Диафрагма жёсткости

Определение

Деревянная Диафрагма жесткости состоит из панелей с конструкционной фанерной обшивкой, гвоздей и поддерживающего каркаса.

Диафрагма жесткости (в международной практике англ. shear wall, стена воспринимающая сдвиг) — вертикальный элемент системы, предназначенный для сопротивления поперечным силам в плоскости, обычно ветровым и сейсмическим нагрузкам.

Диафрагма жесткости более жесткая по своей главной оси. Механизмы разрушения диафрагм жесткости (а) при изгибе, (б) горизонтальный сдвиг, (в) вертикальный сдвиг, (г) потеря устойчивости.

Характеристики

Коэффициент гибкости

Коэффициент гибкости стены определяется как отношение расчётной длины стержня $l_{0}$ к наименьшему радиусу инерции. Предел гибкости является границей между элементами, классифицируемыми как «устойчивые».

Диафрагма жесткости подвержена потере устойчивости, включая потерю устойчивости по Эйлеру в плоскости и вне плоскости из-за осевого сжатия и боковое выпучивание при кручении из-за изгибающего момента.

В процессе проектирования нужно учитывать все эти виды отказов, чтобы обеспечить безопасность конструкции стены при различных возможных условиях нагрузки.

Эффект связи Диафрагм жесткости

Диафрагмы жесткости могут функционировать как связанная система, а не как изолированная в зависимости от их расположения и соединений.

Две соседние диафрагмы жесткости можно считать связанными, когда их граница раздела передает продольный сдвиг. Это напряжение возникает всякий раз, когда секция испытывает напряжение изгиба или стесненного коробления и его величина зависит от жесткости соединительного элемента.

В зависимости от этой жесткости характеристики сопряженной секции будут находиться между характеристиками идеального однородного элемента с аналогичным общим поперечным сечением в плане и комбинированными характеристиками независимых составных частей.

Еще одним преимуществом соединения является то, что оно увеличивает общую жесткость на изгиб непропорционально жесткости на сдвиг, что приводит к меньшей деформации сдвига.

Расположение диафрагмы жесткости существенно влияет на функции здания, такие как естественная вентиляция и дневное освещение. Требования к производительности различаются для зданий различного назначения.

Гостиничные и общежития

Рис. 2. Связанная поперечная стена, действующая как система перегородок.

Здания гостиниц или общежитий требуют множества перегородок, позволяющих вставлять стены жесткости. В этих конструкциях традиционная ячеистая конструкция (рис. 2) предпочтительнее и используется регулярная планировка стен с поперечными стенами между комнатами и продольными стенками хребта, фланкирующими центральный коридор.

Коммерческие здания

Ядро жесткости (Shear core).

Структура стен сдвига в центре большого здания, часто закрывающая шахту лифта или лестничную клетку, образует ядро сдвига . В многоэтажных коммерческих зданиях стены жесткости образуют как минимум одно ядро (рис. 3). С точки зрения инженерных коммуникаций, в ядре сдвига находятся коммунальные службы, включая лестницы, лифты, туалеты и служебные стояки.

Требования к эксплуатационной пригодности здания требуют надлежащего расположения поперечного сечения. С конструктивной точки зрения ядро сдвига может усилить сопротивление здания боковым нагрузкам, т. е. ветровой нагрузке и сейсмической нагрузке, и значительно повысить безопасность здания.

Бетонные диафрагмы жесткости

Фигура 4 Стена жесткости из железобетона с горизонтальным и вертикальным армированием.

Бетонные стены жесткости армируются как горизонтальной, так и вертикальной арматурой (рис. 4). Коэффициент армирования определяется как отношение общей площади бетона к сечению, взятому ортогонально арматуре. Строительные нормы и правила определяют максимальное и минимальное количество арматуры, а также детализацию стальных стержней. Общие методы строительства монолитных железобетонных стен включают традиционные подъемники с ставнями, скользящую форму, форму прыжка и туннеля.

Метод скользящей формы

Скользящее формование - это метод укладки бетона, при котором подвижная форма используется для создания непрерывной экструзии стены. Этот метод очень эффективен для хорошо подходящих конструкций, таких как системы фланцевых и центральных стен. Может быть достигнута очень точная толщина стенки, но поверхность получается шероховатой из-за истирания формы о стенки.

Метод формы прыжка

Формование прыжков, также известное как формование лазания, представляет собой метод строительства, при котором стены отливаются отдельными подъемами.

Это процесс «стоп-старт», при котором дневные суставы формируются на каждом уровне подъема.

Подобно скользящему формованию, скачкообразное формование эффективно только для конструкций с повторяющимся расположением стен. Кроме того, он удобен для добавления соединений и выступов на уровне пола благодаря дискретным функциям. Тем не менее, включение дневных швов оставляет больше шансов на появление дефектов и несовершенств.

Метод туннельной опалубки

В конструкции туннельной опалубки используется система опалубки для отливки плит и стен за одну операцию заливки. Он подходит для ячеистых конструкций с регулярным повторением как горизонтальных, так и вертикальных элементов.

Преимущество этого метода заключается в том, что конструкция может двигаться вертикально и горизонтально одновременно, тем самым повышая целостность и устойчивость конструкции.

Со временем были разработаны различные модели, в том числе макромодели, модели элементов вертикальной линии, модели конечных элементов и многослойные модели. В последнее время стали популярными элементы балки-колонны с сечением волокон, поскольку они могут правильно моделировать большую часть глобальных режимов реакции и отказов, избегая при этом сложностей, связанных с моделями конечных элементов.