Общее представление об архитектурно-строительных конструкциях

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОБЩЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ОБ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

План

• 1. Здания и сооружения. Конструкции зданий и сооружений
• 2. Основные несущие элементы и их классификация
• 3. Основные виды несущих конструкций и особенности их работы
• 4. Конструктивные ячейки зданий и их объединение в конструктивные системы
• 5. Узловые соединения элементов конструкций
• 6. Работа конструктивных систем под действием нагрузок

1. Здания и сооружения. Конструкции зданий и сооружений

Материальный мир, окружающий человека, состоит из отдельных объектов. Объекты могут быть природными или техническими, созданными человеком. Каждый объект существует в определенной свойственной ему форме и выполняет определенные функции. Объектами деятельности строителей являются строительные здания и сооружения.

Здание - это наземное строительное сооружение, состоящее из отдельных взаимосвязанных частей - несущих и ограждающих конструкций - и предназначенное для проживания или деятельности людей. Это, например, жилые дома, гостиницы, школы, больницы, театры, производственные цеха, животноводческие фермы и т.д. Примерами строительных сооружений, не являющихся зданиями, могут служить инженерно-технические сооружения (резервуары, мосты, мачты, телевизионные башни), подземные сооружения (туннели, подземные хранилища, станции метрополитена), а также архитектурные и мемориальные сооружения (стелы, монументы, крупномасштабные скульптуры).

Функции здания. Главное назначение здания - ограждать человека от воздействий окружающей среды, создавать комфортные условия для жизни и деятельности. С развитием человечества развивались и здания - от примитивных жилищ до сложнейших инженерно-технических систем, обеспечивающих жизнедеятельность своих обитателей. Каждое здание в зависимости от своего назначения должно обеспечивать определенные функциональные процессы. Однако основные функции для всех зданий одинаковы - это обеспечение пространства для размещения и передвижения людей и оборудования, обеспечение микроклимата, светового режима, акустики, водоснабжения, удаления отходов и т.п. Выполнение функций здания обеспечивается его конструкциями, инженерными системами и оборудованием.

Конструкции здания. Форма здания создается при помощи отдельных элементов - строительных конструкций, выполняющих несущие, ограждающие или совмещенные (несущие и ограждающие) функции. Сопротивление здания или инженерного сооружения силовым воздействиям обеспечивается его несущими конструкциями, объединяемыми в конструктивные системы (используется также термин "несущие системы"). По официальной строительной терминологии, несущие конструкции - это строительные конструкции, воспринимающие нагрузки и воздействия и обеспечивающие прочность, жесткость и устойчивость зданий и сооружений. Защиту здания от воздействий несилового характера обеспечивают ограждающие конструкции. Они предназначены для изоляции внутренних объемов в здании от внешней среды и защиты этих объемов от атмосферных воздействий, шумов и вибраций. Таким образом, строительные конструкции зданий противостоят внешним воздействиям, при этом сохраняя форму строительного объекта и способствуя выполнению его функций.

Знаменитая "триада Витрувия", предложенная им в качестве основного закона "хорошей архитектуры", гласит: "Прочность, польза, красота" (лат. firmitas, utilitas, venustas). Основываясь на этом законе, архитектор и теоретик Г. Земпнер в 1850-х гг. разработал триаду понятий "функция - конструкция - форма", положенную им в основу практической эстетики. Идея Земпнера состояла в разработке таких эстетики и теории художественной формы, которые позволили бы преодолеть разделение художественной практики на проектирование (конструирование, утилитарное формообразование) и последующее декорирование (украшение) изделий. В практической эстетике Земпнера берут свое начало архитектурные стили XX в. - конструктивизм, модернизм, авангард, заложившие основы современной архитектуры.

Несущая конструкция занимает в современной архитектуре основополагающее место. Конструкция может служить основным инструментом для создания формы. От конструкций и их форм зависит решение основных задач архитектуры: функциональной организации пространства, эстетики сооружения и его экономичности. В конструкциях концентрируются новейшие достижения науки и техники. В конце XX - начале XXI в. появилось понятие "конструктивная архитектура". Один из ярчайших представителей этого направления - испанский архитектор Сантьяго Калатрава.

