книги / Строительные конструкции
..pdfвысотой) — см. рис. IX. 13, в. Система решетки фермы за висит от ее очертания, высоты и требуемого размера па нели (расстояния между узлами). Решетка может быть треугольной (см. рис. IX.13, а, в) или раскосной (рис. IX. 13,6). Угол наклона раскосов составляет 35—45°. Эле менты ферм обычно выполняют из парных уголков и сое
диняют в узлах с помощью фасонок, |
к которым |
уголки прикрепляются сварными швами |
(рис. IX. 13, |
узел А). |
|
Устойчивость плоской фермы из своей плоскости обе спечивают устройством системы связей (вертикальных и горизонтальных). Фермы, соединенные связями, образу ют пространственно устойчивый блок (рис. IX. 14).
В геометрической схеме фермы каждый стержень изображается одной линией, проходящей по центру тя жести его сечения. Оси всех стержней, сходящихся в уз ле, должны пересекаться в одной точк£ Прц определении усилий в стержнях фермы полагают, что соединение стер жней во всех узлах шарнирное, поэтому от нагрузок, приложенных в узлах, все элементы испытывают только
осевые усилия — растяжение |
или сжатие. |
Значение и |
|
знак |
усилия устанавливают |
расчетом, который может |
|
быть |
выполнен графически |
(построением |
диаграммы |
Максвелла-Кремоны) или аналитически (методом сече ний). В фермах покрытий верхний пояс сжат, а нижний растянут. При действии нагрузки между узлами фермы в стержне кроме осевого усилия возникает изгибающий момент. В этом случае требуется значительное увеличе ние сечения стержня, поэтому внеузловых нагрузок на ферму следует избегать.
После того как определены усилия, подбирают сече ния элементов фермы. Сжатые элементы рассчитывают по формуле (IX. 19). Гибкость К основных сжатых эле ментов фермы (поясов, опорных раскосов) не должна быть более 120, гибкость прочих сжатых элементов может достигать 150. При определении гибкости элементов ферм свободную длину /0 для поясов, опорных раскосов и стоек в плоскости фермы принимают равной их геомет рической длине / между центрами узлов, для остальных элементов решетки принимают /о=0,8/. Из плоскости фермы свободную длину элемента считают равной рас стоянию между узлами, закрепленными от смещения из плоскости фермы связями, ребрами плит покрытий, при варенными к поясу, и т. д.
171
Растянутые элементы проверяют по формуле |
|
N/FHT< R . |
(IX. 37) |
При подборе сечений следует стремиться, чтобы число различных профилей было минимальным (не более 5—7).
Размеры сварных швов, необходимых для прикрепле ния элементов ферм к узловым фасонкам, зависят от расчетного усилия N, их определяют по формуле (IX.2).
При конструировании прикрепления стержня фермы к узловой фасонке следует учитывать, что центр тяжести уголков смещен к обушку и, следовательно, усилие, пе редаваемое на шов, расположенный со стороны обушка, больше, чем на шов, находящийся со стороны пера. Общая площадь шва, необходимая для прикрепления стержня, выполненного из уголков, распределяется обратно про порционально расстояниям от его центра тяжести до кро мок (см. рис. IX. 13, узел А ).
После вычисления требуемой длины швов для при крепления элементов фермы к фасонке намечают разме ры фасонок, учитывая при этом, что сходящиеся в узле элементы должны отстоять друг от друга не менее чем на 50 мм, а конфигурация фасонки должна быть возмож но более простой.
§IX.6. ПРЕДВАРИТЕЛЬНО-НАПРЯЖЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ
Впредварительно-напряженных стальных конструк циях при изготовлении создают напряжения, обратные по знаку напряжениям, которые будут возникать при работе под нагрузкой. Это повышает область их упругой работы
идает возможность использовать в растянутых элемен
тах высокопрочные материалы (тросы, пучки проволок и т. п.), а следовательно, получить экономию стали.
Предварительное напряжение балок может быть осу ществлено путем их выгиба или натяжением высокопроч ных канатов (тросов), включаемых в конструкцию балок. На рис. IX.15, а показана предварительно-напряженная балка, составленная из двух элементов, подвергнутых выгибу и сваренных в изогнутом состоянии продольными швами. Эпюра напряжений в сечении балки после изго товления показана на рис. IX. 15, б. С этой эпюрой будет складываться обычная двузначная эпюра от нагрузки (рис. IX.15, в). Суммарная эпюра (рис. IX.15, г) по мере роста нагрузки приобретает почти прямоугольное очер-
172
Рис. IX.15. Схемы предварительно напряженных металлических кон струкций
I —напрягающие канаты (тросы)
тание. Таким образом, несущая способность балки будет исчерпана, когда напряжения достигнут предельных по всему сечению, а не только в краевом волокне, как это принято в балках без предварительного напряжения. Предварительно-напряженная балка с напрягающим эле ментом из высокопрочных канатов (тросов) показана на рис. IX.15, д. Натяжение канатов при изготовлении балки создает момент, обратный по знаку моменту от эксплуа тационной нагрузки, что уменьшает суммарное значение напряжений. Поскольку канаты закреплены на балке, под нагрузкой они работают совместно как комбиниро ванная система, в которой используется высокая проч ность каната на растяжение.
