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 | 2 ||

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

-- [ Страница 3 ] --

Сопоставление расчетов на действие ветровой и сейсмической нагрузок показал, что от максимальной ветровой статической и пульсационной составляющих ветровой нагрузки максимальный прогиб верха здания составил сокращается на 30% при применении полностью связевой системы взамен перемычки,

Прогиб от сейсмической нагрузки, полученный расчетом на МикроФе 2006 по спектральной теории от 7-бального землятресения дает прогиб равный 126 и 87 мм, что на 15% меньше чем суммарная ветровая нагрузка. Это объясняется относительно высокой гибкостью корпусов и склонностью рассеивать энергию колебаний. Предельный прогиб от ветровой нагрузки Fmax = 83 + 69 = 152 мм меньше максимально допустимого нормами и равного Нзд / 1000 = 160 000 мм / 1000 = 150 мм, что выполняет требование СНиП. Данный расчет показывает достаточную жесткость обоих систем при упругой работе без применения УПС и ее соответствие Нормам.

Анализ задачи показывает, что у опорных и галерейных связей необходимо разное усилие срабатывания. Для получения усилий срабатывания вычислены продольные усилия в связях регулярной решетки по наихудшей комбинации с учетом сейсмической нагрузки.

 Эпюры продольных сил (кН) при-11

Рис.10. Эпюры продольных сил (кН) при наихудшей комбинации усилий

(сейсмическая нагрузка) в регулярных связях 2-х точечного ЗСМ.

 Эпюры продольных сил (кН) при-12

Рис.11. Эпюры продольных сил (кН) при наихудшей комбинации усилий

(сейсмическая нагрузка) в одиночной связи 2-х точечного ЗСМ.

При сейсмическом толчке максимальные сдвигающие усилия возникают в опорной зоне, т.е в первых этажах здания, поэтому усилия включения связей первых этажей необходимо устанавливать существенно выше. При сейсмическом толчке силы инерции заставляют здание двигаться относительно грунта как единое целое.

Для высоких и гибких зданий, или отдельных башен здания сложной макроструктуры со связями-галереями характерно замедленное волнообразное включение связей по высоте.

Конечная цель расчета – поиск оптимальных жесткостей связей УПС в опорной и связевой зонах для обеспечения жесткости на статическую и пульсационную составляющие ветровой нагрузки и снижение усилий в колонных при сейсмическом толчке.

Для 9-бального толчка при втором типе грунта и 2-го ветрового района результаты показывают, что одноточечное здание показывает лишь вдвое большее перемещение и от ветра и от сейсмики, что говорит об отсутствии существенного повышения жесткости при данных перемычках. Увеличение перемещений от сейсмики показывает положительную податливость и преимущество одиночного здания при сейсмике перед двойным, т.к. оно деформируется больше двухточечного а усилия в нем на 20-25% меньше.Это подтвердило необходимость увеличения жесткости перемычки здания, т.к. допустимые перемещения для Н=160 м составляют 160 мм.

Простые соображения привели к идее аналогии работы двух-башенного здания на горизонтальную нагрузку с работой одноточечного здания с введением податливых опор в точках примыкания стержней ферм и связей перемычки.

Далее были рассмотрены варианты с крестовыми связями.

Как известно крестовые связи и регулярная связевая решетка наделяет здание высокой жесткостью при ветровом воздействии, и, как следствие повышает собственные частоты и инерционные силы при сейсмическом воздействии.

Рассмотрено поведение здания с параметрами, аналогичными предыдущим. Здание состоит из 2-х башен, связанных распорками и крестовыми связями (рис.12, 13) со связевой треугольной решеткой, как одиночной перекрестной связью, так и ферменной решеткой, регулярной по высоте. В качестве расчетной схемы принята одна башня, где в местах прикрепления диагональных связей наложены краевые условия, имитирующие связи с варьируемыми жесткостями.

