книги / Строительные конструкции

высотой) — см. рис. IX. 13, в. Система решетки фермы за ­ висит от ее очертания, высоты и требуемого размера па­ нели (расстояния между узлами). Решетка может быть треугольной (см. рис. IX.13, а, в) или раскосной (рис. IX. 13,6). Угол наклона раскосов составляет 35—45°. Эле­ менты ферм обычно выполняют из парных уголков и сое­

Устойчивость плоской фермы из своей плоскости обе­ спечивают устройством системы связей (вертикальных и горизонтальных). Фермы, соединенные связями, образу­ ют пространственно устойчивый блок (рис. IX. 14).

В геометрической схеме фермы каждый стержень изображается одной линией, проходящей по центру тя­ жести его сечения. Оси всех стержней, сходящихся в уз­ ле, должны пересекаться в одной точк£ Прц определении усилий в стержнях фермы полагают, что соединение стер­ жней во всех узлах шарнирное, поэтому от нагрузок, приложенных в узлах, все элементы испытывают только

Максвелла-Кремоны) или аналитически (методом сече­ ний). В фермах покрытий верхний пояс сжат, а нижний растянут. При действии нагрузки между узлами фермы в стержне кроме осевого усилия возникает изгибающий момент. В этом случае требуется значительное увеличе­ ние сечения стержня, поэтому внеузловых нагрузок на ферму следует избегать.

После того как определены усилия, подбирают сече­ ния элементов фермы. Сжатые элементы рассчитывают по формуле (IX. 19). Гибкость К основных сжатых эле­ ментов фермы (поясов, опорных раскосов) не должна быть более 120, гибкость прочих сжатых элементов может достигать 150. При определении гибкости элементов ферм свободную длину /0 для поясов, опорных раскосов и стоек в плоскости фермы принимают равной их геомет­ рической длине / между центрами узлов, для остальных элементов решетки принимают /о=0,8/. Из плоскости фермы свободную длину элемента считают равной рас­ стоянию между узлами, закрепленными от смещения из плоскости фермы связями, ребрами плит покрытий, при­ варенными к поясу, и т. д.

171

При подборе сечений следует стремиться, чтобы число различных профилей было минимальным (не более 5—7).

Размеры сварных швов, необходимых для прикрепле­ ния элементов ферм к узловым фасонкам, зависят от расчетного усилия N, их определяют по формуле (IX.2).

При конструировании прикрепления стержня фермы к узловой фасонке следует учитывать, что центр тяжести уголков смещен к обушку и, следовательно, усилие, пе­ редаваемое на шов, расположенный со стороны обушка, больше, чем на шов, находящийся со стороны пера. Общая площадь шва, необходимая для прикрепления стержня, выполненного из уголков, распределяется обратно про­ порционально расстояниям от его центра тяжести до кро­ мок (см. рис. IX. 13, узел А ).

После вычисления требуемой длины швов для при­ крепления элементов фермы к фасонке намечают разме­ ры фасонок, учитывая при этом, что сходящиеся в узле элементы должны отстоять друг от друга не менее чем на 50 мм, а конфигурация фасонки должна быть возмож­ но более простой.

§IX.6. ПРЕДВАРИТЕЛЬНО-НАПРЯЖЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Впредварительно-напряженных стальных конструк­ циях при изготовлении создают напряжения, обратные по знаку напряжениям, которые будут возникать при работе под нагрузкой. Это повышает область их упругой работы

идает возможность использовать в растянутых элемен­

тах высокопрочные материалы (тросы, пучки проволок и т. п.), а следовательно, получить экономию стали.

Предварительное напряжение балок может быть осу­ ществлено путем их выгиба или натяжением высокопроч­ ных канатов (тросов), включаемых в конструкцию балок. На рис. IX.15, а показана предварительно-напряженная балка, составленная из двух элементов, подвергнутых выгибу и сваренных в изогнутом состоянии продольными швами. Эпюра напряжений в сечении балки после изго­ товления показана на рис. IX. 15, б. С этой эпюрой будет складываться обычная двузначная эпюра от нагрузки (рис. IX.15, в). Суммарная эпюра (рис. IX.15, г) по мере роста нагрузки приобретает почти прямоугольное очер-

172

Рис. IX.15. Схемы предварительно напряженных металлических кон­ струкций

I —напрягающие канаты (тросы)

тание. Таким образом, несущая способность балки будет исчерпана, когда напряжения достигнут предельных по всему сечению, а не только в краевом волокне, как это принято в балках без предварительного напряжения. Предварительно-напряженная балка с напрягающим эле­ ментом из высокопрочных канатов (тросов) показана на рис. IX.15, д. Натяжение канатов при изготовлении балки создает момент, обратный по знаку моменту от эксплуа­ тационной нагрузки, что уменьшает суммарное значение напряжений. Поскольку канаты закреплены на балке, под нагрузкой они работают совместно как комбиниро­ ванная система, в которой используется высокая проч­ ность каната на растяжение.

Предварительно-напряженные фермы создают натя­ жением канатов, включаемых в конструкцию ферм с та­ ким расчетом, чтобы после их натяжения в основных элементах возникали напряжения, обратные по знаку напряжениям от нагрузки. Напрягающие тросы можно располагать раздельно вдоль основных растянутых стер­ жней (рис. IX. 15, е) или давать один общий трос для всей фермы (рис. 1Х.15,'яс).

173

ГЛАВА X. КОНСТРУКЦИИ ЗДАНИИ

§ Х.1. ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИИ

Конструкции зданий состоят из отдельных элементов, связанных между собой в единую пространственную си­ стему. Требования, предъявляемые к отдельным конст­ руктивным элементам, обусловлены их назначением и Характером работы под нагрузкой. Так, например, эле­ менты междуэтажных перекрытий должны быть прочны­ ми и достаточно жесткими, чтобы их прогиб не нарушал эксплуатационного режима здания; стены и колонны, поддерживающие перекрытия, должны быть прочными и устойчивыми. В железобетонных элементах, кроме того, ограничивается ширина раскрытия трещин в бетоне ра­ стянутой зоны, а для некоторых видов предварительно­ напряженных конструкций должно быть исключено и об­ разование трещин.

Все здание в целом должно обладать пространствен­ ной жесткостью, т. е. надежно сопротивляться действию вертикальных и горизонтальных нагрузок всех видов.

Здания бывают каркасными и бескаркасными.

В бескаркасных зданиях пространственная жесткость создается благодаря совместной работе продольных и поперечных стен, соединенных перекрытиями в единую пространственную систему; сведения о конструкциях ка­ менных бескаркасных зданий приведены в § VIII.4.

Каркасные здания строят по рамной или рамно-связе- вой системе. Рамы состоят из стержней (балок и ко­ лонн), имеющих преимущественно жесткое соединение в узлах; связевыми конструкциями служат каменные сте­ ны, железобетонные стенки.-диафрагмы или стальные связи. В зданиях рамной системы все внешние нагрузки воспринимают поперечные и продольные рамы, объеди­ ненные в пространственную систему перекрытиями и по­ крытием (рис. Х.1 ,а ,б ). В зданиях рамно-связевой си­ стемы совместно с рамами работают также связевые кон­ струкции (рис. Х.1, в).

Прочность, жесткость и устойчивость отдельных эле­ ментов здания и всего здания в целом должны быть обе­ спечены на всех этапах возведения, для чего в необходи­ мых случаях проектом должна быть предусмотрена уста­ новка временных креплений: связей, распорок и т. д.

174

Рис. Х.1. Конструктивные схе­ мы зданий

1 —поперечная рама; 2 —продоль- ная рама; 3 —перекрытие или по­ крытие; 4 —связевая диафрагма; 5 —стальные связи

Здание, обладающее пространственной жесткостью, деформируется так, что при загружении одного из эле­ ментов в работу включаются и другие элементы, «помо­ гая» загруженному.

При проектировании зданий следует предусматривать возможность индустриального способа их возведения. Условиям индустриализации строительства в наибольшей степени отвечают сборные конструкции заводского изго­ товления, позволяющие выполнить монтаж здания в ко­ роткие сроки с эффективным использованием средств механизации.

Чтобы заводы могли обеспечить высокопроизводи­ тельный серийный выпуск элементов строительных кон­ струкций, необходимо, чтобы число типов элементов было минимальным, а применение их массовым, т. е. чтобы их

175

можно было устанавливать в зданиях различного мази3* чения. С этой целью основные габаритные размеры и кон­ структивные схемы зданий унифицируют, т. е. для каж ­ дого типа зданий принимают определенную конструктив­ ную схему, а основные размеры (в плане и по высот3), приводят к ограниченному числу стандартизованных раз­ меров на базе единой модульной системы *.

Так, например, одноэтажные промышленные здания, к которым также относятся здания водопроводно-кана­ лизационного назначения (насосные, воздуходувные, хлораторные и др.)> а также здания котельных имеют уни­ фицированные размеры в плане, кратные укрупненному модулю 3 м (или 6 м), а размеры по высоте — кратное укрупненному модулю 1,2 м. Их унифицированная кон­ структивная схема предусматривает шарнирное опирание покрытия на стены или на колонны, что позволяет ис­ пользовать для покрытий однотипные элементы незави­ симо от высоты здания, наличия мостовых кранов или за­ глубленных участков (см. § Х.4. и Х .5).

Для каждого элемента здания выбирают наиболее рациональный, проверенный на практике вариант конст­ руктивного решения, который принимают в качестве типового. Типовые элементы, предназначенные для мас­ сового применения,и являются основной продукцией заво­ дов, изготовляющих строительные конструкции. Номен­ клатура типовых элементов периодически обновляется.

Проектируя сборные конструкции зданий, следует стремиться к их максимальному укрупнению исходя из грузоподъемности существующих монтажных механиз­ мов и способа перевозки. Чем крупнее элементы, тем меньше их число, следовательно, быстрее будет смонти­ ровано здание.

Сборные элементы должны быть технологичными с точки зрения их изготовления в заводских условиях и обеспечивать удобство их монтажа. Указанные требо­ вания влияют на выбор конструктивного решения эле­ мента.

При проектировании сборных элементов нужно учи­ тывать, что в процессе транспортирования и монтажа их расчетная схема может существенно отличаться от рас-

176

[стадия III напряженно-деформированого состояния (см. гл. V I)].

Если напряжения растянутой арматуры достигают предельных в каком-либо сечении статически неопреде­ лимого элемента, то разрушения в этом сечении не проис­ ходит, так как повороту примыкающих участков элемен­ та препятствуют опорные закрепления. В рассматривае­ мом сечении происходят значительные местные дефор­ мации, но оно воспринимает момент

Для расчета этот момент принимают равным: М = 7?а Fа z<j.

Участок балки, испытывающий указанное напряжен­ ное состояние, называют пластическим шарниром. При дальнейшем увеличении нагрузки на элемент момент в пластическом шарнире остается постоянным, а в других сечениях возрастает, т. е. происходит перераспределение моментов.

Пластические шарниры могут образовываться в не­ скольких сечениях элемента, до тех пор пока он не станет статически определимым, тогда образование еще одного пластического шарнира приведет к разрушению.

Для иллюстрации сказанного рассмотрим однопролет­ ную статически неопределимую балку с защемленными концами пролетом /, загруженную равномерно распреде­ ленной нагрузкой q (рис. Х.З).

Предельные моменты, воспринимаемые пролетными и опорными сечениями балки, равны:

«оп ^оп а Ч •

Сумма пролетного и опорного моментов в статически неопределимых балочных системах равна моменту сво­ бодно лежащей балки М0:

При равномерно распределенной нагрузке

17»

В рассматриваемом случае

6 ~ 8 •

Задаваясь разными значениями Р™ и Р™, мы полу­

ставленное в опорных сечениях балки, будет меньшим, чем это требуется по указанной выше величине опорного момента, то в процессе загружения при нагрузке q\<Zq в опорных сечениях образуются пластические шарниры и дополнительная нагрузка (q—с/\) вызовет увеличение моментов только в пролете. Так, если опорные сечения

180