В проектировании часто используют прямоугольные сечения колонн (пилоны), которые, по своим функциям в работе каркаса здания принципиально ни чем не отличаются (не считая увеличения жесткости в сторону вытянутого сечения) от квадратных колонн, однако, при моделировании возникает вопрос, как такие колонны (пилоны) лучше моделировать.
В разных рекомендациях к расчетным программам говориться о том, что моделировать такие колонны нужно в зависимости от соотношения сторон сечения; если меньшая сторона прямоугольной колонны меньше в 3 раза (или в 5 раз, в зависимости от рекомендаций в различных расчетных программах) большей стороны сечения, то моделировать нужно пластинчатыми элементами, в противном случае — стержневыми. В частности, в СП 52-103-2007, в пункте 5.7 говорится о соотношении сторон сечения и высоты колонны к большему размеру сечения — 1/4. При таких соотношениях, распределение напряжений в сечении перестает быть равномерным, как в стержневых элементах.
При выполнении общего, прикидочного, расчета каркаса для оценки общих параметров здания (предварительная расстановка диафрагм жесткости, проверка перемещения верха здания, осадки, крена и т.п.), принципиального отличия в моделировании нет. Если же предварительные расчеты выполнены и интересуют, например, усилия в плите перекрытия в зоне пилонов, то их лучше моделировать пластинами, а квадратные колонны — стержневыми элементами с «пауком» (стержнями повышенной жесткости в теле колонны) или абсолютно жестким телом (АЖТ); если же интересуют усилия в самой колонне (пилоне), то моделировать удобнее стержнями (но также с АЖТ).
Устройство монолитных колонн, пилонов
При моделировании колонны стержневыми элементами, в результате расчета, в стержне, выдаются усилия на всё сечение колонны (раздельно N, M, Q), без учета совместного влияния момента в плоскости пилона на значение сжимающей силы), а при пластинчатом моделировании усилия выводятся в каждом конечном элементе отдельно (растягивающее и сжимающее напряжение на торцах пилона отличаются из-за влияния момента в плоскости пилона, а также кручения) и пользоваться ими неудобно, так как приходится вручную собирать усилия по всем конечным элементам пилона, чтобы получить, например, вертикальную силу N или момент M, для последующей проверки сечения в другой программе. Стержневой элемент показывает общее (собранное) усилие, а пластинчатый — кусочно распределенные, поэтому, чтобы в пластинчатом элементе получить привычные усилия, нужно вручную их собрать по всем конечным элементам пилона (по ширине — в плоскости пилона и по высоте — из плоскости пилона), распределение напряжений по сечению для стержневых элементов (в упругой стадии работы элемента) принимается по формулам сопромата. В пластинчатом пилоне удобнее смотреть характер распределения напряжений по его ширине, с учетом смещений вышележащих пилонов, а также можно увидеть зону концентрации напряжений, при изменении сечения вышележащего пилона (и его смещении вдоль нижележащего, более длинного пилона). Стержневыми пилонами удобнее пользоваться при выполнении расчета продавливание плит по замкнутому контуру. С пластинчатых пилонов сложно корректно собрать моменты в двух плоскостях, но продавливание на торце пилона удобнее проверять при моделировании пилона пластинами, так как в этом расчете нужно знать момент из плоскости пилона возле зоны продавливания, а он берется не со всего пилона, а с той части, которая примыкает к зоне продавливания (возле торца пилона).
При моделировании пилонов пластинами, значение максимального момента и поперечной силы в плите (в зоне примыкания к пилону) рассчитывается не для одного узла, в котором стержень соединяется с плитой, а распределяется в соответствии с заданным сечением пилона и область верхнего армирования становится шире, по сравнению со стержневым заданием пилона. Соответственно и зона армирования (точка теоретического обрыва арматуры) смещается.
