Основы расчета конструкций по предельным состояниям

Нормативные и расчетные нагрузки. Нормативные и расчетные сопротивления материалов

Вертикальные нагрузки. К вертикальным относятся нагрузки от веса конструкций и временные (полезные) нагрузки. Нормативные нагрузки от веса конструкций определяют по размерам элементов в соответствии с плотностью материалов. Временные нормативные равномер­но распределенные нагрузки принимают в соответствии с нормами в зависимости от назначения помещений (табл. 15) или задают в технологической части проекта.

С целью учета влияния длительности действия нагрузок на прочность бетона различают постоянные и временные нагрузки. Под постоянными понимают нагрузки от собственного веса конструкций, давления фунтов, предварительного напряжения арматуры. Под временными понимают максимальные полезные нагрузки и нагрузки от атмосферных воздейст­вий, а также другие нагрузки, действующие на элементы конструкций не­постоянно.

Задаваемую нормами временную нагрузку учитывают в полной мере при расчете элементов перекрытий с относительно небольшой грузовой площадью. Вероятность одновременного загружения больших площадей полной временной нагрузкой весьма мала, что учитывают в расчете умно­жением временных вертикальных нагрузок на понижающие коэффици­енты.

При расчете балок и ригелей с грузовой площадью А_tot нагрузку, ука­чанную в табл.15, по разрешению соответствующих инстанций, допуска­ется снижать в складах, гаражах и производственных зданиях:

а) для помещений, упомянутых в пп. 1 и 2 табл. 15, умножением на ко­эффициент (при А_tot <18м²)

a₁=0,3 + 3 корень из A_tot

б) для помещений, упомянутых в п. 4, умножением на коэффициент (А_tot> 36 м²)

a₁ = 0,5+ 3/корень из A_tot

При расчете колонн, стен, фундаментов и оснований нагрузки, приве­денныетабл.15,допускается снижать:

а) для помещений, упомянутых в пп. 1 и 2 табл. 15, умножением на коэффициент

n1=0,3+0,6/корень из n

б) для помещений, упомянутых в п. 4, умножением на коэффициент

при n>=2,

где и — число учитываемых в расчете полностью загруженных перекрытий (над рассматриваемым сечением); при n=1 и n2=1.

В зависимости от продолжительности и характера действия различа­ют длительные временные нагрузки, кратковременные и особые. Такое разделение позволяет учесть разное сопротивление бетона длительному и кратковременному действию нагрузок (разница в среднем 15%).

 

Под временными длительными понимают нагрузки от стационарного оборудования и хранимых материалов; давления газов, жидкостей и сы­пучих тел; типовые нагрузки на перекрытия в помещениях зданий; воздействия от усадки и ползучести бетона; температурные воздействия. Длительность действия нагрузки значительно снижает трещиностойкость и увеличивает деформации элементов. Для учета этого расчетом к длительным нагрузкам относят следующие части кратковременных на­грузок:

1) от одного мостового или подвесного крана (умноженного на 0,6— для кранов среднего режима работы, 0,8 — для кранов тяжелого режима работы);

2) нагрузку от снегового покрова s для III...IV климати­ческих районов, уменьшенную на 700 Н/м², s₁= (s — 700)Н/м²;

3) нагруз ку на перекрытия зданий: 500 Н/м² — для жилых помещений и 1000...2000 Н/м², или 50 % от кратковременных нагрузок — для служеб­ных помещений (см. СНиП 2.01.07—85).

Под кратковременными понимают нагрузки от деталей и людей; нагрузки на перекрытия жилых и общественных зданий; нагрузки от транс­портных средств, подвесных и мостовых кранов; нагрузки, возникающие при изготовлении, транспортировании и монтаже конструкций; снеговые, ветровые и гололедные нагрузки за вычетом соответствующих длительных частей временных нагрузок. Например, если нагрузка от снего­вого покрова S составляет 1500 Н/м², то длительная нагрузка s_l от него будет 1500—700 = 800 Н/м², а кратковременная S_sh = 1500—800 = 700 Н/м в квадрате. При расчете колонн, стен и фундаментов многоэтажных зданий вертикальные кратковременные нагрузки уменьшают посредством умноже­ния на коэффициент сочетания нагрузок:

n| = а + 0,6/ корень из п,

где а — коэффициент, принимаемый для жилых домов, служебных зда­ний, общежитий равным 0,3, а для производственных, читальных, собра­ний, торговых залов — 0,5; п — количество загруженных перекрытий над рассчитываемым элементом, при п=1 η = 1, при n>0 η = 0,7. К особым относят нагрузки от сейсмических и взрывных воздейст­вий; воздействий, вызываемых резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования; от воздействий, вызываемых неравномерной деформацией оснований (при просадочных грунтах, замачивании фунтов или оттаивании вечномерзлых грунтов, горных выработках или карстах).

