Анализ методов статического расчета безбалочных бескапительных железобетонных перекрытий связевых каркасов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №17 (97) сентябрь-1 2015 г.

Дата публикации: 26.08.2015

Статья просмотрена: 1131 раз

Библиографическое описание:

Богачёва С. В. Анализ методов статического расчета безбалочных бескапительных железобетонных перекрытий связевых каркасов // Молодой ученый. — 2015. — №17. — С. 118-122. — URL https://moluch.ru/archive/97/21725/ (дата обращения: 16.10.2018).

На примере трехпролетной схемы связевого каркаса выполнен статический расчет безбалочной бескапительной плиты перекрытия различными методами: упругой сетки, заменяющих рам, конечных элементов. Произведен анализ результатов расчета.

Ключевые слова: безбалочная бескапительная плита перекрытия, метод упругой сетки, метод заменяющих рам, метод конечных элементов.

 

В настоящее время значительная часть строительного рынка приходится на каркасные системы с плоскими плитами перекрытия. С позиций строительной механики несущие конструктивные системы многоэтажных зданий являются многократно статически неопределимыми и характеризуются совместной работой всех элементов с перераспределением усилий между ними. Для расчета несущих конструктивных систем согласно [1] рекомендуется использовать расчетные модели, основанные на математической и геометрической дискретизации пространственных конструкций, рассчитываемых методом конечных элементов. При этом расчет производят в пространственной постановке с учетом совместной работы подземных и надземных конструкций и основания. Средствами проверки результатов статических расчетов, а именно усилий в безбалочных бескапительных плитах перекрытий и покрытия, определенных с использованием специальных программных комплексов, могут выступать как метод упругих сеток, так и метод заменяющих рам. Последний, например, используется в методических рекомендациях по расчету безригельного каркаса системы «КУБ» [2].

При расчете методом упругой сетки плита представляется как система из двух взаимно перпендикулярных рядов нитей, которая в каждой точке пересечения должна находится в равновесии. Под действием нагрузки точки пересечения нитей сетки перемещаются, а величины перемещений определяются ординатами узловых точек относительно координатной плоскости ХY. Величины моментов выражаются через ординаты упругой поверхности пластинки, которые, в свою очередь, определяются величинами ординат упругой сетки под действием приложенных в узлах давления с натяжением. Используя методику по приложению метода упругой сетки к расчету безбалочных бескапительных перекрытий, изложенную в [3], были определены значения изгибающих моментов на примере трехпролетной схемы связевого каркаса административного здания с регулярной сеткой колонн сечением 0,4х0,4 м и толщиной перекрытия 0,2 м (рис. 1).

Рис. 1. Схема перекрытия к расчету по методу упругой сетки

 

Рис. 2. Схема перекрытия к расчету по методу заменяющих рам: 1 — заменяющая рама

 

При расчете безбалочных бескапительных плит перекрытий по методу заменяющих рам перекрытие рассматривается как две системы пересекающихся многопролетных двухъярусных рам с защемленными сверху и снизу стойками (рис. 2). Влияние верхних и нижних этажей не учитывается вследствие того, что в основу уравнений положено предположение об отсутствии горизонтальных смещений узлов. Заменяющие рамы образуются в двух взаимно перпендикулярных направлениях путем рассечения каркаса вертикальными плоскостями, проходящими параллельно осям колонн через середины смежных поперечных пролетов (внутренних и крайних). В результате заменяющие рамы получаются в виде ряда колонн, соединенных условными ригелями, состоящими из полосы шириной равной расстоянию между серединами двух поперечных пролетов, примыкающих к соответствующему ряду колонн [4].

Каркас рассчитывался на основное сочетание нагрузок:

                                                                                                            (1)

где Сm — нагрузка для основного сочетания;

Pd=8,5 кН/м² и Pt1=2,4 кН/м² — расчетные значения постоянной и кратковременной нагрузок соответственно;

ψt1=1,0 — коэффициент сочетания основной по степени влияния кратковременной нагрузки.

При решении методом заменяющих рам основное уравнение упругости имеет вид:

                                              (2)

где EI — жесткость ригеля рамы;

Wm-1; Wm; Wm+1 — углы поворота соответствующих углов рамы;

 и ,                                                                     (3)

причем ,                                                                                (4)

,                                                                                                     (5)

где  — соотношение ширины колонны к пролету заменяющей рамы;

,                             (6)

где IВ и IН — моменты инерции верхней и нижней колонн соответственно;

НВ и НН — высоты верхней и нижней колонн соответственно;

fВ — расстояние от нулевой точки моментов до низа верхней колонны;

fН — то же, до верха нижней колонны;

,                                                                                                           (7)

где                                                                                         (8)

Используя уравнение упругости (2) и метод перемещений, предполагая α = 0, были определены значения изгибающих моментов заменяющей рамы.

Распределение изгибающих моментов, полученных из расчета заменяющей рамы, по ширине ригеля на две надколонные и две средние полуполосы выполнено путем умножения общих моментов на коэффициенты распределения, приведенные в [4].

Расчет перекрытия связевого каркаса методом конечных элементов произведен с использованием ПК ЛИРА по пространственной схеме без учета влияния верхних и нижних этажей. Колонны каркаса моделировались стержневыми элементами, а плита перекрытия пластинчатыми элементами (элементами плоской оболочки). Для смягчения влияния сингулярностей на результаты расчета область примыкания тела колонны к телу плиты перекрытия смоделирована при помощи абсолютно жесткого тела (рис. 3).

                                             а                                                                            б

Рис. 3. Схема перекрытия к расчету по методу конечных элементов в ПК ЛИРА: а — расчетная модель; б — изополя напряжений по Му

 

Рис. 4. Эпюры Му перекрытия связевого каркаса: а — надколонная полоса; б — средняя полоса

 

На рис. 4 представлены результаты статического расчета по рассмотренным выше методам. Наиболее полное и наглядное представление о распределении расчетного изгибающего моментов в пролетных и опорных зонах перекрытия дает метод конечных элементов, реализованный в ПК ЛИРА (рис. 3, б). Анализ полученных результатов показывает их значительное расхождение друг от друга. Разница в величинах моментов в отдельных точках плит безбалочного перекрытия не превышает в основном 45 %. Если принять моменты, полученные при расчете в ПК ЛИРА за 100 %, то при решении по методу упругой сетки на опорах они соответственно равны: 54,5 %; 65,4 %, а по методу заменяющих рам — 92,3 %; 137,8 %, т. е. в первом случае разница составляет 34,6–45,5 %, а во втором 7,7–37,8 %. То же, в пролете для надколонной полосы: 143,5 %; 100,6 % и 141,4 %; 172,1 %, с разницей 0,6–43,5 % и 41,4–72,1 % соответственно. Причина такой разности полученных результатов кроется в неполном соответствии методов упругой сетки и заменяющих рам работе безбалочных плит и различном подходе к расчету. Наибольшее расхождение результатов наблюдается на крайней опоре надколонной и средней полос и составляет более 100 %. Однако, если исходить из величин суммарных моментов, которые будут равны 102,7 % по методу упругой сетки и 90,8 % по методу заменяющих рам, то их разница незначительна и не превышает 9,2 %. Поэтому рассмотренные ручные методы могут быть использованы при статическом расчете, учитывая, что во многих случаях распределение моментов носит более конструктивный, чем теоретический характер, и поэтому характер работы конструкции будет определяться тем, как она законструирована: там, где будет уложено большее количество арматуры, где будет больший момент инерции сечения, там и будет воспринят больший изгибающий момент [5].

 

Литература:

 

1.                  СП 52–103–2007 Железобетонные монолитные конструкции зданий. — М.: ФГУП «НИЦ «Строительство», 2007. — 18 с.

2.                  Унифицированная система сборно-монолитного безригельного каркаса КУБ2.5. Выпуск 1–1. Основные положения по расчету, монтажу и компоновке зданий. — М.: Госкомаритектура, НПСО «Монолит», ЦНИИПИ «Монолит», 1990. — 49 с.

3.                  Глуховский А. Д. Железобетонные безбалочные бескапительные перекрытия для многоэтажных зданий: научное сообщение/ А. Д. Глуховский; Акад. архитектуры СССР. НИИ строит. техники. — М.: Госстройиздат, 1956. — 60 с.

4.                  Рекомендации по проектированию железобетонных монолитных каркасов с плоскими перекрытиями/ А. С. Залесов, Е. А. Чистяков. — М.: НИИЖБ Госстроя России, 1993. — 45 с.

5.                  Штаерман М. Я. Безбалочные перекрытия/ М. Я. Штаерман, А. М. Ивянский. — М.: Стройиздат, 1953. — 335 с.

Основные термины (генерируются автоматически): упругая сетка, заменяющая рама, связевый каркас, расчет, рама, плита перекрытия, статический расчет, схема перекрытия, элемент, кратковременная нагрузка.


Ключевые слова

безбалочная бескапительная плита перекрытия, метод упругой сетки, метод заменяющих рам, метод конечных элементов.

Похожие статьи

Совершенствование методики расчёта пологих железобетонных...

Данный метод использован в расчёте надподвального перекрытия Дома Мельникова в

Производим сбор нагрузок на балку перекрытия (см. Табл. 1).

Анализ методов статического расчета безбалочных бескапительных железобетонных перекрытий связевых каркасов.

Особенности расчета сборно-монолитных перекрытий...

Особенности расчета сборно-монолитных перекрытий каркасных зданий снесъемной железобетонной опалубкой.

Каркас здания с сборно-монолитным перекрытием представляет собой многократно статически неопределимую систему.

Проблемы использования конструкций сборно-монолитного...

В случае рамно-связевой схемы в работу дополнительно включаются элементы жесткости: связи и диафрагмы.

Нормативная временная вертикальная нагрузка на плиты перекрытия составляет 200 и 400 кг/м2.

Совместная работа железобетонных плит перекрытий...

Анализ методов статического расчета безбалочных бескапительных железобетонных перекрытий связевых каркасов. Усиления железобетонных балок перекрытия углепластиком.

Расчёт узла сопряжения колонн с фундаментом

Естественно, что при определении усилий в элементах поперечной рамы необходимо было вводить жёсткое соединение фундамента с колонной в виде жёсткого закрепления, так

Рис.5 Схема грузовой площади при расчёте плиты базы на изгиб от отпора фундамента на плиту.

Кессонные перекрытия как эффективный тип ребристых плит

Расчёт фундаментных плит методом конечных элементов. Опалубочный элемент сборно-монолитного перекрытия с безригельным каркасом. Усиления железобетонных балок перекрытия углепластиком.

Проблемы прочности и деформативности монолитных...

Расчетная схема плиты в данном случае может быть представлена в виде шарнирно опертой плиты, загруженной данной нагрузкой Δq и неизвестными

Анализ методов статического расчета безбалочных бескапительных железобетонных перекрытий связевых каркасов.

Эффективность применения плоских сборно-монолитных...

В многоэтажных зданиях связевой каркасной системы горизонтальные нагрузки

Для пропуска этих канатов в колоннах и плитах (на уровне перекрытий) оставляются каналы

Рис. 3. Петлевой стык панелей перекрытия сборно-монолитного безригельного каркаса «КУБ»: а...

Анализ методов расчета статически неопределимых систем

Анализ методов статического расчета безбалочных бескапительных железобетонных перекрытий связевых каркасов. Гармонический анализ статически неопределимой рамы. Анализ и развитие методов расчета характеристик решеток профилей.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Совершенствование методики расчёта пологих железобетонных...

Данный метод использован в расчёте надподвального перекрытия Дома Мельникова в

Производим сбор нагрузок на балку перекрытия (см. Табл. 1).

Анализ методов статического расчета безбалочных бескапительных железобетонных перекрытий связевых каркасов.

Особенности расчета сборно-монолитных перекрытий...

Особенности расчета сборно-монолитных перекрытий каркасных зданий снесъемной железобетонной опалубкой.

Каркас здания с сборно-монолитным перекрытием представляет собой многократно статически неопределимую систему.

Проблемы использования конструкций сборно-монолитного...

В случае рамно-связевой схемы в работу дополнительно включаются элементы жесткости: связи и диафрагмы.

Нормативная временная вертикальная нагрузка на плиты перекрытия составляет 200 и 400 кг/м2.

Совместная работа железобетонных плит перекрытий...

Анализ методов статического расчета безбалочных бескапительных железобетонных перекрытий связевых каркасов. Усиления железобетонных балок перекрытия углепластиком.

Расчёт узла сопряжения колонн с фундаментом

Естественно, что при определении усилий в элементах поперечной рамы необходимо было вводить жёсткое соединение фундамента с колонной в виде жёсткого закрепления, так

Рис.5 Схема грузовой площади при расчёте плиты базы на изгиб от отпора фундамента на плиту.

Кессонные перекрытия как эффективный тип ребристых плит

Расчёт фундаментных плит методом конечных элементов. Опалубочный элемент сборно-монолитного перекрытия с безригельным каркасом. Усиления железобетонных балок перекрытия углепластиком.

Проблемы прочности и деформативности монолитных...

Расчетная схема плиты в данном случае может быть представлена в виде шарнирно опертой плиты, загруженной данной нагрузкой Δq и неизвестными

Анализ методов статического расчета безбалочных бескапительных железобетонных перекрытий связевых каркасов.

Эффективность применения плоских сборно-монолитных...

В многоэтажных зданиях связевой каркасной системы горизонтальные нагрузки

Для пропуска этих канатов в колоннах и плитах (на уровне перекрытий) оставляются каналы

Рис. 3. Петлевой стык панелей перекрытия сборно-монолитного безригельного каркаса «КУБ»: а...

Анализ методов расчета статически неопределимых систем

Анализ методов статического расчета безбалочных бескапительных железобетонных перекрытий связевых каркасов. Гармонический анализ статически неопределимой рамы. Анализ и развитие методов расчета характеристик решеток профилей.

Задать вопрос