Вертикальные диафрагмы и связевый каркас

Вертикальные стеновые элементы, предназначенные для восприятия горизонтальных нагрузок от диска перекрытиями или покрытия с последующей передачей их на грунт, обычно называются диафрагмами. Такие элементы подвергаются главным образом горизонтальному сдвигу, хотя прибольшой гибкости такие элементы могут иметь значительный изгиб (рис. 3.5.1). На рис. 3.6.3 показана элементарная конструкция здания с несущими диафрагмами (поперечными стенами) по торцам. Колебания грунтов вызывают в здании силы инерции, что всвою очередь вызывает смещение перекрытий. Нагрузки, возникающие в процессе такого перемещения, воспринимаются стеновыми диафрагмами и передаются затем на фундамент. При вращении удлиненного здания в горизонтальной плоскости стеновые диафрагмы рассматриваемого типа работают подобно консольной балке, на которую опираются конструкции перекрытия. Однако в отличие от обычных консолей, воспринимающих нагрузки от собственного веса, диафрагмы работают на сопротивление динамическим нагрузкам, изменяющимся по направлению своего действия в течение времени перемещения грунта (рис. 3.5.2), что зависит от характеристик данного землетрясения.

Рис. 3.5.1. Усилия в диафрагмах 1 - инерционные усилия от перекрытия; 2 - сдвигающие усилия; 3 - перемещение грунта; 4 - изгиб	Рис. 3.5.2. Двусторонний и односторонний прогиб

Рис. 3.5.3. Вертикальные диафрагмы: аналогия с нагружением консольных балок

Размер и проектное положение вертикальных диафрагм являются важными факторами при разработке конструктивного решения здания. Набор вертикальных элементов здания различной ориентации в плане и расположенных на различных расстояниях от центра жесткости должен обеспечивать сопротивление крутящим моментам при землетрясении.

На рис. 3.5.4 показаны некоторые концепции выбора проектного положения стеновых элементов на примерах простых геометрических планов: в колонке 1 показаны схемы планов с расположением диафрагм жесткости (выделены черным), а в колонках 2, 3 и 4 показано выключение этих диафрагм в работу при различном направлении действия нагрузки. Так при наличии ядра жесткости и диафрагм, расположенных по периметру здания (строка а) наблюдается удовлетворительное включение этих элементов в работу при всех направлениях воздействий; при наличии крестообразного расположения диафрагм (строка б) недостаточной будет жесткость на кручение (схема 4б); при угловом размещении диафрагм (строка в) кручение плана возникает при направлении нагружения влево-вправо и вперед-назад; недостаточным будет сопротивление такого плана кручению из-за несовпадения центра жесткости и центра тяжести сечения (схема 4в); при размещении диафрагмпод углом к наружным стенам (строка г) жесткость плана будет недостаточна при действии нагрузки в направлении, перпендикулярном диафрагмам; треугольный план привел к возникновению кручения при действии нагрузки в направлении влево-вправо и вперед-назад.

Рис. 3.5.4. Проектное положение вертикальных диафрагм

Работа связевых каркасов подобна работе диафрагм, хотя их несущая способность может быть несколько ниже, в зависимости от расчетных параметров. Связевые элементы жесткости таких каркасов обычно выполняются из металлических прокатных профилей, стержней круглого сечения, или труб; усилия, соответствующие значительным колебаниям, могут вызвать сжатие или удлинение связевых элементов, в результате чего происходит выключение их из работы, возникают большие деформации или разрушение основных конструкций. Для обеспечения требуемой надежности соответствующего узла необходимо учесть работу связевых элементов каркаса в неупругой стадии. В расчетах конструкций важно определить возможные пути передачи экстремальных нагрузок. Наличие эксцентриситета значительно уменьшает несущую способность связевых каркасов элементов, хотя в настоящее время нашли применение усложненные конструкции систем жесткости с компенсационными соединениями или включающимися связями. Их размещение учитывает целесообразность допущения нелинейного закона, прежде всего в балках, а не в колоннах. Кроме того, компенсационные соединения или включающиеся связи при повреждении и имеющейся податливости препятствуют наступлению полного разрушения, обычно обусловленного потерей устойчивости колонн (рис. 3.5.5).

Рис. 3.5.5. Элементы жесткости со смещенными стыками

При обеспечении сейсмостойкости зданий путем применения несущих рамных каркасов, воспринимающих момент, горизонтальные поперечные усилия воспринимаются колоннами и балками, работающими на изгиб и сдвиг, сопряжение которых осуществляется в стыках, также способных воспринять изгибающий момент. Стыки находятся в условиях большого напряжения, поэтому детали их конструкции являются особенно важными. Работа каркасов в неупругой стадии становится одним из важных факторов при определении сопротивления системы за счет поглощения энергии при развитии остаточных деформаций, возникающих в конструкции до начала разрушения. По этой причине рамные каркасы обычно выполняются в металле с жесткими сварными швами (для которых собственная пластичность материала имеет большое значение) или в железобетоне (отличаются достаточно хорошим показателем пластичности), обеспечивая несущую способность конструкции стадией неупругой работы до начала разрушения.

Использование каркасов такой конструкции имеет определенное архитектурное преимущество. Во-первых, включение их в конструктивную систему проектируемого здания исключает необходимость установки диафрагм или связей, что, в свою очередь, устраняет ряд ограничений при разработке объемно-планировочного решения. Во-вторых, рамные конструкции такого типа отличаются значительно большей гибкостью, чем связевые, включающие диафрагмы. Подобно связевой системе в конструкции рамного типа также имеются стеновые элементы, работающие на горизонтальную нагрузку; поэтому сама рамная система может воспринимать расчетный момент от прилагаемой нагрузки не на полную величину.

Дата добавления: 2015-07-13