Развитие теории и прикладных методов оценки силового сопротивления монолитных гражданских зданий с учетом нелинейности деформирования

1. Анализ отечественной и зарубежной практики строительства многоэтажных жилых и общественных зданий повышенной этажности и тенденций её развития показал, что монолитные многоэтажные здания являются одним из перспективных направлений в строительстве. При этом монолитные многоэтажные здания, выполняемые в виде каркасно-стеновой конструктивной системы с плоскими перекрытиями достаточно полно удовлетворяют как повышенным архитектурным, так и конструктивным требованиям. В то же время такие конструктивные системы имеют существенные особенности, не в полной мере учитываемые в отечественной практике проектирования и нормативных документах.

2. Из анализа существующих методов расчёта конструктивных систем и выполненных исследований следует, что близкую к действительной картину распределения усилий в несущих элементах конструктивной системы здания позволяет получить пространственный расчёт конструктивной системы с использованием метода конечных элементов. Причем, важным фактором, влияющим на результаты расчёта, является учёт при вычислении жёсткостных характеристик конечных элементов особенностей работы железобетона (образование трещин, неупругие деформации бетона и арматуры).

3. Рекомендуемая прямая замена упругих характеристик бетона страдает следующими недостатками:

- необходимо построить расчетную модель;

- обязательны итерации при обеспеченной сходимости;

- решение проблемы соосности.

Т.н. упрощенная методика для жесткостных характеристик с помощью диаграмм “момент - кривизна”, “нормальная сила - относительная деформация” без спецблока должна быть ограничена частными эмпирическими диапазонами и требует специальных обоснований при аппроксимации.

Учет физической нелинейности железобетонных элементов рекомендуется осуществлять в рамках существующих компьютерных программ заменой упругих жёсткостных характеристик конечных элементов на жёсткостные характеристики, определяемые исходя из нелинейности деформирования в зависимости от усилий, действующих в элементах конструктивной системы.

Для практического использования рекомендуется определять жесткостные характеристики железобетонных элементов с учетом нелинейности деформирования по разработанному методу, используя диаграммы “момент - кривизна”, “нормальная сила - относительная деформация”.

4. Проведенный расчетно-сравнительный анализ результатов статического расчёта плоских плит перекрытий с учётом и без учёта нелинейности деформирования показал, что учёт нелинейности приводит к увеличению прогибов плит и более плавному распределению изгибающих моментов по ее площади, что обеспечивает более достоверную оценку деформаций и усилий в перекрытиях. Аналогичные результаты получены при расчете высоких стен.

5. Для статического расчёта регулярных (или близких к ним) конструктивных систем зданий с плоскими перекрытиями наряду с методом конечных элементов рекомендуется применять метод на основе стержневых моделей (метод заменяющих рам), использующий простые расчётные зависимости и апробированный практикой проектирования и строительства.

Проведенный расчетно-сравнительный анализ плоских перекрытий методом конечных элементов и методом заменяющих рам показал, что полученные по этим методам значения усилий близки друг к другу.

6. На основании анализа различных подходов к расчёту по прочности плоских железобетонных конструкций (плит перекрытий, стен) на совместное действие изгибающих и крутящих моментов, нормальных и сдвигающих сил, полученных из расчёта конструктивной системы методом конечных элементов, установлено, что предпочтительным для практического применения является расчёт по выделенным плоским элементам с использованием критерия прочности, получаемого на основе обобщённого уравнения предельного равновесия, с учётом разработанных рекомендаций по определению предельных усилий.

Расчёт по прочности при действии поперечных сил рекомендуется проводить, исходя из уравнения взаимодействия поперечных усилий в ортогональных направлениях с учётом влияния нормальных сил по разработанным в диссертации зависимостям.

7. При определении усилий в плитах и стенах с использованием стрежневых моделей расчет по прочности плит допускается производить по общим правилам расчета линейных железобетонных элементов, а стен - по деформационной модели с рекомендуемым ограничением предельных относительных деформаций сжатого бетона и растянутой арматуры или по разработанному методу.

8. Расчёт на продавливание плит перекрытий и фундаментных плит в зоне сопряжения плит и колонн является одним из важных расчетов прочности плит, поскольку во многом предопределяет требуемую толщину плит.

Расчет на продавливание следует проводить на совместное действие сосредоточенной нормальной силы и сосредоточенного момента, вызываемого изгибающим моментом в примыкающих к колонне плитах, передаваемым на колонну, а также в связи с несовпадением точек приложения продольной силы в колонне, расположенной у края перекрытия и равнодействующих внутренних усилий в зоне продавливания.

