Снос построек: www.ecosnos.ru 
Строительные лаги  Справочник 

0 1 [ 2 ] 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

Раздел 2 Вертикальные элементы каркаса (колонны, пилоны, диафрагмы)

Вертикальные элементы каркаса, жестко связанные с плитами перекрытий и фундаментной стеной создают очень жесткую конструкцию. Вертикальные нагрузки могут значительно перераспределяться между вертикальными элементами (раздел 1, эффект 4), горизонтальные нагрузки обуславливают не только изгибающие моменты в вертикальных элементах, но и появление в них вертикальных усилий. В этом случае плиты перекрытий вовлекаются в работу на изгиб и сдвиг. Этот эффект продемонстрирован на рис. 2.1. Так же как и в разделе 1 условно «вырезана» двухметровая полоса многоэтажного здания, т.е. величина ветровой нагрузки, жесткости горизонтальных элементов, моделирующих работу плит перекрытий и другие параметры примерно соответствуют конструктивной схеме шириной 2м.


Ua = 38.4 см

На рис. 2.1 а даны усилия в вертикальных элементах

иа=61.4 см нижнего этажа И горизонтальное перемещение Uq точки а для схемы, в которой принята жесткая связь плит перекрытий и вертикальных элементов, на рис. 2.16 приведены те же характеристики НДС для схемы, в которой принято, что перекрытия воспринимают

только мембранную группу усилий, т.е. они только передают горизонтальные нагрузки на вертикальные элементы.

Как видно первая схема более жесткая, перемещения верха здания в 1,6 раза меньше, чем во второй схеме. Плиты перекрытий работают на сдвиг как своеобразные шпонки между вертикальными элементами, и хотя их жесткость на сдвиг невелика, их большое количество обуславливает дополнительную жесткость конструкции за счет вовлечения в работу крайних колонн и диафрагм на нормальные усилия. На рис. 2.1 при анализе эпюр изгибающих моментов на колоннах можно наблюдать известный «рамно-связевый» эффект. Он вызван тем, что от горизонтальных нагрузок деформированная схема диафрагмы (рис. 2.2 а) и рамы (рис. 2.2 б) имеют разные формы, что обуславливает возникновение больших изгибающих моментов в колоннах на верхних этажах. Хотя в безригельных каркасах этот эффект смягчается отсутствием ярко выраженных рам, все же он может привести в случае его не учета к возникновению микротрещин в верхних колоннах, тем более, что нормальные силы в верхних этажах могут не обеспечить необходимое обжатие. Это может привести к

= 100т


Рис.2.1



увеличению деформативности каркаса, а также к ухудшению условий работы плит перекрытий, так как защемление плит в колонне будет частично нарушено, а это как будет показано в разделе 3 для плит достаточно существенно.

Другой эффект (эффект 3, раздел 1) может оказаться крайне неприятным для колонн расположенных в периферийных зонах здания. Чтобы снять большие моменты и сдвиговые усилия, возникающие в крайних колоннах можно рекомендовать конструировать крайние колонны в виде пилонов, располагая большую сторону пилона вдоль конггура плиты перекрытия, т.е. уменьшая ее жесткость в плоскости действия сдвиговых усилий (рис. 2.3). При этом совместная работа фундаментной плиты и вышележащих перекрытий будет обеспечиваться за счет работы диафрагм, а для верхних колонн влияние «рамно-связевого» эффекта будет смягчаться. Правда, в этом случае деформативиость каркаса будет несколько завышена, однако, как правило, жесткость каркаса на горизонтальные нагрузки обеспечивается с большим запасом. При компьютерном моделировании диафрагм последние могут представляться как стержни или как пластинчатые элементы.


Рис. 2.2

4-

диафрагма

пилон

пи L

диафрагма

4-

наружный контур плиты

Рис.2.3

На рис. 2.4 представлены различные расчетные модели одноэтажной диафрагмы (пилона). Модель (рис. 2.4 а) часто применяется при автоматической триангуляции общей схемы здания с применением редкой сетки. Здесь не надо опасаться большой потери точности из-за крупной сетки, т.к. по высоте диафрагма имеет большое количество этажей и такое расчленение может оказаться достаточным. Если принимается решение в пользу более густой сетки то предпочтительней расчленение типа, показанного на рис. 2.4 б, вместо типа, показанного на рис. 2.4 г, которое лучше применять при подробном



исследовании диафрагмы. Иногда диафрагма может быть заменена стержнем (это решение наиболее предпочтительно для обш,ей схемы здания, хотя и затруднительно в реализации), а учет ширины диафрагмы при стыковке ее с другими элементами реализуется жесткими вставками (рис. 2.4 в).

При автоматической триангуляции диафрагм или при «ручной» разбивке их на конечные элементы могут использоваться как оболочечные конечные элементы, так и элементы балки-стенки. Опыт показывает, что результаты расчета общей схемы здания на горизонтальные нагрузки в этих случаях практически одинаковые. Объяснение этого результата аналогично известным представлениям об аналогичности расчета ферм с жесткими или шарнирными узлами.

В случае если диафрагма имеет большое количество нерегулярно расположенных отверстий, можно рекомендовать использовать принцип фрагментации*, заключающийся в вычленении из общей схемы поперечника и замены отброшенных частей конструкции действующими в местах отчленения усилиями. В дальнейшем в таком фрагменте уже может быть использована более густая сетка, определены места концентрации усилий и т.п.


Рис.2.4

Еще одной особенностью вертикальных элементов современных каркасов, являются широко применяемые непрямоугольные формы сечений колонн (крестовых, уголковых, тавровых). Как правило, главные оси этих сечений не совпадают с глобальными осями, относительно которых ведется расчет. Влияние этого эффекта продемонстрировано на рис. 2.5. Здесь представлены результаты расчета П-образной рамы, у которой стойки имеют уголковое сечение. В связи с тем, что ни одна из главных осей сечений стоек не совпадает с плоскостью рамы, узлы последней имеют перемещения ортогональные плоскости рамы и действию нагрузки (рис. 2.5а). если узлы рамы закрепить из плоскости, то в наложенных связях появляются усилия (рис. 2.5.6). Этот эффект** обуславливает

* в программном комплексе МОНОМАХ эта операция выполняется автоматически.

* В программном комплексе ЛИРА реализована процедура (определения углов чистого вращения, определения усилий относительно главных осей с последующим определением усилий относительно заданных осей), учитывающая этот эффект автоматически.



0 1 [ 2 ] 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33