткости соединений, характеризующих вцелом конструктивную схему здания. Конструктивная схема должна обеспечивать надежную пространственную жесткость и устойчивость здания в целом на действие внешних нагрузок. По признаку восприятия горизонтальных и вертикальных нагрузок различают две группы конструктивных схем зданий: 1) с жесткими опорами, в которых каменные наружные стены, воспринимающие вертикальные и горизонтальные нагрузки, опираются на несмещаемые опоры. Этими опорами являются жесткие поперечные стены, а также покрытия и перекрытия при условии относительно частого расположения устойчивых по- перечных конструкций (перегородок); 2) с упругими опорами, в которых из-за относительно редкого размещения устойчивых поперечных конструкций (перегородок) горизонтальные покрытия и перекрытия являются упругоподатливыми опорами для каменных стен. Жесткая конструктивная схема характерна для многоэтажных гражданских, жилых и общественных зданий. Упругая конструктивная схема свойственна одноэтажным промышленным зданиям. Покрытия и перекрытия могут служить жесткими несмещаемыми опорами для каменных стен в том случае, если расстояние между несущими поперечными стенами не превышает предельного расстояния, принимаемого по прилож. 32, в зависимости от групп кладки и конструкции покрытия и перекрытия. Поперечные конструкции могут служить жесткими опорами при условиях: 1) толщина поперечных несущих камен ных и бетонных стен не менее 12 см; 2) толщина несущих поперечных железо бетонных стен не менее 6 см; 3) попереч ные конструкции рассчитаны на восприя тие горизонтальной нагрузки. Пространственную жесткость зданий в целом и совместную работу элементов конструкций обеспечивают устройством связей; перекрытия анкеруют в стенах, поперечные и продольные стены из кладки соединяют перевязкой камней. Каменные стены зданий обеих конструктивных схем (жесткой и упругой) в зависимости от вида воспринимаемых нагрузок разделяют на наружные и внут- ренние. Под наружными понимают стены, изолирующие помещения от атмосферных воздействий, а под внутренними — стены (перегородки), изолирующие одно помещение от другого. Перегородки воспринимают нагрузки от собственного веса в пределах этажа: Наружные стены воспринимают нагрузки от собственного веса, а также вертикальные и горизонтальные нагрузки (от ветра, кранов). По виду воспринимаемой нагрузки наружные стены разделяют на: несущие стены, воспринимающие нагрузку от собственного веса стен всех этажей здания, от покрытий, перекрытий, кранов и ветровую нагрузку; самонесущие стены, воспринимающие нагрузку от собственного веса стен всех этажей здания и ветровую нагрузку; ненесущие стены, воспринимающие нагрузку от собственного веса и ветровую нагрузку только в пределах одного этажа при высоте этажа не более 6 м. Для каменных стен всех типов зданий нормами установлены предельные отношения высоты этажа к толщине стены где Н — высота этажа; h — толщина стены. Предельные отношения р для стен каменной кладки со свободной длиной не имеющих проемов и несущих нагрузки от перекрытий и покрытий, устанавливают по прилож. 32 в зависимости от группы кладки и марки раствора. Для наружных стен, имеющих проемы, предельная величина (3 по прилож. 32, снижается умножением на коэффициент где — пло- щадь нетто по горизонтальному сечению стены, — площадь брутто. Для других случаев коэффициент определяется по прилож. 33. Стены многоэтажных зданий рассчитывают на вертикальные нагрузки как неразрезные многопролетные балки с неподвижными опорами на уровне перекрытий. Для упрощения расчета принимают расчетную схему стены в виде однопролетной балки с шарнирными опорами в плоскостях опирания перекрытий. Поперечное сечение такой балки принимают равным поперечному сечению простенка (участок стены между оконными проемами), на который передает нагрузку ригель перекрытия или покрытия. За расчетную ось балки принимают геометрическую ось сечения простенка. Расчетную длину балки принимают равной высоте стены от низа перекрытия вышележащего этажа до низа перекрытия нижележащего этажа. Вертикальными нагрузками, действую- щими на простенок несущей стены в пределах каждого этажа, являются: а) собственный вес N 1 стен всех вышележащих этажей, приложенный по оси вышележащего этажа; б) вес покрытия и перекрытий вышележащих этажей; в) вес перекрытия F 1 расположенного над рассматриваемым этажом, при- ложенный с фактическим эксцентриситетом e 1 относительно оси простенка. (При отсутствии специальных опор, фиксирующих положение опорного давления, допускается принимать расстояние от точки приложения силы F 1 до внутренней грани стены но не более 7 см, где t — глубина заделки.) Если сечение наружной стены несимметрично изменяется на уровне перекрытия над данным этажом, то учитывают изгибающий момент от силы N 1 прило- женной с эксцентриситетом е 2 относительно расчетной оси сечения простенка. Расчетное сечение простенка принимают на уровне верха оконного проема, где изгибающий момент имеет довольно большую величину (сечение / — /). Максимальный изгибающий момент в простенке равен сумме моментов от сил N 1 и F: (565) Изгибающий момент в расчетном сечении / — / (566) где Н 1 — расстояние от низа перекрытия нижележащего этажа до расчетного сечения 1 — 1; Н эт — высота этажа. Продольная сила в сечении / — / простенка (567) где ΔF — собственный вес надоконного участка стены. Сечение простенка рассчитывают на внецентренное сжатие по формуле (568), полученной из формулы (407), (568) Если толщина стены см, то при расчете несущих и самонесущих стен учитывают случайный эксцентриситет который суммируют с расчетным эксцентриситетом ; для несущих стен см, а для самонесущих стен зданий см. Если несущая способность простенка в расчетном сечении оказалась недостаточной, т. е. то необходимо или увеличить сечение простенка, или повысить марку камня и раствора, или, если вышеперечисленные меры неосуществимы, усилить каменную кладку простенка поперечным армированием. |