ОПЗ. Лекция 1(17) Конструктивные схемы
 Скачать 4.59 Mb.
|
|
1.1. Конструктивные схемы зданий Многоэтажные промышленные здания служат для размещения различных производств — цехов легкого машиностроения, приборостроения, химической, электротехнической, радиотехнической, легкой промышленности и др, а также базисных складов, холодильников, гаражей ит. 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 дома для некоторых видов производств с нетяжелым оборудованием, устанавливаемым на перекрытиях, — до 12…14 этажей. Ширина промышленных зданий может быть равной 18...36 ми 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, тема для первого этажа — иногда 7,2 м. Наиболее распространенная сетка колонн каркасам. 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 (рис. 1). Пространственная жесткость здания обеспечивается в поперечном направлении работой много- Рис. 1. Конструктивный план многоэтажного каркасного промышленного здания 1— поперечные рамы 2— продольные вертикальные связи 3 — панели перекрытий этажных рам с жесткими узлами — рамной системой, а в продольном — работой вертикальных стальных связей или же вертикальных железобетонных диафрагм, располагаемых по рядам колонн ив плоскости наружных стен, — связевой системой (рис. 2). Если в продольном направлении связи или диафрагмы по технологическим условиям не могут быть поставлены, их заменяют продольными ригелями. В этом случае пространственная жесткость ив 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. Рис. 2. Вертикальные связи многоэтажного каркаса в продольном направлении В зданиях с балочными перекрытиями (рис. 3) верхний этаж при наличии мостовых кранов (здания химической промышленности) компонуют из колонн, ригелей и подкрановых балок, конструктивно аналогичных применяемым для одноэтажных промышленных зданий. Ригели устанавливают на консоли колонн с применением ванной сварки выпусков арматуры и обетонированием Рис. 3 Конструкции многоэтажных промышленных зданий а — регулярных б — с мостовыми кранами в верхнем этаже 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 поверху 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 им 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 перекрытиями (рис. 4) ригелем 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 соси крайнего ряда колонн на расстояние, равное половине ширины надкапительной плиты. Рис. 4. Конструкции многоэтажных промышленных зданий с безбалочными перекрытиями Многоэтажные промышленные здания с часто расположенными опорами при сетке колонн 6×6 или 9×6 мне 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 - мм, 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 мм им. Пример решения конструкций универсального промышленного здания приведен на риса Здание имеет 6 этажей — три основных и три межферменных. Безраскосные фермы, жестко связанные с колоннами, являются составной частью многоэтажного каркаса и работают как ригели Рис. 5. Конструкции многоэтажного промышленного здании с межферменными этажами аи деталь опирания перекрытий на нижний пояс безраскосных ферм (б) 1 - основные этажи 2 — межферменные этажи 3 — соединения колонн с безраскосными фермами 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 (рис. б. 1.2. Конструкции многоэтажных рам 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 (риса, б. 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 (рис. в. Рис. 6. Конструктивные схемы членения многоэтажных рам на сборные элементы Стыки многоэтажных сборных рам, как правило, выполняют 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 см. рис. ниже. Типовые ригели пролетом 6 м армируют ненапрягаемой арматурой, пролетом м — напрягаемой арматурой в пролете (рис. Колонны высотой в два этажа армируют продольной арматурой и поперечными стержнями как внецентренно сжатые элементы (рис. 8). А – А Рис. 7. Армирование ригеля поперечной рамы пролетом 9 м Рис. 8. Армирование колонн поперечной рамы Жесткие стыки колонн многоэтажных рам воспринимают продольную силу N, изгибающий момент Ми поперечную силу Q. Арматурные выпуски стержней диаметром до 40 мм стыкуют