Для выполнения требований по расчету с учетом сейсмических нагрузок, по объемно-планировочным решениям и конструированию элементов и их соединений, зданий и сооружений, обеспечивающие их сейсмостойкость, необходимо идентифицировать конструктивную схему проектируемого объекта. В частности решить объект будет отнесен к железобетонным каркасным зданиям либо к зданиям с несущими стенами из монолитного железобетона (то есть использовать пункты раздела 6.8 или пункты раздела 6.11 СП 14.13330.2014 соответственно).
В первом варианте следует выполнять условия п.6.8.9
В зданиях с диафрагмами и ядрами жесткости не менее 50 % поэтажной жесткости на каждом из этажей обеспечивается стенами, диафрагмами, связями, ядрами жесткости и не более 50 % — колоннами.
Во втором варианте следует выполнять условия п.6.11.2
Монолитные здания следует проектировать, как правило, в виде перекрестно-стеновой системы с несущими (в основном из тяжелого железобетона) или ненесущими наружными стенами. При этом не менее 80 % поэтажной жесткости на каждом из этажей здания, кроме верхнего этажа, обеспечивают стены, диафрагмы, ядра жесткости и не более 20 % колонны…
СПБГАСУ. ДИАФРАГМЫ ЖЕСТКОСТИ
Вариантом идентификации объекта может быть предложен следующий способ: оценка процентного вклада отдельных конструкций в суммарную работу конструкции на горизонтальную нагрузку. Ниже приведен пример с заданной «произвольной» горизонтальной нагрузкой и анализ результатов.
На одной отметке выбираем узлы колонн и диафрагм/стен и элементы, примыкающие к ним сверху. Вызываем меню «нагрузки на фрагмент» и нажимаем «обновить» в поле «Элементы», «создать» и «обновить» в поле «Узлы»:
В результатах расчета можем увидеть реакции в выбранных узлах:
Теперь необходимо просуммировать реакции в узлах стены, и отдельно в узлах колонн, т.о. мы сможем выяснить %-ный вклад отдельных конструкций в суммарную работу рамно-связевого каркаса на горизонтальную нагрузку.
В версиях Лира-САПР 2015 и старше вызываем меню «суммирование нагрузок» (в результатах расчета этот диалог уже работает с инерционными силами и нагрузками на фрагмент). Выделяем все узлы на уровне рассматриваемого среза, в которые собирали нагрузки на фрагмент. И получаем суммарную горизонтальную нагрузку на этом уровне.
Выделяем только узлы диафрагмы и получаем вклад диафрагмы в восприятие горизонтальных нагрузок.
Считаем: 53.39/55=0.97. Вывод: диафрагма в данной раме воспринимает 97% горизонтальной нагрузки.
Железобетонные конструкции | Часть 4: зачем нужны диафрагмы | Reinforced concrete structures: Part 4
В версиях Лира-САПР 2014 и младше нет возможности суммировать «нагрузки на фрагмент», поэтому, нужно их передать в исходные данные (преобразуются в узловые нагрузки). Вызываем в результатах расчета меню «преобразование результатов»:
Преобразуем «нагрузки на фрагмент» нужного загружения (здесь «загр. 1») или комбинации РСН в любое пустое загружение исходных данных (здесь «загр. 2»).
В исходных данных вызываем меню «Суммирование нагрузок», поочередно выделяем нужные группы узлов, и получаем сумму реакций по интересующим направлениям (в данном случае смотрим на сумму реакций по Х от колонн и от стен)
Полученную задачу (с перенесёнными реакциями) лучше сохранить с другим именем, чтобы не потерять результаты расчета первой задачи (после перенесения реакций исходные данные уже не будут совпадать предыдущими результатами).
Вычисляем процентный вклад стен в работу каркаса на горизонтальную нагрузку (сумма реакций от стен деленная на сумму реакций всех):
Источник: liraserv.com
Что такое диафрагма жесткости в строительстве
Определение «диафрагма жесткости» введено для каркасных железобетонных зданий, где оно означает конкретную железобетонную конструкцию, работающую на обеспечение пространственной жесткости всего здания.