Предварительно-напряженные фермы создают натя жением канатов, включаемых в конструкцию ферм с та ким расчетом, чтобы после их натяжения в основных элементах возникали напряжения, обратные по знаку напряжениям от нагрузки. Напрягающие тросы можно располагать раздельно вдоль основных растянутых стер жней (рис. IX. 15, е) или давать один общий трос для всей фермы (рис. 1Х.15,'яс).
173
ГЛАВА X. КОНСТРУКЦИИ ЗДАНИИ
§ Х.1. ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИИ
Конструкции зданий состоят из отдельных элементов, связанных между собой в единую пространственную си стему. Требования, предъявляемые к отдельным конст руктивным элементам, обусловлены их назначением и Характером работы под нагрузкой. Так, например, эле менты междуэтажных перекрытий должны быть прочны ми и достаточно жесткими, чтобы их прогиб не нарушал эксплуатационного режима здания; стены и колонны, поддерживающие перекрытия, должны быть прочными и устойчивыми. В железобетонных элементах, кроме того, ограничивается ширина раскрытия трещин в бетоне ра стянутой зоны, а для некоторых видов предварительно напряженных конструкций должно быть исключено и об разование трещин.
Все здание в целом должно обладать пространствен ной жесткостью, т. е. надежно сопротивляться действию вертикальных и горизонтальных нагрузок всех видов.
Здания бывают каркасными и бескаркасными.
В бескаркасных зданиях пространственная жесткость создается благодаря совместной работе продольных и поперечных стен, соединенных перекрытиями в единую пространственную систему; сведения о конструкциях ка менных бескаркасных зданий приведены в § VIII.4.
Каркасные здания строят по рамной или рамно-связе- вой системе. Рамы состоят из стержней (балок и ко лонн), имеющих преимущественно жесткое соединение в узлах; связевыми конструкциями служат каменные сте ны, железобетонные стенки.-диафрагмы или стальные связи. В зданиях рамной системы все внешние нагрузки воспринимают поперечные и продольные рамы, объеди ненные в пространственную систему перекрытиями и по крытием (рис. Х.1 ,а ,б ). В зданиях рамно-связевой си стемы совместно с рамами работают также связевые кон струкции (рис. Х.1, в).
Прочность, жесткость и устойчивость отдельных эле ментов здания и всего здания в целом должны быть обе спечены на всех этапах возведения, для чего в необходи мых случаях проектом должна быть предусмотрена уста новка временных креплений: связей, распорок и т. д.
174
Рис. Х.1. Конструктивные схе мы зданий
1 —поперечная рама; 2 —продоль- ная рама; 3 —перекрытие или по крытие; 4 —связевая диафрагма; 5 —стальные связи
Здание, обладающее пространственной жесткостью, деформируется так, что при загружении одного из эле ментов в работу включаются и другие элементы, «помо гая» загруженному.
При проектировании зданий следует предусматривать возможность индустриального способа их возведения. Условиям индустриализации строительства в наибольшей степени отвечают сборные конструкции заводского изго товления, позволяющие выполнить монтаж здания в ко роткие сроки с эффективным использованием средств механизации.
Чтобы заводы могли обеспечить высокопроизводи тельный серийный выпуск элементов строительных кон струкций, необходимо, чтобы число типов элементов было минимальным, а применение их массовым, т. е. чтобы их
175
можно было устанавливать в зданиях различного мази3* чения. С этой целью основные габаритные размеры и кон структивные схемы зданий унифицируют, т. е. для каж дого типа зданий принимают определенную конструктив ную схему, а основные размеры (в плане и по высот3), приводят к ограниченному числу стандартизованных раз меров на базе единой модульной системы *.
Так, например, одноэтажные промышленные здания, к которым также относятся здания водопроводно-кана лизационного назначения (насосные, воздуходувные, хлораторные и др.)> а также здания котельных имеют уни фицированные размеры в плане, кратные укрупненному модулю 3 м (или 6 м), а размеры по высоте — кратное укрупненному модулю 1,2 м. Их унифицированная кон структивная схема предусматривает шарнирное опирание покрытия на стены или на колонны, что позволяет ис пользовать для покрытий однотипные элементы незави симо от высоты здания, наличия мостовых кранов или за глубленных участков (см. § Х.4. и Х .5).
