чем обеспечивается податливость сооружения

Особые требования и конструктивные решения для зданий и сооружений, возводимых на просадочных грунтах.

Промышленные здания и сооружения нередко приходится возводить на просадочных грунтах.

Просадочный грунт – грунт, который при замачивании дает дополнительную деформацию, называемую просадкой.

В отличие от обычных, просадочные грунты, находятся в напряженном состоянии от действия внешней нагрузки и собственной массы, при замачивании дают просадку.

К просадочным грунтам относятся лёссы, лёссовидные суглинки, супеси, покровные суглинки и некоторые другие.

Причинами повышения влажности просадочных грунтов могут быть: замачивание их сверху из внешних источников или снизу при подъеме уровня грунтовых вод, а также постепенное накопление влаги в грунте вследствие инфильтрации поверхностных вод и экранирования поверхности. При определении просадок грунтов и их неравномерности учитывают:

— инженерно-геологический состав площадки строительства;

— физико-механические характеристики грунтов основания и их неоднородность;

— размеры, глубину заложения и взаимное расположение фундаментов;

— нагрузки на фундаменты и прилегающие площадки;

— конструктивные особенности сооружения (наличие подвалов, тоннелей и т.п.);

— характер планировки территории (наличие выемок, срезок или насыпей);

— возможные виды, размеры и места расположения источников замачивания грунтов.

Грунтовые условия площадок, сложенных просадочными грунтами, в зависимости от возможной просадки грунтов под воздействием собственной массы подразделяют на два типа:

I-й тип просадочности

I-й тип просадочности – грунтовые условия, в которых возможна в основном просадка грунтов от внешней нагрузки, а просадка грунтов от собственной массы отсутствует или не превышает 5 см.

II-й тип просадочности

Просадочные грунты с их большими и неравномерными деформациями могут повредить или разрушить конструкции здания, если не будут предусмотрены специальные меры.

II-й тип просадочности – грунтовые условия, в которых помимо просадки грунтов от внешней нагрузки возможна их просадка от собственной массы и ее размер превышает 5 см.

Строительные мероприятия – устройство искусственных оснований – достигается: уплотнением грунтов (трамбование тяжелыми трамбовками, устройство грунтовых свай, вытрамбование котлованов под фундаменты, предварительное замачивание грунтов; глубинное гидровиброуплотнение, использование вибрационных машин, катков); полной или частичной заменой в основании грунтов с неудовлетворительными характеристиками свайными подушками из песка, гравия, щебня и т.п. Строительные мероприятия предусматривают преобразование свойств грунтов основания, исключающие или снижающие до допустимых пределов просадки оснований или уменьшающие их влияние на эксплуатационную пригодность сооружения.

Более подробно строительные мероприятия рассматриваются в курсе «Основания и фундаменты».

Водозащитные мероприятия – предусматривают при разработке генеральных планов, планировке территории предприятия, устройстве оснований под полы, размещении трубопроводов.

Планировка застраиваемой территории проводится в данном случае с целью обеспечить быстрый и беспрепятственный сток атмосферных вод.

Чтобы предотвратить инфильтрацию в просадочный грунт поверхностных вод, следует до минимума сократить срезку верхнего слоя грунта. Для планировочных насыпей (включая основание под полы), засыпки пазух котлованов непригодны: песок, строительный мусор и другие дренирующие материалы. Вокруг зданий устраивают водонепроницаемую отмостку шириной 1-1,5 м с уклоном около 3 %, а по ее периметру – водоотводящий кювет (рис. 13.1 а).

Рис. 13.1 Конструктивные элементы зданий, возводимых на просадочных грунтах: а – отмостка с кюветом; б – фундамент с консолями в пределах башмака; в – крепление подкрановых балок на консолях; г – крепление кранового рельса; 1 – жирный цементный раствор; 2 – литой асфальт (20-30мм); 3 – мощение булыжником с заливкой швов битумом; 4 – взрыхленный и утрамбованный глинистый грунт; 5 – щебеночная подготовка (100-120 мм), пропитанная горячим битумом; 6 – консоль для подъема колонны домкратом; 7 – подкрановая консоль; 8 – стальная шпала; 9 – скоба болта.

В качестве основания под полы в цехах с мокрым технологическим процессом, возводимых на просадочных грунтах II типа, предусматривают водонепроницаемый экран толщиной не мене 1 м уплотнением грунта тяжелыми трамбовками или устройством грунтовой подушки.

Конструктивные мероприятия – предусматривают с целью обеспечить прочность, устойчивость и эксплуатационную надежность здания при возможных просадках от замачивания грунтов основания. Необходимо также создавать условия для быстрого восстановления проектного положения отдельных конструктивных элементов здания.

Основными конструктивными мероприятиями являются следующие:

— применение конструктивной схемы, малочувствительной к неравномерным осадкам;

— разрезка здания на блоки осадочными швами;

— устройство стыков, равнопрочных с соединяемыми элементами на воздействие неравномерной просадки основания;

— усиление отдельных конструкций дополнительным армированием;

— устройство армированных поясов по капитальным стенам, непрерывных в пределах каждого осадочного блока;

— увеличение площадей опирания в местах сопряжения конструктивных элементов;

— приспособление конструкций к быстрому восстановлению их просадки.

Малочувствительные к неравномерным осадкам конструкции подразделяются на два вида – жесткие и податливые.

Жесткие конструкции – обладают большой прочностью, исключают взаимные применения отдельных элементов и оседают как одно пространственное целое. В зданиях и сооружениях с такими конструкциями необходимо ограничивать возможные просадки и их неравномерность.

В податливых конструкциях элементы связаны с собой шарнирно, поэтому их взаимное перемещение вследствие неравномерной просадки основания практически не отражается на устойчивости здания в целом. Для зданий с такими конструкциями учитывают возможность отклонения колонн и стен от вертикали при просадке основания. С этой целью в проектах предусматривают не только шарнирные связи ферм (балок) и других элементов с колоннами, но и мероприятия по быстрому восстановлению нормальных условий эксплуатации в зданиях.

Для уменьшения длины изгибаемых участков при неравномерной просадке здания, его разрезают осадочными швами, которые совмещают с температурными.

В необходимых случаях по капитальным стенам устраивают железобетонные пояса, размещая их на уровне оконных перемычек в одноэтажных зданиях и на уровне междуэтажных перекрытий в многоэтажных. Кроме того, во всех типах зданий предусматривают армирование пояса в пределах подошв фундаментов. Количество поясов и их сечение определяют расчетом; во всех случаях их должно быть не менее двух.

Под несущие стены зданий устраивают монолитные или сборно-монолитные ленточные фундаменты. В каркасных зданиях фундаменты аналогичны зданиям, возводимым на обычных грунтах. При нежестких (податливых) несущих конструкциях фундаменты под отдельно стоящие колонны устраивают с консолями или отдельными площадками, предназначенными для подъема домкратами просевших колонн (рис. 13.1 б).

Подкрановые балки в зданих на просадочных грунтах следует применять разрезные металлические. Их опирают и крепят, как правило, на консолях (рис. 13.1 в). Такое крепление позволяет производить рихтовку подкрановых путей наименее трудоемким способом – путем изменения положения крановых консолей.

Крепление рельсов к подкрановым балкам должно быть подвижным и иметь конструкцию, допускающую выравнивание пути в вертикальном направлении подъемом рельсов не менее чем на 100 мм и в поперечном – не менее 50 мм. Один из способов крепления рельсов показан на рисунке 13.1 г. Рельс укладывается на стальные шпалы и крепится к балке лапками; между шпалами и балкой можно предусматривать прокладки.

В зданиях и сооружениях податливой конструкции необходимо предусмотреть мероприятия, исключающие возможность выпадения отдельных участков кровельного покрытия при неравномерной просадке. Для чего ограждающие элементы покрытия укладывают внахлестку или применяют элементы многопролетного типа (асбестоцементные, стальные и алюминиевые волнистые листы, стальной ребристый профилированный настил и др.).

2. Здания, возводимые на подрабатываемых территориях.

Подрабатываемым территориям, в следствие выемки пластов ископаемых, свойственны оседания, прогибы, наклоны, горизонтальные смещения и другие деформации, вызывающие значительные повреждения и разрушения расположенных на них зданий и сооружений

Подрабатываемая территория – участок поверхности земли, под которым ведут или намечают вести подземные горные разработки угля или других ископаемых.

Более подробно параметры деформации земной поверхности рассматриваются в курсе «Основания и фундаменты».

Прочность, устойчивость и надежность в эксплуатации зданий и сооружений, возводимых на подрабатываемых территориях, обеспечивают специальными мероприятиями.

Исходными данными для проектирования построек на подрабатываемых территориях являются максимальные величины прогнозируемых деформаций земной поверхности на участке строительства в направлении продольной и поперечной осей проектируемого здания.

При строительстве на подрабатываемых территориях предпочтение отдают зданиям небольшой площади, без выступов и пристроек. Здания большой протяженности разделяют на отсеки. Длину отсеков назначают в зависимости от интенсивности деформаций земной поверхности, принятой конструктивной схемы здания, типа конструкций и характеристик грунта.

Сохранность и надежность зданий и сооружений, располагаемых на подрабатываемых территориях, обеспечивают комплексом мероприятий. В данной теме рассмотрим конструктивные и строительные мероприятия.

Здания и сооружения, возводимые на подрабатываемых территориях, проектируют по податливым, жестким и комбинированным конструктивным схемам.

По жесткой конструктивной схеме проектируют бескаркасные здания с несущими стенами и небольших размеров в плане. В них предусматривают:

— усиленные несущие конструкции, объединенные в пространственно-жесткие блоки;

— фундаменты – плитные, ленточные с железобетонными поясами;

— отдельно стоящие со связями – распорками и др.

По податливой схеме проектируют каркасные здания, имеющие большие размеры в плане, с незначительной собственной жесткостью. При прогнозируемых значительных деформациях земной поверхности предпочтительнее применять здания с металлическим каркасом.

Комбинированная схема может быть использована в каркасных и бескаркасных зданиях. Каркасные здания решают в виде рамных, рамно-связевых и связевых систем.

Фундаменты, работающие в сложных напряженных условиях, выполняют в зданиях с податливой схемой с горизонтальными между отдельными его элементами.

Шов скольжения – два слоя пергамина с прослойкой молотого графита, щипаной слюды или инертной пыли.

Шов скольжения, отделяющий надземную часть здания от подземной, располагают в горизонтальной плоскости над фундаментной подушкой, а в зданиях с подвалом – под перекрытием подвала или технического подполья. Над швом предусматривают защитный пояс.

Для защиты от перекосов и снижения влияния горизонтальных деформаций основания устраивают связи-распорки. Их можно располагать в одном или двух уровнях фундамента, параллельно друг другу (рис. 13.2 а).

Рис. 13.2 Конструктивные элементы зданий возводимых на подрабатываемых территориях: а – схема устройства шва скольжения и связей-распорок; б – схема устройства сплошной фундаментной плиты со швом скольжения; в – крепление подкрановой балки к колонне; 1 – бетонная или железобетонная подушка; 2 – шов скольжения; 3 – связь-распорка; 4 – фундаментная плита; 5 – фундамент под оборудование; 6 – деформационный шов; 7 – анкер; 8 – величина возможного подъема подкрановой балки; 9 – то же горизонтального смещения.

При устройстве фундаментов в виде сплошной плиты, ее рекомендуется делать со швом скольжения. В местах примыкания плиты к фундаментам под технологическое оборудование оставляют зазоры, ширину которых определяют расчетом. Как правило, величина зазора не превышает 50 мм (рис. 13.2 б).

В зданиях с мостовыми кранами при отсутствии поперечных связей-распорок между фундаментами предусматривают возможную регулировку положения подкрановых путей (балок и рельсов) в горизонтальной плоскости, а при ожидаемом наклоне подкранового пути (более 6 мм/м – в продольном направлении и 4 мм/м – в поперечном направлении) и, кроме того, еще и по вертикали (рис. 13.2 в). Во всех случаях предпочтение следует отдавать подвесному и напольному подъемно-транспортному оборудованию.

При использовании мостовых кранов подкрановые балки следует выполнять разрезными, металлическими и реже разрезными железобетонными.

Несущие конструкции покрытия опирают шарнирно на колонны посредством катковых и скользящих опор, показанных на рисунке 13.3.

Рис. 13.3 Шарнирно-подвижные сопряжения несущих конструкций покрытия с колоннами: а – катковое; б – скользящее; 1 – колонна; 2 – направляющая пластинка; 3 – ферма; 4 – каток; 5 – ограничитель; 6 – опорный столик; 7 – шов скольжения.

Стены каркасных зданий рекомендуется монтировать из навесных облегченных панелей с податливым креплением к колоннам. Допускается также самонесущие кирпичные и блочные стены с усилением их по периметру железобетонными поясами, а в местах пересечения – и горизонтальными арматурными сетками.

Самонесущие стены крепят к колоннам деталями, не препятствующими относительным смещениям в плоскости стен.

15.Особые требования и конструктивные решения для зданий и сооружений, возводимых над горными выработками.

1.1. Настоящие нормы должны соблюдаться при проектировании подземных горных выработок для новых, реконструируемых и расширяемых действующих предприятий по добыче полезных ископаемых.

Нормы распространяются на проектирование подземных горных выработок, располагаемых в зоне и вне зоны влияния очистных работ.

Примечания:

1. Настоящие нормы не распространяются на проектирование подземных горных выработок, сооружаемых на глубине более 1500 м или специальными способами проходки, а также очистных выработок и располагаемых в пределах выемочных участков, выработок выщелачивания и предприятий подземной газификации.
2. Подземные горные выработки в последующем тексте именуются «выработки».

1.2. Выработки следует проектировать на основе:

Ÿ данных, определяющих назначение, срок службы, условия возведения и эксплуатации выработок;

Ÿ результатов инженерных изысканий, включающих данные инженерно-геологического изучения мест размещения выработок;

Ÿ требований нормативных документов, утвержденных или согласованных Госстроем СССР, государственных стандартов, законодательных актов по экономии земель, охране и рациональному использованию недр и природных ресурсов, а также правил безопасности, утвержденных Госгортехнадзором СССР, и требований органов государственного санитарного надзора СССР.

1.3. Проектирование выработок предприятий по добыче полезных ископаемых должно производиться исходя из условий снижения трудоемкости, материалоемкости и сметной стоимости строительства и применения широкой механизации горнопроходческих работ, а также в соответствии с требованиями «Инструкции по разработке проектов и смет для промышленного строительства» с учетом особенностей шахтного и горнорудного строительства:

а) разработка нескольких вариантов размещения, компоновки и взаимной увязки выработок с учетом их назначения, условий сооружения и эксплуатации, включая вопросы вентиляции, водоотлива и транспорта, технологии и организации строительства, предусматривая в каждом варианте максимально возможную прямолинейность выработок и минимальное количество типоразмеров сечений выработок, а также трудоемких в проведении сопряжений, заездов и приемных площадок;
б) проведение расчетов для каждого из вариантов по определению устойчивости пород выработок, формы и размеров их поперечного сечения, расстояния между выработками, величин смещения пород и нагрузок на крепь, конструкций и параметров крепи с учетом мер охраны и защиты выработок, способов их сооружения и с использованием действующих типовых проектов выработок, отвечающих требованиям настоящих норм;
в) технико-экономическое сравнение показателей вариантов и принятие на их основе оптимального решения по минимальным суммарным затратам при строительстве и эксплуатации выработок с учетом наиболее целесообразного использования недр.

Объемно-планировочные и конструктивные решения выработок должны учитывать опыт их сооружения в аналогичных горно-геологических и гидрогеологических условиях, применение передовой технологии и организации горнопроходческих работ и обеспечивать эксплуатацию выработок в течение установленного проектом срока их службы.

Проектирование выработок, пригодных к дальнейшему использованию после извлечения из недр полезного ископаемого, следует производить в соответствии с настоящими нормами с учетом требований «Инструкции по проектированию народнохозяйственных объектов, размещаемых в отработанных горных выработках».

1.4. Проектирование выработок при условиях наличия опасности горных ударов, самовозгорания угля, выбросов, угля, породы и газа, динамических воздействий, сейсмичности района свыше 7 баллов, повышенной температуры горных пород, в зоне вечной мерзлоты и др. должно производиться с учетом дополнительных требований, предусмотренных для таких случаев общесоюзными и ведомственными документами или на основе результатов исследований, выполненных специализированными организациями.

1.5. При проектировании временных (на период строительства) выработок необходимо соблюдать требования, предъявляемые к постоянным выработкам того же назначения, согласно настоящим нормам. При этом предусматривать максимальное использование временных выработок при дальнейшей эксплуатации предприятия по добыче полезных ископаемых.

1.6. В составе проектов особо ответственных выработок, нарушение которых ведет к остановке всего предприятия, для контроля их состояния следует предусматривать установку контрольных приборов и замерных станций.

1.7. Проекты вентиляции и кондиционирования воздуха, водоотлива, электроснабжения и подземного транспорта на предприятиях по добыче полезных ископаемых должны разрабатываться в соответствии с нормами технологического проектирования и другими отраслевыми нормативными документами, утвержденными в установленном порядке.

Источник

ПРЕДИСЛОВИЕ

Каркасные здания промышленного и гражданского назначения являются массовыми конструктивными системами. Они получили распространение благодаря широким возможностям вариаций объемно-планировочных решений внутреннего пространства, а также за счет полной индустриализации изготовления и монтажа конструкций, дифференциации несущих и ограждающих элементов по назначению, что позволяет с использованием системы унификации и типизации эффективно распределять материалы и сократить их общий расход.

Особенностью каркасов многоэтажных зданий из сборного железобетона является большое количество узловых сопряжений, которые в соответствии с принятой системой разрезки здания на элементы, располагаются, как правило, в наиболее напряженных зонах [8, 22, 24, 28, 34, 35, 39]. При этом для стыков сборных элементов характерна повышенная деформативность вследствие обмятия бетона по контактным поверхностям и трещинообразования, податливости сварных соединений арматуры и закладных деталей [2, 3, 4, 8, 9, 11, 12, 25, 37]. Кроме того, в узловых сопряжениях в большей степени проявляется физическая и конструктивная нелинейность и их податливость меняется в зависимости от напряженно-деформированного состояния [3, 9, 14, 21, 26]. Экспериментальные исследования показывают, что переменная податливость сопряжений приводит к существенному (до 40 %) перераспределению усилий [20, 41].

Благодаря интенсивному развитию вычислительной техники и программного обеспечения, реализующих численные методы расчета (в основном, метод конечных элементов), стало возможным моделировать сложные процессы взаимодействия и проводить вычисления по пространственным расчетным схемам с требуемой точностью. Однако, для адекватного описания напряженно-деформированного состояния необходимо опираться на общие физические закономерности работы сопряжений различной конструкции, в которых до настоящего времени еще ощущается недостаток.

В рекомендациях предложена методика оценки податливости сопряжений сборных железобетонных конструкций, основанная на обширных экспериментальных исследованиях ряда авторов. Даны рекомендации по составлению расчетных схем каркасов многоэтажных зданий, в которых моделируется податливость сопряжений стержневых и плоскостных элементов здания. При этом учитывается физическая и конструктивная нелинейность сопряжений.

Вследствие сложности напряженно-деформированного состояния и большого количества конструктивных факторов, влияющих на пространственную работу сопряжений, рекомендации применимы к конкретным конструктивным решениям массового применения.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ УЗЛОВЫХ СОПРЯЖЕНИЙ СБОРНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ

2.1. Общие требования

— прочность стыка должна быть не ниже стыкуемых элементов для исключения преждевременного разрушения конструкции как в стадии монтажа, так и при воздействии эксплуатационных нагрузок;

— жесткость стыка должна обеспечивать передачу расчетных усилий сопряженных элементов, неизменяемость их взаимного положения, нормируемые перемещения элементов под нагрузкой и пространственную жесткость здания в целом.

Кроме того стыки должны быть по возможности универсальными, технологичными при монтаже, обеспечивать правильность соединения элементов и располагаться в зонах с минимальными усилиями.

2.2. Вертикальные стыки колонн

Длина зоны повышенной деформативности зависит от конструкции стыка и определяется, как правило, участком с уменьшенным поперечным сечением (рис. 1, в).

а) жесткий, со сваркой продольной арматуры; б) шарнирный без соединений по продольной арматуре; в) стык в сборке и эпюра распределения продольных деформаций

2.3. Сопряжения сборного перекрытия с колонной

а) со скрытой консолью и верхней монтажной соединительной пластиной; б) со скрытой прямоугольной консолью; в) схема распределения усилий при действии горизонтальной нагрузки

а) с опиранием на открытую консоль; б) с опиранием на скрытую консоль; в) график зависимости угла податливости сопряжения от изгибающего момент а

Величина момента на опоре зависит от направления действия нагрузки. Особенно это проявляется при незамоноличенных швах. В растянутых элементах (пластинках, арматурных стержнях) при расчетных максимальных нагрузках допускаются напряжения соответствующие пределу текучести, что приводит к возникновению остаточных деформаций и, в итоге, к повышению деформативности узла при знакопеременных временных нагрузках по сравнению с начальным значением.

Дли сопряжений рис. 3 защемление носит односторонний характер. При действии изгибающего момента в сторону пролета узел «раскрывается» (рис. 3, в) и опорные моменты малы поскольку на изгиб работают только опорные закладные де тали, при действии изгибающего момента в другом направлении происходит обжатие шва омоноличивания и возникает пара сил (рис. 3, в). Поскольку опорные закладные детали обладают податливостью, а бетон омоноличивания, как правило, имеет более низкую прочность чем бетон сопрягаемых конструкций, то узел обладает меньшей изгибной жесткостью чем сечения ригеля.

Для боль шинства конструкций стыков величина сопротивления зависит от направления действия изгибающего момента, продольных и поперечных сил.

2.4. Стык колонны с фундаментом

В монолитных плитных фундаментах сопряжение сплошной колонны с фундаментом рекомендуется принимать в виде жесткого защемления в уровне верха фундамента [35].

2.5. Стыки сборных элементов перекрытия

— вертикальные стыки торцов плит через бетонные швы с плитами или с опорными конструкциями (см. рис 5, а);

— продольные стыки между плитами и крайних плит со стенами (см. рис. 5, б и 5, в);

— горизонтальные стыки плит по опорным площадкам с поддерживающими конструкциями (стенами, балками или ригелями рис. 5, а и 5, в).

— шпонки замкнутые круглые (рис. 8, а) работают на срез и обеспечивают совместную работу плит при вертикальных и горизонтальных нагрузках до стадии разрушения. Многократное приложение неравномерной вертикальной нагрузки до нормативного значения практически не снижает прочность межплитных продольных швов;

— шпонки открытые к верху в вертикальном направлении (прямые или трапециевидные рис. 8, б), включаются в работу за счет сцепления раствора омоноличивания с бетоном плит и его обжатия. Такой вид шпонок обеспечивает совместную работу п лит при горизонтальных нагрузках на диск п ерекрытия. Совместная работа плит до стадии разрушения при вертикальных нагрузках обеспечивается после устройства цементно-песчаной набетонки толщиной не менее 4 см;

— сплошные продольные шпонки (рис. 8, в) обеспечивают совместную работу плит при вертикальных нагрузках. При возникновении горизонтальных сдвигающих усилий прочность соединения обеспечивается только за счет сцепления бетона шва с плитами.

Торцевые швы между плитами и поддерживающими конструкциями работают только на сжатие и сдвиг перпендикулярно пролету (рис. 9).

2.6. Соединения в сквозных связевых панелях

2. 6.1. Плоские сквозные связевые панели состоят из железобетонной многоэтажной рамы, образованной колоннами и ригелями и металлических связей треугольного (полураскосные) или пятиугольного (портальные) очертания (рис. 11 ).

Размещаются связевые конструкции из условия обеспечения пространственной жесткости здания, с учетом ограничения усилий от температурных деформаций.

Соединения связей с фундаментом чаще всего выполняются через фасонки, приваренные в тавр к закладным деталям фундамента (рис. 12, б).

Указанные соединения обладают линейной и угловой податливостью, вследствие повышенной деформативности закладных деталей при действии нормальных и поперечных сил, изгибающих, а также крутящих моментов в их плоскости.

3. ПРАКТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОЦЕНКИ ПОДАТЛИВОСТИ СОПРЯЖЕНИЙ

3.1. Вертикальные стыки колонн

3.2. Сопряжения ригеля с колонной

Рис. 14. Схема усилий, действующих в узле сопряжения ригеля с колонной

а) стадия монтажа (сухой стык); б) омоноличенный узел до образования трещин в растянутой зоне; в) стадия после образования нормальной трещины в шве

— для первой группы предельных состояний из условий достижения физического или условного предела текучести в растянутой или сжатой арматуре, временного сопротивления сжатию бетона шва или стыкуемых конструкций, предельного сдвига или отрыва закладных деталей (рис. 16);

Рис. 16. Схема к определению предельного угла поворота ригеля относительно колонны:

— для второй группы предельных состояний из условий предельных прогибов и горизонтальных перемещений, так же предельного раскрытия трещин.

При действии обратного момента необходимо учитывать возможность потери устойчивости верхней связи.

Высота сжатой зоны определяется из условия равновесия сечения.

где ;

В выражениях (7 и 8) при определении коэффициентов K _{N 1} и K_{n 2} необходимо учитывать правило знаков, описанное для выражения (5).

где

3.3. Сопряжения в сборных дисках перекрытий

Рис. 17. Продольный межплитный шов (а), схема работы при повороте плит вдоль продольной оси (б) и сдвиге плит (в)

Влияние сдвиговой жесткости шва на совместную работу плит следует учитывать при значениях C _sh = 300 к Н/ м, что существенно меньше реальной жесткости. Для швов между типовыми многопустотными плитами значение сдвиговой жесткости на 1 м шва составляет: C _sh = 3080 · 10 4 кН/м [38].

Линейная податливость связевых плит определяется согласно схеме рис. 18 по формуле:

Рис. 19. Фрагмент соединения ребристой плиты с ригелем (а) и расчетная схема соединения (б)

При действии горизонтальной силы, растягивающей бетонный шов, жесткость соединения определяется по зависимости (15).

Размеры сечения связи с учетом выражений (19) и (20) определятся по формулам

Подставляя значения составляющих перемещений получим выражение для взаимного смещения плит в виде

Рис. 21. Фрагмент соединения плит по продольному шву с помощью приварки накладок к закладным деталям (а) и расчетная схема соединения (б)

3.4. Податливость сопряжений в связевых панелях.

4. ФОРМИРОВАНИЕ РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ НЕСУЩЕЙ СИСТЕМЫ КАРКАСА ЗДАНИЯ

4.1. Общие положения

4.2. Методы учета податливости узловых сопряжений

В системе канонических уравнений перемещения в отброшенных связях не обнуляются, а принимаются равными произведению податливости защемления на опорную реакцию [4]. Для простейшей статически неопределимой конструкции, показанной на рис. 23, система канонических уравнений с учетом податливости опор при повороте будет иметь вид:

а) стыки колонны; б) сопряжение ригеля с колонной

Тогда искомые характеристики сечения определятся по формулам

Численные значения этих величин для каждого типа сопряжения следует принимать на основании экспериментальных данных или по выражениям гл. 2, рассматривая каждый узел как совокупность отдельных элементов. При этом рекомендуется принимать некоторые упрощения, основанные на анализе возможного напряженно-деформированного состояния каждой группы однотипных узлов и его влияния на работу несущей системы.

4.3. Многоэтажные рамы каркаса

4.4. Учет нелинейности деформирования стержневых элементов

4.5. Диск перекрытия из сборных элементов

5. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

В настоящем разделе приведены примеры определения податливости стыков типовых железобетонных конструкций часто встречающихся в практике проектирования. Даны примеры расчета плоской поперечной рамы связевого каркаса и фрагмента диска перекрытия из многопустотных плит на действие единичных горизонтальных нагрузок. Характеристики податливости закладных деталей приняты по экспериментальным данным НИИЖБ и ОАО ЦНИИПромзданий.

Коэффициент приведения равен

Податливость стыка равна

Предельный изгибающий момент, воспринимаемый сечением стыка

Коэффициент угловой жесткости сопряжения

Коэффициент угловой жесткости неомоноличенного сопряжения при действии обратного момента определим с учетом продольного изгиба верхней пластины. При гибкости пластины

коэффициент угловой жесткости сопряжения

Влияние продольной силы на жесткость сопряжения определим в предположении, что сила действует в уровне опорной закладной детали (е = 0). Тогда

Коэффициент угловой жесткости сопряжения с учетом продольной силы

Принимая эпюру сжатого бетона шва треугольной формы высота сжатой зоны определиться на основе гипотезы плоских сечений по выражению

Коэффициент угловой жесткости сопряжения

Рассмотрим монтажную стадию при отсутствии бетона омоноличивания. В соответствии с рис. 4, б в сжатой зоне при вертикальных нагрузках сопротивление оказывает сварное соединение по опорной закладной детали и накладки из листовой стали, равные

где

Выражение для изгибающего момента в опорном сечении относительно центра тяжести растянутой арматуры определиться по выражению

Приведенное значение плеча внутренней пары сил определим из условия

Коэффициент жесткости стыка в начальной стадии при расчетной свободной длине растянутой арматуры l _{j t , s} = 17 см равен

Коэффициент угловой жесткости стыка в стадии близкой к предельной определим по величине угла поворота опорного сечения соответствующего допустимому прогибу конструкции при равномерно распределенной нагрузке. При f = l /200 угол поворота опорного сечения составит φ = 0, 016.

Несущая способность узлового сопряжения равна

М = A _s R _s Z_red = 30,54 ´ 36,5 ´ 41,69 = 46472,26 кНсм.

Коэффициент угловой жесткости, соответствующий предельному повороту опорного сечения составит

Деформативность рамного узла обеспечивается в основном растянутой арматурой, поскольку суммарные деформации закладных деталей в рассматриваемой конструкции узла, как показывают эксперименты, проведенные в ЦНИИПромзданий, невелики. При омоноличивании швов жесткость сжатой зоны увеличится, а их учет не существенно скажется на снижении коэффициента угловой жесткости.

Вычисляем параметры для системы уравнений (25)

Изгибающий момент на опоре

Соотношение моментов составит

Таким образом снижение опорных моментов в упругой стадии составляет всего 7 %. При понижении коэффициента угловой жесткости стыков до значения С _M = 2,9 ´ 10 7 кНсм и изгибной жесткости за счет образования и раскрытия трещин снижение опорного момента может достигать 34 %.

Расчет рамы производим методом конечных элементов с использованием программного комплекса Лира Windows. Учет продольной арматуры в сечениях элементов производим изменением модуля упругости бетона с помощью коэффициента

Определяем геометрические характеристики сечений элементов рамы (рис. 2.П, в):

J_redK = 213333,3 + 7,03 ´ 2 ´ 7,6 ´ 17 2 = 244214,7 см 4 ;

K_JK = 244214,7/213333,3 = 1,14;

A _R = 30 ´ 30 + 53,5 ´ 22 = 1867 см 2 ;

A_redR = 1867 + 7,03 ´ (12,56 + 4,02) = 1983 см 2 ;

S_B = 30 ´ 23 ´ (22 + 11,5) + 53,5 ´ 22 ´ 11 = 36062 см 3 ;

у _0R = 36062/1867 = 19,3 см; у _redR = 37645,9/1983 = 18,9 см;

Модули упругости колонны и ригеля составят

E _redK = 2700 ´ 1,14 = 3078 кН/см 2 ;

E _redR = 3000 ´ 1,117 = 3351 кН/см 2 .

Поскольку задача стоит в определении степени влияния частичного защемления на прогибы рамы расчет производим на единичные горизонтальные нагрузки.

Разбивку рамы на конечные элементы производим следующим образом: длина элементов ригеля принимается равной высоте т.е. l _r = 45 см ; длину элемента, моделирующего податливое защемление принимаем равным l _jt = 0,1 h = 4,5 см; длина конечных элементов колонны соответствует высоте этажа. Приведенный модуль упругости элемента сопряжения определиться по формуле (29)

Результаты распета представлены в виде графика на рис. 28, б, где линия (1) соответствует прогибам при всех шарнирных сопряжениях ригеля с колонной и линия (2) прогибам при учете частичного одностороннего защемления колонн в узлах сопряжения. Снижение прогибов от горизонтальной нагрузки составило 70 %. При этом изгибающие моменты в уровне защемления колонн в фундаментах снизились в два раза.

Необходимо рассмотреть две схемы работы фрагмента перекрытия: без учета продольных межплитных швов т.е. на стадии монтажа и с учетом омоноличивания швов.

Принимаем, что ригели фрагмента перекрытия по краям опираются на не смещаемые в горизонтальной плоскости опоры. Горизонтальная единичная нагрузка действует по линии среднего ригеля (рис. 29, б).

Длину податливых связей принимаем равной 17 см.

Погонная податливость по опорным площадкам за счет сил трения и сцепления принимаем по данным [2] равной 1/С _f = 5,56 ´ 10 2 см 2 /кН. Взаимодействие по опорным площадкам моделируем в виде 2х стержней (арматура класса А III ) площадь сечения которых с учетом ширины плиты 1,5 м равна

По плитам распоркам с учетом взаимодействия по опорным площадкам в расчетной модели принимаем диаметр стержней 2,2 см. Характеристики элементов модели представлены в таблице 1.

Источник