CC BY
23На современном этапе, в связи с отсутствием полномасштабных исследований в данной области, оценку живучести подпорные стены и удерживающие конструкции целесообразно осуществлять путем расчета на единичную живучесть.
Предложенная методика в программном комплексе «Plaxis 3D Foundation» дает возможность оценить живучесть свайных удерживающих конструкций и подпорных стен, оптимизировать конструкцию с точки зрения максимизации стойкости к прогрессирующему разрушению;
Расчет живучести свайных удерживающих конструкций и подпорных стен позволяет не только принять необходимые меры по изменению проектных решений или усилению существующих конструкций, но и установить наиболее оптимальные варианты конструктивных решений.
Для совершенствования методики расчета живучести удерживающих конструкций, подпорных стен и других сооружений, взаимодействующих с грунтом, требуются дальнейшие экспериментальные и теоретические исследования, связанные с выявлением и классификацией первичных повреждений, установления их связи с процессами, происходящими в массивах грунта и др.
список литературы
1. ДБН В. 1.2-14-2009. Общие принципы обеспечения надежности и конструктивной безопасности зданий, сооружений строительных конструкций и оснований. К. Мшрегюнбуд Украши, 2009. — 41 с.
2. Дьяков И. М. Предпосылки и некоторые аспекты применения теории живучести к оценке работы подпорных стен на запредельные нагрузки / И. М. Дьяков // Строительство и техногенная безопасность. Сб. науч. трудов. — Симферополь : НАПКС, 2011. — Вып. 39. — С. 29—34.
3. Дьяков И. М. Оценка живучести свайных удерживающих конструкций / И. М. Дьяков // Строительство, материаловедение, машиностроение. Сб. науч. трудов. — Дн-вск : ГВУЗ ЭПГАСА, 2013. — Вып. 69. — С. 169—174.
4. Дьяков И. М. Виды и причины локального разрушения гравитационных подпорных стен в сложных инженерно-геологических условиях Крыма / И. М. Дьяков, Д. А. Мравец // Строительство и техногенная безопасность. Сб. науч. трудов. — Симферополь : НАПКС, 2011. — Вып. 37. — С. 80—88.
УДК 624.046; 69.059.2 Кореньков П.А., аспирант
Национальная академия природоохранного и курортного строительства
ПОСТРОЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ С УЧЕТОМ НЕЛИНЕЙНЫХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА ПРИ АНАЛИЗЕ ОПАСНОСТИ ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО ОБРУШЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КАРКАСОВ
На примере расчета шестнадцатиэтажного здания предложена методика оперативного построения расчетной модели с учетом физической нелинейности работы материала при анализе опасности прогрессирующего обрушения зданий повышенной этажности с железобетонным каркасом. Установлена возможность применения сертифицированных в Украине программных комплексов для анализа опасности прогрессирующего обрушения зданий повышенной этажности с железобетонным каркасом. Выявлена необходимость дальнейших исследований в данном направлении. Ключевые слова: здания повышенной этажности, аварии, живучесть, прогрессирующее обрушение, численное моделирование, физическая нелинейность
Введение
Участившиеся в последнее время аварии зданий и сооружений в результате ошибок проектирования, возведения, нарушения правил эксплуатации, а так же обрушения жилых домов вследствие взрывов, (взрывы бытового газа, террористические акты) на первый план выходят вопросы обеспечения безопасности эксплуатации зданий и сооружений.
Учитывая, что строительство на территории Крымского полуострова осуществляется при сочетании таких неблагоприятных факторов как сложные инженерно-геологические условия, в тесном контакте с уже существующими зданиями и сооружениями, при повышенном уровне сейсмической опасности, проблема живучести возводимых и реконструируемых объектов стоит достаточно остро.
анализ публикаций
В последние годы возрос интерес к проблеме обеспечения живучести зданий и сооружений, а именно в контексте стойкости к явлениям прогрессирующего (лавинообразного) обрушения (ПО).
В Украине этот вопрос регламентирует вступивший в силу с 1 сентября 2009 г. ДБН В. 1.2-14-2009 [1] «Общие принципы обеспечения надежности и конструктивной безопасности зданий, сооружений строительных конструкций и оснований». Данный документ напрямую трактует вопрос живучести как один из методов недопущения «прогрессирующего» обрушения, что встречается и в ряде американских и европейских норм.