ванной сваркой (рис. При четырёх Рис. 9. Конструкция жесткого стыка колонн с ванной сваркой арматурных выпусков а — при четырех угловых арматурных выпусках б — при арматурных выпусках по сторонам сечения колонны 1 — ванная сварка 2 — центрирующая прокладка 3 — хомут, устанавливаемый на монтаже 4 — арматурные выпуски 5 — бетон замоноличивания в подрезках; 6 — сетки косвенного армирования 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 колонна 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 инвентарной 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. Многоэтажные монолитные и сборно-монолитные рамы Армирование ригеля многоэтажной монолитной рамы аналогично армированию главной балки монолитного ребристого перекрытия. На крайней опоре ригель жестко соединен с колонной (риса. При конструировании рамы предусматривают устройство швов бетонирования, что связано с временными перерывами в укладке бетона. Швы бетонирования в колоннах устраивают в уровне верха перекрытия. В этих местах из колонн нижележащего этажа выпускают концы арматуры для соединения с арматурой колонн вышележащего этажа (рис. б. Рис. 10. Армирование узлов монолитной многоэтажной рамы 1 — хомуты 2 — каркасы ригеля 3 — каркас колонны 4 — стык арматуры колонны Монолитные рамы больших пролетов и с большой высотой этажей целесообразно армировать несущими арматурными каркасами (рис. В процессе строительства несущую арматуру используют вместо лесов для принятия нагрузки от опалубки, свежего бетона и всех монтажных устройств. После приобретения бетоном достаточной прочности несущая арматура включается в работу в составе железобетонного сечения конструкции. Несущая арматура в период возведения сооружения доотвердения бетона работает как стальная конструкция. Поэтому на нагрузки, возникающие вовремя монтажа (вес бетона и опалубки, временный транспорт, давление ветра, ее рассчитывают по нормам проектирования металлических конструкций. Рис. 11. Схема несущего арматурного каркаса Монолитной многоэтажной рамы Опыты показали, что несущая арматура (жесткие профили и сварные пространственные арматурные каркасы) работает совместно с бетоном вплоть до разрушения. При этом прочность несущей арматуры и бетона используется полностью. Несущая способность железобетонных элементов с несущей арматурой не зависит от начальных напряжений в несущей арматуре, возникающих в стадии возведения. Сборно-монолитные рамы выполняют с жесткими узлами. Ригель таврового сечения имеет выступающие вверху хомуты и открыто расположенную верхнюю опорную арматуру (риса. Поверх ригеля уложены ребристые плиты с зазором между их торцами 120 мм. Жесткость узлового сопряжения ригеля с колонной обеспечивается соединением на опоре верхней арматуры ригеля. Для этой цели в колонне предусмотрено отверстие, через которое пропускают опорные стержни стыка. Для укладки плит ригель может иметь выступающие полочки (рис. 12,б).После монтажа сборных элементов, укладки и сварки опорной арматуры ригеля заполняют бетоном полости между плитами, а также зазоры между торцами ригеля и колонной, чем достигается замоноличивание рамы. При этом ригели благодаря совместной работе с плитами работают как тавровые сечения. Рис. 12. Конструкция узлов сборно-монолитной многоэтажной рамы а до замоноличивания; б после замоноличивания; 1 — монтажные стыки арматуры 2 — коротыш 3 — опорный стержень 4 — зона добетонирования ЛЕКЦИЯ 10(26) 2. Практический расчет многоэтажных рам 2.1. Предварительный подбор сечений Плоские рамы, расположенные с определенным шагом и связанные перекрытиями, образуют пространственный блок рам с размерами в плане, равными расстоянию между температурными швами или наружными стенами. Вертикальные постоянные и временные нагрузки, а также горизонтальные ветровые нагрузки приложены одновременно ко всем рамам блока, поэтому пространственный характер работы в этих условиях не проявляется и каждую плоскую раму можно рассчитывать в отдельности на свою нагрузку. Многоэтажная железобетонная рама статически неопределима и для её расчета необходимо предварительно подобрать сечения ригелей и стоек, определить