Реклама
Цікаво

Загальні принципи проектування несучого кістяка і його елементів



  Загальні принципи проектування несучого кістяка і його елементів Найважливіше призначення несучого кістяка - конструктивної основи будинку - полягає в сприйнятті навантажень, діючих на будівлю, роботі на зусилля від цих навантажень із забезпеченням конструкціям необхідних експлуатаційних якостей протягом всього терміну їх служби. Навантаження ділять на дві групи: постійні і тимчасові. Постійні - це власна вага всіх без винятку елементів будівель та інші види навантажень. До тимчасових відносять: корисні, тобто функціонально необхідні - навантаження від періодично перебувають у приміщеннях людей, стаціонарного або пересувного обладнання і т. п.; навантаження, пов'язані з природними чинниками району будівництва (снігові, вітрові, сейсмічні; температурні впливу), та ін Тимчасові навантаження поділяють на довготривалі, короткочасні і особливі; при розрахунках їх враховують у різних поєднаннях. За характером дії навантаження можуть бути статичними (наприклад, від власної маси) або динамічними (пориви вітру, вібрації та ін.) За місцем докладання зусиль розрізняють навантаження, зосереджені (вага обладнання) і рівномірно розподілені (від снігового покриву і т. п.). За направленням навантаження можуть бути горизонтальними (вітрової натиск, гальмівні сили рухомого обладнання, сейсмічні навантаження) і вертикальними (вага). Навантаження важливо враховувати не тільки в розрахунках, а й на всіх стадіях проектування як кількісних критеріїв оцінки прийнятих рішень. Справа в тому, що залежно від умов, для одних і тих же видів навантажень може бути значною різниця їх нормованих (нормативних) значень. Так, величина рівномірно розподілених корисних навантажень на перекриття житлових будівель може відрізнятися від тих же навантажень виробничих у 10 ... 20 разів і більше (1,5 ... 30 кН/м2), що істотно при встановленні параметрів і типів перекриттів. Нормативні снігові навантаження залежно від району будівництва відрізняються в 5 разів (0,5 ... 2,5 кН/м2). Тому для снігових районів істотна форма дахів: наприклад, при перепадах висот елементів будівель утворюються замети снігу • - снігові мішки (зайва маса, труднощі зі збиранням і т. п.). Значна різниця і у величині швидкісних напорів вітру (0,27 ... 1,0 кН/м2), особливо несприятливих у гірських районах і на узбережжях морів. Ці нормативні значення зростають і в міру зростання поверховості будівель - до двох разів і більше; тому в міру зростання висоти будівлі стають все більш складними інженерними спорудами. Типи несучих кістяків. Горизонтальні несучі елементи перекриттів (покриттів) призначені насамперед для роботи при дії на них різноманітних вертикальних навантажень, які у вигляді опорних реакцій передаються на вертикальні опори.

Загальні принципи проектування несучого кістяка і його елементів

Крім того, ці ж перекриття є горизонтальними діафрагмами, що сприймають у своїй площині згинальні і зсувні зусилля від горизонтальних навантажень, забезпечуючи геометричну незмінність будівлі в кожному з горизонтальних рівнів, спільну роботу вертикальних опор при таких навантаженнях, перерозподіл зусиль між ними і т. п. Вертикальні несучі конструкції сприймають всі види впливів і навантажень, що виникають у процесі експлуатації будівлі, і через фундаменти передають їх на грунт. Вертикальні опори є визначальною ознакою для класифікації несучих кістяків за типами. Відомі два типи вертикальних опор (рис. II.I): стрижневі - колони або стояка каркаса; площинні - стіни; (можна також, віднести до несучих опор об'ємні, тіла типу пілонів і т. п.. Тобто такі елементи, у яких усі три генеральні розміру приблизно одного порядку, але подібні опори зустрічаються вкрай рідко). Так, стіна незалежно від того, складена вона з колод, чи виконана з цегли або зі збірних панелей, завжди розглядається як площинний елемент, один розмір якого (товщина) значно менше за інших генеральних розмірів. Виходячи з такого визначення розрізняють два основних типи несучого кістяка будівель: каркасний і стіновий (безкаркасний). Третій - комбінований (або змішаний) - складається з різних поєднань стрижневих і площинних вертикальних елементів (стійок каркаса і стін). Необхідно відзначити й існування таких несучих кістяків, в яких вертикальні опори, взагалі відсутні, а похила конструкція покриття спирається безпосередньо на фундамент (арки, трикутні рами і т. п.). Такі споруди, які застосовуються в будівництві складів, ангарів і т. п., називають шатровими.

Загальні принципи проектування несучого кістяка і його елементів

Вся сукупність конструктивних елементів несучого кістяка багатоповерхових будинків у кожному окремому випадку об'єднана між собою цілком певним чином, утворюючи в просторі єдність закономірно розташованих частин, тобто систему, яку називають конструктивною. Так називають спосіб розміщення несучих. Горизонтальних і вертикальних конструкцій в просторі, їх взаємне розташування, спосіб передачі зусиль і т. п. Види конструктивних систем при стіновому несучому кістяку (рис. 11,2). 1. Системи з подовжньо розташованими несучими стінами або, як прийнято говорити, з поздовжніми несучими стінами (розташовані вздовж довгої, фасадної сторони будівлі і паралельно їй). Таких паралельно розташованих стін може бути дві, три, чотири. Відповідно побутують спрощені назви таких стінових кістяків: двухстенка, трехстенка і т. п. 2 Системи з поперечно розташованими (з поперечними) несучими стінами. Різновиди: з широким кроком {більш 4,8 м); вузьким кроком (4,2 ... 4,8 м); зі змішаними кроками. 3. Системи з перехресним розташуванням несучих стін (перехресно-стінова система). При каркасному несучому кістяку. Визначальною ознакою в цьому випадку є розташування ригелів каркасу. Ригелем називається стрижневою горизонтальний елемент несучого кістяка (головна балка, ферма і т. п.), що передає навантаження від перекриттів безпосередньо на стійки каркаса. Розрізняють чотири типи конструктивних каркасних систем (рис. П.З): з поперечним розташуванням ригелів; з подовжнім; з перехресним розташуванням ригелів; з безригельних каркасом, при якому ригелі відсутні, а гладкі або кесонований плити перекриттів (так звані безбалочним спираються або на капітелі колон, або безпосередньо на колони. При комбінованому несучому кістяку (рис. II.4), Серед великого розмаїття поєднань стрижневих і площинних вертикальних опор найбільш часто зустрічаються;

Загальні принципи проектування несучого кістяка і його елементів

Загальні принципи проектування несучого кістяка і його елементів

Системи, в яких каркас розташований в межах нижніх 1 ... 3 поверхів, а вище безкаркасний несучий кістяк. Розташування стін - по периферії, а стійок каркаса - всередині будівлі (неповний каркас). Системи зі стіновим остовом - в одному або в кількох центрально розташованих стовбурах, які забудовані по периферії стійками каркаса в один або кілька рядів і т. д. Вибір конструктивних систем - одне з основних питань, що вирішуються при проектуванні будинків. Для орієнтації наводяться загальні відомості про зразкових областях застосування несучих кістяків і конструктивних схем. Стіновий (безкаркасний) несучий кістяк - найпоширеніший у житловому будівництві. Розміри житлових осередків, необхідність членувань стінами і перегородками із забезпеченням звукоізоляції квартир та інші особливості обумовлюють технічну доцільність і економічну виправданість застосування безкаркасних будівель при будівництві житла, а також тих цивільних будівель, в яких переважає многоячейковая планувальна структура (готелі, санаторії, лікарні і т. п.). Каркасний несучий кістяк застосовується для будинків з великими, не розгороджених перегородками приміщеннями. Каркасний остов є основним для виробничих будівель, незалежно від їхньої поверховості для багатьох типів громадських будівель і споруд. У житловому будівництві обсяг застосування каркасного кістяка обмежений.

Загальні принципи проектування несучого кістяка і його елементів

Застосовуються здебільшого системи з поперечним розташуванням ригелів. Розташування ригелів у двох напрямках характерно для багатоповерхових каркасних будинків при будівництві в сейсмічних районах. Безригельний каркас застосовується зазвичай в багатоповерхових будинках виробничого призначення зі значними навантаженнями на перекриття, у багатоповерхових цивільних будівлях з оригінальними компонувальними рішеннями планів і т. д. Комбінований несучий кістяк частіше застосовується при будівництві цивільних багатоповерхових будівель; в промисловому ж будівництві значно рідше. Системи, у яких перші два-три поверхи каркасні, а решта безкаркасні, характерні для будівництва багатоповерхових житлових будинків на магістральних вулицях, а також готелів, санаторіїв і т, п., тобто будинків, у яких функціонально використовують перші поверхи. Просторова жорсткість і стійкість будівель. Стійкістю будівлі називають його здатність протидіяти зусиллям, які прагнуть вивести будинок з вихідного стану статичного чи динамічного рівноваги. Наприклад, при дії вітру, рівнодіюча сил повинна знаходитися в межах підошви фундаменту (мал. II.5).   Просторова жорсткість несучого кістяка - це характеристика системи, що відображає її здатність чинити опір деформаціям або, що те ж, здатність зберігати геометричну незмінність форми. У будівельній механіці споруда називається геометрично змінним в просторі, якщо воно втрачає форму при дії навантаження; наприклад, шарнірний чотирикутник (рис. 11.6, а), до якого прикладена невелика горизонтальна сила, і, навпаки, шарнірний трикутник (рис. 11.6,6) - геометрично незмінна система. Перетворення чотирикутника в геометрично незмінну систему можна здійснити двома способами: ввести один діагональний стрижень (мал. П.6, в) або замінити вузол шарнірного з'єднання стрижнів на жорсткий, незмінний, здатний сприймати вузлові моменти (так званий рамний, рис. П.б.г).

Загальні принципи проектування несучого кістяка і його елементів

Систему (схему), отриману першим способом, називають в'язевий по найменуванню діагонального стрижня, іменованого зв'язком. Другу - рамної, За допомогою кожного з цих способів можна надати геометричну незмінність будь багатопролітної системі, що складається з ряду стійок, шарнірно пов'язаних з ригелями і з землею. При цьому досить надати геометричну незмінність тільки одному з прольотів, щоб система стала геометрично незмінної. Для доказу в один з прольотів вводиться діагональний стрижень (мал. II .7, с).

Загальні принципи проектування несучого кістяка і його елементів

Отриманий геометрично незмінний чотирикутник можна вважати землею, розглядаючи її як нерухому опору для шарнірно опертих на неї двох стрижнів вузла 2 (рис. 11.7,6), тобто розглядаючи отримане як знову утворений трикутник - нову неизменяемую систему: Подібні міркування можна повторити, по черзі приєднуючи кожен новий вузол з двома стрижнями (рис. 11.7, в). Висновок: доведено, що в багатопролітної системі досить встановити зв'язки в одному з прольотів, щоб система стала геометрично незмінної. Якщо розглянути багатоповерхову систему (рис. II.7, г), то кожен нижележащий поверх зі зв'язками можна прийняти за землю, а незмінюваність елементів наступного поверху досягається установкою зв'язків в одному з прольотів. Розглянуті стрижневі схеми моделюють (як це прийнято в будівельній механіці) або плоскі каркаси, або проекції стін і перекриттів на площину креслення. Відповідно наведені докази відносяться до всіх типів несучих кістяків. Поняття ж геометрична незмінність тотожне поняттю просторова жорсткість, прийнятому в будівельній практиці. Відповідно зв'язку іменують зв'язками жорсткості. Цей термін отримав різні тлумачення, які необхідно обмовити. Так, крім діагонального стрижня геометрична незмінність систем забезпечується і іншими способами; введенням діафрагми жорсткості, ядер жорсткості і т. п. Наприклад, якщо в шарнірний чотирикутник вставити без зазорів панель - діафрагму-так, що вона буде здатна сприймати зсувні зусилля і моменти в своїй площині, тобто виконувати обов'язки жорсткого диска, то її роль рівносильна ролі діагонального стрижня; діафрагму жорсткості відносять до варіанту зв'язків жорсткості (рис. 11.8,6). Такий же ефект виходить, якщо шарнірна система з'єднана з плоскою стінкою пілоном і т. п. Вони в даному випадку виконують обов'язки зв'язків жорсткості, або, що те ж, діафрагм, стінок, ядер жорсткості. Неважко бачити, що в даному випадку термін зв'язку жорсткості носить узагальнений характер, Разом з тим, коли кажуть зв'язку, то в першу чергу мають на увазі стрижневі або гратчасті (рис. II .8). Таким чином, існують два способи забезпечення жорсткості плоских систем - по рамної і по в'язевий схемами-Комбінуючи ними при розташуванні елементів несучого кістяка в обох напрямках будівлі, можна отримати три варіанти просторових конструктивних схем будівлі: рамну, рамно-в'язевих, в'язевих. У третьому напрямку - горизонтальному - перекриття зазвичай розглядаються як жорсткі діафрагми. Всі ці варіанти зустрічаються при проектуванні каркасного несучого кістяка (рис. II.9). Рамна схема являє собою систему плоских рам (одно-і багато-пролітних; одно-та багатоповерхових), розташованих у двох взаємно перпендикулярних (або під іншим кутом) напрямках - систему стійок і ригелів, з'єднаних жорсткими вузлами при їх сполученнях у будь-якому з напрямів. Рамно-в'язева схема вирішується у вигляді системи плоских рам, шарнірно з'єднаних в іншому напрямку елементами міжповерхових перекриттів. Для забезпечення жорсткості в цьому напрямку ставляться гратчасті зв'язку або стінки (діафрагми) жорсткості. Плоскі рами зручніше встановлювати поперек будівлі. В'язева схема рішення каркаса будівлі найбільш проста в здійсненні. Гратчасті зв'язку, або діафрагми жорсткості, що вставляються між колонами, встановлюються через 24 ... 30 м, але не більше 48 м і в поздовжньому, і в поперечному напрямках; зазвичай ці місця збігаються зі стінами сходових клітин. Рамна схема застосовується порівняно рідко. Трудомісткість будівельних робіт із забезпечення жорсткості вузлів, підвищена витрата сталі і т. п. обмежують їх застосування в сейсмічних районах, будівлях, в яких на великому протязі (48 ... 54 м) не допускається установка стін, перегородок та інших перешкод і т. п. Найчастіше, особливо у виробничих будівлях, застосовують рамно-в'язевих схему.

Загальні принципи проектування несучого кістяка і його елементів

Загальні принципи проектування несучого кістяка і його елементів

В'язева схема виправдовує своє широке застосування більшою простотою будівельних робіт, меншими затратами праці і матеріалів і т. п. При стіновому несучому кістяку і при різних системах кістяків з неповним каркасом зазвичай застосовують в'язевих схему; при цьому зовнішні чи внутрішні стіни виконують функції діафрагми або ядер жорсткості, тобто не потрібна установка додаткових стін. На рис.2 II.2, в показана схема передачі зусиль від вітрових навантажень через перекриття на такі стіни.

Copyright © 2015. Всі права захищені. Копіювання матеріалів припустиме лише з посиланням на наш сайт