Нормативные в расчетные нагрузки. Под нормативными понима­ют нагрузки, устанавливаемые нормами по заранее заданной вероятности превышения средних значений или по номинальным значениям. Норма­тивные нагрузки от собственной массы конструкций определяют по раз­мерам элементов в соответствии с плотностью материалов. Временные нормативные равномерно распределенные нагрузки принимают в соот­ветствии с нормами в зависимости от назначения помещений (см. табл. 15) или задают в технологической части проекта.

Под расчетными понимают нагрузки, используемые в растерах конст­рукций на прочность и устойчивость. Их получают умножением норма­тивной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке q=q_nγ_fq

Коэффициент надежности γ_fg принимают равным для нагрузок от собственной массы строительных конструкций с плотностью более 1800кг/м" γ_fg ⁼ 1,1; с плотностью 1800 кг/м³ и менее γ_fg = 1,2; изоляцион­ных и выравнивающих слоев, насыпных грунтов γ_fg = 1,3.

Коэффициент надежности γ_fv, для нагрузок на перекрытия и лестницы (временных нагрузок) принимают равным при нормативной нагрузке ме­нее 1 кН/м² γ_fv = 1,4; равной2...5кН/м² γ_fv = 1,35 кН/м² и более γ_fv = 1,2.

Коэффициент надежности по снеговой нагрузке γ_fv, принимают в зави­симости от отношения массы крыши q к массе снегового покрова v.

 

Типы сечений стальных сплошных и сквозных центрально сжатых колонн

СПЛОШНЫЕ КОЛОННЫ

Обычно сечение сплошной колонны проектируют в виде широкопо­лочного двутавра, прокатного или сварного, наиболее удобного: в изго­товлении с помощью автоматической сварки и позволяющего просто осуществлять примыкание поддерживаемых, конструкций. Чтобы колонна была равноустойчивей, гибкость ее в плоскости оси х должна быть равна гибкости в плоскости оси у.

Обычный прокатный двутавр вследствие незначительной ширины его полок меньше всего отвечает требованию равноустойчивости и по­этому применяется редко.

У прокатного широкополочного двутавра может быть b=hчто не удовлетворяет условию равноустойчивости, но все же дает сечение, вполне пригодное для колонн.

Сварные колонны, состоящие из трех листов достаточ­но экономичны по затрате материала, так как могут иметь развитое сечение, обеспечивающее колонне необходимую жесткость. Сварной двутавр является основным типом сечения сжатых колонн.

Автоматическая сварка обеспечивает дешевый, индустриальный спо­соб изготовления таких колонн.

Равноустойчивыми в двух направлениях и также простыми в изго­товлении являются колонны крестового сечения. При небольших нагрузках они могут составляться из двух уголков крупного калибра из трех листов свариваются тяжелые колонны.Из условия местной устойчивости свободный выступ листа крестовой ко­лонны не должен превышать 15—22 толщин листа в зависимости от общей гибкости колонны.

При одинаковых габаритах крестовое сечение колонн обладает боль­шей жесткостью, чем двутавровое, так как его радиусы инерции i_x = i_y= 0,29b больше, чем у двутавра i_y =0,24b. В тяжелых колоннах это не имеет существенного значения, так как у них гибкости обычно бывают небольшими и коэффициенты φ близкими к единице.

Крестовое сечение можно усилить дополнительными листами присоединяемыми электрозаклепками.

Простыми, но ограниченными по площади и менее экономичными по расходу стали получаются колонны из трех прокатных профилей.Весьма рациональны колонны трубчатого сечения с ра­диусом инерции i=0,35d_cp, где d_cp — диаметр окружности по оси лис­та, образующего колонну.

Сварка дает возможность получить колонны замкнутого сечения и других типов, например из двух швеллеров, которые при больших нагрузках могут быть усилены листами, или из уголков.

