Геометрическая неизменяемость систем
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»
Кафедра «Теория сооружений и строительных конструкций»
РАСЧЕТНЫЕ МОДЕЛИ КОНСТРУКЦИЙ
ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Учебное пособие для направления подготовки 08.03.01 «Строительство»
Саратов, 2015
УДК 624.03
ББК 38.5
Р24
Расчетные модели конструкций зданий и сооружений: Учебное пособие для направления подготовки 08.03.01 «Строительство» / Сост. Т.В. Варламова // ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А.» – Саратов, 2015.
Изложены сведения о расчетных моделях зданий, сооружений и их конструкций. Приведены рекомендации по выбору расчетных схем в зависимости от конструктивного решения и условий эксплуатации объектов. Изложена методика проектирования конструкций по предельным состояниям. Рассмотрены методы определения нагрузок на конструкции зданий и сооружений. В приложении приведены справочные материалы для определения нагрузок в соответствии с СП 20.13330.
УДК 624
ББК 38.1
© Варламова Т.В.
© ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный
Технический университет им. Гагарина Ю.А.»
2015
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЯХ
Расчетные модели и схемы конструктивных систем
|
|
|
Конструктивное решение здания включает строительную и конструктивную системы, а также конструктивную схему.
Строительная система здания определяется материалом, наиболее массовой конструкцией и технологией возведения несущих элементов.
Конструктивная система здания или сооружения представляет собой совокупность взаимосвязанных несущих конструкций здания, обеспечивающих его прочность, жесткость и устойчивость [2].
Проектирование конструкций зданий и сооружений начинается с выбора расчетной модели (расчетной схемы). Расчетной моделью называют модель конструктивной системы, используемую при выполнении расчетов. Она включает физическую модель конструкции и данные о нагрузках.
От выбора расчетной схемы зависит достоверность расчета конструкций, поэтому схема должна максимально точно отражать работу сооружения под действием нагрузок и в то же время быть простой и четкой.
Например, в расчетной схеме монолитного железобетонного здания ребристые и пустотные плиты перекрытий заменяются условной анизотропной пластиной постоянной толщины; колонны и балки заменяются стержнями, приведенными к оси, а плиты и стены - пластинами, приведенными к срединной плоскости.
|
|
|
Конструкции зданий и сооружений, положенные в основу расчётной модели, подразделяются на массивные, пластинчатые, оболочковые и стержневые.
К массивным сооружениям относятся плотины, подпорные стены, каменные сводчатые перекрытия и т.п. Все три геометрических размера таких сооружений сопоставимы по величине.
У пластинчатыхконструкций(плиты перекрытий, стеновые панели)итонкостенныхоболочекодин из размеров – толщина - значительно меньше двух других (длины и ширины).
К стержневым системамотносятся балки, арки, колонны; поперечные размеры таких сооружений значительно меньше их длины.
Среди стержневых систем выделяют пространственные и плоские. В пространственных системах (структуры, металлические каркасы покрытий) оси всех стержней не лежат в одной плоскости. В плоских системах (балки, рамы, арки, плоские фермы) оси всех стержней и силы, действующие на систему, лежат в одной плоскости. Для упрощения расчета пространственные стержневые системы иногда можно расчленять на плоские системы.
Согласно ГОСТ Р 54257-2010 [1], расчетные модели (расчетные схемы) строительных объектов должны отражать действительные условия их работы и соответствовать рассматриваемой расчетной ситуации. При этом учитываются конструктивные особенности строительных объектов, особенности их поведения, нагрузки и воздействия, а также возможные геометрические и физические несовершенства.
|
|
|
Расчетная модель (схема) в общем виде включает в себя:
- расчетные модели нагрузок и воздействий;
- расчетные модели, описывающие напряженно-деформированное состояние элементов конструкций и оснований;
- расчетные модели сопротивления материалов.
Расчетные модели нагрузок отражают их интенсивность (величину), место приложения, направление и продолжительность действия. В некоторых случаях учитывают также зависимость воздействий от реакции сооружения (например, аэроупругие эффекты при взаимодействии потока ветра с гибкими сооружениями).
Расчетные модели напряженно-деформированного состояния описывают условия взаимодействия конструктивных элементов между собой и с основанием, а также реакцию сооружений и их элементов при динамических и статических нагрузках.