Жесткость и сейсмостойкость здания из плоскости работы связей обеспечивается большим размером поперечного сечения башен в этом направлении. Как известно, низшая форма колебаний составного стержня связана с большими усилиями в раскосах нижних ярусов, играющих роль связей сдвига между башнями. Поэтому упруго-пластические связи должны быть введены именно в эти элементы.

Эффективный метод расчета систем с УПС изложен в [4] и реализован в программном комплексе “МicroFE”.

Алгоритм расчета ЗСМ с учетом УПС, использованный в данной главе, состоит в следующем:

  1. Формирование расчетной модели здания с упругими связями.
  2. Упругий расчет здания без УПС и нахождение оптимального соотношения жесткостей корпусов и связей для соответствия СНиП.
  3. Нахождение предварительных усилий включения путем вычисления усилий в связях при расчете на сейсмику по спектральной теории.
  4. Пересчет жесткостей внутренних связей на внешние путем геометрических преобразований.
  5. Назначение параметров УПС в системе: для ЗСМ с двусторонними связями – кусочно линейная зависимость с гистерезисом.
  • Выбор: cмещение или поворот
  • Направление работы или оси поворота связи r,s,t
  • Параметры диаграммы – Е – жесткость связи в упругом состоянии, Е1, жесткость связи в пластическом состоянии, Е2, жесткость связи на сжатие в пластическом состоянии.
  • Назначение компенсационной жесткости, обычно применяемой равной жесткости Е1.
  1. Расчеты по акселерограммам модели ЗСМ с внешними связями и поиск их отимальной жесткости и окончательного расчетного усилия включения путем перебора.
  2. Цель расчета – минимизация абсолютного значения ускорений верха здания при расчетном землетресении.

Согласно данного алгоритма рассмотрены ЗСМ, изображенные на рис.12,13. Это двухбашенные ЗСМ высотой 160 м, 40 этажей. Габариты башен 16х54 м, расстояние между башнями – 24 м. Здания объединены ферменной системой 2-x ( рис.12) или 5-ти (рис.13) крестовых связей. Расчетная бальность района по шкалн Рихтера принята 6 баллов (акселерограмма Холистера). Расчет по спектральной теории дает усилие срабатывания в первом уровне равное 4000 КН. Сечение металлических связей 200 см2.

В версии 2006 г. программного комплекса “МicroFE” реализован сейсмический расчет сооружений по акселерограммам при условии, что упруго-пластические связи являются внешними. Поэтому, с учетом косой симметрии задачи, перейдем к рассмотрению отдельной башни, где связевая крестовая решетка заменяется внешними моментными связями, приложенными в середине высоты панелей (рис. 12, 13). При этом при боковом толчке сжатые связи большой гибкости выключаются и система фактически работает как ферма с односторонней восходящей решеткой. Это дает возможность учитывать жесткость только растянутых раскосов.

Рис.12. Здание с перемычкой. Рис.13. Здание со связями.

Путем несложных преобразований получим, что жесткость моментной связи Rz при наклоне связей 45 градусов равна

Rz = 8 E F (1),

где Е – модуль упругости стали, а F – площадь поперечного сечения диагональной связи.При этом площадь поперечного сечения равна

F = Ncр / Ry (2).

Здесь Nср – усилие срабатывания раскоса, т.е. такое усилие в каждой конкретной диагонали, при которой она переходит в пластическую стадию своей работы, Ry –предел текучести стали.

Тогда момент срабатывания эквивалентной моментной связи равен

Мср = 8 Nср (3).

Аналогично можно найти остальные эквивалентные жесткости моментных связей.

Произведено два расчета: здание с двойной крестовой связью на уровне 2/3 высоты здания (рис.12) и здание со связевой решеткой, регулярной по всей высоте здания (рис.13). Первая схема, при варьировании жесткости УПС показала зону снижения ускорений до величин отдельно стоящего здания при определенном подборе величин жесткости и усилия включения УПС.

Подбор жесткостей показал возможность выключения связей и работу УПС как пластических при усилиях срабатывания 500 КН*м (см. таблицу 4). При этом удается снизить ускорения с 0.41 м/c2 до 0.27 м/c2, равному ускорению одиночной свободной башни.

Ускорения, скорости и перемещения ЗСМ с 2-мя УПС. Таблица 4.

Ускорения, скорости и перемещения с 2-мя УПС
Параметры системы/ тип здания башня 2 башни с УПС 2 башни с УПС 2 башни с УПС
Жестк.
106,Усил.вкл.102, кH
- 20,20 10,10 5,5
Ускорения a.м/c2 0,27 0,41 0,33 0,27
Скорость v.м/с 0,32 0,22 0,28 0,32
Перемещение f, м 0,25 0,12 0,21 0,25

Во второй схеме подбор усилий срабатывания и жесткостей по расчету по спектральной теории показал переменные усилия, убывающие аналогично значениям поперечных сил в составном стержне.

Подбор жесткостей показал возможность выключения связей и работу УПС как пластических при усилиях срабатывания 100-600 КН*м (см. таблицу 5). При этом удается снизить ускорения с 0.61 м/c2 до 0.48 м/c2, равному ускорению свободностоящего здания.

Ускорения, скорости и перемещения здания ЗСМ с 5-ю УПС.

Таблица 5

Ускорения, скорости и перемещения здания с 5-ю УПС
Параметры системы/ тип здания башня 2 башни с УПС 2 башни с УПС 2 башни с УПС 2 башни с УПС
Жестк.106,Усил.вкл.102, кH - 2-12107 1-6107 3-6106 1-18106
Ускорения a.м/c2 0,48 0,61 0,61 0,52 0,48
Скорость v.м/с 0,27 0,21 0,17 0,32 0,27
Перемещение f, м 0,22 0,14 0,15 0,24 0,22

Проведенный анализ показывает, что применение упруго-пластических связей позволяет снизить ускорения колебаний высотного здания сложной мактроструктуры при сейсмическом воздействии практически до значений отдельно стоящего здания, а значит снизить сейсмические силы и усилия в элементах башен.

Основные результаты данной работы состоят в следующем:

  1. Сделан обзор основных проблем проектирования и существующих конструктивных схем высотных зданий и обоснована эффективность зданий сложной макроструктуры(ЗСМ).
  2. Исследованы особенности поведения ЗСМ при действии ветровых и сейсмических нагрузок. Выявлена противоречивость требований к ЗСМ при работе на ветровую и сейсмическую нагрузки.
  3. Показано, что для снижения сейсмических сил в ЗСМ возможно применение УПС. Разработан алгоритм расчета ЗСМ с применением УПС.
  4. Установка связей рекомендуется в зоне наибольших усилий в диагональных связях между корпусами ЗСМ.
  5. Усилия срабатывания рекомендуется принимать на 5-10% ниже продольных сил в стержнях связей, полученных при расчете на расчетное сейсмическое воздействие.
  6. Использование УПС с правильно подобранными характеристиками позволяет снизить горизонтальные ускорения от расчетного сейсмического толчка практически до значений отдельно-стоящего здания.

Данную работу можно рассматривать как первую попытку исследования и разработки рекомендаций по расчету и рациональному проектированию зданий сложной макроструктуры (ЗСМ), как относительно нового типа зданий.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

  1. А.А. Смирнов. Рациональное проектирование зданий сложной макроструктуры. Материалы доклада на 62-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов СПбГАСУ, 2 февраля 2006 г.
  2. А.А. Смирнов. Железобетонные каркасы высотных зданий. Особенности поведения зданий сложной макроструктуры под действие горизонтальных нагрузок., Стройпрофиль, N3(49) 2006 г., с 34-35.
  3. А.А. Смирнов. Рациональное проектирование зданий сложной макроструктуры, подверженных ветровым и сейсмическим воздействиям, журнал “Промышленное и гражданское строительство”., N 6, 2007 г. с.15-16.( публикация в издании, рекомендованном ВАК ).
  4. А.А.Смирнов. Повышение сейсмостойкости высотных зданий сложной макро-структуры путем введения упруго-пластических связей.Стройпрофиль, N 5 (67) 2008 г. с.68


Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 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.