Особенности обеспечения пространственной жесткости многоэтажных гражданских зданий. Ветровые и сейсмические нагрузки. Расчетные модели диафрагмовых систем. Особенности проектирования надпроёмных перемычек ядер жесткости. Особенности проектирования пространственных несущих систем на основе каменной кладки

Министерство  образования  Российской Федерации

Тульский государственный университет

КАФЕДРА «СТРОИТЕЛЬСТВО, СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И КОНСТРУКЦИИ»

Трещев Александр Анатольевич

Доктор технических наук, профессор

Пространственные несущие системы зданий и сооружений из железобетонных и каменных элементов

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

для студентов, обучающихся по специальности 290300 – «Промышленное и гражданское строительство» очной формы обучения

(третий уровень высшего образования – уровень дипломированного специалиста)

Количество часов 34

                                                Тула 2000

Л Е К Ц И Я   № 1

П Л А Н

1.1.  Особенности обеспечения пространственной жесткости многоэтажных гражданских зданий.

1.2.  Вертикальные нагрузки на несущие системы многоэтажных зданий.

1.1.  Особенности обеспечения пространственной

жесткости многоэтажных гражданских зданий

Многоэтажные здания проектируют как с использованием каркасной, так и бескаркасной схемы.       Выбор каркасной схемы зависит от назначения здания и категории массива застройки. Каркасная схема используется для зданий общественного и административного назначения.          Бескаркасная схема с монолитными или сборными стенами используется для жилищного строительства.

          При высоте жилых зданий 20м и более эффективно применение каркасной схемы.

          Важнейшим условием обеспечения этих качеств несущей системы здания является обеспечение надёжного сопротивления горизонтальным нагрузкам и воздействиям.

          При проектировании многоэтажных зданий пространственная жёсткость может обеспечиваться различными способами компоновки каркасной схемы, которые отличаются друг от друга способом восприятия горизонтальной нагрузки.

          В каркасных зданиях при поперечных многоэтажных рамах и поперечных несущих стенах (диафрагмах жесткости) горизонтальная нагрузка воспринимается вертикальными элементами несущей системы совместно. В этом случае пространственная жесткость в поперечном направлении обеспечивается по рамно-связевой схеме. В продольном направлении при наличии диафрагмы пространственная жесткость обеспечивается по связевой схеме.

       Рис.1. Схемы обеспечения пространственной жёсткости в каркасных зданиях:

1 - ригели многоэтажных рам; 2 - диафрагмы жесткости

          Горизонтальные диски перекрытий и покрытия не позволяют свободно деформироваться элементам вертикальных конструкций, т.е. они обеспечивают совместную работу многоэтажных рам и диафрагм, тем самым, выравнивая их деформации.

          При поперечном расположении диафрагм жесткости и продольном расположении многоэтажных рам пространственная жесткость здания в поперечном направлении обеспечивается по связевой схеме, а в продольном по рамной схеме.

          Каркасная схема здания с шарнирным решением сопряжения ригеля с колонной в обоих направлениях работает как связевая схема. Рамно-связевые и рамные системы получили широкое распространение в сейсмических районах.

          Связевая схема позволяет унифицировать элементы каркаса, так как горизонтальная нагрузка воспринимается диафрагмами жесткости, а колонны работают на вертикальную нагрузку.

          В бескаркасных зданиях пространственная жесткость обеспечивается совместной работой внутренних продольных и поперечных стен и дисков перекрытий по связевой схеме.

          Широкое распространение получили каркасные схемы с центральным замкнутым ядром жесткости.

 

              Рис. 2.  Схема несущей системы с центральным ядром жесткости:

1 - ригели многоэтажных рам; 2 - диафрагмы жесткости; 3 - замкнутое ядро жесткости

Сетка колонн укрупняется для свободы планировки. Могут быть убраны промежуточные колонны, когда ригели опираются на элементы ядра жесткости. Использование ядра жесткости позволяет повысить жесткость против кручения здания в плане.

Ядро жесткости может быть разомкнутое (см. рис. 3).

 

Рис. 3.  Разомкнутое ядро жёсткости.

При проектировании ядер диафрагмовой системы для обеспечения высоких эксплуатационных качеств системы вертикальные ядра и диафрагмы следует располагать так, чтобы обеспечить пространственную жесткость несущей системы в двух направлениях. Кроме того, чтобы создать предпосылки для обеспечения жесткости системы против закручивания, диафрагмы и ядра жесткости располагаются так, чтобы в жестких дисках перекрытий не создавалось больших температурных усилий (см. рис. 4).

1)                              2)                                3)      

          Рис. 4. Различные варианты расстановки элементов диафрагмовой системы

1 - Схема имеет низкое сопротивление закручиванию. 2 - Жесткость на кручение достаточно высокая, так как диафрагмы удалены относительно центра жесткости здания, но возникают значительные усилия в перекрытии (т.е. возникают высокие внутренние температурные усилия в перекрытии).  3 - Наиболее оптимальный вариант.

2.  Вертикальная нагрузка на элементы 

       несущей пространственной системы в многоэтажных зданиях.