Стыки балок и колонн. Рекомендации по расчету каркасов многоэтажных зданий

Стыки балок и колонн. Рекомендации по расчету каркасов многоэтажных зданий

Стыки и детали колонн

Стыки колонн бывают заводские и монтажные. Заводские стыки устраиваются из-за ограниченности длины прокатных профилей (смотрите раздел ). Монтажные стыки устраиваются из-за ограниченных транспортных возможностей (9 — 13 м при перевозке на одной платформе и 19 — 27 мм при перевозке на сцепе).

Заводские стыки элементов обычно располагают вразбежку, не концентрируя их в одном месте, поскольку соединение отдельных элементов можно произвести до общей сборки стержня. Примеры сварных заводских стыков отдельных элементов колонн показаны на фигуре.

Заводские сварные стыки: а — поясов сварного двутавра; б — двутавровых ветвей
сплошной колонны; в — ветви сквозной колонны на планках.

Основным условием образования прочного стыка является обеспечение передачи усилия с одного элемента на другой. При сварке встык это обеспечивается соответствующей длиной сварных швов (смотрите раздел ), а при стыковании накладками, кроме необходимой длины сварных швов, также и соответствующей площадью сечения накладок, которая должна быть не меньше площади сечения основных стыкуемых элементов.

Простейшим и потому наиболее рекомендуемым является прямой стык со сваркой встык. Осуществление такого стыка возможно во всех случаях, поскольку во внецентренно сжатых колоннах всегда можно найти сечение с пониженными растягивающими напряжениями.

Монтажные стыки колонн располагают в местах, удобных для монтажа конструкций. Для колонн переменного сечения таким местом является уступ на уровне опирания подкрановых балок, где меняется сечение колонны.

На фигуре показаны типы стыков верхней и нижней частей одностенчатой сплошной колонны: заводского и монтажного.

Прикрепление надкрановой частя колонны к сквозной подкрановой.

На фигуре показано прикрепление верхней части колонны к нижней сквозной при помощи двухстенчатой и одностенчатой траверсы.

Длина швов (l ш на фигуре выше), необходимая для прикрепления внутреннего пояса верхней части колонны, определяется из того условия, чтобы действующие в верхней части колонны в месте прикрепления ее к нижней части момент М и продольная сила N воспринимались сварными швами, прикрепляющими пояса верхней части колонны; при этом швы, прикрепляющие стенку, обычно не учитываются.

Усилие в поясе, равное

передается через четыре шва, присоединяющих деталь 1 к стенке нижней части колонны. Деталь 1 имеет прорезь, которая позволяет насадить ее на стенку нижней части колонны (прорезь делают на 2 — 3 мм больше толщины листа).

В случае монтажного стыка эту деталь делают отдельно от поясного листа, приваривая ее к нижней части колонны.

В колоннах с нижней решетчатой частью верхняя часть прикрепляется при помощи детали, называемой траверсой. Траверса работает на изгиб как балка на двух опорах и должна быть проверена на прочность; эпюра моментов в траверсе показана на фигуре. Прикрепление траверсы к ветвям колонны осуществляется сплошными швами и рассчитывается на опорную реакцию траверсы. Для обеспечения общей жесткости узла сопряжения верхней и нижней частей колонны ставятся горизонтальные диафрагмы или .

Монтажный стык колонн сплошного сечения, передающий преимущественно сжимающие усилия, может быть осуществлен с помощью фрезерованных торцов. Такой тип стыка применен на московских высотных зданиях.

В случае передачи колонной также и момента возможен показанный на фигуре б сварной стык, не требующий фрезеровки торцов. Устройство здесь прямого сварного стыка возможно при условии обеспечения равнопрочности сварного и основного металла.

Обычно предполагается, что в колоннах, работающих преимущественно на сжатие, все же возможно появление растяжения на любом крае сечения. Поэтому в стыках требуется обеспечить восприятие условной растягивающей силы, которая обычно принимается равной 15% от расчетной нормальной сжимающей силы (конечно, если нет реальных сил растяжения, превышающих эту величину).

Опирание подкрановых балок на колонны постоянного сечения (в легких цехах) осуществляется путем устройства консоли из сварного двутавра (из листов) или из двух швеллеров.

Консоль рассчитывается на момент от давления двух сближенных кранов, расположенных на подкрановых балках: М = Ре, где е — расстояние от оси подкрановой балки до ветви колонны.

Швы, прикрепляющие одностенчатую консоль, рассчитываются на действие момента М и перерезывающей силы Р.

Швы, прикрепляющие консоль, состоящую из двух швеллеров, обнимающих колонну, рассчитываются на реакцию S, найденную как в одноконсольной балке:

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

Для упрощения процесса монтажа колонны должны доставляться на строительную площадку возможно большей длины. Место, в котором отдельные участки колонн соединяются друг с другом, называется монтажным стыком, а отправляемые с завода участки называются отправочными марками. Длины отправочных марок ограничены транспортными возможностями и не превышают в общем случае 20-22 м. Отрезки колонн, определяемые длиной прокатных элементов, имеют в большинстве случаев длину до 15 м; при больших длинах металлургические заводы начисляют наценку. Размеры отправочных марок очень мощных колонн часто ограничиваются грузоподъемностью используемых транспортных и монтажных механизмов.

Часто возникает необходимость устройства стыков в процессе изготовления колонн на заводе, например из-за изменения поперечного сечения или по другим причинам.

В месте стыка отрезки колонны должны иметь плоские резы, строго перпендикулярные к оси стержня. При незначительных усилиях эти резы делают пилой. При больших усилиях торцы колонн должны быть фрезерованы. По действующим нормам часть усилия в месте стыка может быть передана непосредственно через торцы. Остаток усилия передается с помощью сварки или болтов. При наличии изгибающих моментов растягивающие напряжения должны полностью восприниматься соединениями.

1 и 2. Наипростейший сварной стык — стыковыми швами (рис.1), который может быть применен и при стыковании однотипных профилей разной площади сечения (рис. 2). Если такой стык выполняется на монтаже, то для временной фиксации положения до начала сварки необходима установка вспомогательных клиньев, подкладок и т. п.

3. Соединение встык на болтах. Усилия передаются через накладки, крепящиеся болтами. При изменении поперечного сечения требуется установка прокладок (заштрихованная часть). Этот стык хотя и не требует выполнения сварки на монтаже, но из-за увеличения габарита колонны в месте стыка не всегда приемлем.

4. В колоннах наиболее часто применяют стык с торцовыми пластинами. Пластины, приваренные к торцам обеих колонн, должны плотно прилегать друг к другу. Так как торцовые пластины при сварке коробятся, то иногда требуется повторная строжка их поверхностей после сварки. Этот тип стыка также используют при выполнении заводских стыков, если поперечные сечения стыкуемых частей колонны значительно отличаются друг от друга. В этом случае пластины свариваются друг с другом.

5. Часто бывает необходимо пропустить в стыке колонн прогон. Колонны имеют приваренные торцовые пластины по типу стыка 4. Прогон укрепляется ребрами жесткости, через которые усилия с верхнего участка колонны передаются на нижний участок. Ребра жесткости должны плотно прилегать вверху и внизу и вследствие наличия допусков в прокатных профилях обязательно пригоняются. При сварных профилях такая подгонка не требуется.

Примыкание балок

В месте примыкания реакции балок передаются на колонны. Конструкция примыкания балок должна:

  • обеспечивать передачу усилий; во время монтажа допускать некоторую подвижку;
  • быть выполнима простыми средствами, по возможности без лесов и подмостей.

От конструкции крепления балок зависит трудоемкость их изготовления и монтажа, а следовательно, экономичность конструкции в целом.

1. Примыкание, обеспечивающее передачу только поперечных сил. Поперечные силы, передающиеся с балок, вызывают в колоннах только продольные силы. Примыкание можно рассматривать как шарнирное, если оно выполнено на болтах, так как болтовые соединения несколько податливы.

2. Примыкание неразрезных балок, передающих на колонны только вертикальные усилия и не передающие изгибающие моменты. Это достигается тем, что колонна имеет под балкой и над балкой шарниры

3. Очень часто колонны так гибки по сравнению с балками, что и при жестком примыкании балок к колоннам можно с достаточной точностью считать, что колонны не воспринимают изгибающего момента от балок.

4. В рамах поперечные силы и изгибающие моменты передаются с балок на колонны. Крепления балок в этом случае рассчитываются на оба усилия.

АССОЦИАЦИЯ «ЖЕЛЕЗОБЕТОН»

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
ОАО ЦНИИПромзданий

МОСКВА 2002

Рекомендовано к изданию решением Научно-технического совета ОАО «ЦНИИПромзданий». В Рекомендациях изложена методика формирования расчетных моделей несущих систем многоэтажных каркасных зданий из сборных железобетонных конструкций с учетом податливости и нелинейности работы узловых сопряжений для расчета с использованием стандартных программных комплексов, реализующих метод конечных элементов. В работе приведена методика определения линейной и угловой податливости стыков сборных железобетонных конструкций многоэтажных каркасов. Рекомендации предназначены для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием и расчетом гражданских и промышленных зданий. Автор: кандидат техн. наук, с.н. c . Трекин Н.Н. (ОАО «ЦНИИПромзданий). Научный редактор: д-р техн. наук, проф. Кодыш Э.Н. (ОАО «ЦНИИПромзданий)

ПРЕДИСЛОВИЕ
1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
2. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ УЗЛОВЫХ СОПРЯЖЕНИЙ СБОРНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ
2.1 .Общие требования
2.2. Вертикальные стыки колонн
2.3. Сопряжения сборного перекрытия с колонной
2.4. Стык колонны с фундаментом
2.5. Стыки сборных элементов перекрытия
2.6. Соединения в сквозных связевых панелях
3. ПРАКТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОЦЕНКИ ПОДАТЛИВОСТИ СОПРЯЖЕНИЙ
3.1 Вертикальные стыки колонн
3.2. Сопряжения ригеля с колонной
3.3. Сопряжения в сборных дисках перекрытий
3.4. Податливость сопряжений в связевых панелях.
4. ФОРМИРОВАНИЕ РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ НЕСУЩЕЙ СИСТЕМЫ КАРКАСА ЗДАНИЯ
4.1 .Общие положения
4.2. Методы учета податливости узловых сопряжений
4.3. Многоэтажные рамы каркаса
4.4. Учет нелинейности деформирования стержневых элементов
4.5. Диск перекрытия из сборных элементов
5. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРЕДИСЛОВИЕ

Каркасные здания промышленного и гражданского назначения являются массовыми конструктивными системами. Они получили распространение благодаря широким возможностям вариаций объемно-планировочных решений внутреннего пространства, а также за счет полной индустриализации изготовления и монтажа конструкций, дифференциации несущих и ограждающих элементов по назначению, что позволяет с использованием системы унификации и типизации эффективно распределять материалы и сократить их общий расход. Особенностью каркасов из сборного железобетона является большое количество узловых сопряжений, которые в соответствии с принятой системой разрезки здания на элементы, располагаются, как правило, в наиболее напряженных зонах [ 8, 22, 24, 28, 34, 35, 39]. При этом для стыков сборных элементов характерна повышенная деформативность вследствие обмятия бетона по контактным поверхностям и трещинообразования, податливости сварных соединений арматуры и закладных деталей [ 2, 3, 4, 8, 9, 11, 12, 25, 37]. Кроме того, в узловых сопряжениях в большей степени проявляется физическая и конструктивная нелинейность и их податливость меняется в зависимости от напряженно-деформированного состояния [ 3, 9, 14, 21, 26].

Экспериментальные исследования показывают, что переменная податливость сопряжений приводит к существенному (до 40%) перераспределению усилий [ 20, 41]. В существующих методах расчета пока не в полной мере учитывается влияние податливости узловых сопряжений на совместную работу несущих подсистем каркасных зданий — продольных и поперечных рам, дисков перекрытия и диафрагм жесткости. В основном это объясняется недостаточной изученностью пространственного взаимодействия сборных элементов как в упругой, так и в пластической стадиях работы [ 1, 7, 23, 32, 33]. Поэтому, как правило, расчет каркасных зданий производится по расчетным схемам с шарнирными или жесткими узлами сопряжений элементов, что не всегда адекватно отражает работу конструкции. При современных повышенных требованиях к экономической эффективности конструктивных решений исследования по дальнейшему уточнению расчетных схем приобретают особую актуальность. Благодаря интенсивному развитию вычислительной техники и программного обеспечения, реализующих численные методы расчета (в основном, метод конечных элементов), стало возможным моделировать сложные процессы взаимодействия и проводить вычисления по пространственным расчетным схемам с требуемой точностью.

Однако для адекватного описания напряженно-деформированного состояния необходимо опираться на общие физические закономерности работы сопряжений различной конструкции, в которых до настоящего времени еще ощущается недостаток. В рекомендациях предложена методика оценки податливости сопряжений сборных железобетонных конструкций, основанная на обширных экспериментальных исследованиях ряда авторов. Даны рекомендации по составлению расчетных схем каркасов многоэтажных зданий, в которых моделируется податливость сопряжений стержневых и плоскостных элементов здания. При этом учитывается физическая и конструктивная нелинейность сопряжений. Вследствие сложности напряженно-деформированного состояния и большого количества конструктивных факторов, влияющих на пространственную работу сопряжений, рекомендации применимы к конкретным конструктивным решениям массового применения.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие рекомендации применимы при расчете связевых, рамных и комбинированных каркасов многоэтажных зданий с конструкциями вертикальных элементов жесткости в виде стальных решетчатых связей, сплошных и с проемами железобетонных диафрагм с переменными по высоте характеристиками.

