1. Конструктивные схемы зданий

Здание с каменными (кирпичными) стенами представляет собой пространственную систему, состоящую из продольных и поперечных стен, покрытий и перекрытий, взаимно связанных между собой.

Статический расчет стен зданий как элементов пространственной системы достаточно сложен. Поэтому в упрощенном расчете считают, что стены шарнирно связаны с перекрытиями. Опорами наружных стен при горизонтальных нагрузках служат перекрытия, которые, в свою очередь, нагрузку передают на поперечные стены. Поэтому, чем меньше расстояния между поперечными стенами, тем жестче и устойчивее будет здание. Если расстояние между поперечными схемами значительно, перекрытия следует считать не жесткими (неподвижными) опорами, а упругими.

Нормами установлены предельные расстояния между поперечными стенами, при превышении которых покрытия и перекрытия следует считать упругими опорами. В соответствии с этим различают жесткую и упругую конструктивные схемы здания [1, табл. 27]. Жесткую конструктивную схему имеют жилые и общественные здания. К зданиям с упругой конструктивной схемой относятся производственные, складские и сельскохозяйственные здания.

Конструктивная схема зданий устанавливается в зависимости от расстояний между поперечными устойчивыми конструкциями (стенами, рамами, контрфорсами, диафрагмами), от жесткости перекрытий и группы кладки.

Различают четыре группы кладки, которые зависят от вида кладки, прочности камня и раствора [1, табл. 26]. Например, сплошная кладка из кирпича или камней марки М50 и выше на растворе марки М10 и выше относится к первой группе, а на растворе марки М4 – ко второй группе. Кладка из камней марок М25 и М35 на растворе марки М4 относится к третьей группе, а кладка из рваного бутового камня на растворе марки М4 – к четвертой группе.

3. Расчет стен зданий с жесткой конструктивной схемой

Расчет выполняется на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок.

Различается расчет наружных стен многоэтажных домов и расчет поперечных стен.

Расчет наружных стен многоэтажных домов. Наружные стены многоэтажных домов рассматривают как неразрезные многопролетные балки, опорами которых служат перекрытия.

По упрощенной схеме многопролетную балку заменяют однопролетными. При расчете каждого этажа нагрузка собирается от вышерасположенных конструкций и прикладывается в центре тяжести стены . Кроме того, в пределах этажа с эксцентриситетом учитывается нагрузка от перекрытия, а также собственный вес стены этажа, прикладываемый в центре тяжести сечения (рис. 23).

Рис. 24. Расчетные схемы наружной стены при расчете на ветер:
а) для промежуточного этажа; б) для верхнего этажа

Изгиб стен от ветра можно не учитывать, если нормальные напряжения, вызываемые в них моментами от нормативной ветровой нагрузки, не превышают 0.1 МПа.

Давление от перекрытия на стену (сосредоточенная сила) прикладывается на расстоянии 1/3 длины опирания конструкций перекрытия, считая от внутренней поверхности стены (но не более 7 см).

Прочность межоконного простенка проверяется на уровне перемычки и подоконника. Изгибающий момент, действующий под перекрытием, уравновешивается горизонтальными реакциями на опорах наружной стены: вверху стена прижимается к перекрытию, а внизу отходит от перекрытия. Поэтому стены и столбы должны крепиться к перекрытиям и покрытиям анкерами сечением не менее 0.5 см2 (рис. 25).

Расчет поперечных стен при жесткой конструктивной схеме. В зданиях с жесткой конструктивной схемой ветровые нагрузки через перекрытия передаются на поперечные стены, которые работают при этом как вертикальные консоли, заделанные в основание.

Если поперечные и продольные стены соединены перевязкой, то следует учитывать совместную работу поперечной стены и участков примыкающих к ней продольных стен. В этом случае расчетное сечение консоли может иметь форму двутавра, тавра или швеллера.

При этом участки продольных стен играют роль полок, а поперечные стены – стенок консольных балок (рис. 26).

При расчете консоли проверяются в середине высоты этажа:

1) сдвигающие напряжения в местах примыкания продольных стен к поперечным

где – поперечная сила от ветра в середине высоты этажа; – расчетное сопротивление кладки срезу по вертикальному перевязанному сечению;

2) сдвигающие напряжения на уровне центра тяжести сечения консоли

где – статический момент полусечения относительно оси , – расчетное сопротивление скалывания кладки, обжатой силой , ; ; – расчетное сопротивление главным растягивающим напряжениям по швам кладки [1, табл. 10].

4. Расчет стен зданий с упругой конструктивной схемой

При статическом расчете рамы модуль упругости кладки принимается равным Если нагрузки от ферм и балок значительны, стены усиливаются пилястрами (рис. 28).

В стенах с пилястрами или без пилястр ширину стены при расчете следует принимать:

1) если конструкция покрытия равномерно передает дав

ление на стену, равной ширине между проемами, а в стенах без проемов – равной расстоянию между осями пролетов;

2) если боковое давление от стены передается в местах опирания ферм или балок, то стена рассматривается как стойка рамы с постоянным сечением с шириной полки, равной , в каждую сторону от края пилястры, но не более или ширины стены между проемами. Если при сосредоточенных нагрузках пилястры отсутствуют, ширина участка, равная , принимается в каждую сторону от

Расчеты стены должны выполняться в стадии незаконченного строительства на действие собственного веса и ветра без покрытия и в стадии законченного строительства на действие эксплуатационных нагрузок

 Способы возведения каменных зданий при отрицательных температурах. Особенности расчёта каменных конструкций, возведённых в зимнее время.

2. Методы ведения зимней кладки

На основании полученных выводов в настоящее время разработаны и применяются три основных метода выполнения кладки в зимнее время.

Метод замораживания кладки на растворах марки М50 и выше с противоморозными химическими добавками, обеспечивающими снижение температуры замерзания раствора и частичный набор первоначальной прочности, а затем, после оттаивания кладки, и полной прочности, а также сцепление с камнем и арматурой.

Метод замораживания на растворах марки М10 и выше без химических добавок. При этом конструкции должны иметь достаточную прочность и устойчивость как в период их первого оттаивания (при наименьшей прочности оттаявшего раствора), так и в стадии эксплуатации здания.

Этот способ позволяет возводить малоэтажные здания высотой до 15 м (4 этажа) без применения дефицитных химических добавок и получать значительную экономию цемента, так как марка раствора может быть меньше марки М50.

Метод замораживания на растворах марки М50 и выше без добавок, с искусственным обогревом каменных стен для достижения кладкой прочности, достаточной для возведения вышерасположенных стен.

Расчет зимней кладки выполняют в стадии строительства и при действии эксплуатационных нагрузок для законченного здания

Лекция 19

КОНСТРУКЦИИ МНОГОЭТАЖНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ И ГРАЖДАНСКИХ КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ СО СБОРНЫМИ БАЛОЧНЫМИ ПЕРЕКРЫТИЯМИ

1.Объемно-планировочные и конструктивные решения зданий. Типы соединений ригелей с колоннами. Обеспечение пространственной жесткости.Типовые серии

По назначению многоэтажные здания делятся на промышленные и гражданские.

Здания состоят из отдельных элементов: плит и балок перекрытий и покрытия, колонн, стен и др., - каждый из которых должен обладать прочностью, устойчивостью, достаточной жесткостью и трещиностойкостью и участвовать в общей работе здания.

В многоэтажных промышленных зданиях количество этажей составляет от 3до 14, ширина зданий – 18…36м и более, наиболее распространенная сетка колонн 6х6, 9х6, 12х6м. Ограничение размеров сетки обусловлено большими временными нагрузками на перекрытия, которые могут достигать 15…25кН/ и более. В верхнем этаже зданий может располагаться крановое оборудование ( подвесной или мостовой кран ).

На практике применяют перекрытия 2 типов. В перекрытиях 1 типа панели опираются на полки ригелей. В перекрытиях 2 типа сборные плиты опирают на ригели прямоугольного поперечного сечения. Перекрытие 1 типа используется, как правило, при равномерно распределенной нагрузке. Перекрытия 2 типа применяется при наличии больших сосредоточенных нагрузок на одну опору (например, в зданиях химической промышленности, где технологическое оборудование провисает из этажа в этаж).

Ригели с колоннами могут соединяться шарнирно и жестко. При шарнирном опирании соединение производится путем сварки закладных деталей ригеля и консоли колонны. При жестком соединении дополнительно выполняется сварка выпусков верхней арматуры ригелей. При этом используются дополнительные арматурные стержни, проходящие через отверстия в колонне.

Пространственная работа здания проявляется в том, что при загружении одного из ее элементов в работу включаются и другие элементы. Здание в целом должно надежно сопротивляться деформированию в горизонтальном направлении под влиянием ветровых и крановых нагрузок, т.е. должно обладать достаточной пространственной жесткостью.

Пространственная жесткость здания в продольном и поперечном направлении может обеспечиваться по рамной или связевой системе:

- по рамной системе жесткость обеспечивается работой многоэтажных рам с жесткими узлами сопряжения ригелей с колоннами;

- по связевой системе жесткость обеспечивается работой вертикальных стальных связей или железобетонных диафрагм, располагаемых по рядам колонн и в плоскости наружных стен.

В случае, если в одном направлении (обычно в поперечном) жесткость обеспечивается по рамной системе, а в другом – по связевой, то говорят, что пространственная жесткость здания обеспечивается по рамно-связевой системе.

Пространственная жесткость в обоих направлениях может обеспечиваться либо по рамной системе (в этом случае ригели с жесткими узлами устанавливают в обоих направлениях), либо по связевой системе (применяется при шарнирном сопряжении ригелей с колоннами, в этом случае диафрагмы или связи устанавливают в обоих направлениях).

Существуют следующие типовые серии зданий: 1.020–1/87, 1.020.1–4, 1.420. Основные характеристики серий приведены в таблице. На рис.21.1 представлены сечения ригелей.

Таблица

Основные характеристики типовых серий многоэтажных каркасных зданий со сборными балочными перекрытиями

Рис. 21.1 Сечения ригелей

а – по сериям 1.020-1/87, 1.020.1-4; б – по серии 1.420

1. Инженерный метод расчета многоэтажных рам с жесткими узлами на вертикальную нагрузку

Предпосылки расчета

Предпосылками расчета являются следующие ( рис.21.2 ):

1. Каждая плоская рама рассчитывается в отдельности без учета влияния соседних рам. Это связано с тем, что вертикальная и горизонтальная ( ветровая ) нагрузки приложены одновременно ко всем рамам блока, из-за чего пространственный характер его работы не проявляется;

2.  Многоэтажная плоская рама расчленяется на ряд одноэтажных рам ( верхнего, среднего и нижнего этажей ). Это связано с равенством узловых моментов в узлах стоек ( из-за одинаковой нагрузки по этажам ) и нулевым их значением в середине высоты этажа;

3. При числе пролетов более 3-х многопролетная рама заменяется на 3-х пролетную. При этом изгибающие моменты в средних пролетах многопролетной рамы принимаются равными моменту в среднем пролете 3-х пролетной рамы.

Рис 21.2. К предпосылкам расчета многоэтажных рам с жесткими узлами на вертикальную нагрузку

а – многоэтажная многопролетная плоская рама; б – эпюра изгибающих моментов в колоннах от действия вертикальной нагрузки; в – одноэтажные плоские трех пролетные рамы.