Введение к работе
Актуальность темы. Консольные пояса яшшются составной частью ствольной обстройки зданий с консольными этажами, выполняя функцию опоры для многоэтажной секции, а также - опорно-подъемного элемента при возведении и монтаже здания. Основная проблема при конструировании консольных поясов состоит в обеспечении их прочности, достаточной жесткости, устойчивости.
Анализ уже построенных здании с консольными этажами показывает, что в конструктивном отношении наибольшее расщ устранение полупила балочко-перекрестная система поясов из железобетонных предна-пряженных балок с консолями, в меньшей степени - коробчатой структуры и лишь единичные примеры - п форме тонкостенных оболочек (административное здание "Тур дю миди", Брюссель, 1905 г., больничное здание "Преншс Вуменс хоспитал", США, 19/6 г.).
Недостатками первых двух вариантов конструкций консольных поясов являются их относительная тяжеловесность и конструктивная негибкость (привязанность к прямоугольному сечению ствола). В то же время пояса в форме тонкостенных оболочек, обладая различными конфигурациями, эффективно используя пространственную работу материала, лишены упомяігутьгх недостатков.
Примером практического применения несущей оболочки, составляющей внешний контур пояса для ствола с восьмигранным сечением, запроектированной в форме пирамидальной конусообразной оболочки, может служить проект II.Ф. Дроздова (1986 г.).
Однако опорно-подъемные пояса оболочечного типа детально не исследовались ни с конструктивной точки зрения, нн с точки зрения, построения адекватной расчетной модели в соогетствы! с теориями оболочек. Не ставились соответственно и вопросы их оптимального проектирования. По этой причине до настоящего времени остаются открытыми следующие конструкторско-теоретические вопросы, касающиеся проектирования поясов-оболочек:
разработка конструктивных схем поясов в виде оболочек с указанием способа восприятия к передачи ими нагрузок, для различных конфигураций поперечных сечений ствола,
разработка методов расчета их прочности, устойчивости и жесткости, исходя из подходящей теории оболочек,
разработка инженерного метода весовой оптимизации.
Этим далеко не исчерпывается круг нерешенных вопросов, связанных с разработкой принципиально но.вых форм и схем опорных и опорно-подъемных консольных поясов башенных зданий с консольными этажами, однако уже перечисленные вопросы находятся в русле актуального научного направления строительной механики и строительства, задачей которого является ресурсосберегающее проектирование пространственных конструкций и зданий.
Целью диссертационной работы является:
- разработка новых вар: антол конструкций опорно-подъемных поясов
зданий с консольными этажами,
построение математической модели пояса оболочечного типа на основе теории оботочек Рейсснера-Тпмоіиснко,
анализ иапряжсішо-деформировашіого состояния оболочек пояса,
разработка инженерного метода весоной оптимизации оболочек пояса с доведением расчетов до численных результатов с использованием ЭВМ.
НіЗ^иїДЯЛіожизітработи заключается:
- в предложении ряда конструктивных схем опорно-подъемных поясов-
оболочек для различных конфигураций поперечных сечений ядер жест
кости здания,
в разработке математической модели пояса-оболочки на основе угочиеігной теории тонких оболочек, учитывающей поперечный сдвиг и получение соответствующих решений,
в разрабогке инженерного Аналитического метода весовой оптимизации оболочек пояса, включающего ограничения прочности и проверку устойчивости,
- . в разработке программного продукта, позволяющего производить
расчеты на весовой оптимизации консольного пояса действие комбини
рованных нагрузок изгибного и крутящего типов,
- в рекомендациях по профилированию стенок оболочек пояса и опти
мального способа регулирования нагружения несущих оболочек.
Пргктическая ценность работы опредсля-тся тем, что разработаны альтернаті :вныс варианты конструирования опорно-подъемных поя-"сов зданий с консольными эта ами в форме составных оболочек, характеризующихся пониженным собственным весом, высокой прочностью и жес :<остыо, приспособленных практически к любой форме сечения опорных стволоз здания. .
Получены аналитические выражения для определения оптимальных толщин оболочек, минимизирующих вес пояса, учитывающие действие нагибных и крутящих внешних сил и их различные комбинации.
Получены решения и разработаны программы на ЭВМ, позволяющие поігучигь всю необходимую шформацию о напряженно-деформируемом состоянии пояса нового типа.
Достоверность результатов работы гарантируется корректностью соотношений теории оболочек, аналитичностью полученных решений, проверкой выполнения ими всех условий и ограничений математической модели зада и.
На заишту выносятся результати тссретическо-лрикла^ных исследований по оптимальному проектированию новых конструкций поясов консольных зданий з виде составных оболочек минимального веса, включающие:
принципиальные конструктивные схемы поясов-оболочек для различных сечений ядер жесткости,
- конструкции консольных поясов применительно к круглоствольному
ядру жесткости в виде составной оболочки переменной толщины, со
стоящей из сочетания конической и цилиндрической оболочек с ис
кусственным грунтом и без него, с предварительным напряжением верх
него пояса и без него,
- результаты теоретических исследований но обоснованию расчетной
модели оболочечіюго пояса в соответствии с теорией тонких оболочек
Рейсснсра-Тимошенко,
безразмерную двухпарамсірическую математическую модель пояса-оболочки, представляющего собой составную оболочку вращения,
обоснование возможности разделения напряжешгого состояния в оболочках пояса на безмоментное состояние и краевой эффект и существенной роли в решении задачи весовой оптимизации лишь безмоментного состояния,
конечные замкнутые аналитические формулы и алгоритмы для определения оптимальной переменной толщины стенок цилиндрической и конической оболочек, составляющих пояс.
Апробация работы. Основные результаты исследовании были доложены на научно-технических конференциях инженерного факультета Российского университета дружбы народов в 1994, 1995, 1996, 1997 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано двенадцать ста-4 тей и тезисов докладов.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (116 наименований) и приложений.