ОПЗ. Лекция 1(17) Конструктивные схемы
 Скачать 4.59 Mb.
|
|
N x должны быть полностью восприняты рабочей арматурой. В этом направлении оболочку следует предварительно напрягать. Срединная поверхность таких оболочек описывается уравнением ) / ( ab xy f z (5) При конструировании гипаров следует обеспечить устойчивость контурных конструкций под действием сдвигающих усилий путем устройства специальных упоров или диагональной затяжки по линии действия усилий. Членение оболочек отрицательной гауссовой кривизны на сборные элементы выполняют аналогично членению, показанному на рис. 4. 3. Цилиндрические оболочки Покрытия с цилиндрическими оболочками состоят из плиты свода, по краям которого имеются бортовые элементы и диафрагмы - опоры оболочки рис. 6). Очертание оболочки в поперечном сечении может быть круговым, эллиптическим, параболическими т.п. Оболочки бывают однопролётными и многопролётными, одноволновыми и многоволновыми, гладкими и усиленными рёбрами. Основные параметры оболочки l 1 - пролёт (расстояние между осями диафрагм l 2 – длина волны (расстояние между бортовыми элементами. В зависимости от отношения пролета к длине волны l 1 /l 2 различают длинные цилиндрические оболочки (l 1 /l 2 ≥ 1) и короткие (l 1 /l 2 < 1). Высота оболочки, включая бортовые элементы, обозначается через h 1 , а стрела подъема оболочки без бортовых элементов - через h 3 ( f ). Высоту оболочки h 1 при отсутствии предварительного напряжения принимают равной не менее (1/10...1/15)l 1 , стрелу подъема - не менее (1/6…1/8)l 2 . Высоту бортовых элементов принимают (1/20...1/30)l 2 . Поперечное сечение оболочек, как правило, очерчивают по дуге круга. Толщину плиты t монолитных оболочек принимают (1/200…1/300) l 2 , ноне менее 50 мм, сборных ребристых – не менее 30 мм. Оболочки можно выполнять монолитными и сборными, состоящими из отдельно изготовляемых бортовых балок и ребристых плит, образующих свод. 3.1. Длинные оболочки Под действием нагрузки длинные цилиндрические оболочки работают подобно балкам с пролетом l 1 . Диафрагмы воспринимают опорное давление оболочки и передают его на колонны. В качестве диафрагм используют сплошные балки, фермы и арки с затяжками (рис. 7). Диафрагмы могут быть торцовыми и промежуточными, если покрытие многопролетное. По расчёту цилиндрических оболочек имеется обширная литература. Расчёт на прочность ведут по стадии разрушения при расчётных нагрузках, жёсткость и трещиностойкость при нормативных нагрузках. Оболочки в основном рассчитывают как пространственно деформируемые системы. В многоволновых оболочках крайние полуволны рассчитывают в составе симметричной одноволновой оболочки, а промежуточные волны – также как одноволоновые, нос учётом закрепления продольных краёв от смещения в горизонтальном поперечном направлении (рис. 8). Для многопролётной оболочки, нагруженной равномерно распределённой нагрузкой (рис. 9), достаточно рассчитать однопролётную шарнирно опёртую оболочку пролётом l 0 , равным расстоянию от крайней диафрагмы до нулевой точки на эпюре моментов соответствующей многопролётной балки. При детальном конструировании покрытий необходимо представлять схему распределения действующих усилий в оболочке (рис. 10). В соответствии с этим в верхней части поперечного сечении возникают сжимающие, а в нижней – растягивающие напряжения. Поэтому примерно 80% рабочей растянутой арматуры типа I (рис. 11) помещают в бортовые элементы, в том числе 60...70% площади сечения данной арматуры ставят в нижней зоне бортовых элементов. При пролетах l 1 > м для бортовых элементов рекомендуют напрягаемую продольную арматуру. Сжатую зону в продольном направлении армируют конструктивно стержнями d=5…6 мм с шагом 200…250 мм. В направлении волны также укладывают арматуру в соответствии со знаком эпюры моментов. В результате стержни обоих направлений объединяют в сетку типа II, которую размещают по всей поверхности оболочки. В местах