Железобетон. 1. Сущность железобетона. История развития. Области применения
 Скачать 1.61 Mb.
|
|
45. Конструкции многоэтажных промышленных зданий. Конструктивные решения зданий и обеспечение пространственной жѐсткости. Многоэтажные промышленные здания служат для размещения различных производств — цехов легкого машиностроения, приборостроения, химической, электротехнической, радиотехнической, легкой промышленности и д.р., а также базисных складов, холодильников, гаражей и т, п. Их проектируют, как правило, каркасными с навесными панелями стен. Высоту промышленных зданий обычно принимают по условиям технологического процесса в пределах 3...7 этажей (при общей высоте до 40 м), а для некоторых видов производств с нетяжелым оборудованием, устанавливаемым на перекрытиях, — до 12... 14 этажей. Ширина промышленных зданий может быть равной 18...36 м и более. Высоту этажей и сетку колонн каркаса назначают в соответствии с требованиями типизации элементов конструкций и унификации габаритных параметров. Высоту этажа принимают кратной модулю 1,2 м, т. е. 3,6; 4,8; 6 м, а для первого этажа — иногда 7,2 м. Наиболее распространенная сетка колонн каркаса 6X6, 9X6, 12Х Х6 м. Такие ограниченные размеры сетки обусловлены большими временными нагрузками на перекрытия, которые могут достигать 15 кН/м 2 , а в некоторых случаях 25 кН/м 2 и более. Для промышленного строительства наиболее удобны многоэтажные каркасные здания без специальных вертикальных диафрагм, поскольку последние ограничивают свободное размещение технологического оборудования и производственных коммуникаций. Основные несущие конструкции многоэтажного каркасного здания — железобетонные рамы и связывающие их междуэтажные перекрытия. Пространственная жесткость здания обеспечивается в поперечном направлении работой многоэтажных рам с жесткими узлами — рамной системой, а в продольном — работой вертикальных стальных связей или же вертикальных железобетонных диафрагм, располагаемых по рядам колонн и в плоскости наружных стен, — связевой системой. Если в продольном направлении связи или диафрагмы по технологическим условиям не могут быть поставлены, их заменяют продольными ригелями. В этом случае пространственная жесткость и в продольном направлении обеспечивается рамной системой. При относительно небольшой временной нагрузке на перекрытия пространственная жесткость в обоих направлениях обеспечивается связевой системой; при этом во всех этажах устанавливают поперечные вертикальные диафрагмы. Шарнирного соединения ригелей с колоннами в этом решении достигают установкой ригелей на консоли колонн без монтажной сварки в узлах. В зданиях с балочными перекрытиями верхний этаж при наличии мостовых кранов (здания химической промышленности) компонуют из колонн, риге- лей и подкрановых балок, конструктивно аналогичных применяемым для одноэтажных промышленных зданий. Ригели устанавливают на консоли колонн с применением ванной сварки выпусков арматуры и обетонированием стыка на монтаже. Для междуэтажных перекрытий применяют ребристые плиты шириной 1500 или 3000 мм. Плиты, укладываемые по линии колонн, служат связями-распорками, обеспечивающими устойчивость каркаса на монтаже. В таких зданиях возможны два типа опирания плит перекрытий: на полки ригелей таврового сечения (для производства со станочным оборудованием, нагрузки от которого близки к равномерно распределенным); по верху ригелей прямоугольного сечения (главным образом, для зданий химической промышленности с оборудованием, проходящим через этажи и передающим большую сосредоточенную нагрузку на одну опору). В обоих типах опирания плит типовые ригели при пролетах 6 и 9 м имеют одинаковое сечение 800 мм и ширину ребра 300 мм. Типовые конструкции многоэтажных промышленных зданий с балочными перекрытиями разработаны под различные временные нагрузки — 5...25 кН/м 2 В зданиях с безбалочными перекрытиямиригелем многоэтажной рамы в поперечном и продольном направлениях служит безбалочная плита, жестко связанная с колоннами с помощью капителей. Пространственная жесткость здания в обоих направлениях обеспечивается рамной системой. Унификация размеров плит и капителей средних и крайних пролетов безбалочного перекрытия достигается смещением наружных самонесущих стен с оси крайнего ряда колонн на расстояние, равное половине ширины надкапительной плиты. Многоэтажные промышленные здания с часто расположенными опорами при сетке колонн 6X6 или 9X6 м не всегда удовлетворяют требованиям гибкой планировки цехов, модернизации оборудования и усовершенствования производства без дорогостоящих переустройств. Поэтому применять их следует в случае больших временных нагрузок на перекрытия — более 10 кН/м 2 Особенность конструктивного решения универсальных промышленных зданий с этажами в межферменном пространстве состоит в том, что они имеют крупную сетку колонн—18X6, 18X^2, 24X6 м. Большие пролеты здания перекрывают безраскосными фермами. При этом в пределах конструктивной высоты этих ферм устраивают дополнительные этажи, в которых размещают инженерное оборудование и коммуникации, бытовые, складские и другие вспомогательные помещения. Высота межферменных этажей может быть 2,4; 3 и 3,6 м. Пример решения конструкций универсального промышленного здания приведен на рис. 15.5, а. Здание имеет 6 этажей — три основных и три межферменных. Безраскосные фермы, жестко связанные с колоннами, являются составной частью многоэтажного каркаса и работают как ригели рам. Крайние стойки ферм вверху и внизу снабжены выступами для соединения с колоннами ниже- и вышележащих этажей. Плиты перекрытий в основных этажах — ребристые; их укладывают на верхний пояс ферм. Плиты перекрытий вспомогательных этажей— пустотные или ребристые; они опираются на полки нижнего пояса ферм. / — продольная арматура; 5—арматур- ные сетки; 3 — поперечная арматура; 4 — сварной шов 46. Статический расчѐт многоэтажных рам на вертикальные нагрузки с учѐтом перераспределения усилий. Многоэтажные многопролетные рамы каркасных зданий имеют преимущественно однообразную (регулярную) расчетную схему с равными пролетами или со средним укороченным пролетом на оси симметрии, а также с одинаковой нагрузкой по ярусам. Узлы стоек таких рам, расположенные на одной вертикали, имеют примерно равные углы поворота и, следовательно, равные узловые моменты с нулевой точкой моментов в середине высоты этажа. Это дает основание расчленить многоэтажную раму на ряд одноэтажных рам со стойками (колоннами) высотой, равной половине высоты этажа, с шарнирами по концам стоек кроме первого этажа. На вертикальную нагрузку необходимо рассчитывать три одноэтажные рамы: верхнего, среднего и первого этажа. Если число пролетов рамы больше трех, раму практически заменяют трехпролетной рамой и полагают изгибающие моменты в средних пролетах многопролетной рамы такими же, как и в среднем пролете трехпролетной рамы. При расчете по методу перемещений число неизвестных углов поворота равно числу узлов в одном ярусе рамы. Горизонтальным смещением при вертикальных нагрузках обычно пренебрегают. При расчете по методу сил в качестве неизвестных принимают опорные моменты ригелей одного яруса рамы и сводят задачу к решению трехчленных уравнений балки на упруговращающихся опорах. Если ригель рамы на крайних опорах шарнирно опирается на несущие наружные стены, расчет предусмотрен табл. I прил. 11. В таблицах опорные моменты ригелей рамы, имеющей колонны с одинаковыми сечениями где —табличные коэффициенты, зависящие от схемы загружения постоянной и временной нагрузками и от отношения суммы погонных жесткостей стоек, примыкающих к узлу, к погонной жесткости ригеля; — постоянная и временная нагрузка на 1 м ригеля; — пролет ригеля между осями колонн, Изгибающие моменты в стойках для каждой схемы загружения рамы определяют по разности опорных моментов ригелей в узле, распределяя ее пропорционально погонным жесткостям