В начале XXI в. сформировался новый стиль в архитектуре - параметрическая архитектура, основанная на аналитических методах задания поверхностей, математическом и компьютерном моделировании. Самыми известными архитекторами, работающими в этом стиле сегодня, считаются Заха Хадид и Патрик Шумахер. В новой архитектуре конструкции рассматриваются как чрезвычайно существенная, а по мнению ряда теоретиков - как основная сторона проектирования. Архитектор должен изучать конструктивные системы, несмотря на сложности технических расчетов.

В XXI в. архитекторы и конструкторы имеют в своем распоряжении обширный ассортимент конструкций и конструктивных форм. Чтобы эффективно его использовать, необходимо владеть методами инженерного творчества, основанными на систематическом научном подходе к созданию несущих систем. Необходимо знать, из каких базовых несущих элементов формируется конструкция, создать банк этих элементов и сформулировать принципы формирования из этих элементов несущих конструкций и несущих систем различных иерархических уровней.

2. Основные несущие элементы и их классификация

В несущих системах зданий и сооружений можно выделить основные (базовые) элементы, дающие возможность в различных их комбинациях создавать конструкции разнообразной формы и функционального назначения. Эти базовые элементы можно классифицировать по их форме и геометрическим признакам, жесткости, а также по характеру их работы под нагрузкой.

По геометрическим признакам элементы можно разделить на линейные, поверхностные и массивные (объемные). Линейные элементы - это тела, у которых два измерения - размеры поперечного сечения - малы по сравнению с третьим - длиной. Линейный элемент с произвольной осью часто называют брусом. В поверхностных элементах один из размеров - толщина - мал по сравнению с двумя другими. Массивными элементами называются тела, у которых все три главных размера имеют один порядок величины.

Жесткость элемента. Характер работы элемента под нагрузкой зависит от того, является он жестким или гибким. Жесткими элементами называются элементы, которые не претерпевают существенных изменений формы под действием нагрузки или меняющихся нагрузок. Гибкими элементами называются такие несущие элементы, форма которых образуется под действием нагрузок и зависит от вида приложенных нагрузок. При этом физическая целостность гибких элементов сохраняется независимо от принятой формы.

Характер работы элемента под нагрузкой. Из курса сопротивления материалов известны основные виды работы элементов под нагрузкой: растяжение, сжатие, сдвиг (срез), изгиб, кручение. В зависимости от характера приложенной нагрузки в конструкциях часто возникает одновременно несколько простых видов сопротивления, например растяжение или сжатие с изгибом, изгиб с кручением и т.д. В этих случаях мы имеем дело с так называемой сложной деформацией. Необходимо учитывать и такие возможные формы работы элемента, как выпучивание (потеря устойчивости) при действии сжимающей или поперечной нагрузки, смятие (местное сжатие).

Можно выделить всего семь видов базовых несущих элементов, которые в зависимости от способа их применения и характера работы могут образовывать различные несущие конструкции.

1. Стержень, или стержневой элемент, - это жесткий прямолинейный несущий элемент, который в расчетных схемах идеализируется осью, проходящей через центры тяжести его поперечных сечений. Стержень может иметь постоянное или переменное поперечное сечение. Он может работать на растяжение, сжатие, изгиб, срез, кручение. Прямолинейный стержень, установленный вертикально и воспринимающий сжимающую осевую нагрузку (или, как говорят, работающий на сжатие под действием осевой нагрузки), представляет собой стойку (рис. 1.1, а, б) или колонну. Стержень, воспринимающий поперечную нагрузку, т.е. нагрузку, действующую перпендикулярно его оси (работающий на изгиб под действием поперечной нагрузки), называется балкой (рис. 1.1, в). Из отдельных прямолинейных стержней состоят фермы (рис. 1.1, г), рамы, сквозные арки, а также обширный класс пространственных стержневых конструкций.

2. Криволинейный брус - это жесткий элемент с криволинейной осью. Замкнутый плоский криволинейный брус (как правило, кругового очертания) называется кольцом (рис. 1.2, а).

Рис. 1.1. Стержневые элементы в несущих конструкциях: а - массивная стойка, работающая на сжатие; б - потеря устойчивости тонкой стойки; в - балка; г - ферма (конструкция, состоящая из стержневых элементов, работающих на растяжение или сжатие)

Кольцо воспринимает радиальные нагрузки, действующие в его плоскости, испытывая при этом в основном растяжение или сжатие. Примерами конструкций, работающих по такой схеме, являются опорные кольца куполов (рис. 1.2,6) и опорные контуры висячих покрытий. В зависимости от конструкций узлов в кольце могут также возникать изгибающие и крутящие моменты.

Криволинейный брус, опирающийся на неподвижные опоры, называется аркой (рис. 1.2, в). Арка может воспринимать любые нагрузки, действующие в ее плоскости, однако ее характерной особенностью является работа преимущественно на сжатие. Определяющим признаком арки как строительной конструкции является наличие распора - горизонтальных реакций в несмещаемых опорах.

Рис. 1.2. Криволинейные элементы (брусья) в несущих конструкциях: а - замкнутый криволинейный стержень (кольцо); б - опорное кольцо купола; в - криволинейный стержень (арка)

3. Нить - это гибкий линейный элемент, который можно рассматривать как частный вид стержневого элемента. Нити не способны сопротивляться сжатию и изгибу и работают только на осевое растяжение. По характеру работы можно различить два вида нитей - гибкие нити и ванты (рис. 1.3).

Гибкие нити воспринимают поперечные нагрузки. Не обладая изгибной жесткостью, они принимают очертание, единственно возможное при действующей на них нагрузке. В качестве гибких нитей могут использоваться стальные тросы, канаты, проволока, стальные стержни круглого сечения. Гибкие нити являются основными элементами висячих покрытий с применением стальных канатов, а также тросовых сеток.

Ванты не несут поперечной нагрузки, а загружены только растягивающими силами. Первоначально вантами назывались оттяжки мачт кораблей. В строительстве вантами стали называть прямолинейные растянутые нити, па которых подвешены конструкции второго уровня, непосредственно воспринимающие рабочую нагрузку, - балки, фермы и др. Такие конструкции называют вантовыми или подвесными.

4. Пластина - это тело, ограниченное двумя плоскостями, расстояние между которыми (толщина пластины) мало по сравнению с размерами основания (рис. 1.3, а). В расчетных схемах пластина представляется своей срединной плоскостью - т.е. плоскостью, делящей толщину пластины пополам. Пластина представляет собой жесткий поверхностный элемент, если ее прогиб под действием заданной поперечной нагрузки не превышает 1/5 се толщины. В этом случае можно пренебречь напряжениями растяжения в срединной поверхности пластины. В зависимости от характера работы под нагрузкой пластины могут образовывать различные конструкции: плиты, балки-стенки, диафрагмы, стены, а также могут использоваться в сложных составных конструкциях - складках.

Рис. 1.3. Растянутые несущие конструкции - нити: а - ванта; б - гибкая нить; в - тросовая конструкция; г - вантовая конструкция

Плита - это пластина (h/a " h/b " 1/30), опертая точечно или непрерывно по двум, трем или четырем сторонам и загруженная поперечной нагрузкой (рис. 1.3, б). Перекрытия гражданских и промышленных зданий часто выполняются из железобетонных плит, обладающих большой прочностью и жесткостью. Плиты работают на изгиб из своей срединной плоскости.

Балка-стенка - это вертикальная плита, установленная на две опоры и загруженная вертикальной нагрузкой, действующей в срединной плоскости плиты.

Диафрагма (диск) - это плита, загруженная в своей плоскости нагрузкой, действующей в разных направлениях (рис. 1.3, в). Железобетонные стены-диафрагмы, установленные вертикально между колоннами каркаса здания, обеспечивают его пространственную жесткость и неизменяемость под действием горизонтальных нагрузок (например, ветровых и сейсмических).

Стена - это вертикальная плита, которая воспринимает как вертикальные нагрузки (собственный вес, вес вышележащих конструкций), так и поперечные, горизонтальные нагрузки (рис. 1.4, г). Стена находится в условиях сложного нагружения и испытывает изгиб из своей плоскости, центральное или внецентренное сжатие и срез (сдвиг). Вертикальные плиты часто называют панелями: например, стеновая панель, панель-диафрагма, панель-перегородка и т.д.

5. Оболочка (оболочечный элемент) - это трехмерное тело, ограниченное двумя криволинейными поверхностями, один из размеров которого (толщина) мал по сравнению с остальными размерами (рис. 1.5, а). Геометрическое место точек, равноудаленных от поверхностей оболочки, называется срединной поверхностью. Оболочки могут быть нулевой, одиночной или двоякой (рис. 1.5, б - г) кривизны, при этом множество возможных форм оболочек практически безгранично. За счет своей пространственной формы оболочка эффективно работает при различных видах нагрузок, позволяя создавать экономичные конструкции, обладающие большой архитектурной выразительностью. В поперечных сечениях оболочек возникают усилия растяжения или сжатия в одном или двух направлениях. При несимметричных загружениях в элементах оболочек могут возникать сдвиговые силы. Изгибающие моменты обычно возникают лишь в отдельных областях оболочек, например в приопорных зонах. Па рис. 1.5 показаны упрощенные схемы распределения усилий в оболочках.

Рис. 1.4. Базовый элемент - пластина и конструкции на ее основе: а - пластина; 6 - плита; в - панель-диафрагма; г - несущая стена

Рис. 1.5. Базовый элемент - безмоментная оболочка и конструкции на ее основе: а - безмоментная оболочка; б - цилиндрический свод (оболочка нулевой гауссовой кривизны); в - сферическая оболочка (оболочка двоякой положительной гауссовой кривизны); г - гипар (оболочка двоякой отрицательной гауссовой кривизны)

6. Мембрана - это гибкая пластина или гибкая оболочка в виде полотнища. Гибкая пластина образует мембранный элемент одинарной кривизны. Гибкая оболочка может образовывать мембрану двойной кривизны (рис. 1.6). Мембраны, как и нити, работают только на растяжение. Под действием поперечной нагрузки они принимают очертание, соответствующее виду нагрузки. Мембранные элементы изготавливаются из материалов, эффективно работающих на растяжение, например из стали или пластиков. В мембранах силовой поток распределен по всей поверхности, вызывая равномерные и сравнительно невысокие нормальные напряжения материала.

7. Массивный элемент - это трехмерное тело, все три основных размера которого имеют один и тот же порядок. К массивным элементам можно отнести фундаментные блоки, опоры мостов и т.п.

Рис. 1.6. Базовый элемент - мембрана и конструкции на ее основе: а - мембрана (действуют только растягивающие усилия); б - тентовая конструкция (для формообразования используется предварительное натяжение); в - воздухоопорная оболочка (элемент такой оболочки работает как мембрана - на растяжение)

3. Основные виды несущих конструкций и особенности их работы

здание сооружение конструктивный нагрузка

Базовые несущие элементы, соединенные в узлах, образуют несущие конструкции. Любую несущую конструкцию можно охарактеризовать по трем основным признакам: плоская или пространственная; безраспорная или распорная; сплошная или сквозная (решетчатая, сетчатая). В табл. 1.1 приведены примеры несущих конструкций.