примыкания оболочки к диафрагмам ставит дополнительную рабочую арматуру типа IV (рис. 11). Ее укладывают перпендикулярно диафрагме с целью восприятии местных изгибающих моментов, возникающих из-за краевого эффекта оболочки. Здесь же действуют максимальные сдвигающие усилия Q xy , а тем самыми главные растягивающие усилия N 1 , направленные под углом о, поэтому в оболочке ставят наклонную рабочую арматуру типа Монолитные оболочки, как правило, возводят гладкими. Промежуточные поперечные ребра устраивают лишь в местах расположения подвесных сосредоточенных грузов. Более правильно грузы подвешивать к бортовым элементам. Сборные оболочки применяют в двух вариантах разрезки на сборные элементы Водном оболочки от бортовых элементов не отделяют, в другом – отделяют. В первом варианте (риса) все сборные элементы объединяют в единую систему с помощью предварительно напрягаемой арматуры, пропускаемой в продольных каналах. Монтаж покрытия очень трудоёмок, поскольку покрытия собирают на лесах. Во втором варианте (рис. б) форма сборных элементов проще, монтаж ведут без лесов. Панели оболочки укладывают на бортовые элементы. Однако устройство швов между панелями достаточно сложны. 3.2. Короткие оболочки Цилиндрические оболочки называют короткими, если отношение их размеров в плане l 1 /l 2 < 1 (рис. 7). Опытом установлены практические рекомендации по конструированию монолитных коротких оболочек прим ми. Толщину плиты t принимают по производственным условиям, без расчёта, равной 50…60 мм прими мм прим (классы бетона В20…В30). Бортовой элемент назначают высотой h 2 =(1/10…1/15) l 1 и шириной d=(0,2…0,4) h 2 . Плиту армируют конструктивно сеткой из стержней d=5…6 мм с шагом 100…200 мм. Рассчитывают такие оболочки упрощённым способом. В направлении оболочку рассчитывают как балку. Подобранную арматуру укладывают в бортовые элементы. Вблизи бортовых элементов оболочку армируют дополнительными сетками (риса. Над диафрагмами также ставят дополнительную арматуру (рис. б. В направлении диафрагму рассчитывают во взаимодействии с плитой оболочки (рис. в. Подобранную арматуру укладывают в бортовые элементы. Сборное покрытие с применением коротких цилиндрических оболочек образуется из диафрагм, кровельных ребристых плит П-образного поперечного сечения и бортовых элементов (риса. К достоинствам сборной конструкции относится простота изготовления элементов и монтажа покрытия, а также общая жёсткость системы. Однако узел сопряжения кровельных плит с фермами сложен. Другое конструктивное решение с использованием коротоких цилиндрических оболочекреализуется в покрытии из пространственных блоков типа КЖС шириной 3 м, перекрывающих пролёты 12…24 м (рис. б. 4. Призматические складки Складки отличаются от цилиндрических оболочек тем, что в них криволинейная направляющая срединной поверхности заменена ломаной прямой (риса, б. Если уменьшать длину этих прямых до минимума, то складка превратится в оболочку. Как и оболочки, складчатые конструкции бывают одно- и многоволновыми, а также одно- и многопролетными. Сборные складки состоят из плит, предварительно напряженных бортовых элементов и решетчатых или сплошных диафрагм. По верхним горизонтальным полкам складок могут укладываться сборные плиты плоской крыши, а также размещаться зенитные фонари. Расстояние между осями диафрагм или пролет складчатой конструкции l 1 = 12...30 м, длина волны l 2 ≤ 12 м, высота складки h = (1/10...1/7)l 1 . Складки пролетом большем экономически невыгодны. В продольном направлении складки рассчитывают также, как и длинные оболочки. Поперечное сечение приводится к тавровой и двутавровой форме. В поперечном направлении многоволновые складки рассчитывают как многопролетные ломаные балочные плиты. При этом отрицательные моменты в верхнем ребре умножают на поправочный коэффициент β=0,7...2,5. Рис. 16. Конструктивные решения покрытий а - трапециевидные и треугольные складки б - многоволновые