их жесткости или установить отношение жесткостей. С этой целью используют примеры ранее запроектированных аналогичных конструкций или предварительно приближенно подбирают сечения. Высоту сечения ригеля определяют по формуле h 0 = 18 √M/R b b , (1) где М = 0,6...0,7M 0 ; здесь М 0 —изгибающий момент ригеля, вычисленный как для однопролетной свободно лежащей балки. Площадь сечений колонн находят по приближенной формуле А = (1,2…1,5) N/R b . По результатам предварительного подбора сечений выполняют взаимную увязку сечений ригелей истек и округляют их размеры до унифицированных. Момент инерции сечений ригелей и стоек определяют как для сплошного бетонного сечения. При монолитных перекрытиях момент инерции ригелей определяют как для тавровых сечений с шириной полки, равной шагу рам. 2.2. Усилие от нагрузок 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 (риса. 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 (рис, 13,б).Это дает основание расчленить многоэтажную раму наряд одноэтажных рам со стойками (колоннами) высотой, равной половине высоты этажа, с шарнирами по концам стоек кроме первого этажа. Рис. 13. Расчётные схемы многоэтажных рама и эпюра моментов многоэтажной колонны (б) На вертикальную нагрузку необходимо рассчитывать три одноэтажные рамы верхнего, среднего и первого этажа. Если число пролетов рамы больше трех, раму практически заменяют трёхпролётной рамой и полагают изгибающие моменты в средних пролетах многопролетной рамы такими же, как ив среднем пролете трёхпролётной рамы. При расчете по методу перемещений число неизвестных углов поворота равно числу узлов водном 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. Расчет также можно выполнять по таблицам. Если ригель рамы на крайних опорах шарнирно опирается на несущие наружные стены, расчет предусмотрен табличным способом. В таблицах опорные моменты ригелей рамы, имеющей колонны с одинаковыми сечениями M = (αg + βv )l 2 , где α, β — табличные коэффициенты, зависящие от схемы загружения постоянной и временной нагрузками и от отношения суммы погонных жесткостей стоек, примыкающих к узлу, к погонной жесткости ригеля g, v постоянная и временная нагрузка нам ригеля l — пролет ригеля между осями колонн. Изгибающие моменты в стойках для каждой схемы загружения рамы определяют по разности опорных моментов ригелей в узле, распределяя её 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 выровненного момента не оговаривается, но для его определения следует выполнить расчеты по предельным состояниям второй группы. Практически необходимо, чтобы выровненный 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 (рис. 14,а).Если теперь для этого же загружения строить добавочную эпюру моментов, то добавочный опорный момент М будет заданной величиной. Вследствие этого рассматриваемую раму и систему канонических уравнений расчленяют на две более простые системы с меньшим числом неизвестных (рис. 14,б).Выровненная эпюра М ригелей рамы изображена на рис. в При упрощенном способе выравнивания моментов ригели многоэтажных и многопролетных рам загружают временной нагрузкой через пролети постоянной нагрузкой во всех пролетах при этом получают эпюру моментов с максимальными моментами в загруженных пролётах и настойках, которую принимают в качестве выровненной эпюры моментов (рис. 14,г).Опорные моменты ригелей в такой эпюре при отношениях интенсивности временной и постоянной нагрузок v/g<5 обычно составляют не менее 70%. максимального момента в упругой схеме. В расчете по выровненным 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. Расчет на горизонтальные ветровые) нагрузки выполняют приближенным методом. Распределенную горизонтальную нагрузку заменяют сосредоточенными силами, приложенными к узлам рамы (рис. 15). Нулевую точку эпюры моментов стоек всех этажей рамы, кроме первого, считают расположенной в середине высоты этажа, а в первом этаже (при защемлении Рис. 14. К расчёту многоэтажных рам на вертикальные нагрузки по выровненным моментам стоек в фундаменте) — на расстоянии 2/3 высоты, считая от места защемления. Рис. 15. К расчёту многоэтажных рам на горизонтальные нагрузки Ярусные поперечные силы рамы Q 1 = F 1 +F a +...