Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Основные физико-механич сво-ва дерева и пластмасс .

Наиболее важными физико-механич сво-вами древесины являются расчётное сопротивление R и жёсткость древесины, определяемая модулем упругости Е.

СНиП даёт расчётное сопротивление R для древесины из сосны и ели. Для других пород его получают путём умножения расчётного сопротивления сосны и ели на переходные коэффициенты m_n_.Строительные конструкции из дерева могут эксплуатироваться в различных температурно-влажностных режимах и их сопротивления зависят от условий работы и эксплуатации.

R^, =Rxm_nxm_вxm_бxm_сл

R – расчётное сопротивление древесины сосны и ели

m_n– переходный коэффициент для породы древесины, принимаемый из таблицы

m_в– коэф-т, учитывающийтемпературно-влажностный режим эксплуатации

m_б- коэф-т, учитывающий абсолютную высоту деревянного элемента(клееного)

m_сл- коэф-т для клееной древесины, учитывающий толщину клееных досок.

Модуль упругости реальной древесины любой породы принимается для конструкций, эксплуатируемых в нормальных температурно-влажностных условиях, равным 10⁴МПа.

Модуль упругости пластмасс не превышает10⁴МПа. Расчётное же сопротивление сжатию и растяжению наиболее прочных стеклопластиков достигает 100МПа.

№42Купольные металлич покрытия.

Куполами называют пространственные конструкции двоякой кривизны, перекрывающие планы, главным образом круговые или многоугольные, вписанные в окружность.по конструктивному признаку купола делятся на ребристые, сетчатые, панельные и тонкостенные(купола- оболочки).

Рекордные пролёты ребристых стальных куполов превышают 200м.

Рёбра куполов выполняют сплошностенчатыми высотой h= D/100…D/150 или сквозными высотой h= D/30…D/60/. Высоту сечения кругового или многоугольного нижнего кольца принимают равной 1/10…1/15 шага колонн, ширину 1/5 высоты. Верхнее кольцо проектируют круговым, из согнутых профилей(двутавров, швеллеров) или составного сечения. Связями между рёбрами ребристых куполов служат кольцевые прогоны, по которым укладывают кровельный настил, и диагональные связи.

Стержни сетчатых куполов в основном центрально-сжатые, рационально проектировать трубчатыми.

Для панельных куполов часто используется сетка Чебышева с ромбическими панелями. Каждая панель состоит из двух треугольных листов, объединённых в ромб. Материалом панелей чаще всего служат алюминиевые сплавы. Вес алюминиевых куполов примерно вдвое меньше.

К сетчатым куполам близки по конструкции пологие сетчатые покрытия положительной Гауссовой кривизны на прямоугольном или многоугольном плане.

Металлические сетчатые покрытия состоят из оболочки и диафрагм, поддерживающих их контур и опирающихся на колонны.Увеличение пролёта пологих сетчатых покрытий ведёт к появлению второго пояса.

№44Однопоясные металлич висячие покрытия.

Для несущих элементов висячих покрытий используют канаты из стальной проволоки одинарной или двойной свивки, а также пучки и пряди тонкой проволоки, реже- круглую или полосовую сталь. При анализе напряжённо- деформированного состояния гибкой нити учитывают её сво-во не сопротивляться изгибу и при любых комбинациях нагрузки принимать такую форму, при которой изгибающий момент внешних нагрузок во всех её точках становится равным нулю.

В отличие от жёстких конструкций гибкие нити характеризуются большой кинематической подвижностью.

Висячие покрытия имеют три основные особенности, которые находят отражение в архитектуре тех сооружений, где они играют заметную роль в объёмном решении: наличие сил распора, приложенных к наиболее возвышенным точкам сооружения, трудности водоотвода с вогнутой поверхности покрытия, кинематическая неустойчивость покрытия, обладающего малой изгибной жёсткостью.

Снижение деформативности висячего покрытия возможно при повышении изгибной жёсткости нитей. Жёсткая нить- это стержень, которому при изготовлении придано очертание верёвочной кривой от постоянной нагрузки. Закреплённая обоими концами на опорах, жёсткая нить испытывает главным образом растягивающие усилия. Жёсткими нитями могут служить стальные профили. Дальнейшее ужесточение нити приводит к сквозной системе- ферме, имеющей очертание провисающей нити. Как и любая висячая конструкция, она работает в основном на растяжение.

№45.Двухпоясные металлические висячие покрытия.

Две системы вант в покрытиях: несущих, имеющих выгиб вниз, и стабилизирующих, имеющих выгиб вверх, - делают эту систему мгновенно-жесткой, способной воспринимать нагрузки, действующие в двух различных направлениях (собственный вес покрытия и снег, действующие вниз, вызывают в несущей нити растяжение, а в стабилизирующей – сжатие и отсос ветра, действующий вверх, вызывает в нитях усилия обратного знака) независимо от жесткости кровли. Поэтому в большинстве покрытий данного типа применялась легкая кровля (обычно щитовая из оцинкованных металлических листов с утеплителем и гидроизоляцией).

Чтобы обеспечить работоспособность гибких стабилизирующих вант покрытия, система предварительно напрягается, причем величина предварительного растяжения стабилизирующих вант должна быть больше возможного сжатия в них же от временной нагрузки.

Большое влияние на экономическую эффективность системы оказывает способ размещения несущих и стабилизирующих вант. При размещении несущих вант над стабилизирующими они соединены между собой легкими растяжками, на которые требуется очень мало металла. Однако в этом случае для каждой системы вант приходится делать свой самостоятельный опорный контур. При размещении стабилизирующих вант наднесущими опорный контур для обеих систем вант может быть общим и расход материала на его устройство будет минимальным. Однако в этом случае потребуется больший расход металла на сжатые стойки, соединяющие обе системы вант, из-за необходимости обеспечения их устойчивости.

Усилия в поясах системы при действии на нее временной равномерно распределенной вертикальной нагрузки р приближенно можно определять, предполагая, что эта нагрузка распределена между поясами, по формулам:

Распор несущего пояса Н_н = Н_но + [М⁰(р_н)]/f_н;

Остаточный распор стабилизирующего пояса Н_с = Н_с^п – [М⁰ (р_с)]/f_с

Величину предварительного напряжения системы надо назначать так, чтобы остаточное усилие в стабилизирующем поясе при действии расчетной нагрузки р было положительным: Н_с> 0.

Прогиб системы от временной нагрузки р можно приближенно определить по формуле:

№46. Металлические покрытия с жесткими нитями.

Висячие покрытия из изгибно-жестких элементов компонуют обычно из провисающих двутавровых балок или стальных ферм, закрепленных по краям и воспринимающих растяжение и изгиб. Покрытие проектируют из системы параллельных или радиально расположенных балок (ферм). Ограждающей конструкцией служат легкие щиты покрытия, уложенные непосредственно по верхним поясам изгибно-жестких элементов или по прогонам. Чаще всего в качестве ограждающей конструкции используют профилированный стальной настил. Пример применения изгибно-жесткой системы покрытия из параллельных висячих стальных ферм – покрытие пролетом 104м над овальным в плане зданием Олимпийского плавательного бассейна в Москве. Покрытие имеет опорный контур из пересекающихся наклонных сталежелезобетонных арок.

В покрытиях этой системы в качестве несущих элементов обычно используют криволинейные двутавры или фермы, хорошо работающие как на растяжение, так и на изгиб. Их называют изгибно-жесткими нитями. Под действием внешней нагрузки они работают на растяжение с изгибом, причем для уменьшения изгиба от постоянной нагрузки кривую их провеса принимают в них временные шарниры, превращая их в гибкую нить. Перед завершением строительства временные шарниры замыкают, а на временные нагрузки они работают как изгибно-жесткие нити. При действии неравномерно распределенной нагрузки изгибно-жесткие нити начинают сильно сопротивляться местному изгибу от кинематических перемещений, чем зачительно уменьшают деформатиность всего покрытия. Деформации опор также вызывают в них дополнительные изгибающие моменты.

Существенным преимуществом системы является возможность устройства легкой кровли и отсутствие необходимости в предварительном напряжении (его роль выполняет изгибная жесткость элементов), что значительно облегчает как сами несущие, так и опорные конструкции.

№48. Седловидные металлические висячие покрытия.

Покрытие седловидными сетками применяется для постоянных и временных сооружений.

Сетка покрытия, имеющая выгнутые вниз несущие и выгнутые вверх стабилизирующие тросы, принимается по поверхности двоякой кривизны (чаще всего по поверхности гиперболического параболоида); такая форма поверхности позволяет предварительно напрягать сетку. Сетка двоякой кривизны по своей геометрической связности является мгновенно-жесткой системой и, подобно двухпоясным системам, для устойчивой работы стабилизирующих тросов требует предварительного напряжения. Расстояние между смежными параллельными тросами сетки зависит от конструкции кровли. В легких сооружениях, покрытых пленкой или брезентом, оно не должно превышать 1м во избежание образования больших водяных мешков.

Форма плана покрытия может быть весьма разнообразной, но в постоянных сооружениях сетку чаще всего закрепляют на две наклонные железобетонные параболические арки или опорное кольцо сложной конфигурации, которые и воспринимают тяжение сетки покрытия.

Во временных сооружениях сетка часто окаймляется более мощным тросом – подбором, который, работая на растяжение, служит опорной конструкцией сетки.

Работа сетки при действии внешней нагрузки подобна работе двухпоясной системы, т.е. внешняя нагрузка увеличивает начальные растягивающие усилия в несущих тросах и уменьшает начальное растяжение в стабилизирующих. На работу сетки оказывает большое влияние деформация опорной конструкции, уменьшающая предварительное напряжение сетки и увеличивающая ее прогибы.

Поверхность сетки в постоянных сооружениях, где значительные постоянные нагрузки равномерно распределены по поверхности покрытия, рекомендуется принимать в форме гиперболического параболоида (гипара) по уравнению z = f_H (x\a)² – f_C (y\b)²

Выбор поверхности в форме гипара обеспечивает примерное равенство усилий во всех нитях каждого семейства при равномерном нагружении покрытия, а следовательно, и равенство сечений тросов.

В свою очередь выбор параболических арок в качестве опорной конструкции обеспечивает минимальные изгибающие моменты в них от одинаковых тяжений несущих нитей покрытия, а следовательно, и минимальные деформации самой опорной конструкции, что весьма благоприятно отражается на работе всего покрытия.

№49. Металлические мембранные покрытия.

Главным преимуществом этих систем являются совмещение несущей и ограждающей функций и индустриальность изготовления. Утеплитель и гидроизоляцию кровли в них укладывают непосредственно на несущую оболочку, не применяя кровельных плит.

Полотнища оболочек изготовляют на заводе и доставляют на строительство в виде рулонов, из которых на месте собирают всю оболочку без применения лесов. В готовом покрытии фермы работают вместе с оболочкой, увеличивая ее жесткость при действии неравномерных нагрузок.

Форма оболочек может быть весьма разнообразной: цилиндрическая, коническая, сферическая, чашеобразная, седловидная и шатровая. Большинство перечисленных форм оболочек работает по пространственной схеме, делает ее весьма выгодной и позволяет применять листы толщиной 2-5 мм.

Определение усилий в оболочке вращения прикрепленной по периметру к недеформируемому кольцу и нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, может быть выполнено приближенно по безмоментной линейной теории.

Уравнение поверхности z = f/ (х/а)² + f (у/а)².

Желательно иметь непрерывное по всему периметру скрепление оболочки с опорным кольцом, т.к. это уменьшает изгибающие моменты в нем от действия неравномерных нагрузок. Кольцевые усилия в оболочке и опорном кольце взаимно противоположны по знаку и, взаимодействуя, частично гасят друг друга.

Мембранные покрытия получили развитие в связи со становлением специализированных заводов металлических конструкций, изготавливающих на автоматизированных технологических линиях раскроенные по проекту тонколистовые (толщиной 2-5мм) рулонные заготовки шириной до 10м и длиной на пролет или полупролет. На строительстве рулоны раскатывают по специальной «постели» из направляющих. В качестве направляющих используют стальные полосы, балки и легкие висячие фермы, которые располагаются по направлениям главной кривизны и фиксируют проектную геометрическую форму поверхности покрытия. Элементы постели одновременно обеспечивают стабилизазию покрытия. Продольные края «лепестков» соединяют друг с другом шовной сваркой или высокопрочными болтами.

Стрела провиса мембран составляет 1/15 – 1/20 пролета, форма поверхности покрытия на круглом плане – параболоид вращения, на эллиптическом – эллиптический параболоид. «Лепестки» мембран в этих случаях имеют треугольную форму, причем вершины треугольников крепят к центральному стальному растянутому кольцу, а «основание» к сжатому железобетонному или сталежелезобетонному кольцу опорного контура.

Преимуществом мембранных покрытий перед покрытиями из стержней и тросов является совмещение мембранной оболочкой несущих и ограждающих функций.

№50. Расчет по несущей способности металлических изгибаемых и сжатых элементов.

Потеря несущей способности может произойти вследствие разрушения материала, потери устойчивости, развития усталости. В основу расчета прочности положено условие: разрушение не наступит, если наибольшие напряжения, которые могут возникнуть за время эксплуатации, не превысят расчетного сопротивления. Усилие в рассчитываемом элементе определяется видом нагружения (при растяжении –нормальная сила N, при изгибе – изгибающий момент М и т.д.).

Структура формул для проверки общей устойчивости и выносливости полностью аналогична, но размер расчетного сопротивления умножается на понижающий коэффициент, величина которого зависит от характера работы элемента: при центральном сжатии применяется φ (коэффициент продольного изгиба), при внецентренном – φ_вн, при расчете общей устойчивости балки – φ_б, при расчете выносливости – γ.

Расчет центрально-сжатых элементов на устойчивость:σ = N/φF_бр ≤ R, где φ – коэффициент продольного изгиба, N – сжимающая сила, F_бр – площадь поперечного сечения элемента, R – расчетное сопротивление на сжатие.

φ = f(λ), λ = l₀/i, где l₀– расчетная длина, i – радиус инерции.

Внецентренное сжатие на устойчивость: σ = N/φ_внF_бр ≤ R, φ_вн = f₂(λ, m, η).

Изгиб на прочность по нормальным напряжениям: σ = М/W_НТ ≤ R, где W_НТ = φ W_бр, где φ – коэффициент, учитывающий ослабление сечения.

Изгиб на общую устойчивость: σ = М/φ_бW_бр ≤ R.

Изгиб на прочность по касательным напряжениям: τ = QS_x/I_xδ_ст ≤R_ср

№51. Области применения каменных и армокаменных конструкций.

Природные камни, как и дерево, были первыми строительными материалами. Обожженный глиняный кирпич применялся примерно за 2000 лет до н.э. Каменную кладку вначале применяли при возведении башен различного назначения, массивных опор и стен, акведуков, оборонительных сооружений, в печах и т.д.

В настоящее время для фундаментов, стен и столбов зданий и сооружений, подпорных стен, плотин, дымовых труб, водонапорных башен, сводов, канализационных коллекторов, колодцев и других конструкций кладку делают из природных и искусственных камней малых и больших размеров; она отличается большим разнообразием по виду материала, по конструктивному решению и способам возведения.

Гипсовые, гипсобетонные и грунтовые камни, а также сырцовый (необожженный) кирпич применяют из-за их малой прочности и водостойкости для кладки стен одноэтажных временных зданий.

Известняковый камень – бут рваный, постелистый, под скобу и бутовая плита – применяется для кладки фундаментов и стен подвалов, а также при возведении стен одноэтажных с/х построек.

Тесаные камни из мрамора, песчаников, гранита, известняка плотного и других пород применяют для облицовок цоколей, столбов, стен, полов и т.д.

Облицовочные каменные материалы служат для оформления фасадов, отделки поверхностей стен и столбов. К этим материалам относятся: лицевой кирпич, керамические лицевые камни и облицовочные плиты, бетонные плиты и природный камень.

№52. Виды каменных материалов и строительных растворов.