складки в - сборный железобетонный элемент складки г- сборный армоцементный элемент складки 1 - плита 2 - бортовой элемент 3 - опорная диафрагма 4 - промежуточная диафрагма Для покрытия залов общественных зданий целесообразно применять сборные крупноразмерные однопролетные длинные складки, обеспечивающие архитектурную выразительность интерьеров (рис. 2, в, г. Такие складки могут иметь один или два консольных вылета. Пролет железобетонных складок не превышает 24 м, а армоцементных - 18 м. Для обеспечения устойчивости складок на стадиях изготовления, транспортирования и монтажа, а также для восприятия усилий, возникающих в поперечном направлении при действии эксплуатационных нагрузок, кроме опорных диафрагм ставят промежуточные. Расстояние между промежуточными диафрагмами составляет 3...6 м. Сборные складки изготовляют из тяжелого бетона класса не ниже ВЗ0. Для армоцементных складок применяют бетон класса не ниже В. Сборные предварительно напряженные складки армируют канатной арматурой классов К и К. Канаты помещают только в ребрах армоцементных складок. Поперечное армирование складок, как правило, выполняют неразрезными сетками с перегибом по линии примыкания граней. В стенках армоцементных складок должно располагаться не менее двух тонких тканых или сварных сеток симметрично относительно срединной поверхности. Если арматура является конструктивной, то стенки армируют одной сеткой в средней части сечения. Рассчитывать предварительно напряженные длинные складки рекомендуется по методу совмещения предельных состояний, позволяющего прямым расчетом получать рациональную их высоту и площадь сечения напрягаемой арматуры. Лекция №8(24) 1. Многоволновые своды-оболочки и своды-складки Сводами-оболочками называют распорные оболочки двоякой кривизны, в которых пролет l 1 в четыре раза или более превышает их ширину, те. длину волны l 2 . Если при этом поперечное сечение конструкции представляет собой складку, то их называют сводами-складками (рис. 1). Как правило, своды- оболочки и своды-складки бывают многоволновыми пространственными конструкциями. Их прогрессивность обусловливается возможностью применения сборных элементов заводского изготовления, простотой монтажа и небольшим расходом материалов. Стрела подъема свода колеблется в больших пределах и составляет f 1 = (1/12...1/20) l 1 . Высота волны свода f 2 = (1/12...1/7) и f 1 = (1/60...1/40) Свод работает под нагрузкой как арка, имеющая в поперечном направлении криволинейный или ломаный профиль. Распор сводов воспринимается затяжками (рис. 1,а,б), фундаментами (рис. 1,в,г) или контрфорсами. Шаг затяжек обычно совпадает с шагам волны оболочки или должен быть кратен ему. Распар сводов также может восприниматься затяжками, расположенными ниже уровня пала. Очертание сводов, монтируемых из криволинейных элементов, принимают по дуге окружности. При применении прямолинейных элементов своды будут очерчены как по дуге окружности, таки по квадратной параболе, а также па другим кривым, близким к кривой давления от постоянной нагрузки. Если кривые свода очерчены в продольном и поперечном направлениях по окружности, то такие оболочки называют бачарными сводами. Для перекрытия складских зданий пролетом дом каждая волна свода может быть смонтирована из двух элементов, стыкуемых в ключе свода (рис. г. Между полуарками свода может быть предусмотрена железобетонная рама для крепления зенитных фонарей. Для зданий пролетом 18, 21 им со стрелой подъёма соответственном им целесообразно использовать армоцементные полуарки заводского изготовления. Армоцементная панель-оболочка из бетона класса В размером 3×12,7 м - это ребристая конструкция с гладкой наружной поверхностью. Ее продольные ребра высотой 380 мм, поперечные высотой 120 мм располагают с шагом 1 м. Оболочка армируется одной тканой сеткой, расположенной в срединной поверхности, ребра - плоскими сварными каркасами. По сравнению с