Конспект лекций по дисциплине железобетонные и каменные конструкции, пространственные несущие системы 8 семестр Направление подготовки 08. 03. 01

• Название: Конспект лекций по дисциплине железобетонные и каменные конструкции, пространственные несущие системы 8 семестр Направление подготовки 08. 03. 01
• Дата: 19.08.2022
• Размер: 1.19 Mb.
• Имя файла: KL_8sem_ZHBiKK_PNS.pdf
• Тип: Конспект лекций; #648936
• страница: 11 из 12

c
S
статический момент сжатой зоны сечения кладки относительно центра тяжести растянутой арматуры.
При больших эксцентриситетах (рис. 12.2) расчетное условие для прямоугольных сечений при
0 55
,
0
h
x 
имеет вид
)
85
,
0
(
'
s
s
s
s
g
A
R
A
R
Rbx
m
N





, (5) где

R

85
,
0
сопротивление кладки сжатой зоны сечения;

x
расчетная высота сжатой зоны сечения;


коэффициент, принимаемый для прямоугольных сечений равным
45
,
1
/
1 0



h
e

Высоту сжатой зоны сечения
x
определяют из условия равновесия моментов всех сил относительно точки приложения внешней силы:
0
)
2
/
(
85
,
0
'
'
0





e
A
R
e
A
R
x
h
e
Rbx
s
s
s
s

. (6)

Знак минус перед '
'
e
A
R
s
s
принимается когда сила
N
приложена между центрами тяжести сжатой и растянутой арматуры. При этом должно выполняться условие
a
x
2

. Защитный слой при наружном армировании не учитывается, поэтому можно принять
0
'

 a
a
При малых эксцентриситетах, когда
0 55
,
0
h
x 
условие прочности имеют вид:
e
a
h
A
R
Rbh
m
N
s
s
g
/
)]
(
42
,
0
[
'
0
'
2 0





; (7)
'
0 2
0
/
)]
(
42
,
0
[
e
a
h
A
R
Rbh
m
N
s
s
g





, (8) где

'
, e
e
соответственно расстояние от точки приложения силы
N
до центра тяжести сечения арматуры
s
A
и '
s
A
Рис. 12.2

Л Е К Ц И Я № 8/13
П Л А Н
13.1. Расчет элементов кладки по предельным состояниям второй группы
13.2. Особенности проектирования пространственных несущих систем на основе каменной кладки.
13.1. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КЛАДКИ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ
СОСТОЯНИЯМ ВТОРОЙ ГРУППЫ
По образованию и раскрытию трещин (швов кладки) и по деформациям, согласно СНиПII-22-81
*
, следует рассчитывать следующие элементы: а) внецентренно сжатые неармированные элементы при эксцентриситетах
y
e
7
,
0 0

; б) смежные, работающие совместно конструктивные элементы кладки из материалов различной деформативности (с различными модулями упругости, ползучестью, усадкой) при значительной разнице в напряжениях, возникающих в этих элементах; в) самонесущие стены, связанные с каркасом и работающие совместно для восприятия нагрузок; г) стеновые заполнения каркасов – на перекос в плоскости стены; д) продольно-армированные емкости при наличии требований непроницаемости штукатурных или плиточных изоляционных покрытий; е) другие элементы сооружений, в которых по условиям эксплуатации образование трещин должно быть ограничено.
Расчет по раскрытию трещин не производят при учете особых нагрузок или воздействий (сейсмических, взрывных и других). При расчете каменных и армокаменных конструкций по предельным состояниям второй группы учитывают: по деформациям – нормативные нагрузки, по раскрытию трещин – расчетные или нормативные нагрузки при основных их сочетаниях.
Конструкции, в которых по условиям эксплуатации не может быть допущено появление трещин в штукатурных или других покрытиях, должны проверяться расчетом на деформации растянутых поверхностей. Этот расчет каменных конструкций из неармированной кладки производят по формулам: а) при осевом растяжении
u
EA
N