Для каждого элемента здания выбирают наиболее рациональный, проверенный на практике вариант конст руктивного решения, который принимают в качестве типового. Типовые элементы, предназначенные для мас сового применения,и являются основной продукцией заво дов, изготовляющих строительные конструкции. Номен клатура типовых элементов периодически обновляется.
Проектируя сборные конструкции зданий, следует стремиться к их максимальному укрупнению исходя из грузоподъемности существующих монтажных механиз мов и способа перевозки. Чем крупнее элементы, тем меньше их число, следовательно, быстрее будет смонти ровано здание.
Сборные элементы должны быть технологичными с точки зрения их изготовления в заводских условиях и обеспечивать удобство их монтажа. Указанные требо вания влияют на выбор конструктивного решения эле мента.
При проектировании сборных элементов нужно учи тывать, что в процессе транспортирования и монтажа их расчетная схема может существенно отличаться от рас-
1 Единая |
модульная система предусматривает градацию разме |
ров на базе |
модуля 100 мм или укрупненного модуля, кратного |
100 мм. |
|
176
[стадия III напряженно-деформированого состояния (см. гл. V I)].
Если напряжения растянутой арматуры достигают предельных в каком-либо сечении статически неопреде лимого элемента, то разрушения в этом сечении не проис ходит, так как повороту примыкающих участков элемен та препятствуют опорные закрепления. В рассматривае мом сечении происходят значительные местные дефор мации, но оно воспринимает момент
|
М^д — <Тт |
гб> |
где |
— площадь сечения арматуры; |
zo — плечо внутренней пары |
сил. |
|
|
Для расчета этот момент принимают равным: М = 7?а Fа z<j.
Участок балки, испытывающий указанное напряжен ное состояние, называют пластическим шарниром. При дальнейшем увеличении нагрузки на элемент момент в пластическом шарнире остается постоянным, а в других сечениях возрастает, т. е. происходит перераспределение моментов.
Пластические шарниры могут образовываться в не скольких сечениях элемента, до тех пор пока он не станет статически определимым, тогда образование еще одного пластического шарнира приведет к разрушению.
Для иллюстрации сказанного рассмотрим однопролет ную статически неопределимую балку с защемленными концами пролетом /, загруженную равномерно распреде ленной нагрузкой q (рис. Х.З).
Предельные моменты, воспринимаемые пролетными и опорными сечениями балки, равны:
«оп ^оп а Ч •
Сумма пролетного и опорного моментов в статически неопределимых балочных системах равна моменту сво бодно лежащей балки М0:
Мар -j- Моа — М0. |
(Х.1) |
При равномерно распределенной нагрузке
17»
В рассматриваемом случае
6 ~ 8 •
Задаваясь разными значениями Р™ и Р™, мы полу
чим соответственно различные значения |
пролетного и |
опорного моментов. |
|
По упругому расчету такой балки опорные моменты |
|
Mon= q l 2/\2 , а момент в середине пролета Mnp ~ q l2/24 |
|
0/2 |
арматуры, по- |
(Моп+Л411Р=2— = М 0), Если количество |
|
8 |
|
ставленное в опорных сечениях балки, будет меньшим, чем это требуется по указанной выше величине опорного момента, то в процессе загружения при нагрузке q\<Zq в опорных сечениях образуются пластические шарниры и дополнительная нагрузка (q—с/\) вызовет увеличение моментов только в пролете. Так, если опорные сечения
заармировать на момент Mon= q l2/ l 6 > |
в |
пролете надо |
|
поставить арматуру на момент |
|
|
|
<7/2 |
ql2 _ |
дя |
|
Мцр — Мо —М0п — 8 |
16 |
16 |
* |
Рис. |
Х.З. |
К |
расчету |
|
однопролетной |
стати |
|||
чески |
неопределимой |
|||
железобетонной |
бал |
|||
ки с |
учетом |
перерас |
||
пределения усилий |
||||
а —схема |
армирования |
|||
балки; |
|
б—расчетная |
||
схема; |
в —схема |
обра |
||
зования |
пластических |
|||
шарниров; |
|
г —эпюра |
||
моментов; |
д—расчетная |
|||
схема и эпюра моментов |
||||
от нагрузки q—q\ |
после |
|||
образования |
пластиче |
|||
ских шарниров |
на опо |
|||
8 |
рах |
|
|
|
|
|
|
|
180