4.3. Расчетные усилия и подбор сечений

На основании эпюр моментов и поперечных сил рамы от различных загружений строят огибающие эпюры М и вычисляют соответствующие им продольные силы N для основных и дополнительных сочетаний нагрузок.

Для расчетных сечений по огибающим эпюрам долж­ны быть найдены значения М_тах и М_тin и соответствую­щие им значения N, а также N_max и соответствующие им М. Расчетные усилия могут быть найдены также состав­лением таблицы, куда вписывают значения усилий, соот­ветствующие отдельным загружениям. Расчетными сече­ниями для ригелей являются сечения на обеих опорах и в пролете, для колонн - сечения вверху, внизу и, кроме того, для высоких колонн — в одном - двух промежуточ­ных сечениях по высоте.

Сечения ригелей и стоек подбирают как для изгибае­мых и сжатых элементов. Если моменты имеют разные знаки, но близки по величине, сечения армируют с симметричной арматурой. Расчетную длину стоек принима­ют в зависимости от условий закрепления в узлах.

Для расчета усилий многоэтажных рам с применени­ем ЭВМ имеются разработанные программы.

Лекция 5. Системы рамные, рамно-связевые и связевые

Расчетные схемы многоэтажных каркасных и панель­ных зданий устанавливают в зависимости от их конст­руктивных схем и способа восприятия горизонтальных нагрузок — по рамной, рамносвязевой или связевой си­стеме. Междуэтажные перекрытия рассматривают как жесткие, не деформирующиеся при изгибе в своей пло­скости горизонтальные связевые диафрагмы.

Расчетные схемы рамно-связевых систем отражают совместную работу многоэтажных рам и различных вер­тикальных диафрагм: сплошных, комбинированных и с проемами (рис. 5.1). Вертикальные конструкции, в действительности расположенные в здании параллельно друг другу, изображаются стоящими рядом в одной пло­скости и соединенными стержнями-связями, поскольку горизонтальные перемещения их в каждом уровне рав­ны. Роль стержней-связей между многоэтажной рамой и вертикальной диафрагмой выполняют междуэтажные перекрытия. Эти стержни-связи считаются несжимаемы­ми и нерастяжимыми. Жесткость вертикальной диафраг­мы в расчетной схеме также принимают равной суммар­ной жесткости соответствующих вертикальных диафрагм блока здания.

а – со сплошной диафрагмой; б – со сплошной и комбинированной диафрагмами; в – с проемной диафрагмой

Рис. 5.1. Расчетные схемы рамно-связевых систем

Расчетные схемы связевых систем отражают совме­стную работу вертикальных диафрагм многоэтажных каркасных или панельных зданий в различных сочетаниях: сплошных и с проемами, с одним и несколькими рядами проемов (рис. 5.2). В этих расчетных схемах вертикальные диафрагмы, в действительности располо­женные в здании параллельно друг другу, изображают­ся стоящими рядом в одной плоскости и соединенными стержнями-связями.

а – с проемными диафрагмами; б – с проемными и сплошными диафрагмами; в – с разнотипными диафрагмами

Рис. 5.2. Расчетные схемы связевых систем

Влиянием продольных деформаций ригелей, перемы­чек и стержней-связей между вертикальными конструк­циями ввиду малости значений пренебрегают. Также пренебрегают деформацией сдвига стоек рам и верти­кальных диафрагм. Отношение высоты сечения верти­кальной диафрагмы к ее длине обычно составляет h/l₀≤1/4.

Влияние податливости стыков стоек и ригелей учи­тывают в расчетах соответствующим снижением их по­гонной жесткости. Влияние же податливости стыков вер­тикальных диафрагм, как показали исследования, мо­жет учитываться в расчетах снижением их изгибной жесткости примерно на 30 %.

В расчетных схемах многоэтажных зданий регуляр­ной структуры с постоянными по высоте значениями же­сткости элементов дискретное расположение ригелей, пе­ремычек, стержней-связей целесообразно заменять не­прерывным (континуальным) расположением, сохраняя дискретное расположение стоек рам, простенков диа­фрагм. Расчеты выполняют на основе общего дифференциального уравнения. Усилия, переме­щения и динамические характеристики различных мно­гоэтажных зданий определяют по готовым формулам и таблицам, полученным в результате решения общего уравнения.

Расчетную ветровую нагрузку для зданий высотой 12 этажей и более 40 м при расчете прочности определяют с учетом динамического воздействия пульсаций скорост­ного напора, вызванных порывами ветра.

Прогибы многоэтажного здания определяют от дей­ствия нормативной ветровой нагрузки. Прогиб верхнего яруса ограничивают значением, равным f≤H/1000.

Горизонтальную ветровую нагрузку (увеличиваю­щуюся кверху) при расчете многоэтажных зданий заме­няют эквивалентной, равномерно распределенной или же эквивалентной нагрузкой, распределенной по трапеции. При равномерно распределенной нагрузке получают бо­лее компактные расчетные формулы и практически точ­ные значения перемещений и усилий в расчетных сече­ниях. Эквивалентная, равномерно распределенная ветро­вая нагрузка определяется по моменту в основании

р = 2М_аct/ H², (5.1)

где M_act—момент в основании от фактической ветровой нагрузки.