+ F n ; Q 2 = F 1 + F 2 +...+ F n и т.д.; они распределяются между отдельными стойками пропорционально жесткостям ), ( 1 m i h B B Q Q (2) где В —- жесткость сечения стойки т — 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 β<1. По найденным поперечным силам определяют изгибающие моменты настойках всех этажей, кроме первого M = Q l/2. (3) Для первого этажа изгибающий момент стойки в верхнем и нижнем сечениях M = Ql/3; M = 2Ql/3. (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. 2.3. Упрощенный метод расчета рам на горизонтальные нагрузки Здание рассматривается как единая консоль, жёсткость которой равна сумме жесткостей колонн ; i B B ; i b i J E B ; 12 / 3 i i h b J (5) где B- жесткость колонн, J- момент инерции сечения колонн. Ветровой отсоси напор давления заменяются эквивалентной прямоугольной эпюрой давления 2 э (6) Распределенную нагрузку заменяют эквивалентной ярусной нагрузкой э (7) где э- эквивалентная ветровая нагрузка. Получив общую эпюру моментов для рамы как для консоли, распределенные между колоннами моменты в каждом ярусе пропорциональны погонным жесткостям: ; / , i i пог i l B B , , пог i пог i i B B M M (8) По полученным данным строят эпюры моментов и производят подбор сечений. 2.4. Расчетные усилия и подбор сечений На основании эпюр моментов и поперечных сил рамы от различных загружений строят огибающие эпюры Ми вычисляют соответствующие им продольные силы стоек N для основных и дополнительных сочетаний нагрузок. Для расчетных сечений по огибающим эпюрам должны быть найдены значения М тах и и соответствующие им значения N, а также и соответствующие им значения М. Расчетные усилия могут быть найдены также составлением таблицы, куда вписывают значения усилий, соответствующие отдельным загружениям. Расчетными сечениями для ригелей являются сечения на опорах ив пролете, для колонн — сечения вверху, внизу и, кроме того, для высоких колонн — одно-двух промежуточных сечениях по высоте. Сечение ригелей и стоек подбирают как для изгибаемых и внецентренно сжатых элементов. Если моменты имеют разные знаки, но близки по значению, сечения армируют симметричной арматурой. Расчетную длину стоек принимают (при числе пролетов не менее двух, жестком соединении ригелей с колоннами сборных — о = l, монолитных — о —0,7 l. Для расчета усилий многоэтажных рам с применением ЭВМ имеются разработанные программы. ЛЕКЦИЯ 11(27) 3. Конструкции многоэтажных гражданских зданий 3.1. Конструктивные схемы зданий Общие сведения. Многоэтажные гражданские каркасные и панельные бескаркасные) здания для массового строительства проектируют высотой 12…16 этажей, а в ряде случаев — 20 этажей и более. Сетка колонн, шаг несущих стен и высоту этажей выбирают в соответствии с требованиями типизации элементов конструкций и унификации габаритных параметров. Конструктивные схемы зданий, возводимых из сборных элементов, характерны постоянством геометрических размеров по высоте, регулярностью типовых элементов конструкций, четким решением плана. Каркасные конструкции Их применяют для различных административных и общественных зданий с большими помещениями, редко расположенными перегородками, а в некоторых случаях и для жилых домов высотой более 25 этажей. Основными несущими конструкциями многоэтажного каркасного здания в гражданском строительстве являются железобетонные рамы, вертикальные связевые диафрагмы и связывающие их междуэтажные перекрытия. При действии горизонтальных нагрузок совместная работа разнотипных вертикальных конструкций в многоэтажном здании достигается благодаря высокой жесткости при изгибе в своей плоскости междуэтажных перекрытий, работающих как горизонтальные диафрагмы. Сборные перекрытия в результате сопряжения с помощью закладных деталей и замоноличивания швов между отдельными плитами также обладают высокой жесткостью при изгибе в своей плоскости. Важнейшим условием достижения высоких эксплуатационных качеств многоэтажного здания является обеспечение его надежного сопротивления горизонтальным нагрузками воздействиям. Необходимую пространственную жесткость такого здания достигают различными вариантами компоновки конструктивной схемы, в основном отличающимися способами восприятия горизонтальных нагрузок. Например, при поперечных многоэтажных рамах и поперечных вертикальных связевых диафрагмах горизонтальные нагрузки воспринимаются вертикальными конструкциями совместно и каркасное здание в поперечном направлении работает по рамно-связевой системе, при этом в продольном направлении при наличии только вертикальных связевых диафрагм здание работает по связевой системе (риса. При поперечном расположении вертикальных связевых диафрагм и продольном расположении многоэтажных рам здание в поперечном направлении работает по связевой системе, а в продольном направлении — по рамной системе (рис. 16,б).Конструктивная схема каркаса при шарнирном соединении ригелей с колоннами будет связевой в обоих направлениях. В строительстве многоэтажных каркасных зданий применяют различные конструктивные схемы связевые в обоих направлениях или же рамно-связевые водном направлении и связевые в другом. Для возведения в сейсмических районах страны зданий в монолитном железобетоне применяют системы рамно-связевые и рамные. Панельные конструкции Их применяют для жилых домов, гостиниц, пансионатов и других аналогичных зданий с часто расположенными перегородками и стенами. В панельных зданиях основными несущими конструкциями служат вертикальные диафрагмы, образованные панелями внутренних несущих стен, расположенными в поперечном или продольном направлении, и связывающие их междуэтажные перекрытия. Панели наружных стен навешивают на торцы панелей несущих стен. Многоэтажное панельное здание как в поперечном, таки в продольном направлениях воспринимает горизонтальную нагрузку по связевой системе (рис. 17). Возможны другие конструктивные схемы многоэтажных зданий. К ним относятся, например, каркасное здание с центральным ядром жесткости, в котором в качестве вертикальных связевых диафрагм используют внутренние стены сблокированных лифтовых и вентиляционных шахт, лестничных клеток (рис. 18); здание с двумя ядрами жесткости открытого профиля — в виде двутавров (риса здание с двумя ядрами жесткости и сложной конфигурацией в плане, позволяющей индивидуализировать архитектурное решение (рис. 19,б).В описанных конструктивных схемах зданий горизонтальные воздействия воспринимаются по рамно-связевой или связевой системе. В зданиях с центральным ядром жесткости в целях обеспечения удобной свободной планировки сетку колонн укрупняют, в ряде решений внутренние колонны исключают и элементы перекрытий опирают на наружные колонны и внутреннее ядро жесткости. Ригели перекрытий пролетом м проектируют предварительно напряженными, шарнирно связанными с колоннами, панели перекрытий — пустотными или коробчатыми. Горизонтальное воздействие на здание воспринимается по связевой системе. В зданиях с двумя ядрами жесткости и сложной конфигурацией в плане перекрытия выполняют монолитными в виде безбалочной бескапительной плиты. Возводят такие здания методом подъема (перекрытий или этажей. При этом методе полигоном для изготовления перекрытий поднимаемых элементов служит перекрытие над подвалом. Перекрытия бетонируют одно над другим в виде пакета с разделяющими прослойками. В местах, где проходят колонны, в них оставляют отверстия, окаймлённые стальными воротниками, заделанными в бетоне. В проектное положение перекрытие поднимают с помощью стальных тяжей и гидравлических домкратов, установленных на колоннах верхнего яруса. После подъёма перекрытия в проектное положение стальные воротники крепят к стальным деталям колонн на сварке. При этой конструктивной схеме восприятие горизонтального воздействия на здание осуществляется по связевой системе, а при обеспечении конструктивной связи на опорах плит перекрытий с колоннами — по рамно-связевой системе, в которой ригелями служат безбалочные плиты. Весьма перспективной является конструктивная схема многоэтажного каркасного здания, в которой горизонтальные нагрузки воспринимаются внешней железобетонной коробкой рамной конструкции рис, внутренние ядра жесткости и вертикальные связевые диафрагмы исключены. Перенос вертикальных несущих конструкций на внешний контур Рис. 20 Многоэтажное здание с внешней коробкой рамной конструкции — колонна 2 — ригели здания и восприятие горизонтальной нагрузки внешней пространственной рамой существенно повышает боковую жесткость высокого здания, обеспечивает снижение материалоемкости и трудоёмкости конструкции. 