V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Вертикальные элементы каркаса, жестко связанные с плитами пере­крытий и фун­даментной плитой, создают очень жесткую конструкцию. Вер­тикальные нагрузки могут значительно перераспределяться между верти­кальными элементами. Горизонтальные же нагрузки обуславливают не только изгибающие моменты в вертикальных элементах, но и появление в них вер­тикальных усилий. В этом случае плиты перекрытий вовлекаются в работу на изгиб и сдвиг.

Среди многообразия конструктивных систем многоэтажных зданий можно выде­лить четыре основные системы, принципиально отличающиеся по типу вертикальных не­сущих конструкций.

К основным системам относятся:

1. Каркасные;

2. Плоскостенные;

3. Ствольные;

4. Оболочковые.

Вертикальными несущими конструкциями являются:

- В каркасной системе – пространственный рамный каркас;

- В плоскостенной системе – поперечные или продольные несущие стены;

- В ствольной системе – расположенные внутри здания пространствен­ные опоры (стволы);

- В оболочковой системе – несущие стены, расположенные в плоскости наружных стен.

Далее, уже из основных систем образуются производные путем раз­личных комби­наций несущих конструкций.

Цель данной работы - сравнение конструктив­ных схем зданий, отличающихся по типу вер­тикальных несущих конструкций, исследование напряженно-деформированного состоя­ния (НДС) конструкций, а также выявление закономерности изменения жесткости здания в зависимости от расположения вертикальных элементов каркаса.

Были рассмотрены и рассчитаны с при­менением программного ком­плекса Лира че­тыре вида схем: плоскостная схема (рис.1), оболочковая схема (рис.2), связевая схема (рис.3), каркасная схема (рис.4).

Рис.1

Рис.2

Рис.3

Рис.4

В ходе расчета было проведено сравнение усилий в наиболее характер­ных сече­ниях расчетных схем.

Сравнение проводилось по таким параметрам, как интегральная жесткость диа­фрагмы и расход бетона на устройство вертикальных несущих конструкций.

Интегральная жесткость диафрагмы пред­ставляет собой величину, обратную вели­чине горизонтального смещения. Для её определения были проанализированы величины горизонтальных смеще­ний по направлениям осей Х и Y. Результаты сравнения приведены в таблицах №1-4

Сравнение абсолютных перемещений вдоль оси Х, мм

Таблица №1

Отметка, м	Схема №1	Схема №2	Схема №3	Схема №4
0.000	0.000	0.000	0.000	0.000
+4.200	1.572	1.614	2.252	1.731
+8.400	3.167	3.289	4.500	7.387
+12.600	4.781	4.995	6.750	15.438
+16.800	6.399	6.708	9.000	24.184
+21.000	8.023	8.428	11.253	33.053
+25.200	9.652	10.153	13.507	41.955
+29.400	11.285	11.882	15.764	50.891
+33.600	12.922	13.615	18.023	59.689
+37.800	14.563	15.351	20.285	68.250
+42.000	16.206	17.089	22.549	76.497
+46.200	17.582	18.830	24.814	84.363
+50.400	19.500	20.572	27.081	91.784
+54.600	21.149	22.314	29.349	98.708
+58.800	22.798	24.058	31.618	105.085
+63.000	24.448	25.801	33.887	110.874
+67.200	26.098	27.545	36.157	116.043
+71.400	27.747	29.287	38.426	120.567

Сравнение жесткости зданий по направлению оси Х

Таблица №2

Номер схемы	Величина горизон­тального смещения,	Интегральная же­сткость, здания, 1/
1	27.747	0.036
2	29.287	0.034
3	38.426	0.026
4	120.567	0.008

Сравнение абсолютных перемещений вдоль оси Y, мм

Таблица №3

Отметка, м	Схема №1	Схема №2	Схема №3	Схема №4
0.000	0.000	0.000	0.000	0.000
+4.200	3.391	3.616	3.911	7.906
+8.400	6.864	7.290	7.837	23.676
+12.600	10.377	10.993	11.773	39.952
+16.800	13.900	14.709	15.717	56.182
+21.000	17.432	18.429	19.668	73.486
+25.200	20.968	22.153	23.624	91.254
+29.400	24.509	25.878	27.583	106.884
+33.600	28.051	29.603	31.544	122.908
+37.800	31.594	33.325	35.506	140.398
+42.000	35.137	37.045	39.468	156.624
+46.200	38.679	40.762	43.430	172.904
+50.400	42.218	44.474	47.391	190.652
+54.600	45.754	48.181	51.349	207.320
+58.800	49.285	51.883	55.306	224.436
+63.000	52.812	55.579	59.259	247.690
+67.200	56.335	59.270	63.210	263.182
+71.400	59.852	62.955	67.158	286.701

Сравнение жесткости зданий по направлению оси Y

Таблица №4

Номер схемы	Величина горизон­тального смещения,	Интегральная же­сткость, здания, 1/
1	59.852	0.017
2	62.955	0.016
3	67.158	0.015
4	286.701	0.003

Как видно из результатов анализа, интегральная жесткость здания, об­ратная вели­чине горизонтального смещения диафрагмы, не одинакова.

Наибольшая интегральная жесткость наблюдается у плоскостной схемы, которая представляет собой жесткий штамп (соответственно 0,036 по направлению оси Х и 0,017 по направлению оси Y). Основная нагрузка в этом случае воспринимается продольными и поперечными несущими сте­нами, которые путем совместной работы с плитами перекры­тий обеспечивают пространственную жесткость и устойчивость здания. При этом прибли­зительный расход бетона на устройство стен составляет 2634,23м³.

У оболочковой схемы наблюдается снижение исследуемого параметра по сравне­нию с плоскостной схемой примерно на 6-7% (соответственно 0,034 по направлению оси Х и 0,016 – по направлению оси Y), однако с точки зрения экономичности, схема крайне невыгодна, т.к. расход бетона на устройство наружных стен и колонн составляет 3374,18м³.

Интегральная жесткость у связевой схемы меньше, чем у плоскостной и оболочко­вой схем (соответственно 0,026 по направлению оси Х и 0,015 по направлению оси Y). Снижение интегральной жесткости здания по сравнению с плоскостной схемой происхо­дит соответственно на 27-28% по направлению оси Х и на 12% по оси У.

Однако, расход бетона на устройство вертикальных несущих конструкций, а именно колонн 400х400 и диафрагм жесткости составляет примерно 874,2м³, что в раза меньше, чем при выборе плоскостной схемы и в 3,86 раза чем при выборе оболочковой схемы.

Наименьшее значение интегральной жесткости наблюдается у каркас­ной схемы. При этом жесткость здания по сравнению с плоскостной уменьшается в 5-6 раз.

Это можно объяснить тем, что основную нагрузку принимают на себя колонны, ко­торые не в состоянии обеспечить пространственную жест­кость здания, вследствие чего наблюдается резкое увеличение величины горизонтальных смещений.

По результатам исследований можно сделать следующие выводы.

Во-первых, непродуманное размещение ма­териалов дает минимальный эффект по отношению к проведенным за­тратам, что неприемлемо с точки зрения экономии.

Во-вторых, жесткость здания определяется не столько размерами попе­речного се­чения элементов, сколько в значительной степени зависит от рационального размещения этих элементов, и чем сложнее вид напряженного состояния элемента или конструкции, тем большее значение на величину ее жесткости приобретает именно этот фак­тор.

И наконец, из исследуемых схем наиболее оптимальной с точки зрения соотноше­ния жесткости здания и расхода материалов является связевая схема.

Литература

1. Гарагаш Б.А. Надежность пространственных регулируемых систем «сооружение–основание» при неравномерных деформациях основания.– Сочи: Изд-во "Кубанькино", 2004.- 908 с

Код для цитирования: Скопировать