Войти  |  Регистрация
Авторизация
» » Расход стали на несущие конструкции высотных зданий

Расход стали на несущие конструкции высотных зданий


Конструкции перекрытий. К конструкциям перекрытий с точки зрения расхода стали относятся следующие элементы: балки перекрытий (в том числе главные и второстепенные); горизонтальные ростверки; полурама рпс24-3 http://predstavitelstvo-gbi.ru/%d0%bf%d0%be%d0%bb%d0%b5%d0%b7%d0%bd%d0%be-%d0%b7%d0%bd%d0%b0%d1%82%d1%8c/; ригели, балки вокруг больших проемов. Как мы уже отмечали, стальной настил перекрытий относится к дополнительным конструкциям. В расход материала на перекрытия не включен дополнительный расход из-за увеличения сечений элементов конструкций перекрытий (которые включены в подсистему, воспринимающую горизонтальные нагрузки) при их расчете на горизонтальные силы.
Факторы, оказывающие влияние на расход материала, разделяют на две главные группы: количественно определяемые, так называемые ’’квантифицированные”, которые можно установить и выразить с помощью определенных парам; количественно трудно определяемые — ’’трудно квантифицированные”, связанные со случайностью, специальными условиями и требованиями.
Квантифицированные воздействия, которые в основном являются статическими, зависят от разных парам:
- плита перекрытия, несущая способность которой зависит от способа опирания, расстояния между балками, возможности совместной работы с балками, этапа нагружения и т.д.;
- статический показатель конструктивной системы, ее частей и элементов зависит от планировочного решения (сетки колонн, пролетов) и нагрузки; статический показатель может быть выражен, например, изгибающим моментом M = dql2, где d — меранеразрезности системы; q — равномерно распределенная нагрузка на единицу площади, м2, или длины, м; l - пролет, так как пролет в формуле находится в квадрате, он является определяющим параметром;
- характеристики сечения, так же как конструктивная высота, тип профиля (прокатный, сварной, составной), мероприятия по обеспечению устойчивости, показатель совместной работы балок с плитой перекрытия и т.п.);
- свойства материалов, в основном механическая прочность;
- функциональные требования к конструкции, влияние при расчете по второму предельному состоянию, требования жесткости.
Конструкции перекрытий должны решаться так, чтобы была применена оптимальная конструктивная высота, которая была бы адекватна типу сечения, и исключала бы расчет по второму предельному состоянию. Если бы определяющими требованиями были условия жесткости, то ее дальнейшее повышение до требуемой величины можно было бы получить путем неразрезности конструкций, распределения нагрузки, обеспечения совместности работы балок с плитой перекрытия и т.п. Затем нужно отдать предпочтение сечению, которое адекватно напряжениям, например, при небольших пролетах и больших нагрузках предпочтительнее сплошностенчатые конструкции, а при больших пролетах и небольших нагрузках - решетчатые и т.п. При выборе сечения нужно придерживаться правила: если существует прокатный профиль, который может работать при данной схеме нагружения, то следует отдать ему предпочтение по сравнению с другими конструкциями. Сталь кл. 52 можно применять только в тяжелых конструкциях. Так, в конструкциях-перекрытиях ее можно применять для изготовления конструкций горизонтальных ростверков, на которые передаются нагрузки нескольких этажей, и т.п.
Существует множество воздействий, которые трудно квантифицировать. Сортамент материалов обычно не позволяет полностью использовать несущую способность профилей. Из условия уменьшения сортамента и типоразмеров элементов подбор сечений обычно ведется по самому нагруженному элементу, а также размеры сечений некоторых элементов принимаются по конструктивным соображениям или условиям изготовления, как, например, это бывает при проектировании несимметричных и непрямоугольных в плане конструкций перекрытий или при неравномерном распределении нагрузок и т.п. Можно было бы получить экономию стали при применении элементов разной высоты в большепролетных конструкциях или в конструкциях, размещенных в разных пролетах. Например, прокатный профиль простой балки можно усилить в середине пролета дополнительными поясами, для балок перекрытий применять разные профили, предусматривать полки разного сечения у сварных профилей и т.п. Указанные примеры решений могут вызвать проблемы с конструктивной точки зрения при их изготовлении, которые уменьшают целесообразность таких решений. При проектировании конструкций необходимо предусматривать мероприятия по их антикоррозионной и противопожарной защите (тонкостенные и решетчатые конструкции с этой точки зрения являются самыми невыгодными), а в некоторых случаях необходимо предусматривать мероприятия по обеспечению звуко- и теплоизоляции и тл. Техническое оборудование зданий (ТОЗ) предусматривает в конструкциях проемы для коммуникаций, учет этого условия является важным фактором при проектировании конструкций и требует повышенного расхода материала на оконтуривание проемов в стенках балок. К конструкциям, которые видны, предъявляются еще и архитектурные требования, могущие впоследствии оказать влияние на выбор сечения элементов и на расход материалов.
Из рассмотрения приведенных выше факторов следует, что ввести точные показатели по расходу стали на стальные конструкции перекрытий трудно. Расход стали на конструкции перекрытий 25—120 кг/м2, при этом первое значение соответствует конструктивной системе с частой сеткой колонн, при небольших нагрузках, разрезных конструкциях, а максимальное значение — при конструктивной системе с сеткой колонн более 12x12 м, при больших нагрузках, ограниченной высоте перекрытий. Расход стали будет зависеть от того, какое функциональное назначение и какой объем будут отведены в объекте железобетонным конструкциям, например какой пролет плиты перекрытия, каким способом добиваются совместности работы конструкций и тл.
Вертикальные конструкции, воспринимающие вертикальную нагрузку. При проведении анализа расхода материала на вертикальные конструкции, воспринимающие вертикальные нагрузки, будем исходить из предположения, что все вертикальные опоры (колонны) способны воспринимать только нормальные силы, а горизонтальные нагрузки воспринимаются специальной системой жесткости. После этого достаточно просто можно установить расход стали в зависимости от определенных парам.
Расход стали при восприятии нормальной силы на единицу длины dh элемента равен (рис. 9.3, а)
Расход стали на несущие конструкции высотных зданий

Поскольку эпюры сил F(h) и расчетных напряжений R(h) по высоте здания изменяются, то минимальный расход стали на колонны всего здания можно выразить следующим образом (рис. 9.3, б):
Расход стали на несущие конструкции высотных зданий

Минимальный общий расход стали зависит от статически необходимых площадей F/R и от длин отрезков, на которых эти силы действуют. В нормальных системах естественное направление передачи кратчайшим путем гравитационных нагрузок — сверху вниз. В системах с подвешенными этажами путь передачи нормальных сил значительно длиннее, сначала снизу вверх на оголовок, а затем через стены ядра сверху вниз до фундамента. Это значит, что, если конструкции ядра выполнены стальными, то значительно возрастет расход стали на опоры (однако в случае железобетонных конструкций ядра этого не происходит, так как в этих конструкциях возникновение больших сжимающих напряжений желательно). Подобным образом является невыгодным с этой точки зрения размещение больших нагрузок наверху здания, так как увеличивается путь передачи нагрузок на фундамент.
Расход стали на несущие конструкции высотных зданий

В дальнейшем рассмотрении основных факторов, влияющих на расход стали на колонны, будем исходить из наиболее часто встречающегося случая, когда вертикальные нагрузки передаются в направлении сверху вниз, все этажи здания имеют одинаковые размеры в плане и находятся под действием одинаковых нагрузок (рис. 9.4), а нормальная сила увеличивается к фундаменту по линейному закону. При линейном характере изменения нормальной силы и при разделении колонн на m отрезков одинаковой длины справедливы следующие зависимости:
Расход стали на несущие конструкции высотных зданий

а для расчета напряжении
Расход стали на несущие конструкции высотных зданий

Затем уравнение (9.2) может быть преобразовано в следующий вид:
Расход стали на несущие конструкции высотных зданий
Расход стали на несущие конструкции высотных зданий

Экономическая эффективность применения колонн с точки зрения расхода материалов зависит от многих факторов, и это видно из уравнения (9.6). Рассмотрим наиболее простые из этих факторов.
Результирующее значение нормальной силы Ft соответствует массе здания и сумме эксплуатационных нагрузок. Уменьшение ее значения связано прежде всего с уменьшением массы здания и эксплуатационных нагрузок.
Естественно, на высоту H здания проектировщик не может повлиять, но эта высота H является показателем длины пути, по которому действуют нормальные силы, поэтому необходимо придерживаться правила, что нагрузка должна передаваться на фундамент кратчайшим путем.
При определении расчетного напряжения в тесной взаимосвязи находятся материал, тип сечения и гибкость элемента. Высокопрочные стали можно применять в элементах небольшой гибкости и при больших нормальных силах, т.е. в элементах, устанавливаемых в нижних этажах. Коэффициент гибкости имеет большее значение для конструкций верхних этажей и для зданий небольшой массы. Коэффициент гибкости может служить показателем экономической эффективности проекта, для высотных зданий нежелательна потеря экономической эффективности из-за большой гибкости. Поэтому рекомендуется, чтобы гибкость не превышала λ = 70, и соответственно kпрод.изг. < 1,2.
Коэффициент распределения материала связан с применением более коротких элементов (т.е. с более частым изменением размеров сечений), что связано с увеличением числа стыков, с увеличением сортамента. Обычно в конструкциях нижних этажей размеры сечений элементов больше соответствуют статически необходимым размерам, чем элементов конструкций верхних этажей.
Для получения большой концентрации нормальных сил необходимо увеличить размеры сетки колонн, при этом расход материала уменьшается (уменьшается коэффициент гибкости).
Из приведенных зависимостей следует, что расход стали на колонны (опоры) относительно мало зависит от числа колонн на одном этаже, т.е. от сетки колонн (это оказывает влияние только коэффициент гибкости). С точки зрения эффективного расхода материалов и уменьшения затрат на колонны желательна большая концентрация нормальных сил, что приводит к уменьшению коэффициента гибкости и других коэффициентов.
Наиболее эффективных результатов уменьшения расхода стали на колонны достигают путем передачи хотя бы части нормальных сил на железобетонные конструкции.
Расход стали на несущие конструкции высотных зданий

Конструкции, воспринимающие горизонтальные нагрузки (ветровые связи), разделяются на горизонтальные и вертикальные. Расход стали на горизонтальные ветровые связи зависит прежде всего от способности плиты перекрытия воспринимать горизонтальные нагрузки при монтаже и в построенном сооружении. Железобетонные плиты перекрытий как монолитные, так и сборные с последующим замоноличиванием, обладают этой способностью, так что в этих случаях обычно ветровые связи в основном необходимы для обеспечения жесткости при монтаже здания. При больших расстояниях между вертикальными связями разной жесткости горизонтальные ветровые связи выполняют также функцию распределения нагрузки, на них обычно действуют силы сдвига. Расход стали на горизонтальные связи, как правило, незначителен и составляет 1-3% общего расхода стали.
Эффективность применения вертикальных связей зависит от конструктивной схемы здания (рамный каркас, связевый каркас, стеновая, оболочковая и т.д.), от расположения связей в плане здания, от эффективной ширины связевой системы или от отношения H/b (где b — эффективная ширина вертикальных ветровых связей), от величины горизонтальной нагрузки (ветра, сейсмического воздействия). Важным параметром является отношение горизонтальной нагрузки к постоянной вертикальной нагрузке, на зданиях с облегченными конструкциями влияние ветра проявляется в большей мере. При большой гибкости вертикальных ветровых связей решающими критериями являются жесткостные параметры.
Расход стали на несущие конструкции высотных зданий

При горизонтальной ветровой нагрузке сила сдвига в направлении к фундаменту увеличивается по линейному закону, а внешний момент — по закону параболы (близкой к квадратной). На рис. 9.5 на примере трехпролетной рамы показаны возможные решения по размещению диагональных связей — в трех полях, в двух полях, в одном поле. При исследовании расхода материала при расчете конструкций на действие горизонтальной силы влияют силы в стержнях в решетчатой конструкции (связях, опорах), при этом опоры работают как пояса решетчатой конструкции. Ветер может действовать в обоих направлениях и, если при расчете стальной конструкции из условия устойчивости определяющими будут силы сжатия, то значения сил надо принимать с двумя знаками, т.е. расчет вести по абсолютному значению сил. При расчете диагональных связей сумма сил во всех случаях будет одинаковой, а значения осевых сил в колоннах (опорах) будут различаться, как максимальные значения, так и суммарные значения. При сравнении жесткостных парам при предположении, что сечения колонн одинаковые, разница будет наибольшая (система с диагональными связями, размещенными в трех полях, в 10 раз жестче системы с диагональными связями в одном поле).
Идеальный расход материала на вертикальные ветровые связи может быть определен в предположении полного использования сечения элементов на всю высоту зданий и выражен суммой расхода стали на пояса, который пропорционален изгибающему моменту и обратно пропорционален эффективной ширине связи, и расхода стали на элементы решетки, который пропорционален поперечной силе. Это выражение может быть записано в следующем виде:
Расход стали на несущие конструкции высотных зданий

При равномерной горизонтальной нагрузке по всей высоте, конструктивной ширине b (рис. 9.6), без учета продольного изгиба, при постоянном материале уравнение (9.7) можно привести к виду
Расход стали на несущие конструкции высотных зданий

Расход материала увеличивается с увеличением высоты по кубической зависимости, а при действии нагрузки по закону трапеции — еще более стремительно. Подобным образом как для колонн, так и для вертикальных ветровых связей расход стали будет увеличиваться еще и по другим причинам, которые могут быть выражены через коэффициенты распределения материала, гибкости конструкции. В некоторых объектах могут быть различные системы в продольном и поперечном направлениях или же некоторые элементы могут быть общими для обеих систем.
Для рамных каркасов зависимости другие, поскольку здесь главным фактором являются поперечные силы, в силу этого уменьшается расход стали (в данном случае основным критерием является жесткость).
Расход стали на несущие конструкции высотных зданий

Из проведенного анализа можно сделать вывод, что наиболее эффективными являются связи, которые могут работать при наибольшей ширине b. Наибольшую экономию стали на вертикальные ветровые связи получают при применении пространственных систем, которые работают аналогично большому тонкостенному стержню замкнутого или открытого профиля, заделанному в фундаменте. Экономию стали можно получить также при сочетании стального каркаса с железобетонными стенами-диафрагмами или ядрами.
Добавлено Serxio 8-02-2016, 17:17 Просмотров: 1 577
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent