Устойчивостью здания называют его способность противодействовать усилиям, стремящимся вывести здание из исходного состояния статического или динамического равновесия. Например, при действии ветра, равнодействующая сил должна находиться в пределах подошвы фундамента.
Пространственная жесткость несущего остова —это характеристика системы, отражающая ее способность сопротивляться деформациям или, что то же, способность сохранять геометрическую неизменяемость формы. В строительной механике сооружение называется геометрически изменяемым в пространстве, если оно теряет форму при действии нагрузки; например, шарнирный четырехугольник, к которому приложена небольшая горизонтальная сила; и, наоборот, шарнирный треугольник — геометрически неизменяемая система. Превращение четырехугольника в геометрически неизменяемую систему можно осуществить двумя способами: ввести один диагональный стержень или заменить узел шарнирного соединения стержней на жесткий, неизменяемый, способный воспринимать узловые моменты (так называемых рамный).
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ЖЕСТКОСТЬ ИЛИ ПОЧЕМУ РУШАТСЯ ДОМА
Систему (схему), полученную первым способом, называют связевой по наименованию диагонального стержня, именуемого связью. Вторую — рамной.
С помощью каждого из этих способов можно придать геометрическую неизменяемость любой, многопролетной системе, состоящей «из ряда стоек, шарнирно связанных с ригелями и с «землей». При этом достаточно придать геометрическую , неизменяемость только одному из пролетов, чтобы система стала геометрически неизменяемой.
Для доказательства в один из пролетов вводится диагональный стержень. Полученный геометрически неизменяемый четырехугольник можно считать «землей», рассматривая ее как неподвижную опору для шарнирно опертых на нее двух стержней узла, т. е. рассматривая полученное как вновь образованный треугольник — новую неизменяемую систему. Подобные рассуждения можно повторить, поочередно присоединяя каждый новый узел с двумя стержнями. Вывод: доказано, что в многопролетной системе достаточно установить связи в одном из пролетов, чтобы система стала геометрически неизменяемой. Если рассмотреть многоэтажную систему, то каждый нижележащий этаж со связями можно принять за «землю», а неизменяемость элементов следующего этажа достигается установкой связей в одном из пролетов.
Рассмотренные стержневые схемы моделируют (как это принято в строительной механике) или плоские каркасы, или проекции стен и перекрытий на плоскость чертежа. Соответственно приведенные доказательства относятся ко всем типам несущих остовов. Понятие же «геометрическая неизменяемость» тождественно понятию «пространственная жесткость», принятому в строительной практике. Соответственно связи именуют «связями жесткости». Этот термин получил различные толкования, которые необходимо оговорить.
Так, помимо диагонального стержня геометрическая неизменяемость систем обеспечивается и другими способами: введением диафрагмы жесткости, ядер жесткости и т. п. Например, если в шарнирный четырехугольник вставить без зазоров панель — диафрагму — так, что она будет способна воспринимать сдвиговые усилия и моменты в своей плоскости, т. е. «исполнять обязанности» жесткого диска, то ее роль равносильна роли диагонального стержня; диафрагму жесткости относят к варианту связей жесткости. Такой же эффект полу чается, если шарнирная система соединена с плоской стенкой пилоном и т.п.
Железобетонные конструкции | Часть 4: зачем нужны диафрагмы | Reinforced concrete structures: Part 4
Они в данном случае «исполняют обязанности» связей жесткости; или, что то же, диафрагм, стенок, ядер жесткости. Нетрудно видеть, что в данном случае термин «связи жесткости» носит обобщенный характер. Вместе с тем, когда говорят «связи», то в первую очередь имеют в виду стержневые или решетчатые.
Таким образом, существуют два способа обеспечения жесткости плоских систем — по рамной и по связевой схемам. Комбинируя ими при расположении элементов несущего остова в обоих направлениях здания, можно получить три варианта пространственных конструктивных схем здания: рамную, рамно-связевую, связевую.
В третьем направлении — горизонтальном — перекрытия обычно рассматриваются как жесткие диафрагмы. Все эти варианты встречаются при проектировании каркасного несущего остова.
Рамная схема представляет собой систему плоских рам (одно- и многопролетных; одно- и многоэтажных), расположенных в двух взаимно перпендикулярных (или под другим углом) направлениях — систему стоек и ригелей, соединенных жесткими узлами при их сопряжениях в любом из направлений. Рамно-связевая схема решается в виде системы плоских рам, шарнирно соединённых в другом направлении элементами междуэтажных перекрытий. Для обеспечения жесткости в этом направлении ставятся решетчатые связи или стенки (диафрагмы) жесткости. Плоские рамы удобнее устанавливать поперек здания.
