Выявление действительной расчетной схемы обследуемого элемента, фактических нагрузок и воздействий

Проектирование зданий и сооружений ведется по конструктивным схемам, обеспечивающим необходимую прочность, устойчивость и их пространственную неизменность в целом, а также отдельных конструкций на всех стадиях возведения и эксплуатации с учетом минимальных материальных и трудовых затрат, технологичности возведения и удобства эксплуатации.

В старых зданиях в результате неоднократной смены владельцев, проектная документация бывает утеряна. Кроме того, в процессе длительной эксплуатации, проведения ремонтов и реконструкции расчетные схемы отдельных элементов и частей здания могут быть изменены, что приводит к необходимости выявления действительной расчетной схемы обследуемого конструктивного элемента.

Эта сложная и ответственная инженерная задача, требующая от исполнителя глубоких знаний работы конструкции, большого практического опыта.

Неправильно принятая расчетная схема является причиной недостоверной оценки несущей способности конструкции и может привести к ошибочным результатам.

Рассмотрим некоторые конкретные, наиболее часто встречающиеся случаи.

Междуэтажные перекрытия являются наиболее материалоемкими частями зданий, на их долю приходится около 70% общего расхода материалов, они непосредственно воспринимают полезную нагрузку от людей и оборудования и в первую очередь подлежат обследованию.

Деревянные перекрытия устраивались в кирпичных зданиях, построенных до середины XX в. Наиболее часто применялась конструктивная схема кирпичных зданий с несущими наружными и внутренней продольной стеной (рис. 2.1а) или рядом кирпичных столбов (рис. 2.16).

В этом случае деревянные или стальные балки опирались на продольные наружные и внутренние стены.

Реже встречалась схема с несущими поперечными стенами (рис. 2.2).

В этом случае балки опирались на поперечные наружные и внутренние стены.

ширина грузовой полосы балки

Конструктивные схемы кирпичных зданий с продольными несущими

Рис. 2.1. Конструктивные схемы кирпичных зданий с продольными несущими

стенами

Конструктивная схема зданий с поперечными несущими стенами

Рис. 2.2. Конструктивная схема зданий с поперечными несущими стенами

В обоих случаях деревянные и стальные балки опираются на кирпичные стены, их расчетная схема соответствует схеме статически определимой свободно опертой балки с равномерно распределенной нагрузкой (рис. 2.3).

Буквой <^» обозначается постоянная погонная нагрузка, т.е. нагрузка от собственного веса перекрытия, буквой «V» — временная погонная нагрузка, принимаемая по нормам в соответствии с назначением помещений, умноженная на ширину грузовой полосы. Ширина грузовой полосы, с которой собирается нагрузка на балку, равна шагу балок. Расчетный пролет 10 принимается равным расстоянию между внутренними гранями стен плюс 20 см, так как глубина заделки деревянной балки в стену составляет 200 мм, а опорная реакция, считается, действует по середине площадки опирания (рис. 2.4).

Железобетонные перекрытия по конструктивной схеме могут быть разделены на две основные группы: балочные и безбалочные. Балочные перекрытия состоят из балок, расположенных в одном или двух направлениях, и плит, опирающихся на них. В безбалочных перекрытиях плита опирается непосредственно на колонны, которые могут иметь специальные расширения, называемые капителями. Перекрытия могут быть сборными, монолитными и сборно-монолитными.

В балочных сборных перекрытиях применяются три основных типа плит: многопустотные, ребристые и сплошные плоские. При массовом строительстве многопустотные плиты, применяемые для гражданских зданий, выпускались номинальной

д + V

длиной 3; 3,6; 4,2; 5,4; 6 и 6,6 м, шириной от 500 до 3000 мм и высотой сечения 220 мм. Наиболее распространенные ребристые плиты имеют длину 6 и 9 м при ширине 0,75; 1,5; 3 м, толщину полки 50 мм, высоту ребер 250 — 450 мм, кратную 50 мм. Ребристые плиты, из-за большой высоты сечения, могут воспринимать большие нагрузки, чем пустотные, и применяются для промышленных зданий. Наименее экономичны сплошные плиты толщиной 160 мм.

