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 ПРИНЯТЫПриказом Комитета по делам строительства и жилищно-коммунального хозяйства
И ВВЕДЕНЫ МИТ РК от 03.11.2004 г . № 426
В ДЕЙСТВИЕс 1 марта .
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.
Настоящий государственный норматив не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Уполномоченного органа по делам архитектуры, градостроительства и строительства РК.
ISBN
Содержание
Часть 2
4. Связевые и рамно-связевые стальные сейсмостойкие каркасы зданий
4.1 Схемы каркасов
4.2 Конструктивные формы колонн, ригелей, балок перекрытий и связей
4.3. Узловые соединения
4.4 Энергопоглощающие элементы каркасов
4.5 Особенности расчета
4.6 Пример расчета и конструирования стального рамно-связевого каркаса 12-этажного широко корпусного сейсмозащищенного здания
5. Пространственные стальные сейсмостойкие каркасы здания
5.1 Схемы каркасов
5.2 Конструктивные формы элементов стальных пространственных каркасов
5.3 Узловые соединения
5.4 Энергопоглощающие элементы
5.5 Особенности расчета
5.6 Пример конструирования и расчета стального пространственного каркаса рамного типа12-этажного сейсмозащищенного здания
6. КОНСТРУКТИВНЫЕ ФОРМЫ И РАСЧЕТ ЭНЕРГОПОГЛОЩАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
6.1 Основные типы энергопоглощающих элементов
6.2 Малоцикловая прочность энергопоглотителей
6.3 Ригели и узлы стальных рамных каркасов, работающие в упруго-пластической стадии
6.4 Сдвиговые энергопоглотители
6.5 Балочные энергопоглотители
6.6 Кольцевые энергопоглотители
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 применять 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
1,2,3,4 – поперечные связи, 5,6 – продольные связи
Рисунок 4.1 – Схемы связевых и рамносвязевых каркасов зданий
Рисунок 4.2 – Сечения стальных колонн (а), ригелей
и балок перекрытий (б), связей (в)
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.
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.
4.4 Энергопоглощающие элементы каркасов
В связевых каркасах могут быть установлены энергопоглотители различных типов. На рисунках 4.10 - 4.14 приведены наиболее простые и эффективные типы стальных энергопоглощающих элементов.
В крестовых связях, работающих на растяжение – сжатие или только на растяжение, надежно работают сдвиговые энергопоглотители (ЭПС), которые устанавливаются в узле пересечения раскосов (Рисунок 4.10). У этого энергопоглотителя в упруго-пластической стадии работает стенка на сдвиг.
Обрамляющие стенку пластины должны работать на растяжение в упругой стадии.
Отличительной особенностью сдвигового энергопоглотителя является высокая жесткость. Для снижения жесткости каркаса в крестовых связях следует устанавливать кольцевой энергопоглотитель (рисунок 4.11), у которого в пластической стадии работают пояса двутаврового кольца в зонах прикрепления раскосов. Для обеспечения устойчивости стенку кольца делают из гофрированной стали. Раскосы связей, в которых установлен кольцевой энергопоглотитель, должны работать на растяжение – сжатие. Применение гибких раскосов, работающих только на растяжение, недопустимо.
В раскосных и полураскосных связях следует устанавливать сдвиговые энергопоглотители, показанные на рисунке 4.12, у которых стенки двутавра работают на сдвиг за пределами упругости стали. Обрамляющие стенку пластины должны работать на растяжение – сжатие только в упругой стадии.
Для обеспечения свободных проходов внутри здания следует устанавливать полураскосные связи с расцентрованными раскосами, оснащенные балочными энергопоглотителями (рисунок 4.13), или связи рамного типа (рисунок 4.14). Связи рамного типа с балочными энергопоглотителями удобно применять по наружным рядам колонн каркаса, так как они позволяют просто устанавливать окна и витражи.
В двутавровых балочных энергопоглощающих элементах в пластической стадии работают пояса, поэтому для эффективной и надежной их работы необходимо устраивать в них зоны равного сопротивления. Для обеспечения устойчивости стенки балочных энергопоглотителей следует выполнять из гофрированной стали.
При землетрясениях в качестве упругого ядра связевого каркаса может быть рамный каркас или специальные связи, всегда работающие в упругой стадии. Например, гибкие крестовые связи из высокопрочной стали или стальных канатов.
4.5 Особенности расчета.
Расчетная схема каркаса должна соответствовать конструктивной схеме, при этом необходимо стремиться свести к минимуму расхождение между ними с точки зрения работы конструкций на внешние нагрузки.
Расчет каркаса необходимо выполнять по пространственной схеме на наиболее неблагоприятное воздействие горизонтальных сейсмических нагрузок в соответствии с требованиями 3-й главы СНиП РК 2.03-04-2001.
Расчет каркаса должен производиться по деформированной схеме с учетом дополнительных горизонтальных нагрузок от вертикальных сил (см. главу 3 части 1 Пособия).
Расчет каркаса многоэтажного здания рекомендуется выполнять совместно с фундаментом и основанием здания в предположении упругой работы стальных конструкций.
Установка в каркасе здания энергопоглощающих элементов позволяет предохранить несущие конструкции здания от перегрузок при землетрясениях. При этом энергопоглотители необходимо рассчитать
на горизонтальные сейсмические нагрузки, превышающие расчетные, полагая, что они работают за пределом упругости, поглощая за счет пластического деформирования в каждом полуцикле 50% расчетной энергии сейсмических воздействий, полученной связью, в которой установлен энергопоглотитель.
Рисунок 4.3 – Узловое соединение на сварке
Рисунок 4.4 – Болтовое соединение связей
Рисунок 4.5 – Узел рамно-связевого каркаса
Рисунок 4.6 – Узел связевого каркаса
Рисунок 4.7 – Узел связевого каркаса
Рисунок 4.8 – База колонны двутаврового сечения
Рисунок 4.9 – База колонны трубчатого сечения
Рисунок 4.10 – Крестовая связь с сдвиговым энергопоглотителем
Рисунок 4.11 – Крестовая связь с кольцевым энергопоглотителем
Рисунок 4.12 – Раскосная связь с сдвиговым энергопоглотителем
Рисунок 4.13 – Полураскосная связь с балочным энергопоглотителем
Рисунок 4.14 – Связь рамного типа с балочными энергопоглотителями
