Основные сведения о расчете многоэтажных каркасных и панельных зданий
В многоэтажных каркасных зданиях рассчитывают в основном каркас (на усилия от вертикальных и горизонтальных нагрузок) как многоэтажную статически неопределимую раму. Вначале задаются их предварительными сечениями ригелей и стоек При этом сечения ригелей устанавливают по «балочным» моментам (как в соответствующих однопролетных свободно опертых балках). Для учета частичного защемления ригелей в колоннах эти моменты снижают на 30...40 %. Предварительным сечением колонн задаются по нормальным силам (без учета момента), увеличенным на те же 30...40 % (иногда на 20...50 %) для учета влияния узловых изгибающих моментов. Затем взаимно увязывают размеры ригелей и стоек с округлением до унифицированных значений. Переходя к определению моментов инерции стоек и ригелей, вычисляют их как для сплошного бетонного сечения. При монолитных перекрытиях рассматривают ригель как тавровый с шириной полки, равной шагу рам. Возможен ряд упрощений при установлении расчетной схемы рамы, например: приравнивание пролетов, отличающихся друг от друга не более чем на 10 %; небольшое смещение (до 5 % от пролета) сосредоточенных грузов. Определение М, N, Q рекомендуется производить вначале как для упругой системы (по возможности —на ЭВМ) или одним из приближенных способов. Например, при статическом расчете много- этажные рамы расчленяют на одноэтажные с высотой, равной половине высоты этажа с шарнирным опира- нием стоек на концах. Нижние концы стоек рам первого этажа считаются жестко защемленными в уровне верхнего обреза фундаментов. Для расчета таких рам в справочниках имеются таблицы. После того как «упругий» расчет закончен, проводит расчет с учетом перераспределения усилий (см. § 8.2).
При расчете каркасных зданий учитывают постоянные и временные вертикальные и ветровые горизонтальные нагрузки. Вертикальные нагрузки состоят из нагрузки от массы конструкций вышерасположенных и рассматриваемых этажей, а также временных нагрузок на перекрытиях и покрытии. Значения временных нагрузок определяются согласно гл. 3. При этом учитывается, что вероятность одновременного действия временной нагрузки на большой площади мала. Поэтому при определении расчетной нагрузки ее умножают на понижающие коэффициенты Например, при вычислении нагрузки в жилых зданиях, спальных помещениях детских учреждений эти коэффициенты определяются по формулам:
При определении нагрузок в практике проектирования обычно принимаются некоторые упрощения. Например, допускается значения нагрузок получать делением суммы расчетных нагрузок на средний коэффициент надежности по нагрузке.
Расчет многоэтажных панельных зданий весьма сложен. Точный расчет здания как пространственной многократно статически неопределимой системы, состоящей из стен и перекрытий, требует решения большого числа уравнений, что возможно только при использовании ЭВМ. Для упрощения обычно выделяются консольные несущие стержни, для которых по теории составных стержней определяются приведенные жесткостные характеристики, учитывающие снижение их жесткости за счет наличия проемов и податливых стыков панелей; принимается, что стержни, шарнирно соединенные связями, в поперечном направлении перемещаются совместно. Иногда используют плоскую расчетную схему в виде составного тонкостенного стержня; при этом учитывают неравномерную сдвиговую податливость здания, которая условно сосредоточивается по определенным линиям, называемым швами (в панельных зданиях по вертикальным осям проемов и в местах вертикальных стыков панелей). Затем вычисляют жесткостные характеристики основной системы, коэффициенты жесткости швов и определяют обобщенные внутренние усилия и напряжения для составления матрицы, собственные числа и векторы которой вычисляют на ЭВМ. После этого определяют приведенные и обобщенные сдвигающие усилия, напряжения, прогибы и углы поворота.
Когда расчетные усилия по одной из вышеперечисленных схем найдены, проверяют прочность и трещиностойкость горизонтальных, вертикальных и наклонных сечений. Обычно в панелях высотой на этаж рассчитывают горизонтальные сечения по середине высоты этажа и в уровне перекрытий — прямоугольные при сплошных панелях и тавровые при слоистых и многопустотных. Эксцентриситет продольных сил при расчете прочности горизонтальных сечений определяют в зависимости от типа конструкции стеновых панелей.
Вертикальные сечения проверяют на прочность, раскрытие трещин и взаимный сдвиг панелей вдоль вертикальных стыков панелей и в местах расположения проемов. Наклонные сечения в пределах высоты этажа проверяют на прочность и трещиностойкость. Проверяют прочность также опорных сечений стеновых панелей и перекрытий с учетом прочности и деформативности материалов и конструкции стыка. Опорные сечения стеновых панелей проверяют на сжатие и при необходимости усиливают косвенным армированием. Перекрытия рассчитывают: при действии вертикальных нагрузок — на изгиб из плоскости; при действии горизонтальных нагрузок, неравномерных деформаций основания, температуры и влажности — на изгиб в их плоскости.