Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Строительная механика

Диссертационная работа:

Григоршев, Сергей Михайлович. Исследование прочности и устойчивости к прогрессирующему обрушению высотных зданий рамно-связевой конструктивной схемы в процессе возведения и эксплуатации : диссертация ... кандидата технических наук : 05.23.17 / Григоршев Сергей Михайлович; [Место защиты: ГОУВПО "Московский государственный строительный университет"].- Москва, 2011.- 155 с.: ил.

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность работы. Объемы строительства высотных зданий, как в России, так и в мире, с каждым годом значительно увеличиваются. Объясняется это, как нехваткой территории в экономически перспективных районах и необходимостью концентрации административных зданий в финансовых центрах, так и, стремлением государств показать свою независимость, уровень научного, технологического и экономического прогресса.

Массовое строительство высотных зданий в России началось сравнительно недавно, около 15 лет назад, в то время как мировая история насчитывает более ста лет. Несмотря на то, что в отечественной практике строительства есть подобные типы зданий, построенные более 60 лет назад - сталинские высотки, однако, они представляют собой уникальные объекты, опыт которых практически не отразился в нормативных документах.

При этом проектирование высотных зданий, как систем развитых по вертикали, ставит перед проектными организациями задачи точного и достоверного их расчёта с учетом множества различных факторов. Для достоверного определения НДС любой конструкции требуется получить большое количество данных о поведении их не только при статических, но и при динамических воздействиях (сейсмических, ветровых, техногенных). Необходимы данные о величинах этих нагрузок, об их влиянии на все здание и перераспределение их между его отдельными несущими элементами. Кроме того, необходимы достаточные знания о применимости тех или иных допущений и идеализации, вводимых в любой расчет при переходе от реального объекта к его расчетной модели. Например, как установлено в диссертации, учет последовательности возведения, совместной работы диафрагм и рам не только на горизонтальные, но и на вертикальные нагрузки, в контексте рассмотрения первых, как элементов повышенной продольной и изгибной жесткости, и других, ранее осознано не учитываемых факторов, может приводить к существенным неточностям в определении НДС высотных зданий. Поэтому изучение их влияния на формирование НДС элементов здания, особенно в рамках их расчетных моделей и методов расчета, является одной из важнейших задач современной строительной механики.

Вышеотмеченное свидетельствует об актуальности выбранной темы исследований, направленной на дальнейшее развитие строительной механики в части совершенствования, как методов расчета, так и в части изучения факторов, которые необходимо учитывать при формировании расчетных моделей зданий для расчетов с использованием современных САПР.

Целью работы является исследование прочности высотных каркасных зданий с рамно-связевой конструктивной схемой и их устойчивости к про-

грессирующему обрушению, а также доработка и уточнение методов их расчета, как сложных расчетных моделей, развитых в вертикальной плоскости, согласно полученным данным о работе конструкций на различных этапах возведения и эксплуатации здания. Указанная цель подразумевает, прежде всего, исследование механизмов формирования НДС несущих конструкций, на различных этапах возведения и эксплуатации, а также изучение влияния на них элементов повышенной жесткости (диафрагм, развитых колонн) не только при статических, но и при динамических нагрузках с учетом собственных колебаний. Кроме того, в цель работы, входит разработка методики расчета, позволяющей достоверно определять НДС здания, с учетом последовательности его возведения, одновременно учитывая податливость элементов в их взаимодействии, и другие факторы, без снижения точности и увеличения трудоемкости расчета. Задачи исследования:

учета истории возведения здания, при определении его НДС, а также выявление причин несоответствия результатов, получаемых с использованием традиционных методов мгновенного расчета всего здания, данным действительного НДС конструкций;

определение факторов и механизмов, существенно влияющих на формирование НДС здания, при учете последовательности возведения;

учета продольной податливости вертикальных несущих элементов каркаса высотного здания и определение его влияния на формирование НДС расчетной модели в целом;

разработка эффективной методики расчета высотного здания с учетом последовательности возведения, вертикальной податливости элементов каркаса, и других выявленных в ходе исследования факторов;

анализ влияния элементов повышенной жесткости (диафрагм, развитых колонн) на формирование НДС здания;

совершенствование существующих методов расчета посредством учета обозначенных выше факторов;

исследования факторов, существенно влияющих на изменение НДС элементов каркаса здания, на стадии эксплуатации;

исследование влияния характера динамического воздействия кинематического характера на формирование НДС высотных зданий;

исследование устойчивости к прогрессирующему обрушению высотных зданий, в статической и динамической постановках задачи;

исследование факторов, значительно влияющих на формирование НДС несущей системы здания при аварийных ситуациях, связанных с ло-

кальным обрушением несущих элементов.

Поставленные задачи в полной степени отражают основную заложенную идею исследования, а именно изучение механизмов формирования НДС сложных, развитых по высоте, расчетных схем зданий, особенно высотных, под различными видами воздействий.

Научная новизна исследования заключаются в следующем:

1. определен характер формирования НДС несущих конструкций, а
также факторы, влияющие на достоверность результатов, получаемых при
расчете здания с учетом последовательности его возведения; к установлен
ным факторам относятся: изменение жесткости крайних узлов сопряжения
горизонтальных элементов каркаса с вертикальными в зависимости от нали
чия вышерасположенных элементов рам; фактор продольной податливости
вертикальных элементов;

2. обоснованно доказана необходимость учета этапности возведения,
при построении расчетных схем высотных зданий, в которых ошибка опре
деления НДС при не учете возведении может выше 50 процентов;

  1. доказана значительная роль фактора продольной деформативности вертикальных несущих элементов, в формировании НДС высотного здания в целом, как на этапе его возведения, так и на этапе эксплуатации;

  2. предложена методика расчета, позволяющая достоверно определять НДС здания с учетом последовательности возведения, продольной податливости элементов, без увеличения трудоемкости расчетов;

  3. определены факторы, влияющие на формирование НДС элементов каркаса высотного здания, при учете совместной работы диафрагм и колонн, как на горизонтальные, так и на вертикальные нагрузки, а также исследованы механизмы формирования НДС здания с учетом указанной работы диафрагм; установлена значительная (в 1,5 раза и более) изменчивость с ростом этажности НДС каркаса обусловленная увеличения разницы продольных деформаций отдельно стоящих колонн и систем «диафрагма-колонна», а также из-за поворота поперечных сечений диафрагмы при ее изгибе под горизонтальными нагрузками;

  4. проанализировано поведение высотного здания при динамическом воздействии, кинематического характера различной продолжительности; в результате анализа установлено, что при кратковременном воздействии, может наблюдаться значительная (в 1,5 раза и более) перегрузка элементов, особенно верхних ярусов, из-за запаздывания включения в колебательный процесс верхних этажей высотного здания по сравнению с нижними;

  5. исследован механизм формирования НДС элементов каркаса здания, при локальном повреждении его несущих конструкций и установлены основ-

ные влияющие факторы - изменение расчетной схемы горизонтальных элементов и влияние продольной податливости вертикальных элементов; также установлено, что эффект, получаемый при учете динамического характера обрушения несущего элемента, приводит лишь к количественному изменению в НДС оставшихся элементов каркаса, и практически не влияет на его характер, получаемый при расчетах в статической постановке;

8. на основании обобщенного анализа полученных результатов, как в теоретической, так и в экспериментальной части исследования, разработаны рекомендации по повышению адекватности расчетных моделей реальному поведению несущих элементов здания, устраняющие несовершенства применяемых в настоящее время методов расчета.

Достоверность результатов исследования обеспечивается использованием общепринятых гипотез, теорий и методов строительной механики, теории упругости и пластичности, корректным применением математического аппарата и строгими математическими преобразованиями, а также логической оценкой расчетных схем и результатов расчета. Достоверность полученных данных подтверждается известными натурными наблюдениями.

Практическая значимость работы заключается в развитии строительной науки в области обеспечения надежного проектирования многоэтажных каркасных зданий, как систем развитых по высоте, а также в развитии методов их расчета, путем более полного учета факторов, влияющих на поведение здания под различными нагрузками и на различных этапах его возведения и эксплуатации.

Предложенная в диссертации методика расчета позволяет учитывать последовательность возведения, вариантность проектирования отдельных блоков здания, позволяет решать также задачи устойчивости здания, без увеличения времени расчета, по сравнению с традиционным методом конечных элементов. Благодаря использованию принципа фрагментирования расчетной модели, исключается необходимость постоянного пересчета всей разрешающей системы уравнений, что позволяет, помимо указанного ранее, обеспечить эффективное использование многопроцессорных технологий применяемых в современных процессорах.

Полученные результаты позволяют проектировать не только высотные, но и малоэтажные, производственные и другие здания и сооружения.

Личный вклад соискателя. Все разработки и исследования проведены лично соискателем в процессе научной деятельности. Из совместных ста-

Компьютерное моделирование работы здания посредством метода конечных элементов

тей в диссертацию включен лишь материал, непосредственно полученный в ходе исследований соискателем.

На защиту выносятся следующие результаты исследований:

результаты анализа механизмов формирования НДС элементов здания при учете последовательности возведения высотного здания, а также установленные причины неспособности традиционных методов расчета достоверно определить НДС здания;

основные выявленные факторы, влияющие на формирование НДС несущих конструкций здания, при проведении расчетов с учетом последовательности его возведения;

методика расчета зданий, эффективно учитывающая последовательность возведения, продольную податливость вертикальных элементов и др. факторы, при этом позволяющая уменьшить время и трудоемкость расчета;

установленные факторы влияния диафрагм жесткости на формирование НДС элементов каркаса, вызванные совместной работой диафрагм и колонн, как на вертикальные, так и горизонтальные нагрузки;

результаты анализа и основные закономерности поведения высотного здания, как системы развитой по вертикали, при сейсмическом или ином динамическом воздействии кинематического характера различной продолжительности;

результаты статического и динамического анализа и основные факторы, влияющие на изменение НДС высотного каркасного здания при локальном повреждении его несущих элементов.

Апробация работы. Основные результаты исследования докладывались на следующих конференциях: Международной научно-практической конференции (МНПК) «Образование, наука и практика в строительстве и архитектуре», Астрахань, 2007; П-я научно-практическая конференция «Астрахань-Дом будущего», Астрахань, 2008; Ш-я МНПК «Инновационные технологии в науке и образовании - ресурс развития строительной отрасли и жилищно-коммунального хозяйства, Астрахань 2009; Первый каспийский инновационный форум, Астрахань, 2009; IV-я МНПК «Модернизации регионов России: инвестиции в инновации», Астрахань,2010; на заседаниях кафедры промышленное и гражданское строительство АИСИ в 2007-2010 гг. и строительной механики и сопротивления материалов МГСУ в 2010-2011гг.

Публикации. То тематике диссертации опубликованы 19 статей, из них по перечню ВАК РФ - 7.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, основных выводов, списка используемой литературы

(136 наименований) 64 рисунка и 3 таблицы. Общий объем диссертации -188 страниц машинописного текста.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net