1.2. Рекомендации могут быть использованы при расчете каркасов, воспринимающих особые нагрузки и воздействия (действие сейсмических и кратковременных динамических нагрузок, проектирование зданий на просадочных основаниях).

1.3. В рекомендациях излагается метод определения податливости сопряжений сборных железобетонных конструкций для формирования плоских и пространственных расчетных моделей каркасов многоэтажных зданий при расчете методом конечных элементов, который также может быть использован при расчете конструкций другими численными и аналитическими методами.

1.4. Под податливостью стыка понимается повышенная деформативность соединения на малом, по отношению к высоте сечения, участке длины стыка по сравнению с деформативностью стыкуемых элементов. По физической сути податливость соединения равна смещению, вызванное единичной силой — при сжатии-растяжении, сдвиге или повороте.

1.5. Деформативность (в дальнейшем податливость) стыков несущих элементов каркаса — колонн, ригелей, плит перекрытий, элементов диафрагм жесткости и фундаментов может быть вызвана следующими факторами: снижение расчетных стыкуемых площадей конструкций для обеспечения соединений арматуры; обмятие бетона конструкций и шва по контактным поверхностям и развитие, вследствие этого, неупругих деформаций; пониженная трещиностойкость и сопротивляемость развитию трещин бетона шва; податливость сварных соединений арматуры и закладных деталей и т.д.

1.6. При изменении напряженно-деформированного состояния узлового сопряжения вследствие проявления физической и конструктивной нелинейности податливость сопряжения изменяется.

1.7. В расчетах конструкций при определении податливости рекомендуется использовать так называемый коэффициент жесткости стыка, который определяется как тангенс угла наклона секущей к кривой на диаграмме усилие — перемещение для стыка.

1.8. Следует различать линейную, угловую и сдвиговую податливость, которые зависят от соответствующих деформаций. Линейная податливость (1/С х, 1/С у, 1/ C z) обусловлена деформациями растяжения-сжатия и характеризуется зависимостью « N — δ». Сдвиговая податливость (1/С γ) обусловлена деформациями сдвига при действии поперечной силы и характеризуется зависимостью « Q — γ». Угловая податливость (1/С φ) обусловлена деформациями поворота при действии изгибающего или крутящего момента и характеризуется зависимостью «М — φ ». Здесь приняты обозначения: N , Q и М — продольная, поперечная сила и изгибающий момент в сечении стыка соответственно; δ , γ и φ — продольная деформация, угол сдвига и угол поворота в сечении стыка; С х, С γ и С φ — коэффициенты линейной, сдвиговой и угловой жесткости (усилия, вызывающие единичные деформации).

2. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ УЗЛОВЫХ СОПРЯЖЕНИЙ СБОРНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ

2.1 .Общие требования

2.1.1. Каркас здания должен работать под нагрузкой как единая пространственная система. В связи с этим к сопряжениям сборных железобетонных конструкций предъявляется комплекс требований: — прочность стыка должна быть не ниже стыкуемых элементов для исключения преждевременного разрушения конструкции как в стадии монтажа, так и при воздействии эксплуатационных нагрузок; — жесткость стыка должна обеспечивать передачу расчетных усилий сопряженных элементов, неизменяемость их взаимного положения, нормируемые перемещения элементов под нагрузкой и пространственную жесткость здания в целом. Кроме того, стыки должны быть по возможности универсальными, технологичными при монтаже, обеспечивать правильность соединения элементов и располагаться в зонах с минимальными усилиями. 2.1.2. Связь стыкуемых железобетонных элементов обеспечивается следующими образом: для восприятия растягивающих усилий производится сварка арматурных стержней или закладных деталей; для восприятия сжимающих усилий, в дополнение к сварным соединениям, швы между элементами омоноличиваются; для передачи сдвигающих усилий выполняются сварные соединения и устраиваются бетонные шпонки.

2.2. Вертикальные стыки колонн

2.2.1. Вертикальные стыки колонн по расчетно-конструктивному признаку относят к стыкам, работающим на внецентренное сжатие, которые рекомендуется размещать в зонах с минимальными изгибающими моментами. Требования к вертикальным стыкам заключаются в обеспечении соосной передачи продольных усилий и распределения концентрированных сжимающих напряжений по сечению. Стыки колонн могут быть шарнирными (контактными), т.е. воспринимающими только продольные и поперечные силы или жесткими, рассчитанными, в дополнение к сказанному, на восприятие изгибающих моментов. Пример конструкции стыков показан на рис. 1.

2.2.2. Податливость стыков колонн может быть вызвана рядом причин: концентрацией сжимающих напряжений из-за уменьшенной расчетной площади и неровностью контактной поверхности стыкуемых элементов; наличием растворных швов меньшей прочности; повышенной деформативностью сварных соединений продольной арматуры (рис. 1, в). При размещении стыков в зоне с минимальными изгибающими моментами рекомендуется учитывать только линейную податливость.

2.2.3. Податливость стыков колонн с ростом нагрузки повышается за счет развития неупругих деформаций в элементах соединения. Интенсивное повышение деформативности стыка проявляется на этапах уровней нагрузки 0,6-0,8 N R (N R — разрушающая нагрузка). Длина зоны повышенной деформативности зависит от конструкции стыка и определяется, как правило, участком с уменьшенным поперечным сечением (рис. 1, в).

Рис. 1. Вертикальные стыки колонн: а) жесткий, со сваркой продольной арматуры; б) шарнирный без соединений по продольной арматуре; в) стык в сборке и эпюра распределения продольных деформаций

2.3. Сопряжения сборного перекрытия с колонной

2.3.1. Сопряжение перекрытия с колонной (рис. 2) должно обеспечивать передачу вертикальных и горизонтальных нагрузок от перекрытия на колоны и, при необходимости, пространственную жесткость каркаса. В сопряжении

с колонной основным стыком, определяющим расчетную схему каркаса, является стык ригеля с колонной. При наличии вертикальных элементов жесткости стык межколонных (связевых) плит перекрытия с колонной оказывает меньшее влияние на статическую схему работы каркаса.

Рис. 2. Сопряжение колонны со сборным перекрытием

2.3.2. Стыки ригеля с колонной принято различать шарнирные — для связевых каркасов и жесткие — для рамных каркасов. В большинстве конструктивных решений ригель опирается на устроенные в колоннах короткие консоли (рис. 3, 4). 2.3.3. В связевых каркасах стык ригеля с колонной рассчитывается на восприятие вертикальных нагрузок и горизонтальных нагрузок, возникающих в период монтажа. В соединении ригеля с колонной производится сварка опорных закладных деталей понизу и приварка поверху стальных пластин или арматурных стержней (рис. 3, а). В верхнем соединении, как правило, используются мягкие стали для обеспечения восприятия фиксированного изгибающего момента величиной до 10 — 20 % от пролетного, в основном в период монтажа. Величина момента на опоре зависит от направления действия нагрузки. Особенно это проявляется при незамоноличенных швах. В растянутых элементах (пластинках, арматурных стержнях) при расчетных максимальных нагрузках допускаются напряжения, соответствующие пределу текучести, что приводит к возникновение остаточных деформаций и, в итоге, к повышению деформативности узла при знакопеременных временных нагрузках по сравнению с начальным значением.

Рис. 3. Конструкции сопряжений ригеля с колонной в связевом каркасе: а) со скрытой консолью и верхней монтажной соединительной пластиной; б) со скрытой прямоугольной консолью; в) схема распределения усилий при действии горизонтальной нагрузки

2.3.4. В узлах сопряжения ригеля с колонной связевого каркаса без монтажных соединений по верхней зоне (рис. 3, б) после сварки опорных закладных деталей и омоноличивания швов наряду с сопротивлением сжатию-растяжению возникает сопротивление повороту ригеля относительно колонны, т.е. имеет место частичное защемление колонны в диске перекрытия. Для сопряжений рис. 3 защемление носит односторонний характер. При действии изгибающего момента в сторону пролета узел «раскрывается» (рис. 3, в) и опорные моменты малы, поскольку на изгиб работают только опорные закладные детали, при действии изгибающего момента в другом направлении происходит обжатие шва омоноличивания и возникает пара сил (рис. 3, в). Поскольку опорные закладные детали обладают податливостью, а бетон омоноличивания, как правило, имеет более низкую прочность чем бетон сопрягаемых конструкций, то узел обладает меньшей изгибной жесткостью, чем сечения ригеля.

Рис. 4. Рамный узел сопряжение ригеля с колонной: а) с опиранием на открытую консоль; б) с опиранием на скрытую консоль; в) график зависимости угла податливости сопряжения от изгибающего момента

2.3.5. В рамных сопряжениях (рис. 4) верхняя арматура устанавливается по расчету для восприятия суммарного изгибающего момента от расчетных вертикальных и горизонтальных нагрузок. Соединение между ригелем и колонной осуществляется сваркой опорных закладных деталей, а в верхней зоне выполняется приварка стальных пластин — накладок или арматурных стержней к закладным деталям или к выпускам арматуры колонн и ригелей. Для большинства конструкций стыков величина сопротивления зависит от направления действия изгибающего момента, продольных и поперечных сил. 2.3.6. Податливость рамного сопряжения вызывается повышенной деформативностью опорных закладных деталей и сварных соединений арматуры. Кроме того, податливость сопряжения может быть вызвана развитием неупругих и накоплением остаточных деформаций в элементах соединений, что особенно проявляется при нагрузках, превышающих (0,3 — 0,4) M R (где M r , — предельный момент по несущей способности рамного узла сопряжения), как это показано на рис. 4, в. 2.3.7. В направлении вдоль пролетов плит сопряжение перекрытия с колонной в большинстве случаев принимается шарнирным. Частичное защемление колонн в перекрытии проявляется по линии расположения связевых плит-распорок, имеющих продольные сварные соединения (рис. 5, а) и при устройстве перекрытия из ребристых плит, привариваемых по опорным площадкам к закладным деталям ригеля (рис. 5, б). Механизм возникновения сопротивления при повороте опорного сечения плит относительно ригеля и колонны аналогичен описанному в п.п. 2.3.3- 2.3.4 (рис. 3, в).

2.4. Стык колонны с фундаментом

2.4.1. Работа стыка колонны с фундаментом зависит от конструкции фундамента — сплошной или столбчатый, в сборном или монолитном исполнении и от деформативных свойств грунта основания. В монолитных плитных фундаментах сопряжение сплошной колонны с фундаментом рекомендуется принимать в виде жесткого защемления в уровне верха фундамента [ 35 ] . 2.4.2. Работу сопряжения колонны со столбчатым фундаментом необходимо рассматривать с учетом взаимодействия фундамента с грунтом. Податливость в основном вызывается деформациями грунта под подошвой фундамента.

2.5. Стыки сборных элементов перекрытия

2.5.1. Диски перекрытий из сборных железобетонных плит — многопустотных, ребристых, сплошных и т.п., уложенных по сборным ригелям без армированных набетонок, объединенных бетонными швами (рис. 6) или дискретными сварными соединениями (рис. 7) в своей плоскости податливы за счет повышенной деформативности соединений на опорах и межплитных швов. 2.5.2. В сборных перекрытиях имеются следующие типы стыков: — вертикальные стыки торцов плит через бетонные швы с плитами или с опорными конструкциями (см. рис. 5, а); — продольные стыки между плитами и крайних плит со стенами (см. рис. 5, б и 5, в); — горизонтальные стыки плит по опорным площадкам с поддерживающими конструкциями (стенами, балками или ригелями рис. 5, а и 5, в).

Рис. 5. Узел сопряжения связевых многопустотных (а) и ребристых плит (б) с ригелем

2.5.3. Совместная работа многопустотных плит обеспечивается замоноличенными швами и сварными соединениями (для связевых и пристенных плит). Для увеличения сцепления бетона швов с конструкциями на их боковой поверхности устраиваются углубления для образования шпонок (рис. 8).

Рис 6. Фрагмент плана сборного перекрытия из многопустотных плит

Рис. 7. Фрагмент плана сборного перекрытия из плит 2Т

Рис. 8. Типы боковой поверхности пустотных плит образующих после омоноличивания следующие формы межплитных шпонок: а — замкнутые круглые; б — трапецевидные, открытые к верху; в — сплошные продольные

2.5.4. В продольных швах различают шпонки трех типов: — шпонки замкнутые круглые (рис. 8, а) работают на срез и обеспечивают совместную работу плит при вертикальных и горизонтальных нагрузках до стадии разрушения. Многократное приложение неравномерной вертикальной нагрузки до нормативного значения практически не снижает прочность межплитных продольных швов; — шпонки открытые к верху в вертикальном направлении (прямые или трапециевидные рис. 8, б), включаются в работу за счет сцепления раствора омоноличивания с бетоном плит и его обжатия. Такой вид шпонок обеспечивает совместную работу плит при горизонтальных нагрузках на диск перекрытия. Совместная работа плит до стадии разрушения при вертикальных нагрузках обеспечивается после устройства цементно-песчаной набетонки толщиной не менее 4 см; — сплошные продольные шпонки (рис. 8, в) обеспечивают совместную работу плит при вертикальных нагрузках. При возникновении горизонтальных сдвигающих усилий прочность соединения обеспечивается только за счет сцепления бетона шва с плитами. 2.5.5. Взаимодействие рядовых многопустотных плит с поддерживающими конструкциями (ригели, балки и несущие стены) при горизонтальных нагрузках обеспечивается силами трения и сцеплением подстилающего растворного слоя по опорным площадкам (рис. 9). Торцевые швы между плитами и поддерживающими конструкциями работают только на сжатие и сдвиг перпендикулярно пролету (рис. 9).