Поэтому моменты и поперечные силы в плите перекрытия могут заметно отличаться (по величине и конфигурации в плане) у прямоугольных пилонов смоделированных стержнями, по сравнению с пластинчатыми. Поэтому, при моделировании пилонов стержнями, нужно делать АЖТ в плитах перекрытий, учитывающих конфигурацию сечения пилона. Следует также отметить, что пластинчатые пилоны (в зависимости от своего расположения в расчетной схеме) могут собирать на себя немного больше вертикальной нагрузки, по сравнению со стержневыми без АЖТ (из-за включения в работу большей площади перекрытия). При подборе арматуры нужно помнить, что расчет арматуры в пластинах и стержнях, в программе, может отличаться (так как есть отличии в формулах СП для стен (плоскостных элементов) и колонн (стержневых элементов)), поэтому, перед расчетом, следует подробно изучить документацию: как, в данной программе, учитывается сжимающая сила в стержнях и пластинах, проверяются ли средние напряжения в сечении стержня и пластины, по каким формулам производится проверка на действие поперечных сил, крутящих моментов, как задается (и учитывается в расчете) расчетная длина для пластинчатого пилона, как учитывается коэффициент продольного изгиба (для колонн он обычно учитывается в двух плоскостях стержня, а в пластинах — в одной плоскости, из плоскости стены, поэтому, при моделировании высоких и относительно узких пилонов пластинами, этот коэффициент не будет учитываться при изгибе пилона в его плоскости), не во всех расчетных программах есть возможность учета продольного изгиба для пластин, без учета продольного изгиба арматуры в пилоне будет заметно меньше (необходимость учета продольного изгиба в плоскости и из плоскости пилона также определяется расчетом его гибкости, гибкость стен в их плоскости небольшая, поэтому влиянием продольного изгиба в плоскости стен пренебрегают), если нет такой информации или есть сомнения в правильности расчета, то лучше провести проверки отдельно в подпрограммах, или вручную, для обоих вариантов. Расчет на продавливание перекрытий опирающиеся на торцы стен отличается от аналогичного расчета перекрытий, лежащих на колоннах (отличие в длине учитываемого в расчете расчетного контура продавливания), поэтому, если пилон больше похож на стену чем на колонну, продавливание нужно считать по методике для стен, а не для колонн.
Наружные стены подвалов, соединенные с перпендикулярными к ним пилонами корректнее рассчитывать, при моделировании пилонов пластинами, так как пластинчатые элементы, соединенные друг с другом, более корректно передают усилия друг на друга и на плиты. Однако, в местах перехода пластинчатого пилона на стержневой (обычно в уровне плиты перекрытия над подвалом) возникает концентрация напряжений, в плите, возле стержня колонны (соединенного с пластинчатым пилоном внизу, под перекрытием), чтобы этого избежать, можно сделать АЖТ в данном стыке (в плите перекрытия), но лучше сделать два расчета, сначала смоделировать пилон на первом, втором этаже и в подвале пластинами, а потом стержнями (с АЖТ). В первом случае моделирование будет более корректным, так как в подвале пилон из пластин соединится с наружной стеной и плитой первого этажа, а дальше продлиться до второго и третьего, при этом будет отсутствовать концентрация напряжений в месте соединения стержня с пластинами, что даст корректную картину распределения напряжений. Однако, коэффициент продольного изгиба для пластин учитывается не во всех программах, поэтому, для контроля, можно задать пилоны стержнями и проконтролировать армирование.
Также стоит отметить, что моделирование пилонов пластинами занимает гораздо больше времени чем стержнями и результаты расчета зависят от размера конечных элементов, на которые разбивается пилон (особенно в верхней и нижней трети полона), поэтому при создании расчетной схемы на стадии «П» пилоны и колонны удобнее моделировать стержнями (с АЖТ), это позволяет быстро проанализировать усилия во всем здании и, при необходимости, быстро изменить сечения. Каркас сооружения при этом будет немного податливее чем при моделировании пилонов пластинами, но при нахождении общих перемещений и ускорений здания это упрощение будет в запас, поэтому допустимо. При моделировании пластинами нагрузка действует по разному на разные стороны пилона, если есть какие-то сосредоточенные или распределенные нагрузки с одной из сторон пилона, эта нагрузка будет больше нагружать одну из сторон пилона и будет проявляться эффект местного приложения нагрузки. В квадратных колоннах и пилонах с отношением сторон более 1/2 такой эффект практически отсутствует.
Про пилоны с промежуточными габаритами сечений написано в СП 63.13330.2018, в пункте 10.4.6. Там говорится о том, что армирование пилонов, занимающих по своим геометрическим характеристикам промежуточное положение между стенами и колоннами, производят как для колонн или как для стен в зависимости от соотношения длины и ширины поперечного сечения пилонов.
Тут нужно обратить внимание на то, что в этом пункте не сказано о расчете, а только об армировании, т. е. этот пункт является продолжением пунктов 10.4.2 и 10.4.3, в которых описываются общие требования к армированию колонн и стен. Тем не менее, в СП 63, для стен есть конкретные формулы, отличные от расчета колонн (как стержневых элементов), в частности, в пункте 8.1.57 приводятся формулы для расчета стен с учетом сил, действующих по боковым сторонам плоского выделенного элемента. Пример усилий на плоском (пластинчатом) элементе показаны на рисунке 8.16 СП 63. Этими формулами можно пользоваться только при моделировании пилона пластинами, поэтому, если пилон по своим геометрическим характеристикам относится к стенам, то его прочность логично рассчитывать по формулам для стен, а ими можно пользоваться, только при моделировании пилона пластинами.
