/

КУМО дисциплины «Конструкции зданий и сооружений с элементами статики» для специальностей 270301

Версия 1. Идентификационный номер - ДСМК 2.4 СТ ОПД.08 Стр. 125 из 125

Фгоу спо Ярославский градостроительный колледж курс лекций дисциплины «конструкции зданий и сооружений с элементами статики»

для специальности 270301

«АРХИТЕКТУРА» и «ДИЗАЙН ИНТЕРЬЕРА»

Идентификационный номер

-

ДСМК-2.4 СТ ОПД.08

	Номер копии:
	Место хранения:	Кафедра ССД

Ярославль 2011

Раздел 6. Основы расчета и конструирования элементов несущего остова зданий.

Урок 1

Тема: 6.1. Общие сведения, расчетная схема

Основная цель дисциплины «Конструкции зданий и сооружений с элементами статики» - обучение студентов основам расчета и проектирования конструкций, оснований и фундаментов, с которыми наиболее часто приходится иметь дело в строительной практике.

Дисциплина тесно связана с «Технической механикой», «Строительные материалы», «Архитектура зданий», «Экономика» и «Технология строительного производства».

Статика сооружений изучает их работу при статическом действии нагрузки – медленном ее приложении в определенный конечный промежуток времени. Основные задачи статики состоят:

• в определении усилий и перемещений в сооружениях,

• их расчете на прочность, жесткость и устойчивость,

• в установлении наивыгоднейших форм сооружений, удовлетворяющих требованиям экономичности.

При этом широко используются методы строительной механики и сопротивления материалов. При решении задач расчет реального сооружения упрощают и оперируют расчетной схемой.

Расчетной схемой называют идеализированную, упрощенную схему действительного сооружения, в которой отражается только его основные свойства, но не учитываются второстепенные особенности. Выбор схемы основан на глубоком изучении действительной конструкции, вида узловых соединений в сооружении, особенности работы данного материала, конструкции опор и фундамента и т.д. Переход к расчетной схеме является необходимой идеализацией реальных сооружений. По мере накопления новых результатов испытаний сооружений совершается переход от од ной расчетной схемы к другой, более точно отражающей реальное поведение материала.

Рассматриваются плоские и пространственные идеализированные системы сооружений, которые подразделяются:

• по виду соединений в узлах,

• по геометрическому типу элементов, составляющих сооружение,

• по особенностям работы сооружения.

Плоским сооружением называют систему, осевые линии всех элементов которой расположены в одной плоскости.

Пространственные сооружения имеют три измерения. Обычно их стремятся расчленить на плоские элементы, которые рассчитать намного легче.

По геометрическому признаку конструкции принято разделять на массивы, брусья, плиты, оболочки и стержневые системы (рис. 1)

Сооружения, составленные из стержней, называют стержневыми. Из стержней состоят схемы большинства строительных конструкций – ферм, арок, рам, пространственных сетчатых конструкций и т.д. (рис. 2)

Брус, стержень, или стойка в строительной механике определяется как тело, у которого два измерения (толщина и ширина) малы по сравнению с третьей (длиной). Стержни могут быть прямолинейные и криволинейные, постоянного и переменного сечения. Основное назначение стержней – воспринимать осевые растягивающие и сжимающие силы, а также изгибающие моменты.

Частным видом стержней являются гибкие нити, которые работают только на растяжение, не оказывая сопротивления сжатию и изгибу. Изучение работы отдельного стержня составляет главную часть курса сопротивления материалов.

Рис. 2 Стержневые строительные конструкции

а) ферма; б) арка; в) рама, г) пространственная сетчатая конструкция

В последнее годы в строительстве все большее значение приобретают конструкции, составленные из пластинок. Пластинкой или плитой называют тело, у которого одно измерение (толщина) меньше двух других. Криволинейные пластинки называют оболочками. Пластинки воспринимают усилия в двух направлениях, что в ряде случаев оказывается очень выгодным и ведет к экономии строительных материалов.

Кроме стержней и пластинок сооружения могут быть массивами. Массивы это тела, в которых все размеры (длина, ширина и высота) одного порядка. Например: фундаменты, в которых все размеры одного порядка - метры.

По виду соединений в узлах сооружения делятся на системы с шарнирными (арка) и жесткими (рама) узлами.

Связи в схемах сооружений соединяют между собой отдельные элементы: стержни и пластинки (а также массивы, если они входят в схему конструкции). Их различают по числу степеней свободы, которые они отнимают от системы. В реальных конструкциях связи осуществляются в виде болтов, заклепок, сварных соединений, замоноличенных стыков и т.п. Основными видами связей в системах являются шарнирное и подвижное соединения элементов (рис. 3)

Рис. 3 а) Шарнирное соединение; б) подвижное соединение

Идеальным шарниром считают узловое соединение стержней, в котором не возникают силы трения и усилия на стержни передаются строго через центр шарнира. В расчетную схему соединений вводят идеализированные опоры.

Опорами называют связи, соединяющие конструкцию с основанием. Главными видами опор являются шарнирно-неподвижная, шарнирно-подвижная опоры и заделка. (рис. 4)

Рис. 4 Основные виды опор

а) шарнирно-подвижная; б) шарнирно-неподвижная; в) заделка

По особенностям работы сооружений различают балочные, рамные, арочные и висячие системы.

Как известно, балка представляет собой прямолинейный брус, работающий на изгиб. При наличии обычной горизонтально-подвижной опоры балка является системой, в которой вертикальная нагрузка вызывает только вертикальные опорные реакции. В распорной системе с криволинейным или многоугольным очертанием оси (арка, рама) вертикальная нагрузка помимо вертикальных, вызывает и горизонтальные составляющие реакций – распоры. При наличии идеального шарнирного соединения стержней во всех узлах систему называют шарнирно-стержневой фермой, или просто фермой (см. рис. 1.а). все стержни фермы при узловой работают только на осевое действие сил.

Рамой называют стержневую систему преимущественно с жесткими соединениями в узлах. Стержни рамы работают одновременно на изгиб и осевое действие сил.

Аркой называют криволинейный брус, закрепленный неподвижно двумя опорами. Арка со сплошной стенкой работает на осевое сжатие и изгиб.

Часто используют висячие системы, в которых цепи или кабели поддерживают балочную часть. Идеальные висячие связи работают только на растяжение.

С точки зрения статики сооружения делятся на статически определимые и статически неопределимые. К первым относятся системы (конструкции), усилия в которых определяются только с помощью уравнений статики. Статически неопределимые системы рассчитываются с дополнительным использованием уравнений совместности деформаций. Мы с вами будем изучать только расчет статически определимых систем.

По используемым материалам конструкции делятся на стальные, деревянные, железобетонные, бетонные, каменные или кирпичные.

При расчете строительных конструкций различают конструктивные и расчетные схемы элемента.

Схема элемента в которой отражены материал, форма и размеры сечения, а также специальные устройства (анкеры, болты, приварки и т.д.) называют конструктивной схемой балки.

Конструктивные схемы не дают возможности определить реакции опор и внутренние усилия в элементе, поэтому введем следующие упрощения:

1. Расчетный элемент заменим его геометрической осью, т.е. линией, проходящей через центры тяжести поперечных сечений. Это упрощение позволяет не рассматривать материал, форму и размеры сечения, считая, что реакция и внутренние усилия от них не зависят, а зависят только от нагрузок, действующих на элемент.

Рис.5 Конструктивные схемы балок

а) железобетонной; б) деревянной; в) стальной

lо – расчетный пролет

2. силу давления элемента на опору считаем приложенной в одной точке – центре опорной поверхности. Это допущение вытекает из предположения что давление на опору равномерно распределено по всей опорной поверхности;

Рис. 6 Схема распределения давления под балкой

lоп – длина опорного участка балки

3. расстояние между серединами опорных участков считается расчетной длиной балки lо или расчетным пролетом (рис. 6) – lо = l -2(lоп/2) - 2δ

Рис. 7 Схема определения расчетного пролета: l – расстояние между разбивочными осями; lсв – расстояние между опорами в свету; lо – расчетный пролет; lоп – опорный участок; δ – раксстояние от оси до грани элемента

4. считаем, что силы трения по плоскости опоры отсутствуют (опоры, в которых пренебрегают силой трения, называют идеальными).

Полученная на основе принятых упрощений схема элемента, назвывается его расчетной схемой.

. Таким образом, расчетная схема любой конструкции – это идеализированное изображение конструктивной схемы, в которой не отражены свойства, незначительно влияющие на точность расчета.

При этом различают конструктивную и расчетную схемы опор элемента.

Будем считать, что расчетная схема опоры соответствует конструктивной при принятых упрощениях, если они имеют одинаковые статические и геометрические (или кинематические) признаки. Под геометрическими признаками подразумевается количество независимых перемещений рассматриваемого сечения. Под статическими признаками подразумевается количество реактивных опорных реакций.

Шарнирно-подвижная опора называется шарнирной потому, что допускает поворот сечения балки на опоре, и подвижная потому, что допускает горизонтальное перемещение конца балки.

Рис 8. Схема шарнирно-подвижной опоры

Шарнирно-неподвижная опора называется: шарнирной потому, что она допускает поворот сечения на опоре, и неподвижной потому, что не допускает никаких линейных перемещений конца балки на опоре.

Рис. 9 схема шарнирно-неподвижной опоры.

Балка может быть прикреплена к основанию с помощью жесткой заделки. Такую опору принято называть жестко защемляющей или жесткой заделкой. Такая опора с геометрической точки зрения характерна тем. Что препятствует вертикальному, горизонтальному и угловому перемещению опорного сечения. За расчетный пролет lо консоли принимают расстояние от края заделки до свободного конца балки.

Рис. 10 Схема консоли

а) конструктивная схема; б) расчетная схема.

Урок 2