Таблица 1.1 Примеры несущих конструкций

Плоская конструкция - это конструкция, основные несущие элементы которой лежат в одной плоскости и действие внешних сил также происходит в этой плоскости. Пространственная конструкция - это конструкция, работа которой происходит в трехмерном пространстве. Особенность работы плоской конструкции заключается в том, что она воспринимает нагрузки, приложенные только к самой конструкции и действующие только в се плоскости. Несущие системы сооружений, образованные плоскими конструкциями, нуждаются в установке дополнительных элементов - связей для обеспечения их пространственной неизменяемости. Достоинствами таких конструкций являются понятность их работы под нагрузкой, независимость от соседних конструкций, простота замены отдельной конструкции или ее ремонта. Типичными примерами плоских конструкций могут служить балки, фермы и рамы, широко используемые в строительстве. К пространственным конструкциям относятся перекрестно-стержневые системы, оболочки, купола, висячие конструкции. Такие конструкции имеют сложный пространственный механизм распределения и передачи нагрузок, зависящий от их формы. Правильно спроектированные пространственные конструкции могут обладать значительной прочностью и жесткостью при малом весе.

Распорные конструкции - это конструкции, имеющие несменяемые опоры. За счет этого при деформации конструкции под действием нагрузки возникает распор, который создает в конструкции продольные усилия. Жесткие распорные конструкции (арки, рамы, оболочки) отличаются пониженной деформативностью по сравнению с безраспорными, что позволяет уменьшать размеры сечений их элементов. В железобетонных и каменных конструкциях распор помогает предотвратить появление растягивающих усилий, которым эти материалы сопротивляются чрезвычайно плохо. Гибкие нити тоже являются распорными конструкциями, но в них, в отличие от жестких конструкций, от распора возникают растягивающие усилия. Безраспорные конструкции - балки, фермы, плиты - проектируют таким образом, чтобы их опоры позволяли малые смещения. В расчетных схемах такие опоры идеализируются подвижными шарнирами или стерженьковыми связями.

Сплошные (сплошностетатые) конструкции весьма разнообразны и могут быть как плоскими (стойки, балки, арки, рамы, стены), так и пространственными (оболочки, мембраны, мягкие оболочки). Сквозные {решетчатые, сетчатые) конструкции состоят из стержней, соединенных между собой в цельную плоскую или пространственную систему (конструкцию). При определенных условиях расположения узловых соединений элементы стержневой конструкции могут испытывать лишь продольные усилия растяжения-сжатия. Так, например, работают стержни плоских или пространственных ферм, стержневых плит (структур) или двухпоясных оболочек. Стержни однопоясных (односетчатых) конструкций, жестко соединенные в узлах, испытывают сложное сопротивление.

Применение сплошных (сплошностенчатых) и сквозных (решетчатых, сетчатых) конструкций тесно связано с материалом, из которого они изготавливаются. Деревянные и металлические конетрукции часто проектируются сквозными, так как базовым несущим элементом для них является стержень, например деревянный брус или прокатный стальной профиль. Особенности железобетона, напротив, делают его весьма удобным материалом для возведения тонкостенных сплошных пространственных конструкций.

4. Конструктивные ячейки зданий и их объединение в конструктивные системы

Отдельные несущие конструкции здания должны образовывать единую несущую систему. Часто несущая система состоит из повторяющихся объемных ячеек, которые мы будем называть первичными конструктивными ячейками. Конструктивная ячейка - это отдельная повторяющаяся пространственная конструкция или совокупность конструктивных элементов, соединенных в узлах и образующих пространственный неизменяемый блок (рис. 1.7). Например, четыре колонны, поддерживающие горизонтальное плоское перекрытие и жестко с ним соединенные, образуют первичную конструктивную ячейку. Эти ячейки могут объединяться по длине, ширине и высоте здания, образуя его несущую систему. Размеры конструктивных ячеек зависят от назначения здания, функциональных процессов, протекающих в нем, а также от технических возможностей - используемых материалов и конструкций. Например, несущая система многоэтажного жилого дома с каркасом из монолитного железобетона будет состоять их повторяющихся по горизонтали и вертикали конструктивных ячеек, состоящих из колонн, плит перекрытия и панелей-диафрагм.