Рис. 9. Схема взаимодействия многопустотной плиты с ригелем: τ sH — касательные напряжения в торцевом шве при сдвиге плиты вдоль ригеля; τ sc — касательные напряжения по площадке опирания плиты на ригель при сдвиге и повороте плиты относительно ригеля; σ B — сжимающие напряжения в торцевом шве

Рис. 9. Схема взаимодействия многопустотной плиты с ригелем: τ sH — касательные напряжения в торцевом шве при сдвиге плиты вдоль ригеля; τ sc — касательные напряжения по площадке опирания плиты на ригель при сдвиге и повороте плиты относительно ригеля; σ B — сжимающие напряжения в торцевом шве

2.5.6. Взаимодействие ребристых плит с ригелями и балками при горизонтальных нагрузках обеспечивается сварными соединениями опорных закладных деталей (рис. 10). Совместная работа плит при вертикальных нагрузках обеспечивается продольными бетонными швами, выполняемыми, как правило, со шпонками.

Рис. 10. Схема взаимодействия ребристой плиты с ригелем: τ SH — касательные напряжения в торцевом шве при сдвиге плиты вдоль ригеля; Q Zi и N Zi — усилия в сварном соединении плиты с ригелем; σ в — сжимающие напряжения в торцевом шве

Рис. 10. Схема взаимодействия ребристой плиты с ригелем: τ SH — касательные напряжения в торцевом шве при сдвиге плиты вдоль ригеля; Q Zi и N Zi — усилия в сварном соединении плиты с ригелем; σ в — сжимающие напряжения в торцевом шве

2.6. Соединения в сквозных связевых панелях

2.6.1. Плоские сквозные связевые панели состоят из железобетонной многоэтажной рамы, образованной колоннами и ригелями и металлических связей треугольного (полураскосные) или пятиугольного (портальные) очертания (рис. 11).

Рис. 11. Сквозные связевые панели с треугольной (а) и портальной (б) металлической решеткой

Размещаются связевые конструкции из условия обеспечения пространственной жесткости здания, с учетом ограничения усилий от температурных деформаций. 2.6.2. Фундаменты под связевые панели выполняются в виде отдельно стоящих столбчатых фундаментов, сплошной железобетонной плиты или железобетонной рамы. Конструкция фундамента зависит от размеров сетки колонн, величин действующих нагрузок и характеристик грунта. 2.6.3. Соединения элементов связей между собой осуществляется с помощью приварки фасонок, что создает защемление но концам связей. Соединения связей с колоннами осуществляется в виде приварки связей через фасонки к закладным деталям на боковых гранях колонн (рис. 12, а) или через фасонки, приваренные в тавр к внутренним закладным деталям. Соединения связей с фундаментом чаще всего выполняются через фасонки, приваренные в тавр к закладным деталям фундамента (рис. 12, б). Указанные соединения обладают линейной и угловой податливостью, вследствие повышенной деформативности закладных деталей при действии нормальных и поперечных сил, изгибающих, а также крутящих моментов в их плоскости.

Рис. 12. Конструкция сопряжений металлических связей с колоннами (а) и фундаментом (б)

3. ПРАКТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОЦЕНКИ ПОДАТЛИВОСТИ СОПРЯЖЕНИЙ

3.1 Вертикальные стыки колонн

3.1.1. Податливость вертикального стыка колонн определяется как сумма податливостей на участках стыка с одинаковыми деформативными характеристиками по формуле

Где n и l i — количество и длина участков стыка с одинаковыми деформативными свойствами по длине; υ — коэффициент упруго пластических деформаций бетона; E Bi — начальный модуль упругости бетона; A Bi и A Si — площадь бетона и продольной арматуры;

α — коэффициент приведения, равный отношению модулей упругости арматуры и бетона. Характер зависимости « N — δ » для типового вертикального стыка показан на рис. 13. По данным усредненный коэффициент линейной жесткости стыков для колонн сечением 40×40 см составляет C Z = 7×10 6 кН/м.

Рис. 13. Диаграмма сжатия вертикального стыка колонн

3.2. Сопряжения ригеля с колонной

3.2.1. В общем случае в сечении стыка ригеля с колонной действуют продольная и поперечная (относительно ригеля) силы, изгибающий и крутящий момент (рис. 14). В рассматриваемых конструкциях стыков ригеля с колонной вертикальная опорная реакция передается на консоль, поэтому влияние поперечных сил на работу сопряжения можно не учитывать.

3.2.2. Работа сопряжения ригеля с колонной рассматривается для двух состояний: первое — швы не омоноличены, что соответствует стадии монтажа или конструкции так называемого сухого стыка (рис. 15, а); второе — швы омоноличены и бетон шва включается в работу (рис. 15, б, в).

Рис. 14. Схема усилий, действующих в узле сопряжения ригеля с колонной

3.2.3. В стыках, по аналогии с сечениями железобетонных элементов, могут возникать три стадии напряженно-деформированного состояния: первая — условно-упругая; вторая — упруго-пластическая и третья — предельная по несущей способности.

Рис. 15. Схема изменения напряженно-деформированного состояния сопряжения ригеля с колонной рамного каркаса: а) стадия монтажа (сухой стык); б) омоноличенный узел до образования трещин в растянутой зоне; в) стадия после образования нормальной трещины в шве >

3.2.4. Критерием предельного состояния узлового сопряжения колонны с перекрытием рекомендуется принимать допустимый угол поворота опорного сечения ригеля или плиты перекрытия относительно оси колонны, который определяется: -для первой группы предельных состояний из условий достижения физического или условного предела текучести в растянутой или сжатой арматуре, временного сопротивления сжатию бетона шва или стыкуемых конструкции, предельного сдвига или отрыва закладных деталей (рис. 16); -для второй группы предельных состояний из условий предельных прогибов и горизонтальных перемещений, так же предельного раскрытия трещин.

Рис. 16. Схема к определению предельного угла поворота ригеля относительно колонны: Δs — предельные удлинения по растянутой арматуре; Δ z — предельные деформации сдвига закладных деталей

3.2.5. Коэффициент угловой жесткости узла сопряжения ригеля (плиты перекрытия) с колонной С φ равен отношению изгибающего момента М в узле к соответствующему углу поворота φ опорного сечения ригеля относительно оси колонны в узле:

3.2.6. Угол поворота опорного сечения ригеля, показанного на рис. 16 определится

Где Δ T = ∑Δ Ti и Δ C = — ∑Δ Ci — перемещения в растянутой и сжатой зонах (принимаются со своими знаками); Z red — расстояние между линиями измерения перемещений. 3.2.7. Для рассматриваемых типовых узлов сопряжения ригеля с колонной коэффициент угловой жесткости стыка рекомендуется определять по формуле

Где — приращения смещений от единичных усилий соответственно в сжатой и растянутой зонах сечения стыка; K Ni , К Nj — коэффициенты, учитывающие влияние осевого сжимающего усилия (при отсутствии продольной силы принимаются равной единице);

h 0 — рабочая высота сечения стыка (расстояние от линия опирания ригеля или плиты перекрытия на консоль до центра тяжести растянутой или сжатой арматуры). 3.2.8. Коэффициент угловой жесткости сопряжения ригеля с колонной связевого каркаса (рис. 3, а) без учета сжатого бетона шва:

(верхние знаки принимаются при совпадении усилий от изгибающего момента и продольной силы в нижней зоне);

е — эксцентриситет продольной силы относительно линии опирания ригеля на консоль. При действии обратного момента необходимо учитывать возможность потери устойчивости верхней связи. 3.2.9. При действии момента противоположного знака в омоноличенных торцевых швах для узлового сопряжения ригеля с колонной связевого каркаса без верхней накладки, показанного на рис. 3, б коэффициент угловой жесткости равен:

здесь m — коэффициент, зависящий от формы эпюры напряжений в бетоне сжатой зоны (3 — для треугольной, 2 — для прямоугольной). Высота сжатой зоны определяется из условия равновесия сечения. 3.2.9. Коэффициент угловой жесткости рамного сопряжения в монтажной стадии,

здесь m — коэффициент, зависящий от формы эпюры напряжений в бетоне сжатой зоны (3 — для треугольной, 2 — для прямоугольной). Высота сжатой зоны определяется из условия равновесия сечения. 3.2.9. Коэффициент угловой жесткости рамного сопряжения в монтажной стадии,

здесь m — коэффициент, зависящий от формы эпюры напряжений в бетоне сжатой зоны (3 — для треугольной, 2 — для прямоугольной). Высота сжатой зоны определяется из условия равновесия сечения. 3.2.9. Коэффициент угловой жесткости рамного сопряжения в монтажной стадии, т.е. без учета работы бетона шва на сжатие (рис. 15, а):

здесь m — коэффициент, зависящий от формы эпюры напряжений в бетоне сжатой зоны (3 — для треугольной, 2 — для прямоугольной). Высота сжатой зоны определяется из условия равновесия сечения. 3.2.9. Коэффициент угловой жесткости рамного сопряжения в монтажной стадии, т.е. без учета работы бетона шва на сжатие (рис. 15, а):

3.3. Сопряжения в сборных дисках перекрытий

3.3.1. Жесткость бетонного межплитного шва на изгиб принимается равной нулю, то есть шов рассматривается как цилиндрический шарнир. Однако сжимающая шов сила прикладывается не по оси боковой грани плит (рис. 17) и возникает внецентренное сжатие. Поэтому цилиндрический шарнир следует располагать по оси действия сжимающего усилия или в уровне сжатой грани плиты.

Рис. 17. Продольный межплитный шов (а), схема работы при повороте плит вдоль продольной оси (б) и сдвиге плит (в)

3.3.2. Жесткость межплитного шва на сдвиг равна соответствующему усилию, вызывающему единичные перемещения:

C sh =Q jt /d. (10)

Для участка шва, толщиной t jt высотой h jt и длиной вдоль оси плиты l jt получим:

d = Q jt · ν · t jt /(G jt · l jt · h jt)

C Sh = G jt · l jt · h jt /(ν · t jt), (11)

Где ν = 1, 2 — коэффициент, учитывающий неравномерность касательных напряжений по площади поперечного сечения элемента. Влияние сдвиговой жесткости шва на совместную работу плит следует учитывать при значениях C sh = 300 кН/м, что существенно меньше реальной жесткости. Для швов между типовыми многопустотными плитами значение сдвиговой жесткости на 1м шва составляет: C sh =3080·10 4 кН/м [ 38]. 3.3.3. Растягивающие усилия в плоскости диска перекрытия из многопустотных плит воспринимаются в одном направлении связевыми межколонными плитами, в другом — ригелями.Линейная податливость связевых плит определяется согласно схеме рис. 18 по формуле:

3.3.4. Жесткость на растяжение по зоне опирания связевой многопустотной или сплошной плиты на ригель (балку) определится по зависимости

Рис. 18. Расчетная схема к определению жесткости связевой плиты при растяжении в плоскости диска перекрытия: 1 — плиты; 2 — ригели; 3 — колонны; 4 — арматурные связи

Где N s = A s ·σ s — усилие в связевой арматуре; N sup = A sup ·σ sup · f tr — усилие для преодоления трения по площадкам опирания плит на поддерживающие конструкции: здесь A sup и σ sup — площадь опирания и опорное давление плиты на ригель; f tr — коэффициент трения плиты об опорную конструкцию; — деформации связевой арматуры; Δ Z — деформации закладной детали, определяемые по рекомендациям [ 27]. Жесткость трения пустотной плиты рекомендуется определять при деформациях сдвига равных ε sd = 100 × 10 -5 . По данным [ 4, 14] значение податливости трения многопустотной плиты о ригель изменяется в пределах 1/ C tr = (0, 3÷6) × 10 -6 м 2 /кН. 3.3.5. В перекрытиях из ребристых плит при воздействии горизонтальной нагрузки на перекрытие опорное соединение воспринимает сдвигающее усилие, изгиб и кручение в своей плоскости (рис. 19). Суммарные линейные перемещения в сопряжении в общем случае складываются из деформации бетона опорной конструкции (Δ B), закладных деталей ригеля (Δ XR) и ребра (Δ XP) плиты соответственно и деформаций (Δ SV) соединения по сварному шву

Δ XZi = Δ B + Δ XR + Δ XP + Δ XV . (14)

3.3.6. Опорное сопряжение ребристой плиты с ригелем рекомендуется представить в виде стержня, сечение и длина которого определяется из условия равенства линейных и угловых деформаций. Жесткость элемента связи при растяжении-сжатии в этом случае запишется

Где N X — горизонтальное усилие на соединение вдоль оси X . Перемещения закладных деталей определяются по рекомендациям [ 27, 40]. Согласно экспериментальным данным жесткость типовых закладных деталей при действии сдвигающих сил, изменяется в пределах — (1÷12) × 10 4 кН/м.

Рис. 19. Фрагмент соединения ребристой плиты с ригелем (а) и расчетная схема соединения (б)

3.3.7. При омоноличенных швах жесткость сопряжения ребра плиты с полкой ригеля (см. рис. 10) при сжимающих бетонный шов напряжениях составит:

Где Е в, A Bred и a в — модуль упругости бетона, площадь и толщина шва замоноличивания соответственно. При действии горизонтальной силы, растягивающей бетонный шов жесткость соединения определяется по зависимости (15).

3.3.8. Жесткость соединения при изгибе опорной связи в своей плоскости определится из соотношения действующего изгибающего момента (М Z) и суммарных угловых деформаций в зоне опирания (рис. 19) по формуле

где M z — крутящий момент, действующий в плоскости перекрытия, в месте опирания плиты на ригель в горизонтальной плоскости при повороте плиты относительно ригеля; φ R и ф P — углы поворота закладных деталей ригеля и ребра плиты; φ SV — угол поворота вследствие деформаций сварного шва. Например для закладных деталей, показанных на рис. 20 величина коэффициента угловой жесткости на начальной стадии изменяется в пределах С φ = (2,5-6) × 10 4 кНм. При появлении неупругих деформаций коэффициент угловой жесткости снизился более чем в два раза и диапазон изменения составил С φ = (1,1-2) × 10 4 кНм.

Рис. 20. Схема испытания закладной детали (а) и опытные зависимости смещения закладных деталей от сдвигающей силы (б) данным испытаний [ 11]

3.3.9. Высота и ширина сечения связи X и Y при фиксированной длине L определяется из условия равенства линейных и угловых деформаций из системы уравнений 3.3.11. Для стержней, воспринимающих сжимающие усилия и поворот при омоноличенных торцевых швах параметры сечения определяются из системы уравнений (20) с учетом изменения коэффициента угловой жесткости за счет возникающего сопротивления повороту торцевого шва. Принимая, что центр поворота на опоре смещается незначительно, коэффициент угловой жесткости при омоноличенных швах определится по формуле

Где b r — ширина ребра плиты. Размеры сечения связи с учетом выражений (19) и (20) определятся по формулам

Где b r — ширина ребра плиты. Размеры сечения связи с учетом выражений (19) и (20) определятся по формулам

3.3.12. В соединениях ребристых плит между собой с помощью приварки накладок к закладным деталям (рис. 21, а) возникают продольное (по отношению к пролету плиты) усилие и изгибающий момент. Смещение плит в своей плоскости относительно друг друга будет складываться из деформаций сдвига закладной детали и ее поворота

Δ ZSV = Δ ZP + φ ZSV · b Z , (22)

Где Δ ZP — смещения закладной детали вдоль кромок плиты; φ ZSV — угол поворота закладной детали; b z — расстояние между закладными деталям плит. Подставляя значения составляющих перемещений, получим выражение для взаимного смещения плит в виде

где Q — сдвигающее усилие между плитами, приходящееся на одну закладную деталь; C ZP , C φ Z — коэффициенты линейной и угловой жесткости закладной детали

Рис. 21. Фрагмент соединения плит по продольному шву с помощью приварки накладок к закладным деталям (а) и расчетная схема соединения (б)

3.3.13. Изгибная жесткость связевых элементов между плитами определится согласно схеме стержня с упруго податливыми защемлениями по формуле где C z — коэффициент линейной жесткости крепления элемента решетки к железобетонной раме при отрывающем усилии; Е, F и l — соответственно модуль упругости, площадь сечения и длина металлической связи. 3.4.2. Жесткость сопряжения подкоса к фундаменту или к колонне через закладную деталь зависит от угла наклона отрывающего усилия и конструкции закладной детали (см. рис. 12, б). Для портальных связей коэффициент жесткости составил в среднем С = 1,42 × 10 6 кН/м, для треугольной связи — С = 1,9 × 10 6 кН/м. 3.4.3. Жесткость защемления при угловых деформациях для связей с боковыми накладками (см. рис. 12, а) существенно выше изгибной жесткости связей для сетки колонн 6 м и более. На основании этого в расчетной схеме связевой панели узлы сопряжения металлической решетки с железобетонными колоннами рекомендуется принимать жестко защемленными от поворота. Коэффициент угловой жесткости, согласно опытным данным в условно-упругой стадии деформирования изменялся в пределах С = (0,05÷0,36) × 10 6 кНм/рад, в упруго пластической — С = (0,05÷0,08) × 10 6 кНм/рад.

4. ФОРМИРОВАНИЕ РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ НЕСУЩЕЙ СИСТЕМЫ КАРКАСА ЗДАНИЯ

4.1 .Общие положения

4.1.1. Пространственную несущую систему каркаса рекомендуется разделять на плоские несущие подсистемы — продольные и поперечные рамы, диафрагмы жесткости и диски перекрытий (рис. 22, а).4.1.2. По способу восприятия горизонтальных нагрузок каркасы классифицируются на рамные, связевые и комбинированные. Пространственная жесткость рамного каркаса (рис. 22, б) обеспечивается жесткими (рамными) узлами сопряжения колонн (стоек) и перекрытий. В связевом каркасе (рис. 22, в) сопряжения колонн и перекрытий принимается шарнирным, а пространственная жесткость обеспечивается вертикальными устоями — связевыми панелями, диафрагмами и ядрами жесткости. В комбинированных каркасах в одном направлении жесткость обеспечивается вертикальными устоями, в другом — жестким соединением колонн с ригелями, т.е. имеет место, как рамные, так и шарнирные сопряжения колонн с перекрытиями.

Рис. 22. Схема пространственного каркаса (а) и плоские поперечные расчетные схемы для рамного (б) и связевого (в) каркасов

4.2. Методы учета податливости узловых сопряжений

4.2.1. Расчет упругих статически неопределимых конструкций производится либо методом сил, либо методом перемещений. Для конструкций с малой статической неопределимостью рекомендуется к использованию метод сил. Метод перемещений имеет преимущества при в решениях систем с большой статической неопределимостью, но с малым количеством узловых точек. 4.2.2. В методе сил в общем случае учет податливости узлов производится путем суммирования перемещений, вызванных деформациями стержней и податливостью соединений. При формирование основной системы отбрасываются лишние связи в податливых узлах, ограничивающие линейные или угловые деформации, в зависимости от искомого параметра. В системе канонических уравнений перемещения в отброшенных связях не обнуляются, а принимаются равными произведению податливости защемления на опорную реакцию [ 4]. Для простейшей статически неопределимой конструкции, показанной на рис. 23, система канонических уравнений с учетом податливости опор при повороте будет иметь вид:

Рис. 23. Расчетная схема стержня с жестко защемленными концами (а) и расчетная схема стержня с упруго-податливыми при повороте опорами (б) Здесь

4.2.3. Расчет конструкций с податливыми узлами методом перемещений производится таким же образом, как и с жестким или шарнирными узлами. Податливость узлов и опор учитывается при вычислении

наложенных связей, которые можно определить, например, из системы уравнений (25). Таблицы с формулами по вычислению реакций в наложенных связях от единичных линейных или угловых перемещений упруго податливых опор представлены в работе [ 4]. 4.2.4. Для учета податливости сопряжений в расчетной схеме МКЭ реальные швы между сборными конструкциями следует представлять в виде податливых к.э., геометрические и жесткостные параметры которых максимально отвечают характеристикам реальных швов при различных стадиях возведения и нагружения несущей системы здания (рис. 22). В качестве таких элементов можно использовать типовые стержневые и плоские к.э., а также специальные элементы, имеющиеся в применяемой прикладной программе. 4.2.5. Геометрические размеры к.э. сопряжений следует, по возможности, назначать равными размерам реальных швов, а механические характеристики задавать таким образом, чтобы их угловые и линейные перемещения от соответствующих единичных нагрузок были равны податливостям реальных швов. 4.2.6. Для стыков колонн между собой длина элементов может быть принята равной конструктивной длине сопряжений

fe = jt Поскольку к.э. сопряжений обычно более податливы, чем примыкающие элементы, здесь и далее, для наглядности, они изображены в виде пружин (рис. 24, а). 4.2.7. Для стыков ригелей с колоннами (рис. 24, б), а также железобетонных элементов сборных диафрагм, чтобы сохранить геометрию системы необходимо вводить жесткие элементы (вставки) длиной, равной

Длина зоны стыка, имеющая повышенную деформативность, может быть разной в зависимости от его конструктивного решения. Как показали расчеты, длина конечного элемента, моделирующего податливый стык, не должна быть более 1/6Н, где Н — высота сечения ригеля.

Рис. 24. Расчетная схема сопряжений сборных железобетонных элементов для расчета по МКЭ: а) стыки колонны; б) сопряжение ригеля с колонной

4.2.8. Характеристики податливости к.э. в узловых сопряжениях рекомендуется принимать из условия

где C φ fe и C φjt — коэффициенты жесткости для заменяющего конечного элемента и шва (сопряжения ригеля с колонной). 4.2.8. Учитывая, что сдвиговые деформации в стержневых элементах вообще, а особенно на коротких участках шва, практически не влияют на перемещения конструкции при назначении деформационных характеристик к.э. швов достаточно задание трех независимых величин. Это характеристики податливости шва при действии моментов в двух плоскостях и при действии

. 4.2.9. Если в качестве к.э. швов используются специальные стержневые элементы, то их деформационные характеристики задаются, чаще всего, непосредственно, как величины, характеризующие перемещения от единичного усилия (податливость) или усилия от единичного перемещения (жесткость). При применении стандартных стержневых к.э., их следует принимать прямоугольного сечения. В этом случае при задании исходных данных используются три независимых параметра: высота (h) и ширина (b) сечения и модуль упругости (E), которых достаточно для описания требуемых характеристик швов. Указанные параметры можно определить, используя известные зависимости выражения осевой и изгибной жесткости для прямоугольного сечения через линейную и угловую податливость соответственно в виде Численные значения этих величин для каждого типа сопряжения следует принимать на основании экспериментальных данных или по выражениям гл. 2, рассматривая каждый узел как совокупность отдельных элементов. При этом рекомендуется принимать некоторые упрощения, основанные на анализе возможного напряженно-деформированного состояния каждой группы однотипных узлов и его влияния на работу несущей системы. 4.2.10. Для сопряжений ригелей с колоннами основное влияние на работу несущей системы каркасного здания оказывает податливость узлов при действии изгибающих моментов в плоскости рамы. Деформативность же таких узлов при действии на них моментов из плоскости влияет на работу плоских рам в меньшей степени. Соответственно выражения (28) могут быть упрощены. Тогда при наличии экспериментальных данных по величинам соответствующих податливостей жесткость соединений может быть определена как для сплошного железобетонного сечения с приведенным значением модуля упругости. Это позволит при описании к.э. сопряжений с помощью стандартных элементов принимать их сечения такими же, как в ригелях, а приведенные значения модулей упругости назначать, исходя из значений податливости реальных швов при их изгибе в соответствующей плоскости по формуле

где I — момент инерции принятого сечения к.э. шва. 4.2.11 В узловых сопряжениях сборных железобетонных элементов, в которых наибольшее влияние на напряженно-деформированное состояние оказывает деформативность при сдвиге и растяжении-сжатии в плоскости, а сопротивление каждого сопряжения моменту в этой плоскости и из плоскости практически близко к нулю, сопряжение рекомендуется моделировать стержнем, жестко защемленным одним концом с шарниром на другом. В стандартных программных комплексах предусмотрены специальные к.э., позволяющие независимо задавать жесткостные характеристики при растяжении-сжатии и сдвиге.

4.3. Многоэтажные рамы каркаса

4.3.1. Плоская расчетная схема многоэтажных связевых каркасов представляет комбинированную конструкцию, состоящую из рамной части и связевого элемента — диафрагмы жесткости (рис. 22, в). В расчетной схеме узлы сопряжения ригелей и плит с колоннами при расчете на вертикальную нагрузку во многих конструктивных решениях рекомендуется принимать шарнирными. При действии горизонтальной нагрузки, в результате конструктивных факторов, описанных в разделе 2, возникает частичное защемление, которое ограничивает поворот колонн относительно элементов сборного перекрытия в продольном и поперечном направлениях. Появление сопротивления взаимному повороту элементов в узлах сопряжения повышает жесткость продольных и поперечных рам, тем самым разгружая связи и диафрагмы жесткости. Учет частичного защемления можно производить введением дополнительных изгибающих моментов в шарнирные узлы сопряжения ригеля с колонной, как это показано на рис. 25, а, либо введением в узел элемента с меньшей жесткостью по сравнению с жесткостью ригеля (рис. 25, б).

Рис. 25. Расчетные схемы рам связевого каркаса с учетом частичного защемления колонн в перекрытии: а — введение дополнительных опорных моментов в шарнирные узлы сопряжения ригеля с колонной; б — введение в расчетную схему участка ригеля с пониженной жесткостью

4.3.2. Характеристикой частичного защемления принята величина податливости сопряжения (обратная величина коэффициента угловой жесткости). Изменения податливости узла сопряжения ригеля с колонной связевого каркаса вследствие проявления нелинейности незначительна и в практических расчетах можно принимать коэффициент угловой жесткости сопряжения постоянным. 4.3.3. Усилия в элементах рамных каркасов существенно изменяются за счет изменения соотношения жесткостей элементов рамы в процессе нагружения (эксплуатации). Жесткость рамного сопряжения в процессе увеличения изгибающего момента снижается за счет проявления неупругих деформаций в растянутой арматуре, в бетоне и закладных деталях сжатой зоны опорного сечения (см. п. 2). В связи с этим при расчете на вертикальные нагрузки следует учитывать переменную податливость сопряжения ригеля с колонной. 4.3.4. Основная часть усилий в рамном сопряжении возникает от вертикальных нагрузок и в растянутой арматуре допускаются напряжения, соответствующие пределу текучести. Вследствие этого происходит накопление остаточных деформаций и при действии знакопеременных горизонтальных нагрузках имеет место большая деформативность сопряжения ригеля с колонной по сравнению с жестким защемлением. На основании этого при расчете на горизонтальные нагрузки податливость узловых сопряжений перекрытия с колонной следует определять по максимальным усилиям от вертикальных нагрузок.

4.4. Учет нелинейности деформирования стержневых элементов

4.4.1. Физическую нелинейность деформирования стержневых элементов в упругих методах расчета рекомендуется производить на основе итераций с одновременным изменением геометрии сечения за счет трещинообразования и снижения модуля деформаций бетона и арматуры в соответствии с их диаграммами деформирования, включая нисходящие участки.4.4.2. Конструктивную нелинейность деформирования узловых сопряжений рекомендуется учитывать установкой односторонних связей или путем введения различной жесткости соединений в зависимости от направления деформирования. 4.4.3. При расчете рам методом конечных элементов учет нелинейности деформирования целесообразно производить с помощью переменного модуля упругости при постоянной геометрии сечений на основе диаграммам где С φ0 — начальный коэффициент жесткости стыка; С φК и φ R — коэффициент жесткости стыка и угол поворота соединения в стадии предельной по несущей способности. 4.4.5. Точное определение изгибной жесткости стержневых железобетонных элементов основано на распределении продольных деформаций элемента по гипотезе плоских сечений и определении напряжений с использованием аппроксимирующих диаграмм арматуры и бетона. В железобетонном изгибаемом элементе неравномерность деформаций вдоль элемента при изгибе учитывается коэффициентами ψ S и ψ B соответственно для арматуры и бетона.

4.5. Диск перекрытия из сборных элементов

4.5.1. Расчетные схемы сборных балочных дисков перекрытий для расчета на горизонтальные нагрузки, фрагменты которого показаны на рис. 6, 7, зависят в основном от таких факторов, как тип плиты перекрытия, конструкции продольных швов и условий опирания [ 15, 16, 17, 19, 29- 31].4.5.2. Концентрация деформаций происходит в зонах сопряжений сборных конструкций, на основании этого расчетную модель ячейки перекрытия рекомендуется представлять в виде (рис. 26) плоскостных (1) и стержневых (2) элементов, соединенных деформируемыми связями (3). Учет работы перекрытия из своей плоскости производится путем использования в расчетной модели пластин и связей как пространственных элементов. 4.5.3. Плоскостные элементы (1) моделируют работу плиты в горизонтальной плоскости и в расчетной модели представляются конечными элементами типа «плита» или «оболочка». Жесткость пластины в своей плоскости по сравнению с жесткостью связей во много раз выше. Основными параметрами для элементов (1) являются геометрия в плане и назначение приведенной толщины для учета работы пластины на изгиб и кручение.

Рис. 26. Расчетная модель ячейки перекрытия (а) и схемы ее формирования в своей плоскости при отсутствии (б) и наличии (в) заполнения продольных швов

4.5.4. Жесткостные характеристики связей (3) зависят от направления деформирования, которое можно установить на основе анализа кинематической схемы перемещений сборных элементов диска. В общем случае могут быть две граничные схемы: первая схема (рис. 26, б) возникает при отсутствии заполнения продольных швов, тогда горизонтальные нагрузки приводят к независимому параллельному повороту и смещению плит; вторая схема (рис. 26, в) — при полном омоноличивании швов и ячейка перекрытия или объединенные швом плиты перемещаются как единая пластина. Рекомендации к определению податливости связей даны в главе 2. 4.5.5. В составе диска перекрытия температурного блока здания условия работы ячейки перекрытия будут зависеть от размеров сетки колонн и расположения ее в плане здания: ячейка крайнего ряда колонн; ячейка среднего ряда; ячейка примыкающая непосредственно к диафрагме жесткости или лестничной шахте. Это в свою очередь определяет количество наложенных связей между ячейками. 4.5.6. При использовании в качестве расчетных моделей сборных дисков перекрытий сплошных однородных пластин, учет податливости сопряжений рекомендуется производить понижением модуля упругости материала перекрытий на величину коэффициента К е, который определяется по выражению

где f G f P — прогибы перекрытия в горизонтальной плоскости по модели как сплошной пластины и по пластинчато-стержневой модели соответственно.

5. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

В настоящем разделе приведены примеры определения податливости стыков типовых железобетонных конструкций часто встречающихся в практике проектирования. Даны примеры расчета плоской поперечной рамы связевого каркаса и фрагмента диска перекрытия из многопустотных плит на действие единичных горизонтальных нагрузок. Характеристики податливости закладных деталей приняты по экспериментальным данным НИИЖБ и ОАО ЦНИИПромзданий.

Пример

1. Определить линейную податливость вертикального стыка колонн, показанного на рис. 27. Исходные данные: сечение колонн 40 × 40см; бетон тяжелый класса В20 с начальным модулем деформаций Е b = 24000 МПа; продольная арматура из стали класса AIII 4 Æ 28 — A s = 24,63 см 2 , E s = 200000 МПа; коэффициент v = 0,45. Коэффициент приведения равен

Податливость стыка равна

Рис. 27. Пример вертикального стыка колонны

Пример 2.

Определить коэффициент угловой жесткости узла сопряжения ригеля с колонной связевого каркаса с верхней накладкой, показанного на рис. 3, а. Исходные данные: площадь сечения накладки А N = 6 см 2 ; модуль упругости E n = 2,1 × 10 4 кН/см 2 , жесткость опорной закладной детали при сдвиге G Z = 2,5 × 10 3 кН/см, рабочая высота сечения стыка h 0 = 27 c м. Продольное усилие в ригеле от горизонтальной ветровой нагрузки N = 23 к H . Предельный изгибающий момент, воспринимаемый сечением стыка

М и = A N R n h 0 = 6 × 21 × 27 = 3402 кНсм

Коэффициент угловой жесткости сопряжения Влияние продольной силы на жесткость сопряжения определим в предположении, что сила действует в уровне опорной закладной детали (е = 0). Тогда

Пример 3. Определить коэффициент угловой жесткости омоноличенного узла сопряжения ригеля с колонной связевого каркаса без верхней накладки, показанного на рис. 3, б, при действии обратного момента. Исходные данные: рабочая высота, ширина и толщина сечения стыка h 0 = 30 см, b = 30 см, d = 2 c м; бетон шва класса В12,5 с модулем упругости Е B = 2100 кН/см 2 , жесткость опорной закладной детали при сдвиге G Z = 2,5 × 10 3 кН/см.Принимая эпюру сжатого бетона шва треугольной формы, высота сжатой зоны определится на основе гипотезы плоских сечений по выражению

Пример 4. Определить коэффициент угловой жесткости рамного сопряжения ригеля с колонной, показанного на рис. 4, б в начальной стадии и при действии расчетных нагрузок. Пролет ригеля принимается равным 6м. Верхняя растянутая арматура выполнена из 3 Æ 36 А III . Модуль упругости арматуры E S = 2,1 × l 0 5 M П a , A s = 30,54 см 2 . Соединение осуществлено сваркой опорной закладной детали, ванной сваркой выпусков верхней арматуры и приварки дополнительных соединительных пластин по бокам консоли из листовой стали сечением 100 × 10 мм. Жесткость опорной закладной детали при сдвиге принимаем равной G Z = 2 × 10 5 кН/см.Рассмотрим монтажную стадию при отсутствии бетона омоноличивания. В соответствии с рис. 4, б в сжатой зоне при вертикальных нагрузках сопротивление оказывает сварное соединение по опорной закладной детали и накладки из листовой стали, равные Коэффициент жесткости стыка в начальной стадии при расчетной свободной длине растянутой арматуры l jt , S = 17 c м равен Деформативность рамного узла обеспечивается в основном растянутой арматурой, поскольку суммарные деформации закладных деталей в рассматриваемой конструкции узла, как показывают эксперименты, проведенные в ЦНИИПромзданий, невелики. При омоноличивании швов жесткость сжатой зоны увеличится, а их учет не существенно скажется на снижении коэффициента угловой жесткости.

Пример 5. Определить на сколько увеличатся пролетные моменты в балке с податливым защемлением (см. рис. 23) по сравнению с балкой с жестко защемленными опорами. Исходные данные: ригель пролетом l = 6 м, из бетона класса В30, Е B = 3250 кН/см 2 ; момент инерции сечения ригеля J = 294652,7 см 4 . Принимаем коэффициенты угловой жесткости из примера 4 С φ 0 = 4,7 × 10 7 к H см и С φ ui = 2,9 × 10 7 кНсм.Вычисляем параметры для системы уравнений (25)

Изгибающий момент на опоре

Соотношение моментов составит

Таким образом снижение опорных моментов в упругой стадии составляет всего 7 %. При понижении коэффициента угловой жесткости стыков до значения С M = 2,9 × 10 7 кНсм и изгибной жесткости за счет образования и раскрытия трещин снижение опорного момента может достигать 34%.

Пример 6.

Определить, как изменятся прогибы трехэтажной двух пролетной рамы (рис. 28, а) от горизонтальной нагрузки при учете возникновения одностороннего податливого защемления в узлах сопряжения ригеля с колонной. Величину коэффициента угловой жесткости принимаем равным С м = 0,2 × 10 7 кН/см. Исходные данные: колонны сечением 40 × 40 из бетона класса В20 (E B = 2700 кН/см 2) армированные 4 Æ 22 AIII (A s = l 5,2 см); ригели типовые высотой 45 см из бетона класса В25 (Е B = 3000 кН/см 2), армированные преднапряженной арматурой 4 Æ 20 AIV (E s = 19000 кН/см 2). Узловые сопряжения выполнены по рис. 3, а. Расчет рамы производим методом конечных элементов с использованием программного комплекса Лира Windows . Учет продольной арматуры в сечениях элементов производим изменением модуля упругости бетона с помощью коэффициента

Модули упругости колонны и ригеля составят E redK = 2700 × 1,14 = 3078 кН / см 2 ; E redR = 3000 × 1,117 = 3351 кН / см 2 . Поскольку задача стоит в определении степени влияния частичного защемления на прогибы рамы расчет производим на единичные горизонтальные нагрузки. Разбивку рамы на конечные элементы производим следующим образом: длина элементов ригеля принимается равной высоте т. е. l r = 45 см; длину элемента, моделирующего податливое защемление принимаем равным l jt = 0,1 h = 4,5 см; длина конечных элементов колонны соответствует высоте этажа. Приведенный модуль упругости элемента сопряжения определится по формуле (29)

Результаты расчета представлены в виде графика на рис. 28, б, где линия (1) соответствует прогибам при всех шарнирных сопряжениях ригеля с колонной и линия (2) прогибам при учете частичного одностороннего защемления колон в узлах сопряжения. Снижение прогибов от горизонтальной нагрузки составило 70 %. При этом изгибающие моменты в уровне защемления колонн в фундаментах снизились в два раза.

Пример 7.

Оценить жесткость фрагмента перекрытия из типовых многопустотных плит в своей плоскости при действии горизонтальной нагрузки. Фрагмент перекрытия, показанный на рис. 29, а, состоит из двух ячеек по пять плит в каждой. Расстояние между колоннами составляет 6 м. Плиты опираются на железобетонные ригели. Ячейки объединены связевой арматурой Æ 18 А III по крайним плитам распоркам. Плиты выполнены из бетона класса В20, характеристики ригелей взяты из примера 6. Расчет производим методом конечных элементов с использованием программного комплекса Лира Windows .

Рис. 29. Фрагмент сборного перекрытия из многопустотных плит (а), расчетная модель перекрытия при отсутствии бетона омоноличивания в швах (б) и при омоноличивании продольных швов (в)

Необходимо рассмотреть две схемы работы фрагмента перекрытия: без учета продольных межплитных швов т.е. на стадии монтажа и с учетом омоноличивания швов. Принимаем, что ригели фрагмента перекрытия по краям опираются на не смещаемые в горизонтальной плоскости опоры. Горизонтальная единичная нагрузка действует по линии среднего ригеля (рис. 29, б). Расчетная модель фрагмента перекрытия для монтажной стадии показана на рис. 29, б на которой пластины моделируют сборные плиты перекрытия, стержневые элементы — ригели, податливые связи — взаимодействие между плитами и ригелями. Взаимодействием между плитами вдоль продольных швов на стадии монтажа из-за малости пренебрегаем. Для того чтобы исключить сдвиг плит вдоль направления ригелей вводим дополнительный диагональный элемент, соединяющий плиту и ригель в торце каждой плиты (рис. 29, б). Жесткость дополнительных стержней заведомо назначаем большой. Таким образом, податливые связи работают практически только на растяжение-сжатие. Длину податливых связей принимаем равной 17 см. Погонная податливость по опорным площадкам за счет сил трения и сцепления принимаем по данным [ 2] равной 1/ C f = 5,56 × 10 2 см 2 /кН. Взаимодействие по опорным площадкам моделируем в виде 2х стержней (арматура класса А III) площадь сечения которых с учетом ширины плиты 1,5м равна

По плитам распоркам с учетом взаимодействия по опорным площадкам в расчетной модели принимаем диаметр стержней 2,2 см. Характеристики элементов модели представлены в таблице 1.

Таблица 1

Наименование элемента

Форма сечения

Высота (диам), см

Ширина, см

Модуль упр., ×10 3 кН/см?

Диагональная связь на опорах

Тавр Квадрат

Связевая армара

Круг Круг

Связь по опорным площадкам

Торцевой шов при сжатии

Продольный шов

Результаты расчета представлены в таблице 2, где даны значения перемещений среднего ригеля и усилия в наиболее растянутой связевой арматуре.

