Введение к работе
Актуальность теми. В последние годы в мировой практике строительства в сейсмических районах наметилась тенденция к увеличению объемов строительства высотных зданий со стальными каркасами. Это объясняется продолжающимся ростом городского населения, необходимостью улучшения условий быта и деятельности людей, отремлеішем к более рациональному использованию земли, сохранению природных зон вокруг городов, относительному сокращению затрат на строительство и эксплуатацию инженерных коммуникаций, транспортных и других систем городского обслуживания.
Как показал анализ последствий ряда сильных землетрясений применительно к внсотнш зданиям, в них наблюдаются повреждения и обрушения несущих и ограждающих конструкций. Выявлено, что характер повреждений в большой мере зависит от особенностей конструктивных форм высотных зданий. Поэтому проблема повышения степени сейсмостойкости высотных зданий путем совершенствования их конструктивных форы является актуальной и имеет большое народнохозяйственное значение.
Одним из путей совершенствования конструктивных форм высотных зданий со стальными каркасами является применение предварительного напряжения, которое позволяет регулировать усилия в наиболее ответственных элементах конструкций, улучшать динамические характеристики зданий и создавать их менее материалоемки-ма по сравнению со зданиями, в каркасах которых предварительное напряжение отсутствует.
В настоящей работе дается обоснование возможности и эффективности применения новой для сейсмостойкого строительства конструктивной Форш каркаса высотных зданий - вантового предварительно напряженного каркаса, состоящего из жесткого ствола, диафрагм жесткости и подвешенных'на предварительно напряженных вантах конструкций междуэтажных перекрытий.
Цель работы - разработка конструктивной формы стального предварительно напряженного каркаса высотных зданий применительно к строительству их в сейсмических районах.
Для достижения цели диссертации поставлены следующие задачи:
- выявить особенности поведения при землетрясениях высотных зданий, в том числе со стальными каркасами;
провести анализ конструктивных форм стальних каркасов высотных зданий применительно к строительству их в сейсмических районах;
осуществить разработку конструктивной формы каркаса высотных зданий в виде жесткого ствола и подвешенных на предварительно напряженных вантам конструкций мевдуэтагишх перекритий;
изучить характер влияния предварительного напряжения на значения сейсмических нагрузок, динамических характеристик, а также на напряженно-деформированное состояние как отдельных . конструктивных элементов, так и зданий в целом;
выявить конструктивные особенности предлагаемых для применения в сейсмических района:: высотных зданий с вантовым предварительно напряженным каркасом;
выявить факторы эффективности применения:в сейсмических районах вантового преднапряженного каркаса высотных зданий по : сравнению с традиционными конструктивными формами стальных каркасов.
Научную новизну работы составляют следующие основные результаты, защищаемые автором:
I. Разработанная конструктивная форма предварительно напрятанного вантового стального каркаса внсотішх зданий, предназначенных для строительства в сейсмических районах.
2.. Выявленные закономерности влияния предварительного напря-жания вант на значения сейсмических нагрузок, динамических характеристик и на характер напрякенко-деформнрованного состояния отдельных конструктивных элементов а каркаса высотного здания в щшюм.
-
Предложенные способы и схема предварительного напрякения каркаса здания, обоснование уровня предварительного натянения преднапрягающих элементов.
-
Разработанная методика экспериментальных исследований высотного здания с преднапря&енным вантовым каркасом на модели в. режиме свободных колебаний, а также, в резонансном и циклическом .режимах вынужденных колебаний с учетом критериев подобия.
-
Разработанная методика раечгзта ва сейсмические воздействия и предлагаемые конструктивные реиения внсотішх зданий с вантовым цреднапряженннм стальным каркасом.
Практическое значение работы состоит в том, что предложенная н разработанная конструктивная форма винтового преднапряяенного стального каркаса высотных зданий оказывается предпочтительнее традиционных конструктивных форм стальных каркасов высотных зданий применительно к строительству в сейсмических районах, так кшс обладает большей степенью сейсмостойкости и одновременно меньшей материалоемкостью.
Внедрение результатов. Результаты работы использованы при подготовке новой редакции "Рекомендаций по проектированию одноэтаяшх и многоэтажных зданий для сейсмических районов".
Основные положения работы использованы при опытном проектировании высотного здания высотой 66 м для г.Сочи. Кроме этого, они внедрены d учебный процесс и использованы при дипломном проектировании, руководство которым осуществляет кафедра металлических конструкций МТС У.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались:
на научных .семинарах и заседаниях кафедры Металлических конструкций МГСУ (г.Москва, I99I-I994 гг.) - доклады;
на Мэкдународном российско-китайском семінаре по сейсмостойкому строительству (г.Москва, 1993 г.) - доклад.
По материалам диссертации опубликовано три статьи.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы. Объем диссертации: 90 страниц машинописного текста, 78 рисунков, 15 таблиц и список использованных источников из 71 наименования отечественных и зарубежных авторов.