авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Особенности расчета зданий сложной макроструктуры на ветровые и сейсмические нагрузки и их рациональное проектирование

-- [ Страница 2 ] --

При увеличении этажности высотных зданий до 120 этажей и более однообъемная компоновка зданий исчерпывает свои возможности вследствие громоздкости плана и недостаточной жесткости. Если точечное здание способно быть жестким при соотношении высоты к ширине наименьшей стороны в плане равной 7-8, то в такой пропорции здание не способно расти бесконечно.

Ограничивающими факторами являются:

    1. Размеры температурных блоков (60-70 м в ЖБК);
    2. Глубина корпуса по инсоляции (предельная глубина корпуса 14 м в России и 60 м в США);
    3. Большие затраты на фундаменты для отсутствия кренов и неравномерных осадок при стороне более 60 м;
    4. Неравномерное распределение сдвиговых и продольных усилий между крайними и средними колоннами фасада (Shear lag-effect);

Это наводит на мысль, что особо высокое здание должно быть организовано по принципиально иной, структурно-подчиненной схеме, в которой первичными являются дискретные отдельно стоящие макроэлементы, устраняющие проблемы сплошного неразрывного корпуса, размещенного на грунте и образующие макроструктуру. При этом сильно развитая в плане башня может быть превращена в трех- и более –точечную башню сложной макроструктуры, объединенную системой перемычек, диафрагм или связей.

В этом случае отдельно стоящие башни выполняют роль поясов фермы, а диагональные связи, перемычки или рамные ригели выполняют функцию решетки, объединяющих башни в единое – в здание сложной макроструктуры.

Здание сложной макроструктуры это здание, состоящее из двух или более корпусов, объединенных перемычками или связями для совместной работы.

Рассмотрена классификация ЗСМ.

По форме композиции в плане упрощенно ЗСМ можно разделить на асимметричные, симметричные, центрические и круговые (рис. 1.).

Рис. 1. Классификация ЗСМ по форме композиции плана

По количеству башен, очевидно, ЗСМ делятся на двух-, трех-, четырехбашенные и многоветвевые (рис. 2).

Рис. 2. Классификация ЗСМ по количеству башен

По типу систем жесткости ЗСМ делятся на две разновидности: рамные (ригельные), предающие жесткость за счет больших моментов инерции и способности воспринимать изгибающий момент, и ферменные (связевые), работающие на растяжение-сжатие за счет образования жесткого геометрически-неизменяемого треугольника (рис. 3).

По регулярности связей – регулярные и дискретые (рис.3).

Рис. 3. Классификация ЗСМ по типам системы жесткости.

Как показывают численные расчеты, соотношение изгибных жесткостей башни и ригелей в плоскости их работы не должно отличатся более чем 3 раза (что совпадает с теорией рам ). Для избежания противофазных изгибных колебаний отдельных остовов каждая связевая перегородка должна иметь достаточную крутильную жесткость.

Более равномерному объединению корпусов служит сочетание 3-х отдельных остовов 3-4-мя связями по высоте, что превращает здание в подобие пространственной 3-х-поясной безраскосной фермы Веринделя, защемленной в грунт.

Возможно применение диагональных связей между остовами, которые, имея структуру пространственной фермы-оболочки располагают в себе эскалаторы для коммуникации между остовами на разных уровнях.

Четырехветвевое здание требует периодических диагональных галерей-связей большой жесткости для избежания колебаний здания по форме взаимного сближения корпусов.

Рис. 4. Многоветвевые звания.

В качестве концепции предполагается возможность строительства зданий этажности в 200-300 этажей. Для этого применима многоветвевая структура здания (рис.4), которая позволяет организовать пространственную макро-трубу из остовов-ветвей, объединенных отдельными связями-галереями, и диагональными раскосами-переходами, что создает макро-оболочку или пространственную ферму, ветви и решетку которой образуют отдельные башни и жесткие переходы между ними. Такая компоновка решает проблему равнодоступности всей поверхности здания для инсоляционного поля. Данное здание работает совместно как пространственная труба, имеет высокую обтекаемость благодаря минимальной площади затенения и высокой продуваемости, но обладает большой площадью поверхности ограждающих конструкций и высокие тепловые потери.

В европейской практике реализован целый ряд зданий, которые в той или иной степени обладают макроструктурой. Это здание почты в г. Бонн имеющее 2 башни, объединенные изящными связями по высоте, здание Петронас Тауэр в столице Малайзии Куала Лумпур, 2 цилиндрические башни объединенное одной галерей, это здание олимпийской деревни в Китае и др.

В главе рассмотрены особенности работы высотных зданий различной этажности и переход к зданиям сложной макроструктуры, особенности работы связей ЗСМ.

Вторая глава посвящена проблемам расчета высотных зданий и в частности ЗСМ на ветровые нагрузки. Рассмотрены основные зависимости теории аэроупругости и применимость расчета СНиП к расчету ЗСМ на ветровую пульсационную нагрузку, даны рекомендации в этом направлении. Показано, что при упрощении расчета ЗСМ на пульсационные составляющие ветровой нагрузки, достоверное определение ее статической составляющей требует дополнительные экспериментальные исследования в аэродинамических трубах.

Рассмотрены два основных типа аэродинамической неустойчивости высотных сооружений: вихревое возбуждение и галопирование.

Галлопирование типично для призматических сооружений и вызвано смещением центра приложения нагрузки с центра жесткости, что приводит к крутильным колебаниям и попеременному срыву вихрей, на которые сами колебания оказывают обратное влияние.

Вихревое возбуждение характерно для гибких цилиндрических сооружений, при нем возникают колебания из плоскости воздействия по эллиптической траектроии, при этом цилиндр также влияет на вихреобразование, что при установившемся автоколебательном процессе приводит к попеременному срыву вихрей за цилиндром и образованию т.н. вихревой дорожки Бенара-Кармана.

Общая жесткость ЗСМ, характер поведения в ветровом потоке зависят от макроструктуры здания и параметров его элементов (башен, перемычек между башнями). Были исследовано влияние этих факторов на динамические свойства системы и рассмотрены двух-, трех- и четырехбашенные здания.

Во-первых – рассмотрена группа двухбашенных 25-этажных зданий (рис.1). Размер каждой башни 1818 м в плане, высота 75 м при расстоянии между башнями 18 м.

Результаты показывают, что одиночные перемычки для оказания влияния на совместную работу башен должны иметь изгибную жесткость, составляющую 10 - 20 % от жесткости отдельных точечных зданий. При этом на кручение оптимально работают коробчатые связи, имеющие собственную крутильную жесткость, которая противодействует взаимным изгибным колебаниям башен [1].

Крутильные формы колебаний часто недооцениваются при расчетах. Двухбашенные здания проявляют склонность к крутильным колебаниям в первых формах. При несовпадении центра приложения ветровых нагрузок (неравномерный обдув из-за соседних зданий) с центром изгиба системы образуется эксцентриситет и, как следствие кручение здания целиком.

Расчеты показали, что при увеличении числа башен до четырех при аналогичных перемычках жесткость системы несколько повышается, первая частота возрастает с 1.2 до 1.5 Гц. Однако и здесь сохраняется склонность к крутильным колебаниям (3-я форма, 1.92 Гц). Также возникают формы, ромбовидные в плане, при которых возникают взаимные сближения башен по диагонали (4-я форма, 2.62 Гц).

Далее проведен анализ трехбашенной модели здания. Жесткостные параметры системы варьируются характером связей. Первый тип здания – три башни, связанные пластинами, равномерно распределенными по высоте. Второй тип здания – дополнительная связь сдвига на отметке 25-го этажа (стена толщиной 200 мм на высоту этажа по периметру). Третий тип – аналогичные связи сдвига на отметках 5,10,15,20 и 25 –этажей (Рис.5).

 Расчет трехточечных ЗСМ. Для-5

Рис. 5. Расчет трехточечных ЗСМ.

Для данной группы зданий получены собственные частоты и перемещения верха от статической и пульсационной ветровой нагрузки. (табл.2) Анализ показывает, что уже при установке связи сдвига на верхнем этаже перемещения снижаются с 27 до 15 см, что отвечает требованию СниП (Uxul). При установке дополнительных связей сдвига по высоте здания перемещения снижаются до 5 см. Что касается собственных частот, в треугольном типе зданий, в отличие от 2-х и 4-х башенных, частота, соответствующая крутильной форме колебаний, существенно выше первых 2-х частот, соответствующих изгибным формам. Из результатов, приведенных в таблицах следует, что наибольший эффект дают связи сдвига на отметке верхнего этажа, объединяющие отдельные башни и сокращающие депланацию сечения здания целиком.

Таблица 2.

Влияние горизонтальных нагрузок на динамическое и статическое поведение высотных зданий увеличивается при возрастании высот, падении массы здания, в результате применения новых материалов и рационального использования ее несущей способности. Для отдельных зданий с оптимизированной структурой падают одновременно и жесткость и масса, что ведет к падению собственной частоты колебаний и приводит к зыбкости верхних этажей. Для гарантирования прочностных свойств достаточна меньшая материалоемкость, чем для гарантирования нормированных ускорений и перемещений, поэтому выходом служит объединение комплекса зданий в здание сложной макроструктуры, при этом особое внимание следует уделить характеру связей между зданиями.

В третьей главе рассматриваются расчеты ЗСМ на сейсмическое воздействие.

Можно ожидать высокий уровень сейсмических сил и усилий в ЗСМ в силу их высокой жесткости. Поэтому предлагается использовать в несущей системе упруго-пластические связи (УПС). Изложен алгоритм расчета по акселерограммам, обоснована необходимость применения данного метода к расчетам зданий сложной макрострукутры на сейсмические воздействия.

Существующие методы расчета на сейсмические нагрузки – это спектральный метод СНиП и метод расчета по акселерограммам.

Расчет физически нелинейных ЗСМ с УПС спектральным методом невозможен по следующим причинам:

  1. Физическая нелинейность системы при наличие в системе упруго-пластических связей. (УПС),
  2. Отсутствие достоверных спектральных кривых для конкретных типов ЗСМ, которые не приводится к консольному стержню.

Учитывая ограничение программного комплекса версии ПК MicroFe 2006, в данном исследовании пришлось прибегнуть к использованию симметрии системы и замене внутренних упруго-пластических связей эквивалентными наружними УПС;

Также в главе даны некоторые рекомендации по выбору расчетных схем и расчету зданий сложной макроструктуры на сейсмические воздействия.

Рассмотрен расчет ЗСМ с учетом упруго-пластических связей при работе на ветровые и сейсмические нагрузки с помощью ПК MicroFe

Рассмотрена идея и алгоритм метода псевдожесткостей.

Приведена обобщенная формулировка метода псеводожесткостей, изложены псевдоупругие зависимости для различных моделей, предложенные Ю.Л.Рутманом. Описана возможность применения упруго-пластических демпферов в высотных зданиях. Показаны основные типы упруго-пластических связей (УПС).

В четвертой главе сделаны расчеты и даны рекомендации по рациональному проектированию ЗСМ, способных оптимально работать как на ветровые, так и на сейсмические нагрузки. Показан рациональное проектирование ЗСМ с учетом выбора расчетных схем и применения упругопластических связей (УПС).

При расчете зданий сложной мактроструктуры обнаруживается противоречивость требований при работе на ветровую и сейсмическую нагрузки.

При работе на ветровые нагрузки высотное здание требует жестких однородных связей. При сейсмических толчках ЗСМ требует податливость структуры. В данном исследовании использованы УПС д.т.н. Ю.Л. Рутмана, работающих упруго и пластически при различных усилиях и скоростях нагружений.

Рассматриваемое здание высотой 160 м относительно гибкое, для него больше опасны ветровые нагрузки, поэтому здесь применена жесткая перемычка, которая должна практически выключаться при сейсмических нагрузках. Поэтому в качестве элемента жесткости 2-х башенного ЗСМ принята перемычка, опертая на башни через УПС(рис.7, 11). Цель поиска – УПС должна отключаться и работать как пластическая только при усилиях землятресения, при статических и пульсационных ветровых нагрузках на спектр пульсации ветра УПС работает упруго.

Проведен расчет двухбашенного здания, состоящего из двух корпусов 5416 м, раздвинутых на 24 м. Структура здания – плитный железобетонный каркас с сеткой колонн 88 м, этажность - 40 этажей, высота здания - 160 м. Рассмотрена как перемычечная, так и регулярная связевая система жесткости.

 Расчетная модель 2-х точечного ЗСМ с -7

Рис.6. Расчетная модель 2-х точечного ЗСМ с

регулярными крестовыми связями. Вид в профиль.

 Эпюра горизонтальных перемещений -8

Рис. 7. Эпюра горизонтальных перемещений

2-х точечного ЗСМ высотой 160 м с регулярными связями от

Статической(Гпст = 57мм), пульсационной (Гпп = 48мм) ветровой

нагрузки а также сейсмической нагрузки (Гпс = 87 мм).

 Расчетная модель 2-х точечного ЗСМ с-9

Рис.8. Расчетная модель 2-х точечного ЗСМ с крестовой перемычкой. Вид в профиль.

 Эпюра горизонтальных перемещений 2-х-10

Рис.9. Эпюра горизонтальных перемещений 2-х точечного ЗСМ высотой 160 м с крестовой перемычкой от статической ветровой нагрузки(Гп = 83 мм), пульсационной ветровой нагрузки(Гп = 69 мм), от сейсмической нагрузки (6 баллов, Гп = 126 мм)

Результаты расчета коротко представлены в Таблице 3.

Таблица 3

Таблица перемещений 2-х точечного ЗСМ высотой 160 м
  Горизонтальное перемещение верха, мм
Вид нагрузки Перемычка Связевая решетка
Ветровая статическая нагрузка 83 57
Ветровая пульсационная нагрузка 69 48
Сейсмическая нагрузка 6 баллов 126 87


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.