Пособие по расчету и конструированию стальных сейсмостойких каркасов многоэтажных зданий (в развитие СНиП РК 2.03-04-2001)

СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ  

ПОСОБИЕ ПО РАСЧЕТУ И КОНСТРУИРОВАНИЮ СТАЛЬНЫХ СЕЙСМОСТОЙКИХ КАРКАСОВ МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ В РАЗВИТИЕ

(СНиП РК 2.03-04-2001)

ЧАСТЬ 2

STEEL SEISMIC STABLE FRAMES FOR HIGH RISING BUILDINGS ESTIMATION AND DESIGN MANUAL

(IN ADDITION TO SNIP RK 2.03-04-2001). PART 2

Дата введения 2005.03.01

ПРЕДИСЛОВИЕ

1 РАЗРАБОТАНЫ: ТОО «Институт Проектстальконструкция» (авторы: кандидаты технических наук, профессора Максимов Ю. С. и Остриков Г. М,)

2 ПРЕДСТАВЛЕНЫ: Управлением технического нормирования и новых технологий в строительстве Комитета по делам строительства и жилищно-коммунального хозяйства Министерства индустрии и торговли Республики Казахстан (МИТ РК).

3 ПРИНЯТЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ Приказом Комитета по делам строительства и жилищно-коммунального хозяйства МИТ РК от 03.11.2004 г . № 426 с 1 марта 2005 г.

5 ВВЕДЕНЫ: Впервые

6 ПОДГОТОВЛЕНЫ: Проектной академией «KAZGOR» в соответствии с требованиями СНиП РК 1.01-01 -2001 на русском языке.

Срок действия данного норматива устанавливается до переиздания его на государственном языке.

4 СВЯЗЕВЫЕ И РАМНО-СВЯЗЕВЫЕ СТАЛЬНЫЕ СЕЙСМОСТОЙКИЕ КАРКАСЫ ЗДАНИЙ

Связевые и рамно-связевые стальные каркасы многоэтажных зданий отличаются от рамных более низкой металлоемкостью и повышенной жесткостью. Существенным недостатком таких каркасов является сложность архитектурно-планировочных решений, обусловленная установкой вертикальных связей по колоннам здания. Это часто заставляет архитекторов отказываться от связевых схем.

Для обеспечения высокой сейсмостойкости связевых каркасов многоэтажных зданий необходима установка в связях по колоннам энергопоглощающих элементов различных типов, работающих в упруго-пластической стадии на знакопеременные горизонтальные сейсмические нагрузки и обеспечивающих надежную работу связей, предохраняя их от разрушения во время пиковых перегрузок.

Не допускается установка в пределах одного этажа здания связей с энергопоглотителями и без них, если не обеспечена упругая работа последних при перегрузках во время землетрясения.

4.1 Схемы каркасов

Из большого количества возможных конструктивных схем связевых и рамно-связевых каркасов многоэтажных зданий на рисунке 4.1 приведены несколько, наиболее часто применяемых типов.

При разработке конструктивных схем связевых каркасов необходимо руководствоваться следующими принципами:

- расположение и конструкция связей должны как можно меньше мешать архитектурно-планировочные решения;

- расположение и жесткости связей должны обеспечивать минимальные усилия в колоннах и ригелях каркаса здания от горизонтальных сейсмических нагрузок;

- необходимо стремиться к совпадению центра жесткости каркаса и центра его масс;

- энергопоглощающие элементы, устанавливаемые в связях, должны отличаться высокой энергопоглощающей способностью, малоцикловой прочностью, простотой конструктивных форм, малыми габаритами и легкостью замены на новые в случае их повреждения во время землетрясения расчетной интенсивностью.

При выборе типа связей для многоэтажных каркасов предпочтение следует отдавать крупноразмерным поперечным связям (рисунок 4.1 тип 4), которые обеспечивают минимальные нормальные силы в колоннах и увеличивают боковую жесткость каркаса здания, что особенно важно для высоких зданий. Продольные связи целесообразно располагать по всей длине каркаса со смещением по этажам (рисунке 4.1 типы 5, 6). Связи на фасадах здания должны иметь такую конструкцию, которая позволяет легко решать вопросы естественного освещения помещений, например, как это показано на рисунке 4.1 тип 5. Продольные крестовые связи (рисунок 4.1 тип 6) лучше приметать для внутренних рядов колонн, располагая их в перегородках здания.

Выбор типа энергопоглотителя во многом зависит от архитектурно-планировочных решений.

4.2 Конструктивные формы колонн, ригелей, балок перекрытий и связей

На рисунке 4.2 приведены наиболее часто применяемые в практике строительства многоэтажных зданий сечения стальных колонн, ригелей, балок перекрытий и связей. Целесообразность применения типа сечения элемента зависит от особенностей его работы на сейсмические нагрузки в принятой конструктивной схеме стального связевого каркаса здания.

Из приведенных на рисунке 4.2 сечений колонн для связевых каркасов целесообразно применять трубчатые (типы 3 - 6), имеющие одинаковый радиус инерции относительно любой оси. С точки зрения трудоемкости изготовления и в отдельных случаях стоимости выгодны прокатные широкополочные двутавры (тип 1), а при их отсутствии следует применять сварные двутавры (тип 2) .

Для ригелей и балок перекрытий всегда эффективны прокатные (тип 1) и сварные (тип 2) двутавры. Наименьшую металлоемкость имеют сварные двутавры с тонкой поперечно- гофрированной стенкой (тип 3).

Раскосы связей, работающие на растяжение - сжатие, целесообразно выполнять из трубчатых элементов (типы 1,2,3,5,6). Для раскосов крестовых связей, работающих только на растяжение, следует применять сечения из уголков или круглой стали (тип 4,7). Вертикальные связи по колоннам стальных сейсмостойких каркасов многоэтажных зданий должны быть защищены от возможных перегрузок во время землетрясения с помощью энергопоглотителей. Без выполнения этого условия каркас здания нельзя считать сейсмостойким.

1, 2, 3, 4 - поперечные связи, 5, 6 - продольные связи

4.3 Узловые соединения

В связевых и рамно-связевых стальных каркасах многоэтажных зданий крепление раскосов связей рационально производить непосредственно к колонне (рисунок 4.3). При таком решении упрощается крепление ригеля или балки перекрытия, так как снижается усилие передающееся с ригеля или балки на колонну. Соединение раскоса к колонне может выполняться на сварке или болтах. Проще это делать с помощью монтажной сварки. Болтовые соединения, особенно на высокопрочных болтах, требуют более высокой точности изготовления, (рисунок 4.4).

В связевых каркасах прикрепление раскосов связей к колонне приводит иногда к расцентровке раскосов в узле, как это показано на рисунке 4.3. В этом случае колонна должна рассчитываться с учетом дополнительного момента. Прикрепление фасонки раскоса к колонне и ригелю или балке допускается только при установке специальных корытообразных элементов на пояс ригеля или колонны (рисунок 4.5). При этом связь должна центрироваться на точку пересечения осей поясов колонны и ригеля. Это исключает отрыв фасонки связи от одного из элементов, вызванный раскрытием прямого угла между ригелем и колонной. Размеры корытообразного элемента назначаются по расчету.

На рисунке 4.6 показан узел связевого каркаса с колоннами трубчатого сечения. Для передачи усилия с раскоса связей на ригель необходима установка диафрагмы в колонне или накладок, прикрепляющих пояс ригеля к стенкам колонны.

В некоторых случаях, особенно при значительных усилиях в связях, в каркасах с трубчатыми колоннами целесообразно крепить фасонку раскоса непосредственно к ригелю (рисунок 4.7).

База колонны двутаврового сечения связевого каркаса показана на рисунке 4.8. Ось раскоса связи следует центрировать на точку пересечения оси колонны с опорной плитой.

На рисунке 4.9 приведен вариант базы колонны трубчатого сечения связевого каркаса многоэтажного здания. При необходимости для уменьшения толщины опорной плиты в колонну могут быть врезаны вертикальные ребра жесткости.