Введение к работе
Актуальность работы. Оценка напряженно-
деформированного состояния многоэтажного здания, представляющего собой многократно статически неопределимую систему, производится в основном методом конечных элементов с помощью автоматизированных программных комплексов. Программные комплексы позволяют рассчитывать практически любые конструкции многоэтажных каркасных зданий как единые пространственные системы. При этом дискретная модель дает возможность пользователю задавать необходимую степень разбиения элементов конструкций и узловых сопряжений на участки с целью максимального отражения реальной работы конструктивной системы здания.
Известно, что надежность конструктивного решения многоэтажного каркаса во многом определяется конструкциями вертикальных элементов жесткости и их расположением в плане здания, при этом последние оказывают существенное влияние на объемно планировочные решения. В многоэтажных производственных зданиях нашли широкое применение плоские сквозные связевые устои, состоящие из железобетонной многоэтажной рамы и внутренней металлической решетки треугольного или пятиугольного (портального) очертания.
Для реализации процесса расчета здания необходимо
предварительно разработать его конструктивное решение с
геометрическими и физическими параметрами. Получение
расчетных характеристик и параметров многоэтажного здания
является предметом предпроектных разработок,
основывающихся, как правило, на опыте проектирования и требованиях нормативных документов. Поэтому процесс расчета приобретает итерационный характер, при котором результаты первого расчета служат руководством для последующего, направленного на улучшение статической схемы работы несущих элементов и всей пространственной системы здания. Для выявления оптимального сочетания функциональных особенностей здания и эффективной конструктивной схемы предпроектная стадия расчета может быть достаточно трудоемкой.
Основываясь на вышесказанном, можно утверждать, что на этапе предпроектных работ все более востребованными становятся аналитические методы расчета, позволяющие на приближенных расчетных схемах анализировать напряженно-деформированное состояние конструкций связевых устоев с целью поиска оптимальных объемно планировочных решений зданий.
Целью диссертации является разработка аналитического метода расчета связевого устоя с металлической решеткой по дискретной расчетной схеме с учетом как податливости сопряжений стальных элементов связи с железобетонными элементами, так и деформирования основания.
В диссертации поставлены следующие задачи:
-анализ существующих методов расчета связевых устоев;
-получение общих зависимостей для определения усилий и деформаций элементов устоя на основе дискретной модели;
-определение коэффициентов жесткости сопряжений элементов связевых устоев с металлической решеткой треугольной и портальной формы с учетом физической нелинейности деформирования;
-разработка методики^бцёнки^шшяния деформирования основания на коэффициенты жесткости сопряжений элементов связевых устоев;
- получение опытных данных податливости сопряжений металлической решетки с железобетонными элементами связевого устоя;
-сопоставление экспериментальных и теоретических данных;
-разработка рекомендаций по практическому внедрению методики расчета связевых устоев.
Объектом исследования является сборный
железобетонный связевой устой с металлической решеткой, используемый в многоэтажных каркасных зданиях из сборных железобетонных конструкций.
Предмет исследования - разработка аналитического метода
расчета сборного железобетонного связевого устоя с
металлической решеткой, учитывающего податливость
сопряжений его элементов и основания.
Методы исследования построены на использовании теоретических основ расчета железобетонных конструкций, расчета составных стержней, строительной механики и теории испытания сооружений.
Научную новизну диссертационной работы составляют:
- дискретная расчётная схема связевого устоя, в которой в
качестве отдельных элементов приняты железобетонные колонны
и стержни стальной решетки, силовое взаимодействие между
которыми обеспечивается за счёт вертикальных сдвигающих сил и
горизонтальных поперечных сил, приложенных в местах
сопряжения стальных элементов решётки и колонн;
установленные математические зависимости для определения вертикальных сдвигающих и горизонтальных поперечных сил, выраженные через вертикальные смещения узлов креплений элементов стальной решётки по отношению к колоннам с использованием соответствующих коэффициентов жёсткости;
- методика учета нелинейной податливости сопряжения
стержневых элементов металлической решетки с
железобетонными колоннами устоя на основе упруго-
пластической диаграммы деформирования с линейным
упрочнением;
опытные диаграммы деформирования сопряжений стальных элементов решетки с железобетонными колоннами и методика определения расчетных значений коэффициентов жесткости этих стыков;
- методика учета влияния перемещений фундамента
связевого устоя на коэффициенты жесткости сопоряжений
стальной решетки с железобетонными колоннами.
Практическая ценность работы заключается в
разработанной методике аналитического расчета связевых устоев с металлической решеткой на основе дискретной расчетной схемы, учитывающей упруго-пластическую податливость сопряжений его элементов и деформации основания для стадии предпроектного поиска рациональной конструктивной схемы многоэтажных каркасов из сборного железобетона.
Обоснованность и достоверность результатов обеспечивается:
-применением для разработки методики расчета связевого устоя дискретной расчетной схемы, разработанной на основе теории расчета составных стержней, методов строительной механики и теории расчета железобетонных конструкций;
-сходимостью результатов теоретических расчетов с данными экспериментальных исследований на конструкциях натурных размеров.
На защиту выносится:
-дискретная расчетная модель связевого устоя с железобетонными колоннами и металлической решеткой треугольного и портального очертаний;
-методика определения вертикальных сдвигающих и горизонтальных поперечных сил, выраженных через вертикальные смещения узлов креплений элементов стальной решётки к колоннам;
- методика определение коэффициентов жесткости
сопряжений стальной решетки треугольной и портальной формы с
железобетоннымиколоннами с-учетом-физической нелинейности—
деформирования сопряжений;
- результаты анализа экспериментальных исследований
напряженно-деформированного состояния связевого устоя при
действии вертикальных и горизонтальных нагрузок;
-результаты сопоставления данных экспериментальных исследований с данными аналитического метода.
Результаты работы использованы при анализе напряженно-деформированного состояния многоэтажных каркасов из сборного железобетона гостиницы «Белград» и второго производственного корпуса Останкинского молочного комбината (Москва, 2008г).
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации опубликованы в четырех научных статьях, одна из которых в журнале, входящего в перечень рецензируемых изданий ВАК РФ. Материалы диссертации доложены и обсуждены:
-на научно-технических конференциях в
ЦНИИПромзданий, г. Москва, 2001 и 2006г.;
-на IV международной научно-практической конференции «Основные проблемы архитектуры и строительства в XXI веке» в Орловском государственном аграрном университете, г. Орел, 2008г.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из
введения, четырех глав, выводов и списка литературы; работа
изложена на 134 страницах, из них 105 страниц
