Связь стены с каркасом

Стены и связи

1. Стены каркасных промышленных и сельскохозяйственных зданий выполняют из кирпичной кладки или из панелей.

Кирпичные самонесущие стены, передающие горизонтальные ветровые нагрузки на колонны каркаса, применяют достаточно часто. Такие стены связывают по высоте с колоннами при помощи закладываемых в кирпичную стену гибких анкеров из круглой стали диаметром J0—12 мм с шагом по высоте около 1,2 м.

Стены всех видов возводят на фундаментных балках, укладываемых концами на фундаменты колонн ( 15.9, а).

Сами фундаментные балки делают сборными одно- пролетными таврового или трапециевидного сечения ( 15.9,6).

Трапециевидное сечение удобно в том отношении, что при изготовлении балок на стенде ранее изготовленные балки могут служить формами для последующих ( 15.9, в).

Перед установкой фундаментные балки по сухой поверхности (снизу и с боков) покрывают горячим битумом.

Стены из панелей более индустриальны, чем стены из каменной кладки, поэтому в настоящее время являются наиболее распространенными.

Типовыми чертежами предусмотрены стеновые панели трех типов: сплошные из бетонов на легких заполнителях, трехслойные железобетонные для отапливаемых зданий и однослойные железобетонные для неотапливаемых зданий ( 15.10).

Стеновые панели рассчитывают на следующие нагрузки и воздействия:

а) от массы панели в вертикальной плоскости в процессе эксплуатации и в горизонтальной плоскости при выемке из форм, перевозке и кантовке;

б) от массы одной панели, расположенной выше рассчитываемой, в вертикальной плоскости;

в) от действия ветровой нагрузки;

г) от действия отсоса ветра;

д) от действия ветровой нагрузки и отсоса, направленных в одну сторону, что бывает в процессе монтажа при отсутствии противоположной стены (учитывается *=1,4).

Стеновые панели, располагаемые над и под оконными проемами, — так называемые перемычечные панели, которые по размерам не отличаются от обычных; однако прн расчете грузовая поверхность ветровой нагрузки и отсоса принимается для них увеличенной с учетом площади оконного остекления. Высота этой дополнительной грузовой площади принимается не более 2,4 м вверху и внизу, т.е. учитываются проемы высотой 4,8 м.

2. Связи. Пространственная устойчивость каркасных зданий обеспечивается защемлением колонн в фундаментах, конструкциями покрытия и стен, а также специальными связями. В поперечном направлении устойчивость создается рамными поперечниками каркаса, а в продольном— совокупной работой всех конструкций здания и связями.

В беспрогонных покрытиях железобетонные плиты укладывают непосредственно по стропильным балкам или по фермам и приваривают к ним. Такие покрытия представляют собой жесткий диск, и в устройстве дополнительных связей в плоскости покрытия нет необходимости.

Прогонные покрытия не обладают достаточной жесткостью, и поэтому в плоскости прогонов необходимо устройство специальных связей. В этих конструкциях устраивают поперечные горизонтальные связи, располагаемые между прогонами и двумя смежными несущими ригелями ( 15.11,а); такие связи устанавливают по концам каждого температурного отсека. При наличии в зданиях мостовых крапов помимо поперечпых связей устраивают также продольные связи, располагаемые между крайними рядами прогонов. Эти продольные связи объединяют поперечные рамы, создавая возможность их совместной работы при действии крановых нагрузок (см. 15.11, а).

Когда в покрытии ригелями служат полигональные фермы или фермы с параллельными поясами, т. е. расстояние от кровли до оголовков колонн 0,8 м и более, для включения кровельного диска в совместную работу с поперечными рамами необходима постановка специальных вертикальных связей. Эти связи устанавливают в плоскостях продольных рядов колонн между двумя смежными стропильными фермами, расположенными у концов каждого температурного отсека (см. 15.11, а). Между этими вертикальными связями в той же плоскости по верху колонн устанавливают распорки. Тогда горизонтальные продольные ветровые нагрузки воспринимаются всеми колоннами продольных рядов (см. 15.11,а).

Ветровые усилия, действующие на торцевые стены, воспринимаются ими и передаются внизу на фундаменты, а вверху на кровлю. Если торцевые стены выполнены фахверковыми, то колонны этих стен должны воспринимать ветровые воздействия.

Помимо связей, расположенных в покрытии, для увеличения общей продольной устойчивости здания в каждом продольном ряду колонн в срединах температурных отсеков устанавливают вертикальные связи. Эти связи доводят вверху до продольных распорок, проходящих по оголовкам колонн в бескрановых зданиях, и до подкрановых балок в зданиях с мостовыми кранами ( 15.11,6). При больших расстояниях между верхом подкрановых балок и продольными распорками колонн вертикальные связи доводят до распорок, как это показано пунктиром на 15.11, е.

Эти вертикальные связи рассчитывают на действие ветровых нагрузок, приложенных к торцевым стенам, и продольных тормозных усилий от мостовых кранов.

Связи выполняют обычно из стальных прокатных профилей и скрепляют с закладными деталями железобетонных колонн сваркой или болтами.

Самонесущие стены опираются на фундаменты, но, при этом, нагрузку несут только от собственной массы.
Кирпичные стены.

Самонесущие стены несут нагрузку только от собственного веса по всей своей высоте и передают
Наиболее распространены облегченные кирпичные стены (17.8) из двух тонких
Важную роль в обеспечении жесткости крупноблочных зданий играет связь.

Наружные кирпичные стены в многоэтажных каркасных зданиях могут быть несущими — воспринимающими горизонтальные усилия от плит перекрытий; самонесущими (ограждающими).
Наружные стены каркасных зданий часто делают самонесу.

К колоннам каркаса самонесущие кирпичные стены крепят гибкими связями через 1,2 м по высоте. Утолщение в углах каркасных зданий предотвращает промерзание стен.

Кирпичные связи можно заменить армированием стальными прутками 0 4—6 мм с шагом 50 см. Для лучшего сцепления с раствором концы прутков нужно согнуть и не доводить до наружных граней стены примерно на 5 см.

Кладку самонесущих стен скрепляют с конструкциями каркаса гибкими связями, не
Опирание панелей перекрытий на кладку стен должно быть не менее чем на длину 120 мм, а на вибрированные кирпичные панели и блоки—не менее 90 мм.

Стены кирпичные. Кирпич — прочный и долговечный материал.
Металлические связи (анкеры из проволоки диаметром 4—б мм) защищают от коррозии битумом, цементным раствором или эпо

Источник

Совместная работа конструкций каркаса и стен

Принятые в настоящее время методы расчета каркасов зданий исходят из принципа независимой работы каркаса и стенового ограждения. В то же время проведенные ранее в ЦНИИпромзданий исследования показали, что стены включаются в работу каркаса, воспринимают часть горизонтальной нагрузки, заметно повышают жесткость системы «каркас-стена» и изменяют величину и распределение усилий в элементах каркаса. При этом отсутствие возможности численно оценить величины усилий может привести к повреж­дениям элементов. Учет совместной работы конструкций каркасов и стен может уменьшить количество вертикальных элементов жесткости и за счет этого повысить планировочную гибкость здания, получить экономию мате­риалов и снизить трудоемкость монтажа. Наиболее сложным вариантом для учета является каркас с навесными и самонесущими стеновыми панелями. Панели обычно рассчитываются на восприятие ветровой нагрузки, дейст­вующей перпендикулярно к их плоскости, и не учитывается действие ветро­вой нагрузки в плоскости панели. В действительности каждое крепление спо­собно передавать определенные, сравнительно небольшие, усилия на стены, которые, как показали исследования, не вызывают в них заметных напряже­ний и повреждений и не требуют дополнительного армирования.

Но так как таких креплений в плоскости стены несколько десятков, то суммарное усилие, передаваемое на стены и воспринимаемое ими, оказыва­ется значительным. Поэтому при расчете необходимо рассматривать работу системы «каркас-стена».

Ниже мы рассмотрим в качестве усложненного варианта здания с вер­тикальными стальными устоями и стенами, соединенными с каркасом стержнями 014 мм , по аналогии с узлами стен промышленных зданий.

Расчетная схема здания со стенами из самонесущих панелей, приведен­ная на рис. ниже, включает стержневую систему, имитирующую связевые ус­тои, к которой шарнирно, на уровне перекрытий, присоединяется консольный стержень, заменяющий рядовые колонны, стеновое ограждение, представ­ленное в виде стержневой системы, состоящей из обобщенных крайних и промежуточных простенков, объединенных ригелем, заменяющим сплошной продольный ряд стеновых панелей, уложенных на простеночные панели.

Расчетная схема связевого каркаса и самонесущих стен

Соединительные стержни заменены стержнями, жесткость которых определяется по формуле |EF| = В а; В = S/Δ, где S — усилие, принимае­мое по диаграмме S- Δ (рис. ниже), а — условная длина стержня.

Стержни, присоединяющие консольный стержень к связевому устою, приняты бесконечной жесткости

Расчетная схема здания со стенами из навесных панелей показана на рис. выше и представляет собой консольно заменяющую систему, имитирую­щую связевый устой, к которому в уровне перекрытий с помощью стерж­ней бесконечной жесткости присоединены рамы, заменяющие стены на участках с ленточным остеклениями, и рамы, заменяющие глухие участки с навесными панелями. Колонны каркаса рассматриваются как стержни с короткими консолями бесконечной жесткости. Стеновая панель одним кон­цом шарнирно опирается на конец этой консоли на расстоянии 2а, а другим концом на консоль колонны на расстоянии а от ее оси, передавая на них нагрузку от веса панелей — перемычек и расположенных над ними рядовых панелей. В зданиях со стенами из навесных панелей каждая панель вверху крепится к колонне с помощью соединительного стержня, как и панели в зданиях с самонесущими стенами. Жесткость этих стержней определяется так же, как и в стенах из самонесущих панелей. Рама, заменяющая глухие участки стен с навесными панелями, с помощью стержней бесконечной жесткости присоединяется к раме, заменяющей стены на участках с лен­точным остеклением, а последняя, с помощью стержней бесконечной жест­кости, присоединяется к узлам устоя.

Расчетная схема системы «связевый каркас-стена» при стенах из навесных панелей

Расчетная зависимость S — Δ (см. рис. выше) состоит из двух участков:

I участок соответствует ε

на простенок в системе «каркас- стена». Q = ΣSi, при п — число соединительных стержней над рассматриваемым простенком

Эффективная совместная работа устоя и стены достигается, когда вы­полняется условие равножесткости этих элементов или перемещение устоя не превосходит Δ_y = Δ _ст+| Δ |s , где| Δ|s- предельно допустимое взаимное

смещение каркаса и стен, отвечающее 3%-ному удлинению крайней фибры соединительного стержня.

На основе проведенного численного исследования совместной работы каркаса и стен выявлено, что для связевого каркаса в обоих направлениях, а для рамного в направлении, перпендикулярном плоскости рам, наиболее неблагоприятным является случай одновременного длительного действия усилий от неравномерного вертикального загружения связевых панелей постоянной, временной нагрузками и кратковременного действия усилий от ветровой нагрузки.

При выполнении расчетов обычно вся вертикальная нагрузка рассмат­ривается как длительно действующая.

Для статического расчета связевой панели действие внешних нагрузок сводится к действию системы горизонтальных и вертикальных сил.

Вертикальные нагрузки прикладываются в местах опирания ригелей на колонны, ветровая нагрузка прикладывается к узлам связевой панели на уровне перекрытий и покрытия.

При расчете по II группе предельных состояний температурные воз­действия принимаются без учета суточных колебаний температур наружно­го воздуха и перепада от солнечной радиации.

Горизонтальным перемещениям самонесущих стен от температурного перепада препятствуют вертикальные простенки. Установлено, что общая стесненная деформация этой стены может быть определена по формулам:

а — шаг колонн, и — число простенков, Δ t — температурный перепад, Н_с. h_c — высота и ширина простенка, h_p — высота перемычечной панели.

Показано, что за счет изменения ширины простенков, а также сочета­ния глухих участков стен с участками с простенками можно регулировать деформацию стены относительно каркаса, не допуская ее выше значения, установленного для соединительного стержня при принятом (допустимом) уровне его пластических деформаций.

Условная жесткость соединительных стержней в стенах с самонесу­щими панелями при расчете по II группе предельных состояний определя­ется по формуле

Условная жесткость соединительных элементов для стен из навесных панелей определяется аналогично.

На основе численных исследований установлено, что распределение пе­ремещений по высоте связевого и рамного каркасов, работающих совместно со стенами, близко к линейному. В здании со связевым каркасом по серии I.020-I/87, при принятых в них связях, перемещения каркаса относительно

стены в плоскости продольных стен значительно меньше 1 мм при расчете по

II группе предельных состояний, а при расчете по I группе (без учета темпе­ратурных деформаций) составляют 1,1 мм . При отсутствии связевых устоев взаимное смещение каркаса и стен составили 12,1 мм , а перемещение устоя от ветровой полуколодцевой нагрузки (при расчете без учета стен) составляет 12,8 мм . Эти данные свидетельствуют о значительном влиянии стен на общую жесткость здания. Учет совместной работы каркаса и стен в системе «устой- каркас-стена» уменьшает значение момента на подошве фундамента под усто­ем до 20%, а усилие в опорном раскосе стальной связи устоя — на 30%.

В отдельных случаях здания могут эксплуатироваться без связевых ус­тоев, т.е. ветровая нагрузка при этом воспринимается стенами. В настоящее время еще не накоплен опыт проектирования и эксплуатации зданий без связевых устоев. Поэтому, проявляя определенную осторожность, в здани­ях со связевым каркасом и в зданиях с рамным каркасом в плоскости, пер­пендикулярной плоскости основных рам, когда по расчету связевые устои не требуются, рекомендуется оставлять определенное их число, исходя из конструктивных соображений. Наличие этих связей обеспечит устойчи­вость каркаса при монтаже и при дальнейшей реконструкции, связанной с изменением конструкции стен или с их частичной разборкой. Такие связи не допустят увеличения перемещений и усилий вследствие кручения здания в плане при изменении интенсивности давления ветра только на части его длины, например, при строительстве впереди существующего здания, ново­го, закрывающего только часть фасада.

Уменьшение количества, а в отдельных случаях площади сечения вер­тикальных металлических связей в многоэтажных зданиях, благодаря учету сопротивления наружных панелей стен, позволяет повысить планировоч­ную гибкость здания, улучшить интерьер здания, получить экономию мате­риальных и трудовых ресурсов.

Для более надежного и эффективного включения стен с гибким креп­лением в работу рам необходимо учитывать усилия, которые передаются на них при деформациях каркаса. Для этого требуется обеспечить необходи­мую прочность закладных деталей в стеновых панелях.

Источник