9. На основании анализа форм разрушения плит при продавливании разработаны расчетные модели. В расчетной модели наклонная поверхность разрушения представляется вертикальным поперечным сечением, являющимся проекцией поверхности разрушения на нормаль к плоскости плиты с касательными напряжениями в бетоне, линейно распределёнными по расчётному контуру с максимальным значением, равным расчётному сопротивлению бетона растяжению и с растягивающими напряжениями в сосредоточенной у расчётного контура поперечной арматуре (если она требуется по расчёту), линейно распределёнными по расчётному контуру с максимальным значением, равным расчётному сопротивлению поперечной арматуры растяжению. В другой расчётной модели - рекомендуется принимать горизонтальное продольное сечение, представляющее собой проекцию наклонной поверхности разрушения на горизонтальную плоскость плиты с нормальными напряжениями в бетоне и поперечной арматуре, расположенной в пределах площади этого сечения.

Расчёт на совместное действие сосредоточенной силы и сосредоточенного момента следует проводить на основе линейного уравнения взаимодействия относительных значений сосредоточенной силы и сосредоточенного момента.

10. Усилия в колоннах с учётом влияния продольного изгиба рекомендуется определять из расчёта по деформированной схеме в составе конструктивной системы, принимая по длине колонн нелинейные жесткостные характеристики, используя разработанные диаграммы, связывающие усилия и деформации или упрощённым способом, применяя коэффициент приведения расчетной длины, выделяя колонну из системы, рассчитанной по недеформированной схеме, принимая жесткость колонны по эмпирической зависимости, а для вариантных расчётов - как для сплошного упругого тела с понижающим коэффициентом.

11. Расчёт колонн по прочности на действие поперечных сил рекомендуется проводить с учётом влияния продольных сил, используя разработанные в диссертационной работе коэффициенты, понижающие или повышающие сопротивление колонн воздействию поперечных усилий в зависимости от относительной величины продольной силы.

12. На основании многофакторного и многовариантного расчетного анализа разработаны рекомендации по назначению конструктивных решений для плоских плит перекрытий, колонн, стен по критерию их минимальной стоимости и в зависимости от основных параметров конструктивной системы здания.

13. Расчёт каркасно-стеновых конструктивных систем монолитных многоэтажных зданий рекомендуется выполнять в два этапа. На первом этапе расчёт проводится приближёнными методами на основе стержневых (консольной и рамной) моделей с учётом рекомендуемых коэффициентов. На втором этапе проводится более точный пространственный расчёт конструктивной системы компьютерными программами методом конечных элементов. Рекомендуется использовать жёсткостные характеристики элементов, вычисленные с учетом нелинейности деформирования по разработанным в диссертационной работе методам.

14. Разработаны комплексные рекомендации по расчёту и конструированию каркасно-стеновых конструктивных систем монолитных зданий повышенной этажности, включающие метод статического расчёта несущих систем с плоскими перекрытиями с учётом нелинейности деформирования на основе адаптации существующих компьютерных программ, усовершенствованные методы расчёта по прочности линейных и плоских элементов конструктивной системы и узлов их сопряжения, способы назначения конструктивных решений элементов системы по критерию их минимальной стоимости и в зависимости от основных параметров здания и позволяющие с высокой точностью оценивать несущую способность, деформации и определять экономичные решения с одновременным обеспечением требуемой прочности и жесткости зданий.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Иванов А., Махно А.С. Расчёт плоских перекрытий монолитных зданий с учётом трещин и неупругих деформаций // ПГС. - №1, 2003. - С. 50-51.

2. Иванов А. Особенности расчёта и конструирования каркасных монолитных многоэтажных зданий // Бетон и железобетон. - №3, 2003. - С. 14-18.

3. Иванов А. Расчёт конструктивных систем каркасных монолитных зданий методом заменяющих рам // Бетон и железобетон. - №4, 2003. - С. 12-15.

4. Иванов А. Некоторые проблемы проектирования монолитных железобетонных многоэтажных зданий с плоскими перекрытиями // Строительный эксперт. - №4, 2003. - С. 8-9.

5. Иванов А. Особенности расчёта и конструирования каркасных монолитных многоэтажных домов // Строитель. - №5, 2003. - С. 70-72.

6. Иванов А. Конструктивные системы многоэтажных жилых и общественных зданий // ПГС. - №11, 2003. - С. 52-53.

7. Иванов А. Отдельные аспекты расчета монолитных зданий повышенной этажности // Строительные материалы, оборудование и технологии XXI века. - №11, 2003. - С. 48-50.

8. Иванов А. Расчёт железобетонных конструкций на продавливание // Пространственные конструкции из различных материалов. Исследования, расчёт, проектирование, применение: Материалы Юбилейной научной сессии. - М., 2003. - С. 17-18.

9. Иванов А. Расчёт плоских элементов железобетонных сооружений на продавливание с учётом сосредоточенного момента // Актуальные проблемы градостроительства и жилищно-коммунального комплекса: Материалы второй международной научно-практической конференции. - М., 2003. - С. 288-290.

10. Иванов А., Залесов А.С. Расчёт прочности плоских плит перекрытий без поперечной арматуры монолитных каркасных зданий на продавливание // Научно-технические проблемы современного железобетона: Материалы третьей всеукраинской конференции. - Киев, 2003. - Вып. 59, кн. 1. - С. 200-203.

11. Иванов А. Расчёт прочности плоских плит перекрытий с поперечной арматурой монолитных каркасных зданий на продавливание // Научно-технические проблемы современного железобетона: Материалы третьей всеукраинской конференции. - Киев, 2003. - Вып. 59, кн. 1. - С. 204-207.

12. Иванов А. Расчёт прочности стеновых конструкций многоэтажных монолитных зданий при использовании метода конечных элементов // Бетон и железобетон. - №4, 2004. - С. 18-20.

13. Иванов А. Особенности расчёта многоэтажных монолитных зданий с учётом продольного изгиба // Бетон и железобетон. - №5, 2004. - С. 27-30.

14. Иванов А. Особенности применения высокопрочного бетона в колоннах зданий //Строительные материалы. - №6, 2004. - С. 7.

15. Иванов А. Расчёт стеновых систем многоэтажных зданий с использованием методов стержневой аналогии // Строительный эксперт. - №13, 2004. - С. 8-9.

16. Залесов А.С., Иванов А. Проектирование многоэтажных монолитных зданий // Проектирование и строительство монолитных многоэтажных жилых и общественных зданий, мостов и тоннелей: Материалы научно - практической конференции. - М., 2004. - С. 19-24.

17. Иванов А. Прочность стен при действии сжимающих и сдвигающих сил в плоскости стены, определяемых методом конечных элементов // Проектирование и строительство монолитных многоэтажных жилых и общественных зданий, мостов и тоннелей: Материалы научно - практической конференции. - М., 2004. - С. 65-69.

18. Иванов А. Расчёт стеновых конструктивных систем монолитных многоэтажных зданий с учётом трещин и неупругих деформаций // Проектирование и строительство монолитных многоэтажных жилых и общественных зданий, мостов и тоннелей: Материалы научно - практической конференции. - М., 2004. - С. 70-78.

19. Иванов А. Расчёт прочности монолитных плоских плит перекрытий на продавливание // Железобетонные конструкции зданий большой этажности: Материалы научно-практической конференции. - М.: МГСУ, 2004. - С. 15-27.

20. Иванов А., Залесов А.С. Методы расчёта конструктивных систем каркасных монолитных зданий с плоскими перекрытиями // Железобетонные конструкции зданий большой этажности: Материалы научно-практической конференции. - М.: МГСУ, 2004. - С. 28-36.

21. Иванов А. Расчёт прочности плоских перекрытий монолитных каркасных зданий на действие изгибающих и крутящих моментов при использовании метода конечных элементов // Железобетонные конструкции зданий большой этажности: Материалы научно-практической конференции. - М.: МГСУ, 2004. - С. 37-45.

22. Мухамедиев Т.А., Иванов А., Махно А.С. Расчёт железобетонных стен методом конечных элементов // Железобетонные конструкции зданий большой этажности: Материалы научно-практической конференции. - М.: МГСУ, 2004. - С. 67-75.

23. Мухамедиев Т.А., Иванов А., Махно А.С. К расчёту неразрезных перекрытий монолитных каркасных зданий // Железобетонные конструкции зданий большой этажности: Материалы научно-практической конференции. - М.: МГСУ, 2004. - С. 76-85.

24. Иванов А. Расчёт колонн многоэтажных монолитных зданий // Бетон и железобетон. - №1, 2005. - С. 10-12.

25. Иванов А., Залесов А.С. Многоэтажные железобетонные монолитные здания. Развитие методов расчёта конструктивных систем и несущих железобетонных элементов: Монография. - М.: Эрика, 2006. - 141 с.

Размещено на Allbest.ru