Работа прогонов в общей связевой системе
|
В некоторых случаях прогоны кровли или стен могут выполнять одновременно две функции: 1). Передавать внешние воздействия с ограждающих конструкций на рамы основного каркаса; 2). Участвовать в общей связевой системе при передаче усилий от ветровых, крановых и иных внешних нагрузок, а также воспринимать поперечные усилия, возникающие в основных конструкциях каркаса при их работе на сжатие. Как в первом, так и во втором случаях, в прогонах, участвующих в работе общей связевой системе, возникают дополнительные продольные сжимающие или растягивающие усилия, определяемые либо обычным статическим или динамическим расчетом, либо по специальным расчетным методикам как условные поперечные силы Qfic. Кроме того, при использовании гибких связей в прогонах могут действовать постоянные сжимающие усилия, вызванные предварительным натяжением связей. В любом случае необходимо решать две задачи: 1. Определение возможности и целесообразности включения прогонов в общую связевую систему; 2. Расчет изгибаемых прогонов при включении их в работу общей связевой системы, с учетом дополнительных сжимающих сил от внешних или условных поперечных сил. Первый вопрос относится скорее к области оптимального проектирования и, по опыту, включение легких прогонов в работу общей связевой системы целесообразно для зданий с относительно небольшими пролетами. Рассмотрим вопросы, связанные с расчетом сжато-изогнутых прогонов на прочность и устойчивость. Основные расчетные схемы прогонов, участвующих в работе общей связевой системе каркаса можно представить рис. 1. При этом, в запас устойчивости, будем считать, что дополнительные прогибы сжато-изогнутого участка неразрезного прогона от продольной силы приблизительно совпадают с деформациями от поперечной нагрузки q.  Расчетную схему прогона, участвующего в общей связевой системе в качестве распорки представим в виде упруго-защемленного стержня, находящегося под действием поперечной нагрузки q и продольной сжимающей силы N. В зависимости от схемы прогона, упругие опоры могут отсутствовать, т.е. их жесткость равна нулю (рис. 1 а); находится с одной стороны (рис. 1 б) или с двух сторон рассматриваемого прогона (рис. 1 в). На рис. 2 показана обобщенная схема упруго защемленного сжато-изогнутого стержня. В соответствии с нормами, сжато-изогнутые стержни должны быть рассчитаны на прочность и устойчивость. Прочность сжато-изогнутого прогона проверяется по формуле:  Дополнительный изгибающий момент AM в прогоне от продольной силы N равен:  Согласно работе, при малых деформациях полный прогиб fΣ найдется как  при k — коэффициент, зависящий от статической схемы прогона: k = 0,013 — для однопролетного прогона; k = 0,0052 — для крайнего пролета двухпролетного прогона; к = 0,0063 — для крайнего пролета многопролетного прогона; k = 0,0026 — для среднего пролета многопролетного прогона; α = N/Ncr, где Ncr критическая нагрузка для сжатого участка прогона, определяемая по формуле:  Здесь μ — коэффициент расчетной длины, определяемый в зависимости от степени упругого защемления опор. Определение μ для различных схем прогонов дано ниже. Устойчивость сжато-изогнутого прогона в плоскости изгиба проверяется в соответствии с действующими нормами по формуле  Коэффициент продольного изгиба при внецентренном сжатии определяется в зависимости от гибкости стержня λ, которая, в свою очередь, зависит от расчетной длины стержня Lef  Для однопролетного стержня, упруго защемленного с двух сторон, коэффициент μ может быть определен по приближенной формуле, приведенной в работе:  Для разрезного прогона Сm1(2) = 0, μ = 1. Для крайнего пролета неразрезных прогонов (рис. 1 б) Cml = 0 и, по аналогии с формулой (7),  Для неразрезных прогонов коэффициент μ зависит от числа пролетов, подходящих к рассматриваемому участку слева и (или) справа. Как показывают расчеты, коэффициент μ можно определять, включая в работу только по одному соседнему пролету слева и (или) справа от рассматриваемого участка. При этом ошибка в определении μ не превышает 1,5 % и идет в запас устойчивости. Для крайнего пролета неразрезных прогонов расчетная схема представлена на рис. 3 а; для среднего пролета на рис. 3 б.  Угол поворота φ опорного сечения шарнирно-опертой балки с изгибной жесткостью EJi, при действии опорного момента Mi (рис. 3 б) найдется по формуле:  В соответствии с формулой (8), найдем коэффициенты Cml(2) при φ = 1  При L = Li и EJ = EJi найдем, что n2 = 3. При этом коэффициент расчетной длины для крайнего пролета неразрезного прогона, входящего в связевой блок каркаса, μ = 0,85; для среднего пролета неразрезного прогона μ = 0,72. В тех случаях, когда прогоны выполняют роль распорок по всей длине здания (передача ветрового давления с фахверка или условных поперечных сил с несущих рам на связевой блок, находящийся в середине здания и т.д.), для них следует принимать μ = 1. Помимо обеспечения прочности и устойчивости сжатоизогнутых прогонов в плоскости изгиба, необходимо обеспечивать их устойчивость из плоскости изгиба. Для этого прогон должен иметь развитое сечение или соответствующее раскрепление тяжами, профлистом кровли и т. д. Расстояние между точками раскрепления прогона приближенно определим из условия равноустойчивости прогона в плоскостях максимальной EJmax и минимальной EJmin жесткостей по формуле  В табл. 1, при μ = 1 приведены расстояния a для прогонов из прокатных швеллеров. Как видно из табл. 1, расстояние между точками раскрепления сжато-изогнутого прогона не должно превышать 0,32-0,27 от пролета L. С учетом поддерживающего влияния двойного сечения в месте перехлеста неразрезных прогонов над опорами, это расстояние можно увеличить до 1/3.  Эффективность работы прогонов при их включении в общую связевую систему можно увеличить за счет устройства по торцам здания дополнительных горизонтальных связей в уровне верхнего пояса рамы (рис. 4). В этом случае прогоны, находящиеся между этими связями, работают как растяжки, раскрепляющие верхние пояса рам и рассчитываются как растянуто-изгибаемые элементы. Такое решение особенно эффективно для относительно длинных зданий и наличии промежуточных горизонтальных связей по покрытию. |
