МК_Справочник_том_2

ãäå k1 – коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения конструкций зданий, k2 – коэффициент, учитывающий особенности конструктивного решения здания. k1, k2 принимаются в соответствии с указаниями СНиП II-7-81* и [16]. Sîizk – значение сейсмической нагрузки для 1-го тона собственных вертикальных колебаний мембранного покрытия, определяемой в предположении линейноупругого деформирования конструкций по формуле

здесь q(αk, γk) – распределенная нагрузка от массы покрытия, временных длительных и кратковременных нагрузок, определяемая в соответствии с [16]; À – амплитуда ускорений основания; βi – коэффициент динамичности, соответствующий 1- ой форме собственных колебаний мембранного покрытия; A è βi, принимается по СНиП II-7-81* или [16]; kψ – коэффициент, учитывающий диссипативные свойства конструкции и зависящий от вида материала, конструктивного решения, типа узловых соединений и стыков. При определении расчетных вертикальных сейсми- ческих нагрузок на мембранное покрытие в связи с его пониженной способностью к затуханию колебаний (логарифмический декремент δ = 0,03–0,06) коэффициент kψ рекомендуется принимать в соответствии с указаниями [16] – 1,5 при наличии бетонной стяжки на покрытии и 3 в остальных случаях (значение kψ допускается уточнять на основании результатов экспериментальных исследований по согласованию с директивными органами государств СНГ по строительству;

ãäå ηizk – коэффициент, зависящий от формы деформаций системы при ее свободных колебаниях по i-й форме; zi(αjγj) – максимальное перемещение в точке j (ордината формы собственных колебаний). Интегралы в выражении (12.37) берутся по площади.

При необходимости учета сейсмических сил в точке Ê ïî îñÿì Õ è Y покрытия, возникающих при перемещениях опорного контура вдоль оси Z, их значения определяются выражениями:

Полная сейсмическая нагрузка в точке Ê находится по формуле

Аналогично находятся полные сейсмические силы в точке Ê, вызванные перемещениями опорного контура по осям Õ è Y;

ãäå U0(t), V0(t), W0(t) – перемещения опорного контура по осям соответственно, Õ,

Y è Z.

Формулы (12.38)–(12.42) следует использовать при расчетах мембранных покрытий с наклонным или криволинейным в вертикальной плоскости опорным

301

контуром на совместное действие усилий от горизонтальных и вертикальных сейсмических нагрузок.

9. В связи с небольшим собственным весом для мембранных покрытий характерна повышенная чувствительность периодов и форм собственных колебаний к изменениям постоянных и кратковременных нагрузок и схем их приложения. Поэтому в расчетах следует по возможности более точно учитывать все схемы и вариации нагрузок.

Поскольку мембранные покрытия характеризуются нелинейной работой уже при небольших уровнях внешних воздействий, то следует определять периоды собственных колебаний для случаев линейных и нелинейных колебаний, а после вы- числения βi, принимать более высокое значение коэффициента динамичности.

10. При расчете зданий с мембранными покрытиями по п.3,à на горизонтальные сейсмические воздействия расчетные модели зданий в направлении главных осей симметрии принимаются в виде одномассового осциллятора (рис.12.56). При этом жесткость покрытия в горизонтальной плоскости принимается бесконечной, а колонны, стены, пилоны и другие вертикальные несущие конструкции – жестко заделанными в фундаментах и шарнирно присоединенными к опорному контуру. Высота расчетной модели принимается равной высоте колонн, а в случае небольших перепадов в высотах колонн (не более 20 % высоты средней колонны) – расстоянию от уровня защемления колонн до центра масс от нагрузок на покрытие с учетом собственного веса (рис.12.56á). Указания по сбору нагрузок, определению жесткостей и периодов собственных горизонтальных колебаний зданий приведены в [23].

Рис.12.56. Расчетная схема здания с мембранным покрытием при расчете на горизонтальные сейсмические воздействия

à– с колоннами одинаковой высоты; á – с колоннами разной высоты

11.При расчете зданий длиной более 30 м в соответствии с СНиП II-7-81* кроме горизонтальной сейсмической нагрузки необходимо учитывать крутящий момент относительно вертикальной оси здания, проходящей через центр жесткостей.

12.В зданиях больших пролетов (более 50–60 м) усилия в элементах конструкций допускается определять с учетом скорости распределения сейсмических волн в грунте, параметры которых выбираются на основании анализа сейсмологических условий площади строительства [24, 25].

13.При расчете зданий с висячими покрытиями сложной геометрической формы расчетные модели должны приниматься с учетом особенностей конструктивных решений, распределений масс и жесткостей в плане и по высоте здания. При наличии экспериментальных данных о жесткостных характеристиках висячих покрытий и опорного контура в горизонтальной плоскости расчет рекомендуется выполнять с помощью ЭВМ с учетом пространственной работы зданий и фактиче- ских эксцентриситетов между центрами масс и жесткостей.

14.Горизонтальная сейсмическая (условная статическая) нагрузка для здания в целом после определения периода собственных колебаний одномассового осциллятора по п.10 настоящего раздела вычисляется по формулам (12.35) и (12.36). При

302

ýòîì Sizk = S1ηik = 1. Значения всех коэффициентов, за исключением kψ, принимаются в соответствии с п.п. 8–9 раздела.

Значения коэффициента kψ при вычислении расчетных горизонтальных сейсмических нагрузок для зданий принимаются в соответствии с п.19.26 в [16].

15.Вертикальные и наклонные несущие конструкции должны проверяться рас- четом на действие горизонтальных сейсмических нагрузок и усилий, передающихся на них с мембранного покрытия. В колоннах зданий, несущих крановую нагрузку, необходимо учитывать местные горизонтальные сейсмические нагрузки в соответствии с указаниями пособия [23].

16.При учете высших форм колебаний расчетные усилия (продольные и поперечные силы, изгибающие и крутящие моменты, нормальные и касательные напряжения) в элементах конструкций от действия сейсмических нагрузок определяются по формуле

ãäå Ni – значения усилий или напряжений в рассматриваемом сечении от сейсми- ческих сил, соответствующих i-й форме колебаний; n – число учитываемых в рас- чете форм (тонов) колебаний.

17. Горизонтальную сейсмическую нагрузку S1, вычисленную в соответствии с п.14, при горизонтальном опорном контуре следует распределять:

∙равномерно между всеми вертикальными несущими конструкциями пропорционально жесткостям вертикальных несущих конструкций в направлении главных осей сооружений в плане;

∙в соответствии с фактическими жесткостями участков покрытия и опорного контура в горизонтальной плоскости при наличии экспериментальных данных.

При отсутствии экспериментальных данных в расчет вводится наибольшее зна- чение нагрузки для первого и второго случаев. С учетом принятого распределения горизонтальных сейсмических нагрузок между вертикальными несущими конструкциями здания необходимо выполнить проверку несущей способности и устой- чивости опорного контура.

18.Узлы сопряжения висячих покрытий с опорным контуром и опорного контура с нижележащими конструкциями должны быть рассчитаны на усилия от совместного действия горизонтальных и вертикальных сейсмических нагрузок.

19.Горизонтальное перемещение здания (отсека) на уровне верха колонн от

действия расчетных горизонтальных сейсмических нагрузок S1, определяется по формуле

число колонн или связевых панелей в каркасе здания (отсека); δkk – перемещение отдельной колонны (связевой панели) на уровне ее верха от действия горизонтальной единичной силы в том же уровне.

Аналогично определяется жесткость здания в горизонтальном направлении при вертикальных несущих конструкциях в виде стен, пилонов и т.п.

Предельное относительное перемещение /hc от горизонтальных сейсмических нагрузок согласно п.3à для зданий без кранов и с подвесными кранами не должно превышать: при каркасных несущих конструкциях – 1/200, а при расчетах по п.3á,

303

соответственно 1/100. Аналогично при вертикальных несущих пилонах и других конструкциях предельное относительное перемещение не должно превышать 1/400 и 1/200 при расчетах по п.п.3à è 3á.

Относительные прогибы висячих покрытий при расчете на любое сочетание нагрузок с учетом сейсмических воздействий целесообразно ограничивать в соответствии с результатами исследований по согласованию с директивными органами государств СНГ по строительству.

20. При расчете на прочность и устойчивость элементов конструкций помимо коэффициентов условий работы, принимаемых в соответствии с главами СНиП на проектирование металлических и железобетонных конструкций, необходимо дополнительно вводить коэффициент условий работы òkp, учитывающий особенности сейсмического воздействия (кратковременность и повторяемость землетрясений). Коэффициент òkp принимается по табл.19.7 в [16].

12.5.4. Принципы расчета висячих систем. Основной особенностью систем висячего типа является их геометрически-нелинейная работа под воздействием внешних нагрузок. Степень геометрической нелинейности работы системы зависит от типа несущих конструкций и максимально проявляется при несущих конструкциях из гибких тросовых элементов и в мембранах.

Расчеты в линейной постановке таких конструкций приводят к значительному завышению усилий и перемещений в системе.

Кроме того, в ряде случаев (особенно, для сильно нагруженных тросовых элементов) могут потребоваться дополнительные расчеты с учетом физической нелинейности работы материала конструкции.

Наряду с геометрической и физической нелинейностью при расчетах вантовых и мембранных систем часто необходимо учитывать конструктивную нелинейность их работы, связанную с качественным изменением расчетной схемы конструкции в процессе ее деформирования. Характерное проявление конструктивной нелинейности – выключение из работы сжатых гибких элементов вантовых сетей или раскосов вантовых ферм, а также выключение из работы частично или полностью материала мембраны по направлению сжатия.

В предварительно-напряженных системах следует также учитывать явление релаксации (ползучести) – то есть потери предварительного напряжения во времени, что может привести к нарушению несущей или эксплуатационной способности сооружения.

С учетом вышеизложенного применяемые методики расчета конструкций вися- чего типа базируются на общих аналитических или численных методах строительной механики и теории расчета сооружений.

Поскольку конструкции висячего типа обычно представляют собой многоэлементные пространственные системы достаточно сложных геометрических форм, аналитические методы используются, главным образом, лишь для предварительных приближенных и оценочных расчетов, а также для расчетов простейших систем типа отдельная нить, вантовая ферма, вантовые сети определенных структур, гладкие мембраны некоторых типов и т.п. Сведения по аналитическим методам расчета различных видов висячих конструкций представлены в ряде работ [16, 17, 27, 28, 29].

Расчеты висячих конструкций произвольной структуры выполняются численными методами по программам для ЭВМ, таких, как, например: РАСК, ЛИРА, ПАРСЕК (программы линейного расчета); ГАММА (программа геометрическинелинейного расчета) и др.

Эти и подобные им программы и их модификации, позволяют также решать физически и конструктивно нелинейные задачи.

304

Создание корректных расчетных схем для сложных висячих конструкций является самостоятельной серьезной задачей, зачастую требующей апробации либо экспериментом, либо параллельными расчетами по альтернативным программам.

Расчетные схемы для мембранных покрытий обычно создаются на основе стержневой аппроксимации мембраны [16,28,29]. Эта методика позволяет также производить учет конструктивной нелинейности работы мембраны по направлению сжатия [28].

Специальным разделом, особенно для однопоясных систем из гибких элементов и мембран, является надежность висячих систем под воздействием динамиче- ских нагрузок (ветер, сейсмика, подвесные краны, крышные вентиляторы и т.п.).

Собственные динамические характеристики (частоты и формы колебаний) в некоторых частных случаях могут быть получены аналитически [16], в более сложных – по упомянутым программам.

В случае применения программ линейного расчета типа РАСК, ЛИРА и т.п., в расчетную схему необходимо вводить фиктивные изгибно-жесткие элементы, либо фиктивные упругие элементы постели, моделирующие стабилизирующие влияние распорных сил в однослойных системах, либо комбинацию этих фиктивных элементов.

Вопросы расчета динамической и аэродинамической устойчивости висячих покрытий некоторых видов рассмотрены в работах [18,25].

Большепролетные висячие конструкции требуют повышенного внимания к точности изготовления и монтажа, а также к работе системы в процессе ее возведения. В соответствии с ГОСТ 21778-81 на рабочих чертежах и в технологической документации необходимо устанавливать требования к точности конструкций, их элементов и к выполнению работ. Существующая практика назначения точности обычно ограничивается ссылкой на СНиП III-18-75. Требования по точности изготовления в нем многовариантны, что позволяет заводам металлоконструкций выполнять лишь те из них, которые соответствуют их возможностям. Если необходимо получить конструкции с определенным предельными отношениями геометри- ческих параметров, эти требования должны быть обоснованы расчетом и заданы в рабочей документации. Для большепролетных нетиповых конструкций такой рас- чет обязателен, т.к. большие длины конструктивных элементов приводят к серьезному накоплению ошибок в процессе изготовления и монтажа металлоконструкций. Расчет собираемости конструкции сводится к определению соответствия суммарного технологического допуска назначенному функциональному. При этом учитываются все возможные погрешности от геодезической разбивки до изготовления и монтажа конструкции. Кроме решения проблемы собираемости такой расчет позволяет уточнить действительную работу конструкции с учетом ее факти- ческой геометрии и топологии узлов в пространстве.

Расчет процесса монтажа является обязательным для висячих большепролетных конструкций и по сложности и ответственности зачастую не уступает основному расчету на эксплуатационные нагрузки. Сложность расчета определяется необходимостью учета изменения конструктивной и расчетной схем на каждом этапе монтажа, а также необходимостью учета усилий и деформаций, накапливающихся в сооружении от этапа к этапу его возведения. Расчеты необходимо проводить в геометрически нелинейной постановке. Вопрос о возможности применения принципов суперпозиции при поэтапных расчетах необходимо решать в каждом конкретном случае в зависимости от степени деформативности системы на каждом этапе воздействия.

Пример расчета процесса монтажа применительно к зданию с мембранным покрытием приведен в [20].

305

12.5.5. Материалы и конструкция узлов и деталей гибких элементов. В качестве несущих элементов в висячих покрытиях применяются: стальные канаты; арматурные пучки из высокопрочной проволоки; арматурные стержни; полосовая и рулонная сталь; фасонный прокат.

Материал и конструктивные решения узлов для элементов из фасонного проката не имеют принципиальных отличий от применяемых в обычных конструкциях, поэтому в настоящем разделе рассматриваются только особенности применения гибких элементов в висячих системах.

12.5.5.1. Стальные канаты, пучки из высокопрочной проволоки, арматурные стержни. Наибольшее распространение получили оцинкованные стальные канаты. В висячих покрытиях рекомендуется применять канаты с металлическим сердечником, изготовленные из проволок диаметром на менее 1,8–2 мм. Недостатком канатов как элементов строительных конструкций является их сравнительно невысокий первоначальный модуль упругости, обусловленный витой структурой. Для повышения первоначального модуля упругости и устранения неупругих деформаций канаты подлежат обязательной предварительной вытяжке усилием, на 10–20 % превышающим расчетное усилие каната, в течение 0,5–2 ÷.

Средний модуль упругости для канатов одинарной свивки с предварительной вытяжкой может быть принят равным 165000–170000 МПа. При строительстве крупных сооружений канаты обязательно должны быть испытаны для определения действительного модуля упругости и несущей способности. Для ответственных сооружений при соответствующих технико-экономических обоснованиях могут применяться канаты закрытого типа по ГОСТ 3090-73*, ГОСТ 7676-73*. Наружные слои закрытых канатов состоят из профилированной проволоки и обладают повышенной коррозиестойкостью.

Пучки или пряди для вант изготовляют из высокопрочной проволоки на специально оборудованных стендах, иногда непосредственно на строительной площадке. Для пучков применяют круглую углеродистую проволоку по ГОСТ 7348-81* и холоднотянутую периодического профиля.

Пучок формируется в зависимости от расчетного усилия в канатах, типа анкерного крепления и конструкции домкрата. Через 70–100 мм по длине пучки связывают мягкой вязальной проволокой диаметром 1–1,5 мм. Чтобы повысить коррозиестойкость, пучок покрывают битумом или свинцовым суриком, если ванты не подлежат бетонированию вместе с ограждающими плитами. Модуль упругости пучков из высокопрочной проволоки 180000–190000 МПа. Для выравнивания напряжений в отдельных проволоках, пучки следует вытягивать усилием, превышающим расчетное разрывное примерно на 10 %. Этим одновременно достигается повышение модуля упругости до 200000 МПа. Предварительную вытяжку канатов и пучков необходимо выполнять вместе с концевыми анкерами.

Арматурная сталь круглая или периодического профиля с более низкими проч- ностными характеристиками, чем у канатов, но более коррозиестойкая позволяет применять сварку и более простые соединения. Рекомендуется применять арматурные стержни периодического профиля класса А-III R = 340 ÌÏà è À-IV R = 500 МПа, изготовленные из сталей марок 35ГС, 25Г2С, 80С, 20ХГ2Ц и др. Соединять арматурные стержни необходимо контактной электросваркой встык ванным или электрошлаковым способом. Типы сварных стыковых соединений могут быть приняты в соответствии со СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции», прил.5. Хорошо отвечает условиям работы вант ванная сварка на удлиненных стальных подкладках. Технология сварки принимается по действующим нормативным документам. При применении термически упрочненных

306

стержней ванты желательно соединять муфтами с резьбой. Ванная сварка таких холодноупрочненных стержней не рекомендуется, так как не обеспечивает равнопрочного соединения.

Концевое крепление вант выбирают в зависимости от материала вант и бортового элемента, конструктивного решения его, степени капитальности сооружения, методов предварительного натяжения сети, наличия соответствующих механизмов и оборудования для натяжения вант и других факторов. Наибольшее распространение получили следующие концевые крепления.

Для вант из канатов. В качестве концевых креплений вант из канатов в строительстве используются: петля с коушем на зажимах; петля с коушем с запрессовкой конца каната при помощи алюминиевых или стальных трубок овального сече- ния (рис.12.57à,á,â); самозаклинивающийся зажим (рис.12.57ã).

Прочность канатов с перечисленными концевыми креплениями реализуется не полностью, поэтому они применяются в нестационарных сооружениях или в каче- стве временного крепления вант в процессе строительства. Наиболее надежны заливные концевые крепления канатов. Основная деталь такого крепления – стакан

– может иметь любую конструкцию: точеную, литую, сварную с последующим креплением к опорному контуру при помощи гайки, шарнира, упора и т.д. (рис.12.57å,æ).

Рис.12.57. Концевые крепления вант из стальных канатов à–æ – варианты; 1 – подвижный клин; 2 – êëèí; 3 – гильза

Для заливки стаканов рекомендуется применять сплавы на основе цинка.

У нас в стране при возведении вантовых покрытий широко применяется гильзоклиновой анкер системы ВНИИмонтажспецстроя (рис.12.57æ). Анкер состоит из гильзы, изготовленной из мягкой стали марки Ст3, и клина из термообработанной углеродистой стали марок Ст45, Ст50. При протяжке на гидравлическом прессе через волок гильза претерпевает пластические деформации и плотно обжимает наружные слои проволок.

Для вант из пучков высокопрочной проволоки. Концевые крепления для вант из пучков высокопрочной проволоки осуществляются благодаря силам трения, перегибу или заклиниванию.

Например, в анкерах (рис.12.58à–ä) проволоки крепятся опрессовкой гильзы. Конусные крепления типа «колодка с пробкой» (рис.12.58å,æ,ç) нашли широкое применение в предварительно-напряженных фермах и оболочках. Для мощных

307

арматурных пучков (вант) применяются анкеры с заливкой предварительно отогнутых концов проволок в стальном станке бетоном марки 500 или 600 на мелком заполнителе и т.д.

3

Рис.12.60. Узлы крепления вант к бортовым элементам покрытий

308

309

∙допускаемые отклонения от проектных линейных размеров полотнища по ширине – ±10 мм, по стрелке саблевидности (отклонение продольной оси ±l/3000, ãäå l – длина полотнища);

∙высота выпучин (хлопунов) на поверхности полотнища не должна превышать 0,006h, ãäå h – расстояние между противоположными краями выпучин; допускается h ≤ 1500 ìì.

Ленточные покрытия и ограждающие мембранные конструкции (подвесные потолки, стены) выполняются из рулонных лент, поставляемых металлургической промышленностью. Кроме требований стандартов, рулонные ленты должны отве- чать следующим дополнительным требованиям: ленты должны поставляться с обрезными кромками; стрелка саблевидности рулона не должна превышать ±l/3000, ãäå l – длина рулона.

Направляющие связи рекомендуется выполнять длиной на пролет из стальной полосы, гнутых, прокатных или сварных элементов (тавр, двутавр, два швеллера), легких висячих ферм с верхней горизонтальной полкой шириной 300–500 мм. Узлы крепления направляющих к контуру должны обеспечивать возможность выверки геометрии постели. Для этого на одном из концов направляющих связей рекомендуется устанавливать хвостовик, подтяжкой которого к упорам на контуре обеспечивается регулировка длины направляющих во время монтажа (рис.12.62). Другой конец направляющих, которые не обладают большой изгибной жесткостью, крепится к контуру жестко. Изгибно-жесткие направляющие элементы постели рекомендуется крепить к опорному контуру шарнирно, чтобы избежать возникновения в контуре дополнительных крутящих моментов, а в ребре – дополнительных изгибающих усилий.

Рис.12.62. Регулируемый узел крепления направляющих элементов постели к контуру 1 – направляющий элемент постели; 2 – контур; 3 – упор (снимается после приварки на-

правляющего элемента к столику); 4 – хвостовик; 5 – опорный столик; 6 – опорный столик для крепления мембраны

310