Помощь студентам в учебе
Анализ конструктивных решений сборных многоэтажных каркасных зданий
|
Введение 1
1. Состав вопроса и задачи исследования 5
1.1 Рассмотрение и анализ конструктивных решений сборных многоэтажных каркасных зданий 5
1.1.1 Конструктивные решения многоэтажных каркасных зданий 5
1.1.2 Пространственная работа многоэтажных каркасов 8
1.1.3 Расчет и исследование работы многоэтажных каркасных зданий 12
1.2 Цели и задачи исследования 22
2 Разработка расчетной модели перекрытия 23
2.1. Рассмотрение и анализ конструктивных решений дисков перекрытия из сборных железобетонных плит 25
2.2 Моделирование работы перекрытий с учетом податливости швов 30
2.2.1 Расчет и исследование работы ячеек перекрытия с учетом податливости 30
2.2.2 Определение податливости продольных швов 32
2.2.3 Определение податливости сопряжения плит с ригелями 34
2.2.4 Определение податливости ригелями с колоннами 38
2.3 Расчетная модель ячейки перекрытия с учетом податливости швов плит перекрытий 44
Выводы по главе 2 44
3. Численные исследования пространственной работы диска перекрытия на действие горизонтальных нагрузок 50
3.1 Общие данные 50
3.2 Определение эквивалентной жесткости пластин 50
3.3 Расчет каркаса здания на горизонтальную нагрузку 64
Выводы по главе 3 75
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 76
ПРИЛОЖЕНИЕ
1. Состав вопроса и задачи исследования 5
1.1 Рассмотрение и анализ конструктивных решений сборных многоэтажных каркасных зданий 5
1.1.1 Конструктивные решения многоэтажных каркасных зданий 5
1.1.2 Пространственная работа многоэтажных каркасов 8
1.1.3 Расчет и исследование работы многоэтажных каркасных зданий 12
1.2 Цели и задачи исследования 22
2 Разработка расчетной модели перекрытия 23
2.1. Рассмотрение и анализ конструктивных решений дисков перекрытия из сборных железобетонных плит 25
2.2 Моделирование работы перекрытий с учетом податливости швов 30
2.2.1 Расчет и исследование работы ячеек перекрытия с учетом податливости 30
2.2.2 Определение податливости продольных швов 32
2.2.3 Определение податливости сопряжения плит с ригелями 34
2.2.4 Определение податливости ригелями с колоннами 38
2.3 Расчетная модель ячейки перекрытия с учетом податливости швов плит перекрытий 44
Выводы по главе 2 44
3. Численные исследования пространственной работы диска перекрытия на действие горизонтальных нагрузок 50
3.1 Общие данные 50
3.2 Определение эквивалентной жесткости пластин 50
3.3 Расчет каркаса здания на горизонтальную нагрузку 64
Выводы по главе 3 75
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 76
ПРИЛОЖЕНИЕ
Актуальность работы.
Каркасные здания промышленного и гражданского назначения являются массовыми конструктивными системами. Особенностью, благодаря которой каркасные промышленные и жилые здания получили широкое распространение, является возможность принятия в здании различных объемно-планировочных решений, полной индустриализации конструкций, как на стадии изготовления, так и при монтаже, а также отличительной чертой каркасного здания является разделение по назначению несущих и ограждающих конструкций.
Характерной чертой каркасов многоэтажных зданий из сборного железобетона является наличие большого числа узловых сопряжений. Они находятся в наиболее напряженных зонах, в зависимости от принятой системы разрезки здания. Стыки сборных элементов подвержены повышенной деформативности. Происходит это вследствии таких факторов, как обмятие бетона по контактным поверхностям и трещинообразования, податливости сварных соединений арматуры и закладных деталей. Помимо этого податливость узловых сопряжений меняется в зависимости от напряженно-деформированного состояния.
Являясь основным из конструктивных материалов, железобетон обеспечивает необходимое сочетание тех составляющих: безопасность при эксплуатации, технологичность и экономичность.
В создание, развитие и совершенствование методов проектирования и
расчета многоэтажных каркасных зданий внесли большой вклад такие
специалисты и ученые как Александров А.В., Байков В.Н., Бондаренко В.М.,
Васильев А.П., Васильев Б.Ф., Васильков Б.С., Выжигин Г.В., Володин Г.Н.,
Гвоздев А.А., Гранёв В.В., Залесов А.С., Калманок А.С., Карабанов Б.В.,
Карпенко Н.И., Клевцов В.А., Кодыш Э.Н., Кривошеев П.И., Мамин А.Н.,
Никитин И.К., Паньшин Л.Л., Подольский Д.М., Поляков С.В., Ржаницын
2
А.Р., Семченков А.С., Сигалов Э.Е., Складнев Н.Н., Сно В.Е., Травуш В.И., Трёкин Н.Н., Ханджи В.В., Хромец Ю.Н., Шагин П.П., Шапошников Н.Н. и многие другие.
Расчетные схемы с шарнирным или жестким сопряжением плит перекрытий с ригелями, которые применяются для расчета, в неполной мере описывают их реальные взаимодействия. При абсолютно жестких перекрытиях распределение горизонтальной нагрузки между вертикальными несущими элементами будет происходить пропорционально их изгибным жесткостям. В случае абсолютной гибкости перекрытия, распределение горизонтальной нагрузки будет происходить по грузовой площади; в реальных случаях характер распределения горизонтальной нагрузки будет находиться между указанными случаями. Более объективно реальную работу сопряжений сборных элементов передают расчетные схемы, которые учитывают податливость этих сопряжений.
Самым распространенным расчетным методом Самый распространенный метод расчета - метод конечных элементов (МКЭ). Данный метод представляет возможность моделировать любые сопряжения. Отрицательным фактором можно считать сильное усложнение и рост объема исходных данных, при учете конструктивных особенностей, кроме того, может быть необходимым создание специальных конечных элементов. .
Уточненные расчетные схемы зданий, которые учитывают податливость сопряжений конструкций позволяют точнее оценить характер распределения усилий в несущей системе здания, а также проследить их возможные перераспределения.
Цель диссертационной работы заключается в разработке методики учета податливости сборных железобетонных плит в дисках перекрытий и покрытий многоэтажных зданий.
Задачи, решение которых необходимо для достижения поставленной
цели:
- исследовать диапазон влияния податливости сопряжений на
3
работу диска перекрытия (покрытия);
- разработать расчетную модель ячейки перекрытия (покрытия) для расчета на горизонтальные нагрузки, учитывающую податливость сопряжений;
- разработать методику определения податливости соединений в сборных дисках перекрытий (покрытий);
- разработать рекомендации по учету податливости сопряжений в дисках перекрытий (покрытий) на основе метода конечных элементов.
Объектом исследования являются сборные диски перекрытия в многоэтажных каркасных здания с учетом податливости сопряжений.
Предметом исследования является влияние податливости сборных дисков перекрытия на работу вертикальных несущих конструкций.
Научная новизна работы заключается в оценке влияния податливости соединений на каркас здания и разработанной методике учета податливости этих соединений.
Практическое значение работы заключается в разработке рекомендаций по учету повышенной деформативности сборных дисков перекрытий многоэтажных каркасных зданий
На защиту выносятся:
- Расчетная модель ячейки перекрытия для расчета диска на горизонтальную нагрузку, учитывающая податливость сопряжений;
- Методика определения податливости соединений в сборных дисках перекрытий;
- Результаты численного эксперимента.
Структура и объем магистерской _работы.
ВКР включает в себя введение, три главы, заключение, список использованной литературы из 50 наименований, приложения 1 и 2 - всего 117 страниц, в том числе 2 таблицы и 39 рисунков. Приложение А содержит графики сравнения моментов, приложение Б - графическую часть.
Каркасные здания промышленного и гражданского назначения являются массовыми конструктивными системами. Особенностью, благодаря которой каркасные промышленные и жилые здания получили широкое распространение, является возможность принятия в здании различных объемно-планировочных решений, полной индустриализации конструкций, как на стадии изготовления, так и при монтаже, а также отличительной чертой каркасного здания является разделение по назначению несущих и ограждающих конструкций.
Характерной чертой каркасов многоэтажных зданий из сборного железобетона является наличие большого числа узловых сопряжений. Они находятся в наиболее напряженных зонах, в зависимости от принятой системы разрезки здания. Стыки сборных элементов подвержены повышенной деформативности. Происходит это вследствии таких факторов, как обмятие бетона по контактным поверхностям и трещинообразования, податливости сварных соединений арматуры и закладных деталей. Помимо этого податливость узловых сопряжений меняется в зависимости от напряженно-деформированного состояния.
Являясь основным из конструктивных материалов, железобетон обеспечивает необходимое сочетание тех составляющих: безопасность при эксплуатации, технологичность и экономичность.
В создание, развитие и совершенствование методов проектирования и
расчета многоэтажных каркасных зданий внесли большой вклад такие
специалисты и ученые как Александров А.В., Байков В.Н., Бондаренко В.М.,
Васильев А.П., Васильев Б.Ф., Васильков Б.С., Выжигин Г.В., Володин Г.Н.,
Гвоздев А.А., Гранёв В.В., Залесов А.С., Калманок А.С., Карабанов Б.В.,
Карпенко Н.И., Клевцов В.А., Кодыш Э.Н., Кривошеев П.И., Мамин А.Н.,
Никитин И.К., Паньшин Л.Л., Подольский Д.М., Поляков С.В., Ржаницын
2
А.Р., Семченков А.С., Сигалов Э.Е., Складнев Н.Н., Сно В.Е., Травуш В.И., Трёкин Н.Н., Ханджи В.В., Хромец Ю.Н., Шагин П.П., Шапошников Н.Н. и многие другие.
Расчетные схемы с шарнирным или жестким сопряжением плит перекрытий с ригелями, которые применяются для расчета, в неполной мере описывают их реальные взаимодействия. При абсолютно жестких перекрытиях распределение горизонтальной нагрузки между вертикальными несущими элементами будет происходить пропорционально их изгибным жесткостям. В случае абсолютной гибкости перекрытия, распределение горизонтальной нагрузки будет происходить по грузовой площади; в реальных случаях характер распределения горизонтальной нагрузки будет находиться между указанными случаями. Более объективно реальную работу сопряжений сборных элементов передают расчетные схемы, которые учитывают податливость этих сопряжений.
Самым распространенным расчетным методом Самый распространенный метод расчета - метод конечных элементов (МКЭ). Данный метод представляет возможность моделировать любые сопряжения. Отрицательным фактором можно считать сильное усложнение и рост объема исходных данных, при учете конструктивных особенностей, кроме того, может быть необходимым создание специальных конечных элементов. .
Уточненные расчетные схемы зданий, которые учитывают податливость сопряжений конструкций позволяют точнее оценить характер распределения усилий в несущей системе здания, а также проследить их возможные перераспределения.
Цель диссертационной работы заключается в разработке методики учета податливости сборных железобетонных плит в дисках перекрытий и покрытий многоэтажных зданий.
Задачи, решение которых необходимо для достижения поставленной
цели:
- исследовать диапазон влияния податливости сопряжений на
3
работу диска перекрытия (покрытия);
- разработать расчетную модель ячейки перекрытия (покрытия) для расчета на горизонтальные нагрузки, учитывающую податливость сопряжений;
- разработать методику определения податливости соединений в сборных дисках перекрытий (покрытий);
- разработать рекомендации по учету податливости сопряжений в дисках перекрытий (покрытий) на основе метода конечных элементов.
Объектом исследования являются сборные диски перекрытия в многоэтажных каркасных здания с учетом податливости сопряжений.
Предметом исследования является влияние податливости сборных дисков перекрытия на работу вертикальных несущих конструкций.
Научная новизна работы заключается в оценке влияния податливости соединений на каркас здания и разработанной методике учета податливости этих соединений.
Практическое значение работы заключается в разработке рекомендаций по учету повышенной деформативности сборных дисков перекрытий многоэтажных каркасных зданий
На защиту выносятся:
- Расчетная модель ячейки перекрытия для расчета диска на горизонтальную нагрузку, учитывающая податливость сопряжений;
- Методика определения податливости соединений в сборных дисках перекрытий;
- Результаты численного эксперимента.
Структура и объем магистерской _работы.
ВКР включает в себя введение, три главы, заключение, список использованной литературы из 50 наименований, приложения 1 и 2 - всего 117 страниц, в том числе 2 таблицы и 39 рисунков. Приложение А содержит графики сравнения моментов, приложение Б - графическую часть.
В работе проведен обзор-анализ связевых каркасов многоэтажных зданий, в частности рассмотрены диски перекрытия и их сопряжения, как между собой, так и с горизонтальными несущими элементами.
Данный анализ показал, что применяемые расчетные схемы в неполной мере передают действительную работу каркаса здания и, тем самым, снижают надежность и долговечность проектируемого здания.
Актуальность вопроса по совершенствованию расчетных схем различными методами, в данном случае, через учет податливости сопряжений сборных дисков перекрытий, сомнению не подлежит.
Изучение поставленного вопроса производилась при помощи численных исследований. Результатом которых была оценка влияния податливости сопряжений на работу каркаса многоэтажного здания. Учет податливости позволяет выявить более нагруженные участки, а также количественно и качественно изменяет перераспределение усилий между вертикальными элементами здания.
На основании проведенных расчетов можно сформулировать методику учета податливости в дисках перекрытий, которая состоит из нескольких разделов:
Первый этап заключается в формировании расчетной схемы здания.
На втором этапе определяется жесткость связей имитирующих швы омоноличивания в сборном диске перекрытия.
Жесткостные характеристики для каждого вида связей определяется расчетным путем, или по экспериментальным данным.
На третьем этапе определяют аналитическая зависимость горизонтальных перемещений диска перекрытия от единичной нагрузки.
Определение горизонтальных перемещений выполняют для двух расчетных схем диска перекрытия:
- пластинчато-стержневой;
76
- пластинчатой.
В вязи с тем, что формирование расчетной модели с большим количеством разнотипных связей значительно осложняется и может привести к неточности ее задания, допускается использовать в расчете одну ячейку перекрытия внутри которой, предполагается качественное заполнение швов.
Четвертый этап включает в себя определение коэффициента эквивалентной жесткости Kred. При помощи которого, осуществляется учет податливости сопряжений в сборных дисках перекрытия.
Значительно облегчить расчет возможно, если последние два этапа объединить по типу плит и автоматизировать, т.к. в конечном счете, коэффициент Kred зависит от таких факторов, как геометрия плит перекрытия, жесткость связей и т.д.
Пятый этап заключается в расчете пространственной расчетной схемы с учетом податливости сборного диска перекрытия.
Учет податливости осуществляется при помощи понижения значения модуля упругости Е перекрытия путем введения найденного коэффициента эквивалентной жесткости.
Проведенные численные исследования позволяют сделать выводы, что учет податливости снижая моменты в более жестких элементах, повышает его в менее жестких, т.е. смягчает распределение общего момента между вертикальными несущими конструкциями. Такое распределение благоприятно для типизации сборных элементов и позволят более объективно подходить к оценке различных конструктивных решений. Что в конечно итоге приводит к экономии материала, а следовательно и к общему удешевлению возведения здания.
Данный анализ показал, что применяемые расчетные схемы в неполной мере передают действительную работу каркаса здания и, тем самым, снижают надежность и долговечность проектируемого здания.
Актуальность вопроса по совершенствованию расчетных схем различными методами, в данном случае, через учет податливости сопряжений сборных дисков перекрытий, сомнению не подлежит.
Изучение поставленного вопроса производилась при помощи численных исследований. Результатом которых была оценка влияния податливости сопряжений на работу каркаса многоэтажного здания. Учет податливости позволяет выявить более нагруженные участки, а также количественно и качественно изменяет перераспределение усилий между вертикальными элементами здания.
На основании проведенных расчетов можно сформулировать методику учета податливости в дисках перекрытий, которая состоит из нескольких разделов:
Первый этап заключается в формировании расчетной схемы здания.
На втором этапе определяется жесткость связей имитирующих швы омоноличивания в сборном диске перекрытия.
Жесткостные характеристики для каждого вида связей определяется расчетным путем, или по экспериментальным данным.
На третьем этапе определяют аналитическая зависимость горизонтальных перемещений диска перекрытия от единичной нагрузки.
Определение горизонтальных перемещений выполняют для двух расчетных схем диска перекрытия:
- пластинчато-стержневой;
76
- пластинчатой.
В вязи с тем, что формирование расчетной модели с большим количеством разнотипных связей значительно осложняется и может привести к неточности ее задания, допускается использовать в расчете одну ячейку перекрытия внутри которой, предполагается качественное заполнение швов.
Четвертый этап включает в себя определение коэффициента эквивалентной жесткости Kred. При помощи которого, осуществляется учет податливости сопряжений в сборных дисках перекрытия.
Значительно облегчить расчет возможно, если последние два этапа объединить по типу плит и автоматизировать, т.к. в конечном счете, коэффициент Kred зависит от таких факторов, как геометрия плит перекрытия, жесткость связей и т.д.
Пятый этап заключается в расчете пространственной расчетной схемы с учетом податливости сборного диска перекрытия.
Учет податливости осуществляется при помощи понижения значения модуля упругости Е перекрытия путем введения найденного коэффициента эквивалентной жесткости.
Проведенные численные исследования позволяют сделать выводы, что учет податливости снижая моменты в более жестких элементах, повышает его в менее жестких, т.е. смягчает распределение общего момента между вертикальными несущими конструкциями. Такое распределение благоприятно для типизации сборных элементов и позволят более объективно подходить к оценке различных конструктивных решений. Что в конечно итоге приводит к экономии материала, а следовательно и к общему удешевлению возведения здания.