3.2. Основные вертикальные конструкции Многоэтажные рамы высотой до 16 этажей имеют колонны постоянного сечения по всей высоте здания (риса. Увеличение несущей способности колонн нижних этажей достигают повышением класса бетона, процента армирования, применением жесткой арматуры. Элементы сборных колонн в целях снижения трудоемкости на монтаже выполняют размером на 2...4 этажа. Комбинированные вертикальные связевые диафрагмы, состоящие из сплошной и рамной частей, сохраняют регулярную структуру – размеры элементов и пролетов ригелей – по всей высоте здания (рис. б. Вертикальные связевые диафрагмы с проемами и ядра жесткости имеют железобетонные перемычки, жестко связанные на опорах с простенками, и также сохраняют регулярную структуру по всей высоте здания (рис. в. Стыки ригелей с колоннами выполняют жесткими на консолях, бесконсольными и шарнирными (см. предыдущую лекцию. При жестком соединении ригелей с колоннами существенно повышается общая жесткость многоэтажного здания и достигается экономия металла на армирование ригелей по условиям прочности, трещиностойкости и предельных прогибов. Элементами сборных вертикальных связевых диафрагм водном из возможных решений являются колонны каркаса и панели с полками для опирания плит перекрытий (рис. 22). Элементы соединяют сваркой закладных деталей и замоноличиванием. Горизонтальные стыки панелей, если не возникают растягивающие напряжения, осуществляют на растворных швах. Вертикальные связевые конструкции в виде ядер жесткости чаще выполняют монолитными в скользящей опалубке, так как в сборных ядрах жесткости элементы стенок малоповторяемы; кроме того, из-за значительных сдвигающих усилий, возникающих в углах стенок, на монтаже увеличивается объем сварочных работ. Монолитные ядра жесткости армируют вертикальными пространственными каркасами, которые на монтаже стыкуют соединительными стержнями (рис. 23). Перемычки над проемами армируют горизонтальными каркасами. Продольную и поперечную арматуру ядер жесткости и перемычек назначают по расчету. Толщину стенок ядер жесткости также устанавливают по расчету (обычно 200...400 мм, По условиям технологии возведения в скользящей опалубке наименьшая толщина стенок – 200 мм. Стены и перемычки ядер жесткости могут быть предварительно напряженными. Для монолитных ядер жесткости применяют бетон классов В, В. Панели внутренних несущих стен в панельных зданиях по условиям требуемой звукоизоляции выполняют толщиной 140...180 мм из тяжелого бетона. При такой толщине обеспечивается несущая способность этих панелей в зданиях высотой до 16 этажей. Несущую способность панелей стен зданий большей высоты увеличивают, применяя в нижних этажах бетон более высокого класса и увеличивая толщину железобетонных панелей. Панели несущих стен армируют конструктивной вертикальной арматурой у каждой поверхности панели в количестве 30 мм нам длины горизонтального сечения панели. Площадь сечения горизонтальной распределительной арматуры у каждой грани должна составлять не менее 3 мм 2 на 1 м вертикального сечения железобетонные панели несущих стен армируют двойной вертикальной арматурой так, чтобы у каждой поверхности минимальный процент армирования горизонтальных сечений при бетоне класса В составляла при бетоне класса Вили В – 0,15. Чтобы повысить сопротивление опорных сечений железобетонных панелей (с целью компенсации обрываемой продольной арматуры, применяют косвенное армирование приопорных участков сетками. Дальнейшим усовершенствованием конструкции панельного здания является конструкция из железобетонных объемных блоков с полной внутренней отделкой на комнату или на квартиру, изготовленных на заводе. Такая конструкция имеет самую высокую заводскую законченность и требует