Конспект лекций по дисциплине железобетонные и каменные конструкции, пространственные несущие системы 8 семестр Направление подготовки 08. 03. 01
 Скачать 1.19 Mb.
|
|
kz k IV ky ky B z Q q . (13) Полный изгибающий момент, вызванный внецентренным приложением горизонтальной нагрузки, действующей на отдельную диафрагму или ядро, определяется из условия. ky ky ky M М M . (14) Полная нагрузка на ядро или диафрагму ky ky ky q q q , где iz kz y ky B B x q q – горизонтальная нагрузка при поступательном смещении перекрытий. Прогиб любой вертикальной несущей конструкции в ядро-диафрагмовой системы, вызванный поворотом от горизонтальной нагрузки равен k ky Z H x x )] ( ) ( [ ) ( ˆ , (15) а прогиб от поступательного смещения, соответственно H x a H x H x a a B H q х kz ky ky 3 5 5 ) 1 ( 11 4 120 0 ) ( 4 5 4 Полный прогиб диафрагмы или ядра, вызванный поворотом или смещением от горизонтальной нагрузки определяется в виде суммы: x H x a H x H x a a B H q х ky kz ky ky 3 5 5 ) 1 ( 11 4 120 0 ) ( 4 5 4 . (16) Окончательно для определения полного прогиба ядра или диафрагмы с учетом внецентренного действия вертикальных нагрузок в выражение (16) можно добавить прогибы от соответствующих нагрузок x х х ky ky ky ) ( ) ( 6 / ] ) / ( / 3 2 )[ / / ( 3 3 1 H H x H x B Tz B m k n i iz eq y Жесткость на чистое кручение замкнутого контура в плане ядра без проемов с размерами сторон b и t и толщиной стенки определяется по условия t b t b G I G b d b 2 2 2 Жесткость ядра жесткости на чистое кручение при ослаблении сечения проёмами определяется приближенным способом i i n b d b s b A G I G 1 1 2 , где t b bt ; n A площадь сечения ядра за вычетом проёмов; i b -расстояние между центрами тяжести сечений столбов ядра, примыкающих к i-тому проёму; t b b i 2 (см. рис. 5.2); i S – параметр жесткости надпроёмной перемычки, i n эm i i b B h l S 12 3 ; i l – размер проёма i-го проема; эm h – высота этажа; n B – изгибная жесткость надпроёмной перемычки; i b t b Рис. 5.2. Замкнутое в плане ядро жёсткости. i l Л Е К Ц И Я № 8/6 П Л А Н 6.1. Влияние переменной жесткости диафрагм на деформации пространственной системы. 6.2. Распределение усилий между элементами сборной диафрагмы жесткости. 6.1. ВЛИЯНИЕ ПЕРЕМЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ ДИАФРАГМ НА ДЕФОРМАЦИИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СИСТЕМЫ В зданиях большой высоты целесообразно менять несущую способность диафрагм жесткости в соответствии с изменением усилий в них. Обычно меняют ступенчато сечение диафрагм. Чаще всего меняют толщину стенок d и класс их бетона в одном или 2-х местах по высоте здания. Прогибы пространственной системы с диафрагмами жесткости, меняющими толщину по высоте здания, ступенчато определяются с учетом того, что кривизна изогнутой оси диафрагм подчиняется дифференциальному уравнению изгиба стержня B M 1 . (1) При расчете диафрагм с переменной жесткостью, их можно заменить на фиктивные консоли с постоянной жесткостью, но нагруженных эпюрой моментов, ступенчато меняющейся в зонах изменения фактической жесткости. i H 1 H H M i x 1 x = х о Рис. 6.1. Слева направо: фактическое здание; фактические возникающие моменты; приведённая эпюра моментов В качестве коэффициента приведения фактической несущей системы и фактической эпюры моментов к эквивалентным заменяющим параметрам применяется коэффициент относительных жесткостей: i i B B k . (2) Результирующий момент в заделке консоли от действия ступенчатой эпюры моментов определяется методами строительной механики: i i x M M , B 1 B i B B 0 M где i х расстояние от центра тяжести участка эпюры до верха здания; i M площадь соответствующего участка эпюры моментов. Полный прогиб заменяющей системы можно заменить по площади i M i i x M B f 1 . (2) Площади фиктивных эпюр можно определить в соответствии с коэффициентом приведения: 1 0 i i i i k k M M , (3) где i M 0 – часть площади 0 M в пределах соответствующего участка Н i Рассматривая условия (2) и (3) совместно полный прогиб фиктивной консоли можно определить следующим образом ) / 1 ( 1 1 1 1 1 0 0 1 0 2 1 02 1 01 0 i i i n n n k k f f k k f k k f k f f f , где 0 f прогиб верха консоли высотой H, имеющий постоянную жесткость по высоте, соответствующую сечению диафрагмы у обреза фундамента; 01 f прогиб верха диафрагмы высотой H 1 , имеющую постоянную жесткость по высоте B 1 i i i R R f f f 1 0 0 1 ; B x M f o o 0 ; rz eq n ky kz n k ky B H H M a B H q f 3 ) ( 11 4 120 0 2 , 4 6.2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ МЕЖДУ ЭЛЕМЕНТАМИ СБОРНОЙ ДИАФРАГМЫ ЖЕСТКОСТИ В каркасных диафрагмах все внешние усилия воспринимаются совместно стенкой и колоннами. y Рис. 6.2. Совместная работа стены и колонн При этом если диафрагма располагается параллельно раме, то вертикальные нагрузки приложены непосредственно к стенке диафрагм, а за счет связей сдвига часть нагрузки передаётся на колонны. В диафрагмах перпендикулярных рамам вертикальная нагрузка непосредственно передаётся на колонны, а через связи сдвига от колонн к стенкам. В обоих случаях полная нагрузка распределяется между колоннами и стенкой согласно условиям k с k k A A A N N ; k с c c A A A N N , где N – полное вертикальное усилие, действующее на диафрагму; k bk k A E A осевая жесткость колонны; c bc c A E A осевая жесткость стенки диафрагмы. Податливость горизонтальных швов стенки диафрагмы учитывается приведенным модулем деформации стенки bc Е , податливость стыков двух- трехэтажных колонн ввиду их большой жесткости не учитывается. В каркасной диафрагме момент М, воспринимаемый всем сечением. Учитывая совместную работу колонн и стенки диафрагм, колонна воспринимает дополнительное усилие от изгиба: red k М k I A y M N , , где M – изгибающий момент, действующий в расчетном сечении всей диафрагмы; red I момент инерции всей диафрагмы и колонн. В общем случае диафрагмовые колонны рассчитываются на суммарное усилие М k k N N N , Стенки диафрагмы рассчитываются на усилие c N с учетом расчетного эксцентриситета N M e у 0 ; а z е e 0 y Рис. 6.3. К расчёту диафрагмовых колонн Здесь M – момент от вертикальной и горизонтальной нагрузок, воспринимаемый всем сечение диафрагмы с учетом колонн и стенки; N – полное вертикальное усилие, приложенные к диафрагме; z y e e , эксцентриситеты приложения нагрузки, z e равен случайному эксцентриситету, либо если грузовая площадь не симметрична относительно оси y, то z e равен расчетному эксцентриситету с учетом одного перекрытия, расположенного над расчетным уровнем: a z z e N e N e 1 , где 1 N равнодействующая вертикальной нагрузки, приходящейся на диафрагму с учетом грузовой площади от одного перекрытия; N – полное расчетное усилие в сечении с учетом N 1 * z e Колонны и стенки диафрагм воспринимают вертикальную и горизонтальную нагрузки совместно, поэтому по вертикальным швам, соединяющим колонны и стенки, возникают перерезывающие силы T. T T 0 k P 0 i P Рис. 6.4. Совместная работа колонн и стены в диафрагмах жёсткости. Погонная перерезывающая сила, возникающая между колонной и стенкой диафрагмы от вертикальных нагрузок для диафрагм, воспринимающих нагрузку от перекрытий непосредственно определяется из условия: 0 0 1 k c k k i N P A A A P T Для диафрагм расположенных параллельно плитам перекрытия – 0 0 2 cm c k c i N P A A A P T , где с k A A , осевые жесткости; 0 k P погонная вертикальная нагрузка, приложенная непосредственно к колонне (равна собственному весу колонны + вес стеновых панелей); 0 cт P погонная вертикальная нагрузка, приложенная непосредственно к стенке диафрагмы; Если на диафрагму непосредственно опираются плиты перекрытия, то из всего усилия 0 i P в усилие 0 k P входит собственный вес колонн и навесных стен, а в усилие 0 cm P вся оставшаяся часть от 0 i P Если же диафрагма расположена параллельно плитам перекрытия, то из всего усилия 0 i P в условии 0 cm P входит собственный вес стенки, а в 0 k P оставшаяся часть усилия 2 0 i P Под действием изгибающего момента в швах дополнительно возникает погонная сила red k iy М I S Q T , где iy Q расчетная поперечная сила, приходящаяся на рассматриваемую i-тую диафрагму в расчетном горизонтальном сечении от вертикальных и горизонтальных нагрузок; red I момент инерции всей диафрагмы с учетом колонн; k S статический момент сечения одной колонны относительно центра тяжести диафрагмы. Полное сдвигающее усилие в шве в пределах одного этажа эm М Ni h T T T На усилие T рассчитывается суммарная длина сварных швов, прикрепляющих закладные детали стенки и колонн диафрагмы в пределах одного этажа – w l , а по величине w l определяют размеры закладных деталей: min w f f w R k n T l , где f n число швов закладной детали, для односторонних швов диафрагм жесткости серии 1.020-1 – 1 f n , для двусторонних швов диафрагм серии ИИ-04 – 2 f n ; w R расчетное сопротивление сварного шва. Ориентировочно назначается количество закладных деталей, а по длине w l определяется длина закладных деталей 3 l : см n l l w 1 3 3 При этом минимальное количество закладных деталей принимается равным 2 min 3 n Л Е К Ц И Я № 8/7 П Л А Н 7.1. Особенности конструирования диафрагм жесткости. 7.2. Расчет прочности нормальных горизонтальных сечений диафрагм жесткости. 7.1. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ ДИАФРАГМ ЖЕСТКОСТИ Несущая способность диафрагм жесткости преимущественно обеспечивается прочностью бетона, однако для повышения надежности конструкции из конструктивных соображений диафрагмы армируются горизонтальными и вертикальными стержнями у противоположных граней из расчета не менее 0,2 см 2 /м. 1м 2 2 0 см A s Рис. 7.1. Армирование бетонных диафрагм в бескаркасных зданиях. В бескаркасных зданиях бетонные диафрагмы армируются плоскими вертикальными каркасами, расстояние между которыми не более 1500 мм. Плоский горизонтальный каркас устанавливается в верхнем и нижнем сечении диафрагм. Если диафрагма имеет проем, то вертикальные каркасы устанавливаются по краям проёма, а также предусматривается армирование перемычки над проемом. Железобетонные диафрагмы, несущая способность которых обеспечивается совместной работой бетона и арматуры, армируются вертикальными плоскими каркасами, расстояние между которыми принимается не более 400 мм. Горизонтальные соединяющие стержни устанавливаются с шагом не более 500 мм. Наиболее распространенные каркасные диафрагмы по серии ИИ-04 и 1.020-1 отличаются между собой по принципам армирования и конструктивного оформления. Диафрагмы серии ИИ-04 имеют угловые подрезки в верхних зонах для размещения консолей колонн. В этой же зоне имеются выпуски арматурных стержней, которые привариваются к закладным деталям колонн. Армируются диафрагмы этой серии замкнутым контурным каркасом из стержней диаметром 12-28 мм. Диафрагмы серии 1.020-1 не имеют угловых подрезок и вместо замкнутого контурного каркаса армируются плоскими вертикальными каркасами. Дополнительно диафрагмы обеих серий по всей площади армируются сетками с ячейками 200 мм и стержней диаметром 5-12 мм. Диафрагмы устанавливают в плоскости параллельно ригелям, заменяют ригели, и плиты перекрытий опирают непосредственно на консоли диафрагм. Диафрагмы перпендикулярные ригелям не имеют консолей. По вертикальным граням диафрагм серии ИИ-04 устанавливаются отдельные места оголения конструктивных каркасов (А) для соединения их с колоннами. В диафрагмах серии 1.020-1 для этой цели предусматривают специальные закладные детали. min 500 500 min Бетонная диафрагма с каркасами Ж/Б диафрагма Устанавливается конструктивно металлические пластины устанавли- шагом 1500 мм ваются под монтажными петлями внизу диафрагмы Рис. 7.2. Армирование диафрагм бескаркасных зданий Диафрагма серии ИИ-04 1 1 C-1 C-1 B B C-2 1 C-2 1 Рис. 7.3. Армирование диафрагм каркасов серии ИИ-04 Диафрагма серии 1.020-1 C-1 C-1 2 2 3 C-2 2 2 Рис. 7.4. Армирование диафрагм каркасов серии 1.020-1 ИИ-04 1.020-1 1 1-1 1 1 3 1 Рис. 7.5. Монтажные схемы диафрагм 2-2 Б 3 B-B колонна 4 колонна Рис. 7.6. 7.2. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ НОРМАЛЬНЫХ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СЕЧЕНИЙ ДИАФРАГМ ЖЕСТКОСТИ Для обеспечения нормальной эксплуатации диафрагм жесткости необходимо выполнить расчеты нормальных сечений на действие продольной силы и моментов, проверить наклонное сечение на действие поперечной силы Q, проверить прочность диафрагмы на сдвиг по горизонтальному шву, рассчитать сварные швы, прикрепляющие диафрагмы по вертикальным швам к закладным деталям колонн. Преимущественно прочность диафрагм обеспечивается несущей способностью бетона и арматуры, установленной в основном конструктивно. Во избежании образования сквозных трещин бетонные диафрагмы проектируются так, чтобы эксцентриситеты приложения продольных сил были малыми. Опыт проектирования показал, что в большинстве случаев оба эксцентриситета оказываются малыми |