Защиту конструкций здания от прогрессирующего обрушения так же оговаривает ДБН В.2.2-24:2009 [2] «Проектирование высотных жилых и гражданских зданий». В приложении «Е» этих норм изложена «Методика расчёта высотного здания на противодействие прогрессирующему разрушению», носящая рекомендательный характер.
цель и постановка задач
Проектирование зданий повышенной этажности, защищенных от явлений прогрессирующего (лавинообразного обрушения) (ПО).
В соответствии с поставленной целью сформулированы задачи исследования:
- предложить методику оперативного построения расчетной модели с учетом физической нелинейности работы материала при анализе опасности прогрессирующего обрушения зданий повышенной этажности с железобетонным каркасом;
- установить возможность применения сертифицированных в Украине программных комплексов, для анализа опасности прогрессирующего обрушения зданий повышенной этажности с железобетонным каркасом.
методика исследования
Численный эксперимент с пространственными моделями железобетонных рамно-связевых каркасов зданий повышенной этажности средствами ПК «ЛИРА».
результаты и их анализ
В ПК «ЛИРА» [3, 4, 5] предусмотрен нелинейный процессор, предназначенный для решения физически и геометрически нелинейных, а также контактных задач. В работе [3] профессор A.C. Городецкий отмечает, что применение нелинейного процессора позволяет получить гораздо более обширные и соответствующие действительности сведения о НДС конструкции, включающей нелинейно деформируемые материалы, чем при расчете по закону Гука.
Вместе с тем отмечаются некоторые условности расчета, в частности сохранение основополагающего принципа МКЭ - сохранение неразрывности деформаций.
Объектом исследования выбран рамно-связевой каркас здания повышенной этажности из монолитного железобетона с регулярной сеткой колонн в продольном и поперечном направлении.
Для получения объема информации, позволяющего оценить зависимости изменения напряженно-деформированного состояния несущих элементов каркаса здания при
изменении интересующих нас различных параметров необходим расчет наиболее характерных конструктивных схем при различных значениях варьируемых параметров с последующим анализом характера их изменения.
Поэтому первым этапом работы явился обоснованный выбор конструктивных схем и значений варьируемых параметров для исследования.
План для исследуемого шестнадцатиэтажного здания принят с одинаковым шагом колонн в продольном и поперечном направлении равный 6 метрам (рис. 1) Общие размеры плана 18x30 метров. Каркас рамно-связевый, диафрагмы размешены в плане симметрично, образуя ядро жесткости, расположенный в осях «3-4/Б-В», «3-4/В». Таким образом, для исследования принято планировочное решение, наиболее часто используемое для массового применения при проектировании зданий повышенной этажности.
Высота типового этажа 3 метра. Сечения элементов, классы бетона и арматуры приняты так же наиболее широко применяемые при возведении зданий повышенной этажности на территории Украины и АР Крым.
Расчетные схемы построены с учетом возможностей ПК «ЛИРА» пространственными (рис. 2). В этих схемах присутствуют все фактические несущие элементы пространственной несущей системы. Сечение колонн принималось на основании предварительных расчетов конструкции. В первом приближении все колонны каркаса были приняты одинакового сечения (одинаковой жесткости). Однако, усилия, возникающих в колоннах нижних этажей центральных отличались, а, следовательно, отличались и деформации элементов. С целью выравнивания деформаций элементов и снижению материалоемкости конструкции было принято решение назначить элементам каркаса сечения пропорциональные передающимся на них усилиям. В итоге, центральным колоннам первых трех этажей было назначено большее сечение.
Рис. 1. План типового этажа исследуемого здания
Колоннам центрального ряда, имеющим грузовую площадь около 36 м2, было задано сечение 500 х 500 мм. Для остальных колонн сечение - 400 х 400 мм.
Сечение ригелей принято 400 х 400 мм. Толщина плит перекрытий и покрытия - 200 мм. Основание здания принято условно - жесткое защемление колонн. Толщина диафрагм 200 мм. План типового этажа представлен на рис. 2. 1.
Нагрузки и воздействия на здание определены согласно [6]. В ПК «ЛИРА» прикладываются полные расчётные нагрузки. С помощью комбинации загружений и модуля РСУ учитывается система коэффициентов для расчета по I и II группам предельных состояний.
Значения принятых нагрузок:
1. Загружение (Постоянные нагрузки):
- собственный вес несущих конструкций здания (учитывается автоматически);
- собственный вес конструкции пола - 1 кН/м2;
- собственный конструкций ограждения - 5 кН/м;
2. Загружение (Длительные) - 2,5 кН/м2;
3. Загружение (Кратковременные) - 1,5 кН/м2;
4. Ветер вдоль X ;
5. Ветер вдоль У.
результаты по подбору армирования
Для отображения действительной работы несущих конструкций здания, был применен прием «унификации сечений» для элементов, работающих в одинаковых условиях. Параметры и номенклатура групп унификации представлена на рис. 3-6.
В дальнейших исследованиях эти результаты будут использованы при учете нелинейного характера работы материала при моделировании аварийной ситуации. При необходимости, можно изменить как тип конечного элемента (КЭ410, КЭ442, КЭ444), так и закон деформирования (экспоненциальный, кусочно-линейный).
Подбор армирования осуществляется в модуле «Лир-АРМ» с последующим импортом подобранного армирования в модуль «Лир-Визор», где и происходит корректировка расчетной модели.
С помощью «Монтажных таблиц» моделируются стадии обрушения. Формируется две стадии: в первую входят все элементы конструкции без исключения; во второй в качестве демонтируемого элемента принимается разрушаемая колонна.
Результатом расчёта являются усилия, напряжения и перемещения на каждом из этапов приложения нагрузки, картины трещин в диафрагмах и панелях перекрытия и покрытия, места образования пластических шарниров, информация об элементах, разрушающихся в первую очередь. Также имеется возможность определить нагрузку, при которой разрушается первый элемент конструкции и по ней судить об имеющихся запасах по несущей способности.
Рис. 2. Унификация армирования Рис. 3. Общий вид численной модели
колонн по высоте здания 16-ти этажного здания
Расчет на устойчивость к прогрессирующему обрушению
Рис. 4. Унификация армирования участков перекрытия и покрытия
© 0 0 0 0® Рис. 5. Унификация армирования участков ригелей
Рис. 6. Унификация армирования колонн в пределах одного этажа
выводы
1. Предложена методика оперативного формирования расчетной модели с учетом физической нелинейности работы материала для зданий повышенной этажности с железобетонным каркасом;
2. Установлена возможность применения программных комплексов, лицензированных в Украине для анализа опасности прогрессирующего обрушения.
Несмотря на проделанную большую работу исследователями многих стран, включая Украину, следует сделать вывод, что задач по разработке мероприятий и проектных решений по предотвращению прогрессирующего обрушения остаётся достаточно много.
список литературы
1. ДБН В.1.2-14-2009 Загальш принципи забезпечення надшности та конструктивно! безпеки буд1вель, споруд, буд1вельних конструкщй та основ. К., Мшрегюнбуд Украши. 2009. - 32 с.
2. ДБН В.2.2-24 2009 Проектування висотних житлових i громадських будинив. К., Укрархбудинформ, 2006. - 105 с.
3. ПК ЛИРА, версия 9. Программный комплекс для расчета и проектирования конструкций. // Справочно-теоретическое пособие под ред. Академика АИН Украины A.C. Городецкого. - К.-М.: издательство «Факт», 2003. - 464 с.
4. Барабаш М.С. ЛИРА 9.2. Примеры расчета и проектирования. Учебное пособие. / М.С. Барабаш, Ю.В. Гензерский, Д.В. Марченко, В.П. Титок. - К.: издательство «Факт», 2005. - 106 с.
6. Гензерский Ю.В. ЛИРА 9.4. Примеры расчета и проектирования. Приложение к учебному пособию ЛИРА 9.2. / Ю.В. Гензерский, А.Н. Куценко, Д.В. Марченко, и др. - К.: издательство НИИАСС, 2006. - 124 с.
7. ДБН В. 1.2-2:2006. Нагрузки и воздействия / Минстрой Украины. - К.: Издательство «Сталь», 2006. - 60 с.
8. Progressive Collapse Analysis and Design Guidelines for New Federal Office Buildings and Major Expansion Projects, prepared by Applied Research Associates for GS A, Washington, D C., 2003. - 119 p.