Подобные конструкции встречаются практически в любом здании, но не имеют такого точного названия, поэтому я буду применять это определение относительно всех зданий. На первый взгляд рассматривание конструкций диафрагм жесткости не имеет отношения к крышам, но это не так. Крыши могут воздействовать на стены распором от стропильных ног или передавать на них боковую нагрузку от давления ветра, поэтому конструкции зданий должны быть достаточно жесткими и не менять своих геометрических размеров.
В первую очередь внимание нужно уделять длинным наружным стенам не имеющим внутренней связки из поперечных стен. Например, сруб не рекомендуется делать без диафрагмы жесткости с длиной стен более 8 м. Их нужно связывать внутренней стеной. Такая конструкция сруба носит название пятистенок — четыре наружных стены и одна внутренняя (диафрагма жесткости).
Внутренняя стена удерживает бревна наружных стен от кручения во время высыхания, от выдавливания при распоре от стропил и от разрушения при ураганном ветре. Внутренняя стена в конструкции здания из любого материала — это первый вид диафрагмы жесткости. Примеров можно привести предостаточно.
Внутренние стены фундаментов удерживают внешние стены от выдавливания их грунтом. Кирпичные, гипсовые и пр. перегородки нельзя делать длинными без боковой поддержки. Длина свободно стоящих стен из различных материалов определяется строительными нормами и зависит от вида материала и от вида его скрепления, а также от наличия в нем армирования.
Второй тип диафрагмы жесткости — балки, заделанные в стены. Для примера возьмем тот же сруб, его стены связывают врубкой половых и потолочных балок. В зданиях из легкобетонных блоков должен обязательно устраиваться монолитный железобетонный пояс по всему периметру стен и если эти стены длинные, то должна быть внутренняя связь удерживающие внешние балки пояса.
Третий тип диафрагмы жесткости — перекрытие. Стены по нижней и верхней части можно удерживать от выпучивания или сдавливания устройством монолитного или закрепленного сборного перекрытия. Понятно, что монолитное железобетонное перекрытие будет сохранять свою геометрию и удерживать от смещения стены. В сборном железобетонном перекрытии этого добиваются скручиванием плит между собой, занкериванием их в стены и бетонированием швов. Приклеивание досок пола к деревянным балкам перекрытия и/или использование шпунтованных досок создает жесткий диск, который не только уменьшает прогиб балок, но и увеличивает жесткость перекрытия.
Четвертая диафрагма жесткости — продольные и диагональные (вертикальные и горизонтальные) связи. Такой тип конструкций был показан на двух предыдущих страницах сайта. Так же диагональные связи устанавливаются в стенах каркасных зданий.
Рис. 117. Диафрагма жесткости из диагональных связей
Крис Миндчаман в своей книге рекомендует устанавливать диагональные связи по балкам перекрытия в деревянных каркасных сооружениях со свободной длиной стен от 8 м (рис. 117), но с оговоркой, что это его рекомендация и в Британском строительном коде она не прописана. Его (Криса) решение — один из способов создать диафрагму жесткости. Можно найти и другие решения.
И еще одно замечание. Диафрагмы жесткости должны удерживать геометрию здания, как от растягивания, так и от перекоса и сдавливания. Поэтому при проектировании и строительстве не следует забывать о назначении этих важных конструкций, например, если диафрагма это внутренняя стена, то она не должна разрезаться проемами от низа до верха. Нужно оставлять связки и вверху, и внизу.
Диафрагмы жесткости в каркасных зданиях: назначение, конструкция, крепление и установка
Когда большинство людей слышит выражение «каркасный дом», то они представляют деревянную постройку. Однако существуют здания, возводимые по каркасно-монолитной технологии, которые имеют в основе бетон. Использоваться при проведении работ может металлический профиль или железобетонные конструкции. Каркас обшивается цементно-стружечными плитами, а сами стены могут быть выполнены из блоков или кирпича. Важно помнить о том, что такие здания предусматривают необходимость установки диафрагмы жесткости, о конструктивных особенностях которой и пойдет речь ниже.
Назначение
Между колоннами на всю высоту каркасных построек устанавливаются вертикальные стеновые панели. У последних в верхней части могут присутствовать полки для установки плит перекрытия.
Данные элементы связывают между собой и друг с другом колонные панели, при этом они обеспечивают пространственную жесткость всей постройке. Они должны находиться в зданиях во всех направлениях таким образом, чтобы происходило пересечение и образовывались Т-образные или Г-образные фигуры. Их крепление с колоннами осуществляется по высоте минимум в трех точках. При этом используется сварка закладных деталей. Диафрагмы жесткости наиболее часто устанавливаются на ленточных фундаментах, в некоторых случаях основаниями выступают монолитные плиты.
Конструкция
Диафрагмы, которые используются для повышения жесткости, могут иметь разный тип конструкции, среди них можно выделить:
В последнем случае речь идет о диафрагмах, которые представляют собой вентиляционные блоки. Панели для таких диафрагм изготавливаются из бетона класса М-300, это касается нижних этажей здания, тогда как для самых последних применяется раствор марки М-200.
Диафрагмы жесткости могут изготавливаться в разные периоды года. Если работы ведутся летом, то прочность бетона должна составлять 70% от проектной, тогда как в зимний сезон этот показатель должен достигать 100%. Арматура железобетонных сборных панелей изготавливается из нижних и верхних стоек, а также арматурного блока, который обладает укрупненными размерами. Если высота каркаса не превышает 3 м, а конструкция диафрагмы не имеет дверных и других проемов, то каркас может быть облегченным.
Что еще необходимо знать об особенностях конструкции
Диафрагмы жесткости могут иметь в своем составе проемы для армирования по периметру. При этом следует учитывать концентрацию напряжения в углах. Основной задачей при этом выступает сбор пилонов жесткости. Важно осуществить расчеты геометрических параметров и проверить, соответствует ли прочность характеристикам.
Анализу следует подвергнуть еще и действующие усилия в конструкциях. Какими бы конструктивными особенностями ни обладали диафрагмы жесткости, они рассчитаны на центральное сжатие, а также сдвигающие усилия от горизонтальных и вертикальных нагрузок. Если присутствуют проемы, то элементы следует проверить на совместное воздействие напряжения в верхней части стены.
Особенности крепления диафрагм жесткости
Монолитные диафрагмы жесткости должны находиться в пролете между колоннами, их соединение между собой осуществляется с помощью монолитного ригеля, он монтируется по верхней части диафрагмы. Последние должны простираться по всей высоте постройки, а в отдельных случаях возможен вариант, когда элементы не устанавливаются на техническом этаже.
Нижний этаж должен опираться на ростверк фундамента с помощью закладных деталей. Для того чтобы обеспечить устойчивость здания, диафрагмы устанавливаются в обоих направлениях. Вертикальные должны быть размещены по плану равномерно, они совмещаются с ограждениями лифтовых узлов. Диафрагма жесткости в каркасных зданиях должна устанавливаться в количестве не менее трех в одном температурном блоке. Геометрические оси данных элементов не должны пересекаться, центр тяжести должен совпадать с центром тяжести оси постройки.
Для того чтобы увеличить пространственную жесткость здания, которое имеет повышенную этажность, необходимо предусмотреть мероприятия, обеспечивающие совместность работы диафрагм с каркасом. Этого можно достичь методом устройства шпоночного соединения между колонной и диафрагмой.
Рекомендации по установке
Для того чтобы была максимально прочной стена, диафрагма жесткости должна присутствовать в здании. Если речь идет о серии ИИ-04, то в верхних углах таких изделий должны быть подрезки, на которых впоследствии будут размещаться консоли колонн. Помимо этого, в углу диафрагмы имеются выпуски стальных стержней. Для фиксации диафрагмы этой серии применяется замкнутый контур на каркас из стальных стержней, диаметр последних может изменяться от 12 до 28 мм. Стержни всегда привариваются, что гарантирует дополнительную прочность конструкции.
Серия диафрагмы жесткости может выглядеть как 1.020-1, в этом случае на элементах нет угловых подрезок. Такие конструкции армируются специальными вертикальными каркасами, а по периметру конструкции фиксируется стальная сетка, диаметр ее стержней может изменяться от 5 до 12 мм, тогда как ячейки обладают размером 200 мм. Диафрагмы данной серии устанавливаются параллельно по отношению к ригелям, а после замещают данные строительные элементы.
Заключение
Те диафрагмы, которые располагаются параллельно по отношению к ригелям, лишены дополнительных консолей. На вертикальных гранях ИИ-04 имеются места, с помощью которых конструктивные каркасы будут соединены с колоннами. Если же вы будете использовать диафрагму серии 1.020-, то для нее следует подготовить закладные детали.
Стоит упомянуть еще и о том, что диафрагмы называются ядрами жесткости, и представляют собой один из основных элементов построек любого назначения. В качестве задачи данной составляющей выступает восприятие горизонтальных нагрузок по типу сейсмических и ветровых, которые воздействуют на здание.
Диафрагмы жесткости
Диафрагмы жесткости представляют собой вертикальные элементы несущей системы, выполняющие функции по восприятию горизонтальных нагрузок и передаче их фундаментам.
Диафрагмы жесткости воспринимают также непосредственно приложенные к ним вертикальные нагрузки от ригелей, плит перекрытий, лестниц, инженерного оборудования и др.
Диафрагмы жесткости выполняются из сборных железобетонных элементов, монолитных конструкций, образующих ядра жесткости, а также из решетчатых металлических конструкций.
Вертикальные диафрагмы жесткости проектируют на всю высоту здания, начиная от фундамента. Элементы диафрагм обычно имеют поэтажную разрезку.
Панели диафрагм жесткости в основном выполняются одноэтажными толщиной 140, 160 и 180 мм из бетона классов В15 и В25.
Арматура панелей состоит из нижней и верхней сеток. Панели с проемами дополнительно армируют по периметру проемов с учетом концентрации напряжений в угловых зонах.
Стены-диафрагмы монтируют из бетонных панелей высотой в этаж, имеющих одно- или двусторонние консольные полки в верхней зоне для опирания перекрытий (рис. 14).
Стены-диафрагмы устанавливают в пролетах между колоннами и рассчитывают на совместную с ними работу. В плане панели всегда устанавливают по координационным осям, а по вертикали – таким образом, чтобы швы панелей совпадали с отметкой верха перекрытий (рис. 15).
При шаге колонн до 6 м ширина панели диафрагмы соответствует расстоянию между колоннами в свету, при шаге колонн 7,2 и 9 м стены-диафрагмы выполняют составными из двух-, трех изделий, с координационными размерами по ширине 1,2; 3,0 и 5,6 м. Панели-диафрагмы изготавливают глухими или с одним дверным проемом с размерами, приведенными на рис. 15.
Контактные стыки панелей стен-диафрагм выполняют с помощью стальных сварных связей с колоннами со слоем цементно-песчаного раствора. Число сварных связей назначают в зависимости от высоты этажа, но не менее двух на этаж. После сварки вертикальные швы замоноличивают (рис. 16).
Панели диафрагм жесткости подбирают по геометрическим параметрам и соответствующими прочностным характеристикам от действующих усилий. В пролете между двумя колоннами должна быть установлена только одна панель с проемом; дверные проемы по высоте стремятся размещать друг над другом; вертикальные швы панелей не должны перебиваться; смежные по высоте панели должны прикрепляться горизонтальными дисками перекрытий в целях обеспечения поперечной устойчивости диафрагмы.
Шаг диафрагм устанавливается путем расчета и составляет не более 36 м по длине здания.
Рис. 14. Стены жесткости.
Рис.15. Стены жесткости.
Рис.16. Узлы стены жесткости.
6. Перекрытия.
Перекрытия (рис. 17) выполняются из железобетонных настилов многопустотного сечения высотой 220 мм и ребристых сантехнических панелей.
Предусмотрены несколько типов изделий панелей перекрытий :- рядовые распорки внутренние (по внутренним рядам колонн), распорки фасадные, фасадные лестничные и доборные (у стен жёсткости или стен лестничных клеток), распорки сантехнические из ребристых панелей с гладкой плитой по низу, укладываемых в местах пропуска инженерных коммуникаций, а также плит перекрытий лоджий и балконов.
Опирание панелей перекрытий на полки ригелей или стен жёсткости- шарнирное. Для создания целостного жёсткого горизонтального диска на боковых сторонах панелей перекрытий имеются шпоночные углубления, дающие возможность создать бетонные соединительные шпоночные вертикальные швы.
Рис.17. Взаимная компоновка сборных элементов панелей перекрытий:
Источник: dom-srub-banya.ru