железобетонными, армоцементные трехшарнирные своды снижают расход стали и бетона на 15...20 %. По торцовым краям сборные тонкостенные элементы сводов усиливают армированными ребрами, позволяющими надежно замоноличивать их стыки и обеспечивать устойчивость и прочность сборных элементов при транспортировании и монтаже. При ширине волны l 2 ≤ 1,5 ми толщине плиты t ≥ 40 мм криволинейные элементы могут быть изготовлены без торцовых ребер. Крайние тонкостенные элементы свода опирают на фундамент или замыкают Рис. 1. Покрытия из волнистых сводов а - из сборных криволинейных элементов с затяжками б - из прямолинейных элементов с затяжками в - большепролётные своды без затяжек г- своды, монтируемые из двух элементов 1- свод 2 - затяжка 3 – опорная балка 4 - торцевое ребро 5 - железобетонный элемент 6 – армоцементный элемент. на опорной балке. Вместо данной балки можно усилить торцовое ребро крайнего элемента свода. Многоволновые своды рассчитывают как плоские двухшарнирные арки, имеющие криволинейное или складчатое очертание поперечного сечения. Волнистые своды, собираемые из двух полуарок, рассчитывают как трехшарнирные арки. При расчете учитывают увеличение постоянной нагрузки, распределенной по горизонтальной проекции свода. Дополнительная нагрузка, вызываемая уклоном покрытия, составляет q 1 = q (1 /cos φ - 1), (1) где q - постоянная нагрузка в ключе свода φ - угол наклона касательной коси свода к горизонту в рассматриваемом сечении. Прочность сборных элементов проверяют на внецентренное сжатие. При этом в сводах из прямолинейных элементов учитывают дополнительный изгибающий момент М = Nl 1 , где l 1 - максимальное расстояние между осями свода и отдельного элемента. 2. Купольные покрытия Тонкостенные оболочки вращения применяют для покрытий круглых В плане зданий и сооружений диаметром дом, например цирков, выставочных залов, резервуаров и т.п. Покрытия состоят из двух конструктивных элементов оболочки и опорного кольца. Если требуется верхнее естественное освещение, тов куполе устраивают второе - фонарное кольцо. По расходу материалов купола более экономичны, чем другие оболочки. Срединная поверхность оболочки вращения описывается уравнениями второго порядка. Форму очертания поверхности диктуют архитектурные и технологические требования. Однако рациональная ее форма получается при стреле подъема купола f = (1/5...1/3)D. Чаще всего в строительстве применяют сферические оболочки, образованные вращением дуги круга. Рис. 2. Купольные покрытия а - конструкция монолитного купола б - конструкция сборного купола 1 - монолитная оболочка купола 2 - сборная плита купола 3 - опорное кольцо 4 - фонарное кольцо 5 - рабочая ненапрягаемая арматура б - мощные канаты 7 - выступ опорного кольца Монолитные купола имеют, как правило, гладкую оболочку вращения риса. Ее толщина t≥50 мм и не менее r/600, где r - радиус кривизны купола. Для оболочки кругового очертания радиус r = (D 2 + 4f 2 ) / 3f. (2) Оболочка утолщается уместа ее примыкания к опорному кольцу. Оболочка монолитного купола, за исключением приопорных зон, является сжатой, поэтому ее армируют конструктивно одиночной сеткой. При толщине оболочки t≥80 мм устанавливают двойную сетку. Вблизи опорного кольца оболочку утолщают. Здесь ставят дополнительные сетки с рабочими стержнями в меридиональном и кольцевом направлениях для восприятия растягивающих напряжений. В строительстве применяют в основном купола со сборными оболочками (рис, б. Разрезка оболочки на сборные элементы может быть радиальной (для небольших куполов) или радиально-кольцевой. В обоих случаях сборные элементы ребристые. Контурные ребра позволяют выполнять надежные сопряжения элементов между собой, а также с опорными фонарным кольцами. Сборные элементы оболочки имеют трапециевидную форму в плане. При радиальной разрезке оболочки элементы являются криволинейными, а при радиально-кольцевой разрезке как криволинейными, таки плоскими (чаще всего. Опорное кольцо, которое воспринимает распор оболочки, может быть сборным или монолитным. В обоих случаях с целью повышения трещиностойкости и жесткости оболочки кольцо рекомендуют выполнять с напрягаемой арматурой. Интенсивность предварительного обжатия опорного кольца следует подобрать из расчета обеспечения безмоментного состояния оболочки при действии максимальной эксплуатационной нагрузки. Напрягаемая арматура опорного кольца анкеруется на его выступах, расположенных по периметру в четырех, восьми и более местах в зависимости от диаметра кольца. 