Весьма экономичное сечение легкой колонны может быть получено из тонкостенных гнуто-сварных профилей.Преимуществами колонн замкнутого сечения являются равноустойчивость, компактность и хороший внешний вид; к недостаткам относит­ся недоступность внутренней полости для окраски. Чтобы избежать кор­розии, такие колонны должны быть защищены от проникания внутрь влаги.

При заполнении стальной трубы бетоном получается эффективная комплексная конструкция (трубобетонная), в которой труба является оболочкой, стесняющей поперечные деформации заключенного внутри бетонного цилиндра. В этих условиях работы прочность бетона на сжа­тие значительно увеличивается, исключаются потери местной устойчиво­сти трубы и коррозии внутренней ее поверхности.

Рационально применять тонкостенные трубы (толщина стенки 1/50— 1/150 от диаметра трубы), но по условиям эксплуатации и возможности прикрепления примыкающих элементов к трубе они должны быть не тоньше 3—4 мм. В трубобетонном стержне бетон работает в основном на сжатие, а труба — на поперечное растяжение. Трубы могут быть как из малоуглеродистой, так и из низколегированной стали, бетон приме­няют высоких марок — от 250 до 500 и выше.

СКВОЗНЫЕ КОЛОННЫ

Типы сквозных колонн

Стержень сквозной центрально-сжатой колонны обычно состоит из двух ветвей (швеллеров или двутавров), связанных между собой ре­шетками.Ось, пересекающая ветви, называется матери­альной; ось, параллельная ветвям, называется свободной. Расстояние между ветвями устанавливается из условия равноустойчивости стержня.

Швеллеры в сварных колоннах выгоднее ставить полками внутрь, так как в этом случае решетки получаются меньшей шири­ны и лучше используется габарит колонны.

Более мощные колонны могут иметь ветви из прокатных или свар­ных двутавров.

В сквозных колоннах из двух ветвей необходимо обеспечивать зазор между полками ветвей (100—150 мм) для возможности окраски внут­ренних поверхностей.

Стержни большой длины, несущие небольшие нагрузки, должны иметь для обеспечения необходимой жесткости развитое сечение, поэто­му их рационально проектировать из четырех уголков, соединенных ре­шетками в четырех плоскостях. Такие стержни при неболь­шой площади сечения обладают значительной жесткостью, однако тру­доемкость их изготовления больше трудоемкости изготовления двухветвевых стержней.

При трубчатом сечении ветвей возможны трехгранные стержни, достаточно жесткие и экономичные по затрате металла.

Решетки обеспечивают совместную работу ветвей стержня колонны и существенно влияют на устойчивость колонны в целом и ее ветвей. Применяются решетки разнообразных систем: из раскосов, из раскосов и распорок и безраскосного типа в виде пла­нок.

В случае расположения решеток в четырех плоскостях возможны обычная схема и более экономичная треуголь­ная схема «в елку».

В колоннах, нагруженных центральной силой, возможен изгиб от случайных эксцентриситетов. От изгиба возникают поперечные силы, воспринимаемые решетками, которые препятствуют сдвигам ветвей ко­лонны относительно ее продольной оси.

Треугольные решетки, состоящие из одних раскосов, или треугольные с дополнительными распорками являются более жесткими, чем безраскосные, так как образуют в плоскости гра­ни колонны ферму, все элементы которой при изгибе работают на осе­вые усилия, однако они более трудоемки в изготовлении.

Планки создают в плоскости грани колонны безраскос­ную систему с жесткими узлами и элементами, работающими на изгиб, вследствие чего безраскосная решетка оказывается менее жесткой. Ес­ли расстояние между ветвями значительно (0,8—1 м и более), то эле­менты безраскосной решетки получаются тяжелыми; в этом случае сле­дует отдавать предпочтение раскосной решетке.

Безраскосная решетка хорошо выглядит и является более простой, ее часто применяют в колоннах и стойках сравнительно небольшой мощ­ности (с расчетной нагрузкой до 2000—2500 кН).

Чтобы сохранить неизменяемость контура поперечного сечения сквозной колонны, ветви колонн соединяют поперечными диафрагмами, которые ставят через 3—4 м по высоте колонны.

 

 

 

9. Конструкции баз стальных колонн при различных вариантах сопряжении с фундаментом (шарнирное, жесткое)

Конструкция базы должна отвечать принятому в расчетной схеме колонны способу сопряжения ее с основанием. При шарнирном сопря­жении база при действии случайных моментов должна иметь возмож­ность некоторого поворота относительно фундамента, при жестком со­пряжении необходимо обеспечить сопряжение базы с фундаментом, не допускающее поворота.