Связевая схема решения каркаса здания наиболее проста в осуществлении. Решетчатые связи, или диафрагмы жесткости, вставляемые между колоннами, устанавливаются через 24 . 30 м, но не более 48 м и в продольном, и в поперечном направлениях; обычно эти места совпадают со стенами лестничных клеток. Рамная схема применяется сравнительно редко. Трудоемкость построечных работ по обеспечению жесткости узлов, повышенный расход стали и т. п. ограничивают их применение в сейсмических районах, зданиях, в которых на большом протяжении (48. 54 м) не допускается установка стен, перегородок и других преград и т. п.
Чаще, особенно в производственных зданиях, применяют рамно-связевую схему. Связевая схема оправдывает свое широкое применение большей простотой построечных работ, меньшими затратами труда и материалов и т. п.
При стеновом несущем остове и при различных системах остовов с неполным каркасом обычно применяют связевую схему; при этом наружные или внутренние стены выполняют функции диафрагмы или ядер жесткости, т. е. не требуется установка дополнительных стен.
Конструктивные меры, обеспечивающие стойкость и пространственную жесткость бескаркасных зданий
Здания и его элементы, подвергающиеся воздействию вертикальных и горизонтальных нагрузок, должны иметь:
— достаточную прочность – способность отдельных конструкций и всего здания воспринимать приложенные нагрузки;
— устойчивость – способность здания сопротивляться воздействию горизонтальных нагрузок;
— пространственную жесткость – способность отдельных элементов и всего здания в целом не деформироваться при действии приложенных сил.
С увеличением этажности здания возрастают различные нагрузки, действующие на него. С помощью специальных мер достигается необходимая устойчивость и пространственная жесткость здания.
В бескаркасных зданиях пространственная жесткостьобеспечивается устройством:
— внутренних поперечных стен и стен лестничных клеток, связанных продольными (наружными стенами);
— междуэтажных перекрытий, связывающих стены между собой и расчленяющих их на отдельные ярусы по высоте.
В каркасных зданиях пространственная жесткостьдостигается устройством:
— многоярусной рамы, образованной пространственным сочетанием колонн, ригелей и перекрытий и представляющей собой геометрически неизменяемую систему;
— стенок жесткости, устанавливаемых между колоннами (на каждом этаже);
— плит-распорок, уложенных в междуэтажных перекрытиях (между колоннами);
— стен лестничных клеток и лифтовых шахт, связанных с конструкциями каркаса;
— надежного сопряжения элементов каркаса в стыках и узлах.
Рис. 3.6. Конструктивные элементы, обеспечивающие пространственную жесткость зданий
а –_____________________________________________________;
б – _____________________________________________________;
1 -______________________________________________________;
2 – _____________________________________________________;
3 – _____________________________________________________;
4 – _____________________________________________________;
5 –______________________________________________________.
Домашнее задание: 1, § 3.2 стр. 21-23; рис.3.3, 3.4, 3.5 а,в,г ; конспект.
ТЕМА 4. ФУНДАМЕНТЫ И ОСНОВАНИЯ
Понятие об основаниях и грунтах, их характеристика.
Классификация фундаментов. Требования, предъявляемые к фундаментам
1. Понятие о природных и искусственных основаниях
2. Требования, предъявляемые к природным основаниям. Краткая характеристика грунтов (оснований)
3. Требования, предъявляемые к фундаментам, глубина их заложения
4. Классификация фундаментов по конструктивным схемам, материалу, характеру работы, глубине заложения
Понятие о природных и искусственных основаниях
Геологические породы, залегающие в верхних слоях земной коры и используемые в строительных целях, называют грунтами. Грунты – __________________________________
Основанием_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Основания бывают двух видов:
Естественные основания –____________________________________________________
Искусственные основания –___________________________________________________
Нагрузка, передаваемая фундаментом, вызывает в грунте основания напряженное состояние и деформирует его.
Рис. 4.1. Напряженная зона грунта основания под подошвой фундамента
в –______________________________________________________________________________________;
Р – ______________________________________________________________________________________.
Как видно из рисунка, глубина и ширина напряженной зоны значительно превышают ширину фундамента. По мере углубления ниже фундамента область распространения напряжений увеличивается до определенного значения, а их абсолютная величина снижается , и постепенно область распространения напряжений уменьшается. На глубине более 6в грунт практически не испытывает напряжений. Действующие нагрузки деформируют основания, вызывая осадку здания.
Источник infopedia.suПонятия о прочности и жесткости конструкции
Любая конструкция должна быть надежной в работе, экономичной, технологичной в изготовлении, удобной при транспортировке и монтаже и безопасной при эксплуатации.
Особенно это относится к конструкциям, работающим с огне- и взрывоопасными средами при повышенных температуре и давлении.
Одними из наиболее важных критериев оценки надежности конструкций и их элементов являются прочность и жесткость:
- Прочность — способность элементов конструкций сопротивляться действию внешних нагрузок не разрушаясь.
- Жесткость — способность элементов конструкций, под действием внешних нагрузок получать лишь незначительные деформации, лежащие в пределах допустимых значений.
Короткое видео о том что такое прочность и жесткость:
Таким образом, основной задачей сопротивления материалов является разработка методов расчета элементов различных конструкций на прочность, жесткость и иногда устойчивость при одновременном удовлетворении требований надежности и экономичности.
Уважаемые студенты!
На нашем сайте можно получить помощь по техническим и другим предметам:
✔ Решение задач и контрольных
✔ Выполнение учебных работ
✔ Помощь на экзаменах
Обеспечение жесткости зданий
Горизонтальные усилия вызываются прежде всего ветровыми нагрузками, состоящими из сил активного давления и отсоса. В разных странах разработаны также особые правила для восприятия горизонтальных усилий от землетрясений. Высокие здания при недостаточной жесткости конструкций могут испытывать значительные деформации от горизонтальных сил, вызывающие горизонтальные составляющие вертикальных нагрузок. Горизонтальные усилия могут быть созданы также давлением земли, трением опор мостовых несущих конструкций, натяжением ленты конвейеров или вибрацией машин.
Все сооружения должны обладать достаточной жесткостью против горизонтальных сил.
Горизонтальные элементы жестности
Рисунок 1. Ветер оказывает давление на наружные плоскости здания, такие, как фасады, наклонная кровля и т. д., которые передают горизонтальные силы на внутреннюю систему обеспечения жесткости сооружения. Она состоит из вертикальных и горизонтальных несущих элементов.
1. Если действующее на фасад давление ветра по каждой оси колонны непосредственно передается в грунт, то горизонтальная распределительная система излишня.
Рисунок 2. 2. Если горизонтальные усилия передаются в грунт только в некоторых опорных точках, то горизонтальные несущие элементы необходимы. Они могут быть образованы в стальном каркасе в виде горизонтально лежащих решетчатых или сплошно-стенчатых балок.
Рисунок 3. 3. Если конструкция перекрытия образует диск достаточной жесткости, то он воспринимает горизонтальные усилия для передачи их опорным точкам.
Размещение вертикальных элементов жесткости
Для отвода горизонтальных сил к основанию вертикальные несущие конструкции (ветровые диски) должны быть выполнены по крайней мере в двух непараллельных друг другу направлениях и по крайней мере в трех плоскостях, чтобы ветровые усилия могли быть восприняты от двух взаимно перпендикулярных направлений.
Рисунок 4 и 5. 4. В симметричных зданиях получаются симметрично расположенные ветровые диски, воспринимающие только ветровую нагрузку, которая направлена параллельно их плоскости.
5. В несимметрично расположенных ветровых дисках появляются дополнительные силы за счет возникающих от эксцентрицитета изгибающих моментов.
Типы вертикальных несущих систем
Рисунок 6. 6. Жесткость стержневой конструкции против горизонтальных сил может быть обеспечена следующим образом.
Рисунок 7. 7. Рамы состоят из стержней, которые в угловых точках жестко соединены друг с другом. В этом случае жесткие угловые соединения воспринимают все ветровые усилия. Некоторые угловые соединения могут быть выполнены шарнирно. Стержни рам могут быть прямыми или изогнутыми.
Рамные несущие системы могут иметь разнообразные формы.
Рисунок 8. 8. Вертикальные связи состоят из стержневых элементов, образующих треугольники. Оси идущих к одному узлу стержней должны пересекаться в одной точке Угловые соединения считаются шарнирными. Стержни связей в этом случае испытывают только сжатие или растяжение.
Рисунок 9. 9. Стеновые диски, большей частью железобетонные, передают ветровые нагрузки на опоры, воспринимая сдвигающие усилия и изгибающие моменты.
Источник stroim-domik.ru