Расчёт каменных конструкций зданий
Конструктивные схемы каменных зданий
Современное каменное здание представляет сложную пространственную систему, воспринимающую все действующие нагрузки. Расчет здания как пространственной системы сложен, поэтому в практике проектирования здание расчленяют на более простые схемы.
При выборе расчетной схемы исходят из того, что стены и столбы при работе на горизонтальные нагрузки опираются на междуэтажные перекрытия, покрытия и поперечные стены. Жесткость этих конструкций в значительной мере определяет характер работы стен и столбов сооружения. В соответствии с этим согласно нормам [5] опоры стен и столбов по степени жесткости делят на жесткие и упругие, а здания — на здания с жесткой и упругой конструктивной схемой.
■ Здания с жесткой конструктивной схемой . К ним относят в основном жилые и общественные здания, в которых поперечные стены располагаются довольно часто (l<lw). В этом случае покрытия практически не деформируются при горизонтальных нагрузках и могут рассматриваться как жесткие опоры для стен и столбов. Предельные расстояния lw между поперечными стенами зависят от марки камня и раствора, вида кладки, типа перекрытия и т. п. Например, для элементов из кирпича М50 и выше на растворе марки не менее 10 при сборных железобетонных перекрытиях lw = 42 м, а при монолитных — 54 м. В качестве поперечных стен, которые могут рассматриваться как жесткие опоры для перекрытий при воздействии горизонтальных нагрузок, принимаются каменные и бетонные стены толщиной не менее 12 см и железобетонные стены толщиной не менее 6 см.
|
|
|
■ Здания с упругой конструктивной схемой . К ним относятся производственные одноэтажные здания с несущими стенами из каменных материалов и многоэтажные со значительными расстояниями между поперечными устойчивыми конструкциями (l>lw). Покрытия и перекрытия в таких зданиях получают заметные перемещения при горизонтальных нагрузках и рассматриваются как упругие смещающиеся опоры для стен и столбов.
Каменные стены в зависимости от конструктивной схемы здания подразделяют на несущие, воспринимающие нагрузки от собственной массы, ветра, перекрытий, покрытия и т. п.; самонесущие, воспринимающие нагрузку только от собственной массы стен всех вышележащих этажей и ветровую; ненесущие, воспринимающие только нагрузку от собственной массы и ветра в пределах одного этажа.
Толщину стен зданий назначают из теплотехнических требований и проверяют на прочность. Однако при проектировании и возведении стен и столбов должен быть выполнен ряд общих требований, не зависящих от результатов расчета на прочность. К числу этих требований относятся: ограничение гибкости стен и столбов, допустимые минимальные марки камней и растворов в зависимости от требуемой надежности конструкций и долговечности зданий, предельные эксцентриситеты и т. п.
|
|
|
Допустимые гибкости несущих стен и столбов зависят от группы кладки и марки раствора. Для раствора М25 и кладки первой группы* (H/h)u = 22, для кладки второй группы (H/h)u = 20 [5]. Для наиболее нагруженных стен и столбов, во избежание их утолщения, следует применять кирпич марок по прочности на сжатие 150 и более, наименьшая марка цементно-известкового раствора для наружных стен зданий первой группы равна 10
Билет2 1)Краткий исторический обзор развития строительных конструкций
Строительные конструкции – искусственно созданные из строительных материалов элементы зданий и сооружений выполняющие несущие, ограждающие или совмещенные функции. Свое начало строительные конструкции будут у истоков человеческого общества. Так, первой ограждающей конструкцией можно считать примитивную каменную кладку, закрывшую вход в пещеру первобытного человека. Весьма вероятно, что первой несущей конструкцией был ствол дерева, поваленного человеком поперек ущелья или ручья для облегчения переправы с одного берега на другой. Стены землянок первобытного человека, выполненные из поставленных вертикально вплотную друг к другу бревен, можно рассматривать одновременно как несущую и ограждающую конструкцию. Развитие строительных конструкций неразрывно связано с развитием изготовления орудий труда, с изменением характера и направления производственной деятельности людей. По мере совершенствования орудий труда для каменных строений стали применять грубо обработанные естественные камни, а также кирпич – сырец и кирпич подвергнутый обжигу. С течением времени достигли высокого совершенства в изготовлении и использовании каменных материалов, которые успешно применяют при устройстве дорожных покрытий, возведении подпорных стен, опор мостов, строительстве автостоянок, гаражей, различных подземных и надземных инженерных сооружений, жилых и общественных зданий, сооружений спецназначения, а также в гидротехническом и с /х строительстве. Каменные конструкции получают путем соединения отдельных камней или каменных изделий строительным раствором. Их развитие идет по пути укрупнения штучных материалов (кирпич, керамика, блоки) и применения крупных каменных блоков и панелей. Интенсивное развитие строительных конструкций началось в XVIII веке, когда основными строительными материалами были дерево, бетон и металл, а с середины XIX века – железобетон.
|
|
|
|
|
|
Расчёт каменных конструкций зданий
Здания с жесткой конструктивной схемой. Стена такого здания представляет собой вертикальную неразрезную балку, неподвижными шарнирными опорами которой являются перекрытия. Стена загружена вертикальной нагрузкой от собственного веса и нагрузками от опирающихся на нее перекрытий. С целью упрощения расчета допускается стены и столбы считать расчлененными по высоте на отдельные балки (рис. 18.1, а) с расположением опорных шарниров в плоскости опирания перекрытий. При этом нагрузками на стену в каждом этаже является: нормальная сжимающая сила N1 от веса вышерасположенных участков стены и перекрытий и нагрузка N2 от перекрытия над рассматриваемым этажом. Нагрузка N1 считается приложенной в центре тяжести сечения стены, расположенной над рассчитываемым этажом. Если толщина стены в рассчитываемом и вышележащем этажах одинакова, то сила N1 вызывает только центральное сжатие, если же имеется несимметричное изменение толщины стены (рис. 18.1, б), то сила N1 имеет эксцентриситет е1 относительно центра тяжести сечения стены в рассчитываемом этаже и создает момент М1 = N1e1.
Нагрузка N2 всегда имеет эксцентриситет е2 относительно центра тяжести стены и создает момент М2 = N2e2. При этом давление перекрытия на стену принимается по треугольному закону, если же под элементом перекрытия имеется жесткая подкладка, то точка приложения силы N2 принимается в середине подкладки. Эпюра моментов от сосредоточенного момента М2 (а при изменении толщины стены — от суммарного момента М1+М2) имеет вид треугольника с максимальной ординатой на уровне низа перекрытия. Таким образом на стену рассчитываемого этажа действует сжимающая сила N = N1+N2 и момент М2 или M1+M2, т. е. стена работает на внецентренное сжатие.
Рис. 18.1. К расчету стены на вертикальные нагрузки:
а — при постоянной толщине стены;
б — при несимметричном изменении толщины стены на уровне перекрытия;
в — к определению расчетного сечения.
Расчетным элементом стены является простенок. Расчету подлежит сечение 1—1 в уровне верха простенка (рис. 18.1, в). Подсчитав в этом сечении М и N (с добавлением нагрузки от собственной массы Q1), определяют эксцентриситет e0=M/N. Зная е0 и задавшись марками камня и раствора, по нормам [5] определяют расчетные сопротивления кладки R и производят проверку прочности стены по формуле (17.2), предварительно подсчитан λ и определив коэффициенты mg и φ. Если несущая способность простенка недостаточна, то следует повысить марки камня и раствора, увеличить ширину простенка или толщину стены. Дополнительные усилия от ветровой нагрузки для зданий с жесткой конструктивной схемой невелики и учитываются только при большой высоте этажа. Внутренние столбы зданий с жесткой конструктивной схемой рассчитывают обычно на центральное сжатие. Расчет их сводится к определению действующих нагрузок и проверке несущей способности по формуле (17.1). Увеличение несущей способности столбов в каждом последующем этаже (сверху вниз) достигается повышением марок материалов, увеличением размеров сечения или введением сетчатого армирования.
Стену подвала рассматривают как одностороннюю вертикальную балку, загруженную продольной сжимающей силой N1, передаваемой стеной здания, внецентренно приложенной нагрузкой N2 от перекрытий над подвалом, создающей момент M2 = N2e2, а также боковым давлением грунта, вызывающим изгиб стены подвала в пределах ее высоты. Если центр тяжести сечения стены подвала смещен относительно центра тяжести сечения стены в первом этаже, то изгибающий момент возникает и от нагрузки N1. При определении величины бокового давления грунта необходимо учитывать временную равномерно распределенную нагрузку, расположенную на поверхности земли и принимаемую равной 10 кН/м2.
■ Здания с упругой конструктивной схемой. Эти здания рассчитывают как раму, стойками которых являются наружные стены и внутренние столбы, защемленные в фундаментах и шарнирно соединенные поверху покрытием. Покрытия считаются бесконечно жесткими в горизонтальном направлении.
Расчет несущих конструкций одноэтажных зданий с упругой конструктивной схемой производят для двух стадий работы: для неоконченного строительством здания при отсутствии покрытия; для законченного строительством здания.
В первом случае стены и столбы рассчитывают как свободно стоящие, заделанные в фундамент, во втором случае стены рассчитывают как стойки рам (аналогично изложенному в гл. 11). Если в первом случае несущая способность стен оказывается недостаточной, то обычно стены временно раскрепляют,
Билет 3. 1)Перспективы развития строительных конструкций
Каменные конструкции из штучных материалов (кирпич, керамика, блоки) продолжают занимать большой объем в современном строительстве. Развитие каменных конструкций идет по пути укрупнения штучных материалов и применения крупных каменных блоков и панелей.
Железобетонные конструкции, особенно предварительно напряженные, получили массовое использование в строительстве и имеют широкую перспективу для дальнейшего развития.
Основными направлениями в совершенствовании железобетонных конструкций (снижение стоимости при одновременном повышении качества) являются:
1) удовлетворение требований непрерывно развивающихся «Технических правил но экономному расходованию строительных материалов» (ТП-101-81);
2) применение конструктивных решений, снижающих массу конструкций и позволяющих наиболее полно использовать: физико-механические свойства исходных материалов, местные строительные материалы, бетоны высоких классов (40 и выше), лёгкие бетоны, холодную пропитку бетонов мономерами и высокопрочную арматуру (1000 МПа и выше), механизированное и автоматизированное изготовление конструкций;
3) повышение долговечности, надежности и технологичности конструкций, снижение их приведённых затрат, материалоёмкости, энергоёмкости, трудоемкости изготовления и монтажа;
4) разработка новых, уточнение и упрощение существующих методов расчета конструкций, особенно пространственных, тонкостенных и с предварительным напряжением арматуры;
5) развитие методов расчета с использованием ЭВМ и высокопроизводительных методов конструирования (САПР), технологии изготовления и возведения конструкций сборных, сборно-монолитных и монолитных;
6) повышение качества, упрочнение и удешевление стыков сборных и сборно-монолитных конструкций;
7) изучение физико-химических и механических процессов взаимодействия стальной арматуры с бетоном в целях наиболее эффективной борьбы с появлением и раскрытием трещин в конструкциях;
8) совершенствование методов подбора и изготовления бетона (особенно легкого и ячеистого), с тем чтобы получать железобетон с заранее заданными свойствами;
9) повышение сейсмической и динамической стойкости конструкций;
10) увеличение долговечности конструкций в зданиях с агрессивными средами, а также при эксплуатации в низких и высоких температурах.
Основным направлением технической политики в области строительства являются снижение его стоимости, энергоемкости и трудоемкости при высокой долговечности и надежности зданий, повышение технологичности как отдельных элементов, так и конструкций в целом. К настоящему времени наибольшее распространение в жилищно-гражданском строительстве получили полносборные каркасные и бескаркасные многоэтажные здания и здания из объемных элементов.
Под каркасными понимают здания, основной несущей конструкцией которых является железобетонный каркас, состоящий из колонн и ригелей или из одних колонн (при безригельной схеме). Безригельная схема уменьшает количество монтажных элементов, общую массу железобетонных конструкций, исключает устройство трудоемких консолей на колоннах и упрощает монтаж каркаса. Каркасные здания из-за относительно большого количества сборных элементов оказываются более трудоемкими в изготовлении и монтаже и менее экономичными по сравнению с бескаркасными зданиями. Они целесообразны при высоте зданий не менее 10 этажей и широком применении в ограждающих конструкциях (панели наружных и внутренних стен), панелях перегородок, перекрытиях легких тепло- и звукоизоляционных материалов.
Под бескаркасными понимают здания, в которых полностью отсутствуют колонны, ригели и обвязки. Состоят они из крупных элементов (чаще всего размером на комнату) — панелей стен, перегородок и плит перекрытий. Бескаркасные крупнопанельные здания строят в основном с несущими поперечными стенами с шагом до 6 м и более. В таких зданиях полностью используют несущую способность поперечных стен. Панели наружных стен выполняют только теплозащитные функции, поэтому их изготовляют из легкого местного материала.
В бескаркасных зданиях, по сравнению с каркасными, в среднем на 20% сокращается число монтируемых элементов и выравнивается их масса, вследствие чего снижаются сроки строительства и уменьшаются приведенные затраты. В них представляется возможность передачи усилий через подстилающий растворный слой, что позволяет на 60... 70% сократить массу металлических закладных частей и повысить капитальность зданий в отношении повреждения закладных стальных деталей коррозией или огнем.
Под зданиями из объемных элементов понимают здания, монтируемые из крупных объемных блоков. Их конструктивная схема в большинстве случаев является бескаркасной. Эти здания особенно перспективны, так как в большей степени отвечают требованиям индустриализации и позволяют почти полностью перевести строительство зданий на заводской конвейер, включая весь комплекс санитарно-технических, электромонтажных и архитектурно-отделочных работ. На строительной площадке выполняют лишь монтаж готовых квартир.
Многоэтажные производственные каркасные здания с балочными перекрытиями получили широкое распространение в химической, радиотехнической и других отраслях промышленности. По этой схеме строят также многие общественные здания.
Увеличение числа этажей сказывается главным образом на усилении сечения колонн и вертикальных связевых диафрагм нижних этажей, что меньше влияет на затраты материалов и общую стоимость здания, чем увеличение толщины несущих панелей в бескаркасных зданиях. В каркасных зданиях целесообразно горизонтальные нагрузки передавать ядру жесткости из монолитного железобетона. Каркас здания привязывают к ядру жесткости и он воспринимает только вертикальные нагрузки. При больших размерах в плане и большой высоте здания с монолитным ядром жесткости оказываются экономичнее каркасных зданий без ядра жесткости.
Многоэтажные здания с безбалочными перекрытиями сооружают на предприятиях пищевой промышленности, холодильниках и других производствах с повышенными требованиями к чистоте помещений. Наиболее экономичны многоэтажные здания с укрупненной сеткой колонн (6 × 12; 6 × 18; 12 × 12 м), так как они обеспечивают быструю и рациональную перестройку технологии производства. В многоэтажных производственных зданиях целесообразно применять предварительно напряженные ригели с внешним армированием. Монолитные железобетонные перекрытия или покрытия с внешней профилированной листовой арматурой возводят без применения опалубки. Формой для них служит профилированный настил, уложенный на несущие конструкции — балочную клетку, прогоны, несущие стены; настил используют в качестве подмостей, а после укладки бетона он является арматурой плиты.
В целях создания гибкой планировки цехов, модернизации и усовершенствования производства в последнее время все шире внедряют в строительство многоэтажные производственные здания с техническими этажами и пролетами междуэтажных перекрытий до 36 м.
Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 310; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!