стоек. Изгибающие моменты в пролетных сечениях ригелей, а также поперечные силы определяют обычными способами как в однопролетной балке с опорными моментами по концам, загруженной внешней нагрузкой. При расчете рам целесообразно учитывать образование пластических шарниров и выравнивать изгибающие моменты для достижения экономического и производственного эффекта: облегчения сборных стыков, увеличения повторяемости элементов опалубки и арматуры, упрощения армирования монтажных узлов, облегчения -условий бетонирования их и т. п. Для этого раму (как и ригель балочного перекрытия) рассчитывают на действие постоянной нагрузки и временной нагрузки при различных загружениях как упругую систему. Затем для каждого из загружений строят свою добавочную эпюру моментов, которую суммируют с эпюрой упругой системы. Значение выравненного момента не оговаривается, но для его определения следует выполнить расчеты по предельным состояниям второй группы. Практически необходимо, чтобы выравненный момент в расчетном сечении составлял не менее 70 % момента в упругой схеме. В рамных конструкциях целесообразно намечать места образования пластических шарниров на опорах ригелей и уменьшать опорные моменты. При допущении, что рама рассчитана как упругая система, для определенного загружения получена эпюра моментов. Если теперь для этого же загружения строить добавочную эпюру моментов, то добавочный опорный момент ДМ будет заданной величиной. Вследствие этого рассматриваемую раму и систему канонических уравнений расчленяют на две более простые системы с меньшим числом неизвестных. При упрощенном способе выравнивания моментов ригели многоэтажных и многопролетных рам загружают временной нагрузкой через пролет и постоянной нагрузкой во всех пролетах; при этом получают эпюру моментов с максимальными моментами в загруженных пролетах и на стойках, которую принимают в качестве выравненной эпюры моментов. Опорные моменты ригелей в такой эпюре при отношениях интенсивности временной и постоянной нагрузок обычно составляют не менее 70 % максимального момента в упругой схеме. В расчете по выравненным моментам необходимо, чтобы в сечениях стоек рам момент продольной силы относительно центра тяжести сжатой зоны составлял не менее 70 % соответствующего момента в упругой схеме, а в сечениях стоек рам, работающих по случаю 2, кроме того, воспринималась полная продольная сила и, по крайней мере, половина изгибающего момента в упругой схеме.' 47. Статический расчѐт многоэтажных рам на ветровую нагрузку. Сочетание нагрузок при определении усилий в многоэтажных рамах. Расчет на горизонтальные (ветровые) нагрузки выполняют приближенным методом. Распределенную горизонтальную нагрузку заменяют сосредоточенными силами, приложенными к узлам рамы. Нулевую точку эпюры моментов стоек всех этажей рамы, кроме первого, считают расположенной в середине высоты этажа, а в первом этаже (при защемлении стоек в фундаменте) — на расстоянии 2 / 3 высоты, считая от места защемления. Ярусные поперечные силы рамы они распределяются между отдельными стойками пропорционально жесткостям (15.2) где — жесткость сечения стойки; — число стоек в ярусе, Крайние стойки рамы, имеющие меньшую степень защемления в узле, чем средние стойки (поскольку к крайнему узлу ригель примыкает только с одной стороны), воспринимают относительно меньшую долю ярусной поперечной силы, что учитывают в расчете условным уменьшением жесткости крайних стоек, умножая на коэффициент равный: Здесь — погонная жесткость ригеля крайнего пролета; — погонная жесткость крайней стойки, примыкающей к узлу снизу. По найденным поперечным силам определяют изгибающие моменты на стойках всех этажей, кроме первогоз (15.3) Для первого этажа изгибающий момент стойки в верхнем и нижнем сечениях (15.4) При определении опорных моментов ригелей суммарный момент в узле рамы от выше и ниже расположенных стоек распределяется между ригелями пропорционально их погонным жесткостям. В крайнем узле момент ригеля равен сумме моментов стоек. 48. Конструктивные схемы членения многоэтажных рам на сборные элементы. Многоэтажные сборные рамы. Их членят на отдельные элементы, изготовляемые на заводах и полигонах с соблюдением требований технологичности изготовления и монтажа конструкций. Ригели рамы членят преимущественно на отдельные прямолинейные элементы, стыкуемые по грани колонны скрытым или консольным стыком. Колонны также членят на прямолинейные элементы, стыкуемые через два этажа выше уровня перекрытия. Чтобы сохранить монолитность узлов и уменьшить число типов сборных элементов, многоэтажные рамы в некоторых случаях членят на отдельные однопролетные одноэтажные рамы. Стыки многоэтажных сборных рам, как правило, выолняют с замоноличиванием —жесткими. При шарнирных стыках уменьшается общая жесткость здания и снижается сопротивление деформированию при горизонтальных нагрузках. Этот недостаток становится особенно существенным с увеличением числа этажей каркасного здания. Шарнирные стыки ригелей на консолях колонн неэкономичны, особенно в сравнении с жесткими бесконсольными стыками ригелей. Типовые ригели пролетом 6 м армируют ненапрягае-мой арматурой, пролетом 9м— напрягаемой аратурой в пролете. Колонны высотой в два этажа армируют продольной арматурой и поперечными стержнями как внецентренно сжатые элементы. Жесткие стыки колонн многоэтажных рам воспринимают продольную силу N, изгибающий момент М и поперечную силу Q. Арматурные выпуски стержней диаметром до 40 мм стыкуют ванной сваркой. При четырех арматурных выпусках для удобства сварки устраивают специальные угловые подрезки бетона длиной 150 мм; при арматурных выпусках по периметру сечения подрезку бетона делают по всему периметру. Концы колонн, а также места подрезки бетона усиливают поперечными сетками и заканчивают стальной центрирующей прокладкой (для удобства рихтовки на монтаже). После установки и выверки стыкуемых элементов колонны и сварки арматурных выпусков устанавливают дополнительные монтажные хомуты диаметром 10... 12 мм. Полости стыка (подрезка бетона) и узкий шов между торцами элементов замоноличивают в инвертарной форме под давлением. Исследования показали достаточную прочность и надежность стыка. Описанный стык также экономичнее по расходу стали и трудоемкости в сравнении с другими стыками, устраиваемыми на сварке стальных закладных деталей. Уменьшение изгибающего момента в стыках колонн многоэтажного каркасного здания в большинстве случаев достигается выбором места расположения стыка ближе к середине высоты этажа, где изгибающие моменты от действия нагрузок приближаются к нулю и где улучшаются условия для монтажа колонн. 49. Конструирование узлов и стыков многоэтажных рам. Стыки многоэтажных сборных рам, как правило, выолняют с замоноличиванием —жесткими. При шарнирных стыках уменьшается общая жесткость здания и снижается сопротивление деформированию при горизонтальных нагрузках. Этот недостаток становится особенно существенным с увеличением числа этажей каркасного здания. Шарнирные стыки ригелей на консолях колонн неэкономичны, особенно в сравнении с жесткими бесконсольными стыками ригелей. Типовые ригели пролетом 6 м армируют ненапрягаемой арматурой, пролетом 9м— напрягаемой аратурой в пролете. Колонны высотой в два этажа армируют продольной арматурой и поперечными стержнями как внецентренно сжатые элементы. Жесткие стыки колонн многоэтажных рам воспринимают продольную силу N, изгибающий момент М и поперечную силу Q. Арматурные выпуски стержней диаметром до 40 мм стыкуют ванной сваркой. При четырех арматурных выпусках для удобства сварки устраивают специальные угловые подрезки бетона длиной 150 мм; при арматурных выпусках по периметру сечения подрезку бетона делают по всему периметру. Концы колонн, а также места подрезки бетона усиливают поперечными сетками и заканчивают стальной центрирующей прокладкой (для удобства рихтовки на монтаже). После установки и выверки стыкуемых элементов колонны и сварки арматурных выпусков устанавливают дополнительные монтажные хомуты диаметром 10... 12 мм. Полости стыка (подрезка бетона) и узкий шов между торцами элементов замоноличивают в инвертарной форме под давлением. Исследования показали достаточную прочность и надежность стыка. Описанный стык также экономичнее по расходу стали и трудоемкости в сравнении с другими стыками, устраиваемыми на сварке стальных закладных деталей. Уменьшение изгибающего момента в стыках колонн многоэтажного каркасного здания в большинстве случаев достигается выбором места расположения стыка ближе к середине высоты этажа, где изгибающие моменты от действия нагрузок приближаются к нулю и где улучшаются условия для монтажа колонн. Конструирование рамных узлов Входящие углы элементов рамы в растянутой зоне "должны иметь поперечную арматуру, назначаемую по расчету в соответствии с указаниями на стр. 91. В плитных конструкциях толщиной до 120 мм при диаметре продольной арматуры не более 12 мм специальная поперечная арматура может не ставиться при условии заанкеривания продольной арматуры в сжатой зоне плиты. Рекомендуется часть продольных стержней отгибать с тем, чтобы они пересекали основание равнобедренного треугольника ABC (рис. 1.126,г). При величине входящего угла растянутая зона его должна армироваться системой пересекающихся стержней, перепускаемых в каждую сторону (от вершины угла). При армировании сварными каркасами возможен перепуск каркасов друг за друга (рис. 1.126,а) либо доведение их до вершины угла и приварка к специальным фасонкам (рис. 1.126,6). В первом случае каркасы должны быть заведены в бетон за вершину входящего угла на величину принимаемую по табл. 1.59. Во втором случае к фасонкам должны быть предварительно приварены поперечные стержни, связанные точечной сваркой в каркас стержнями, изогнутыми по форме угла, стыкуемыми затем со сжатыми стержнями каркасов, подходящих с обеих сторон к узлу, сварным стыком внахлестку. При величине входящего угла армирование его может производиться криволинейными каркасами, выполняемыми по форме элемента, либо непрерывными стержнями, изогнутыми по форме входящего угла. В местах примыканий ригелей рам к стойкам, продолжающимся выше этих ригелей (рис. 1.127), растянутые стержни ригелей заводятся за внутреннюю грань колонны не менее чем на величину уапапап / н , принимаемую по табл. 1.60. Если требуемая длина заделки арматуры ригеля превосходит высоту сечения стойки, стержни заделываемой арматуры отгибаются книзу по дуге круга радиусом не менее 3d. Если сечение колонны в местах примыкания ригелей всегда сжато, указанные выше запуски арматуры ригелей могут быть уменьшены на 10 диаметров. В местах примыкания ригелей рам к стойкам верхних этажей растянутые стержни ригелей должны быть заведены в стойку следующим образом: 1. Если изгибающий момент в верхнем сечении стойки невелик ( —эксцентриситет нормальной силы относительно гео- метрической оси сечения, —высота сечения стойки), армирование может выполняться, как указано на рис. 1.128. Длина при выполнении перепуска внахлестку без сварки принимается по табл. 1.60. 2. При средних величинах изгибающего момента , помимо перепуска, указанного выше, не менее двух стержней должны быть заведены за нижнюю грань ригеля на 30 диаметров (рис. 1.129). 3. При больших изгибающих моментах в верхнем сечении стойки часть стержней стойки может быть доведена до верха ригеля, а часть должна быть заведена в ригель. Стержни верхней опорной арматуры ригеля должны быть заведены в стойку за нижнюю грань ригеля не менее чем на 30 диаметров, причем в одном сечении обрывать более двух стержней не рекомендуется (рис. 1.130). Перегиб стержней в углах следует осуществлять по дуге круга радиусом 15d. При конструировании ригелей и стоек рамных конструкций следует также руководствоваться указаниями, приведенными выше для балок и стоек. |