Наружные стены из кирпичной сплошной кладки ввиду большой теплопроводности кирпича получаются массивными (особенно в северных районах), поэтому их применение требует технико-экономического обоснования.

Чтобы повысить экономическую эффективность наружных стен зданий, рекомендуется применять облегченные кладки, а также сплошные кладки из пустотелого (пористого, дырчатого, пористодырчатого) кирпича и из эффективных пустотелых бетонных камней, если это возможно по условиям прочности конструкции.

Целесообразно применять облегченные кладки, а также кладки из легких керамических и бетонных камней. Такие кладки рекомендуются в первую очередь при строительстве малоэтажных зданий, а также в верхних этажах многоэтажных зданий, т.к. нагрузки от таких стен невелики и толщина их определяется в основном теплотехническим расчетом и требованиями звукоизоляции.

Стены из крупных блоков и панелей в наибольшей степени отвечают требованиям индустриализации строительства, они дешевле и менее трудоемки и поэтому в настоящее время занимают ведущее место в капитальном строительстве.

Каменная кладка состоит из камня и раствора, а в армированной кладке в швы закладывают стальную арматуру. В облегченные кладки включают также утеплитель.

Каменные материалы подразделяют по ряду признаков:

1) По происхождению – на природные, добываемые в карьерах, и искусственные, изготовляемые на заводах и полигонах из различного сырья путем обжига при высокой температуре или на основе вяжущих с твердением на воздухе или с термообработкой;

2) По величине – камни крупные (блоки) высотой 50см и более, мелкоштучные камни (обыкновенные) высотой до 200мм и кирпич высотой 65,88 и 103мм;

3) По материалу – искусственные камни: глиняные, силикатные, бетонные, легкобетонные, ячеистые и природные камни: гранит, известняк (бут), известняк-ракушечник, туф и др.

К каменным материалам предъявляются требования по прочности, долговечности и теплозащитным свойствам. Прочность камней характеризуется их марками.

Искусственные камни. Кирпич. Виды кирпича: глиняный обыкновенный (обожженный), силикатный, шлаковый, глиняный пустотелый.

Керамические пустотелые камни выпускаются с вертикальными или горизонтальными пустотами, объем пустот в них достигает 50-60%. Благодаря наличию пустот значительно улучшаются теплотехнические свойства камня.

Бетонные обыкновенные камни изготовляют из тяжелого бетона, из легкого бетона на пористых заполнителях и из ячеистого бетона. Камни выпускаются, как правило, облегченными с щелевидными пустотами или трехпустотные, но могут быть и сплошными (для фундаментов, цоколей и стен мокрых помещений).

Природные камни добывают в карьерах из горных пород: доломитов, известняков, песчаников, гранита, туфа вулканического и др. Кладка из камней правильной формы, хорошо отесанных, имеет более высокую прочность, чем кладка из грубо отесанных камней.

Крупные блоки. Применяются бетонные, силикатные блоки, из кирпича и керамических камней, а также из природного камня. По назначению блоки подразделяют на фундаментные, для стен подвалов, цоколей, внутренних и наружных стен, сантехнические, для электропроводок, карнизные и др.

Строительные растворы. Раствор обеспечивает связь отдельных камней между собой, образуя единый монолит – кладку, уменьшает ее продуваемость и влагопроницаемость. В горизонтальных швах раствор способствует более равномерной передаче нагрузок между рядами кладки, что делает ее более прочной.

В зависимости от вида вяжущих различают растворы: цементные, известковые и смешанные (цементно-известковые и цементно-глиняные); применяются и чисто глиняные растворы. По плотности (в сухом состоянии) растворы для кладки подразделяют на: тяжелые при р≥1500 кг/м³ и легкие при р<1500 кг/м³.

Цементные растворы имеют высокую прочность и стойкость при атмосферных и других воздействиях. Но они требуют большого расхода цемента и поэтому дороги. Чтобы повысить пластичность и водоудерживающую способность цементных растворов, добавляют глину или известь около 10-20% объема цемента. Растворы с такими добавками наз. смешанными.

Известковые и глиняные растворы обладают низкой прочностью, медленно твердеют во времени, подвержены быстрому разрушению при повышенной влажности. Их применяют только для малонагруженных стен зданий, а глиняные растворы – при кладке печей.

53. Марки каменных материалов и растворов.

Марка камней определяется по временному сопротивлению их при сжатии в кгс/см² (или Н/м² = Па) в образцах установленной формы и размеров, а для кирпича – в зависимости от временного сопротивления его при сжатии и изгибе.

Каменные материалы подразделяют на следующие группы: высокой прочности (марок 300, 400, 500, 600, 800, 1000), средней прочности (марок 35, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 250) и низкой прочности (марок 4, 7, 10, 15, 25). Марки пустотелых камней и природных камней (слоистых) определяют испытанием их на сжатие в том положении, в каком они будут находиться под нагрузкой в конструкции.

Марку сплошных и пустотелых бетонных и силикатных крупных блоков R определяют проектной прочностью бетона при сжатии в кубах с ребрами 20см.

Бетоны, применяемые в качестве утеплителей кладки, должны иметь проектные марки по временному сопротивлению сжатию 7, 10, 15, а для вкладышей и плит не менее 10.

Долговечность каменных материалов характеризуется их стойкостью против атмосферных воздействий и определяется испытанием на морозостойкость. Требуемая морозостойкость материала Мрз, измеряемая числом циклов замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии, для разных сооружений неодинакова и зависит от условий эксплуатации здания и степени надежности конструкции. Согласно СНиП, установлены следующие проектные марки каменных материалов и бетонов по морозостойкости – Мрз 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и 300.

Прочностные свойства растворов характеризуются следующими марками: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150 и 200. Марки раствора – это предел прочности при сжатии R₂₈, кгс/см², образцов кубов размером 70,7х70,7х70,7 мм, выдержанных 28 сут. и испытанных согласно ГОСТ.

52. Расчет каменной кладки на центральное и внецентренное сжатие.

1. При центральном сжатии напряжения равномерно распределяются по сечению элемента. Несущая способность таких элементов зависит не только от прочности кладки, но и от гибкости элементов. Гибкость элемента λ определяется отношением расчетной высоты (длины) l₀ к величине меньшей стороны сечения h или меньшему радиусу инерции сечения элемента r:

λ = l₀/h или λ = l₀/r_мин

Элементы с малой гибкостью разрушаются, как правило, от достижения напряжениями в кладке предела прочности (временного сопротивления) сжатию σ = R.

Из условия равновесия усилий на вертикальную ось можно записать, что в момент разрушения N = R¹F, где N – внешняя нормальная сила, F – площадь сечения, R – предел прочности кладки.

В элементах большой гибкости разрушение происходит от потери устойчивости при напряжениях в сечении меньше предельных σ <R¹.

Это снижение несущей способности учитывают введением в расчетную формулу коэффициента φ ≤ 1, называемого коэффициентом продольного изгиба.

Расчетная формула для определения несущей способности элемента с учетом потери устойчивости: R=(R¹/k)*m_K, где m_К – коэффициент условий работы кладки.

Таким образом, условие для расчета неармированных центрально сжатых элементов по несущей способности примет вид N≤ m_длφRF.

Коэффициент продольного изгиба φ зависит от упругой характеристики кладки α и гибкости элемента λ. В нормах значения φ даны для кладок при α = 1000; для других кладок, глее α не равна 1000, коэффициент φ принимают по приведенной гибкости элемента λ_пр^h или λ_пр^r:

Расчетная высота l₀ каменных стен и столбов зависит от условий закрепления их концов на опорах:

А) при шарнирном опирании на неподвижные в горизонтальном направлении опоры l₀ = H (где Н – высота этажа);

Б) Для свободно стоящих конструкций при отсутствии связи их с перекрытиями или другими горизонтальными опорами l₀=2Н;

В) для конструкций с частично защемленными опорными сечениями – не менее l₀ = 0,8Н.

Опытами установлено, что ввиду неоднородности кладки невозможно точно приложить внешнюю силу по физической оси элемента. Всегда есть какой-то случайный небольшой эксцентрицитет е₀, который для стен толщиной более 25 см вообще не учитывается. Однако в тонких гибких элементах при длительном действии нагрузки с течением времени в результате явлений ползучести кладки происходит постепенное увеличение отклонения элемента от первоначального положения, вследствие чего увеличиваются и случайные эксцентрицитеты приложения силы и изгибающие моменты, вызываемые этими эксцентрицитетами. Это приводит к снижению прочности кладки. Учитывают этот фактор введением в расчетную формулу коэффициента m_дл ≤ 1.

Коэффициент m_дл принимают равным единице, когда меньшая сторона прямоугольного сечения элемента h ≥ 30см или меньший радиус инерции сечения r ≥ 8,7см. В остальных случаях для центрально-сжатых элементов (при е₀ = 0) коэффициент вычисляют по формуле m_дл = 1 – η (N_дл/N)

2. Внецентренное сжатие является наиболее распространенным видом работы каменных конструкций. Оно возникает, когда вертикальная нагрузка N передается не по оси элемента, а с некоторым эксцентрицитетом е₀. Внецентренное сжатие может быть также вызвано действием изгибающего момента М от поперечной (горизонтальной) нагрузки, например от давления ветра, давления земли на стены подвала, тормозных усилий от мостовых кранов в промышленных зданиях и т.д. В этом случае эксцентрицитет е₀ = M/N. Тонкие гибкие элементы каменных конструкций (стены, столбы) толщиной менее или равные 25см, которые испытывают центральное нагружение, тоже рассчитывают как внецентренно-сжатые с учетом случайных эксцентрицитетов, равных: для несущих стен 2см, для самонесущих стен и отдельных слоев трехслойных несущих стен 1см. При эксцентрицитете продольной силы его суммируют со случайным эксцентрицитетом: е = е₀ + (1 … 2см).

Напряженное состояние кладки. При внецентренном сжатии кладки одна часть сечения (со стороны приложения вертикальной силы) более сжата, а другая, противоположная часть, менее сжата или может быть даже растянута при значительных эксцентрицитетах. Эпюра напряжений σ имеет криволинейное очертание.

В случае сравнительно малых эксцентрицитетов, когда е₀ находится в пределах ядра сечения, эпюра напряжений будет однозначна (сжатие) и разрушение элемента будет происходить со стороны более сжатой грани при σ = R.

При значительных эксцентрицитетах е₀ эпюра напряжений двухзначна. В растянутой зоне при достижении предела прочности кладки растяжению по горизонтальным швам образуются трещины, и эта часть кладки как бы исключается из работы. В сжатой зоне сечения со стороны продольной силы нагрузку воспринимает ненарушенная часть сечения высотой h¹. Чтобы упростить расчеты, фактическую криволинейную эпюру напряжений заменяют здесь прямоугольной.

В предельном состоянии несущая способность внецентренно-сжатого элемента определяется сопротивлением сжатой части кладки F_с с учетом снижения прочности от потери устойчивости (коэффициент φ₁) и в результате ползучести при длительном действии нагрузки (коэффициент m_дл). В общем виде формула для расчета сечений неармированной кладки имеет след.вид (из условия равенства внутренних и внешних сил на вертикальную ось ΣN_у-у= 0): N≤ m_длφ₁RF_cω, где R – расчетное сопротивление кладки сжатию, F_с- площадь сжатой части сечения, у которой центр тяжести совпадает с точкой приложения внешней силы N.

Для прямоугольного сечения формула примет вид:

N ≤ m_длφ₁RF (1 – 2e₀/h)ω, где F – площадь всего сечения элемента, h – высота сечения (в направлении действия изгибающего момента).

Коэффициент φ₁ зависит от эксцентрицитета е₀, гибкости элемента λ = l₀/h и определяется в функции от коэффициента продольного изгиба φ центрально-сжатых элементов.

При внецентренном сжатии менее загруженная часть сечения оказывает поддерживающее влияние на более загруженную; при этом чем больше эксцентрицитет е₀, тем больше это влияние. Работу сжатой части внецентренно-сжатого сечения можно условно рассматривать как случай местного сжатия. Поэтому расчетное сопротивление кладки сжатию R при внецентренном сжатии можно увеличить до 25%. В расчетных формулах это учтено введением коэффициента ω, который не должен превышать 1,25 и равен:

для прямоугольных сечений

для сечений произвольной формы:

При внецентренном сжатии влияние явлений ползучести под длительно действующей нагрузкой N_дл сказывается на несущую способность элемента значительно больше, чем при центральном сжатии. Чем больше эксцентрицитет е_0дл, тем меньше коэффициент m_дл. Согласно нормам, коэффициент m_дл определяют по формуле

При h≥30см или r≥8,7см коэффициент m_дл = 1.

В случае когда е₀≤е_пр = 0,7у допускается небольшое раскрытие трещин в горизонтальных швах кладки со стороны растянутой зоны сечения. Такое раскрытие швов незаметно на глаз и не вызывает появления видимых трещин в облицовке или штукатурке стен.

Однако при е₀>е_пр = 0,7у раскрытие швов становится заметным, в отделке стены могут образоваться трещины, через которые будет проникать в стену влага и при замерзании и оттаивании воды кладка может постепенно разрушиться. Поэтому при е₀>е_пр необходимо каменные конструкции рассчитывать не только по несущей способности (предельное состояние первой группы), но и по раскрытию трещин швов кладки (предельное состояние второй группы), чтобы не допустить их чрезмерного раскрытия.

Расчет по раскрытию трещин внецентренно-сжатых элементов производится по условным напряжениям растяжения в растянутой зоне. При этом напряжения в сжатой зоне сравнительно малы и зависимость между напряжениями σ и деформациями ε близка к прямолинейной (условно можно принять σ/ε=const). Поэтому при расчете на трещины для определения напряжения растяжения σ_р используют формулу сопротивления материалов, выведенную для идеально упругих тел:

Расчетная формула:

Раскрытие трещин в кладке в общем не является более опасным, чем разрушение ввиду исчерпания прочности кладки. Поэтому коэффициент условий работы кладки по раскрытию трещин m_тр принимается больше единицы: m_тр = 1, 2, … 3 в зависимости от характеристики и условий работы кладки и степени надежности конструкций.

Если условие не соблюдается, то либо изменяют прочностные характеристики материалов кладки, либо назначают сечение большего размера.

№53. Расчет армокаменной кладки на центральное и внецентренное сжатие.

Элементы с сетчатым армированием при центральном сжатии рассчитывают как неармированную кладку, но с учетом повышенного расчетного сопротивления сжатию армированной кладки R_ак по формуле N≤ m_дл φR_акF, где N – расчетная продольная сила, R_ак≤1,8R: при кладке на растворах марки 25 и выше R_ак = R + (2μR_a/100); при кладке на растворах менее марки 25 R_ак = R + (2μR_a/100 * R/R₂₅); здесь R_a – расчетное сопротивление арматуры в армированной кладке, R – расчетное сопротивление сжатию кладки в рассматриваемый срок твердения раствора; R₂₅ – расчетное сопротивление кладки на растворе марки 25; φ – коэффициент продольного изгиба.

Значение упругой характеристики α_а для кладки, армированной сетками, вычисляют по формуле: α_а = α (R¹/R_fr¹), где α – упругая характеристика неармированной кладки, R¹ и R_fr¹ – средний предел прочности неармированной и армированной сетками кладок: R¹ = kR; R_ак¹ = kR + (2μR_a¹/100), где k – коэффициент, равный 2. Напряжения в арматуре R_а¹ принимают согласно СНиП.

Внецентренное сжатие. При внецентренном сжатии элементов с сетчатым армированием эффективность работы сеток снижается, особенно при больших эксцентрицитетах, т.к. при этом в работу включается не все сечение элемента, а только та его часть, которая наиболее напряжена под внецентренно действующим усилием.

Внецентренно-сжатые элементы с сетчатым армированием рассчитывают аналогично неармированным элементам с учетом введения в формулу расчетного сопротивления армированной кладки R_аки: N ≤ φ₁m_длR_акиF_cω или для прямоугольного сечения N ≤ φm_длR_акиF(1-(2e₀/h))ω, где R_аки≤1,8R – расчетное сопротивление сжатию армированной кладки при внецентренном сжатии.

№54.Конструктивные схемы многоэтажных каменных зданий.

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Многоэтажные здания делят на две основные группы: промышленные и гражданские. Промышленные здания строят обычно с каркасом. Гражданские здания выполняют каркасными и панельными.

В зданиях с каркасом можно четко разграничить несущие и ограждающие элементы.

Основными элементами каркаса здания являются поперечные рамы, связанные в продольном направлении жесткими в своей плоскости междуэтажными перекрытиями.

Перекрытия применяются балочные (рис. 14.1) и безбалочные (рис. 14.2).

Многоэтажные промышленные здания строят преимущественно с полным каркасом; в гражданских зданиях возможен полный и неполный каркас.

Пространственная жесткость многоэтажного каркасного здания может обеспечиваться рамной (рис. 14.3,с), связевой (рис. 14.3,6) или рамно-связевой конструктивной схемой (рис. 14.4).

При рамной системе все нагрузки, действующие на здание, воспринимаются рамами; при рамно-связевой системе вертикальные нагрузки воспринимаются рамами, а горизонтальные — вертикальными связевыми диафрагмами и рамами, которые работают совместно, благодаря наличию жестких перекрытий.

При обычной высоте здания (до 30 м) боковая жесткость многоэтажных рам по сравнению с жесткостью вертикальных связевых диафрагм сравнительно невелика; поэтому при работе здания на горизонтальные нагрузки изгибающие моменты в рамах малы, так как горизонтальные нагрузки оказываются почти целиком воспринятыми связевыми диафрагмами. Такие здания работают по связевой схеме.

При этом наружные стены воспринимают горизонтальную ветровую нагрузку, работая как балки пролетом, равным высоте этажа /8, и передают давление ветра железобетонным перекрытиям, которые работают как горизонтальные диафрагмы (балки) пролетом, равным расстоянию между вертикальными связевыми диафрагмами /п; перекрытия в свою очередь передают давление вертикальным связевым диафрагмам, которые работают как вертикальные консольные балки, защемленные в фундаменте (рис. 14.5).

В настоящее время в строительстве многоэтажных зданий применяется преимущественно сборный железобетон; однако применяются также монолитный железобетон и сборно-монолитные конструкции

Каркас состоит из вертикальных элементов (колонн) и горизонтальных (ригелей, несущих междуэтажные перекрытия и покрытия).

Рамные каркасы имеют жесткие узлы сопряжения, связевые — шарнирное сочленение, а рамно-связевые решаются с жесткими рамными и шарнирными узлами.

Вертикальные связевые диафрагмы создаются стенами лестничных клеток, поперечными н торцевыми стенами, а также продольными стенами здания.

§ 2. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ

В промышленных зданиях с ригельно-балочными перекрытиями каркасы могут быть запроектированы рамного, связевого и рамно-связевого типов.

Рамы каркаса обычно располагаются поперек зданий и редко вдоль; независимо от этого их взаимный шаг унифицирован и равен 6 м (рис. 14.6,а).

Число пролетов в каркасах бывает от одного до трех-четырех, а иногда и больше; размеры пролетов унифицированы— 6, 9 и 12 м; при пролете 12 м ригели делают предварительно-напряженными (рис. 14.6,6).

Верхние этажи шириной (без опор) 12 и 18 м (рис. 14.6, в) с подъемно-транспортным оборудованием имеют покрытия, аналогичные покрытиям одноэтажных зданий.

Этажи могут иметь высоту 3,6—7,2 м с градацией размеров 0,6 и 1,2 м.

Устойчивость каркасов в их плоскости обеспечивается жесткостью рамных узлов или установкой связевых

диафрагм. В продольном направлении устойчивость каркасов обеспечивается установкой вертикальных металлических связей по колоннам и укладкой в составе перекрытия специальных панелей-распорок, располагаемых в плоскостях колонн. Вертикальные связи устанавливают посередине каждого деформационного блока здания в каждом ряду колонн во всех этажах (рис. 14.7).

В зависимости от принятого типа каркаса узловые сопряжения элементов рамы могут быть приняты в виде жестких рамных узлов или в виде шарнирного соединения, причем элементы колонн между собой соединяются всегда жестко (см. рис. 8.6, 8.7, 8.9).

Пример жесткого рамного узла показан на рис. 14.8. В растянутой зоне узла устроены выпуски арматуры из колонны и ригеля с подрезкой и последующей ванной сваркой выпусков между собой посредством коротышей (стыковых вкладышей) и замоноличивания бетоном зазоров и подрезки ригеля.

В сжатой зоне стыка имеется консоль колонны с закладным листом, приваренным к арматуре консоли;

к этому листу приваривают закладные элементы ригеля, которые в свою очередь соединены сваркой с его арматурой.

В случае шарнирного сопряжения ригеля с колонной в каркасе связе-вой системы ригель устанавливают на консоль колонны с приваркой только закладных деталей ригеля к закладному листу консоли без какой-либо связи или с конструктивной связью в верхней части узла.

Конструкция узлового соединения каркасов связевой системы показана на оис. 14.9.

Стены каркасных многоэтажных зданий выполняют из кирпичной кладки или из панелей, причем стены могут быть самонесущнми, несущими или навесными.

Самонесущие стены (рис. 14.10,6) возводят на фундаментных балках, укладываемых на фундаменты колонн каркаса. Эти балки всегда делают разрезными од-нопролетными. Масса стен передается непосредственно на фундаментные балки и через них на фундаменты. Стены соединяются с каркасом при помощи гибких связей.

Навесные стены из панелей или облегченной каменной кладки устанавливают на консоли колонн, которые могут быть железобетонными или металлическими, приваренными к закладным деталям, предусмотренным в колоннах (рис. J4.10,а). Кроме того, стены прикрепляют к колоннам посредством гибких связей.

Конструкции многоэтажных зданий, возводимых в монолитном железобетоне, состоят из каркасов, несущих обычные ребристые или кессонные перекрытия н покрытие (рис. 14.11).

В сборно-монолнтных каркасах ригели выполняют неполного профиля и доводят до полного сечения бетонированием на месте после монтажа перекрытий.

Опорную арматуру таких ригелей устанавливают после нх монтажа, пропуская ее сквозь колонны илн сбоку в специальных пазах.

В сборно-монолитных конструкциях для надежности яямополичивания смонтированных ригелей и настилов из них делают выпуски арматуры в виде скоб и петель. При этом торцевые грани настилов, лежащие на ригелях, образуют лотки, в которые и укладывают бетонную смесь в построечных условиях. После набора прочности бетоном получается замоноличенная конструкция ригелей и настилов (рис. 14.12).

§ 3. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ

Многоэтажные гражданские здания выполняют двух типов: каркасно-панельными и бескаркасными панельными. Оба типа зданий собираются из индустриальных сборных железобетонных конструкций.

Каркасно-панельные здания состоят из каркаса, панелей перекрытий, перегородок и панельных стен.

Каркас может быть поперечным (рис. 14.13,с), про-. дольным (рис. 14.13, в) или пространственным (рис. 14.13,6). Встречаются здания с неполным каркасом, когда наружные колонны каркаса отсутствуют и фасадные стены являются несущими (рис. 14.13,г).

Пролеты каркасов зданий бывают 5,6 и 6 м. Шаг колонн вдоль здания 3,2 и 3,6 м. Высота этажей 2,8 м при двухэтажной разрезке колонн каркасов.

Сопряжение колонн каркаса с ригелями осуществляется в каркасах на сварке, причем ригели имеют в нижней части подрезку и опираются на консоли из прокатных двутавров, пропущенных сквозь колонны (рис. 14.14). Гражданские здания 12—16 этажей и выше, получающие все более широкое распространение, отличаются от рассмотренных выше шагом поперечных рам каркаса, который здесь принят равным 6 м. Это позволяет осуществлять более свободную внутреннюю планировку зданий.

Высота этажей в таких зданиях зависит от их назначения: для жилых зданий, гостиниц — 2,8 м; для административных зданий, лечебных учреждений, торговых предприятий, учебных заведений и т. п. — 3,3 м; для зданий специального назначения (конструкторские бюро, лабораторные корпуса, крупные торговые центры и т. п.) —3,6 и 4,2 м. Такие здания строят по связевой системе. Колонны имеют сферический стык, причем угловые стержни арматуры колонн соединяют накладками

и.in панной сваркой (рис. 14.15), а промежуточные стержни не соединяют между собой, они заканчиваются в зоне, усиленной арматурными поперечными сетками.

Широкое распространение, особенно в жилищном строительстве, получили бескаркасные крупнопанельные здания. Благодаря отсутствию каркаса и высокой степени заводской готовности элементов уменьшается трудоемкость монтажа и стоимость таких зданий.

Пятиэтажные жилые дома и здания гостиничного типа строят с несущими наружными и внутренними поперечными и продольными перегородками (рис. 14.16, а), с самонесущими наружными стенами и несущими поперечными перегородками (рис. 14.16,6), а также с несущими наружными и внутренними продольными стенами (рис. 14.16,в). Последнее решение допускает более свободную внутреннюю планировку зданий.

Панели несущих наружных стен изготовляют сплошными из бетонов на легких заполнителях, а при самонесущих стенах — также из двух- и трехслойных железобетонных панелей с утеплителем из минераловатных плит.

Длина панелей наружных стен равна шагу поперечных панельных стен-перегородок и для различных зданий в зависимости от их типа бывает 2,5; 2,8; 3,2; 3,6 и 6 м. Длина панелей поперечных стен для разных типов зданий бывает 5,2; 5,6 и 6 м.

Панели поперечных и продольных стен соединяют между собой сваркой закладных деталей и выпусков арматуры с последующим замоноличиванием стыков (рис. 14.17).

Панели внутренних поперечных и продольных стен имеют толщину 14 и 16 см.

Междуэтажные перекрытия панельных зданий выполняют из панелей с различным опиранием в зависимости от расположения несущих стен (перегородок).

В настоящее время интенсивно развивается строительство панельных бескаркасных зданий высотой 12, 16 этажей и более. Конструктивное решение таких зданий имеет свою специфику и отличается от решения бескаркасных пятиэтажных зданий. Несущими элементами таких зданий являются поперечные стены. Наружные стены навесные. Толщина железобетонных панелей поперечных стен 16 см, внутренних продольных 14 см, наружных (сплошных керамзитобетонных) 30 см,

Дальнейшим развитием крупнопанельного домостроения явились разработка и внедрение в практику жилищного строительства объемных железобетонных элементов, которые могут быть собраны из отдельных плоских панелей в порядке укрупнительной заводской сборки или в виде цельного «стакана» или «колпака».

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒

Воспользуйтесь поиском по сайту: