Введение 4
Глава 1 Теоретические сведения о расчёте напряженно - деформированного состояния здания 7
1.1 Напряженно-деформированное состояние здания с каркасом из
монолитного железобетона 7
1.2 Физическая нелинейность при проектировании 8
1.3 Геометрическая нелинейность при проектировании 10
1.4 Конструктивная нелинейность при проектировании 12
1.5 Реологическая нелинейность 15
1.6 Генетическая нелинейность при проектировании 16
1.7 Программный комплекс для исследования 22
1.7.1 ЛИРА-САПР 25
1.7.2 SCAD Office 25
1.8 Метод конечных элементов 26
Глава 2 Определение напряженно-деформированного состояния здания 30
2.1 Описание конструктивного решения здания 30
2.2 Сбор нагрузок 33
2.2.1 Постоянные нагрузки 33
2.2.2 Временные нагрузки 35
2.2.2.1 Снеговая нагрузка 35
2.2.2.2 Ветровая нагрузка 36
2.2.3 Длительные нагрузки 39
2.3 Расчет каркаса без учета генетической нелинейности в ПК ЛИРА -
САПР 2016 40
2.4. Расчет каркаса с учетом генетической нелинейности в ПК ЛИРА -
САПР 2016 46
Глава 3 Сравнительный анализ результатов расчета напряжено-
деформированного состояния здания 51
3.1. Результаты расчета и сравнительный анализ 51
Заключение 65
Список используемой литературы 67
Актуальность работы.
Среди нормативных источников на данный момент отсутствует ряд некоторых важных требований, предъявляемых к расчетам на каждом этапе процесса строительства. Отсюда возникают значительные погрешности в конечном варианте расчета конструкций сооружения или здания, так как большая часть расчета не учитывает поэтапность строительства. Следовательно, вопрос исследования НДС с учетом стадийности трансформации расчетных моделей имеет огромную значимость, а также предъявляет многие важные требования к процессу расчета несущих конструкций здания или сооружения в целом.
Напряженно-деформированное состояние проектируемого здания при одномоментном приложении к нему нагрузки может существенно различаться от случая, в котором каждая нагрузка прикладывается поэтапно. Данное явление объясняется тем, что расчетная схема в результате деформирования здания постоянно изменяет свой вид.
Практика расчета НДС здания, применяемая на сегодняшний день, реализуется на проведении статического расчета, производимого в пределах одной стадии. Следует отметить, что характер приложения статических нагрузок на модель здания в процессе расчета также являются постоянными, то есть величинами неизменными при произведении расчетного процесса в целом. Наряду с этим все геометрические характеристики и жесткость также берутся в расчет неизменными значениями.
Таким образом, если вести расчет и не брать во внимание поэтапность возведения проектируемого здания, то следует ожидать, что в колоннах верхних этажей будут появляться усилия сильно отличающиеся от усилий при традиционном расчете. В результате возможно возникновение смещений в горизонтальной плоскости, которым также сопутствуют отклонения конструкций верхних этажей здания от вертикальной оси. Причинами таких отклонений могут служить неравномерность деформаций основания здания или сооружения, а также местные жесткие узлы лифтовых, а также лестничных блоков. В свою очередь, изменение состояний связей, удаление или установление различных составляющих системы также способны повлиять на итоговый результат.
Цель исследований - оценить величину влияния генетической нелинейности на напряженно-деформированное состояние здания.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучение теоретических сведений о напряженно-деформированном состоянии здания с каркасом из монолитного железобетона с учётом генетической нелинейности.
2. Расчёт напряженно-деформированного состояния здания с учётом и без учёта генетической нелинейности.
3. Анализ полученных результатов и оценка степени влияния генетической нелинейности при проектировании зданий.
Объект исследования магистерской диссертации - проектируемое здание повышенной этажности с каркасом из монолитного железобетона с простой формой в плане.
Предметом исследования магистерской диссертации является напряженно-деформированное состояние.
Гипотеза исследования состоит в том, что при учёте генетической нелинейности при проектировании многоэтажных зданий результаты напряженно-деформированного состояния здания значительно отличаются от значений при традиционном расчёте.
Теоретико-методологическую основу исследования составили:
- нормативно-техническая, нормативно-правовая и прочая регламентная документация, посредством применения которой осуществляется регуляция методов планирования и поточного контроля строительного производства;
- техническая документация, публикации, данные открытых источников в ключе направления исследований, реализуемых в рамках магистерской диссертации.
Методы исследования: анализ, моделирование, конкретизация.
Опытно-экспериментальная база исследования - расчётная модель здания в программном комплексе ЛИРА-САПР с учётом генетической нелинейности и без её учёта.
Научная новизна исследования заключается в том, что получены параметры, позволяющие более точно анализировать напряженно- деформированное состояние здания и учитывать усилия в элементах конструкции на каждой стадии возведения здания.
Теоретическая значимость исследования заключается в анализе результатов и сравнении традиционного метода расчёта, предлагаемого нормативной документацией и расчёта с учётом генетической нелинейности
Практическая значимость исследования заключается в определении степени значимости и анализе разности результатов при проектировании с учетом генетической нелинейности и без её учёта.
Достоверность и обоснованность результатов исследований обеспечивалась материалами проведенных исследований, наличием информационного материала и его аналитической обработкой.
Личное участие автора в организации и проведении исследования состоит в просмотре доступной литературы, публикаций, повествующих о генетической нелинейности, создание расчётной модели для вычислений, связанных с напряженно-деформированным состоянием здания, проведение анализа полученных в ходе расчёта результатах.
Апробация и внедрение результатов работы велись в течение всего исследования. Процесс и результаты исследования публиковались в журналах периодического издания.
В данной диссертационной работе можно убедиться, что при проектировании зданий с учётом генетической нелинейности, получается результат отличный от того, который мы видим при традиционном методе расчёта НДС, не учитывающем поэтапность возведения.
В некоторых элементах эта разница несущественна, но в других может сильно повлиять на итог проектирования. Для объектов высотного строительства расчёт с учётом стадийного строительства необходим и требует дальнейшего исследования. Это позволит проектировщикам и инженерам в строительстве более точно оценить работу здания, выполнить расчёты НДС, а также рационально использовать ресурсы бетона, арматуры.
В соответствии с поставленными целями и задачами, в рамках настоящего диссертационного исследования, получены следующие результаты:
- изучены теоретические сведения о напряженно-деформированном состоянии здания с каркасом из монолитного железобетона с учётом генетической нелинейности;
- выполнен расчёт напряженно-деформированного состояния здания с учётом и без учёта генетической нелинейности;
- произведён анализ полученных результатов и оценка степени влияния
генетической нелинейности при проектировании зданий.
В результате исследований генетической нелинейности при проектировании многоэтажного здания с каркасом из монолитного железобетона были сформулированы следующие выводы:
- максимальное расхождение при традиционном расчёте и расчёте с учетом генетической нелинейности значений продольных усилий в колоннах равняется 22,82%;
- расхождение значений прогибов при учёте генетической нелинейности в данной работе уменьшились на 1 -2 мм по сравнению с традиционным расчётом;
- были получены, сведены в таблицу и проанализированы значения изгибающих моментов при традиционном методе расчета и расчете с учетом поэтапности возведения здания, поперечных сил и перемещений в фундаментной плите. Прогибы уменьшились на 4 мм. Моменты уменьшились на 5-10%. Поперечные силы увеличились на 0-5%;
- посчитан расход арматуры на плиту перекрытия шестого этажа с учётом генетической нелинейности и без её учёта. При учете генетической нелинейности плита требует большего армирования чем при традиционном расчете.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