3. Висячие покрытия Пространственные тонкостенные конструкции висячего типа применяют для покрытия стадионов, спортивных залов, рынков и других большепролетных зданий. Эти покрытия состоят из основной конструкции - вантов (гибких тросов, опорного контура прямоугольной, кольцевой, овальной или другой формы в плане и оболочки ограждения, состоящей из сборных железобетонных или армоцементных плит (рис. 3). Плиты крепят квантам с помощью выступов рабочей арматуры или специальных крюков. Висячие покрытия - пологие пространственные конструкции, так как стрела провеса в центре оболочки составляет лишь 4...10% основного размера здания в плане. Если растягивающие усилия вантов могут быть восприняты наружными оттяжками зданий, рамами зрительных трибун и т. п, то покрытия выполняют с поверхностью одинарной кривизны (риса. В зданиях круглой и овальной формы в плане, как правило, принимают ортогональное расположение вантов. Их растягивающие усилия в данном случае воспринимает жесткий опорный контур (рис. 3,б,в) Следует отметить, что для зданий круглой в плане формы целесообразно радиальное расположение вантов. По сравнению с покрытием, имеющим ортогональную систему вантов, радиальное расположение вантов позволяет снижать расход стали и бетона примерно на 30 % . Монтаж висячих покрытий несложен. К другим преимуществам таких покрытий относят возможность полного использования несущей способности вантов, независимость плит покрытия от пролета оболочки. Поэтому висячие покрытия эффективны, а при пролетах болеем они экономичнее любых других пространственных покрытий. Однако таким покрытиям присуща большая деформативность. Чтобы обеспечить стабильность геометрической формы висячих покрытий, ванты подвергают предварительному натяжению следующими способами их натягивают до замоноличивания швов сборных плит с помощью подвесной монтажной пригрузки, которая снимается после замоноличивания швов бетоном или раствором и приобретения им передаточной прочности, а бетон оболочки обжимается ванты размещают в каналах и натягивают домкратами после возведения оболочки швы плит покрытия замоноличивают бетоном на напрягающем цементе, при гидратации которого оболочка подвергается предварительному обжатию применяют двухпоясную систему вант (рис. г, в которой нижние ванты - несущие, а верхние - напрягающие. Рис. 3. Конструктивные решения висячих покрытий а - зданий круглой формы б - овальной формы в - прямоугольной формы г - покрытие с двойной системой вантов; д - детали крепления плит квантам е - сопряжения вантов; 1 - сборная плита 2 - провисающий вант 3 -запорный контур 4 - колонна 5 -стабилизирующий вант 6 - рама 7 - бетон замоноличивания. Ванты небольших покрытий изготовляют из стержневой горячекатаной арматуры классов в, A-IV и А. Большепролетные покрытия армируют стальными канатами и специальными пучками из высокопрочной проволоки. Опорный контур покрытия выполняют из сборного или сборно-монолитного бетона класса не ниже В. Для повышения его устойчивости сборные элементы имеют корытообразное поперечное сечение. Ванты закрепляют в опорном контуре с помощью специальных анкерных устройств, позволяющих регулировать их длину вовремя монтажа покрытия и создания в нем предварительных напряжений. Лекция №9(25) КОНСТРУКЦИИ МНОГОЭТАЖНЫХ КАРКАСНЫХ И ПАНЕЛЬНЫХ ЗДАНИЙ. Конструкции многоэтажных промышленных здании |