Рис. 1.7. Конструктивные ячейки здания и возможности их компоновки

Первичные конструктивные ячейки могут быть образованы различными несущими элементами, описанными выше. Методологически удобно выделять вертикальные опорные конструкции, горизонтальные пролетные конструкции и связевые конструкции.

На рис. 1.8 показаны варианты образования простейшей конструктивной ячейки. В качестве вертикальных несущих конструкций могут использоваться несущие стены, жесткие рамы или отдельные стойки. Горизонтальная пролетная система может быть образована либо единой плитой перекрытия (4), либо мелкоразмерными плитами настила (1), уложенными по системе балок перекрытия (2) и (3).

Рис. 1.8. Несущие элементы конструктивной ячейки: 1 - настил перекрытия; 2 - второстепенная балка; 3 - главная балка; 4 - железобетонная плита перекрытия; 5 - несущая стена; 6 - жесткая рама

На рис. 1.9 показана схема передачи вертикальных нагрузок элементами конструктивной ячейки с трехуровневой системой перекрытия. Нагрузка, действующая на горизонтальную поверхность перекрытия, воспринимается изгибаемой плитой настила, которая передает ее в виде линейной нагрузки на балки настила. Балки настила также работают на изгиб и через свои опорные части передают нагрузку на главные балки в виде сосредоточенных сил. Главные балки, в свою очередь, передают нагрузку в виде сосредоточенных сил па колонны, работающие на сжатие. Через колонны и фундаменты нагрузка передается на основание здания - слой грунта, на котором устроены фундаменты.

Рис. 1.9. Схема передачи усилий элементами конструктивной ячейки

Кроме вертикальных нагрузок, несущая система здания должна противостоять горизонтальным нагрузкам, возникающим при действии ветра или землетрясения. На рис. 1.10 показана система несущих конструкций, воспринимающих горизонтальные нагрузки. Рама с жесткими узлами (1) оказывает сопротивление изменению углов между элементами и воспринимает горизонтальные усилия в своей плоскости. Панель-диафрагма (2) сопротивляется сдвигу и передает горизонтальные силы на фундамент. Горизонтальная жесткая железобетонная плита перекрытия (3) работает в своей плоскости как диафрагма жесткости, передавая горизонтальные нагрузки на вертикальные стены, панели-диафрагмы, жесткие рамы или рамы с вертикальной системой связей.

При больших пролетах в конструкциях перекрытий применяются более эффективные несущие конструкции, например фермы, большепролетные рамы и арки или системы перекрестных балок и ферм. В покрытиях зданий часто используются пространственные конструкции - оболочки, складки, купола и т.д. Несколько примеров несущих систем одноэтажных зданий с использованием большепролетных конструкций приведены на рис. 1.11.

Следует обратить внимание на то, что в конструктивных системах, образованных плоскими конструкциями, необходима установка вертикальных и горизонтальных связей между этими конструкциями. Связи обеспечивают пространственную неизменяемость конструктивной системы и ее пространственную работу под действием нагрузок. Если в покрытиях зданий использованы пространственные конструкции, то установка дополнительных связей нс требуется, так как пространственная неизменяемость системы обеспечивается самими конструкциями покрытия.

Рис. 1.10. Несущие конструкции, воспринимающие горизонтальные нагрузки: 1 - рама с жесткими узлами; 2 - вертикальная панель-диафрагма; 3 - горизонтальная плита перекрытия; 4 - рама е шарнирными узлами и вертикальными крестовыми свіязями

Рис. 1.11. Примеры образования конструктивных ячеек и их объединения в несущие системы: а - конструктивная система с несущими фермами; б - система плоских рам, объединенных в пространственный каркас; в - система железобетонных складок по колоннам; г - система оболочек двоякой кривизны но колоннам

5. Узловые соединения элементов конструкций

Соединение базовых несущих элементов в конструкции, а конструкций - в конструктивные системы происходит в узлах. Через узловые соединения происходит передача нагрузки от одного элемента к другому, поэтому узлы являются чрезвычайно ответственной частью конструктивной системы.

Основная классификация узловых соединений основана на характере их работы при передаче нагрузки. В зависимости от своей конструкции узловое соединение может передавать силы и моменты или только силы. Узел, передающий силы и моменты, называется жестким узлом. При повороте жесткого узла угол между входящими в него элементами остается постоянным (элементы поворачиваются совместно па один и тот же угол). Если конструкция соединяется при помощи жесткого узла с фундаментом, не допускающим поворотов, то такое соединение называется жесткой заделкой.

Узел, передающий только силы и допускающий независимые повороты элементов, называется шарнирным узлом. Шарнирный узел также может быть межэлементным или опорным. Межэлементный шарнирный узел может перемещаться вместе с конструкцией. Опорный узел прикрепляет конструкцию к фундаменту и может быть неподвижным или подвижным. Если опорный шарнирный узел передает силы во всех направлениях (т.е. ограничивает линейные перемещения во всех направлениях), то он называется неподвижным шарниром. Если же опорный шарнирный узел допускает линейное перемещение в одном из направлений координатных осей, то он называется подвижным шарниром.

В табл. 1.2 приведены некоторые примеры узлов со схемами передачи нагрузки. Из приведенных рисунков очевидно, что главным отличительным признаком шарнирного узла является возможность независимого поворота его элементов. При этом следует помнить, что речь всегда идет об очень малых значениях углов поворота.

Таблица 1.2 Примеры узловых соединений и схемы передачи усилий

6. Работа конструктивных систем под действием нагрузок

Прочность - это способность сооружения выполнять свое назначение, не разрушаясь в течение заданного времени при разных видах нагрузок и воздействий. Прочность конструктивной системы здания обеспечивается прочностью отдельных ее конструкций, узлов и деталей. Жесткостью конструкции называется ее способность сопротивляться деформациям под действием внешних нагрузок. Чрезмерные деформации в конструкциях недопустимы, так как они могут серьезно затруднить ее эксплуатацию, вызвать появление трещин в железобетонных конструкциях и даже изменить распределение усилий в элементах конструктивной системы, что в свою очередь может привести к потере прочности и устойчивости отдельных элементов. Поэтому деформации конструкций и их узловых соединений ограничиваются нормами. Устойчивостью называется способность сооружений противодействовать нагрузкам, стремящимся вывести их из исходного состояния равновесия. При определенном уровне нагрузок конструкция или вся конструктивная система теряет равновесие и скачкообразно переходит в качественно повое деформированное состояние. Процесс потери устойчивости происходит очень быстро и обычно ведет к разрушению конструкции и всего сооружения. Устойчивостью должны обладать как несущая система в целом, так и ее отдельные конструкции и элементы конструкций. Устойчивость несущей системы в целом называется общей устойчивостью, в которой можно выделить устойчивость положения и устойчивость формы (рис. 1.12). Устойчивость положения сооружения обеспечивается правильным устройством фундаментов и низким расположением его центра тяжести.

Рис. 1.12. Потеря общей устойчивости конструктивной системы здания

Устойчивость формы конструктивной системы обеспечивается правильным взаимным расположением ее элементов и правильно выбранной конструкцией узловых соединений. Если устойчивость формы не обеспечена, то конструктивная система иод действием нагрузок может мгновенно деформироваться и разрушиться. Существует несколько основных способов придания устойчивости формы пространственной конструктивной системе (см. рис. 1.10): установка связей, установка вертикальных и горизонтальных диафрагм жесткости, использование рам с жесткими узлами. Эти конструктивные решения могут использоваться в разных сочетаниях.

Устойчивость отдельных конструкций и их элементов должна обеспечиваться правильным проектированием их сечений. Потеря устойчивости отдельного элемента чаще всего приводит к его разрушению. Выход из строя отдельного элемента чаще всего влечет за собой перенапряжение и последовательное разрушение соседних элементов и, как результат, - конструкции в целом. Такое явление называется прогрессирующим или лавинообразным обрушением.

Размещено на Allbest.ru