Таблица 2

Результаты расчета показывают, что в монтажной стадии диск перекрытия обладает существенной деформативностью. Наибольшее влияние на жесткость диска оказывает состояние продольных швов. При их качественном омоноличивании горизонтальные перемещения могут снижаться в 5 раз.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Александров А.В., Шапошников Н.Н. и др. Расчетная модель многоэтажного здания на основе метода конечных элементов и некоторые результаты ее применения. Доклад на международном симпозиуме «Многоэтажные здания». — М., 1972. — С.51-58.

2. Байков В.Я., Фролов А.К. Анализ деформируемости узлового соединения ригелей с колоннами. — Бетон и железобетон, №2, 1978. — С.26-28.

3. Бондаренко В.М., Бондаренко СВ. Инженерные методы нелинейной теории железобетона. — М.: Стройиздат, 1982. — 287с.

4. Васильков Б.С, Володин Н.М. Расчет сборных конструкций зданий с учетом податливости соединений. М.: Стройиздат, 1985. — 144с.

5. Гранев В.В., Кодыш Э.Н., Трекин Н.Н. Пространственная работа каркасных систем с учетом реальной жесткости узловых сопряжений. Доклад на 1-ой Всероссийской конференции «Бетон на рубеже третьего тысячелетия», книга 2. — Москва, 2001. — С.512-517.

6. Гранев ВВ., Кодыш Э.Н.., Трекин Н.Н. Формирование пространственной дискретной модели каркаса многоэтажного здания. — Пространственные конструкции в новом строительстве и при реконструкции зданий и сооружений. Тезисы докладов международного конгресса MK П K -98. — Москва, Россия, том III , 1998. — С.57.

7. Дроздов П.Ф. Конструирование и расчет несущих систем многоэтажных зданий. Издание 2-е перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1977. — 223с.

8. Дыховичнмй Ю.А., Максименко В.А. Сборный железобетонный унифицированный каркас. — М., Стройиздат, 1985.-295с.

9. Ивашенко Ю.А. Учет неупругой податливости узлов рамных систем. — В кн.: Исследования по бетону и железобетону. — Челябинск: ЧПИ, № 193, 1977.

10. Карабанов Б.В., Довгалюк В.И. Стыки каркасно-панельных конструкций общественных зданий // Обзорн. инф./ Вып. 1. — ЦНТИ, 1984. — 52 с.

11. Катин Н.И., Шитиков Б.А. Закладные детали в колоннах для крепления стальных связей. — Труды /НИИЖБ. М., 1974г. вып.1.

12. Кащеев Г.В., Колчина О.Н. Исследование работы железобетонных связевых каркасов с усовершенствованными типами узлов. — В кн.: Строительные конструкции. Строительная физика. Вып. 2. — М.: ЦИНИС, 1979.

13. Клевцов В.А., Коревицкая М.Г., Иозайтис И.Б., Укялис Г.С. Жесткость диска покрытия одноэтажных промышленных зданий при воздействии горизонтальной нагрузки. Строительное проектирование промышленных предприятий. Реферативная информация. Серия 3, вып. 5, 1971.

14. Кодыш Э.Н., Мамин А.Н., Трекин Н.Н. Экспериментальные исследования работы связевых плит. — Сб. научных трудов «Современные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта». — РГОТУПС, Москва, 1999 — С.56-59.

15. Кодыш Э.Н., Трекин Н.Н., Кустиков О.В. Взаимодействие пустотных плит перекрытия с различной формой боковых шпонок. — Современные проблемы совершенствования работы железнодорожного транспорта. Межвузовский сборник научных трудов. — Москва, РГОТУПС, 1998. — С.77-78.

16. Кодыш Э.Н., Трекин Н.Н. Пластинчато-стержневая модель ячейки перекрытия для расчета на горизонтальные нагрузки. — Материалы XXX Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы». — Пенза, ПГАСА, 1999. — С.56-57.

17. Кодыш Э.Н., Трекин Н.Н. Сборные перекрытия из многопустотных плит. — Материалы региональной научно-практической конференции Трансиб-99. — Новосибирск, 1999- С.484-487.

18. Кодыш Э.Н., Янкилевич Л.М. Расчет связевых каркасов многоэтажных зданий в стадии монтажа. — Железобетонные конструкции промышленных зданий. — М.: ЦНИИпромзданий, 1989. -С.179-191.

19. Кодыш Э.Н., Янкилевич Л.М. Работа диска перекрытия в горизонтальной плоскости в стадии монтажа. Совершенствование конструктивных решений многоэтажных зданий. Сб. научных трудов ЦНИИпромзданий. — Москва, ЦНИИпромзданий, 1992. — С.4-17.

20. Лемыш Л.Л., Лагутичева Г.Д. Границы перераспределения усилий при расчете по прочности рамных железобетонных каркасов многоэтажных зданий. — В сб. Конструкции многоэтажных производственных зданий. — М.: ЦНИИпромзданий, 1988.

21. Лемыш Л.Л., Маргулис О.В. Расчет рам каркасов с учетом физической и геометрической нелинейности, податливости узлов сопряжения сборных элементов и основания. — Эффективные конструктивные решения железобетонных элементов многоэтажных промышленных зданий. Сб. научных трудов ЦНИИпромзданий. — Москва, 1991. — С. 151-168.

22. Матков Н.Г. Стыки железобетонных элементов каркасов многоэтажных зданий // Обзор. — М.: ВНИИПС, 1982 — 95 с.

23. Никитин И.К. Каркасы многоэтажных зданий с шарнирными и жесткими узлами // Конструкции многоэтажных производственных зданий. Сб. научн. трудов. — М.. ЦНИИпромзданий, 1988. — С.5-15.

24. Никитин И.К. Уточнение статического расчета железобетонных рамных каркасов с учетом физической нелинейности на действие эксплуатационных нагрузок. — В сб. Железобетонные конструкции промышленных зданий. — М: ЦНИИпромзданий, 1984.

25. Никулин А.В., Ларионов С.Г. Прочность и деформации связевого каркаса зданий павильонного типа при горизонтальных нагрузках // Инженерные проблемы современного железобетона: Сб. научн. статей; Ивановский инж.-строит. ин-т. -Иваново, 1995. — С.278-282.

26. Паньшин Л.Л. Расчет несущих систем многоэтажных зданий с нелинейно-деформируемыми связями. — Реферативный сборник. Межотраслевые вопросы строительства. — ЦИНИС Госстроя СССР, вып. 6, 1969. — С.36-41.

27. Рекомендации по проектированию стальных закладных деталей для железобетонных конструкций. — М.:, Стройиздат, 1984 — 88с.

28. Рекомендации по расчету прочности и жесткости железобетонных рам с нелинейными диаграммами деформации узлов и элементов на горизонтальные нагрузки. ЦНИИЭПжилища — Москва, 1976.

29. Семченков А.С., Десятник С.И., Кутовой А.Ф. Испытание дисков перекрытий из панелей 2 Т. — Бетон и железобетон, №2, 1985. — С.7-9.

30. Семченков А.С., Третьяков Б.И., Кутовой А.Ф. и др. Работа дисков перекрытий из настилов с продольными шпонками. — Бетон и железобетон, № 1, 1983. — С.35-36.

31. Семченков А.С., Третьяков Б.И., Кутовой А.Ф. Совершенствование методов расчета и конструирования сборных дисков перекрытий общественных зданий. — Обзорная информация. — Вып. 1. — М: 1986. — 56с.

32. Складнев Н.Н., Васильев Б.Ф., Кодыш Э.Н. Рекомендации по статическому расчету связевых железобетонных каркасов многоэтажных производственных зданий со стальными связями. — М: ЦНИИпромзданий, МИСИ, 1982. — 36с.

33. Складнев Н.Н., Кодыш Э.Н., Андреев В.В. Рекомендации по статическому расчету связевых каркасов многоэтажных производственных зданий с произвольными связевыми элементами (включая ядра жесткости). — М.: ЦНИИСК, ЦНИИпромзданий, МИСИ, 1988 — 25с.

34. Смилянский Л.М. Натурные исследования узлов сопряжения сборных железобетонных конструкций в каркасах одноэтажных промышленных зданий. — Труды ЦНИИПромзданий, М, вып. 18, 1970.

35. Стыки сборных железобетонных конструкций. — Сб. статей НИИЖБ под общей ред. А.П. Васильева. — Москва, Стройиздат, 1970. — 189с.

36. Трекин Н.Н. Деформации ячейки перекрытия из многопустотных плит в своей плоскости. — Сб. научных трудов «Современные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта». — РГОТУПС, Москва, 1999. — С.73-75.

37. Трекин Н.Н., Кодыш Э.Н., Вавилов О.В. Работа узловых сопряжений полносборных быстромонтируемых зданий / ЦНИИПромзданий. — М., 2001. — 12с.: ил. — Рус. — Деп. в ВИНИТИ.

38. Трекин Н.Н., Мамин А.Н. Оценка влияния межплитных швов на совместную работу пустотных плит. — Материалы XXX Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы современного строительства». — Пенза, ПГАСА, 1999. — С. 59-60.

39. Ханджи В.В. Расчет многоэтажных зданий со связевым каркасом. — М.: Стройиздат, 1977. — 187с.

40. Холмянский М.М. Закладные детали сборных железобетонных элементов. М., Стройиздат, 1968г. 208с.

41. Шапиро Г.А., Захаров В.Ф. и др. О влиянии податливости рамных узлов на работу железобетонных каркасов при больших горизонтальных нагрузках. — В сб. Работа конструкций жилых зданий из крупноразмерных элементов. — Москва, С, вып. 4, 1979. — С.4-26.

Стыки многоэтажных сборных рам , как правило, вы­полняют жесткими. При шарнирных стыках уменьшается общая жесткость здания и снижается сопротивление де­формированию при горизонтальных нагрузках.

Жесткие стыки колонн мно­гоэтажных рам воспринимают продольную силу N, изгибаю­щий момент М и поперечную силу Q. Арматурные выпуски стержней диаметром до 40 мм стыкуют ванной сваркой (рис. XV. 10). При четырех арматур­ных выпусках для удобства сварки устраивают специаль­ные угловые подрезки бетона длиной 150 мм, при арматур­ных же выпусках по перимет­ру сечения подрезку бетона делают по всему периметру. Концы колонн, а также места подрезки бетона усиливают поперечными сетками и заканчивают стальной центрирую­щей прокладкой (для удобст­ва рихтовки на монтаже). По­сле установки и выверки сты­куемых элементов колонны и сварки арматурных выпус­ков устанавливают дополнительные монтажные хомуты диаметром 10-12 мм. Полости стыка — подрезки бетона и узкий шов между торцами элементов замоноличивают в инвентарной форме под давлением. Исследования по­казали достаточную прочность и надежность стыка. В сравнении с другими стыками, устраиваемыми на сварке стальных закладных деталей, описанный стык экономичнее по расходу стали и трудоемкости.

Уменьшение изгибающего момента в стыках колонн многоэтажного каркасного здания в большинстве случа­ев достигается выбором места расположения стыка бли­же к середине высоты этажа, где изгибающие моменты от действия вертикальных и горизонтальных нагрузок приближаются к нулю и где улучшаются условия для монтажа колонн.

Стыки считают для 2х стадий работы:

А) до замоноличивания стыка- на нагрузки действующие на данном этапе возведения здания.

При определении усилий такие стыки условно принимают шарнирными.

Б) после зомоноличивания стыка – на нагрузки, действующие на данном этапе возведения здания

и при эксплуатации, при определении усилий такие стыки принимают жёсткими.

Расчёт не замоноличенных стыков производят на местное сжатие бетона колонны центрирующей прокладки.

Расчёт замоноличенных стыков производит как для сечения колонны на участке с подрезками с учётом следующих указаний:

А) при наличии косвенного армирования сетками как в бетоне колонны так и в бетоне замоноличивания расчёт ведут в соответствии с рекомендациями по расчёту сжатых ж.б. элементов усиленных косвенным армированием, при этом рассматривается цельное сечение

Б) При наличии косвенного армирования только в бетоне колонны расчёт производят только с учетом косвенного армирования но без учета бетона замоноличивания либо наоборот.

2. Виды и особенности конструкций, и расчета ригелей, балок, ферм

Сборные конструкции зданий, смонтированные из от­дельных элементов, совместно работают под нагрузкой благодаря стыкам и соединениям, обеспечивающим их надежную связь. Стыки и соединения сборных конструк­ций можно классифицировать по функциональному приз­наку (в зависимости от назначения соединяемых элемен­тов) и по расчетно-конструктивному (в зависимости от вида усилий, действующих на них).

По функциональному признаку различают стыки колонн с фундаментами, ко­лонн друг с другом, ригелей с колоннами, узлы опирания подкрановых балок, ферм, балок покрытий на колонны, узлы опирания панелей на ригели и т. п.

По расчетно-конструктивному признаку различают стыки, испытывающие сжатие, например стыки колонны (рис. Х.8,а); стыки, испытывающие растяжение, напри­мер стыки растянутого пояса фермы (рис. Х.8,б); сты­ки, работающие на изгиб с поперечной силой, например в соединении ригеля с колонной (рис. Х.8,в), и т. п.

В стыках усилия от одного элемента к другому пере­даются через соединяемую сваркой рабочую арматуру металлические закладные детали, бетон замоноличивания.

Размеры зазоров между соединяемыми элементами назначают возможно меньшими. Их величину обычно оп­ределяют доступностью сварки выпусков арматуры, удобством укладки в полости стыка бетонной смеси из условия погашения допусков на изготовление и монтаж; она может составлять 50-100 мм и более. При заливке швов раствором, особенно под давлением, зазор может быть минимальным, но не менее 20 мм.

Стальные закладные детали для предотвращения кор­розии и обеспечения необходимой огнестойкости элемен­тов покрывают защитным слоем цементного раствора по металлической сетке.

Концевые участки сжатых соединяемых элементов (например, концы сборных колонн) усиливают попереч­ными сетками косвенного армирования. При соединении с обрывом продольной рабочей арматуры в зоне стыка усиление поперечными сетками производят по расчету. Сетки устанавливают у торца элемента (не менее 4 шт.) на длине не менее 10d стержней периодического профиля, при этом шаг сеток s должен быть не менее 60 мм, не более 7з размера меньшей стороны сечения и не более 150 мм (рис. Х.9). Размер ячеек сетки должен быть не менее 45 мм, не более 1/4 меньшей стороны сечения и не более 100 мм.

В стыках и соединениях сборных железобетонных эле­ментов стальные закладные детали часто проектируют в виде пластинок и приваренных к ним анкеров, испытывающих действие усилий М, N, Q (рис. Х.11). Для расчета анкеров изгибающий момент заменяют парой сил с плечом г и усилия определяют с учетом опытных коэффициентов. Площадь поперечного сечения анкеров наиболее напряженного ряда:

Стыки растянутых элементов выполняют сваркой вы­пусков арматуры или стальных закладных деталей, а в предварительно напряженных конструкциях — пропус­ком через каналы или пазы элементов пучков, канатов или стержневой арматуры с последующим натяжением. Сварные стыки растянутых элементов конструируют так, чтобы при передаче усилий не происходило разгибания закладных деталей, накладок или выколов бетона.

Для передачи сдвигающих усилий на поверхности соединяемых элементов устраивают пазы, которые после замоноличивация образуют бетонные шпонки. Примене­ние бетонных шпонок целесообразно в бесконсольных стыках ригелей с колоннами, где их располагают так, чтобы бетон шпонок работал в наклонном сечении на сжатие,

в стыках плитных конструкций, для повышения жесткости панельных перекрытий в своей плоскости и др. (рис. X.13).

#G0

МОНТАЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ#S

Виды монтажных соединений
Монтажные соединения — это взаимные примыкания конструктивных элементов, выполняемые при их монтаже.
Монтажные соединения подразделяют на стыки, узлы и швы.
Под стыком понимают места соединения между собой одних и тех же конструктивных элементов: колонн (рис.1), панелей, ригелей, подкрановых балок. Разновидностью стыка является шов (рис.1), представляющий собой горизонтальное или вертикальное соединение, длина которого значительно превышает его поперечное сечение (например, шов между стеновыми панелями или плитами перекрытий). В отличие от стыков и узлов швы в основном не воспринимают расчетные усилия. Однако, есть пример конструктивных решений (пространственные решения, диски покрытий и перекрытий, в которых швы воспринимают расчетные усилия.

Рис.1. Виды монтажных соединений сборных железобетонных элементов:

а — колонны с фундаментом, б — колонны с колонной, в стеновых панелей по вертикали, г — то же, по горизонтали, д — ригеля с колонной; 1 — фундамент, 2 — колонна, 3 — раствор, 4 — арматурные стержни, 5 — панель внутренняя, 6 — панель наружная, 7 — ригель

Монтажные узлы — это соединение между собой конструктивных элементов, например, колонн с фундаментами (рис.2), ригеля с колонной, стропильных ферм с колоннами. Монтажные узлы и стыки делятся на несущие и ненесущие. Несущие стыки воспринимают и передают нагрузки и должны обеспечивать необходимую прочность соединения. К таким стыкам относятся соединения колонн с фундаментами, двух колонн между собой, подкрановых балок с колоннами, ферм с колоннами.

Рис.2. Виды сопряжений:

а — замоноличивание, б — на сварке, в — смешанное; 1 — фундамент, 2 — раствор, 3 — колонна, 4 — закладная деталь, 5 — рабочая арматура, 6 — сварочный шов, 7 — бетон

Несущие стыки в зависимости от передаваемых ими нагрузок подразделяют на шарнирные и жесткие. Шарнирные передают только продольные и поперечные силы, жесткие, кроме того, могут передавать и изгибающие моменты. Несущие стыки рассчитывают на восприятие монтажных и эксплуатационных нагрузок. Марку бетона или раствора для таких стыков устанавливают расчетным путем. Для этого применяют бетон, приготовленный на быстротвердеющих цементах или портландцементе, марки не ниже 400.
Ненесущие стыки в отличие от несущих не воспринимают нагрузок. Примерами таких стыков являются соединения перегородок и стен, панелей ограждения между собой, плит перекрытий и покрытий.
В зависимости от способа выполнения монтажные соединения подразделяют на «сухие», замоноличенные и смешанные.
«Сухие» соединения выполняют на сварке (рис.2,б), болтах, заклепках, а также с применением высокопрочных дюбелей, самонарезающих винтов и комбинированных заклепок, т. е. без замоноличивания зазоров между соединяемыми элементами.
Замоноличенные соединения представляют собой заделку между соединяемыми деталями бетонными смесями или раствором. Примером такого соединения являются соединения железобетонных колонн с фундаментами (рис.2,а), колонн с ригелями и др. Замоноличенные соединения более трудоемки по сравнению со сварными или болтовыми, так как для их выполнения требуются дополнительные затраты на укладку бетонной смеси и время на твердение бетона или раствора.
При работе зимой принимают дополнительные меры, чтобы обеспечить набор прочности бетона в стыке несущих конструкций не менее 70 проц. от проектной.
В смешанных соединениях конструкции сначала крепят болтами или сваркой, а затем замоноличивают бетонной смесью или раствором. К смешанным соединениям относятся стыки колонн по их высоте, примыкания плит к ригелям перекрытия и к фермам покрытия и др. (#M12293 0 854902227 0 0 0 0 0 0 0 185598728рис.1,б#S; рис.2, б, в). Смешанные соединения наиболее трудоемки и сложны по исполнению.
Монтажные соединения должны быть прочными, жесткими и долговечными, а также технологичными при монтаже и заделке. Кроме того они должны обеспечивать неизменяемость взаимного положения стыкуемых элементов.
С учетом функционального назначения возводимых зданий и сооружений к стыкам, узлам и швам предъявляют дополнительные требования по герметичности, тепло- и звукопроводности.
К заделке стыков разрешается приступить только после выверки установленных элементов, приемки по акту сварных швов и антикоррозионной защиты металлических элементов. Бетонные и растворные смеси для заделки несущих стыков приготовляют на быстротвердеющих цементах или портландцементе марки не ниже 400. Стыки, не воспринимающие расчетных усилий, допускается заделывать растворами марки не ниже 50.

Болтовые соединения
Типы болтов. На болтах обычно соединяют металлические, реже железобетонные конструкции. Для соединения металлических конструкций применяют следующие типы болтов: нормальной, грубой, повышенной точности и высокопрочные с соответствующими гайками и шайбами.
Болты грубой точности штампуют из круглой углеродистой стали диаметром не более 20 мм. Их ставят в отверстия с зазором 2-3 мм. Такие болты имеют повышенную деформативность и в многоболтовых соединениях плохо работают на срез, поэтому не допускается применение их в соединениях со знакопеременными усилиями. Болты грубой точности применяют, как правило, в узлах с опиранием одного элемента на другой, с передачей через опорный столик, а также в соединениях, где они не работают или работают только на растяжение.
Болты нормальной точности в отличие от болтов грубой точности имеют более высокое качество обработки поверхности. Однако их прочностные характеристики находятся в одном диапазоне, что обеспечивает их взаимозаменяемость.
Болты повышенной точности обрабатывают обточкой на токарном станке с допуском + 0,1 мм. Такие болты изготовляют диаметром 10-48 мм и длиной до 300 мм.
Высокопрочные болты (иначе их называют фрикционными) предназначены для передачи усилий, действующих на соединение, посредством трения. Такие болты изготовляют из высокопрочных сталей и термически обрабатывают в готовом виде. Болты ставят в отверстия, на 2-3 мм превышающие диаметр болта, но гайки затягивают тарировочным ключом (рис.3). Такие соединения просты, но достаточно надежны и применяются в ответственных сооружениях.

Рис.3. Тарирровочный ключ для натяжения высоких болтов:

1 — рычаг, 2 — планка, 3 — язык, 4 — индикатор

Диаметры для болтов повышенной точности назначают равными номинальным диаметрам болтов. Отверстия для таких болтов имеют только плюсовые отклонения, что обеспечивает установку болта без затруднений. В отличие от болтов нормальной и грубой точности рабочая часть стержня болта повышенной точности не имеет нарезки, что обеспечивает достаточно полное заполнение отверстия и хорошую работу на срез. Чтобы отличить высокопрочные болты от других, на их головку наносят выпуклую маркировку.

Сборка соединений.

Сборка болтовых соединений включает в себя следующие операции: подготовка стыкуемых поверхностей, совмещение отверстий под болты, предварительное стягивание соединяемых деталей стыка, рассверливание отверстий (при необходимости) до проектного размера, установка болтов и окончательная сборка.

Подготовка стыкуемых поверхностей заключается в очистке сопрягаемых элементов от ржавчины, грязи, масла и пыли. Кроме того, выправляют неровности, вмятины, погнутости, а также удаляют напильником или зубилом заусенцы на кромках деталей и отверстий. Особенно тщательно эти операции выполняют при соединении деталей на высокопрочных болтах, где плотное примыкание всех стыкуемых элементов является одним из основных условий надежности работы болтового соединения.

Соединяемые поверхности очищают сухим кварцевым или металлическим песком с помощью пескоструйной установки; обжигом газовыми горелками, стальными щетками, химической обработкой.

Пескоструйная очистка

эффективнее других способов, так как обеспечивает высокий коэффициент трения стыкуемых поверхностей, однако этот способ наиболее трудоемок.

Наиболее часто применяют огневой способ обработки с использованием универсальных горелок, которые работают как на природном газе, так и на кислородно-ацетиленовой смеси, и создают температуру 1600-1800 °С, что обеспечивает сжигание жировых пятен и отслаивание окалины и ржавчины.

Один из способов очистки болтов, гаек и шайб заключается в том, что их погружают в бак с кипящей водой, а затем в емкость, заполненную неэтилированным бензином с 10-15% минерального масла. После испарения бензина на поверхности метизов остается тонкая сплошная пленка смазки.

Точность совмещения отверстий монтажных деталей достигается с помощью проходных оправок, представляющих собой стержень с цилиндрическими частями. Диаметр оправок должен быть на 0,2-0,5 мм меньше диаметра отверстия.

Для фиксации взаимного расположения монтируемых элементов и предупреждения их сдвига 1/10 общего числа отверстий заполняют пробками, диаметром равным диаметру отверстий. Длина пробок должна превышать суммарную толщину соединяемых элементов. После постановки пробок оправки выбивают. Пакеты соединяемых элементов стягивают постоянными или временными болтами, которые ставят через каждое третье отверстие, но не реже чем через 500 мм.

Отверстия сверлят ручными пневматическими и электрическими машинами.

Пневматические машины

бывают прямые, применяемые для работы в местах, где нет ограничений по габаритам, и угловые, приспособленные для работы в стесненных местах. Пневматическими установками рассверливают отверстия диаметром до 20 мм.

Электрические машины

работают от сети переменного тока напряжением 220 В. На открытом воздухе такие машины применяют в комплекте с защитно-отключающим устройством, а в закрытых сухих помещениях — заземляют, монтажник работает электрическими инструментами в перчатках и стоя на резиновом коврике. Наиболее безопасны машины — с двойной изоляцией; их можно применять без дополнительных мер защиты и при работе на открытом воздухе.

После рассверливания отверстий, свободных от сборочных болтов, болты вывинчивают, а на их место ставят постоянные болты.

Гайки всех болтов (постоянных и временных) закручивают ручными ключами (обычными или трещоточными). При этом один рабочий удерживает головку болта от вращения, а второй затягивает гайку. На болтах нормальной и повышенной точности устанавливают шайбы — одну под головку болта и не более двух — под гайку. При большом числе болтов в одном соединении применяют электрические гайковерты. Болты устанавливают от середины стыка к краям. Со стороны гайки должно оставаться не меньше одной нитки резьбы с полным профилем. Качество затяжки проверяют, постукивая болты молотком массой 0,3-0,4 кг. При этом болты не должны смещаться и дрожать.

От самоотвинчивания гайки предохраняют контргайками или пружинными шайбами. Однако при динамических и вибрационных нагрузках этих мер недостаточно, поэтому в процессе эксплуатации следует систематически контролировать состояние монтажных соединений и подтягивать гайки на ослабевших болтах.

Соединения на высокопрочных болтах бывают сдвигоустойчивые и с несущими болтами. В сдвигоустойчивых соединениях болты непосредственно не участвуют в передаче усилий: все усилия, приложенные к сопрягаемым элементам, воспринимаются только за счет сил трения, возникающих между плоскостями сдвига. В соединении с несущими болтами наряду с силами трения между плоскостями сдвига в передаче усилий участвуют и сами болты, что позволяет повысить

одного болта в 1,5-2 раза по сравнению с болтом в сдвигоустойчивых соединениях.

Поверхности соединяемых элементов в этих случаях обрабатывают, как под обычные болтовые соединения. Перед постановкой болтов, шайб и гаек удаляют консервирующую смазку. Для этого их в решетчатой таре опускают в кипящую воду, а затем в емкость со смесью 15% минерального масла и 85% неэтилированного бензина.

При этом особое внимание уделяют натяжению соединяемых элементов. Существует несколько способов определения усилий натяжения болтов. На строительной площадке часто применяют метод косвенной оценки усилий натяжения через крутящий момент, которых необходимо приложить к гайке.

Крутящий момент М определяют из выражения: М = КР·а, где Р — Усилие натяжения болта, Н; d — номинальный диаметр болта, мм; К — коэффициент закручивания болта.

Натяжение болтов контролируют выборочно: при числе болтов в соединении до 5 — все болты, при 6-20 — не менее 5 болтов и при большем числе — не менее 25 % болтов в соединении. Если при контроле обнаруживается, что хотя бы один болт не удовлетворяет установленным требованиям, то проверяют все болты. Головки проверенных болтов окрашивают, а все соединения зашпаклевывают по контуру.

Заклепочные соединения
Заклепка (рис.4) представляет собой цилиндрический стержень с выштампованной закладной головкой из круглой калиброванной стали. Формы головок бывают: полукруглая, полу потайная, коническая. В процессе клепки на втором конце стержня формируется замыкающая головка.

Рис.4. Виды заклепок (а…в) и заклепочного соединения (г):

а — с полукруглой головкой, б — с полупотайной, в — с потайной; 1 — закладная головка, 2 — стержень, 3 — замыкающая головка, 4 — соединяемые детали

По назначению заклепочные соединения подразделяются на прочные, плотные и прочноплотные. Прочные соединения применяют при сборке и монтаже колонн, ферм, балок; плотные — цистерн, резервуаров; прочноплотные — для изготовления емкостей, находящихся под давлением.

Заклепочные соединения применяют при изготовлении тяжелых подкрановых балок, мостов, элементов пролетных и других конструкций, для которых необходимо обеспечить высокую вибрационную прочность. Чаще всего используют заклепки диаметром 12-30 мм, которые ставят в отверстия, диаметр которых на 1-1,5 мм больше диаметра заклепки.

За расчетный диаметр заклепки принимают диаметр отверстия, так как при образовании замыкающей головки стержень головки осаживается и утолщается.

Длину заклепки выбирают с учетом толщины соединяемого пакета и длины стержня, идущей на образование замыкающей головки и заполнение зазора между отверстием и стержнем.

В самих заклепках и в заклепочных соединениях возникают срезывающие, сжимающие и изгибающие напряжения; наиболее опасны из них срезывающие и сжимающие.

Клепку выполняют горячим и холодным способами. Горячую клепку производят, как правило, в заводских условиях. Для этого применяют электрические или пневматические клепальные скобы. Заклепку, нагретую до 900-1100°С (оранжевый цвет), вставляют в отверстие соединяемых элементов. При остывании заклепка укорачивается и плотно стягивает склепанный пакет. В условиях монтажной площадки клепку ведут холодным способом с применением пневматических клепальных молотков. Операции выполняют в такой последовательности: изготовление деталей с отверстиями; установка в часть отверстий временных болтов (не менее 1/3 от числа всех заклепок); рассверливание (при необходимости) отверстий в сборных деталях; непосредственно клепка. При установке заклепок их удерживают ручными (рис.5) поддержками.

Рис.5. Поддержки ручные:

1 — место для клейма, 2 — углубление для головки клейма

Заклепки располагают в один или несколько рядов. Расстояние между осями продольного ряда заклепок, т.е. установленных вдоль прилагаемого усилия, называют шагом, а в поперечном ряду — дорожкой. В зависимости от числа заклепок в соединении и их расположения монтажную клепку подразделяют на узловую и рядовую. Узловой считают клепку, если в узле не более 15 заклепок, рядовой — клепку при числе заклепок в узле более 15.

Для рассверливания отверстий применяют пневматические сверлильные машины.

Качество поставленных заклепок проверяют внешним осмотром, замерами и остукиванием. При внешнем осмотре удостоверяются, что нет перекосов, а при остукивании, что отверстие целиком заполнено стержнем. Для этого применяют контрольный молоток массой 0,3-0,4 кг. Удары наносят по боковой поверхности головок в направлении, перпендикулярном ее оси.

Слабые заклепки заменяют. Чтобы извлечь заклепку, одну из ее головок срубают зубилом или срезают кислородным резаком, после этого выбивают стержень заклепки пневматическим молотком и выколоткой. Чтобы заклепка легче выходила из отверстия, его со стороны срубленной головни заливают керосином.

Заклепки в конструкциях из алюминиевых сплавов изготовляют из сплавов тех же марок, что и соединяемые элементы, и ставят только в холодном состоянии. Контакт алюминиевых сплавов с другими металлами недопустим, так как в местах соприкосновения возникает электрохимическая коррозия.

При клепке на высоте следят за устойчивостью и прочностью подмостей. При работе на деревянных подмостях на них должно быть ведро с водой или песком.

Соединение сборных железобетонных элементов каркасных зданий
Соединение колонн с фундаментом. Колонны с фундаментом соединяют несколькими способами. В фундаменте стаканного типа колонны защемляют (рис.6,а). Такие фундаменты обычно выводят до уровня планировки грунта, что значительно упрощает планировочные работы и подготовки площадки для монтажных работ. Для лучшего сцепления с фундаментом в торцах колонн устраивают борозды. Зазоры между колонной и стенкой стакана делают внизу не менее 50, а вверху не менее 75 мм.

Рис.6. Способы соединения колонн с фундаментом:

а — заполнение зазора бетонной смесью, б — выпусками арматуры, в — анкерными болтами; 1 — фундамент, 2 — колонна, 3 — бетон, 4 — раствор, 5 — выпуск арматуры, 6 — опорная металлическая плита, 7 — анкерный болт

После выверки колонны ее временно раскрепляют и замоноличивают в гнезде стакана бетонной смесью; кроме того, колонны с фундаментом соединяют с помощью выпусков арматуры (рис.6, б), а также с применением анкерных болтов (рис.6, в).

С фундаментом пенькового типа колонны соединяют так же, как элементы многоярусной колонны; временное крепление колонны обеспечивается сваркой. Такие фундаменты целесообразно устраивать при глубоком заложении основания или установке колонн в разных уровнях.

Стыки колонн с колонной.

Такие соединения бывают шарнирные и чаше жесткие.

Жесткие стыки выполняют следующими способами: сваркой стальных оголовков по контуру; сваркой стальных оголовков в торцах сопрягаемых элементов с помощью накладных соединительных элементов с последующей зачеканкой зазора жестким цементно-песчаным раствором и замоноличиванием; сваркой выпусков арматурных стержней с последующим замоноличиванием соединения (рис.7).

Рис.7. Соединение железобетонных колонн с колонной:

а — накладными стержнями, б — сваркой выпусков арматуры; I — вид соединяемых элементов до монтажа, II — то же, после монтажа; 1 — колонны, 2 — выпуск арматуры, 3 — стальной оголовок колонны, 4 — центрирующая прокладка, 5 — рихтовочная пластина, 6 — стыковые накладки, 7 — бетонный выступ, 8 — стальной хомут, 9 — Зачеканка стыка раствором

Если стык образован сваркой оголовков по контуру (по периметру шва), то основная часть усилия передается через сварные швы, расположенные по периферии. Для направления части продольной силы по оси колонн и разгрузки наружных швов между сопрягаемыми торцами прокладывают тонкую пластинку. Толщина швов должна быть не более 12 мм, иначе стальные детали коробятся, и бетон пристыковой зоны разрушается.

Колонны, имеющие на стыкуемых торцах обрамление из уголков или полос, соединяют арматурой, квадратом или уголком. Такой стык может воспринимать все виды силовых воздействий, но его недостаток — большая металлоемкость.

Наиболее распространенный стык — сваркой выпусков арматуры. Как правило, сварку выполняют ванным способом. Такой стык имеет несколько конструктивных решений, различающихся контактом сопрягаемых торцов и расположением стержней арматуры.

Для соединения ригеля с колонной применяют ригели двух типов: с полками для опирания (рис.8,а) плит и прямоугольного сечения (рис.8,б). Стыки ригелей с колоннами по характеру воспринимаемых усилий бывают шарнирные или жесткие.

Рис.8. Стыки ригеля с колонной:

а — ригеля с полками с колонной крайнего ряда, б — прямоугольного ригеля с колонной среднего ряда; 1 — ригель, 2 — колонна, 3 — закладная деталь колонны, 4 — плита крайнего ряда, 5 — выпуск арматуры, 6 — раствор, 7 — плита среднего ряда, 8 — крепление сваркой закладных элементов плиты и ригеля

В шарнирном стыке в большинстве случаев ригель опирают на консоль колонны или ее торец, а затем сваривают их закладные детали. Если ригель или балку опирают непосредственно на торец колонны, то в оголовке колонны предусматривают анкерные болты. На оголовке колонны устанавливают ригель, к опорным листам которого приваривают стальные пластины с вырезами для анкерных болтов. После установки и выверки ригель закрепляют на анкерных болтах через шайбы, затягивая гайки. В шарнирных стыках заделка пространства между торцами ригеля и колонной по расчету не требуется.
При жестком соединении ригель в уровне нижнего пояса приваривают к колонне через закладные детали, а в уровне верхнего пояса соединяют выпуски арматуры закладных элементов и заполняют стыковую полость бетонной смесью.
Соединение плит перекрытия и покрытий с ригелем. Способ соединения плит перекрытий с ригелем зависит от ряда факторов, в том числе и от степени их совместной работы, предусмотренной расчетами.
В сборном разрезном перекрытии, когда плиты и ригели работают как самостоятельные элементы, плиты опирают на полки или поверх ригелей. В этом случае средние межколонные плиты приваривают к закладным деталям ригелей. Распорные плиты смежных пролетов в уровне верхней полки соединяют, сваривая стальные накладки. Швы между плитами перекрытий заделывают раствором. Совместная работа плит перекрытия достигается укладкой в швы между плитами арматурных каркасов и их последующим замоноличиванием.
Распорные плиты, расположенные по обе стороны колонны, приваривают |на опорах и через накладки сваривают с плитами смежных пролетов в уровне верхнего пояса. Рядовые плиты перекрытий укладывают закладными деталями на закладные детали полок ригелей и сваривают.
Пристенную плиту устанавливают одним концом на монтажный столик, а другим — на закладную деталь полки ригеля.
В ряде случаев плиты перекрытий объединяют с ригелем. Для этого в продольные швы между плитами смежных пролетов закладывают арматурные каркасы.
Соединение элементов каркаса с безбалочным перекрытием (рис.9). Основными конструктивными элементами каркаса являются колонны 1, капители 2, надколонные 3 и пролетные 4 плиты сплошного сечения. Колонны в месте опирания капителей имеют четырехсторонние консоли и пазы по граням ствола. Основная капитель имеет в центре квадратное отверстие. С выступающей частью колонны капитель соединяют сваркой закладных стальных деталей. Капитель, в свою очередь, служит опорой для надколенных плит и является обоймой стаканного типа для колонн вышележащего этажа. Надколонные и пролетные плиты жестко соединяют с капителью, сваривая закладные детали.

Рис.9. Каркас с безбалочным перекрытием (а) и элементы перекрытия (б):

1 — колонна; плиты; 2 — капитальная, 3 — надкапитальная, 4 — пролетная, 5 — межпролетная

После установки колонн вышележащего этажа надколонную плиту армируют и заделывают бетоном с щебнем на мелкой фракции.

Разновидностью безбалочных перекрытий являются перекрытия многоэтажных каркасных зданий, изготовленные на уровне пола первого этажа, поднятые в проектное положение.

Крепление подкрановых балок, ферм и плит покрытия.

Подкрановую балку (рис.10) устанавливают на опорный лист 6 консоли колонны 1 и закрепляют гайками за анкерные болты 4. После окончательной выверки закладные детали 5 подкрановых балок сваривают с закладными листом 3, заложенным в бетон консоли колонны, кроме того, верхний пояс крепят к закладной части колонны, сваривая их закладные элементы.

Рис.10. Соединение железобетонной колонны с подкрановой балкой:

а — железобетонной, б — металлической; 1 — колонна, 2 — подкрановая балка, 3,5 закладные детали, 4 — анкерный болт, 6 — опорный лист, 7 — соединительная планка, 8 — отверстие для закрепления рельсов, 9 — уголок

Стропильные фермы (рис.11) спирают на закладные листы 2 оголовков колонн и закрепляют анкерными болтами 7 и сваркой.

Рис.11. Соединение стропильной фермы с колонной:



а — общий вид опирания фермы на колонну, б — типовой, в — усовершенствованный: 1 — колонна, 2, 4 — закладные детали, 3 — опорная плита, 5 — шайба, 6 — стропильная ферма, 7 анкерные болты, 8 — гайка, 9 — монтажный шов

Усовершенствованный узел сопряжения стропильных ферм с колоннами в отличие от типового не имеет опорной плиты и анкерных болтов, при таком сопряжении закладную деталь стропильной фермы приваривают непосредственно к закладной детали колонны. Стропильные фермы опирают на опорные утолщения подстропильных ферм (рис.12) и соединяют анкерными болтами и сваркой. Плиты покрытия опирают на верхний пояс покрытия стропильной фермы. Закладные детали продольных ребер плит покрытия в местах их опирания на ферму сваривают, а зазоры между боковыми сторонами покрытия и торцами заделывают раствором или бетоном на щебне мелкой фракции.

Рис.12. Опирание двух подстропильных и стропильной ферм на колонну среднего ряда:

1 — колонна, 2 — закладной лист, 3, 5, 8, 9 — закладные детали, 4 — подстропильная ферма, 6 — опорный лист, 7 — анкерный болт

Материал подготовил Демьянов А.А.

Добавить комментарий