Расчетные модели сопротивления строительных объектов описывают прочность и устойчивость элементов и системы в целом, в том числе с учетом накопления повреждений во времени, а также прочность и деформирование основания.
|
|
|
Геометрическая неизменяемость систем
Общая устойчивость и пространственная жесткость здания зависят от взаимного сочетания и расположения конструктивных элементов, прочности узлов соединений и т.д.
Устойчивостью здания называют его способность противодействовать усилиям, стремящимся вывести здание из исходного состояния статического или динамического равновесия.
Пространственная жесткость несущего остова — это характеристика системы, отражающая ее способность сопротивляться деформациям (сохранять геометрическую неизменяемость формы).
Сооружение называется геометрически изменяемым в пространстве, если оно теряет форму при действии нагрузки. Например, геометрически изменяемым является шарнирный четырехугольник. Превращение четырехугольника в геометрически неизменяемую систему можно осуществить двумя способами: ввести один диагональный стержень (связь) между узлами или заменить узел шарнирного соединения стержней на жесткий.
Систему (схему), полученную первым способом, называют связевой (по наименованию диагонального стержня, именуемого связью), вторую систему - рамной.
С помощью этих способов можно придать геометрическую неизменяемость любой многопролетной системе, состоящей из ряда стоек, шарнирно связанных с ригелями и с основанием. В многопролетной системе достаточно установить связи в одном из пролетов, чтобы система стала геометрически неизменяемой. В многоэтажной системе неизменяемость элементов следующего этажа достигается установкой связей в одном из пролетов.
Понятие «геометрическая неизменяемость» тождественно понятию «пространственная жесткость», принятому в строительной практике. Соответственно связи именуют «связями жесткости».
Геометрическая неизменяемость систем кроме диагонального стержня обеспечивается и другими способами: введением диафрагмы жесткости, ядер жесткости и т. п.
Например, если в шарнирный четырехугольник вставить без зазоров панель (диафрагму) так, чтобы она воспринимала сдвиговые усилия и моменты в своей плоскости, то есть являлась жестким диском, то ее роль равносильна роли диагонального стержня. Такой же эффект получится, если шарнирную систему соединить с плоской стенкой, пилоном и т. п.
Таким образом, существуют два способа обеспечения жесткости плоских систем - по рамной и по связевой схемам. Комбинируя их при расположении элементов несущего остова в обоих направлениях здания, можно получить три варианта пространственных конструктивных схем здания: рамную, рамносвязевую, связевую.
Рамная схема представляет собой систему плоских рам (одно- и многопролетных; одно- и многоэтажных), расположенных в двух взаимно перпендикулярных (или под другим углом) направлениях — систему стоек и ригелей, соединенных жесткими узлами при их сопряжениях в любом из направлений.
Рамно-связевая схема решается в виде системы плоских рам, шарнирно соединённых в другом направлении элементами междуэтажных перекрытий. Для обеспечения жесткости в этом направлении ставятся решетчатые связи или стенки (диафрагмы) жесткости. Плоские рамы удобнее устанавливать поперек здания.
Связевая схема наиболее проста в осуществлении. Решетчатые связи, или диафрагмы жесткости между колоннами, устанавливаются через 24-30 м, но не более 48 м и в продольном, и в поперечном направлениях; обычно эти места совпадают со стенами лестничных клеток.
Рамная схема из-за трудоемкости применяется редко, в основном в сейсмичных районах и в зданиях, в которых на большом протяжении не допускается установка стен, перегородок и других преград. В производственных зданиях в основном применяют рамно-связевую схему: вертикальные нагрузки воспринимаются жесткими рамами, а горизонтальные нагрузки в продольном направлении - связями, лестничными клетками, шахтами лифтов.
В стеновых и комбинированных конструктивных системах для обеспечения пространственной жесткости обычно применяют связевую схему. При этом пространственная жесткость обеспечивается внутренними поперечными стенами, в том числе и стенами лестничных клеток, соединяющимися с продольными наружными стенами, а также междуэтажными перекрытиями, связывающими стены и расчленяющими их по высоте на ярусы.
Связевый каркас применяется и в одноэтажных промышленных зданиях и состоит из поперечных рам, в которых колонны защемлены в фундаментах и шарнирно соединены с балками или фермами покрытия. Геометрическую неизменяемость системы обеспечивают связи жесткости, устанавливаемые между колоннами и ригелями каркаса.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 2560; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!