Еще одна схема конструкции

Конструктивные и расчетные схемы зданий и сооружений

Все здания и сооружения на железнодорожном транспорте -вокзал, локомотивные и вагонные депо, заводы по ремонту подвижного состав; мосты, телевизионные башни, высотные здания и т. .д.) состоят из отдельных частей – конструктивных элементов. Взаимное расположение и характер работы несущих элементов здания, связь их между собой определяют его консруктивную схему.

Конструктивная схема – это взаимосвязанные системы несущих конструкций (вертикальных, горизонтальных, наклонных, пространсвенных) здания и сооружения, воспринимающих постоянные и временные нагрузки, воздействия окружающей среды (температурные, влажностные и др.) и передающих их на грунтовое основание. Несущие конструкции, образующие конструктивную схему сооружения, должны обеспечивать прочность, устойчивость и необходимую жесткость в течение всего срока службы здания сооружения.

Конструктивная схема позволяет выявит игру сил, поэтапную передачу нагрузки с одного элемента здания на другой. В конструктивной схеме поперечной рамы одноэтажного производственного здания поэтапная передача нагрузки осуществляется по двум цепочкам-траекториям (рис. 8.1).

Рис 8.1 Конструктивная (а) и расчетная (б) схема поперечной рамы: 1 – фундамент (Ф); 2 – колонна (К); 3 – ригель; 4 – плиты перекрытия (П); 5 – мостовой ран; 6 -подкрановая балка; 7 – консоль колоны (K1) 8 – продольные связи между колонами; 9 – основание (О);

Для обеспечения устойчивости поперечных рам в продольном направлении устанавливают продольные связи. Основные конструктивные схемы здания из железобетона следующие

• Каркасная (колонны, ригеля, плиты перекрытия)

• Бескаркасная (стеновая) с поперечными и продольными несущими стенами

• Из объемных блоков

• Стволовая (несущий ствол-остов в середине здания на всю высоту)

• Комбинированная ( комбинация различных конструктивных стен)

Расчетная схема устанавливается на основе конструктивной схемы сооружения. Расчетная схема – это упрощенное изображение конструкции с действующими нагрузками, принимаемыми для выполнения расчетов. По существу расчетная схема – это геометрическая схема конструкций с учетом соединений между элементами действующими нагрузками.

В расчетной схеме стержни условно заменяются их центральными линиями – осями, пластиы – их срединными поверхностями, реальные опорные поверхности заменяются идеальными опорными связями, нагрузки на поверхности на оси или срединные поверхности.

В расчетной схеме, определяющей усилия в элементах важную роль играют узлы, соединения элементов в узлах, характер опирания конструкции на опоры и основания. Соединения элементов могут быть:

· жесткие, не допускающие взаимного перемещения элементов.

· свободные, или шарнирные, позволяющие взаимное перемещение между собой

· упругоподатливые соединения, допускающие взаимные перемещения, но с возникновением реакций в соединениях.

При выборе расчетной схемы возможны определенные допущения, предпосылки, идеализации. Например, стержневое металлическое структурное покрытие заменяется на сплошную непрерывную плиту с условными характеритиками материалов и расчетной выстой. От расчета пространственных систем, переходят к расчету плоских рам. Учитывая неопределенность отпора грунта, ленточный фундамент рассматривается как балка с распределенной нагрузкой. Расчетная схема, если она сложна для расчета, подвергается дальнейшему упрощению исключением некоторых устройств, играющих второстепенную роль в сооружении и не снижающих его надежности в эксплутации.

Подготовка расчетной схемы включает в себя:

· схематическое представление конструктивного решения, анализ конструктивных элементов ( стержни, пластины), установление перечня нагрузок, действующих на сооружение;

· принятие решения о характере закрепления узлов, отпирания и соединения элементов в узлах (жесткое, шарнирное, упругоподатливое);

· прослеживание траектории восприятия внешних нагрузок конструктивными элементами и передача усилий содного элемента на другой или на основание;

· проверка выбранной расчётной схемы на геометрическую изменяемость. При её обнаружении необходимо вернуться к анализу соединений в узлах и опорах. В некоторых случаях усилия в элементах конструкции зависят от деформации. Так, в поперечных сечениях ствола Останкинской телебашни при отсутствии крена фундамента изгибающие моменты не возникают. Однако при действии ветровой нагрузки и одностороннем нагреве солнечной радиацией поверхности ствола развиваются горизонтальные деформации, как следствие возникают эксцентриситеты и дополнительные изгибающие моменты в поперечных сечениях от вертикальных нагрузок. Расчёт таких сооружений ведут по деформируемой расчётной схеме, согласно которому внутренние усилия определяют в зависимости от деформации конструкции.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Увлечёшься девушкой-вырастут хвосты, займёшься учебой-вырастут рога 10193 – | 7904 – или читать все.

Конструктивные и расчетные схемы зданий и сооружений.

• Каркасная (колонны, ригеля, плиты перекрытия)

• Бескаркасная (стеновая) с поперечными и продольными несущими стенами

• Из объемных блоков

• Стволовая (несущий ствол-остов в середине здания на всю высоту)

• Комбинированная ( комбинация различных конструктивных стен)

· жесткие, не допускающие взаимного перемещения элементов.

· свободные, или шарнирные, позволяющие взаимное перемещение между собой

Подготовка расчетной схемы включает в себя:

9. Примеры составления расчётных схем.

Расчётные схемы конструкции могут изменяться в процессе строительства и эксплуатации. Например, сборная многопролётная железобетонная балка при монтаже разрезная, а после омоноличивания стыков под временной нагрузкой работает как неразрезная (рис.9.1).

Рис.9.1 Расчетные схемы многопролетной балки:

а — при монтаже, 6 — в эксплуатации.

Величина нагрузки может также влиять на расчётную схему. Железобетонная ферма (рис. 9.2) в эксплуатационной стадии рассматривается с жёстким соединением в узлах.

Однако в растянутых элементах с увеличением нагрузки появляются поперечные трещины, эти элементы воспринимают только продольные усилия, и ферма работает как система с шарнирными узлами, что учитывается в расчетах на прочность.

Конструктивная схема Останкинской радиотелевизионной башни представлена на рис.9.3.