минимальных трудовых затратна монтаже. В зависимости от технологии изготовления различают объёмные блоки трех типов блок-стакан с отдельной панелью потолка, блок-колпак с отдельной панелью пола и блок-труба рис. Объемные блоки перечисленных типов изготовляют на заводах монолитными или сборными из отдельных панелей. Способ опирания блоков один на другой предопределяет характер работы конструкции здания под нагрузкой. При полосовом опирании блоков на растворный шов создается конструктивная схема панельного здания с несущими стенами, работающими на сжатие при точечном опирании на углы или внутренние пилястры – конструктивная схема здания с несущими стенами, работающими в своей плоскости на изгиб. 4. Расчетные схемы и нагрузки 4.1. Расчетные схемы Расчетные схемы многоэтажных каркасных и панельных зданий устанавливают в зависимости от их конструктивных схем и способа восприятия горизонтальных нагрузок — по рамной, рамно-связевой или связевой системе. Междуэтажные перекрытия рассматривают как жесткие, не деформирующие при изгибе в своей плоскости горизонтальные связевые диафрагмы. Расчетной схемой многоэтажного многопролетного каркасного здания, работающего по рамной системе, является многоэтажная рама, жесткости ригелей и стоек которой равны соответствующим суммарным жесткостям всех рам здания (риса. Рис. 25. Расчетные схемы (а, б) и перемещения многоэтажной рамы (в) Расчетные схемы рамно-связевых систем отражают совместную работу многоэтажных рам и различных вертикальных диафрагм сплошных комбинированных и c проемами (рис. 26). Вертикальные конструкции, в действительности расположенные в здании параллельно друг другу, изображают стоящими рядом водной плоскости и соединенными стержнями- связями, поскольку горизонтальные перемещения их в каждом уровне равны. Роль стержней-связей между многоэтажной рамой и вертикальной диафрагмой выполняют междуэтажные перекрытия. Эти стержни-связи считаются несжимаемыми и нерастяжимыми. Жесткость вертикальной диафрагмы в расчетной схеме принимают равной суммарной жесткости соответствующих вертикальных диафрагм блока здания. Рис. 26. Расчетные схемы рамно-связевых систем с диафрагмами а — сплошной б — сплошной и комбинированной в — с проёмами Расчетные схемы связевых систем отражают совместную работу вертикальных диафрагм многоэтажных каркасных или панельных зданий в различных сочетаниях сплошных и с проемами, с одними несколькими рядами проемов (рис. 27). В этих расчетных схемах вертикальные диафрагмы, в действительности расположенные в здании параллельно друг другу, изображаются стоящими рядом водной плоскости и соединенными стержнями- связями. Влиянием продольных деформаций ригелей и перемычек ввиду малости значений пренебрегают. Также пренебрегают деформацией сдвига стоек рам и вертикальных диафрагм. Отношение высоты сечения вертикальной диафрагмы к её длине обычно составляет h/H 0 <1/4. В расчетных схемах многоэтажных зданий регулярной структуры с постоянными по высоте значениями жёсткости элементов дискретное расположение ригелей, перемычек, стержней-связей заменяют непрерывным Рис. 27. Расчетные схемы связевых система с проёмами; б — с проёмами и сплошными диафрагмами в — с разнотипными диафрагмами континуальным) расположением, сохраняя дискретное расположение простенков диафрагм. В этой системе сосредоточенные в уровне перекрытий горизонтальные силы заменяют распределенной нагрузкой и расчётную высоту зданий принимают H = Н п/(п — 0,5), (5) где Н высота здания от заделки в основании до оси ригеля верхнего этажа п — число этажей (при п >16 можно принять Н 0 =Н). 4.2. Расчётные нагрузки Расчётную ветровую нагрузку для зданий высотой 12 этажей и болеем и более) при расчёте прочности определяют с учетом динамического воздействия пульсаций скоростного напора, вызванных порывами ветра. Кроме того, должна быть выполнена проверка ускорения колебаний многоэтажного здания при порывах ветра, которое ограничивается а мм/с 2 Прогибы многоэтажного здания определяют от действия нормативной ветровой нагрузки. Прогиб верхнего яруса каркасного здания ограничивается по нормам значением, равным f |