Следует помнить что «стыки колонн с гладкой плитой (без капителей) или балкой являются условно жесткими», поэтому расчетную длину таких колонн следует определять в запас. При наличии капители у пилона его лучше моделировать пластинами, так как капители принято моделировать утолщенными пластинами с эксцентриситетами (вниз или вверх), а при моделировании пилона стержнем, в плите делают АЖТ, поэтому при наложении эксцентриситетов (капители) с АЖТ (которое делают для соединения стержня с пластинами капители) могут быть некорректные результаты при расчете усилий.
Помимо отличий в расчете и армировании есть еще и конструктивное отличие, о котором говорится в пункте 10.2.2 СП 63: «Размеры сечений внецентренно сжатых элементов для обеспечения их жесткости следует принимать такими, чтобы их гибкость в любом направлении не превышала: 200 — для железобетонных элементов (включая стены); 120 — для колонн, являющихся элементами зданий; 90 — для бетонных элементов». Т. е. если пилон относится к стенам, то его гибкость не должна превышать 200, а если к колоннам, то 120.
Следует помнить и о том, что в пилоне смоделированный пластинами горизонтальная арматура (хомуты) будет подбираться с расчетным сопротивлением продольной арматуры (вертикальной и горизонтальной), а не поперечной. Например, если в качестве хомутов будет использоваться арматура А500С, то при расчете хомутов по первому предельному состоянию расчетное сопротивление следует брать 300 МПа, а не 435 МПа, но в пластинах, для обои направлений программа примет одинаковое расчетное сопротивление, т. е. 435 МПа для арматуры А500С, таким образом, площадь горизонтальной арматуры в пластинах (хомутов) нужно умножать на коэффициент больше единицы, чтобы учесть уменьшение расчетного сопротивления для поперечной арматуры.
Пункт 7.1.8 СП 63.1330.2018 требует учитывать влияние продольного изгиба для железобетонных элементов с гибкостью более 14. Так для внутренних пилонов здания, при высоте этажа (в свету) 3 м и расчетной длине l0 = 3 х 0,85 = 2,55 м, максимальная длина сечения, при которой, по аналогии со стеной, можно не учитывать влияние продольного изгиба в плоскости пилона, будет l0 / i = 630 мм.
При стороне пилона больше 630 мм нужно учитывать коэффициент продольного изгиба в плоскости пилона. Указанное в пункте 5.1.8 СП 430 значение hэт / b > 3, где hэт — высота этажа в свету, а b — наибольший размер поперечного сечения пилона дает результат 300 / 63 = 4,76, что больше 3, т. е. колонна может стать стеной только при стороне сечения большей 300 / 3 = 100 см (и второй стороне сечения менее 100 / 4 = 25 см).
Таким образом, при указанной высоте и большей стороне сечения, находящейся в интервале 630 — 1000 мм колонна является пилоном, при расчете которого СП 63 допускает не учитывать коэффициент продольного изгиба в плоскости пилона, но при этом, в соответствии с СП 430, данный пилон не является стеной. О том, какое же тогда отличие между пилоном и стеной СП 430 умалчивает.
В СП 63 тоже не сказано, при каких соотношениях пилон считать стеной. В списке нормативных ссылок, в СП 63, на другие нормативные документы СП 430 отсутствует, поэтому разделение на стены, пилоны и колонны читателю придется делать самому, однако, в приложении «В», в пункте В21, авторы норм пишут следующее: «При построении конечно-элементной расчетной модели размеры и конфигурацию конечных элементов следует задавать, исходя из возможностей применяемых конкретных расчетных программ, и принимать такими, чтобы была обеспечена необходимая точность определения усилий по длине колонн и по площади плит перекрытий, фундаментов и стен«. Т. е. инженер должен сам выбрать наиболее оптимальную модель, с помощью которой будет определяться напряженно-деформированное состояние в элементе. Например, при отсутствии в программе возможности учета продольного изгиба из плоскости стены для пластинчатых (или оболочечных) конечных элементов — моделировать стены стержнями или собирать усилия с пластин вручную, и считать стену в другой программе, которая предоставляет возможность учесть все факторы, влияющие на подбор арматуры. Так как данная процедура отнимает много времени и ни каждый ей владеет большинство моделирует пилоны стержневыми конечными элементами с жесткими телами в плитах, или с пластинами повышенной жесткости в габаритах сечения пилона.
На простом примере можно наглядно убедиться, что распределение нормальных напряжений в сечении пилона, смоделированного пластинами и стержнем — отличается. При моделировании стержнем момент в заделке постоянный и не зависит от габаритов сечения пилона, зависит только от его высоты, а распределение нормальных напряжений в опорном сечении (при проверке прочности и подборе арматуры) принимается линейным или меняется, в зависимости от принятой диаграммы арматуры и бетона (при расчете сечения по нелинейной деформационной модели), а также величины момента.
Ниже приведены результаты расчета пилона высотой 3 м и толщиной 200 мм, нагруженного горизонтальной силой 3.33 тс, при моделировании пластинами и стержнем (при обычном, упругом, расчете). Длина сечения меняется от 400 мм до 27 метров. Отличие в напряжениях на торце пилона тем больше, чем меньше отношение длины сечения к высоте пилона. При отношении высоты пилона к длине сечения меньше 1 распределение нормальных напряжений в нормальных сечениях пилона перестает быть равномерным, почти на всей высоте пилона, гипотеза плоских сечений не выполняется также, почти на всей высоте пилона и при уменьшении этого отношения перестает работать вообще. При таких соотношения моделирование пилона (стены) стержнем приведет к большим неточностям расчета, которые могут привести к печальным последствиям.
Рис.1. Расчетная схема пилона с нагрузкой F = 3.33 тс
Рис.2. Распределение нормальных напряжений в опорной зоне пилона сечением 200х400 мм. Отличий между моделированием стержнем и пластинами, практически, нет
Рис.3. Усилия в средней части пилона из пластин аналогичны усилиям пилона смоделированного стержнем. На приопорном участке и участке возле приложенной силы усилия отличаются от стержневой модели
Рис.4. Распределение нормальных напряжений по высоте пилона шириной 400 мм
Рис.5. Распределение нормальных напряжений в опорной зоне пилона сечением 200х800 мм. В большей степени сказывается удлинение сечения, влияние высоты пилона еще не сильно влияет
Рис.6. Усилия в средней части пилона из пластин аналогичны усилиям пилона смоделированного стержнем. На приопорном участке и участке возле приложенной силы усилия отличаются от стержневой модели
Рис.7. Распределение нормальных напряжений по высоте пилона шириной 800 мм
Рис.8. Распределение нормальных напряжений в опорной зоне пилона сечением 200х1400 мм
Рис.9. Усилия в средней части пилона из пластин аналогичны усилиям пилона смоделированного стержнем. На приопорном участке и участке возле приложенной силы усилия отличаются от стержневой модели
Рис.10. Распределение нормальных напряжений по высоте пилона шириной 1400 мм
Рис.11. Распределение нормальных напряжений в опорной зоне пилона сечением 200х1900 мм
Рис.12. Распределение нормальных напряжений по высоте пилона шириной 1900 мм
Рис.13. Распределение нормальных напряжений в опорной зоне пилона сечением 200х3000 мм. Начинает сказываться отношение высоты пилона к длине сечения
Рис.14. Распределение нормальных напряжений по высоте пилона шириной 3000 мм. Из-за больших габаритов максимальные нормальные напряжения растяжения-сжатия в заделке в 1,5-4 раза меньше напряжений растяжения-сжатия в зоне приложения сосредоточенной силы
Рис.15. Распределение нормальных напряжений в опорной зоне пилона сечением 200х8700 мм
Рис.16. Распределение нормальных напряжений по высоте пилона шириной 8700 мм
Рис.17. Распределение нормальных напряжений в опорной зоне пилона сечением 200х27000 мм
Рис.18. Ни в одном сечении такого пилона не выполняется принцип Сен-Венана. Эффект местного приложения нагрузки распространяется на всю высоту пилона
Рис.19. Расчетная схема пилона шириной 1,4 м с нагрузкой F = 10 тс, приложенной с эксцентриситетом 0,7 м
Рис.20. Изолинии моментов по высоте пилона смоделированного пластинами. В левой половине пилона, в заделке, значение моментов больше, чем в правой
Рис.20. Эпюра моментов в заделке. Суммарная величина момента в левой половине, на ширине 700 мм от левого края, у пилона из пластин больше на 13,4%, чем у пилона смоделированного стержнем. При увеличении ширины пилона отличие моментов увеличивается, разница между моментом в зоне приложения силы и на оставшейся части пилона также увеличивается
Рис.21. Принцип распределение нормальных сил в пролетных сечениях балок и стен на двух опорах
Рис.22. Формулы определения главных напряжений в пластинах «а» и стержневых элементах «б». Нормальные напряжения Nx, Ny и касательное напряжение Txy определяются в каждой пластине и учитывают особенности приложения нагрузки, а напряжения сигма и тау определяются сразу для всего сечения стержня
Рис.23. Расчетная схема пилона шириной 1,4 м с вертикальной нагрузкой F = 200 тс, приложенной с эксцентриситетом 0,35 м
Рис.24. Величины перемещений верхнего края пилонов, смоделированных стержнем и пластинами. Участок пилона в зоне приложения нагрузки деформируется больше у пилона смоделированного пластинами, из-за местного приложения нагрузки. Стержень деформируется от равномерной сжимающей силы N. Сжимающие напряжения в зоне нагрузки выше
Об отличиях работы стен на горизонтальную нагрузку (ветровое воздействие или сейсмику) от стержневых элементов также писали многие авторы и в нашей стране, и за рубежом. В качестве примера можно процитировать, например, статью С. Б. Смирнова (БиЖ, 2001 г., №6) «Расчет прочности железобетонных стен и диафрагм методом однородных полей»: «Отличие работы стен от работы коротких и длинных консольных балок заключается в том, что горизонтальные сейсмические нагрузки Q передаются от дисков перекрытий на стены в виде касательных напряжений распределенных по верхней грани стены (диафрагмы).