По конструктивному решению базы могут быть с траверсой, с фрезерованным торцом и с шарнирным устрой­ством в виде центрирующей плиты.

При сравнительно небольших расчетных усилиях в колоннах (до 4000—5000 кН) чаще применяются базы с траверсами. Траверса вос­принимает нагрузку от стержня колонны и передает ее на опорную пли­ту. Чтобы увеличить равномерную передачу давления с плиты на фун­дамент, жесткость плиты увеличивают дополнительными ребрами между ветвями траверсы. В легких колоннах роль тра­версы могут выполнять консольные ребра, приваренные к стержню ко­лонны и опорной плите. В колоннах с большими расчетны­ми усилиями (6000—10000 кН и более) целесообразно фрезеровать торец базы. В этом случае траверса и ребра отсутствуют и плита, что­бы равномерно передать нагрузку на фундамент, должна иметь значи­тельную толщину. Конструкция базы с фрезерованным торцом значи­тельно проще и в этом случае позволяет вести монтаж более простым, безвыверочным способом.

Базы с шарнирным устройством четко отвечают рас­четной схеме, но из-за большей сложности монтажа в колоннах применяются редко. При шарнирном сопряжении колонны с фундаментом анкерные бол­ты ставятся лишь для фиксации проектного положения колонны и за­крепления ее в процессе монтажа. Анкеры б этом случае прикрепляют­ся непосредственно к опорной плите базы; благодаря гибкости плиты обеспечивается необходимая податливость сопряжения при действии случайных моментов. При жестком сопряжении анке­ры прикрепляются к стержню колонны через выносные консоли и затя­гиваются с напряжением, близким к расчетному сопротивлению, что устраняет возможность поворота колонны. Диаметр анкерных болтов при шарнирном сопряжении принимают равным d = 20 — 30 мм, а при жестком d = 24 — 36 мм. Для возможности некоторой передвижки колонны в процессе ее установки диаметр отвер­стия для анкерных болтов принимается в 1,5 — 2 раза больше диаметра анкеров. На анкерные болты надевают шайбы с. отверстием, которое на 3 мм больше диаметра болта, и после натяжения болта гайкой шайбу приваривают к базе.

 

 

Виды стропильных ферм

• Железобетонные стропильные фермы применяют в качестве ригелей покрытий промышленных и общест­венных зданий при пролетах 18, 24, 30 м и шаге 6 и 12 м. При больших пролетах железобетонные фермы получа­ются тяжелыми, неудобными при транспортировании, трудоемкими в монтаже и могут применяться лишь при специальном обосновании. Фермы устанавливают на колонны или крепят к подстропильным фермам с помощью анкерных болтов или сварки закладных опорных элемен­тов По фермам укладывают плиты покрытий и кровлю. Очертание стропильных ферм зависит от профиля кровли и общей компоновки покрытия. Для зданий со скатной кровлей как типовые фермы применяют: сег­ментные раскосные с верхним поясом ломаного очерта-

Рис. 11.11. Конструкция железобетонных стропильных ферм: 1 - поперечная арматура опорного узла; 2 - контурные стержни; 3 - дополнительная сетка; 4 – напрягаемая арматура; 5 – сетки косвенного армирования; 6 – стойки для опирания плит покрытия в зданиях с плоской кровлей; 7 – бетонная центрирующая прокладка; 8 – металлическая накладка; 9 – стальная обойма; 10 - трещина

ния (рис. 11.11, а, ж) и безраскосные арочного очерта­ния (рис. 11.11,5, и), для зданий с плоской кровлей—-раскосные с параллельными поясами (рис. 11.11, г). Для нетиповых решений возможны и другие виды ферм: ароч­ные раскосные с разреженной решеткой (рис. 11.11,в), полигональные (рис. ll.ll.d), треугольные (рис. П.П.е), с нижним ломаным поясом (см. рис. 11.11,5). Наиболее рациональны с точки зрения статической работы сегментные и арочные раскосные фермы.

Рис. 11.11. Продолжение

• В сегментных раскосных фермах (см. рис. 11.11, а, ж) усилия в поясах по длине изменяются мало, а в эле­ментах решетки— невелики. Это объясняется тем, что очертание верхнего пояса близко к кривой давления. До­стоинством этого типа ферм также является то, что не­большая высота у опор приводит к уменьшению высоты стен здания и суммарной длины решетки. К числу недостатков следует отнести повышенную трудоемкость ра­бот, связанных с устройством скатной кровли.

• В последние годы широкое распространение полу­чили безраскосные арочные фермы (рис. 11.11,6, и), ко­торые отличаются простотой и удобством изготовления. Особенно целесообразно безраскосные фермы применять в зданиях, где межферменное пространство используется для коммуникаций, технических зтажей, а также в цехах с насыщенным подвесным транспортным оборудованием. Эти фермы часто используются для устройства плоской кровли путем установки дополнительных стоек. Недо­статком этого типа ферм является то, что в стойках и по­ясах фермы возникают значительные изгибающие мо­менты, для воспринятая которых требуется дополнитель­ный расход арматуры, что приводит к увеличению стоимости ферм.

• Железобетонные фермы с параллельными поясами обеспечивают более простое устройство плоской кровли. Однако они имеют большую высоту на опорах, что поми­мо увеличения высоты наружных стен приводит к необ­ходимости устройства вертикальных связей между фер­мами в плоскости опорных стоек. По расходу бетона такие фермы уступают сегментным и арочным. Предложен­ное в последние годы техническое решение, предусматри­вающее отведение части предварительно напряженной арматуры из нижнего пояса в растянутые раскосы (рис.11.11, к), позволяет улучшить их технико-экономические показатели.

Расстояние между узлами верхнего пояса рассмот­ренных типов ферм принимается равным ширине плиты покрытия (3 м) в целях обеспечения узловой передачи нагрузки.

• Арочные раскосные фермы (рис. 11.11,в) имеют мощный криволинейный пояс кругового очертания и лег­кую разреженную решетку. В таких фермах допускается неузловая передача нагрузки от плит покрытия. Возни­кающие при этом изгибающие моменты от вертикальной нагрузки уменьшаются за счет моментов обратного зна­ка, создаваемых эксцентрично приложенными продоль­ными сжимающими усилиями в верхнем поясе (рис. \\Л\,н). По экономическим показателям эти фермы при пролетах 18...24 м несколько дороже сегментных, а при пролетах 30 м и более — экономичнее.

• Треугольные фермы невыгодны ввиду большой вы­соты и значительного расхода материалов. Применение их оправдано только в случае использования кровли из асбестоцементных материалов или металлических волни­стых листов, для которых требуется значительный уклон.

• Фермы с ломаным нижним поясом (рис. 1\Л1,д)более устойчивы, не требуют установки дополнительных связей, но сложны в изготовлении.

• По способу изготовления различают фермы с за­кладной решеткой а фермы, бетонируемые целиком.

В фермах с закладной решеткой элементы решетки готовятся заранее в отдельных формах, а затем уклады­ваются в общую форму, после чего бетонируются пояса и узлы. Этот способ позволяет делать элементы решетки небольшого сечения и из бетона более низких классов, что приводит к экономии бетона и цемента. Фермы про­летом 30 м и более для обеспечения возможности транс­портирования обычно изготовляются из двух отправочных элементов и объединяются на строительной площадке стыком на сварке (рис. 11.11,л). Такие фермы дороже цельных на 10...15 % и менее надежны в работе при ди­намических нагрузках.

Высота ферм в середине пролета (1/6...1/10) I. Ши­рина сечения верхнего пояса назначается из условия ус­тойчивости его из плоскости фермы при монтаже и пере­возке (1/70...1/80) I, а также из условия опирания плит. Ширина сечения нижнего пояса принимается такой же, как и верхнего, а высота сечения назначается из условия размещения рабочей растянутой арматуры. Размеры се­чения сжатых элементов решетки и стоек определяются расчетом, при этом ширину их целесообразно назначать равной ширине поясов для удобства бетонирования в го­ризонтальном положении.

Фермы изготовляют из бетона классов В25...В50. Нижний пояс предварительно напряженный, армируется стержневой арматурой классов A-IV, A-V, A-VI, At-IV, At-V, канатами К-7, К-19. Натяжение арматуры обычно осуществляют на упоры. Чтобы предотвратить появление продольных трещин, нижний пояс армируют конструк­тивной поперечной арматурой из проволоки rf—5...6 мм, соединенной обычной арматурой в каркасы (рис. 11.11, ж, сечение 1 — 1), В верхних поясах, раскосах и стойках применяют сварные каркасы из горячекатаной стали пе­риодического профиля классов А-III, А-П.

Особое внимание при конструировании ферм следует обращать на армирование узлов. В опорном узле для восприятия больших перерезывающих сил и сил обжатия устанавливают поперечную арматуру / (рис. 11.11,ж), объединенную контурным стержнем 2 в плоский каркас. Два таких плоских каркаса образуют пространственный каркас узла. Для улучшения условий анкеровки напря­гаемой арматуры и предотвращения возникновения про­дольных трещин в бетоне устанавливают косвенную ар­матуру 3 в виде сеток. Для предотвращения раскрытия трещин в месте сопряжения нижнего пояса с узлом ста­вят дополнительную сетку 4. Арматуру элементов решет­ки заводят в узлы, которые имеют уширения, позволяю­щие лучше разместить ее и заанкеровать (рис. 11.11,д).

Фермы рассчитывают на эксплуатационные нагрузки от покрытия, фермы, снега, подвесного оборудования и т. п., а также нагрузки, возникающие при изготовлении, транспортировании и монтаже. Нагрузка от покрытия и от массы фермы считается приложенной к узлам верх­него пояса, а нагрузка от подвесного оборудования — к узлам нижнего.

Железобетонная ферма имеет жесткие узлы и пред­ставляет собой многократно статически неопределимую рамную систему. Однако в предельном состоянии по прочности в узлах раскрываются трещины, жесткость их падает, и влиянием возникающих изгибающих моментов можно пренебречь, рассматривая узлы как шарнирные. Это позволяет при расчете прочности рассматривать фер­му как статически определимую систему. Такой расчет в общем верно отражает характер работы' конструкции и обеспечивает достаточную точность. Если нагрузка приложена, в панелях верхнего пояса между узлами, то при расчете учитывают местный изгиб верхнего пояса. При определении изгибающих моментов от внеузловой нагрузки пояс фермы рассматривают как неразрезную балку, опорами которой являются узлы фермы. При на­личии выгибов или изломов верхнего пояса учитывают разгружающее действие момента от продольной силы N (рис. 11.П.7*).

При расчете безраскосной фермы принимают жест­кое соединение поясов и стоек в узле. Усилия определя­ют как для статически неопределимой системы.

Расчетные усилия в элементах ферм находят от всех возможных невыгодных сочетаний действующих нагрузок. По найденным усилиям производят расчет сечений эле­ментов. Верхний пояс рассчитывают на сжатие со слу­чайным или расчетным эксцентриситетом, нижний — на центральное растяжение, решетку — на сжатие или растяжение. Расчетные длины элементов в плоскости фермы и из ее плоскости принимают по [1].

При расчете трещиностойкости предварительно на­пряженного нижнего пояса необходимо учитывать влия­ние изгибающих моментов, возникающих вследствие жесткости узлов. Эти моменты в фермах со слабоработающей решеткой (например, в сегментных) можно опреде­лить, рассматривая нижний пояс как неразрезную бал­ку на упругооседающих опорах; осадку опор находят по диаграмме перемещений фермы [13].

Стропильные фермы различают по очертанию поясов и по виду решетки. По очертанию поясов фермы бывают с параллельными поя­сами, односкатные (трапецеидальные), полигональные и треуголь­ные (рис. 8.1, а— д). Выбор типафермы зависит от назначения зда­ния, профиля кровли в системы водоотвода, материала покрытия я экономических факторов. В промышленном строительстве наиболь­шее применение имеют унифицированные типовые фермы полиго­нальные, односкатные, двускатные и с параллельными поясами (рис. 8.1, е—м).

Решетка в фермах бывает либо раскосной, когда она образуется непрерывным чередованием раскоса и стоек (рис. 18,6), либо тре­угольной, в которой зигзаг решетки образуется из одних раскосов, а стойки являются дополнительными элементами {рис. 8.1, а). На практике чаще всего применяют треугольную решетку; общая дли­на ее элементов меньше, чем у раскосной.

При проектировании ферм пролет обычно указывают в техниче­ском задании. Предварительно назначают высоту ферм, размер и число панелей. Оптимальная высота h в середине пролета фермы, удовлетворяющая требованиям жесткости и наименьшей массе, со­ставляет в фермах с параллельными поясами, трапециевидных и по­лигональных— в среднем ^lf&t, уклон верхнего пояса '/₈—^J/ia, а в тре­угольных фермах V*— ^]!$1, где / — пролет фермы. На практике высо­ту фермы следует увязывать с габаритами транспортных средств.

Размер панели назначают в зависимости от ширины стандарт­ных железобетонных плит покрытия (1,5 или 3 м), т. е. с таким расчетом, чтобы усилия от несущих ребер плит покрытия переда­вались тз центр узла решетки фермы, В тех случаях, когда усилие

Рис. 8.1. Стропильные фермы

a—д — типы ферм по очертанию поясов; е—з — типовые полигональные; и — типовая односкатная; к, л — типовые с параллельными поясами для плоских покрытий; м — двухскатная для кровель из асбестоцементных листов (высота опорных стоек ферм указана по обушкам поясов из уголков)

от плит покрытия не совпадает с центром узла, верхний пояс испы­тывает не только сжатие, но и изгиб. В связи с этим пояса полу­чаются более тяжелыми и их рассчитывают как сжато-изогнутые элементы. Для ликвидации изгибающего момента целесообразно в решетку вводить дополнительные шпренгели, которые работают на местную нагрузку и устраняют таким образом изгиб пояса. Наклон раскосов решетки должен быть в пределах 35—50° (в среднем 45°).

Общий габарит фермы или ее отправочных частей зависит так­же от вида транспортных средств и должен быть с ними увязан. При перевозке по железной дороге наибольший размер конструк­ции по вертикали равен 3,8, по горизонтали — 3,2, а по длине — 13 м для одной четырехосной платформы, поэтому фермы больших пролетов расчленяют на несколько равных или неравных частей. При пролетах до 42 м типовые фермы обычно составляют из двух или трех отправочных марок (частей).

В настоящее время для повышения индустриального строительства схемы стропильных ферм, а также мостов, радиомачт и башен, опор линий электропередачи унифицированы. Для унифициро­ванных схем стропильных ферм производственных зданий с рулон­ной кровлей проектируют панели длиной 3 м, высоту опорной стойки 2200 мм (см. рис. 8.1, е—и). Решетка — треугольная, с добавлением шпренгеля при кровельных плитах шириной 1,5 м. Для плоских кровель предусмотрены фермы с параллельными поясами, уклон по верхнему поясу 1,5 %, высота опорной стойки 3160 мм (см. рис. 8.1, к, л), а для кровель из асбестоцементных листов усиленного профиля по прогонам — фермы с уклоном верхнего пояса Vs.e (0,286), высота опорной стойки 450 мм, длина панели 1,5 м (см. рис. 8.1, ж).

 

Типы стропильных балок

 

Стропильные конструкции могут быть изготовлены из металла, дерева, железобетона.

Основные виды:

- Обычные балки(6, 9, 12 метров)

Ме Ж/Б Ж/Б

 

- Спорушенные балки

 

 

- С уклоном верхнего пояса(деревянные)

 

 

 

- Решетчатые балки (12,18,24 метра)

(БДР-балки двухскатные решетчатые),

как правило с напряженной арматурой внизу, прямоугольного сечения,используются только для рулонных кровель.Уклон верхнего пояса 1:12.

 

 

 

Рис. 1. Плиты перекрытий

а - опирание плит на ригели; б - ребристые плиты; в — пустотные плиты; I — ребро; 2 — замкнутая полость; 3 — сжатая полка; 4 — растянутая полка

Рис. 2. Формы поперечного сечения ПЛИТ перекрытия

а —с пустотами овальными; б —то же круглыми; в —то же вертикальными; г — ребристыми ребрами вверх; д — то же ребрами вниз; е — сплошных

Общий принцип проектирования плит перекрытий любой формы поперечного сечения состоит в удалении возможно большего объема бетона из растянутой зоны с сохранением вертикальных ребер, обеспечивающих прочность элемента по наклонному сечению, в увязке с технологическими возможностями завода-изготовителя.

В плитах с пустотами минимальная толщина полок составляет 25...30 мм, ребер — 30...35 мм; в ребристых плитах ребрами вниз толщина полки (плиты) — 50... 60 мм.

При заданной длине плит разных типов ширину их принимают такой, чтобы получить градации массы, не превышающие грузоподъемность монтажных кранов 3... 5 т (иногда больше). Плиты шириной 3,2 м при проле­те 6 м перекрывают целиком жилую комнату; масса таких плит с пустотами — 5...6 т. Пустотные и сплош­ные плиты, позволяющие создать гладкий потолок, при­меняют для жилых и гражданских зданий, ребристые панели ребрами вниз—для промышленных зданий с нормативными нагрузками свыше 5 кН/м².

Экономичность плиты оценивают по приведенной тол­щине бетона, которую получают при делении объема бетона панели на ее площадь, и по расходу стальной

Наиболее экономичны по расходу бетона плиты с овальными пустотами; приведенная толщина бетона в них 92 мм, в то время как в плитах с круглыми пусто­тами она достигает 120 мм. Однако при изготовлении панелей с овальными пустотами на заводах возникают технологические трудности, вызванные тем, что после извлечения пустотообразователей стенки каналов свежеотформованного изделия иногда обваливаются. По­этому в качестве типовых приняты сборные плиты с круглыми пустотами. Дальнейшее совершенствование технологии заводского изготовления пустотных панелей позволит перейти к более экономичным по расходу бе­тона конструкциям. Следует, однако, считаться с усло­виями звукоизоляции и требованиями в связи с этим о минимальной массе перекрытия.

Плиты ребрами вверх при относительно малой при­веденной толщине бетона (80 мм) менее индустриальны, так как при их использовании требуется устройство настила под полы. В результате стоимость перекрытия оказывается более высокой.

В ребристых панелях ребрами вниз (П-образных) приведенная толщина бетона — 105 мм, расход стальной арматуры на 1 м² площади — 8,3...21,5 кг в зависимости от временной нагрузки.

Рис. 3. Расчетные пролеты ж сечения плит

Для предварительно напряженных плит применяют бетон класса В15," В25, для плит без предваритель-ного напряжения — бетон класса В15, В20.

 

Рамные

Достоинства:

· геометрически неизменяемая система

· возможность свободной планировки

· Недостатки:

· чувствительность к неравномерной осадке опор

· чувствительность к перепадам температур

· сложность возведения (стык ригеля и колонн)

· Связевые

· Достоинства:

· легкость возведения

· практически не чувствит. к температурным деформациям

· практически не чувствит. к неравномерной осадке опор

· Недостатки:

· без применения дополнительных элементов (связей и диафрагм жесткости) конструкция геометрически неизменяемая

· затруднена свободная планировка

 

Т.к. в рамном каркасе ригель имеет жёсткое сопряжение с колонной, пролётный момент в ригеле меньше чем пролётный момент в ригеле в связевом каркасе, следовательно возможна экономия на материале ригелей (арматура и бетон), НО в результате возникает момент на опоре, что приводит к необходимости предусматривать дополнительное армирование колонн для восприятия изгибающего момента.

В связевых каркасах связи располагаются одна под одной (поэтажно) и в двух взаимно ортогональных плоскостях.

Основы расчета конструкций по предельным состояниям

Сущность метода. Под предельным понимают такое состояние кон­струкции, после достижения которого дальнейшая эксплуатация становится невозможной вследствие потери несущей способности (предельные состояния первой группы) и местных повреждений (предельные состояния второй группы).

Расчет бетонных и железобетонных конструкций следует производить по методу предельных состояний, включающего: предельные со стояния первой группы (по пригодности к эксплуатации вследствие поте­ри несущей способности); предельные состояния второй группы (по не пригодности к нормальной эксплуатации вследствие образования тре­щин и раскрытия строительных швов, деформаций и др.).

Расчеты должны гарантировать с необходимой надежностью от наступления предельных состояний конструкций в соответствии с требованиями, предъявляемыми к ним. По предельным состояниям первой груп­пы конструкции рассчитывают по: прочности; выносливости (при действии многократно повторяющейся нагрузки); устойчивости формы; устойчивости положения (опрокидывание, скольжение, всплывание и т. п.), огнестойкости.

Расчеты по прочности, а также по выносливости бетонных и железобетонных конструкций производят из условия, по которому усилия, на­пряжения и деформации в конструкциях от различных воздействий с учетом начального напряженного состояния (преднапряжение и т. п.) не должны превышать соответствующих предельных значений, восприни­маемых конструкцией непосредственно перед разрушением любого характера.

Расчеты по устойчивости формы конструкции, а также по устойчиво­сти положения (с учетом совместной работы конструкции и основания, их деформационных свойств, сопротивления сдвигу по контакту с осно­ванием и т. п.) производят согласно указаниям нормативных документов на отдельные виды конструкций.