Системы со стволами жесткости. Несущие конструкции в виде балок-стенок: системы с чередованием и шахматным расположением ферм. Взаимодействие системы стен-диафрагм с каркасом при наличии горизонтальных поясов жесткости, страница 4

На рис. IV.8 показано, как обе рассмотренные конструктивные схемы работают при совместном действии вертикальных и ветровых нагрузок. В консольных системах вертикальные нагрузки непрерывно увеличиваются от нуля в уровне верха здания до максимума в уровне основания, а усилия в подвесах через консольный оголовок передаются к верхней части ствола жесткости и таким образом увеличивают усилия предварительного напряжения в этой зоне. Обе системы одинаково сопротивляются горизонтальным воздействиям и работают на изгиб, если не учитывать различие в распределении усилий от вертикальных нагрузок. Эпюра моментов аналогична случаю равномерно нагруженной консольной балки.

Реакция ствола на горизонтальные нагрузки зависит от его формы, степени однородности и жесткости, а также от направления нагрузок. В уровне каждого этажа предусматриваются проемы, и величина неразрезности определяется обвязочными балками и характеризует схему деформирования системы в целом. Она может работать как открытое сечение и испытывать депланации сечений в верхней части здания, где отсутствует заделка, особенно при асимметричной нагрузке, вызывающей закручивание (рис. IV.9). Дополнительные касательные напряжения возникают в верхней части здания от кручения ствола, а полки контура в основании испытывают дополнительный изгиб и сдвиг. Влияние несимметричной компоновки стволов жесткости рассматривалось также в гл. III.

СИСТЕМЫ РАМ С ЖЕСТКИМИ УЗЛАМИ

Рамные каркасы обычно состоят из прямоугольной сетки горизонтальных балок и вертикальных колонн, соединенных между собой жесткими узлами. Рамы могут включать в себя внутренние и наружные стены здания. Конструктивная схема с жесткими рамами является экономичной для зданий высотой примерно до 30 этажей со стальным каркасом и до 20 этажей с железобетонным каркасом.

Некоторые характерные решения зданий с рамным каркасом показаны на рис. IV. 10. Поскольку на рисунке даны распространенные схемы расположения колонн, там же приведены пространственные рамные каркасы (рис. IV. 10, ё). Проведенный анализ выявил следующие основные типы каркасов:

взаимно перпендикулярные системы параллельных рам (рис. IV. 10, а—и);

решетчатые коробки (оболочки) (рис. IV. 10, б, в, ж)\

перекрестные рамы в двух направлениях (рис. IV. 10, а);

рамы с полигональной сеткой колонн (рис. IV. 10,/с).

На рисунках показаны примеры использования этих систем несущих конструкций в зданиях различной формы в плане при разных сетках колонн:

взаимно перпендикулярные системы параллельных рам:

с прямоугольной сеткой (рис. IV. 10, е)\

с прямоугольной общей сеткой и внутренними колоннами (рис. IV. 10, д)\

с радиальной сеткой (рис. IV. 10, ж, и)\

с криволинейной сеткой (рис. IV. 10, з);

с двумя осями расположения колонн (рис. IV.10, г)\

решетчатые коробки (рамно-оболочковые системы):

наружные коробки с внутренним решетчатым стволом (рис. IV. . Ю, в);

наружные и внутренние коробки с квадратной сеткой колонн (рис. IV. 10, б);

наружные и внутренние коробки с кольцевой сеткой колонн (рис. IV. 10, ж)\

перекрестные рамы в двух направлениях с квадратной сеткой колонн (рис. IV. 10, а);

рамы с полигональной сеткой колонн сложной формы, соответствующей планировке здания (рис. IV. 10, /с).

Приведенные примеры указывают на возможность дальнейшей классификации каркасных зданий.

Жесткие рамы работают при горизонтальных нагрузках за счет изгиба балок и колонн (рис. IV.И). Неразрезность жестких рам зависит от прочности и жесткости узловых сопряжений при изгибе, которые не допускают податливости узлов.

Несущая способность рамы во многом зависит от несущей способности отдельных балок и колонн, снижается с повышением высоты этажа и увеличением расстояния между колоннами.

Горизонтальный прогиб жестких рам определяется двумя факторами:

1)  прогибом от изгиба сооружения как консоли (рис. IV. 12, б]. При восприятии опрокидывающего момента рамы работают как из гибаемые вертикальные консольные балки, отдельные волокна ко торых испытывают осевые деформации. При этом удлинение и уко рочение колонн приводит к горизонтальным перемещениям. Эта фор ма прогиба составляет около 20% общей величины горизонтального перемещения здания;