Сборные плиты свободно опираются на ригели или стены здания и имеют расчетную схему свободно опертой однопролетной балки. Даже если плита заходит внутрь кирпичной кладки, счи-

50

Опирание деревянной балки на кирпичную стену

Рис. 2.4. Опирание деревянной балки на кирпичную стену

тать это жесткой заделкой нельзя. Сборная плита не может воспринимать отрицательный момент, так как рабочая продольная арматура расположена только у нижней грани бетона.

Погонная нагрузка (# + у) для сборных плит равна произведению нагрузки на 1 квадратный метр и номинальной ширины плиты.

Расчетный пролет плиты принимают равным расстоянию между осями ее опор (рис. 2.5). Длина площадки опирания железобетонных плит принимается 80—100 мм. Таким образом, расчетный пролет плиты /() можно принимать на 10 см меньше длины плиты.

Расчетный пролет плиты

Рис. 2.5. Расчетный пролет плиты

Ригель балочного сборного перекрытия здания с полным каркасом представляет собой элемент рамной конструкции (рис. 2.6), опорные моменты в котором определяются по формуле:

М = (а-# + ру)/02,

где а, (3 — табличные коэффициенты, зависящие от схемы загруже-ния постоянной и временной нагрузками и от отношения суммы погонных жесткостей стоек, примыкающих к узлу, к погонной жесткости ригеля; g и V — постоянная и временная нагрузки на 1 м ригеля; /0 — расчетный пролет ригеля, равный расстоянию между осями колонн.

Для определения максимальных изгибающих моментов в ригеле рассматриваются различные комбинации его загружения постоянной и временной нагрузкой.

Расчетная схема балочного сборного перекрытия

Рис. 2.6. Расчетная схема балочного сборного перекрытия

с полным каркасом

В зданиях с неполным каркасом (свободное опирание концов ригеля на стены) при пролетах, отличающихся не более чем на 20%, и небольшой временной нагрузке, сопротивлением колонн повороту опорных сечений можно пренебречь и рассматривать ригель как неразрезную балку (рис. 2.7).

В многоэтажных жилых и общественных зданиях из сборных железобетонных конструкций наибольшее распространение получила связевая система. Вертикальная нагрузка в такой системе воспринимается колоннами и частично диафрагмами. Стык ригеля с колонной решается таким образом, чтобы он мог воспринимать заранее заданный небольшой опорный момент (55 кН м), необходимый для обеспечения пространственной жесткости здания в период его монтажа. Расчетная схема ригеля принимается такой же, как на рис. 2.3, т.е. однопролетная свободно опертая балка, ширина грузовой площадки которой равна шагу ригелей (расстоянию между ригелями).

Форма поперечного сечения ригелей — прямоугольная и тавровая с полками внизу или вверху. Ригели с пролетом до 6 м обычно выполняются без предварительного напряжения, при пролетах более 6м — предварительно напряженными.

Представление ригеля в виде неразрезной балки

Рис. 2.7. Представление ригеля в виде неразрезной балки

Монолитные балочные (ребристые)перекрытия состоят из плит, главных и второстепенных балок (рис. 2.8).

Монолитные плиты в зависимости от отношения сторон опорного контура могут быть: а) при отношении сторон /2//, > 2 — балочными, работающими на изгиб в направлении меньшей стороны, при этом изгибающим моментом в направлении большей стороны ввиду его малости пренебрегают; б) при отношении сторон /2//, < 2 — опертыми по контуру (рис. 2.9а), работающими на изгиб в двух направлениях, с перекрестной рабочей арматурой.

А-А

Монолитное балочное ребристое перекрытие

Рис. 2.8. Монолитное балочное ребристое перекрытие

На рис. 2.96 показано монолитное ребристое перекрытие с соотношением сторон плит более двух, т.е. с балочными плитами, работающими по короткому направлению. Расчетный пролет плиты принимают равным расстоянию в свету между второстепенными балками /0.

Разновидности монолитных плит в зависимости от соотношения

Рис. 2.9. Разновидности монолитных плит в зависимости от соотношения

сторон опертого контура

Плита и второстепенные балки по своей расчетной схеме являются многопролетными неразрезными конструкциями. Изгибающие моменты в неразрезных балочных плитах и второстепенных балках с равными или отличающимися не более чем на 20% пролетами определяют с учетом перераспределения моментов и при этом создают равномоментную систему. В многопролетной балке (рис. 2.10) при равномерно распределенной нагрузке на средних опорах и пролетах опорные моменты Моп и пролетные моменты Мпр равны между собой.

В расчетном отношении главная балка монолитного ребристого перекрытия рассматривается как неразрезная, нагруженная сосредоточенными силами в местах соединения с второстепен-

Эпюры моментов и усилий в многопролетной балке при равномерно распределенной нагрузке

Рис. 2.10. Эпюры моментов и усилий в многопролетной балке при равномерно распределенной нагрузке

ными балками. Кроме того, учитывается собственная масса главной балки, которую разрешается приводить к сосредоточенным грузам (рис. 2.11).

Изгибающие моменты и поперечные силы, действующие в сечениях балки при сосредоточенной нагрузке, определяют по формулам:

М = (аС±р-К)/ 0 = (уС±ЬУ)1,

где (7 и V— соответственно постоянная и временная сосредоточенные нагрузки; /— расчетный пролет главной балки, равный расстоянию между колоннами; а, (3, у, 8 — табличные коэффициенты из справочной литературы.

Т—Т—

Эпюра моментов главной балки монолитного ребристого перекрытия

Рис. 2.11. Эпюра моментов главной балки монолитного ребристого перекрытия

При расчете главной балки рассматривается несколько вариантов загружения и учитывается перераспределение моментов вследствие развития пластических деформаций.

В перекрытиях с плитами, опертыми по контуру, опорой для плит служат балки, которые располагают по связям колонн в двух направлениях и назначают одинаковой высоты. Сетка колонн обычно квадратная с шагом 4—6 м, но допускается и прямоугольная с соотношением /,//2 = / < 1,5 ; практически принимают отношение /,//2 = /н-1,5 .

Перекрытия без промежуточных опор и с малыми размерами (до 2 м) называют кесонными или часторебристыми. Балки в таких перекрытиях можно располагать параллельно его сторонам или под углом 45°. Толщина плиты в зависимости от ее размеров в плане и величины нагрузок может составлять 6—14 см (но не менее 1/45 1р при свободном опирании), а в кесонных перекрытиях 3—5 см.

Точный расчет плит, опертых по контуру, представляет собой весьма сложную задачу теории упругости. На практике обычно для определения изгибающих моментов пользуются готовыми таблицами, вычисленными из условий упругой работы конструкций, или по методу предельного равновесия. Изгибающие моменты определяют из условия равенства работ внешних сил и внутренних усилий по формуле

??/|2(3/2-/|)

=(2 л/, + м, + м42+ам2 + м5 + м6 >/,, где д — внешняя равномерно распределенная нагрузка на плиту; /2, /, — пролеты плиты; Л/,, Л/2, Д/3, Л/4, Л/5, Д/6 — изгибающие пролетные и опорные моменты как показано на рис. 2.12.

В практических расчетах определение моментов упрощается. Так, для средней панели квадратной плиты {1Х= 12 = I), окаймленной по периметру балками, задавшись М{ = М2 = Мъ = М4 =

мг

0-І

Рис. 2.12. Эпюра моментов плиты, опертой по контуру

= М5 = М6 и приняв обрыв одной из нижних сеток на расстоянии '/4 от балок, получают для опорных и пролетных моментов:

Для свободно опертой квадратной плиты все опорные моменты равны нулю, а пролетные М, = М2 = М, тогда при обрыве одной нижней сетки на '/4 от опоры:

Плиты, опертые по контуру, передают нагрузки на балки в соответствии с грузовыми площадями (рис. 2.13).

Балки рассчитывают как обычные неразрезные с учетом перераспределения усилий.

Наряду с выявлением действительной расчетной схемы обследуемого конструктивного элемента не менее важной задачей является определение фактической нагрузки, действующей на него.

В зависимости от продолжительности действия нагрузки делят на постоянные и временные. Временные нагрузки в свою очередь подразделяют на длительные, кратковременные, особые.

Постоянными являются нагрузки от веса несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений, массы и давления грунтов, воздействия предварительного натяжения железобетонных конструкций.

