Учет пространственной работы каркаса

Учет пространственной работы каркаса

 

Связи в каркасе производственного здания. Пространственная работа каркаса на ветровую нагрузку.

Вариант 1. Связи и пространственная работа каркаса на ветровую нагрузку.

Ветровое давление, передающееся на деревянную торцевую стену каркасной конструкции небольшой высоты, распределяется между фундаментом и верхним покрытием с помощью работающих на изгиб вертикальных стоек каркаса. Конструкция покрытия в этом случае должна передавать ветровое давление через верхнюю обвязку продольным стенам, которые в свою очередь, должны иметь в своей плоскости связи, рассчитанные на передачу этих усилий фундаментам. При устройстве в качестве основы под рубероидную кровлю щитового перекрестного настила покрытие превращается в неизменяемую и жесткую диафрагму. Указанное решение покрытия обеспечивает хорошее закрепление плоских деревянных конструкций в проектном положении.

Жесткость покрытий с одинарным настилом или с обрешеткой без диагональных элементов недостаточна для восприятия ветровой нагрузки и закрепления плоскостных деревянных конструкций в проектном положении. В этом случае при наличии деревянных каркасных стен необходимо устройство в плоскости верхних поясов несущих конструкций горизонтальных связей, располагаемых в торцевых частях здания и по его длине на расстоянии не более 20 м. Для покрытия выполненного из разрезных кровельных панелей, жестких и неизменяемых в своей плоскости, требуется установка монтажных связей, которые прикрепляют непосредственно к основной несущей конструкции.

Горизонтальные связи, воспринимающие ветровую нагрузку, образуют в плоскости верхних поясов двух соседних несущих конструкций решетчатую ферму, которая передает действующие в ее плоскости усилия на продольные стены.

1.Связи воспринимают ветровые нагрузки с торцов здания. Обеспечивают вертикальное положение колонн, иногда изменяют расчетные длины из плоскости.

2.Поперечные горизонтальные связи фермы в плоскости верхних поясов S2

Связи S2 обеспечивают расчетные длины сжатых поясов ферм или верхних поясов балки.

3. Связи S3 обеспечивают вертикальные положения ферм на опорах и воспринимают ветровую нагрузку с торца.

4. Основным типом поперечных вертикальных связей являются связи, соединяющие попарно вдоль здания соседние конструкции S4. Связи S₄ связывают фермы попарно в пространственные блоки.

Вертикальные связи не стоит делать непрерывными по всей длине здания, так как при обрушении по какой-либо причине одной из несущих конструкций она перегрузит через связи соседние конструкции, что может привести к последовательному обрушению всего покрытия.В случае пожара отрывается только часть здания (в результате взрыва), остальная часть здания продолжает работать

 

Учет пространственной работы каркаса

Состав пространственного каркаса:

1. Плоские поперечной рамы;

2. Горизонтальный продольный диск;

3. Рамы торцов.

Расчет плоской рамы производится методом перемещений.

Заменим диск балкой эквивалентной жесткости. Заменим r₆₆, разделим единичную реакцию r₆₆ на шаг рам, получим коэффициент постели упругого основания К_n=r₆₆/L_рамы

,(1/кН)

β – коэффициент упругого основания;

ЕI_g – изгибная жесткость диска;

K_n – коэффициент постели упругого основания;

β*L_блока – безразмерный параметр пространственной работы каркаса.

1. Если βL ≤ 1. Идеальнее условия (идеальный случай) для пространственной работы.

2. 1,0 ≤ βL ≤ 2,0 – имеет место пространственная работа каркаса.

3. βL = 3.

Рама у середины блока не связана с торцом. Нет пространственной работы.

4. Если βL = 5

Нет пространственной работы.

 

Горизонтальным продольным диском могут быть – связи первого типа в стальных каркасах промзданий.

Развитая система связей, когда жесткость продольного диска увеличивается в 5-10 раз, применяется для очень высоких зданий (40-50 м) или в зданиях с большими боковыми силами от кранов.

Роль горизонтальных продольных дисков могут выполнять металлические щиты, железобетонные плиты, деревянный настил(перекрестный,двойной дощатый настил).

Профилированный настил не является диском.

Связи торца могут быть выполнены:

Роль плоских рам могут выполнять обычные рамы и арки.

Приступая к проектированию каркаса желательно приближенно вычислить параметр βL, который дает качественную характеристику работы каркаса.

Принципы проектирования конструктивного остова деревянного здания. Общая устойчивость остову деревянного здания мо­жет быть придана следующими способами

 

Общая устойчивость остову деревянного здания мо­жет быть придана следующими способами.

Рис. 1. Поперечное сечение деревянного каркасного здания с защемленными в земле стойками,

имеющими на концах пасынки (деревянные антисептированные, железобетонные или металлические):

1-подкосы; 2-пасынки.

 

Рис. 2. Каркас здания с кансольно защемленными в фундаментах стойками сплошной или сквозной конструкции

Первый способ. Поперечную и продольную устойчи­вость здания создают пространственным защемлением каждой из стоек каркаса в грунте. Верхние концы стоек связывают через обвязку с элементами покрытия (рис. 1). Во избежание возможного в некоторых случаях перекашивания зданий в связи с деформациями грунта в местах защемления стоек в крайних пролетах продоль­ных и торцовых стен, а также в промежуточных проле­тах целесообразно устанавливать связи с интервалом 20 - 30 м. Для увеличения срока службы такого здания необходимо нижнюю часть стоек, зарытую в землю, антисептировать, чтобы не было быст­рого загнивания. Предпочтительнее нижние концы стоек располагать выше уровня пола и прикреплять их болтами или хомутами к сменяемым деревянным, а еще луч­ше - железобетонным пасынкам. Этот способ получил широкое распространение в строительстве временных зданий.

Второй способ. Поперечная устойчивость здания обеспечивается защемлением в фундаментах плоских деревянных стоек, решетчатых или клееных (см. рис. 2).

Решетчатые стойки защемляют натяжными анкерами. Прикрепление клееных стоек к фундаменту показано на рис. 3.

Рис. 3. Способ защемления деревянных клееных стоек.

Анкерами служат стальные полосы, заделываемые в фундамент и рассчитываемые на максимальное отрывающее усилие N_а, определяемое при наиневыгоднейшем сочетании нагрузок. К анкерным полоскам приварены равнобокие уголки. В опорной части клееная стойка на длине l_ск, определяемой по расчету на скалывание с при­жимом, имеет увеличенную высоту сечения для образо­вания наклонных площадок смятия под углом 30 - 45°, на которые укладывают уголки. Сквозь консольные час­ти уголков с двух сторон стойки проходят перекрестные тяжи с нарезкой на обоих концах. В месте пересечения они приварены к стальным пластинкам, прилегающим вплотную к боковым граням клееной стойки.

Усилие в тяже определяют по формуле

Усилие, воспринимаемое площадкой смятия

Площадка скалывания воспринимает усилие

Продольную устойчивость здания с плоскими стойка­ми создают постановкой связей по продольным стенам и между внутренними стойками, если таковые имеются, в продольном направлении. Для неизменяемости каркас­ных торцовых стен в их крайних пролетах также ставят аналогичные связи.

Третий способ. Поперечную устойчивость здания обеспечивают, применяя простейшие комбинированные и подкосные системы, рамные системы или арочные конструкции, передающие распор непосред­ственно на фундаменты.

Продольная устойчивость здания может быть созда­на постановкой связей по продольным линиям стоек (рис. 4).

Рис. 4. Схема каркасного здания при шарнирном опирании стоек на

фундаменты и шарнирном примыкании к элементам кровельного покрытия.

Стеновые щиты при этом располагают с наружной стороны стоек. Продольную устойчивость зда­нию с арочными конструкциями, опертыми непосредст­венно на фундаменты, придают связи, расположенные в конструкции кровельного покрытия, а пространственную устойчивость нижним поясам - поперечные связи, соеди­няющие арки попарно.

Четвертый способ. Устойчивость каркасного здания при шарнирном опирании стоек на фундаменты и шар­нирном примыкании их к элементам покрытия можно создать лишь в том случае, если конструктивные элемен­ты покрытия и стен не только будут достаточно прочны­ми, жесткими и устойчивыми для восприятия всех дейст­вующих на них нагрузок, но и создадут неизменяемые, жесткие и устойчивые диафрагмы, образуя тем самым неизменяемую, жесткую и устойчивую пространственную коробку. Для этого в плоскости покрытия можно исполь­зовать применяемый в качестве основы под рулонную кровлю щитовой настил, связанный гвоздями с прогона­ми; в стенах могут быть использованы косые обшивки или специальные связи между стойками каркаса (см. рис. 2 и 4).

Участие ограждающих частей здания в обеспечении его пространственной устойчивости, которую устанавли­вают поверочным расчетом, возможно только при отно­сительно малых размерах здания.

Устойчивость и жесткость зданий, собираемых из го­товых щитов дощато-гвоздевой или клеефанерной конст­рукции заводского изготовления, перекос которых предотвращается устройством внутренних раскосов, диа­гональной обшивкой или оклейкой фанерой, может быть обеспечена, как и в предыдущем случае, жесткой горизон­тальной диафрагмой чердачного перекрытия или наклон­ным кровельным покрытием, надежно сопротивляющим­ся перекосу стен. Для этого необходимо, чтобы жесткость и устойчивость поперечных стен была доста­точной для восприятия в своей плоскости горизонталь­ных сил от ветра, передающихся от продольных стен через горизонтальную диафрагму (рис. 5). При этом щиты продольных стен, непосредственно восприни­мающих ветровую нагрузку, работают как однопролет­ная плита, опертая внизу на фундамент, а вверху на горизонтальную диафрагму. Щиты поперечных стен, па­раллельных направлению ветра, работают в своей плос­кости на перекос и опрокидывание.

 

Рассматривая устойчивость поперечной стены как суммарную устойчивость составляющих ее щитов, свя­занных между собой нащельниками на гвоздях, опреде­ляем расчетное ветровое давление, воспринимаемое по­перечной стеной

где n - число щитов в поперечной стене; G₁ - постоянная вертикаль­ная нагрузка от веса перекрытия и кровли, передающаяся через верхнюю обвязку на один щит; G₂ - вес одного щита; b - ширина щита; h - высота стены; Т_гв - расчетное усилие, воспринимаемое одним гвоздем; n_гв - количество гвоздей, прикрепляющих нащельник к одному щиту; W₁ - ветровая нагрузка с наветренной стороны на 1 м длины верхней обвязки продольной стены; W₂ - то же, с за­ветренной стороны; l - расстояние между поперечными стенами; k_З - коэффициент запаса на опрокидывание, принимаемый 1,4.

Рис. 5. Расчетная схема работы стеновых щитов на ветровую нагрузку:

1-щиты чердачного покрытия; 2-стеновые щиты.