автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Расчетная длина колонн одноэтажных промышленных зданий

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ТГ-УДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАЭТДО-ИССШ0ВАТЩШ1П ПРОШШ-КОНЕТРУКТОРСКИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ! ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА (НИШСБ)

На правах рукописи Досмагзмбетов Кайрат Танаткановкч

УДК 524.075.23;624.012

РАСЧЕТНАЯ ДЛИНА КОЛОНН ОДНОЭТАЖНЫХ ПРШЫШШЗШЫХ ЗДАЙИП

Специальность: 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации ка соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1992

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАИЕШ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПРОШКО-НОКСТРУКТОРСКИИ И Т1ШЮЛ0ГМЧЕСНШ! ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖЗЛЕЗОБЕТОШ <НШБ)

На ¡фазах рукописи

ДссшагаюЗвтов Кайрат Танаткакопич

УДК 624.075,23;624.012

РАСЧЕШИ ДЛИНА КОЛОНН ОДКОЗТАЗНЬК

прсшмашх здши

Специальность: 05.23.01 - Строителып»з конструкции, знания а сооружения

Автореферат диссертации нв сокскана» ученой стопсш кандидагз гехничэсюа наук

Ь5оех5а - 19ЭЙ

Работа выполнена в Государственном Орина Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-конструк-торском и технологическом институте бетона и хэлвзобэтова (НИШЕ)

НАУЧШЯ РУКОВОДИТЕЛЬ - доктор технических наук, профессор

Б.А.Чистяков

ОЙЩИАЛЬЙШ ОППОНЕНТЫ - доктор технических наук, профессор

С.М.Крылов - кандидат технических каук Е.Д. Розовский ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - ШШПромзданий

Защита диссертации состоится >' 159Й г. в 14

часов на заседании специализированного Совета К 033.03.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени какдвдата технических наук'в Государственном Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона (НИШБ) по адресу: 109428, Москва, 2-я Институтская, д. 6.

Совет направляет Вам для ознакомления данный реферат а просит Ваш отзывы и замечания в 2-х экземплярах, заверенные печатью, направить по вше указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " 1( " 199$ г. -

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук

Т.А.Кузьмич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работа. Нормами проектирования иэлэзобэтошшх конструкций рекомондувтся два вида расчета колонн одноэтажных промздашй о учетом влияния продольного изгиба: расчет колош: б рамной системе по деформированной схеме я расчет выделенной из система колонны, начальные усилия в которой определяются из расчета рамы по нодеформированной схеме.

Упрощенный расчет базируется из использовании понятия расчетной длина8 задаче которой состоит в том, чтобы с ее помощью отобразить особенности напряжённо деформированного состояний колонны, находящейся в рамкой системе, при эе расчете как шарнмрно закрепленного по кскцгм етвркня с начальным эксцентриситетом приложения продольной силн, постоянным по его длине.

На значения расчетной динн влияют геометрические характеристики крановых я бескрановкх колонн, особенности загружают, совместность работы колоны в системе к другие факторы. В нормах проектирования приведены рекомендации' по назначению расчетных длин'колонн одаозташгнх зданий. Однако особенности работы колони

в система, режим1 загружэнкя к др. 'оценивается очень приближенно, • *

ориентируясь на самые общие их характеристики. При атом нельзя сказать, что рекомендуемые значения расчетной длина всегда осторожны (например, при небольшом количестве колонн, при небольшой учитываемой крановой нагрузке). Ко в большинства случаев сын дп-вт осторожные результаты.

Упрощенный расчет колонн с использованием расчетных длин пшроко ггт.ить:авнбтся в настоящее время при проектировании конструкций я ко-нидииому будет применяться а в будущем в связ« со своей простотой. Поэтому исследование 2того вопроса в разработка обоснованных рекомендаций но определению расчетных длин ко.- :ш

одноэтажных зданий, учитывающих факторы, оказывавших значительное влияние на несущую способность колонн, а также конкретные особенности как колонн, так и систем в целом, позволят повысить экономичность применяемых колонн при обеспечении требуемой надежности конструкций.

Цель диссертационной работы: ■

- исследование влияния различных факторов на рвсчвтнув длину сжатых железобетонных колонн в одноэтажных промышленных зданиях;

- разработка практических рекомендаций по назначению расчетных длин колонн сплошного сечения применительно к методике расчета СНиП 2.03.01-64.