Рис. 9.2 Расчетные схемы железобетонной фермы: а — сегментная ферма с ломаным верхним поясом; б—расчетная схема фермы в стадии эксплуатации (жесткое соединение в узлах); в — расчетная схема фермы в предельном состоянии (шарнирное соединение в узлах).

Основные элементы конструктивной схемы:

Фундамент – железобетонный, монолитный предварительно напряжённый в виде десятиугольной кольцевой плиты высотой h=3 м, шириной b=9.5 м. Кольцевая напрягаемая арматура состоит из 108 пучков, каждый из которых включает 24 проволоки класса В-1400.

Наклонные ноги. 10 наклонных ног башни жёстко соединены с фундаментом. На отметке 16 м железобетонные ноги объединены в одно целое мощным железобетонным перекрытием и переходят в опорную базу.

Опорная база – конической формы , на отметке 65 м сопрягается со стволом.

Оболочка ствола имеет коническую форму до отметки 321 м, выше которой ствол принимает цилиндрическую форму. Толщина стенки ствола переменная (400-500 мм). Защитный слой бетона а_з=60 мм с целью защиты арматуры класса А400, расположенной внутри стенок ствола, от коррозии и огневого воздействия.

Рис.9.3. Схема Останкинской телебашни.

1 – металлоконструкция (антенна);

2 – железобетонный ствол (коническая оболочка);

3 – опорная база;

4 – наклонные ноги;

Толщина защитного слоя a_з=60мм.

Н = 540 м; Н_жб = 385 м.

Армирование ствола выполнено ненапрягаемой и напрягаемой арматурой. Ненапрягаемая арматура класса

А400 расположена внутри стенок ствола. Особенностью конструктивного решения ствола башни заключается в том , что напрягаемая арматура расположена вне толщины стенок (не обетонирована). Класс арматуры В1400.

Условия эксплуатации. Нижняя граница облаков расположена на отметке 150 м, влажность воздуха w = 80-90 % и более. В течении года бетон испытывает 35 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Прочность бетона на сжатие в возрасте 5 лет превышала проектную на 50 %.

Пожар на Останкинской телебашне возник 27.08.2000г. В результате замыкания электрической сети на отметке 430 м воспламенилась изоляция из полихлорвинила. В верхней части ствола температура t = 350-400 С, на отметках 200-300 метров поднималась до t = 400-500C. На этих высотах происходило отслоение защитного бетона на глубину Δb = 30-40 мм.

Часть канатов, в результате нагрева, находилась в состоянии свободного провисания: они полностью потеряли предварительное напряжение, снизилась прочность на растяжение на 47-75%, и они не могут обеспечить проектное обжатие бетона ствола башни.

На основании обследования состояния железобетонного ствола после пожара и теоретического анализа влияния огневого воздействия на железобетонную конструкцию установлено следующее:

1) прочность и устойчивость железобетонного ствола после пожара не ниже проектного;

2) жесткость железобетонного ствола значительно снижена и в нем возможно образование и развитие горизонтальных трещин при значительной ветровой нагрузке.В настоящее время на железобетонном стволе башни смонтированы и натянуты 146 высокопрочных канатов, обеспечивающих проектное усилие обжатия бетона.

Расчет конструкции башни выполняется на воздействие нагрузки в стадии возведения и эксплуатации.

При расчете учитываются постоянные и временные нагрузки.

Радиотелевизионная башня преимущественно работает на восприятие горизонтальных ветровых нагрузок. При определении усилий в сечениях ствола башни она рассматривается как консольный стержень, заделанный в фундамент.

Расчёт выполняется по деформированной схеме (рис.9.4) с учётом влияния горизонтальных смещений ствола на величину внутренних усилий при воздействии:

1) горизонтальных нагрузок

2) вертикальных нагрузок

3) одностороннего температурного нагрева поверхности ствола солнечной радиацией

4) возможного крена ствола, значение которого принимается не более .

Изгибающие моменты, возникающие в поперечном сечении ствола башни:

Mr – изгибающий момент от горизонтальной (ветровой) нагрузки

Мв – изгибающий момент в сечении на расстоянии Z_k от верха фундамента от всех сил Pi, расположенных выше сечения К,

P_i – все вертикальные силы, расположенные выше рассматриваемого сечения (Z_i>Z_k).

f_i и f_k – суммарные отклонения оси ствола от вертикального положения:

f_i₁ = (Z_i + h_ф) tgθ – горизонтальные отклонения, обусловленные креном фундамента.

f_i₂ – горизонтальные перемещения оси ствола от внешних воздействий (ветровой нагрузки) при условии, что материал башни работает в упругой стадии.

f_i₃ – горизонтальные перемещения оси ствола башни от одностороннего нагрева солнечной радиации.

Рис.9.4 Расчётная схема Останкинской телебашни.

а – горизонтальная ветровая нагрузка;

б – вертикальная нагрузка;

в – деформации оси ствола башни.

Устойчивость положения башни проверяется на опрокидывание относительно оси, перпендикулярной плоскости действия опрокидывающего момента. Ось проходит через точку А, перпендикулярно плоскости чертежа.

Необходимо выполнить условие:

М_уд – удерживающий момент;

М_опр – опрокидывающий момент;

R_w – равнодействующая ветровой нагрузки.

10. Расчетные модели.

Расчётная модель – это геометрическая схема конструкции с действующими нагрузками и данными, характеризующими физико-механические свойства материала. Добавляются предпосылки о виде диаграммы « напряжения-деформации» ( рис. 10.1), распределение напряжений или внутренних усилий в элементе конструкции в эксплуатационной стадии или в момент разрушения (рис. 10.2).

Рис. 10.1. Диаграммы «напряжения — относительные деформации»: 1—для стали с ярко выраженной площадкой текучести; 2 — для бетона; 3 — для высокопрочной проволоки; σн, R_b — предел прочности; σу— предел текучести.

Рис. 10.2. Распределение напряжения по высоте сечения в изгибаемом элементе; а — при упругой работе материала; б— при образовании пластического шарнира; в— в предельном состоянии железобетонной балки; х — высота сжатой зоны; А_s — площадь сечения арматуры.

11. Цели и задачи расчёта несущих конструкций.