; (9) б) при изгибе
)
/(
y
h
EJ
M
u



; (10) в) при внецентренном сжатии
]
1
/
)
(
/[
0



J
e
y
h
A
EA
N
u

; (11) г) при внецентренном растяжении
]
1
/
)
(
/[
0



J
e
y
h
A
EA
N
u

, (12) где
N
и

M
соответственно продольная сила и момент от нормативных нагрузок, которые будут приложены после нанесения на поверхность кладки штукатурных или плиточных покрытий;

J
момент инерции сечения;

E
модуль деформаций кладки;

u

предельные деформации растяжения кладки;

 )
(
y
h
расстояние от центра тяжести сечения кладки до наиболее

удаленной растянутой грани покрытия;


N
M
e
/
0
эксцентриситет продольной силы.
Расчет по раскрытию трещин производят для внецентренно сжатых неармированных каменных конструкций при эксцентриситетах
y
e
7
,
0 0

Основу расчета составляют следующие принятые допущения: усилия определяют по расчетным нагрузкам при основных их сочетаниях, в сечении принимается линейная эпюра напряжений внецентренного сжатия как для упругого тела, расчет производится для полного сечения по условному краевому напряжению растяжения, которое характеризует величину раскрытия трещин в растянутой зоне и определяется по известной формуле сопротивления материалов
]
1
)
/
)[(
/
(
/
/
/
/
0






W
Ae
A
N
A
N
W
Ne
A
N
W
M
t

, (13) откуда
]
1
)
/
/[(
0


W
Ae
A
N
t

, (14) где

t

напряжения в растянутой зоне;

W
момент сопротивления сечения.
Заменяя в выражении (14) напряжения
t

на расчетное сопротивление кладки растяжению при изгибе
tb
R
, а момент сопротивления на
)
/(
y
h
J
W


и вводя коэффициент условия работы кладки по раскрытию трещин
r

, получим расчетную формулу
]
1
/
)
(
/[
0



J
e
y
h
A
AR
N
tb
r

. (15)
В тех случаях, когда появление трещин в штукатурке не является опасным для прочности и устойчивости конструкций, продольные силы подсчитываются по нормативным нагрузкам.
13.2. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ
НЕСУЩИХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ КАМЕННОЙ КЛАДКИ
В пространственной системе из каменной кладки при расчете поперечных несущих стен учитывается их совместная работа с наружными поперечными стенами.
Расчетная схема каменной пространственной системы принимается в виде конструктивных элементов, защемлённых в фундаменте таврового или двутаврового сечения.
Расчет каменной пространственной системы ведется преимущественно без учета внецентренного приложения горизонтальной нагрузки.
Исключение составляет тот случай, когда напряжение от кручения здания превышает на 25% напряжения от изгиба.
гр
l
Рис. 13.1. План здания с поперечными стенами

Горизонтальную нагрузку, распределенную по трапеции, заменяют эквивалентными сосредоточенными силами, приложенными в уровне каждого междуэтажного перекрытия. Здание разбивают на отдельные консоли для каждой несущей стены.
В этом случае величина горизонтальной сосредоточенной силы в уровне междуэтажного перекрытия определяется
 
гр
ЭТ
i
i
l
h
x
q
W


, (1) где
)
(
i
x
q
- интенсивность трапециевидной нагрузки на 1м
2
фасада в уровне i- того перекрытия;
i
x
-координата i -того перекрытия от верха здания;
гр
l
- ширина грузовой площади для рассчитываемой горизонтальной стены по горизонтальной нагрузке.
Сосредоточенные силы
i
W
в горизонтальном сечении расчётной схемы создают результирующую поперечную силу


k
k
W
Q


n
k
i
i
W
. (2)
Суммирование здесь производится от верха здания до расчетного уровня k - того перекрытия.
Сосредоточенные силы в горизонтальном k -том сечении создают изгибающий момент
i
n
k
i
i
k
h
W
M




, (3) где
i
h
- расстояние от уровня k -того перекрытия до точки приложения
i
W
Суммирование производится до k -того перекрытия.
к
M
- разгружает наружную стену, примыкающую к поперечной с наветренной стороны и догружает – с заветренной. В этом случае в горизонтальном сечении простенков наружной стены возникают дополнительные продольные силы и напряжения:
n
h
k
1
h
2
h
Рис. 13.2. Схема приложения
i
W










k
k
k
гор
S
z
I
y
A
M
N
1
,
, (4) где I - момент инерции расчетного сечения стены (таврового или двутаврового сечения), при этом свесы полок в каждую сторону принимаются равными
k
S
;

A- площадь сечения, рассчитываемого простенка наружной стены;
k
S
- расстояние (длина участка наружной стены, учитываемая в совместной работе с поперечной стеной с одной стороны от неё), для беспроёмных наружных стен
k
S
=0.8
k
X
, для проёмных участков



3 75
,
0
net
bk
w
k
A
A
h
S
;

w
h - сумма высот горизонтальных поясов кладки между проёмами;
bk
A
- площадь сечения наружной стены без проёмов на участке длиной
k
S
;
net
A
- суммарная площадь сечения простенков на этом же участке; z - расстояние от оси поперечной стены до центра тяжести рассчитываемого простенка; y - расстояние от центра тяжести сечения расчетной консоли до оси рассчитываемого простенка;
k
S
в любом случае принимается не более l/2, где l - расстояние между соседними поперечными стенами.
Если часть продольных стен учитывается в совместной работе с поперечными стенами, то должна быть обеспечена прочность зоны сопряжения продольной стены с поперечной на срез от вертикальной перерезывающей силы
T
гор,к,
возникающей от горизонтальных нагрузок. Она определяется отдельно для каждого этажа.
I
h
y
A
Q
T
эт
n
k
к
гор




,
, (5)
w
h
K
K
l
R
l

b y z
k
S
k
S
Рис. 13.3. Схемы здания

Рис. 13.3. Продолжение где
k
Q
- поперечная сила от горизонтальных сосредоточенных ветровых сил
i
W
, расположенных выше расчетного уровня;
n
A
- площадь сечения простенков в пределах участка 2S
k
Условие прочности зоны сопряжения поперечных и продольных стен, согласно СНиП II-22-81* имеет вид
sq
эт
к
гор
R
h
T




,
, (6) где

- толщина стены;
sq
R
- расчетное сопротивление каменной кладки срезу по вертикальному перевязанному шву.
Если условие (6) не выполняется, то поперечную стену следует рассчитывать без учета совместной работы с продольными стенами. Простенки продольных стен в этом случае рассчитываются только на вертикальную нагрузку, приходящуюся непосредственно на них, а поперечная стена на совместное действие сжимающей силы N , от нагрузок непосредственно приложенных к этой стене, и на момент
M
)
/
(
0
N
М
е 
Если же прочность узла сопряжения стен достаточна, то простенки наружных стен рассчитываются на совместное действие внецентренно приложенных вертикальных сил от перекрытий и дополнительной продольной силы N
гор,к
(4) от горизонтальных нагрузок, которые прикладываются к простенку центрально.
Поперечная сила от горизонтальных нагрузок, вызывает в ней главные растягивающие напряжения. Поэтому при проектировании пространственной несущей системы здания необходимо обеспечить прочность кладки поперечной стены на действие главных растягивающих напряжений.
Проверка прочности проводится из условия:


b
R
Q
tq
k


– (7)
- при отсутствии растянутой зоны в горизонтальном сечении поперечной стены;


c
tq
k
A
R
Q


– (8)
- при наличии растянутой зоны в горизонтальном сечении поперечной стены, где
c
A
- площадь сжатой зоны сечения поперечной стены;
tq
R
- расчетное сопротивление кладки скалыванию, обжатой вертикальной силой,
tq
R
определяется в зависимости от действия вертикальной нагрузки с коэффициентом надёжности 0,9.
)
(
0






t
t
tq
R
R
R
, (9) где

t
R
- расчетное сопротивление горизонтального шва кладки на главное растягивающее напряжение;
0

