30.4. Відомості про розрахунок залізобетонних багатоповерхових рам

Плоскі рами багатоповерхової будівлі, які розташовують з певним кроком і зв'язані перекриттями, утворюють просторовий каркас, за довжиною, що дорівнює відстані між температурними

Рис.30.12. Збірно–монолітна конструкція багатоповерхової будівлі: 1 – колона; 2 – ригель; 3 – плити перекриття; 4 – скоби; 5 – зона замонолічування; 6 – стяжки; 7 – каркас

Рис.30.13. Схеми багатоповерхових громадських каркасних будівель: a – з поперечними рамами каркасу; b – з просторовими рамами; c –– з поздовжніми рамами; d – з неповним каркасом (поперечні рами і несучі зовнішні панельні стіни);

Рис.30.14. Вузол спряження ригеля з колоною в каркасі цивільних будівель: 1 – закладні деталі для кріплення поздовжньої розпірки; 2 – монтажна зварка; 3 – отвір для проходження бетонної суміші; 4 – стійка; 5 – ригель; 6 – цементний розчин; 7 – двотавр, підсилений листом δ=8мм; 8 – панелі перекриття

швами або зовнішніми стінами. Такий просторовий каркас називають блоком рам.

Для розрахунку з практично достатньою точністю блок рам розчленовують на окремі плоскі рами.

Вертикальні постійні і тимчасові навантаження, а також горизонтальні вітрові навантаження вважають прикладеними одночасно до всіх рам блока, тому просторовий характер його роботи в цих умовах не виявляється і кожну плоску раму можна розраховувати окремо на відповідне навантаження.

Для розрахунку залізобетонної статично невизначеної рами необхідно попередньо встановити жорсткості ригелів і стійок або відношення цих жорсткостей.

Розміри перерізів встановлюють на підставі попереднього (наближеного) розрахунку рами.

Так, ригель розраховують за опорним моментом

(30.1)

де — максимальний згинальний момент балки, що вільно лежить на двох опорах.

Робоча висота перерізу ригеля

, (30.2)

де

Якщо рама завантажена переважно вертикальним навантаженням, то попередній підбір перерізів колон розраховують (без урахування згинальних моментів) за формулою

(30.3)

де N —поздовжня сила, обчислена за відповідною грузовою площею без урахування нерозрізності ригелів.

Щоб спростити статичний розрахунок, зазвичай, аналізують розрахункову схему рами і шукають можливі спрощення, що полегшують розрахунок. Так, похилі і ламані ригелі рам за ухилу не більше 1: 8 заміняють горизонтальними.

1. Розрахунок на вертикальне навантаження. Під час розрахунку багатоповерхових багатопрольотних рам на вертикальне навантаження можна нехтувати горизонтальним зміщенням ярусів; тому за рівних прольотів і однакових у всіх прольотах навантажень багатопрольотні рами заміняють під час розрахунку трипрольотними і вважають згинальні моменти в середніх прольотах багатопрольотної рами такими самими, як і в середньому прольоті три прольотної рами.

У будівництві найбільшого поширення набули багатоповерхові рами з рівними прольотами або середнім укороченим прольотом (рис. 30.18, a).

Вузли багатоповерхової рами, розташовані на одній вертикалі, мають приблизно рівні кути повороту. Тому опорні моменти стійок будуть рівні, а нульові точки стійок розташовані посередині висоти поверху (рис. 30.19). Це дає підставу розчленувати багатоповерхову раму на низку одноповерхових рам з висотою стійки, що дорівнює половині висоти поверху, з шарнірами на кінцях (окрім першого поверху).

Розрахунок на вертикальне навантаження необхідно виконувати для трьох таких одноповерхових рам: верхнього, середнього і першого поверхів (див. рис. 30.18, b).

Розраховувати рами на вертикальне навантаження з урахуванням перерозподілу моментів унаслідок пластичних деформацій зручно, прийнявши як приклад вирівняної епюри епюру моментів, що виникає в пружній схемі під час завантаження тимчасовим навантаженням через проліт (див. рис. 30.18, с). При тому прольотні моменти ригелів і опорні моменти стійок виходять максимальними, а вирівняні опорні моменти ригелів зменшуються приблизно на 30%. Зменшення опорних моментів ригелів полегшує конструкцію вузлів рами.

Одже, завдання розрахунку багатоповерхової рами зводиться до визначення згинальних моментів в одноповерховій симетричній трипрольотній рамі, яка завантажена симетричним навантаженням. Розрахунок таких рам можна виконувати за таблицями .

Опорний момент ригеля рами за однакового перерізу колон у межах одного поверху

(30.4)

де α і β‚—табличні коефіцієнти, які залежать від схеми завантаження постійним і тимчасовим навантаженнями і відношенням погонних жорсткостей стійки, які примикають до вузла, і погонних жорсткостей ригеля; g, p — постійне і тимчасове навантаження на 1м ригеля; l — проліт ригеля (між осями колон).

Згинальні моменти в стійках для кожної схеми завантаження рами визначають за різницею опорних моментів ригеля у вузлі, розподіляючи її між верхньою і нижньою стійками пропорційно до їх погонних жорсткостей. Згинальні моменти в прольотних перетинах ригелів, а також поперечні сили визначають звичайними способами як в однопрольотній балці, яка завантажена зовнішнім навантаженням і опорними моментами на кінцях. На підставі розрахунку будують обвідні епюри моментів рами аналогічно тому, як це здійснюють під час розрахунку ригеля міжповерхового перекриття.

Багатоповерхову раму (рис. 30.20, a) можна також розчленувати на окремі рами і інакше (рис. 15.20, b), так щоб одна і та сама стійка входила в дві суміжні рами.

Особливість закріплення кінців стійок приймають (залежно від відношення погонних жорсткостей ригелів і стійок) в напруженому або повному станах.

Такі одно- і двоповерхові рами можна розраховувати за таблицям .

2. Розрахунок на горизонтальне навантаження. Приблизний розрахунок багатоповерхових рам на горизонтальне (вітрове) навантаження зводиться до такого. Всі горизонтальні сили приймаються прикладеними до вузлів рами (рис. 30.21). Загальну поперечну силу для ярусу рами розподіляють між стійками рами залежно від відношення погонних жорсткостей ригелів і стійок. За знайденими поперечними силами стійок обчислюють згинальні моменти і будують епюри M, призначаючи нульові точки моментів у середині висоти стійки, а для першого поверху на відстані 2/3 l від нижнього кінця стійки.

Ярусна поперечна сила: для першого поверху

для другого поверху

і т.д. (30.5)

Для збірних рам із стійками однакового поперечного перерізу в межах одного поверху виходить такий розподіл ярусної поперечної сили між стійками:

для середніх стійок ярусу

; (30.6)

для крайніх стійок ярусу

, (30.7)

де m – кількість стійок в одному ярусі; β – коефіцієнт зменшення жорсткостей крайніх стійок, оскільки до крайнього вузла ригель примикає тільки з одного боку; β =0,9 для першого поверху; β=0,54...0,79 для решти поверхів залежно від відношення ( – погонна жорсткість ригеля крайнього прольоту, а – погонна жорсткість крайньої стійки, що примикає до вузла знизу).

Для першого поверху моменти дорівнюють:

зверху стійки

; (30.8);

(30.9)

знизу стійки

(30.10)

(30.11)

Для решти всіх поверхів згинальні моменти згори і знизу стійки будуть:

;

. (30.12)

Є і інші наближені методи розрахунку багатоповерхових рам.

3. Визначення розрахункових зусиль і підбір перерізу. За цими розрахунками будують обвідні епюри М і Q і обчислюють відповідні їм поздовжні сили, окремо для основних і окремо для додаткових поєднаних навантажень.

З обвідних епюр для всіх розрахункових перерізів повинні бути знайдені і і відповідні їм поздовжні сили N, а у деяких випадках (для високих колон), – і відповідний йому М.

Для ригелів розрахунковими розрізом є розріз на опорах і в прольоті, для колон – зверху, знизу в одно і двопроміжних перерізах за висотою.

За розрахунковими зусиллями підбирають розрізи, які передбачають: 1) остаточне встановлення розмірів розрізів ригелів і стійок; 2) підбір розрізів повздовжньої арматури; 3) розрахунок поперечної арматури; 4) перевірку колон на повздовжній згин з площини рами.

Для збірних залізобетонних рам додатково розраховують стики і зварні шви, а також перевіряють міцність елементів рами на зусилля під час їх транспортування і монтажу.

Підбір перерізів ригелів рам не відрізняється від розрахунку ригелів балкових перекрить.

Перерізи колон розраховують на позацентровий стиск.

Розрахункова довжина стійок багатоповерхових будівель .