Цель расчёта при проектировании – создание конструктивных оптимальных решений с соблюдением определённых гарантий против появления в сооружении неблагоприятных состояний. В процессе службы несущих конструкций в пределах установленного срока должна быть обеспечена их надёжность в работе и заданная долговечность от воздействия нагрузок и окружающей среды. Поставленная цель должна быть достигнута при минимальном расходе материалов, обеспечении высоких эксплуатационных качеств здания или сооружения с наименьшими трудовыми и энергетическими затратами.

Расчёт строительных конструкции состоит их трёх основных этапов (рис.11.1).

На первом этапе методами строительной механики определяются внутренние усилия во всех элементах конструкций здания или сооружения. Однако для определения усилий в статически неопределимых системах необходимо знать сечения элементов и характер соединения их между собой.

На втором этапе определяют необходимые размеры сечений элементов. Размеры поперечных сечений устанавливают на основе характера распределений напряжений по высоте сечений с учётом их связи с относительными деформациями (диаграмма

σ-ε), предельно допустимых значении сопротивлений конструкционных материалов. При этом применяются некоторые гипотезы, например, гипотеза плоских сечений.

На практике во многих случаях размеры поперечных сечений элементов назначают из опыта проектирования с учётом требований изготовления и монтажа конструкций. Впрочем, необходимо помнить, что изменение геометрических характеристик сечений элементов в статически неопределимых системах на 25-30 % влечёт за собой изменение внутренних усилий на 3-5%.

На третьем этапе необходимо сравнить усилия от нагрузок и воздействий F с несущей способностью Ф. На этом этапе устанавливают необходимые соотношения между внутренними усилиями и несущей способность, определяемой по геометрическим параметрам и механическим характеристикам конструкционных материалов.

На этом этапе расчёта в конструкции закладываются проектные гарантии надёжности и безопасности их работы в течении срока эксплуатации.

Расчёт и конструирование имеют экономическую направленность – создать конструкцию оптимальной стоимости с минимальными трудовыми, материальными и эксплуатационными затратами. Такая цель достигается благодаря наиболее выгодному использованию свойств материалов, применению рациональных конструктивных решений, наиболее полному использованию несущей способности конструкций.

Рис. 11.1 Этапы расчета строительных конструкций

Конструктивные схемы зданий и их основные элементы

Производственные здания

Основные несущие конструктивные элементы многоэтажных производственных зданий аналогичны элементам общественных зданий и выполняют те же функции.

Конструктивные элементы одноэтажных производственных зданий, как по своим формам, так и по функциональным особенностям значительно отличаются от применяемых в жилых и общественных зданиях. Такие здания возводят, как правило, каркасными с навесными стеновыми панелями из легких бетонов или других материалов. Железобетонные панели стен прикрепляют непосредственно к колоннам каркаса; легкие металлические или асбестоцементные панели крепят к стальным ригелям или другим элементам каркаса стен, прикрепленного к колоннам.

Одноэтажные каркасные здания бывают многопролетные с пролетами одинаковой (рис.8) или разной ширины и высоты или однопролетные. Покрытия делают плоские (рис.8, а) или скатные (рис.8, б), с бесфонарными или фонарными надстройками.

Рис.8. Схемы каркасов одноэтажных промышленных зданий а — с плоской кровлей; б — со скатной кровлей и фонарями; 1 — фундаментальные балки; 2 — фундаменты; З — колонны крайнего ряда; 4 — колонны среднего ряда; 5 — подкрановые балки; 6 — балки покрытия; 7 — панели покрытия; 8 — воронка водостока; 9 — утеплитель и кровля; 10 — парапет; 11 — панели стены; 12 — оконные переплеты; 13 — пол;14 — фонарь; 15 — стропильные фермы.

Основные элементы каркаса: колонны З и 4, балки 6 покрытий или стропильные фермы 15, которые образуют плоские поперечные рамы. Рамы устанавливают на расстоянии 6 или 12 м друг от друга. Эти элементы каркаса бывают стальными и железобетонными. На рамы опирают продольные элементы каркаса: подкрановые балки 5, по которым прокладывают пути для мостовых кранов, ригеля стенового каркаса (фахверка), используемого для крепления оконных переплетов 12 и стеновых ограждающих панелей в случае вертикальной разрезки их; железобетонные панели покрытий 7 или стальные прогоны кровли, по которым укладывают листы профилированной стали или панели из асбестоцементных листов и других материалов; фонари 14, назначение которых — обеспечить естественную аэрацию и освещение зданий,

Одноэтажные постройки

Конструктивные схемы промышленных зданий такого типа включают в себя стальные либо железобетонные колонны. Они совместно с несущими элементами формируют поперечные рамы. Кроме того, в сооружениях применяются разного рода продольные компоненты. К ним, в частности, относят такие элементы, как подкрановые, обвязочные и поперечные рамы, подстропильные фермы, а также разнообразные связи. Последние придают как отдельным компонентам, так и всему каркасу в целом пространственную устойчивость и жесткость.

Между колоннами устанавливается определенное расстояние. Оно называется шагом в продольном направлении и пролетом – в поперечном. Размеры этих расстояний принято именовать сеткой колонн. Каркасные одноэтажные сооружения достаточно распространены в сельскохозяйственном и производственном строительстве.

Такие постройки состоят из стального либо железобетонного каркаса и покрытия и стен. Остов включает в себя вертикальные элементы – колонны и горизонтальные – фермы, балки, ригели.

Первые и вторые компоненты служат для укладки плит покрытия и сооружения кровли. Также на балках и фермах при необходимости монтируют аэрационные и световые фонари. Остов принимает всю внешнюю нагрузку от покрытия и веса его конструкций, испытывает горизонтальное и вертикальное крановое, а также ветряное давление, воздействующее на стены. Для построек сельскохозяйственного назначения используются, как правило, железобетонные элементы. В промышленных зданиях с пролетами от 30 и более метров остов делается комбинированным: фермы используют стальные, а колонны – железобетонные.

Многоэтажные постройки производственного назначения

Такие сооружения широко распространены в приборостроительной, химической, пищевой, электротехнической и аналогичных промышленностях. Остов построек включает в себя ригели и колонны. Они формируют многоярусные рамы, имеющие жесткие узлы.

