Перекрытия в каркасной системе здания кроме восприятия вертикальных нагрузок обеспечивают неизменяемость здания в плане и совместно с вертикальными диафрагмами жесткости - общую устойчивость сооружения, а также распределяют горизонтальные нагрузки на эти диафрагмы.
Основными нагрузками на диски перекрытий являются ветровая нагрузка и нагрузка, возникающая от переломов осей колонн, а также в отдельных случаях усилия, вызываемые колебаниями температуры, деформациями оснований фундаментов. Ветровая нагрузка определяется по грузовой площади, высота которой равна расстоянию между дисками и, как правило, равномерно распределена по длине диска.
Нагрузка на диски от переломов осей колонн возникает вследствие отклонений осей колонн от вертикали. В результате погрешностей монтажа линия действия нормальной силы в колонне оказывается ломаной, причем переломы ее располагаются в уровне перекрытий.
Переломы приводят к возникновению ?горизонтальной составляющей (рис. 13.2)
где N- нормальная сила в колонне; е - расчетный угол перелома оси колонны. В специальной литературе и действующих нормативных документах отсутствует методика определения нагрузок на ?перекрытия от переломов колонн. Это не .имело существенного значения в малоэтажных каркасных зданиях, так как нормальные силы в колоннах этих зданий невелики, вследствие чего горизонтальные нагрузки на перекрытия оказывались также незначительными. В высотных зданиях, возведенных за рубежом и построенных в 50-е годы в Москве, пере-
крытия выполнены в монолитном железобетоне и имеют достаточное количество конструктивной арматуры, способной свободно воспринимать горизонтальные нагрузки, возникающие от переломов колонн. Проблема стала острой сейчас, так как в новых типах многоэтажных зданий перекрытия выполняются из сборного железобетона и должны обладать необходимои прочностью для восприятия усилий, возникающих в горизонтальных дисках.
В верхней части многоэтажных зданий, при небольших нормальных силах в колоннах, основной нагрузкой на диски перекрытий является ветер. В нижней части этих зданий ветровая нагрузка уменьшается, а нормальные силы в колоннах растут и, таким образом, усилия от перелома колонн становятся для дисков перекрытий решающими.
Расчетный угол перелома колонн можно определить исходя из нормируемых допусков установки колонн. Так, по табл.. 6 СНиП I-A.4-62 допуск невертикальности установки колонн длиной 6 м при монтаже по классу точности 2-У равен 30 мм. Если предположить, что стык двух смежных колонн сместился с проектного положения на половину допуска - на 15 мм, а противоположные концы этих колонн сместились на ту же величину, но в другую сторону, то угол перелома 6-метровых колонн будет: 6000
Для проверки этой величины и выявления реальных углов перелома осей колонн были проанализированы результаты монтажа одного из первых высотных сооружений- здания института Гидропроект. Более тысячи замеренных в натуре углов перелома колонн подверглись статистической обработке. В результате обработки расчетный угол перелома одной колонны оказался равным: 8 = 0,012.
При учете одновременного воздействия на диски перекрытия п переломов колонн по анализу переломов в каркасе здания института Гидропроект расчетные углы переломов колонн можно принимать:
где п - количество воздействий переломов колонн на диск перекрытия, одновременно учитываемых в рассматриваемой расчетной схеме (рис. 13.3).
На рис. 13.3,6 сплошной линией изображена кривая, характеризующая зависимость расчетных углов перелома еп от количества колонн, одновременно действующих на диск перекрытия. Точками показаны переломы, полученные на монтаже здания института Гидропроект.
Строительные нормы, действующие в' ГДР, рекомендуют при расчете дисков перекрытий принимать на них от колонн горизонтальную силу, равную 1% усилия в колонне при одновременном действии до 6 колонн и 0,67% при действии более
12 колонн. Рекомендации норм ГДР приведены на рис. 13.3,6 пунктиром.
Данные о величинах углов перелома колонн справедливы для случая "свободного" монтажа каркаса, т. е. когда установка и выверка каждой колонны производятся независимо от других колонн здания. "Принудительный" монтаж при помощи кондукторов с фиксированной привязкой каждой очередной колонны к смонтированной ранее части каркаса дает, как показал опыт, другие, значительно меньшие, величины углов перелома.
Определение усилий в элементах дисков перекрытий от переломов осей колонн иллюстрируется следующим примером расчета простейшего диска (рис. 13.3,в). Диск образован расположенными по осям колонн ригелями в поперечном и распорками в продольном направлении, способными воспринимать горизонтальные силы любого знака. Промежутки между ригелями и распорками заполнены настилами, воспринимающими только сжимающие и сдвигающие горизонтальные усилия. Опорами диска служат две поперечные и одна продольная стена жесткости. Нормальная ,сила во всех колоннах в уровне рассматриваемого диска TV = 600 Т.
Способом, приведенным выше, могут быть определены усилия в любом из элементов диска перекрытия от переломов осей колонн. Естественно, что для каждого элемента должна быть подобрана расчетная комбинация переломов. Усилия от переломов колонн должны быть1, просуммированы с усилиями от ветровой; нагрузки и других воздействий на диски; перекрытий.
Исходя из обобщения фактических отклонений (переломов) колонн на зданиях института Гидропроект, а также зданий с унифицированным каркасом - гостиницы "Националь" и административных зданий на проспекте Калинина, на основе полученных по этим отклонениям усилий расчетные растягивающие усилия на элементы перекрытий унифицированного каркаса приняты: для ригеля - 20 Т, для настила-распорки - 30 Т*.
Расчет дисков перекрытий на гори-. зонтальные усилия - ветровую нагрузку и нагрузку от перелома колонн - производится как балочной конструкции.
В простейшем случае, когда в плане здания имеются три стены жесткости (две поперечных и одна продольная или наоборот), диски перекрытий являются статически определимыми. В этом случае реакции стен жесткости и усилия в дисках от любых нагрузок определяются из статических условий равновесия.
В более сложных случаях, когда здание имеет систему поперечных стен жесткости, диски статически неопределимы. Большая жесткость дисков перекрытий позволяет определять усилия в них от ветровой нагрузки, как в абсолютно жестких балках на упругих опорах-стенах жесткости. Задача по определению опорных реакций стен жесткости от ветровой нагрузки при решении ее методом перемещений сводится к определению двух неизвестных - смещения и угла поворота диска при любом числе поперечных стен жесткости.
Рассмотрим какой-либо абсолютно жесткий диск перекрытия, упругими опорами для которого служат диафрагмы жесткости (рис. 13.4, а). Реакции опор обозначим через Rit R2, Rs- Предполагая, что реакции опор пропорциональны их перемещениям, запишем:
Иначе работают диски на нагрузки от переломов осей колонн. Эти нагрузки, как правило, меняют направление по высоте здания. Стены жесткости, воспринимающие реакции от дисков перекрытий, вызываемые переломами колонн, работают на восприятие этих усилий малыми пролетами, равными четырем - шести этажам. Вследствие этого жесткость опор дисков оказывается весьма большой. Сопоставительные расчеты показали, что усилия в статически неопределимых дисках перекрытий от переломов осей колонн могут определяться, как в неразрезной балке на жестких опорах.
В этом случае погрешность в определении усилий в элементах диска из-за неточности расчетной схемы в худшем случае не превысит 10-15%, что следует считать вполне приемлемым вследствие общей приближенности расчета.
Таким образом определяются поясные усилия в элементах диска и проверяется: соответствие несущей способности распорок или ригелей этим усилиям; сдвигающие силы в элементах диска и соответствие несущей способности настила и распорок по срезу шпонок этим усилиям;
изгиб консолей распорок в горизонтальной плоскости; соответствие соединительных элементов диска действующим усилиям; надежность соединения дисков со стенками жесткости.
Анализируя предложенный метод определения дополнительных горизонтальных нагрузок на каркас и перекрытия от переломов колонн, которые оказываются весьма значительными и превышают величины усилий от ветровой нагрузки, следует отметить, что учет этих усилий приводит неощутимым затратам стали на до--.полнительное армирование ригелей и на-"oстилов-распорок.
В связи с этим представляется, что этот расчет, основанный на приведенных выше предпосылках и заданных отклонениях колонн, приемлем только на первом этапе строительства многоэтажных каркасных зданий из сборного железобетона, когда технология монтажа полностью еще не отработана, следствием чего и являются повышенные отклонения колонн от вертикали.
По требованиям СНиП III-B.3-62 для сборных железобетонных конструкций отклонение осей колонн от вертикали должно быть не более 0,001 Я, что при высоте колонны 6 м составляет 6 мм, а не 30 мм, как принято в расчете.
Таким образом, после отработки технологии монтажа и обеспечения в результате этого заданных СНиП жестких допусков, абсолютная величина горизонтальных усилий на диски перекрытий от переломов колонн должна быть значительно снижена.