- напряжения обжатия кладки от вертикальной нагрузки;
n
A
N
9 0
0


- при отсутствии растягивающих напряжений в горизонтальном сечении стены; N - вертикальная нагрузка на стену;
n
A
- площадь сечения поперечной стены за вычетом проёмов;
c
A
N
9 0
0


- при наличии растягивающих напряжений в горизонтальном сечении стены;
c
A
- площадь сжатой зоны сечения поперечной стены;

- параметр неравномерности касательных напряжений в кладке поперечной стены;
I
b
S 

0

- коэффициент неравномерности касательных напряжений, допускается принимать

=1.15 - для двутавровых расчетных сечений;

=1.35 - для тавровых расчетных сечений;

=1.5 - для прямоугольных расчетных сечений;
0
S
- статический момент части расчетного сечения консоли расположенной с одной стороны от нейтральной оси сечения 0-0, вычисленный относительно этой оси.
Если условия прочности (7) или (8) не выполняются, то для обеспечения прочности следует армировать кладку горизонтальными арматурными стержнями, при этом в условиях (7) и (8) R
tq необходимо уточнить с учетом армирования.
)
(
0








s
s
stq
R
R
R
, где
s
R
- расчетное сопротивление стержней горизонтальной арматуры на растяжение;

- коэффициент армирования кладки по вертикальному сечению стены.
Если в поперечной стене имеются проёмы, то в надпроёмных перемычках возникают вертикальные перерезывающие силы:
b
h
Q
T
эт
k
R




. (10)
Для обеспечения прочности надпроёмных перемычек необходимо проверить их сечение на перерезывающую силу и изгибающий момент:

3 2
R
t
R
A
R
T




; (11)
R
R
R
tb
R
l
h
A
R
T



3
, (12) где
R
A
- площадь сечения надпроёмной перемычки;
R
h
- высота сечения надпроемной перемычки;
R
l
- пролёт надпроёмной перемычки;

tb
R
расчетное сопротивление кладки растяжению при изгибе, определяемое по СНиПII-22-
81*.
Если условия (11) и (12) не выполняются, то обязательно применяются железобетонные перемычки.
В этом случае железобетонные перемычки рассчитываются согласно
СНиП2.03.01-84* на поперечную силу
2

R
R
l
q
T
Q



(13) и на момент
16

2 2
R
R
R
l
q
l
T
M




, (14) где q
- погонная нагрузка на железобетонную перемычку от вертикальных нагрузок.