Эти элементы располагают поперек строения. В продольном направлении жесткость сооружения обеспечивается за счет стальных связей. Их устанавливают по всем рядам колонн в центре арматурных отсеков. Количество пролетов может быть различным: от 1 до 3-4, а в некоторых случаях и больше. Их размеры 12, 9 и 6 м.

Стропильные балки перекрывают верхние этажи, ширина которых 18 и 12 м. Также для этих целей используются фермы и плиты, аналогичные покрытиям в одноэтажных сооружениях. может быть 3.6-7.2 м с градацией через каждые 0.6 м.

Виды строительно-монтажных работ

Все работы на стройках разделяют на общестроительные, специальные, транспортные и погрузочно-разгрузочные. К общестроительным относят работы, связанные с возведением строительных конструкций зданий и сооружений.

Общестроительные работы подразделяются по виду перерабатываемых материалов на земляные, и бетонные и др., по возводимым конструктивным элементам — на кровельные, штукатурные и др.

Земляные работы: рытье ям, котлованов и траншей под отдельные опоры, ленточные фундаменты, траншей для подземных коммуникаций, транспортирование (погрузка, перемещение, выгрузка) и рыхление грунта, планировка площадок, вскрышные работы, обратная засыпка и устройство насыпки, уплотнение грунта.

Свайные работы: забивка или погружение свай, устройство свайных фундаментов.

Каменные работы: возведение каменных конструкций (стен, простенков, столбов) из штучных камней и блоков бутовой и бутобетонной кладки, кладки из обработанных природных камней правильной формы, кирпича, искусственных камней и крупных блоков.

Бетонные и железобетонные работы — возведение бетонных и железобетонных конструкций: приготовление бетонной смеси, транспортирование и укладка ее с уплотнением в форму (опалубку); создание условий, необходимых для твердения бетона (уход за бетоном); замоноличивание участков и стыков между сборными элементами и др. При возведении железобетонных монолитных конструкций выполняют также опалубочные работы (устройство опалубки) и арматурные (установка арматурных каркасов в опалубке).

Монтаж конструкций охватывает доставку на рабочее место, установку, выверку и закрепление готовых деталей и элементов (стальных, бетонных, железобетонных, деревянных, асбестоцементных и др.).

Плотничные и столярные работы на стройках, как правило, ограничиваются процессами транспортирования к месту установки и установки готовых деталей (стропил, окон, дверей) или возведением конструкций из заранее заготовленных и обработанных деталей, элементов или материалов (досок, брусков и др.). К этим работам относятся также настилка дощатых и паркетных полов.

Кровельные работы — это работы, выполняемые при устройстве покрытий чердачных и бесчердачных, крыш. В одном случае покрытие делают из стальных и асбестоцементных листов в другом — на подготовленное основание наклеивают рулонные материалы (толь, пергамин, рубероид).

Отдельные работы: оштукатуривание, облицовка, окраска, оклейка обоями зданий и помещений. Штукатурные работы выполняют, как правило, с механизированной подачей и нанесением раствора, а при небольших объемах работ — вручную. Облицовочные работы выполняют после завершения каменных работ с применением крупноразмерных плит и малогабаритных плиток, а также облицовочных листовых материалов. Работы по окраске конструкций, оклейке обоями относятся к малярным. В состав отделочных входят также работы по покрытию полов линолеумом, пластиком и т. п.

К специальным относятся главным образом работы, связанные с особыми видами материалов и способами производства, применяемыми при возведении конструкций или сооружений. Например, устройство шахтных стволов, облицовка или обмуровка технологических агрегатов и аппаратов кислотоупорной или огнеупорной кладкой, нанесение на конструкции антикоррозионных покрытий, а также устройство силовых, осветительных, телефонных и других сетей, монтаж санитарно-технических систем и приборов, лифтов.

Транспортные и погрузочно-разгрузочные работы включают в себя доставку на стройки и рабочие места материалов, конструкций и деталей, приспособлений, инвентаря и инструмента. Для перевозки многообразных грузов, поступающих на стройки, служат различные транспортные средства: автосамосвалы, панелевозы, трайлеры, средства подвесного и конвейерного транспорта.

Конструктивные элементы

Колонны
имеют
высоту в 2 — 4 этажа, что позволяет в
зданиях, с соответствующей этажностью,
применять бесстыковые колонны. Наряду
с бесстыковыми колоннами в номенклатуру
включены следующие типы колонн: — нижние
высотой в два этажа и расположением
низа колонны ниже нулевой отметки на
1,1м.; средние — высотой в три-четыре и
верхние в один-три этажа. Предусмотрены
колонны сечением 30×30 см для зданий
высотой до 5-ти этажей и колонны сечением
40х40см для всех остальных. Колонны
выпускаются двухконсольнымии и
одноконсольными. Ригели
—
таврового сечения с полкой понизу для
опирания плит перекрытия, что уменьшает
его конструктивную высоту. Стык ригеля
с колонной выполняет со скрытой консолью
и приваркой к закладным деталям консоли
и колонны (частичное защемление).Перекрытия
— многопустотные плиты высотой 220 мм и
пролетом до 9,0м.. Плиты типа 2Т применяют
для пролетов 9 и 12м. Элементы перекрытий
разделяют на рядовые и связевые (плиты
распорки). Связевые плиты перекрытия
устанавливают между колоннами в
направлении перпендикулярном ригелям,
обеспечивая их устойчивость.Перекрытия
испытывают поперечный изгиб от
вертикальных нагрузок и изгиб в своей
плоскости от горизонтальных (ветровых,
динамических) воздействий.Стены
—
диафрагмы жесткости монтируют из
бетонных панелей высотой в этаж, толщиной
140мм. и длиной, соответствующей расстоянию
между колоннами в преде¬лах, которых
они установлены. При шаге колонн 7,2 и
9,0м стены-диафрагмы проектируют составными
из двух-трех панелей, с координационными
размерами по ширине 1,2, 3,0 и 6,0 м. Они могут
быть глухими или с одним дверным проемом.
Элементы диафрагм жесткости между собой
и элементами каркаса соединяют сваркой
закладных деталей, не менее чем в двух
местах по каждой стороне панели с
последующим замоноличиванием.Шаг
диафрагм определяется расчетом, но не
превышает 36,0 м.Панели
наружных стен
могут быть запроектированы самонесущими
или ненесущими (навесными) конструкциями.
Разрезка стен на панели — двухрядная. В
номенклатуру входят поясные простеночные,
под карнизные, парапетные, цокольные
панели.Панели самонесущих стен
устанавливают по цементно-песчаному
раствору на цокольные или простеночные
панели и крепят поверху к закладным
деталям колонн. Панели ненесущих стен
навешивают на ригели, консоли или опорные
металлические столики колонн и закрепляют
в плоскости перекрытия.

Привязка
панелей самонесущих и несущих стен к
каркасу единая — с зазором 20 мм между
наружной гранью колонны и внутренней
гранью панели наружной стены.

Основные конструктивные схемы зданий

Здание состоит из взаимосвязанных конструктивных элементов: фундаментов, стен, отдельных опор, прогонов и перекрытий. Сочетание этих основных элементов, каждый из которых выполняет свои специфические функции, представляет собой несущий остов здания (рис. 1).

По своему назначению конструкции подразделяют на несущие и ограждающие. Несущие конструкции несут на себе нагрузки от вышележащих частей здания, от снега, ветра и т. д. Ограждающие конструкции изолируют помещения от внешней среды и смежных помещений. Некоторые несущие конструкции (например, перекрытия) являются одновременно и ограждающими.

Фундаменты являются подземными конструкциями, воспринимающими на себя всю нагрузку от здания и действующих на него сил и передающими эти нагрузки на грунт (основание). Нижняя плоскость фундамента, непосредственно соприкасающаяся с основанием, называется подошвой фундамента.

Конструктивные схемы зданий — Строительство зданий

Конструктивные схемы зданий

Основными несущими элементами зданий являются фундаменты, стены, отдельные опоры, элементы перекрытий и покрытий, составляющие несущий остов здания. Совокупность элементе несущего остова должна обеспечивать восприятие всех нагрузок, воздействующих на здание, и передачу их на основание, а также пространственную неизменяемость (жесткость) и устойчивость зданий.

По конструктивной схеме несущего остова здания подразделяются на бескаркасные, каркасные и с неполным каркасом. В бескаркасных зданиях основными вертикальными несущими элементами являются стены, в каркасных — отдельные опоры (колонны, столбы), в зданиях с неполным каркасом — и стены и отдельные опоры.

Бескаркасные здания получили широкое распространение в гражданском .одноэтажном, малоэтажном и многоэтажном строительстве. Имеются примеры возведения бескаркасных жилых зданий высотой в 25 этажей. Бескаркасные здания встречаются также в одноэтажном и малоэтажном промышленном строительстве.

Несущий остов таких зданий, состоящий из несущих стен и перекрытий, представляет собой как бы коробку, пространственная жесткость которой создается совместной работой стен и дисков перекрытий.

Рис. 1. Конструктивные схемы бескаркасных зданий: а — с продольными несущими стенами, б — с поперечными несущими стенами, в — с поперечными и продольными несущими стенами

Бескаркасные здания могут возводиться с продольными несущими стенами. Поперечные стены в таких зданиях устраивают только в лестничных клетках, а также в промежутках между ними для придания большей устойчивости продольным стенам и, в тех местах, где должны; проходить дымовые и вентиляционные каналы. Ширина гражданских зданий обычно не превышает целесообразные величины пролетов констструкций перекрытий. В таких зданиях, помимо наружных несущих продольных стен, приходится возводить внутренние несущие продольные, стены.

Гражданские бескаркасные здания часто возводят и с поперечными несущими стенами. В таких зданиях продольные наружные стены являются самонесущими. При возведении таких зданий из сборных железобетонных конструкций (панельных) поперечные несущие стены выполняются из железобетонных панелей, а ограждающие наружные стены — из легких панелей.

Возводятся также бескаркасные здания, где несущими являются как поперечные, так и продольные стены. В таких зданиях панели перекрытий размером на комнату опираются всеми четырьмя сторонами на поперечные и продольные стены.

Здания с неполным каркасом вместо внутренних продольных и внутренних поперечных стен, на которые должны опираться конструкции перекрытий, имеют отдельные опоры в виде столбов или колонн. На колонны в продольном или поперечном направлении укладывают прогоны, служащие опорами для плит перекрытий.

Каркасными в большинстве случаев строят одноэтажные, малоэтажные и многоэтажные промышленные здания, а также многоэтажные гражданские здания. Ряд малоэтажных гражданских зданий возводят также в каркасных конструкциях.

Рис. 2. Конструктивные схемы зданий с неполным каркасом: а — с продольными прогонами, б — с поперечными прогонами; 1 — прогон, 2 — колонна

Несущий остов таких зданий состоит из колонн и горизонтальных ригелей, выполняемых в виде балок или ферм. Колонны и жестко или шарнирно скрепленные с ними ригели образуют рамы. В многоэтажных зданиях ригели иногда располагают в продольном направлении. При применении в многоэтажных зданиях безбалочных перекрытий ригелем рамы является безбалочная плита, жестко связанная с капителями колонн.

Рис. 3. Конструктивные схемы каркасных здачий: а — с самонесущими стенами, б — с несущими навесными стенами

Наружные стены каркасных зданий, выполняющие ограждающие функции, являются самонесущими или ненесущими, навесными. Самонесущие стены в этом случае опираются на фундаменты или фундаментные балки, ненесущие стены в каждом этаже — на бортовые балки или ригели рам (при продольном расположении ригелей), а навесные стены навешиваются на наружные колонны каркаса.

Читать далее:Конструкции лестницОбщие сведения о лестницах и лифтахВорота производственных и складских зданийДвери гражданских и промышленных зданийОкна гражданских и промышленных зданийЗаполнение оконных, дверных и воротных проемовПерегородки из мелкоштучных материаловПерегородки щитовые и каркасныеОбщие сведения о перегородкахКровли из штучных материалов

Какими бывают конструктивные схемы зданий

Сооружение может включать в себя несущие элементы. Речь в этом случае идет о бескаркасных зданиях.

