8.Конструктивные и расчетные схемы зданий и сооружений.
Все здания и сооружения на железнодорожном транспорте -вокзал, локомотивные и вагонные депо, заводы по ремонту подвижного состав; мосты, телевизионные башни, высотные здания и т. .д.) состоят из отдельных частей - конструктивных элементов. Взаимное расположение и характер работы несущих элементов здания, связь их между собой определяют его консруктивную схему.
Конструктивная схема - это взаимосвязанные системы несущих конструкций (вертикальных, горизонтальных, наклонных, пространсвенных) здания и сооружения, воспринимающих постоянные и временные нагрузки, воздействия окружающей среды (температурные, влажностные и др.) и передающих их на грунтовое основание. Несущие конструкции, образующие конструктивную схему сооружения, должны обеспечивать прочность, устойчивость и необходимую жесткость в течение всего срока службы здания сооружения.
Конструктивная схема позволяет выявит игру сил, поэтапную передачу нагрузки с одного элемента здания на другой. В конструктивной схеме поперечной рамы одноэтажного производственного здания поэтапная передача нагрузки осуществляется по двум цепочкам-траекториям (рис. 8.1).
Рис 8.1 Конструктивная (а) и расчетная (б) схема поперечной рамы: 1 - фундамент (Ф); 2 - колонна (К); 3 - ригель; 4 - плиты перекрытия (П); 5 - мостовой ран; 6 -подкрановая балка; 7 - консоль колоны (K1) 8 - продольные связи между колонами; 9 - основание (О);
П->Р->К->Ф->0
Q->ПБ->К1->К->Ф->О
Для обеспечения устойчивости поперечных рам в продольном направлении устанавливают продольные связи. Основные конструктивные схемы здания из железобетона следующие
Каркасная (колонны, ригеля, плиты перекрытия)
Бескаркасная (стеновая) с поперечными и продольными несущими стенами
Из объемных блоков
Стволовая (несущий ствол-остов в середине здания на всю высоту)
Комбинированная ( комбинация различных конструктивных стен)
Расчетная схема устанавливается на основе конструктивной схемы сооружения. Расчетная схема - это упрощенное изображение конструкции с действующими нагрузками, принимаемыми для выполнения расчетов. По существу расчетная схема - это геометрическая схема конструкций с учетом соединений между элементами действующими нагрузками.
В расчетной схеме стержни условно заменяются их центральными линиями - осями, пластиы - их срединными поверхностями, реальные опорные поверхности заменяются идеальными опорными связями, нагрузки на поверхности на оси или срединные поверхности.
В расчетной схеме, определяющей усилия в элементах важную роль играют узлы, соединения элементов в узлах, характер опирания конструкции на опоры и основания. Соединения элементов могут быть:
жесткие, не допускающие взаимного перемещения элементов.
свободные, или шарнирные, позволяющие взаимное перемещение между собой
упругоподатливые соединения, допускающие взаимные перемещения, но с возникновением реакций в соединениях.
При выборе расчетной схемы возможны определенные допущения, предпосылки, идеализации. Например, стержневое металлическое структурное покрытие заменяется на сплошную непрерывную плиту с условными характеритиками материалов и расчетной выстой. От расчета пространственных систем, переходят к расчету плоских рам. Учитывая неопределенность отпора грунта, ленточный фундамент рассматривается как балка с распределенной нагрузкой. Расчетная схема, если она сложна для расчета, подвергается дальнейшему упрощению исключением некоторых устройств, играющих второстепенную роль в сооружении и не снижающих его надежности в эксплутации.
Подготовка расчетной схемы включает в себя:
схематическое представление конструктивного решения, анализ конструктивных элементов ( стержни, пластины), установление перечня нагрузок, действующих на сооружение;
принятие решения о характере закрепления узлов, отпирания и соединения элементов в узлах (жесткое, шарнирное, упругоподатливое);
прослеживание траектории восприятия внешних нагрузок конструктивными элементами и передача усилий с одного элемента на другой или на основание;
проверка выбранной расчётной схемы на геометрическую изменяемость. При её обнаружении необходимо вернуться к анализу соединений в узлах и опорах. В некоторых случаях усилия в элементах конструкции зависят от деформации. Так, в поперечных сечениях ствола Останкинской телебашни при отсутствии крена фундамента изгибающие моменты не возникают. Однако при действии ветровой нагрузки и одностороннем нагреве солнечной радиацией поверхности ствола развиваются горизонтальные деформации, как следствие возникают эксцентриситеты и дополнительные изгибающие моменты в поперечных сечениях от вертикальных нагрузок. Расчёт таких сооружений ведут по деформируемой расчётной схеме, согласно которому внутренние усилия определяют в зависимости от деформации конструкции.