Библиографический список
1 Основная литература
1.1. Бондаренко, В.М. Железобетонные и каменные конструкции : учебник для вузов / В.М.Бондаренко [и др]; под ред.В.М.Бондаренко. – 4-е изд., доп. – М.: Высш. шк., 2007. – 887с.: ил. – Библиогр.в конце кн. – ISBN 5-06-
003162-4 /в пер./ : 487.90.
1.2. Заикин, А.И. Проектирование железобетонных конструкций многоэтажных промышленных зданий: (примеры расчета: учеб.пособие для вузов / А.И.Заикин. – 2-е изд.,стер. – М.: АСВ, 2005. – 200с. : ил. – Библиогр.в конце кн. – ISBN 5-93093-132-1 : 125.00.
1.3. Кумпяк, О.Г. Железобетонные конструкции. Ч.1: Учебник для вузов:
В 3ч. / О.Г.Кумпяк, А.М.Болдышев, Н.К.Ананьев и др.; Под ред. О.Г.Кумпяка. –
М.: АСВ, 2003. – 280с.: ил. – Библиогр. в конце кн. – ISBN 5-93093-192-5 /в пер./ : 120.00 . – ISBN 5-93057-033-7(ч.1).
1.4. Фролов, А.К. Проектирование железобетонных, каменных и армокаменных конструкций: учеб. пособие для вузов / А.К.Фролов, [и др.]. –
М.: АСВ, 2001/2002/2004. – 176с.: ил. – Библиогр. в конце кн. – ISBN 5-93093-
084-8: 93.75.
1.5. Канчели, Н.В. Строительные пространственные конструкции : учеб. пособие для вузов / В.Н.Канчели. – М.: АСВ, 2003. – 112с.: ил. – Библиогр. в конце кн. – ISBN 5-93093-206-9: 125.00.
1.6. Булгаков, С.Н. Теория здания. Т.1, Здание-оболочка / С.Н. Булгаков
[и др.]. – М.: АСВ, 2007. – 280с.: ил. – Библиогр. в конце гл. – ISBN 978-5-
93093-518-9 /в пер./: 288.00.
2 Дополнительная литература
2.1. Алмазов, В.О. Проектирование железобетонных конструкций по евронормам / В.О.Алмазов. — М.: АСВ, 2007 .— 216с.: ил. — ISBN 978-5-
93093-502-8 : 250.00.
2.2. Маилян, Р.Л. Строительные конструкции: учебное пособие /
Р.Л.Маилян, Д.Р.Маилян, Ю.А.Веселев;под ред. Р.Л.Маиляна. – 2-е/3-е изд. –
Ростов-на/Д : Феникс, 2005/2008. – 880с.: ил. – (Строительство). – Библиогр. в конце кн. – ISBN 5-222-07026-3 /в пер./: 290.00.
2.3. Бондаренко, В.М. Примеры расчета железобетонных и каменных конструкций: учеб.пособие для вузов / В.М.Бондаренко, В.И.Римшин . – 2-е изд., доп. – М.: Высш.шк., 2007 . – 567с. – (Для высших учебных заведений:
Строительство). – Библиогр. в конце кн. — ISBN 978-5-06-004437-9 /в пер./ :
380.46.
2.4. Санжаровский, Р.С. Теория расчета строительных конструкций на устойчивость и современные нормы: Учеб. пособие для вузов / Р.С.
Санжаровский, А.А.Веселов. – М.: АСВ, 2002. – 128с.: ил. – Библиогр. в конце кн. – ISBN 5-93093-146-1: 108.00.

2.5. Батищев, А.А. Современное здание. Конструкции и материалы: справочное пособие по проектированию и строительству / А.А.Батищев [и др.].
– М.-СПб.: Новое, 2004. – 704c.: ил. + 4 CD. – ISBN 5-902577-01-2 /в пер./:
1805.17. – ISBN 5-902577-02-00 (электронная версия).
2.6. СНиП II-22-81*. Каменные и армокаменные конструкции.— Взамен
СНиП II-В.2-71; введ.1983-01-01 .— М.: ГП ЦПП, 1996 .— 40с.: ил. Интернет- ресурс.
2.7. СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции.—
Взамен СНиП 2.03.01-84*; введ. 2004-03-01.— М.: ФГУП ЦПП, 2004.— 24 с.: ил. Интернет-ресурс.
3 Периодические издания
3.1. Бетон и железобетон. – Выходит шесть раз в год.
3.2. Известия вузов. Серия Строительство. Выходит ежемесячно.
3.3. Промышленное и гражданское строительство. – Выходит шесть раз в год.
3.4. Строительство и реконструкция. – Выходит шесть раз в год.
3.5. Academia. Строительство и архитектура. – Выходит шесть раз в год.
4. Программное обеспечение и Интернет-ресурсы
4.1. Программное обеспечение
 LIRA
 SCAD Office
 STARK ES
 ППП СМК для IBM
 Maple
 MathCAD
4.2. Интернет-ресурсы
 http://www.predel.chgpu.ru/
- Наилучший источник информации webarciv
 http://www.ipmnet.ru/
- Официальный сайт Института Проблем
Механики РАН им. А.Ю.Ишлинского
 http://www.elibrary.ru/org_items.asp?orgsid=656
–
Научная электронная библиотека
 http://www.imash.ru/
-
Официальный сайт
Института
Машиноведения РАН им. А.А.Благонравова
 http://www.izvuzstr.sibstrin.ru/pages/fulltext
-
Официальны сайт
Журнала
«Известия вузов.
Строительство».
Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет