Анализ каркасного здания со сдвиговыми стенами, подверженного горизонтальным и вертикальным нагрузкам, по сути, является трехмерной задачей. При наличии большого количества компьютерных программ трехмерный анализ не представляет большой сложности при условии, что методы моделирования полностью отражают поведение конструкции. Единственное неудобство – это время. Иногда, особенно когда требуется динамический анализ, это единственный метод, который может быть использован.
Однако во многих случаях задачу можно упростить до нескольких двумерных компонентов, что приводит к уменьшению объема работы. Но для этого проектировщик должен полностью понимать поведение конструкции.
Мы намерены обсудить следующее:
- Поведение комбинированных сдвиговых стен и каркасных конструкций,
- методы распределения нагрузок, и
- Режимы разрушения сдвигаемых стен.
Распределение нагрузки на сдвигаемую стену:
Нагрузка, притягиваемая к каждому компоненту (стена сдвига, сердечник, рама), является функцией положения и относительной жесткости.
Предполагается, что перекрытия жесткие в плоскости и что жесткость каждого компонента, j представлена одним параметром, Kj. Центр вращения может быть определен статически, таким образом,
Сила на компонент, Fj является результатом общего усилия на стену, Ft определяется
Жесткость на кручение, Kj можно пренебречь, за исключением основных стен без существенных проемов. Этот упрощенный подход действителен там, где центр вращения находится близко к центру здания.
Можно предположить, что Kj напрямую связан с инерцией компонентов в плоскости, когда горизонтальные прогибы обусловлены преимущественно эффектом изгиба.
Поведение рамы и сдвигаемой стены:
Жесткие рамы и короткие сдвиговые стены, подверженные горизонтальной нагрузке, в основном деформируются чисто сдвиговым способом, то есть с вогнутостью в верхней части. Консольные сдвиговые стены деформируются изгибом, то есть выпуклой кривизной по всей высоте стены. Приземистые и соединенные сдвиговые стены деформируются по принципу сдвига-изгиба, демонстрируя комбинацию двух крайних форм прогиба.
Симметричное расположение стен и каркаса будет прогибаться в направлении горизонтальной нагрузки. Высокая жесткость перекрытий в плоскости заставляет стены и каркас принимать одинаковые профили прогиба.
Рамы и стены не просто притягивают фиксированный процент нагрузки по всей своей высоте. Формы кривых прогиба показывают, что жесткая рама может воспринимать большую часть нагрузки в верхней части конструкции, но будет воспринимать очень мало в основании, где она более гибкая.
Несимметричное расположение сдвигаемых стен вызывает вращение конструкции вокруг вертикальной оси. Центр вращения будет меняться от этажа к этажу, и вращение не будет постоянно увеличиваться в одном направлении по высоте конструкции. Требуется трехмерный анализ.
Связанные сдвиговые стены:
Конструкция сопряженных сдвиговых стен состоит из двух или более сдвиговых стен в одном месте, соединенных балками или перекрытиями на каждом уровне этажа. Как правило, они представляют собой одну пробивную стену.
Если изгибная жесткость балки мала по сравнению с жесткостью сдвигаемой стены, или жесткость соединения балки со стеной мала настолько, что она ведет себя как шарнир, тогда конструкция действует как отдельные консольные стены, соединенные членом, который передает только осевую нагрузку (т.е. ведет себя как ферма). Это приводит к тому, что отдельные стены развивают одинаковые профили прогиба (они не будут одинаковыми, так как напряжение в связях увеличивается с высотой и это накладывает сдерживающие силы на стены).
Если соединение балки со стеной сопротивляется моменту, то конструкция ведет себя частично как отдельные консольные стены, а частично как единая стена, изгибающаяся вокруг общей нейтральной оси. Пропорция каждого действия зависит от степени соединения моментов.
Режимы разрушения сдвигаемых стен:
Возможные режимы разрушения сдвиговых стен под воздействием горизонтальных нагрузок следующие:\
- Изгиб
- Горизонтальный сдвиг
- Вертикальный сдвиг
На рисунке ниже показаны режимы разрушения сдвиговых стен:
- Концепция проектирования высотных зданий из железобетона.
- Высотные сооружения.
- Все, что вы должны знать о консольных балках.
- Типы структурных систем высотных зданий.
- Режимы разрушения в бетонных балках: разрушение при изгибе и сдвиге.
- Анализ рамы с сопротивлением моменту и распределение боковой нагрузки.
- Консольные балки и фермы – применение и преимущества.