Автор защищает:

- метод расчета железобетонных каркасов с учетом деформированной схемы сооружения, длительного действия нагрузок со сложными режимами нагружения, возможной изменчивости прочностных и деформационных характеристик материалов и действующих нагрузок;

- стержневой конечный элемент для моделирования гибких сжато-изогнутых стоек из физически нелинейного материала, позволяющий учесть продольный изгиб, изменение жесткости по длине стоек и различные схемы загружения;

- методику определения напряженно-деформированного состояния нормальных сечений железобетонных элементов на всех стадиях работы с учетом особенностей деформирования бетона во времени;

- программу для персональной ЭЕМ, реализующую разработанный метод расчета;

- анализ и предложения со учету факторов, влиявших на расчетную длину гибких сжатых железобетонных элементов;

- практические рекомендации по назначения расчетных длин

' . - s -

келезоЗетонных колона одаоэте-шнх промышленных зданий в зависимости от количества колонн в температурном блок®, соотношения шоткостей участков стуяенчатих колонн к продольных сил на этих участка?..

Достоверность разработанного метода расчета подтверждается .привлеченными для анализа опытны:® данными отечественных и зару-■ базшнх исследователей.

.' „ • Научная новизна работы заключается в тем , что предложена .методика расчете жалезобэтонких конструкций нэ всех стадиях ра. ботн при различных рвжкмвх звгрухания во времени с учетом возможной изменчивости прочностных и деформационных характеристик материалов действующих нагрузок; установлены зависимости между расчетной длиной сжатых железобетонных стсек и комплексом факторов» характеризующая: стаЗку и схему ее загружения. . •' Практиодсксиг значение работа заключается з том что paspa-. бот&вы рекомендации по назначению расчетных дппн железобетонных колош ^одноэтажных промышланнах зданий .в зависимости -от. комплекса факторов / позволятзада более достоверно оценить расчеткуй длину элементов.. Разработана программа по расчету железобетонных .. рай при сложных режимах нагрузикия во- времени, шзналяшдя • оценивать их не супу я способность с бола о полкам уютом особенностей работы железобетона и- полагать ннфорлациа о ааяркзеенно-деформированнам состоянии йлэментов на всех стадиях работа.

Внедрение результатов исследования:

- рвзрзботзшшв рекомендации будут исподьооьана яря разработка новых нора Российской Федерации в часта прооктнровькяя яе-лззобзтокицт, колона одаоэтаяшгх ирежолэннцх зданиЛ.

'Дзсдартзшм состоит зз введения, чэтарах глав. выводок а отека лггараг/ры. Общий обьеы работы 159 страниц, в тем тесла

страниц текста - 117, таблиц - 9, рисунков - 59. Список литературы содержит 128 наименований.

Основные положения диссертации докладывались на международных конференциях молодых специалистов по Сетону и железобетону "Волго-Балт-91" и "Кавказ-92** в Домбае.

По теме диссертации опубликовано 2 работы. Настоящая работа выполнялась в 1989-1992 г.г. по плану научно-исследовательских работ Н1ШБ в лаборатории теории железобетона под руководством д.т.н., профессора Е.А.Чистякова.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Каркас производственного здания представляет собой нелинейно-деформируемую статичесш! неопгэделимув систему находящуюся под воздействием длительных и кратковременных нагрузок, нелинейность которой обусловлена геометрическими и физическими факторами. Метода расчета подобных рамных систем постоянно совершенствовались в процессе развития теории железобетона, позволяя учитывать физическую и геометрическую нелинейность конструкции. Специфика железобетона учитывалась методом предельного равновесия, разработанного А.А.Гвоздевым и развитого в трудах С.Ы.Крылова, А.Р.Ргшницына, А.А.Чираса и др. для статически неопределимых'железобетонных конструкций, использованием понятия "эквивалентная жесткость" (в работах Л.Н.Геншга, М.К.Синани и др.), доведенного до практического применения в . методике Б.Ф.Васильева и А.Я.Розенблша для одноэтажных промышленных зданий. В НЮИБ А.А.Гвоздевым, Е.А.Чистяковым, А.В.Шубиком были разработаны основные предпосылки метода расчета по деформированной схеме стержневых железобетонных конструкций с учетом физической нелинейности железобетона, менятаегося во времени нагружения, переменной жесткости по длине элемента, смещения, поворота и податли-

вости узлов конструкций.

С появлением ЭВМ получали развитие метода, сочетающие конечно-элементную дискретизацию с итерационными процедурами уточнения жзсткостных характеристик элементов. Вопросам их разработки, программной реализации и практического приложения нелинейных нодафккаццй этих мата доз применительно к келэзобвтокным конструкциям посвящены работы К.Г.Башарова, А.й.Козачевского, С.М.Крылова, Л.Л.Лзиьиа, Т. А. Мухамедкева, В.Г.Назаренко, Д.В.Носарева, Л.Л.Паньшина, и др. В монографиях Н.И.Карпенко и Г.А.Гениова, В.К.Киссюка, Г.А.Тшина наиболее полно разработана теория деформирования бетона и железобетона.

В настоящее время имеются и находятся "в стадии разработки програмш, предвазначеиныа для расчета яэлезоботонных конструк-цкй с учетом физической и геометрической нелинейности, которые из-за большого обьэмз, сложности отладка и эксплуатации, высоких требований к памяти к быстродействии ЭВМ находят ограниченное применение и, как правило, эксплуатируются их авторами в научно-исследовательских целях. В связи с этим для практического проектирования колонн, входящих в рамную конструкция, иироко примэня-этея упрощенная йетодака расчета, рекомендованная СКш! 2.03.01-84. В этом расчете влияние продольного изгиба колонн учитывается с помощью каэффищшята п. нэугругае свойства ботона к арматуры - введэниам экширкчаскнх поправок, условия огшрання стергней - путем прявэдзшш фактической длены стержня к расчетной, с податью которой гибкий сжатый злеглзнт выделяется зз рамной конструкции.

Козлэдовання нэсуцай способности гибких сайтах налезабэтеи-ннх алокангов в СССР были начаты в 30-ыз года Л.А.ГшздэБаы я Н.С.Бораианским, к а тем ore бада продолжены . В.М.Зоядарешсо,

- а - ,

Г.А.Геыиевым, А.Б.Голкшэвым, В.Н.Гусаковым, В.Г.Казачком, А.А.Световым, Т.М.Пэцольдом, И.Е.Прокоповичем, К.Э.Талем, Е.А.Чистяковым, и др. Б последующие годы большую работу по исследовании гибких скатах элементов о различными режимами загру-кения, формами тс поперечных сечений, способами армирования провели В.М.Баташзв, К.К.Бакиров, А.Н.Вамбура, О.Я.Бачинский, А.К.Джалаиров, В.Н.Довгалюк, Т.Ж.ЗЕунусов, А.А.Казак, А.Г.Клочков, Л.Р.Мшшш, К.Х.Марданоз, Д.Н.Пекус-Сахновский, Е.Л.Розовский и др.

Исследование расчетных длин гибких железобетонных элемен-

/

тов, анализ влияния вида закрепления опор и схемы загружают на расчетную длину, предложения .га их определению делали Н.А.Исмайлов, В.Г.Казачек, А.К.Лапчинский, И.А.Кисканен, , Е.А. Чистяков к др. для отдельно стоящих железобетонных стоек. Для стоек, находящихся в составе рамной систеш, с постоянным и переменным по длине сечением и крановой нагрузкой исследований по определении расчетных длин с учетом специфика железобетона не проводилось. Отечественные нормы очень приближенно оценивают особенности работы колонн в системе, режимы загрукения и др., ориентируясь лишь на саше общие их характеристики, поэтому учет дополнительных факторов, конкретных особенностей работы как колонны, так и системы в целом, позволит более обоснованно подойти к определении расчетных длин и уточнить их значения, приведенные в нормах.

По результатам анализа определены задачи диссертации:

I. Разработать алгоритм расчета рамных стержневых систем с учетом физической и геометрической нелинейности; разработать конечный элемент для моделирования колонн одноэтажного промздаыия; усовершенствовать методику определения напряженно деформирован-

вого состояния сечения железобетонного гибкого сжатого элемента на всех стадиях работы.

2. Разработать программу для персональной ЭВМ, реализующую метод расчета.

3. Оценить точность метода сопоставлением с представленными в отечественной и зарубежной литературе результатами экспериментов.

4. Исследовать влияние различных факторов на расчетную длину сватах железобетонных колонн в одноэтажных промышленных зданиях.

5. Разработать аналитические зависимости для определения расчетных длин сжатых железобетонных элементов в рамной конструкции применительно к методике главы СНиП 2.03.01-64 .

6. Разработать практические рекомендации по назначению расчетных длин железобетонных колонн сплошного сечения в одноэтаж-

- шх промышленных зданиях.

Общий алгоритм расчета железобетонной рамы с учетом физической и геометрической нелинейности, длительности действия переменной во времени внешней нагрузки принят, состоящим из трех частей: статического .расчета рамы, определения деформаций, и усилий в велазобетонном стеркав с переменной жесткастыз по длине, определения напряженно деформированного состояния в сечениа элемента.

Расчет рамн производили методами, строительной механики с учетом действия продольных сил по длине стоек с переменной жесткостью. С этой цель» разработали методику определения жесткости а сечениа елеи^нта на каждой стадии загрукання по усилиям к деформациям с учетом влияния истории развития деформаций батона во времени.

Расчет стержневого элемента с различными условиями опирают на концах, схемой загружают и при известной переменкой по длина жесткости производим рвпошэм дифференциального уравнения оси изогнутого стержня методом конечннх разностей. Длина стеркня й делится на п участков длиной и с постоянной жесткостью в пределах участка, определяемой в зависимости от действующего усилия.

Для 1-го участка принята дифференциальная зависимость изогнутой оси стержня

-В(« V; » М4 (I)

где В4 - жесткость 1-го участка; М - внешний момент;

и ~ смещение оси стержня в середине 1 го' участка; ,

- кривизна ■ оси, определяемая по методу конечных разностей (при достаточно малых значениях и) по формуле

= 2и.+и*. (2)

Внешний момент 1ля 1-го участка равен

к"»

где Ив,Мп- моменты в заделках; N - продольная сила;

смешение опор; 1<М1 ,М1#,1^,4) - момент на 1-ом участке от действия внешних моментов М^Ы,горизонтальной силы Т , равномерно-распределэнной нагрузки а;

относительные координаты 1-го участка;

х » и»1- расстояние от опоры <1»0) до рассматриваемого участка;

Подставив значения иц (2) и II. (3) в (I), получим систему линейных уравнений, каждое из которых имеет вид

Кз рэаэпяя этой система уравнений определяем проп-йи по дликв я комэнтн а зэдзлках стертая при задзшшх нагрузках, а затем, используя зависимость (3), вычисляем усилия в каждом сеченая еэлозоОэтонного элемента.

Капряяшшо деформировэнное состояние в сечении должно удовлетворять двум условиям равновесия (при действии момента в плоскости оси сши.гагрзи сечения)

М - №+ Н* + Я ; (5)

О в в

Н(-|-- ев) - V нд , (6)

где Н, !ГЬ, , внешняя продольная сила н равнодействующие усилий в бзтонэ, сжатой'и'рзст.чнутой арматуре соответственно;

момент равнодойствуацэй усилий в бэтонэ относительно грани сачакия, испитнвавдай наибольшее укорочение;

. оо- начальный эксцентриситет приложения продольной силы N относительно цднтра тяхести сочания.

Ь, высота сепэюяа, расстояния от растянутой и сжа-

тей аркатуры до указанной выше грани.

В формулах (5),(6) усилие, воспринимаемое бетоном сечения, Н^ г коыэнт отого усилия Мь относительно граня сечения, испытывающей наибольшее укорочекш, равны

у ИК* Я ^

нь= ь ^ »<у)(1у ; Ь / е-(у)уйу , (7)

усо уяо

где Ь - аирина сечения;

х, высота скатай г растянутой гон по напряязнюта (э абзац случае знсотн сзатой я растянутой зон по деформациям я аа-прякениям но совпадают)»

Для спрэделэяия напряженна в бэтовэ квтрэсиуваей частя со-чэкая пранята арадлогоннэя *.А.Гвоздэвкй модель нзпряаэнао-двформироаэздого состояавя сзауого бетона а вндэ еовохушости

волокон, параллельных продольной оси элемента. Высота нетреснув-шай чаоти бетонного сечения делится волокнами 1 ва п равных частей шириной m (где п - четное число). При атом волокно i*0 расположено на уровне наиболее сжатой грани сечения, a волокно 1»п в вершине трещины, на крап растянутой части бетоне. Эпиру напряге ний в пределах каждой пары этих частей (шириной 2а) аппроксимируем полиномом второй степени. Тогда, принимая х+х^ ел и выполняя интегрирование правой части условий (7), получиы

3

Jffll Т[ 2( 2о- + а., )♦( 4*.,+ * )1 ], (S)

Где 1 - 0,2,4,...,п-2.

Эпюра напряааний в бетоне для начального иагружвнжя б момент времени т принимается линейной. В следугаий момент времени r¡ для каждого 1-го Еслокна при напрякешщ о ) определяется полная деформация волокна í(г^) при свободном его деформировании без учета влияния соседних волокон (при однородном на-пря&енном состоянии), которая в совокупности с деформациями других волокон образует bi сечении нзлинейную зпиру деформаций «(т^), трансформируемую в линейную таким образом, чтобы соотвзт-ствукцая ей впюра напряжений <?(т;) удовлетворяла двум условиям равновесия (7),(8).

w - mv* + [ w' - • (IQ>

Связь между приращениями вапрявэний и деформаций для процесса линеаризации принята как для нелинейно упругого тела в зависимости от жесткости волокна, которая характеризуется секущим модулем деформаций бетона ^^{т )■

Линеаризованная деформация для 1-го волокна, выраженная через деформацию крайнего волокна *0(Tj) и кривизну -~-{tí), равна

гдэ хк« 1я - расстояние от грани (1-0) до рассматриваемого волокна.

После подстановки (16) в (15) получим

где Мт,> - М^-«1 " ' (13)

Подставка значения напряжений в бетоне пз (12) в условия (6) а (9), определим усилия Кь и Ы , выраженные через «о и

т

—.Иэ решения условий равновесия (5), (6) с учатом (8), (9) -находим значения и , с помощь» которых и (II), (12) определяем вс-е зарактеристики напрягекно деформированного состояния сечения в рассматриваемый момент времени при заданном внзшнем усилии.

Ратд изменения пвпркгсвия в 1-ои волокна 5 о тоне во времени шеет ступенчатый характер а формируется а моменты времени при заданном режиме нагружншя. Б соответствии с предложением С.В.Александровского рассматриваются напряжения. отнесенные к прочности ¡Затона, ?> = При этом прочность бетона Я рассматривается в более игроком смысле, как наибольшее напряжение, которое бетон-может выдержать с учетом влияния времени действия напряжений н величины деформаций к заданному моменту времена. Использование характеристики п дало возможность отобразить о по-мощьв традиционных уравнений ползучести батона незатухающий характер его деформирования, отвечвпдпа реальным условиям.Значения для наиболее сжатого волокна бетона (1=0) принята • зависяоима от скорости деформирования этого волокна, характеризуема длительность действия напряжения, н его деформации в рассматриваемый момент времени. Значения Ие для других волокон бэтена в се-

чвшш определяются в зависимости от деформирования волокна 1-0 и характера эпюры напряжений.

Для определения линейных деформаций ползучести к моменту времени t используется ро!зш изменения отнаситадьннх напряжений сформированный во временя, а для оценки нелинейных деформаций он трансформируется в ступенчатый по возрастающим уровням относительных напряжений п и суммарному времени Тл действия атнх уровней к моменту t. Полные деформации бетона с учетом исследований Н.Х.Арутюняна, С.В.Александровского равны

«Ш Vi) SUr>{t - у +

принимая 0.

Здесь J - аомэр ступени зависгаостк (n-r) по вреызгп при числа ступеней к;

п - то sb, по величине относительного уровня, напряганай пра числа ступеней я; в общем случае кг1'? ;

SUri(t-Tj),Snl (Тп) - соответственно линейная и нелинейная wspa относительных деформаций ползучести. К^г)" - Фуекция нелинейности.

На основе рассмотренного усовершенствованного магода расчета, учитывающего физическую и геометрическую нэлинейность при переменном во вреыеык нагружают, разработана программа расчета юлезобвтонннх рам, написанная в языковой ерздэ Turbo-Basic а предназначенная для вксплуатацни из персональных ЭШ тчпа IBM FC-XT/AT.

Для ггров-эркц принятых предпосылок, попользованная при соей ра о нет з о в анки расчэтаого евпзрата, бит: вшюляэнц расчэтн по результатам испытаний пркзм, бзкжннх и велеаоботокных колонн,

проведенных в стране и за рубежом. Значения прогибов, деформаций, несущей способности гибких сжатых элементов при различных гибкости, армировании. эксцентриситете загрукэния, длительности действия нагрузки, комбинированных режимах звгружения и условиях закрепления опор, вычисленные с применением данного метода расчета, имэвт достаточно хорошее соответствие с экспериментальными данными. Обладая достаточной для практических целей точностью при определении напряженно-деформированного состояния стержневых железобетонных элэмеатов на лвбых стадиях работы, усовершенствованный расчетный аппарат был применен для дальнейшего анализа и .•расчета вэлозобатонных рамных систем.

Для выявления параметров, наиболее существенно влияющих расчетную длину колонн или отдельных участков ступенчатых колош, предварительно были выполнены расчеты рамных систем со стойками из упругого материала. В результате этих расчетов был выявлен комплекс факторов, влияющих на распределение усилий в рамной системе и характер напряженно деформированного состояния стоек или участков ступенчатых колонн. Для рам со стойками постоянного сечения это соотношение числа стоек со средними и расчетными характеристиками материалов. Для ступенчатых колонн кроме этого важным является соотношение длин участков стоек,- их жесткостей, наличие крановой нагрузки и величина ее по отношешш к нагрузке, приложенной к верху колонны.

Определение расчетных длин колонн производили путем сопоставления результатов расчета колонн в рамных системах по деформированной схеме и недеформированной, которое предполагает также использование методики расчета СКиЛ 2.03.01-84 для учета влияния продольного изгиба. Согласно этой методике за расчетную длину принята такая длина, при которой предельные усилия в опасном се-

чэнии шарнирно опертого стертая с равный эксцентриситетами продольной силы били бы рввны предельным усилиям в опасном сечения рассматриваемого стержня. В соответствии с этой методикой

где Мп<ая - начальный момент без учета влияния прогиба стержня;

Ми1 - предельный изгибающий момент в наиболее напряженном сечении о учетом прогиба;

г> - коэффициент продольного изгиба, зависящий от геометрических и других характеристик стержня и особенностей его работы в рамной системе.

Значение коэффициента п определяют по формуле ,

I

1 —гг

(16)

где Нсг- условная критическая сила, которая в прямом виде зависит от расчетной длины стержня 1о.

Отсюда с учетом формулы (15) и известных значений в

Мгки определяем условную критическую силу, отвечающую условиям работы колонны в рассматриваемой системе .

и1 П<1»

Далее по известной зависимости СНиП 2.03.01-64 для условной критической силы и найденному значению Кег из (17) определяем расчетную длину

.утш

3 У И

(18?

•в г

Коэффициент расчетной длины и определяем, по формуле

Г ' ' " м ' " (19)

где 1-длина стойки "или ее участка,- принимаемая в соответствии со

СНаП 2.С3.01-В4 в зависимости от вида колонны и ее загруяеиия.

Ра счэт рем по недвформирозанной схеме производили обычными методами по наибольшим расчетным нагрузкам.

Предельные усилия в опасном сечении по длине стойки при расчете рам по деформированной схема определяли при времена действия нагрузки к моменту исчерпания несущей способности- какой-либо стсйки а раме, составляющем примерно сто лет, т.е. отвечающем тому сроку, на который ориентирована методика расчета гибких сжатых элементов по СНиЛ. При этом, как правило, принято, что на все стойки приложена продольная сила N от расчетной на-,грузки, действующей в течение всего расчетного периода времени. Для ветровой нагрузки задается определенный режим ее изменения в течение расчетного времени, в котором условно объединено в один этап суммарное время действия нагрузок при одинаковых уровнях.-Для крановой нагрузки принят условный реким загружения, в котором также обьеданенс.время действия нагрузок одного уровня.

Учитывая возможное отклонение прочностных и деформационных свойств бетона ш арматуры в различных колоннах от их средних значений (при одинаковых классах этих материалов во всех колоннах), а также случайные отклонения продольной силы, рамы состояли из колонн, имеющих как расчетные, так и средние характеристика материалов ("слабых" и "сильных" колонн) при различном их соотношении, загруженных продольной силой со случайным эксцентриситетом. Соотношения ыевду средними и расчетными характеристиками материалов соответственно, приняли равными 1.2 - для модуля упругости бетона, 1.7 - для призмвнной прочности бетона, 1.3 -для расчетного сопротивления арматуры, учитывая коэффициенты безопасности и соответствующие усредненные значения коэффициентов вариации для бетона и арматуры. Рассматриваемая колонка (напри-

- ia -

юр, с крановой нагрузкой) всегда была "слабой" и имела? наиболее невыгодную с точки зрания развития изгибающего момента во времени с.:ему нагружения. Совокупность воздействий от ветровой нагрузки, момента рт крановой нагрузки, случайного эксцентриситета приложения продольной силы создавали максимальный момент в рассматриваемом сечении этой колонны.

В процессе расчета рамы по заданным значениям нагрузок, классам бетона и арматуры, известным размерам колонн подбирается арматура таким образом, чтобы исчерпание несущей способности какой-либо колонны в раке произошло через сто лет. По найденному армировании и известной продольной силе N определяем по формуле (17) значение К.г, а затем по формуле (18) - расчетную длину колонны. При этом изгибавший момент в формуле (17) принимала равным максимальному значению момента, найденного по нэдеформированной схема на рассматриваемом участке колонны, а значение Мц1 определяли по расчетным характеристикам материалов.

Вначале были рассчитаны рамы со стойками постоянного сечения по длина на действие продольных и ветровых нагрузок при отсутствии крановых нагрузок. В процессе расчета варьировали значения продольных сил, горизонтальных нагрузок, их соотношение, величину и знак эксцентриситета приложения продольных сил, число колонн с расчетными и средними характеристиками материалов. Последний фактор, как показали результаты расчетов, оказывает наиболее значительЕсе влияниз на коэффициент расчетной длины При всех "с.лбых" колоннах (100 %) н одинаковой схема их загру-£зния значение в среднем разно 2. С умэвыгзкиэм числа слабых колонн знзчзния уменьшайся z приближаются к значении равному единица, которое было принято в гччэствя миичнзльцой бйлитйны, соответсгаупдэй 5% слабых колонн к обвдму ах количестзу п £ 30.

При этом предположили, что с уменьшением общего числа колош вероятность появления большего количества слабых колонн повышается и превышает 5%. Поэтому было принято, что в случав, если рама состоит из четырех колонн, все они принимаются слабыми (IOOS) к работают одинаково. В этом случае коэффициент расчетной длины консольной колошш равен 2. Производя линейную интерполяции между иа - 2 при п - 4 и ио" I при п « 34 получим формулу для коэффициента расчетной длины колока постоянного сечения по длине

1 п - 4 и , =, 2--s 2 , (20)

° 1 30

где п - число колонн в температурном блоке здания;

1 - полная длина колонны.

Расчеты рам со ступенчатая! стойками на первом этапэ производили на действие продольных вертикальных и горизонтальных сил без приложения крановых нагрузок. Как показала расчеты, значения коэффициента расчетной длины нижнего участка uí зависят от соотношения длин и жесткостей верхнего и нижнего участков колонны. Это связано с тем, что изменение момента в нижней части колонны от продольного изгиба зависит не только от характеристик ниетего участка, но и от деформативности верхней части колонны, которая увеличивается в зависимости от изменения указанных выше факторов. При этом , если соотношение lt/l = I, т.е. длина всей колонны равна длине ее нюней части lt и ее ыогно рассматривать как колонну постоянного сэчения, определяя коэффициент м4 го формуле (20). Если 1,/1 » I, это значит, что длина всей колонны равна длине ее верхней часта 1г и м, такта определяется по этой формуле, но с поправкой у в^н учитывавшей згесткосткаэ характеристики ншшего участка. Как показали результаты расчета, зависимость nt- 12/1 близка к линейной

. т " * ( т~ ] * (21>

Значения коэффициента расчетной дашаг верхней части зависят от тех se факторов, причем при уменьшении высоты сэчення верхнего участка или увеличении aro дяшщ значение иг уменьшает-• ся. чте связано о уменьшением гибкоста низшего участка и, следовательно, .угла поворота заделки верхнего участка. Значений и£ щщуяты линейно изменяющимися в зависимости от L./1 а соотношения кэстксстей участков ,/ТВ /У,

Г . «с I

i /~Б;~ it

^ = - (4 - nj/ -g---;— . (2Z)

' 1Е « ¿

Прн исследования влияния крановой нагрузки на значения рас-.

/

четных даш верхнего а никкега учеспсоз ззгрузсэнша ^солона. были рассмотрены ргмы с разными схемами загрукедая, Изменяв знаки и еадичину эксцентриситетов приложения продольных сил, действующих на уровне верха колонии и на уровне уступа, соотношение их значений, соотношение длин верхнего и нижнего участков колонны, вы. сот их доваренных сечений. При атом колонна с крановой нагрузкой всегда имела расчетные характеристики бетона и'арматуры а на нзэ действовали расчетные нагрузки при наиболее невыгодном их саче- t теши.

Характер влияния соотнозюния гэометричэскнх характзристак мрхнаго к нажэгс участков колонн сохранился прогаззл, кг,:; для баскрановнх колонн, но значения коэффициентов расчетной длины атали меньше. Дпя надкраковсй части колонны sto ыозни сбьясшть возникновением на уступе дополнительного момента, которой увеличивая общий иомэнт в расчетном свчвшзг от других сад, одаоврэ-шшю'уменьшает угол шзесром s?om узла, что аивлахг^-шо пошшв-няи» ssctkocni 8адэ.5нй для атой чb¿m яойоннк. В формудэ »то от-раявЕо введением соотноаания заоианта от кршювой нагрузка И, а

М,

момента а заделке колонны Мо но абсолютному значению а -

" (4 - т - * мв . (23)

Результата расчетов показали, что при условной схеме загру-женяя, когда отсутствует нагрузка на вс°х колоннах рамы и действует только крановая нагрузка на рассматриваемой колонне коэффициент расчетной длины нижнего участка м1е не превышает I вследствие поддерживвпдзго влияния остальных незагруженных колонн. В случае отсутствия крановой нагрузки, когда на колонны действует только нагрузка значения определяются как для ;бескрановой колонны по нижнему участку и1 с» м,-^-. В этих пределах с уменьшением Н1/Н| расчетная длина уменьшается. Интерполируя м<о в зависимости от п - и ограничивая п а 5, получим —

I ♦ 0.2 ( «.4- - I) П . (24)

Сииганиа расчетной длины от кранового момента учитывается соотношением ю » |И/М I

а О

- 0.1 ( I - ме(М1) п £ 0.7 . (25)

1

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ' .

I. Исследования показали, что напряженно деформированное состояние стойки сплошого сечения одноэтажных промышленных зданий , ее расчетная длина и в конечном итоге несущая способность зависят не только от характера загрукения рассматриваемой стойка, но и от совместной ее работа с другими стойками в системе рамы.

При атом влияние оказывают такие характеристики, как вест-кость стоек (или их участков), загрукенле их во всей системе одноэтажного промышленного здания, обьеданэнной единым жестким в

своей плоскости диско» покрытия. При одинаковых геометрических размерах стоек в системе их различие по жесткости проявляется в возможной изменчивости прочностных и деформационных характеристик материалов.

Учитывая наличие в система "слабых" колонн с жесткостью, обусловленной расчетными характеристиками материалов к "сильных" колонн с жесткостью, обусловленной средними характеристиками материалов , было выявлено, что степень влияния совместности работы стоек в система на расчетную длину рассматриваемой стойки, имеющей расчетные) ¡епрагеристики материалов, при действии усилий от невыгодного для данной стойки сочетания расчетнах нагрузок зависит от соотношения числа колонн "слабых" в "сильных" и от общего числа колонн в системе.

Кроме этого фактора на расчетную длину рассматриваемой стойки влияют наличие и направление случайных эксцентриситетов продольных сил, действуших на колонны системы и обусловленные допусками на конструкции и их монтаж. Оказывает . также влияние уровень вертикальной нагрузки, который может быть для некоторых колонн шика расчетного.

2. Соотношение усилий от горизонтальной нагрузки (ветровой) н вертикальной (от покрытия) для бзскрановых колонн практически не сказывается на значении хов$фицианта расчетной длины. •

3. Для бэскраноЕох ступенчатых колонн рвсчетная длина ворх-пэго и шжнего участков зависит (кроме указанных выше факторов) такяа ст соотношения геоткостей е длин этих участков. Коэффициент расчетной длины верхнего участка-^ уменьшается с увеличением доли длины втого участка 1г в полной длине колонии 1 а уменьшением косткос^и верхней части по .отношении к жесткости кшшай части. Коэффициент расчетной длшш ниживго участке такоЗ колонии

н^ наоборот увеличивается с увелнчэнием отношения 1^/1 и уменьшением жесткости верхнего участка по отношению к яесткости наяна го.

4. Для крановых колонн расчетная длина надкрановой и подкрановой частей колонны зависит в дополнение к рассмотренным выше факторам, влилшим аналогичным образом, также от соотношения усилий от крановой нагрузки и других нагрузок. Присутствие кра-ноеых нагрузок уменьшает значения расчетной длины как.для, верхней, так и для нижней частей колонны, поскольку крановая нагрузка создает, в основном, локальный эффект для рассматриваемой ко-.йонны , слабо распространяющийся на остальные колонны и тем сагам практически не елдяодиЙ на ойдуо деформативность всей системы. Поэтому коэффициенты расчетной длины надкрановой и подкрановой частей колонны, при учете в расчетах крановых нагрузок уменьшаются с увеличением соотношения расчетных усилий от крановой нагрузка и_других нагрузок.

5. В результате проведанного исследования разработав усовершенствованный метод расчета железобетонных каркасов по деформированной схеме с учетом длительного действия нагрузок со сложными рантами нагружэния, возмогшей изменчивости прочностных" и деформационных характеристик материалов и действующих нагрузок.'

6. Составлена программа расчета одноэтажных железобетонных каркасов для персональной ЭВМ, реализухщая разработанный метод расчета.

7. Проверка штода расчета на основе привлеченных для анализа опытных данных отечественных г зарубежных исследователей показала хорошее соответствие опытных и теоретических результатов, надежность в достоверность метода.

8. Разработаны практические рекомендации по назначению рас-

четных длин железобетонных колонн одасзтадашх прошшлашшх зданий в зависимости от количества колонн в температурном блока, соотношения кесткостей участков ступенчатых колонн, продольных сед нв этих участках, давдие еозкоёность более даффэрэйцироааншэ подойти к определенна расчетных дявд колонн, что козволязт паш-сеть надежность конструкции к выявить резервы косущей способности колонии со сравшшш о результатами расчете по упрщэншм рекомендациям СНаП 2.03.01.-84,

Основиыа шлоааная диссертационной работы иезиаг отрадные в следующих научных публикациях:

Доскагакботов К.Т. Расчетная длкнз полот' одноэтажных зданий // Материала XXIII Уаздуизродной конференции б области бёто-н» в Еолозобетона (16-23 иая 1991 г.). Вэдго-Ба;гг~31. - и.: Стройиздзт, 1391.- 0.270-272.

Д0сшгакб870Б К.Т. Расчет келэзобехокной рвш при дейстака по ре кэшей во врзиэвк нагрузки // Матеркаж ХП¥ Мездунзраднзй конфереЕцш: хю бетону к калазобетону (18-26 аорзяя 1532 г.). "Казназ-92"/КГБ "ЕЯТЗКОУ в др.- Ы.: Стройиздат, 1952.- 0.269 -270.