Такие нагрузки создают большие зоны интенсивного сдвига (положительных и отрицательных главных напряжений), что требует дисперсного армирования… Диски перекрытий являются упругими плавающими заделками для стен и создают частичное защемление ячеек стены». При моделировании стержнем такие зоны и величины напряжений определить очень сложно, поэтому в зданиях, которые рассчитываются на сейсмическую нагрузку пилоны с отношением сторон сечения 1/4 — 1/6 и менее должны моделироваться пластинами, чтобы корректно определить главные и касательные напряжения.
В зданиях до 40 м, на которые ветровая нагрузка, практически, не оказывает влияния и вертикальные усилия в пилонах небольшие, можно, для упрощения анализа расчетной схемы, их моделировать стержнями. В любом случае габариты колонн (пилонов) нужно стараться назначать такими, чтобы для них можно было применять классические методики расчета стержневых элементов, так как полной, точной, всеобъемлющей (исчерпывающей) методики расчета стен смоделированных пластинами (или оболочками) на сегодняшний день нет, поэтому ответственность за расчет и проектирование таких элементов (например, коробчатых сечений монолитных ядер жесткости, ж/б диафрагм жесткости неправильного сечения и др.) лежит на конструкторе. Если сечение пилона, по каким-либо соображениям, нельзя изменить до соотношения менее 1/4, то расчет лучше делать для двух вариантов: 1) при моделировании пилона стержнем; 2) при моделировании пилона пластинами (оболочками). Армировать по худшему из результатов. Это займет больше времени, но поможет избежать ошибок, связанных с особенностями каждой из методик.
В конечном счете, решение о том, как моделировать пилоны принимает конструктор (или расчетчик), на сегодняшний день, строгих предписаний по данному вопросу, в нормах (обязательных для применения в России), нет. В качестве рекомендаций можно посоветовать делать 2 расчетные схемы, одну с пилонами смоделированными стержнями, а другую — пластинами.
При моделировании колонн стержнями, в местах примыкания стержней к плитам перекрытий, делать АЖТ, учитывающие конфигурацию колонны (пилона) и увеличивающие моменты, однако, расчетную длину можно (в запас) считать, как при шарнирном соединении с коэффициентом 1, для внутренних пилонов и 1.2 для наружных пилонов (по пункту 8.1.17 СП 63). Если отношение сторон сечения (большей стороны к меньшей) более 5, то данный пилон нужно относить к стенам и считать, как стену, смоделированную пластинами.
При этом рекомендуется пластины разбивать промежуточными узлами так, чтобы шаг разбиения по длине стены был не более толщины стены и имел не менее трех промежуточных узлов по длине сечения стены. По высоте шаг разбиения принимают таким, чтобы получались конечные элементы квадратного сечения после разбиения вдоль сечения стены. Т. е. длина и высота каждого конечного элемента были одинаковыми. В середине высоты пилона можно делать прямоугольные конечные элементы. Обязательным также является наличие промежуточного узла ровно в середине длины сечения.
Источник: xn--e1affkcfpbgkmc.xn--p1ai
Расчет и армирование жб пилона
Расчет и армирование жб пилона выполнен для 16-ти этажного монолитного дома.
В данном расчете выполнено сравнение вариантов расчета пилона: с симметричным и несимметричным армированием.
Конструктивная схема здания – каркасно-связевая с поперечными и продольными несущими монолитными ж.б. диафрагмами и колонами.
Строительные конструкции рассчитаны для следующих условий:
- Нормативная снеговая нагрузка (III)– 0,150 т/м2 (150 кг/м2)
- Нормативный скоростной напор ветра (I)– 0,23кПа (23 кг/м2)
Участок, отведенный для строительства 16-ти этажного монолитного дома, расположен в г.Москва.
Дом прямоугольный в плане с размерами в осях 42х17,5 м с комплексом встроенных жилых помещений (2-16 этажи) и нежилых (1, подвальный этаж и тех.этаж).
Монолитные железобетонные конструкции:
- Наружные несущие стены подвала, толщиной 200 мм. Стены лифтовых шахт толщиной 200 мм;
- несущие колонны, сечением 400х400 мм, 500х500мм;
- плиты перекрытия толщиной 200 мм;
- фундаментная плита, толщиной 1200 мм.
Все монолитные железобетонные конструкции (стены, колонны, фундаментные плиты, плиты перекрытия) выполнены из бетона класса В30, продольная рабочая арматура класса А500, поперечная А240.
Конструктивная схема здания
Общий вид здания
Общий вид здания (Перспектива)
Схема расположения несущих элементов каркаса (Типовой этаж)
Расчет и армирование жб пилона
Расчет пилона выполним в 2-х вариантах: с симметричным и несимметричным армированием.
Для расчета принимаем средний пилон по оси 6-Е. Пилон имеет размеры 300х1300
Источник: spacecad.ru
Размеры пилонов в монолитных домах
Наиболее плодотворным решением в строительстве бетонных зданий за последние 30-40 лет явилось монолитное домостроение. Цельномонолитные гражданские и промышленные здания позволили повысить архитектурное разнообразие и выразительность городской застройки (рис. 1). По сравнению с панельными зданиями монолитные характеризуются значительной экономией арматурной стали (до 25%) и цемента (до 15%), снижением трудоемкости до 10 – 15%, себестоимости сооружения до 15%. В монолитных бескаркасных зданиях основными несущими конструкциями служат вертикальные диафрагмы, образованные монолитными внутренними поперечными или продольными несущими стенами, и связывающие их монолитные междуэтажные перекрытия.
В зависимости от расположения диафрагм в плане различают диафрагмы в виде пилонов и стволов (рис.2).
Рис. 1. Виды диафрагм жесткости в монолитных зданиях.
А – пилоны; Б – стволы: 1 – сплошные; 2 – рамные.
Плоские диафрагмы (пилоны, рис. 1, А) представляют собой монолитные стены, расположенные в плане с определенным шагом. Высота пилонов соответствует высоте здания от подошвы фундамента до покрытия. Графически пилон представляется в виде консольной полосы, жестко защемленной в уровне подошвы фундамента. В этом случае конструктивная система монолитного бескаркасного здания с перекрестным расположением несущих стен.
Плоские диафрагмы, объединенные в одну пространственную конструкцию, образуют ствол здания. Конструктивно стволы могут быть сплошными и рамными (рис.1, Б). В плане здания ствол представляет собой ядро жесткости, в котором размещены вертикальные коммуникации. В зданиях с ядром жесткости стены расположены вокруг ядра и образуют оболочку здания. В этом случае конструктивная система монолитного бескаркасного здания называется ствольно – оболочковой.
В зданиях ствольно – оболочковой конструктивной системы стены, расположенные вокруг ствола, могут располагаться:
– на самостоятельных фундаментах;
– на одной, двух или нескольких консолях, жестко заделанных в стволе.
Таким образом, конструктивная система монолитных бескаркасных зданий зависит от расположения диафрагм жесткости в плане здания (рис. 3).
Рис. 3. Виды конструктивных систем бескаркасных монолитных зданий.
Стены монолитных многоэтажных зданий
Конструкция наружных и внутренних стен монолитного здания зависит от конструктивной системы и технологической системы его возведения. Железобетонные стены многоэтажных зданий возводят сплошными из керамзитобетона, двух – или трехслойными (рис. 4). Шаг несущих стен составляет 7,2 м и более.
Рис. 4. Конструкция стен монолитных многоэтажных зданий. А – однослойная конструкция стены; Б – многослойная конструкция стены; Б-1 – двухслойная стена; Б-2 – трехслойная стена; Б-3 – трехслойная стена с внешним слоем из кирпичной кладки; 1 – блоки из пенополистирола, бетонных пустотелых блоков или ДСП; 2 – специальные стальные стяжки; 3 – керамзитобетон; 4 – защитный наружный штукатурный слой; 5 – штукатурный слой или гипсокартон; 6 – защитная арматурная сетка; 7 – облицовочный слой из кирпичной кладки.
Однослойные стены.Однослойные конструкции стен получили наибольшее применение в строительстве многоэтажных зданий высотой 100 – 150 м (рис. 4, А). Достоинством таких стен связано с использованием легкого монолитного бетона на пористых заполнителях. Для несущих и ограждающих конструкций используется один вид бетона – керамзитобетон класса В15 с плотностью до 1600 кг/м 2 .
