Обеспечение поперечной и продольной неизменяемости и устойчивости зданий и сооружений

49. Обеспечение поперечной и продольной неизменяемости и устойчивости зданий и сооружений

Плоскостные конструкции (балки, арки, рамы, фер­мы и т. д.) предназначены для восприятия нагрузок, дей­ствующих в их плоскости. В зданиях или сооружениях различные плоскостные конструкции при взаимном сое­динении образуют пространственную конструкцию, кото­рая должна обеспечить надежное восприятие внешних сил любого направления при наиневыгоднейшем сочета­нии их в соответствии с условиями эксплуатации. При этом передача усилий от одних частей сооружения на дру­гие вплоть до его основания должна проходить без какого-либо нарушения пространственной неизменяемости, ус­тойчивости, жесткости и прочности всей пространствен­ной конструкции в целом и отдельных ее частей.

При транспортировании и монтаже сборных конст­рукций может возникнуть необходимость устройства спе­циальных креплений, обеспечивающих неизменяемость, прочность и устойчивость этих конструкций.

Принципы проектирования конструктивного остова деревянного здания

Общая устойчивость остову деревянного здания мо­жет быть придана следующими способами.

Рис. 1. Поперечное сечение деревянного каркасного здания с защемленными в земле стойками,

имеющими на концах пасынки (деревянные антисептированные, железобетонные или металлические):

1-подкосы; 2-пасынки.

Рекомендуемые материалы

Рис. 2. Каркас здания с кансольно защемленными в фундаментах стойками сплошной или сквозной конструкции

Первый способ. Поперечную и продольную устойчи­вость здания создают пространственным защемлением каждой из стоек каркаса в грунте. Верхние концы стоек связывают через обвязку с элементами покрытия (рис. 1). Во избежание возможного в некоторых случаях перекашивания зданий в связи с деформациями грунта в местах защемления стоек в крайних пролетах продоль­ных и торцовых стен, а также в промежуточных проле­тах целесообразно устанавливать связи с интервалом 20 - 30 м. Для увеличения срока службы такого здания необходимо нижнюю часть стоек, зарытую в землю, антисептировать, чтобы не было быст­рого загнивания. Предпочтительнее нижние концы стоек располагать выше уровня пола и прикреплять их болтами или хомутами к сменяемым деревянным, а еще луч­ше - железобетонным пасынкам. Этот способ получил широкое распространение в строительстве временных зданий.

Второй способ. Поперечная устойчивость здания обеспечивается защемлением в фундаментах плоских деревянных стоек, решетчатых или клееных (см. рис. 2).

Решетчатые стойки защемляют натяжными анкерами. Прикрепление клееных стоек к фундаменту показано на рис. 3.

Рис. 3. Способ защемления деревянных клееных стоек.

Анкерами служат стальные полосы, заделываемые в фундамент и рассчитываемые на максимальное отрывающее усилие N_а, определяемое при наиневыгоднейшем сочетании нагрузок. К анкерным полоскам приварены равнобокие уголки. В опорной части клееная стойка на длине l_ск, определяемой по расчету на скалывание с при­жимом, имеет увеличенную высоту сечения для образо­вания наклонных площадок смятия под углом 30 - 45°, на которые укладывают уголки. Сквозь консольные час­ти уголков с двух сторон стойки проходят перекрестные тяжи с нарезкой на обоих концах. В месте пересечения они приварены к стальным пластинкам, прилегающим вплотную к боковым граням клееной стойки.

Усилие в тяже определяют по формуле

Усилие, воспринимаемое площадкой смятия

Площадка скалывания воспринимает усилие

Продольную устойчивость здания с плоскими стойка­ми создают постановкой связей по продольным стенам и между внутренними стойками, если таковые имеются, в продольном направлении. Для неизменяемости каркас­ных торцовых стен в их крайних пролетах также ставят аналогичные связи.

Третий способ. Поперечную устойчивость здания обеспечивают, применяя простейшие комбинированные и подкосные системы, рамные системы или арочные конструкции, передающие распор непосред­ственно на фундаменты.

Продольная устойчивость здания может быть созда­на постановкой связей по продольным линиям стоек (рис. 4).

Рис. 4. Схема каркасного здания при шарнирном опирании стоек на

фундаменты и шарнирном примыкании к элементам кровельного покрытия.

Стеновые щиты при этом располагают с наружной стороны стоек. Продольную устойчивость зда­нию с арочными конструкциями, опертыми непосредст­венно на фундаменты, придают связи, расположенные в конструкции кровельного покрытия, а пространственную устойчивость нижним поясам - поперечные связи, соеди­няющие арки попарно.

Четвертый способ. Устойчивость каркасного здания при шарнирном опирании стоек на фундаменты и шар­нирном примыкании их к элементам покрытия можно создать лишь в том случае, если конструктивные элемен­ты покрытия и стен не только будут достаточно прочны­ми, жесткими и устойчивыми для восприятия всех дейст­вующих на них нагрузок, но и создадут неизменяемые, жесткие и устойчивые диафрагмы, образуя тем самым неизменяемую, жесткую и устойчивую пространственную коробку. Для этого в плоскости покрытия можно исполь­зовать применяемый в качестве основы под рулонную кровлю щитовой настил, связанный гвоздями с прогона­ми; в стенах могут быть использованы косые обшивки или специальные связи между стойками каркаса (см. рис. 2 и 4).

Участие ограждающих частей здания в обеспечении его пространственной устойчивости, которую устанавли­вают поверочным расчетом, возможно только при отно­сительно малых размерах здания.

Устойчивость и жесткость зданий, собираемых из го­товых щитов дощато-гвоздевой или клеефанерной конст­рукции заводского изготовления, перекос которых предотвращается устройством внутренних раскосов, диа­гональной обшивкой или оклейкой фанерой, может быть обеспечена, как и в предыдущем случае, жесткой горизон­тальной диафрагмой чердачного перекрытия или наклон­ным кровельным покрытием, надежно сопротивляющим­ся перекосу стен. Для этого необходимо, чтобы жесткость и устойчивость поперечных стен была доста­точной для восприятия в своей плоскости горизонталь­ных сил от ветра, передающихся от продольных стен через горизонтальную диафрагму (рис. 5). При этом щиты продольных стен, непосредственно восприни­мающих ветровую нагрузку, работают как однопролет­ная плита, опертая внизу на фундамент, а вверху на горизонтальную диафрагму. Щиты поперечных стен, па­раллельных направлению ветра, работают в своей плос­кости на перекос и опрокидывание.

Обратите внимание на лекцию "10 Воздушный и тепловой режимы почвы и его регулирование".

Рассматривая устойчивость поперечной стены как суммарную устойчивость составляющих ее щитов, свя­занных между собой нащельниками на гвоздях, опреде­ляем расчетное ветровое давление, воспринимаемое по­перечной стеной

где n -  число щитов в поперечной стене; G₁ - постоянная вертикаль­ная нагрузка от веса перекрытия и кровли, передающаяся через верхнюю обвязку на один щит; G₂ - вес одного щита; b - ширина щита; h - высота стены; Т_гв - расчетное усилие, воспринимаемое одним гвоздем; n_гв -  количество гвоздей, прикрепляющих нащельник к одному щиту; W₁ -  ветровая нагрузка с наветренной стороны на 1 м длины верхней обвязки продольной стены; W₂ -  то же, с за­ветренной стороны; l -  расстояние между поперечными стенами; k_З -  коэффициент запаса на опрокидывание, принимаемый 1,4.

Рис. 5. Расчетная схема работы стеновых щитов на ветровую нагрузку:

1-щиты чердачного покрытия; 2-стеновые щиты.