Существует и другой вид сооружений. В них все нагрузки распределяются на систему колонн (стоек). Эти сооружения – каркасные здания – включают в себя также горизонтальные элементы. К ним, в частности, следует относить ригели, прогоны.

Существуют полные и неполные каркасные здания. Конструктивная схема в первом случае предполагает наличие вертикальных элементов и по периметру внешних стен, и внутри сооружения. Во втором случае в строении присутствуют несущие наружные стены и внутренний остов. Его колонны заменяют основные стены внутри.

Такие конструктивные схемы зданий используют при отсутствии существенных динамических нагрузок. Остовы с поперечными и продольными — наружными и внутренними — несущими стенами представлены в виде коробок, в которых пространственная жесткость обеспечивается перекрытиями и вертикальными элементами. Они формируют устойчивые вертикальные и горизонтальные таких остовов зависит от того, насколько надежна связь между перекрытиями и стенами, их прочности.

Строительная механика – Закрепления конструкции или степени свободы узлов.

Доброе утро, добрый день, добрый вечер и спокойной ночи !

На волне последних событий (битва конструкторов с моим участием, ищется по “Необычный вход в подъезд”) мне кажется, было бы логично объяснить простым языком некоторые аспекты строительной механики и начать я решил с вешалки, т.е. закреплений. Если тема окажется интересной, то мы продолжим, и я постараюсь показать вам, что строительная механика может быть доступна практически каждому, на бытовом уровне.

Для массовой аудитории хватит следующих видов закрепления

1. Шарнирно неподвижная опора

2. Шарнирно подвижная опора

3. Жесткая заделка. ( рамный узел) ((Красивой фотки не нашёл)

4. свободный конец. (другой конец крановой балки, как вы можете видеть имеет рамный узел)

Так как отличить одно закрепление от другого ?

На помощь придёт понимание, а что мы собственно закрепляем ?

А закрепляем мы узлы ! Узел простым языком это базовая точка элемента, в которой он соединяется с другими элементами конструкции, допустим у балки их 2 – один в начале, другой в конце. У пластины их минимум 3 (минимальное количество точек, для построения плоскости).

Каждый узел имеет 6 степеней свободы !

Группа линейных перемещений

1 – Перемещение по оси X

2 – Перемещение по оси Y

3 – Перемещение по оси Z

Группа угловых перемещений

4 – Поворот относительно оси Х

5 – Поворот относительно оси Y

6 – Поворот относительно оси Z

Отсутствие закрепления / свободный конец / консоль

Все степени свободы доступны узлу, гуляй куда хочешь, правда не забывай что ты на поводке хД

Узнать такое в природе очень легко, так как оно банально ничем не закреплено и ни на чём не лежит.

В общем и целом это узел, перемещения которого ограничены, а хотя-бы один повороты нет. И этим поворотом в нашем случае будет поворот вокруг оси У, т.к. именно он позволяет балке изгибаться – т.е. работать.

Шарнирно подвижная опора: Допустим, балка просто лежит на 2-х опорах за счёт собственного веса. Со стороны обывателя, она ничем не закреплена, со стороны строительной механики, она закреплена от перемещений по оси Z. Ведь опора не даёт ей упасть, но при это разрешает ей поворачиваться как угодно. И данная опора будет оставаться шарнирно подвижной, пока балка узел опирания балки, может перемещаться по плоскости опоры.

Шарнирно НЕподвижная опора: Как только запретили балке перемещать узел опирания во всех трёх направлениях, узел стал шарнирно неподвижным. Однако при этом, это всё ещё шарнир пока мы не запретим углы поворота этого узла относительно оси У.

Жесткое закрепление: Полное и безоговорочное лишение узла ВСЕХ степеней свободы. Идеальный жесткий узел, это все стыки в монолитных конструкциях.

В природе легко опознается если при поворот и перемещение любого элемента, влекут такие-же изменения во всех присоединённых элементах.

Таким образом, я надеюсь мы разобрались, что “закрепление” это условное название для всех видов ограничения степени свободы узла, и это не всегда подразумевает наличие специального механизма или устройства. Даже просто лежать, уже значит быть “закреплённой” на строительном языке.

3.2. Конструктивный тип зданий

Конструктивный тип зданий представляет собой вариант конструктивной системы по признаку вида вертикальных несущих конструкций.

Различают следующие виды вертикальных несущих конструкций:

– стержневые (колонны каркаса);

– объемно-пространственные (объемные блоки);

– объемно-пространственные внутренние несущие конструкции на высоту здания в виде тонкостенных стержней открытого или замкнутого профиля (стали жесткости), который располагают обычно в центре здания;

– объемно-пространственные внешние несущие конструкции на высоту здания в виде тонкостенной оболочки замкнутого профиля, образующий одновременно и наружную ограждающую конструкцию здания.

Классификация конструктивных типов зданий (основных и комбинированных) приведены на рис. 3.6.

Рис. 3.6. Классификация конструктивных типов зданий.

Основные и комбинированные конструктивные типы зданий приведены на рис. 3.7. и рис. 3.8.

Горизонтальные несущие конструкции (перекрытия) зданий, как правило, однотипные и представляют собой жесткий диск (сборный, монолитный или сборно-монолитный).

абвгд

несущие наружные стены

ненесущие наружные стены

несущий объемный блок

Рис. 3.7. Основные конструктивные типы зданий: а – каркасный; б – бескаркасный; в – объемно-блочный (столбчатый); г – ствольный; д – оболочковый

Вид вертикальной несущей конструкции

Схема плана здания

Схема разреза здания

на высоту этажа

на высоту здания

Рис. 3.8. Основные конструктивные типы зданий. Ординарные (обыкновенные, простые) конструктивные системы: 1 – колонна каркаса; 2 – ригель каркаса; 3 – несущая стена; 4 – перекрытие; 5 – объемный блок; 6 – ствол жесткости; 7 – перекрытие консольного типа; 8 – стена-оболочка здания; 9 – ферма или балка перекрытия

абвг

дежи

Рис. 3.9. Комбинированные конструктивные типы зданий: а – с неполным каркасом; б – каркасно-диафрагмовый; в – каркасно-ствольный; г – каркасно-блочный; д – блочно-стеновой; е – ствольно-стеновой; ж – оболочково-стволовой; и – каркасно-оболочковый

В комбинированном каркасно-стеновом конструктивном типе здания (неполный каркас) несущие стены расположены по периметру, а внутри здания – колонны каркаса. Возможно обратное расположение стен и колонн. Здание может иметь смешанный конструктивный тип, когда, например, каркас расположен в пределах нижних 1-2 этажей, а выше стеновой конструктивный тип.

3.3. Конструктивные схемы зданий

Конструктивная схемапредставляет собой вариант конструктивной системы конструктивного типа здания по признакам состава и размещения в пространстве основных несущих конструкций – продольному, поперечному или др., также по характеру статистической работы (тип соединения основных конструкций между собой). Классификация конструктивных схем зданий приведена на рис. 3.9.

Рис. 3.10 Стеновые конструктивные схемы зданий: 1 – перекрестно-стеновая; ІІиIII– поперечно-стеновые;IVиV– продольно-стеновые; А – варианты с несущими или самонесущими продольными наружными стенами; Б – то же, с несущими; а – план стен; б – план перекрытий.

При стеновом конструктивном типе зданий применяют 5 конструктивных схем (рис. 3.9.).

Перекрестно-стеновая схема(рис. 3.10.І) характеризуется малыми размерами помещений (до 20 м 2 ), ее применяют, в основном, для многоэтажных панельных жилых зданий со сплошными железобетонными плитами перекрытий, опертыми по контуру.

Схемы с поперечными несущими стенами со смешанным шагом(чередующиеся с большим (более 4,8 м), малым (менее 4,5 м)) и большим шагом (рис. 3.10.ІІиIII) позволяют более разнообразно решать планировку жилых зданий, размещать встроенные нежилые помещения в первых этажах, обеспечивают удовлетворительные планировочные решения школ и детских учреждений.

Продольно-стеновая схема(рис. 3.10.IV) традиционно применяется при проектировании гражданских зданий различной этажности с каменными и крупноблочными конструкциями. Она обеспечивает свободу планировочных решений в зданиях.

Схема с продольными наружными несущими стенами(рис. 3.10.V) применяется в жилых 9-10-этажных зданиях. Она обеспечивает максимальную свободу планировки и многократной трансформации планировочных решений в течение срока эксплуатации здания.

В каркасныхзданиях горизонтальные и вертикальные элементы, соединенные между собой в поперечном и продольном направлениях, образуют конструкции, называемые рамами. Соединение элементов в раме может быть шарнирным и жестким. При шарнирном соединении балки и стойки изгибающие усилия, возникающие в балке, на стойку не передаются, так как она может повернуться (рис. 3.1,е). Жесткое соединение балки со стойкой позволяет передавать на стойку не только сжимающие, но и изгибающие усилия и поперечные силы (рис. 3.1,ж). Рамы могут быть одноярусными или многоярусными, однопролетными и многопролетными.

Таким образом, существуют два способа обеспечения жесткости плоских систем – по рамнойи посвязевой схемам. Комбинируя ими при расположении элементов несущего остова в обоих направлениях здания, можно получить три варианта пространственных конструктивных схем здания: рамную, рамно-связевую, связевую. В третьем направлении – горизонтальном – перекрытия обычно рассматриваются как жесткие диафрагмы. Все эти варианты встречаются при проектировании каркасного несущего острова (рис. 3.11.).

Рис. 3.11. Конструктивные схемы каркасов: а – рамная; б – рамно-связевая; в – связевая; 1 – колонна; 2 – ригель; 3 – жесткий диск перекрытия; 4 – диафрагма жесткости.

Рамнаясхема представляет собой систему плоских рам (одно- и многопролетных; одно- и многоэтажных), расположенных в двух взаимно перпендикулярных (или под другим углом) направлениях – систему стоек и ригелей, соединенных жесткими узлами при их сопряжениях в любом из направлений.

Рамно-связевая схема решается в виде системы плоских рам, шарнирно соединенных в другом направлении элементами междуэтажных перекрытий. Для обеспечения жесткости в этом направлении ставятся решетчатые связи или стенки (диафрагмы) жесткости. Плоские рамы удобнее устанавливать поперек здания.

Связевая схема решения каркаса здания наиболее проста в осуществлении. Решетчатые связи, или диафрагмы жесткости, вставляемые между колоннами, устанавливаются через 24…30 м, но не более 48 м и в продольном, и в поперечном направлениях; обычно эти места совпадают со стенами лестничных клеток.

Рамная схема применяется сравнительно редко. Трудоемкость построечных работ по обеспечению жесткости узлов, повышенный расход стали и т.п. ограничивают их применение в сейсмических районах, зданиях, в которых на большом протяжении (48-54 м) не допускается установка стен, перегородок и других преград и т.п. Чаще, особенно в производственных зданиях, применяют рамно-связевую схему.

Связевая схема оправдывает свое широкое применение большей простотой построечных работ, меньшими затратами труда и материалов и т.п.

При стеновом несущем остове и при различных системах остовов с неполным каркасом обычно применяют связевую схему; при этом наружные или внутренние стены выполняют функции диафрагмы или ядер жесткости, т.е. не требуется установка дополнительных стен.

В каркасныхзданиях вторым определяющим признаком конструктивной схемы является расположение ригелей. Различают 4 конструктивных схемы споперечными, продольными или перекрестными ригелями и безригельную(рис. 3.12.).

Рис. 3.12. Конструктивные схемы каркасных зданий: а – с продольным расположением ригелей; б – с поперечным расположением ригелей; в – с перекрестным расположением ригелей; г – безригельная

При выборе конструктивной схемы каркаса учитывают экономические и архитектурные требования: элементы каркаса не должны связывать планировочное решение; ригели каркаса не должны пересекать поверхность потолка в жилых комнатах и т.д. В связи с этим каркас с поперечным расположением ригелей применяют в многоэтажных зданиях с регулярной планировочной структурой (общежития, гостиницы), совмещая шаг поперечных перегородок с шагом несущих конструкций.

Каркас с продольным расположением ригелей применяют в жилых домах квартирного типа и массовых общественных зданиях сложной планировочной структуры, например, в зданиях школ.

Безригельный (безбалочный) каркас, в основном, используют в многоэтажных промышленных зданиях, реже в общественных и в жилых, в связи с отсутствием соответствующей производственной базы в сборном жилищном строительстве и относительно малой экономичностью такой схемы. В то же время благодаря отсутствию ригелей эта схема среди каркасных в архитектурно-планировочном отношении – наиболее благоприятная. Преимущество безригельного каркаса используется в жилых и общественных зданиях при их возведении в сборно-монолитных конструкциях методом подъема перекрытий или этажей.

В зданиях объемно-блочного конструктивного типаклассификационным признаком является расположение в пространстве объемных блоков и способ их опирания (линейный по контуру, линейный по двум противоположным сторонам или точечный в углах), который определяет характер статической работы здания.

Классификация основных конструктивных схем зданий объемно-блочного конструктивного типа приведена на рис. 3.9., а схемы зданий из объемных блоков на рис. 3.13.

абвг

Рис. 3.13. Основные конструктивные схемы зданий из объемных блоков: а – плоская; б – со сдвижкой по продольной оси; в – со сдвижкой по двум осям; г – со сдвижкой по вертикали; 1 – объемные блоки

Рис. 3.14. Конструктивная схема с монолитным стволом, поддерживающим на консолях панельные конструкции: 1 – монолитный железобетонный ствол; 2 – консоль; 3 – фундамент; 4 – несущие поперечные панели; 5 – навесные наружные панели

Конструктивная схема с консольными платформами здания стволового конструктивного типа приведен на рис. 3.14.

Наряду с основными, широко применяются и комбинированные конструктивные типы и схемы зданий. В этих схемах вертикальные несущие конструкции компонуются с различных несущих элементов: стен и колонн каркаса (с неполным каркасом), стен и объемных блоков и т.п. (рис. 3.15.).

абв

Рис. 3.15 Блочно-ствольные системы: а – с ядрами жесткости и опертыми на них блоками; б – подвешенными блоками; в – консольно-вантовая схема; 1 – ядро жесткости; 2 – объемные блоки; 3 – ванты; 4 – подвески

Как правильно научиться читать чертежи металлоконструкций?

Все, что создано человечеством на всех этапах его развития, все гениальные мысли, которые нашли свое воплощение или остались мечтами конструкторов – так или иначе, были представлены в виде чертежей. Так же, как художественный текст передает фантазии писателя, так и чертеж фиксирует то, что пришло в голову инженера и было приближено им к реальности.

Рис. №1 «Пример чертежей Эйфелевой башни. Франция»

На сегодняшний день все чертежи создаются по единым правилам и ГОСТам, что облегчает их чтение. Научиться читать чертежи металлоконструкций совсем не трудно, поэтому, если вы решили связать свои увлечения или профессиональную деятельность с воплощением конструкций из металла, то стоит ознакомиться с общей информацией по этому вопросу, после чего перейти к практике самостоятельного чтения.

Чертежи КМД, представляющие собой детализированное схематичное изображение металлоконструкции, разрабатываются с учетом некоторых правил, изложенных в таких документах как:

– СНиП (Строительные нормы и правила),

– СПДС (требования Системы проектной документации для строительства),

– ЕСКД (Единая система конструкторской документации).

Чертежи такого рода включают в себя набор данных, которыми вы можете пользоваться для производства – разметки, обработки, сварки и монтажа металлоконструкций.

Рис. №2 «Производство металлоконструкций»

Перед началом обучения тому, как читать чертежи, желательно самостоятельно обратиться к вышеперечисленным документам. Не забудьте выучить все относящиеся ГОСТы, их знание не раз поможет вам быстро сориентироваться в чтении чертежа. Кроме этого, при создании любого чертежа конструкции используются специальные условные обозначения.

Рис. №3 «Пример схемы проекта КМ»

Чертежи КМ обычно снабжены пояснительной запиской, в которой в текстовой форме изложены результаты проведенных расчетов и принятые решения, которые эти расчеты обосновывают. Вместе с этим, в пояснительной записке содержатся технические и нормативные документы, которые использовались при создании чертежа и ссылки на ГОСТы. Данная записка призвана облегчить чтение схемы.

Рис. №4 «Пример узлов проекта КМ»

Полный проект КМД разрабатывается по КМ-у и представляет собой набор из заглавного листа, с общими данными, ведомостей, чертежей монтажных схем, чертежей монтажных узлов и чертежей отправочных элементов. По просьбе заказчика в проект могут быть включены: чертежи деталей отдельно, 3D схемы, особые ведомости, т.д.

Рис. №5 «Титульный лист проекта КМД»

В монтажной схеме вы будут изображены стыки и узлы, сварные или болтовые соединения, которые будут выполняться в монтаже. Здесь же могут быть даны текстовые комментарии. Так же здесь вы найдете ведомость отправочных элементов вместе со схемами конструкций или ссылками на чертеж, поэтому вы сразу поймете, к какому конкретному чертежу относится каждый элемент. Чертежи отправочных элементов компонуются на листе группами. Таким образом, на листе могут быть чертежи элементов, не требующих сборки или только конструкции из гнутого профиля.

Рис. №6 «Монтажная схема проекта КМД»

При разработке схем металлоконструкций выбирается тот масштаб, который позволяет делать чертеж наиболее понятным или легким для чтения, поэтому с пониманием профессионально составленного чертежа у вас не должно возникнуть проблем. Обратите внимание, что такие конструкции, как балки и колонны можно вычерчивать без соблюдения масштаба, но с сохранением взаимного расположения деталей и отверстий.

Рис. №7 «Пример сборочного чертежа, проекта КМД»

После того, как вы ознакомились с документацией чертежей, нужно проверить условные обозначения и вам нужно хорошо знать, как обозначается то или иное изделие. Заклепки, отверстия, узлы, виды применяемого материала – все это имеет буквенное, цифровое или графическое обозначение, поэтому лучше сверяться с таблицей, если у вас еще нет достаточного опыта чтения чертежей.

Не торопитесь, сверяйте все значения. Чертежи изначально выполнены для удобства чтения и понимания, поэтому если вы несколько минут поразмышляете над ними – дальнейший процесс чтения будет намного более простым.