Толщина внешних стен из керамзитобетона составляет 400 – 500 мм или 350 – 400 мм при устройстве внешнего слоя утеплителя. Толщина внутренних стен 160 – 200 мм.
Многослойные стены.Многослойные стены применяют для зданий высотой 50 – 60 м (не выше 15 – 17 этажей). Многослойные стены имеют один или два слоя утеплителя толщиной 50 – 150 мм из блоков пенополистирола, доломита или ДСП. Для внешних стен толщину блоков утеплителя с наружной стороны принимают 150 мм, с внутренней – 50 мм.
Для внутренних стен толщину блоков утеплителя принимают по 50 мм с обеих сторон. Обычно блоки утеплителя используют в качестве оставляемой опалубки при возведении стен. Несущий слой стены выполнен из тяжелого бетона. Толщина несущего слоя железобетона во внешних и внутренних стенах составляет 150 – 200 мм (рис. 4, Б).
| | | следующая лекция ==> | |
| Серверы и рабочие станции | | | Примеры составления математических моделей задач линейного программирования |
Дата добавления: 2017-05-18 ; просмотров: 7440 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Без бетона и железобетона трудно представить себе архитектуру XX века. Этот материал способен воплотить в жизнь многообразии творческих фантазий архитекторов. Для воплощения оригинальных архитектурных идей необходимо обладать инженерно-конструкторским опытом.
Эту особенность современной архитектуры отмечал Александр Васильевич Кузнецов, создатель оригинальных железобетонных сооружений. Он писал: «Архитектор- художник с научным образованием. Зодчий не будет выразителем эпохи, если не воспользуется прогрессом современной ему техники во всей полноте. Архитектура – гармония науки и искусства».
В настоящее время монолитный железобетон в конструкциях жилых зданий массового строительства все больше вытесняет сборный метод домостроения.
Главная причина предпочтения строительства зданий из монолитного бетона с применением методов современных технологий возведения – это фактическая неограниченная свобода выбора конфигурации плана здания и его объемно-пространственного решения.
Такие дома заметно выделяются из окружающей застройки оригинальной пластикой и нестандартными решениями фасадных плоскостей, обогащены структурой балконов и лоджий (рис. 3.10).
Часто комбинируют различные строительные системы, возводя не только чисто монолитные дома, но и монолитно-панельные, монолитно-кирпичные.
Широко распространен метод строительства зданий в сборно-монолитных конструкциях: – с монолитными несущими внутренними стенами, перекрытиями и сборными трехслойными навесными панелями наружных стен.
Разработаны типовые серии 14-17-этажных зданий с шагом несущих внутренних железобетонных монолитных стен 3,6 – 7,2 м.
Конструктивные решения монолитных зданий
Монолитные здания выполняют в различных вариантах конструктивных систем в зависимости от решений основных несущих конструкций:
стеновая система с малым шагом несущих внутренних стен (вариант 1);
стеновая система с широким шагом несущих внутренних стен (вариант 2):
каркасная безригельная система;
конструктивная безригельная система с несущими пилонами;
конструктивная ригельная система с несущими пилонами;
каркасная система с плоским перекрытием коробчатого типа.
Стеновая система с малым (широким) шагом несущих стен (варианты 1 и 2).
При этих конструктивных схемах несущими конструкциями являются поперечные сплошные стены из монолитного бетона, расположенные с малым (3,0 -3,6 м) или с широким шагом (до 9,0 м) (рис. 3.11).
Расположение стен с малым шагом усложняет свободу планировки, особенно в случаях перепланировки квартир.
Несущие внутренние стены – это бетонные пластины, работающие на внецент- ренное сжатие. Их армируют двумя сетками, соединенными между собой специальными арматурными шпильками. Возможен вариант армирования вертикальными каркасами, к которым крепят арматурные сетки (рис. 3.12).
Монолитный 24-этажный дом с индивидуальной планировкой
Сочетание прямоугольных форм с полукругами и острыми углами
Узлы 1-4 внутренних стен
Стеновая система с широким шагом несущих стен приведены(Вариант 2)на рис. 3.12
Нумерация узлов 1-4 приведена на рис. 3.11
Условные обозначения арматурных изделий:
СВ – сетка арматурная внутренней стены
КГ – каркас гнутый
КР – каркас расчётный перемычечный
ОС – отдельные стержни
По краям стен и проемов устанавливают вертикальные каркасы или гнутые стержни, приваренные к вертикальным сеткам. Гнутые стержни располагают и в местах пересечений стен. При процессе возведения стен соблюдают непрерывность армирования.
В наружные стенки приставных лоджий прокладывают теплоизоляционные вкладыши.
Монолитные перекрытия в конструктивной стеновой системе работают как неразрезные балочные системы или как плиты, защемленные по трем или четырем сторонам (рис. 3.13). Армирование плит перекрытий производят арматурными (сварными или вязанными) сетками. Сетки укладывают в нижнем сечении плиты, а в местах опи- рания на вертикальные стены – в верхнем сечении.
В местах опирания плит на наружные стены прокладывают теплоизоляционные пакеты. Теплоизоляцию плиты перекрытия соблюдают при устройстве лоджий и балконов. В конструкциях монолитных зданий допускается устройство перекрытий из сборных панелей (Рис. 3.14).
Каркасная конструктивная система монолитапредставляет свободу в планировке жилых помещений, а также возможность устройства нежилых объемов (магазины, кафе, рестораны) в нижних этажах зданий (Рис.3.15).
Также как и в стеновой системе соблюдают принцип непрерывного армирования при возведении несущих конструкций. Колонны армируют вертикальными стержнями с замкнутыми хомутами или вертикальными каркасами. Монолитные перекрытия армируют меж колоннами сетками и под колоннами, рассчитанными на усилия от продавли- вания. Вариантами каркасной системы служат конструктивные системы с плоскими пилонами (плоские колонны) (рис.3.16 и 3.17). Они могут быть решены как с устройством ригелей в плоскости перекрытия, так и без них. Так же, как и каркасные системы, они обладают свободой планировочных решений, но имеют и некоторые недостатки по сравнению с каркасной системой:
колонны заменены плоскими участками стен, более развитыми по сравнению
с сечением колонн;
при ригельной системе появляются балки в интерьере помещений.
Следует отметить, что с точки зрения конструктивного решения ригельная система имеет преимущества перед безбалочной в связи с упрощением армирования перекрытий, не требующих усиления его надколонной части.
Габариты пилонов колеблются 200-250×1200-1500 мм. Армирование пилонов назначают по расчету.
Каркасная система с плоским перекрытием коробчатого типа (рис. 3.18) применяют при большом шаге расстановки колонн – 7,2×7,2 м или 9,0×9,0 м.
Плоская плита перекрытия высотой в 400 мм представляет собой систему перекрестных балок (ребер) с уложенными между ними вкладышами из теплоизоляционных материалов (пенополистирол, минераловатные плиты и пр.). Верхняя (толщиной 60 мм) и нижняя (толщиной 50 мм) плоскости плиты связаны между собой ребрами. Верхняя и нижняя плоскость плиты армируется конструктивными сетками, а ребра – сварными или вязаными каркасами. По осям колонн располагают основные балки шириной порядка 400 мм и армируют рабочей арматурой. Второстепенные (дополнительные) балки, идущие с шагом 600 мм, имеют ширину 120-150 мм, их армирование конструктивное.
Каркасная система с плоским коробчатым перекрытием имеет большую несущую способность, хорошие звукоизоляционные свойства и достаточно проста в изготовлении.
Стеновая система с широким шагом несущих стен Вариант II
Расчет и армирование жб пилона выполнен для 16-ти этажного монолитного дома.
В данном расчете выполнено сравнение вариантов расчета пилона: с симметричным и несимметричным армированием.
Конструктивная схема здания – каркасно-связевая с поперечными и продольными несущими монолитными ж.б. диафрагмами и колонами.
Строительные конструкции рассчитаны для следующих условий:
- Нормативная снеговая нагрузка (III)– 0,150 т/м2 (150 кг/м2)
- Нормативный скоростной напор ветра (I)– 0,23кПа (23 кг/м2)
Участок, отведенный для строительства 16-ти этажного монолитного дома, расположен в г.Москва.
Дом прямоугольный в плане с размерами в осях 42х17,5 м с комплексом встроенных жилых помещений (2-16 этажи) и нежилых (1, подвальный этаж и тех.этаж).
Монолитные железобетонные конструкции:
- Наружные несущие стены подвала, толщиной 200 мм. Стены лифтовых шахт толщиной 200 мм;
- несущие колонны, сечением 400х400 мм, 500х500мм;
- плиты перекрытия толщиной 200 мм;
- фундаментная плита, толщиной 1200 мм.
Все монолитные железобетонные конструкции (стены, колонны, фундаментные плиты, плиты перекрытия) выполнены из бетона класса В30, продольная рабочая арматура класса А500, поперечная А240.
Конструктивная схема здания
Общий вид здания
Общий вид здания (Перспектива)
Схема расположения несущих элементов каркаса (Типовой этаж)
Расчет и армирование жб пилона
Расчет пилона выполним в 2-х вариантах: с симметричным и несимметричным армированием.
Для расчета принимаем средний пилон по оси 6-Е. Пилон имеет размеры 300х1300
Источник: topsamoe.ru