Специальные силовые связи для организации пространственной работы каркаса
|
Известно, что рамные конструкции переменного сечения отличаются повышенной деформативностью по сравнению с каркасами из решетчатых конструкций. Это часто является препятствием для применения рамных конструкций в высоких зданиях или в зданиях с повышенными требованиями по жесткости каркаса. Вертикальные деформации ригеля рамы в большинстве случаев не опасны, так как могут быть компенсированы строительным подъемом ригеля, закрыты подвесным потолком и т.д. (рис. 16 а). Одним из немногих случаев, когда ограничения вертикальных деформаций играют существенную роль, является наличие подвесных кранов, расположенных в пролете ригеля (рис. 16 б). Ситуация усложняется, когда накладываются ограничения на горизонтальные перемещения каркаса от ветровых, крановых, сейсмических и иных нагрузок из условий целостности стенового ограждения, условий сопряжения с другими зданиями и конструкциями, работы кранового оборудования, визуального восприятия и др. Как один из важных случаев ограничения деформативности здания в горизонтальном направлении, следует отметить сейсмическое воздействие.  Деформации каркаса вдоль здания обычно несущественны, так как горизонтальные нагрузки в этом направлении воспринимаются связями для обеспечения общей устойчивости и неизменяемости каркаса. В поперечном направлении в обычных каркасах нагрузки воспринимаются самими рамами, и поэтому, в силу деформативности рам, не всегда могут удовлетворять условиям требуемой жесткости. Для уменьшения поперечных горизонтальных деформаций рамных каркасов используют различные приемы: 1. Увеличение сечений рамных конструкций. Этот способ наименее эффективен, так как приводит к повышенному расходу стали и не всегда позволяет добиться требуемых результатов при приемлемых затратах; 2. Изменение статической схемы рамы, например, замена шарнирного опирания стоек на жесткое. Это позволяет уменьшить горизонтальные деформации рам в 4-6 раз, однако приводит к существенному повышению нагрузок на фундаменты и увеличению их стоимости; 3. Использование пространственной схемы каркаса путем введения специальных силовых связей, препятствующих горизонтальным деформациям рам. Этот способ наиболее эффективен для относительно высоких и коротких зданий. В последнем случае пространственная схема каркаса образовывается специальными силовыми горизонтальными и вертикальными связями, включающими сами рамы, выполняющими роль распорок и обычные элементы связей (включая гибкие, предварительно напряженные крестовые или жесткие связи) (рис. 17).  Горизонтальная нагрузка, действующая на продольные стены здания, передается горизонтальными связями по покрытию, а затем вертикальным связями — на фундаменты фахверка. Силовые связи могут располагаться полосами вдоль карнизов или конька зданий (см. рис. 17 а, б). Оптимальная ширина полос устанавливается расчетом. В отдельных случаях, при больших горизонтальных нагрузках или для длинных зданий, связи могут располагаться по всему покрытию. Так как связевые блоки имеют большую ширину, дополнительные продольные усилия в элементах, входящих в состав силовых связей незначительны. Расчетная схема стоек рам в пространственной схеме приближается к стойке, имеющий закрепления снизу на фундамент и сверху на связевой блок. При жестком закреплении стойки снизу и в шарнирно-неподвижном опирании верхнего конца, изгибающие моменты в ней уменьшаются приблизительно 4 раза, а деформации в 24 раза по сравнению с деформациями П-образной шарнирно-опертой рамы (рис. 18 а, б). При шарнирном опирании верхнего и нижнего концов стойки, изгибающие моменты и деформации уменьшатся в 4 и 9,6 раза соответственно (рис. 18 в). Если учесть податливость связей, уменьшение изгибающих моментов и деформаций будет несколько меньше.  Применение силовых связей для организации пространственного каркаса позволяет не только уменьшить горизонтальные деформации каркаса, но и существенно уменьшить его металлоемкость и затраты на фундаменты. Для распределения горизонтальных нагрузок на несколько фундаментов, стойки фахверка могут объединяться по низу распорками. В отдельных случаях создание единого пространственного каркаса при помощи силовых связей является единственно приемлемым для высоких зданий, а также для случаев действия больших горизонтальных нагрузок, включая сейсмические. Пространственная система связей может применяться и для многопролетных зданий, когда устройство вертикальных связей по средним колоннам невозможно или нежелательно. В этих случаях связевые блоки располагаются вдоль несущих рам и сопрягаются с вертикальными связями на наружных продольных стенах, как это показано на рис. 19. Эти связи должны быть рассчитаны на совместное действие горизонтальных внешних нагрузок, действующих на торцы здания и поперечных усилий, передающихся с раскрепляемых средних стоек каркаса. |