К временным длительным нагрузкам относятся: вес стационарного оборудования; вес жидкостей и твердых тел, заполняющих оборудование; вес складируемых материалов и стеллажей в складах, холодильниках, книгохранилищах, библиотеках и подсобных помещениях.

В тех случаях, когда требуется учитывать влияние длительности действия нагрузок на деформации и образование трещин, к длительным нагрузкам относят часть кратковременной. Это снеговые нагрузки с пониженным нормативным значением, определяемым умножением полного нормативного значения на коэффициент 0,3 — для III снегового района, 0,5 — для IV района, 0,6 — для районов V и VI; нагрузки от людей, оборудования на перекрытия жилых и общественных зданий, от кранов про-

Передача нагрузки от плит, опертых по контуру на балки

Рис. 2.13. Передача нагрузки от плит, опертых по контуру на балки

мышленных зданий с пониженными нормативными значениями. Эти нагрузки отнесены к длительным вследствие того, что могут действовать в течение времени, достаточного, чтобы проявились деформации ползучести, увеличивающие прогиб и ширину раскрытия трещин.

К кратковременным нагрузкам относят: нагрузку от веса людей, оборудования на перекрытиях жилых и общественных зданий; нагрузку от кранов; снеговые и ветровые нагрузки, а также нагрузки, возникающие при монтаже и ремонте конструкций.

Особые нагрузки возникают при сейсмических, взрывных или аварийных воздействиях.

Постоянную фактическую нагрузку от собственного веса обследуемой конструкции определяют путем ее вскрытия, которое дает возможность определить материалы и толщины слоев составляющих конструкцию. Нормативное значение нагрузки на один квадратный метр от слоя материала находится умножением его толщины на плотность материала, определяемую лабораторными испытаниями отобранных образцов или взятую из справочной литературы. Временную нормативную нагрузку на перекрытия жилых и общественных зданий принимают в зависимости от функционального назначения помещения.

При определении несущей способности элементов, т.е. при расчете по первой группе предельных состояний, пользуются расчетными значениями нагрузки, равными:

Я = Я» - У/,

где — нормативная нагрузка; у — коэффициент надежности по нагрузке, который принимают: для постоянных нагрузок уу=

1,1 —1,3; для временных нагрузок уу = 1,2—1,6, при расчете на устойчивость положения (опрокидывание, скольжение, всплытие), когда уменьшение веса конструкции ухудшает условия ее работы, принимают у^< 1. Расчет по второй группе предельных состояний производят при Уу= 1.

Сбор нагрузки на 1 м2 перекрытия удобнее всего производить в табличной форме. Например, для перекрытия жилого здания, состоящего из монолитной железобетонной плиты толщиной 160 мм, цементно-песчаной стяжки — 30 мм и керамической плитки — 13 мм, сбор нагрузки будет выглядеть, как представлено в таблице 2.1.

ПРИМЕР СБОРА НАГРУЗКИ НА ПЕРЕКРЫТИЕ (кН/м2)

Нормативное

Расчетное

п/п

Вид нагрузки

значение

нагрузки

У,

значение

нагрузки

Постоянная

1

Ж.б. плита 6 = 160 мм.

дл = р • 8 = 25 • 0,16 = 4 кН/м2 р = 25 кН/м3 - плотность

железобетона

4,0

1,1

4,4

2

Цементно-песчаная стяжка

6 = 30 мм; р = 20 кН/м3

дп = р • 5 = 20-0,03 = 0,6 кН/м2

0,6

1,3

0,78

3

Керамическая плитка

6=13 мм; р = 18 кН/м3

дп = р • 6 = 18 • 0,013 = 0,234 кН/м2

0,234

1,1

0,257

Итого

4,834

5,437

Временная

4

Полная

1,5

1,3

1,95

в том числе:

длительная

0,3

1,3

0,39

кратковременная

1,2

1,3

1,56

Полная нагрузка

6,334

7,387

При расчете балок, ригелей, а также колонн и фундаментов, воспринимающих нагрузки от одного и более перекрытий, полные нормативные значения временных нагрузок можно снижать в зависимости от грузовой площади рассчитываемого элемента.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >