Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Строительство arrow СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА
Посмотреть оригинал

СХЕМАТИЗАЦИЯ И КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СООРУЖЕНИЙ

Понятие о расчетных схемах

Каждое сооружение состоит из множества различных элементов и деталей, которые принято делить на два основных вида: несущие и ограждающие. К несущим относятся элементы, которые воспринимают и передают на землю нагрузки от веса конструкции, веса технологического или какого-либо другого оборудования, а также от климатических воздействий (веса снега, действия температуры и т.п.).

Ограждающие элементы, например двери, окна, перегородки, навесные панели в каркасных зданиях и т.п., как правило, не принимают участия в передаче нагрузки на землю; они воспринимают только собственный вес, а также временные нагрузки, например от ветра, действующего в пределах площади соответствующего элемента. Поэтому при расчетах сооружений на прочность и жесткость принимается, что вес ограждающих конструкций передается на несущую конструкцию, схематическое изображение которой называется расчетной схемой. Проектировщик производит расчет системы, состоящей только из несущих элементов, указанных в расчетной схеме.

Различают несколько основных видов несущих элементов, входящих в расчетную схему: 1) стержни, длина которых / значительно превышает два других размера а и b (рис. 1.1, а); 2) пластины, у которых один размер 8 (толщина) значительно меньше двух других размеров awb (рис. 1.1, б); 3) оболочки, которые отличаются от пластин тем, что они очерчены по криволинейной поверхности (рис. 1.1, в, г); 4) объемные тела, у которых все три генеральных размера примерно одного порядка, например блоки фундаментов, опоры мостов и т.п. (рис. 1.1, д).

Рис. 1.1

Если в несущей конструкции содержатся только стержни, то она называется стержневой системой. На рис. 1.2, а показана плоская стержневая система (ферма), у которой все стержни лежат в одной плоскости. В мостостроении часто применяются пространственные фермы, а в промышленных зданиях — пространственные рамы.

При строительстве многоэтажных жилых зданий применяются стержневые пространственные металлические каркасные конструкции (рис. 1.2, б).

В промышленных, спортивных, складских и других помещениях широкое применение находят пространственные стержневые блоки — структурные конструкции.

На рис. 1.3 изображено структурное покрытие, которое применяется при строительстве складских, промышленных, выставочных, торговых и других зданий, на рис. 1.4 показан момент установки кранами структурного блока.

Число стержней в структурных конструкциях, а также в каркасах многоэтажных зданий исчисляется сотнями, а иногда тысячами, поэтому расчет таких систем производится с использованием компьютеров.

В несущих каркасах большепролетных зданий применяются мно-

Рис. 13

Рис. 1.4

гие виды конструктивных систем: балочные, рамные, арочные, сетчатые, купольные, мембранные, вантовые и висячие системы.

В балочных несущих конструкциях основные элементы — это работающие на изгиб балки и фермы. Балочными системами могут перекрываться пролеты до 80 м.

Рамные конструкции обладают большей жесткостью и более экономичны но расходу металла. Рамы могут быть сплошными двутаврового или коробчатого сечения или сквозными. Рамы сплошного сечения применяются при перекрытии пролетов до 60 м. Сквозными рамами можно перекрывать пролеты 80—100 м. На рис. 1.5 приведена фотография строящегося производственного корпуса. Пролет несущих рам составляет 30 м.

Арочные покрытия применяются при пролетах 80—100 м.

Крупнейший в Европе крытый спортивный комплекс «Олимпийский» на 45 тыс. зрителей, расположенный на проспекте Мира в Москве, имеет мембранное покрытие. На рис. 1.6 приведена фотография данного спортивного комплекса.

В последнее десятилетие в мире построено большое количество высотных зданий (небоскребов) высотой 400—800 м. На рис. 1.7 и 1.8 приведены две фотографии высотного зда-

Рис. 1.7

Рис. 1.8

ни я Бурдж Халифа в Дубае. Здание 162-этажпое, имеет высоту 828 м, построено в 2010 г. Строительство здания продолжалось 6 лет. Основные несущие конструкции выполнены в виде стального пространственного каркаса, междуэтажные перекрытия — монолитные железобетонные. В здании устроены офисные помещения, отель и жилые помещения.

Еще один вариант применения подобных конструкций — висячие мосты. Основные несущие конструкции висячих мостов выполнены из гибких элементов (тросов, кабелей, канатов, цепей), работающих только на растяжение. Несущие тросы подвешиваются к пилонам, расположенным на большом расстоянии друг от друга. Проезжая часть подвешена к кабелям при помощи гибких или жестких подвесок.

Висячие мосты позволяют перекрывать большие пролеты, в настоящее время висячим мостом — рекордистом является мост Акаси—Кайкё, построенный в 1997 г. между островами Хонсю и Сикоку. Главный пролет моста составляет

1991 м, высота пилонов 297 м. Общая длина моста равна 3910 м.

те. 1.10

На рис. 1.9 представлена фотография моста Акаси—Кайкё.

Расчетные схемы большепролетных высотных зданий и мостов достаточно сложные, содержат огромное количество различных конструктивных элементов. Расчет таких сооружений, возможно, следует проводить только с применением современных компьютерных программ на быстродействующих компьютерах.

В жилищном строительстве большое распространение получили пространственные системы, состоящие из пластин (панельные здания) (рис. 1.10). Расчетные схемы для указанных типов конструкций существенно отличаются друг от друга.

При составлении расчетных схем необходимо учитывать способы соединения между собой элементов конструкции. Места соединения элементов называются узлами, которые могут отличаться различными конструктивными решениями. Так, например, в узлах могут быть сделаны шарниры, позволяющие свободно поворачиваться концевым сечениям стержней относительно друг друга. Моменты на концах стержней в этом случае равны нулю. При наличии сварных соединений в металлических конструкциях стержни, сходящиеся в узлах, соединены жестко, все стержни в узле поворачиваются совместно. Моменты в сечениях, принадлежащих узлам, не равны нулю. На рис. 1.11, а показана рама, у которой в узле 2 стержни соединены жестко, а в узле 3 — шарнирно. При деформации рамы, например от горизон

тальной силы Р (рис. 1.11, б), приложенной в узле 2, углы между касательными к осям стержней остаются прямыми, а в узле 3 происходит взаимный поворот концов стержней и угол между осями стержней в узле изменяется.

На практике применяются упругоподатливые соединения элементов, в которых взаимный поворот двух соединенных между собой стержней изменяется пропорционально величине возникающего в этом узле изгибающего момента. Схематическое изображение такого соединения показано на рис. 1.12, а. Стержни 1 и 2 соединены с помощью идеального цилиндрического шарнира С и упругой пружины аЬ. Угол взаимного поворота стержней определяется выражением ф = КМ, где К — коэффициент податливости стыкового соединения. Если первоначальный угол между стержнями 1 и 2 равен р, а изменение этого угла после деформации системы составляет Др (рис. 1.12, 6), то после деформации угол между стержнями будет равен р + Др, тогда ф = др.

В качестве простейшего примера рассмотрим составление расчетной схемы для однопролетного моста, представляющего собой стержневую систему (рис. 1.13, а).

Расчетная схема (рис. 1.13, б) представляет собой простую балку на двух опорах. Вес дорожного покрытия, перил и собственный вес несущих элементов воздействуют на балку в виде распределенной нагрузки с интенсивностью q.

Рис. 1.14

Для мостов с большими пролетами одну из опор выполняют в виде неподвижного шарнира, а другую располагают на катках, чтобы устранить появление больших продольных усилий в балке от действия температуры и внешней нагрузки. Поэтому в расчетной схеме показаны такие связи с землей, которые обеспечивают перемещения, свойственные неподвижному и подвижному шарнирам. При таких закреплениях балка работает на поперечный изгиб.

На рис. 1.14, а показан более сложный — рамный мост, для которого расчетная схема изображена на рис. 1.14, б.

Разумеется, в расчетах учитываются жесткостные характеристики элементов, например жесткость при изгибе ?/, жесткость при растяжении и сжатии EF(в приведенных произведениях Е — модуль Юнга;/ — момент инерции поперечного сечения элемента; F — площадь поперечного сечения элемента) и т.п.

Часто применяются расчетные схемы, состоящие из пластин и стержней (рис. 1.15).

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы