Сравнение каркасных конструкций из разных материалов
С конструктивной и экономической точки зрения эффективным зданием является такое, отдельные конструкции которого отвечают своему основному назначению, например если элементы здания, воспринимающие нагрузку, запроектированы из соответствующего материала с максимальным использованием его физико-механические свойств, если теплоограждающие (заполняющие) поверхности запроектированы из хороших теплоизоляционных материалов и т. д.
Это обстоятельство диктует необходимость расчленения конструкций по их основным назначениям. Это — одна из причин, породившая мысль о создании рамных конструкций, в которых все основные вертикальные и горизонтальные нагрузки воспринимаются системой стоек, вертикальных или наклонных, жестко сопряженных с балками (ригелями) — горизонтальными, наклонными, ломаными или изогнутыми — и образующих в статическом отношении монолитный скелет.
Здания, в которых главные внешние нагрузки воспринимаются рамными конструкциями, называются каркасными.
Собственно каркас состоит обычно из колонн и связывающих их балок (ригелей) (фиг. 0).
Каркасные конструкции по роду материалов, из к-рых они осуществляются, могут быть:
Конструктивные формы каркасов очень многообразны. Простейшая форма — закрепленная стойка с консолями.
Часто встречаются однопролетные рамы (Фиг. 3), У которых ригель может быть прямым (фиг. 3, а), наклонным (фиг. 3,6), ломаным (фиг. 3,в) или криволинейным (фиг. 3,г). Подобные формы могут быть в рамных конструкциях, со многими стойками (многопролетные рамы, фиг. 4).
Рамные конструкции, поставленные одна над другой и связанные в статическом отношении в одно целое, образуют - многоярусные рамы (рис. 5).
Применение того или иного материала для рамных конструкци зависит, с одной стороны, от назначен здания, основных его размеров и условий работы каркаса (химическое воздействие, динамич. нагрузки и т. д.) и, с другой стороны, от конъюнктурных условий — стоимости материалов, степени их дефицитности, сроков возведения зданий, места и условий строительства, срока работы предприятия, района строительства и т. д.
Таким образом нельзя установить пределов, ограничивающих применение каркасов из того или другого материала. Можно толька отметить, что деревянные каркасы находят применение для зданий с низкой этажностью, с небольшими нагрузками и небольшим сроком службы (выставочные павильоны, склады, одно- и двухэтажные каркасные здания ит. д.).
Область применения железобетонных и металлических каркасов значительно разнообразнее и шире. Выбор материала для каркаса, учитывая высказанные соображения, следует производить с учетом всего комплекса факторов. В качестве сугубо условного предела для большинства многоэтажных каркасов можно принять, что при количестве этажей в 6—12 применение железобетона оказывается экономически наиболее рациональным; в некоторых случаях при условии применения для каркаса железобетона с жесткой арматурой может оказаться рациональным и выше указанного обычного предела 12—14 этажей; все же выше 20 этажей следует переходить к применению чисто металлических каркасов.
Опоры рам бывают шарнирными или заделанными. Характером устройства опор предопределяется статической неопределимость рамы, например однопролетная рама с заделанными стойками (рис. 3, в) имеет 2x3=6 неизвестных, а уравненй статики только 3; следовательно такая рама будет статически неопределимой.
В качестве нагрузок, воздействующих на рамные конструкции, принимают все факторы, вызывающие деформации и напряжения в элементах конструкции. К основным факторам, воздействующим на конструкцию, нужно отнести: собственный вес сооружения, полезные нагрузки, динамическое воздействие механизмов и подвижной нагрузки. Наряду с вертикальными нагрузками могут иметь место и горизонтальные: действие ветра, торможение и пр. Нагрузки могут передвигаться в виде равномерно распределенной нагрузки или сосредоточенной на узле конструкции. Нормы нагрузок для расчета элементов конструкций приведены в ОСТ.
Характерной особенностью рамы является соединение отдельных ее стержней, осуществляемое в виде жестких сопряжений, в то время как в решетчатых системах мыслится шарнирное сопряжение их. Особенности строительных материалов и способов производства работ по возведению из них соответствующих конструкций рования из них элементов рамы и сооружения в целом.
Способность стали одинаково хорошо сопротивляться как растяжению, так и сжатию и изгибу дает возможность запроектировать конструкцию с крайним допустимым пределом Так как системы, статически определимые по сравнению со статически неопределимыми, имеют то преимущество, что усилия в элементах такой конструкции могут быть определимы с большей точностью, то в ответственных местах металлических конструкций присоединение элементов осуществляют подвижно, чтобы добиться полной ясности в распределении усилия. В противоположность металлическим конструкциям в железобетоне обычно стремятся создать возможно более жесткую связь между элементами конструкции, что приводит к многократной статической неопределимости ее. И только необходимость учета температурного влияния и осадки опор вынуждает применять принцип расчленения конструкции: устройство шарнирных или подвижных опор, температурных швов и т. д.
В связи с развитием и уточнением методов расчета статически неопределимых систем рамные конструкции, главным образом металлические и железобетонные, начинают завоевывать большое место в гражданских и инженерных сооружениях.
Схематически распределение растягивающих и сжимающих напряжений в углу рамы представлено на рис. 10. В виду того что все деревянные и металлические сооружения составляются из отдельных элементов, получение безупречной монолитной конструкции, в особенности деревянной, представляет затруднения.
Несравненно большая жесткость может быть достигнута в железобетонных рамах, углы которых могут быть выполнены до известной степени монолитно. По видимому это — одно из обстоятельств, затрудняющих например изготовление шарнирной дощатой (рис. 11) рамы.
Более широкое распространение нашли рамные деревянные конструкции, например в жилищном строительстве. Однако конструкция таких рам со статической точки зрения очень далека от тех требований, которые предъявляются вообще к рамам в отношении жесткости узловых сопряжений стержней рам. Значительно легче осуществляется, в особенности с развитием сварки, конструирование углов металлических рам. Примерное решение углов металлических рам приведено на рис. 12 и 13.
Большое распространение получили железобетонные рамные конструкции. Конструирование железобетонных рам подчиняется в общем тем же правилам и приемам, которые применяются при расчете и конструировании балок и колонок. Необходимо только учитывать специфические условия работы стержней рамы, подвергаемых изгибающим усилиям, вызываемым жесткостью угловых соединений.
Пример решения однопролетной железобетонной рамы приведен на рис. 16. В соответствии с напряжениями, возникающими в угловых сопряжениях стержней рамы, осуществляется армирование угла для восприятия растягивающих и сжимающих усилий (рис. 15 и 16).
Заполнение межкаркасного пространства осуществляется самым разнообразным способом различными строительными материалами и элементами. Устройство остальных элементов, примыкающих к рамам, — опор, балок, стропил, подкрановых балок, ветровых связей й т. д..
pavel.ilyushko
20 мар