Горизонтальные усилия вызываются прежде всего ветровыми нагрузками, состоящими из сил активного давления и отсоса. В разных странах разработаны также особые правила для восприятия горизонтальных усилий от землетрясений. Высокие здания при недостаточной жесткости конструкций могут испытывать значительные деформации от горизонтальных сил, вызывающие горизонтальные составляющие вертикальных нагрузок. Горизонтальные усилия могут быть созданы также давлением земли, трением опор мостовых несущих конструкций, натяжением ленты конвейеров или вибрацией машин.
Все сооружения должны обладать достаточной жесткостью против горизонтальных сил.
Горизонтальные элементы жестности
Рисунок 1. Ветер оказывает давление на наружные плоскости здания, такие, как фасады, наклонная кровля и т. д., которые передают горизонтальные силы на внутреннюю систему обеспечения жесткости сооружения. Она состоит из вертикальных и горизонтальных несущих элементов.
1. Если действующее на фасад давление ветра по каждой оси колонны непосредственно передается в грунт, то горизонтальная распределительная система излишня.
Рисунок 2.2. Если горизонтальные усилия передаются в грунт только в некоторых опорных точках, то горизонтальные несущие элементы необходимы. Они могут быть образованы в стальном каркасе в виде горизонтально лежащих решетчатых или сплошно-стенчатых балок.
Рисунок 3.3. Если конструкция перекрытия образует диск достаточной жесткости, то он воспринимает горизонтальные усилия для передачи их опорным точкам.
Размещение вертикальных элементов жесткости
Для отвода горизонтальных сил к основанию вертикальные несущие конструкции (ветровые диски) должны быть выполнены по крайней мере в двух непараллельных друг другу направлениях и по крайней мере в трех плоскостях, чтобы ветровые усилия могли быть восприняты от двух взаимно перпендикулярных направлений.
Рисунок 4 и 5.4. В симметричных зданиях получаются симметрично расположенные ветровые диски, воспринимающие только ветровую нагрузку, которая направлена параллельно их плоскости.
5. В несимметрично расположенных ветровых дисках появляются дополнительные силы за счет возникающих от эксцентрицитета изгибающих моментов.
Типы вертикальных несущих систем
Рисунок 6.6. Жесткость стержневой конструкции против горизонтальных сил может быть обеспечена следующим образом.
Рисунок 7.7. Рамы состоят из стержней, которые в угловых точках жестко соединены друг с другом. В этом случае жесткие угловые соединения воспринимают все ветровые усилия. Некоторые угловые соединения могут быть выполнены шарнирно. Стержни рам могут быть прямыми или изогнутыми. Рамные несущие системы могут иметь разнообразные формы.
Рисунок 8.8. Вертикальные связи состоят из стержневых элементов, образующих треугольники. Оси идущих к одному узлу стержней должны пересекаться в одной точке Угловые соединения считаются шарнирными. Стержни связей в этом случае испытывают только сжатие или растяжение.
Рисунок 9.9. Стеновые диски, большей частью железобетонные, передают ветровые нагрузки на опоры, воспринимая сдвигающие усилия и изгибающие моменты.
