CC BY
10
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КАРКАСОВ МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИИ С РАЗЛИЧНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ СИСТЕМ РАСПОРОК ПОД ДЕЙСТВИЕМ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
С.Е. Оразов, магистрант
А.А. Брянцев, доктор философии (PhD)
Международная образовательная корпорация (Казахская головная архитектурная-строительная академия) (Казахстан, г. Алматы)
DOI:10.24412/2500-1000-2023-4-3-100-105
Аннотация. В литературных источниках стран СНГ имеющих открытый доступ, сравнительных анализ работ каркасов многоэтажных здании из металлических конструкции под действием различных нагрузок очень мало. Для сравнительного анализа каркасов многоэтажных зданий из металлического каркаса с различными расположениями распорок были выполнены расчеты методом конечных элементов в программе ЛИРА-САПР 2020 и приведены результаты перемещения от статических и динамических нагрузок. Были определены эффективные каркасы от статических и динамических воздействий.
Ключевые слова: каркас, сравнительный анализ, статические и динамические нагрузки, перемещения, системы связи, многоэтажные здания, ЛИРА-САПР 2020.
Во всех странах с древних времен необходимость возведения многоэтажных зданий обуславливалась ростом населения городов, а в дальнейшем - дефицитом земли под застройку, а также необходимостью рационального использования ресурсов. При этом стальная каркасная система до сих пор используется при проектировании высотных зданий, на данный момент разработано много новых конструктивных схем многоэтажных каркасов, которые позволяют возводить здания практически любой высоты.
В литературных источниках стран СНГ имеющих открытый доступ, сравнительных анализ работ каркасов многоэтажных здании из металлических конструкции под действием различных нагрузок очень мало.
Поэтому исследование и сравнение работы каркасов даёт сокращение времени и финансовых средств инженерам при стадии проектирование многоэтажных зданий из металлических конструкций, экономие времени в научной деятельности для дальнейшего исследования подобных конструкций за счет сравнительных исследовании в виде таблиц и диаграмм.
Нагрузка - это силовое воздействие, вызывающие изменения напряженного -деформированного состояния различных тел, материалов и констуркций. По характеру изменений во времени различают статические нагрузки и динамические нагрузки [1, 2].
Статические нагрузки - это нагрузки, нарастаяющие медленно от нуля до своего конечного значения и в дальнейшим не изменяющиеся [2, 3]. Учет этих нагрузок очень важен при проектировании любого механизма или сооружения. Статические нагрузки подразделяются на постоянные нагрузки и временные; временные в свою очередь делятся на подвижные и не подвижные.
Динамические нагрузки - это нагрузки, которые, в отличие от статических, являются функциями времени. Они могут изменять свою велечину, направление или положение в относительно малые промежутки времени, вызывая сотрясение сооружений, создавая толчки и удары. Динамические нагрузки сообщают массам сооружения значительные ускорения, вызывая тем самым появление сил инерции перемещающихся масс и колебание систе-
мы относительно положения её статического равновесия [4, 5]. Методы исследования В программу исследований входит: 1. Методом конечных элементов выполнить численое исследование каркасов в различными расположениями вертикальных систем связи в ПО ЛИРА САПР 2020.
2. Приведение результатов в виде таблиц и диаграмм и определить эффективный каркас многоэтажного здания.
Результаты исследования.
Сортаментом всех элементов каркасов является квадратная труба. Классы стали квадратных труб были выбраны С345.
Исходные данные многоэтажного здания с металлическим каркасом для расчета представлены в таблице 1.
Таблица 1. Исходные данные многоэтажного здания с металлическим каркасом
(квадратная труба)
Маркировка объекта Шаг в прод. и попер. направ.-ии Кол-во шагов Кол-во этажей Высота этажа Основная колонна Главная балка Второстепенная балка Вертикальные связи Конструктивное система верт. связей
Зд1 7 5 11 3,3 350х22 250х12 140x7 200х7 V -образные
Зд2 7 5 11 3,3 350х22 250х12 140x7 200х7 V -образные
Зд3 7 5 11 3,3 350х22 250х12 140x7 200х7 V -образные
Представлены три трехмерные модели каркасов зданий для визуального восприятия ниже на рисунках 1-3 по таблице 1, которые были свизуализированы в программе Tekla Structure.
На рисунке 1 представлена трехмерная модель каркаса здания Зд 1, которая имеет
вертикальные системы связи(У - образных) в центре здания в качестве ядра жесткости по всему этажу здания и также вертикальные связи (V - образных) по середине и по краям торцов с каждой стороны и по всему этажу здания.
Рис. 1. Трехмерная модель каркаса здания Зд 1 [материал авторов]
На рисунке 2 представлена трехмерная этажу здания и также вертикальные связи
модель каркаса здания Зд 2, которая имеет (V - образных, по всему этажу) по
вертикальные системы связи в центре середине торцов с каждой стороны и по
здания в качестве ядра жесткости по всему всему этажу здания.
Рис. 2. Трехмерная модель каркаса здания Зд 2 [материал авторов]
На рисунке 3 представлена трехмерная образных) в центре здания в качестве ядра модель каркаса здания ЗД 3, которая имеет жесткости по всему этажу здания. вертикальные системы связи^ -
Рис. 3. Трехмерная модель каркаса здания ЗдЗ [материал авторов]
Результаты расчетов по перемещениям при различных заданных воздействиях каркасов многоэтажного здания представлены в таблице 3.
Таблица 3. Результаты расчетов по перемещениям при различных заданных воздействиях каркасов многоэтажного здания _
Статические нагрузки Динамические нагрузки
Собствен. вес по Ъ Вес констр. пола Полезная нагрузка на перек-е Полезн. нагр. на ЛМ Сейсмика по Х Сейсмика по У Сейсмика по Z Ветровая по Х-У
ЗД1 -13,5; 0,28 -13,3; 0,3 -4,84; 0,09 -0,37; 0,014 -2,88; 23 -3,63; 8,91 -0,412; 30,4 -0;0,344
Зд2 -13,5; 0,3 -13,3; 0,3 -4,85; 0,11 -0,38; 0,02 -2,9; 23,1 -3,65; 8,95 -0,443; 31,9 -0; 0,36
Зд3 -13,5; 0,29 -13,3; 0,3 -4,85; 0,11 -0,39; 0,02 -2,81; 22 -3,44; 8,5 -0,465; 31,5 -0; 0,379
Диаграмма для сравнительного анализа статитических и динамических нагрузок каркасов здания Зд 1-Зд 3 представлены ниже на рисунках 5-6.
СТАТИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА (ММ)
■ Зд1 "Зд2 «ЗдЗ
СОБСТВЕННЫЙ ВЕС ПО Ъ ВЕС КОНСТРУКЦИЯ ПОЛА ПОЛЕЗНАЯ НАГРУЗКА НА
ПЕРЕКРЫТИЕ
Рис. 5. Перемещения от статических нагрузок
ДИНАМИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА(ММ)
■ Зд1 ■ Зд2 ИЗдЗ
СЕЙСМИКА ПО X СЕЙСМИКА ПО У СЕЙСМИКА ПО Z
Рис. 6. Перемещения от динамических нагрузок
По значениям перемещения от статических и динамических нагрузок представленные каркасы здания не превышает допустимые значения вертикальных и горизонтальных перемещений нормативных документов. По перемещениям от статических нагрузок является самым эффективным каркас здания Зд 1, а по перемещениям от динамических нагрузок является самым эффективным Зд 3.
Заключение
В программном комплексе ЛИРА-САПР-2020 были смоделированы каркасы здания сравнения между собой по несущей способности, массе и стоимости.
Анализируя полученные данные из таб-
что по перемещениям от статических нагрузок является самым эффективным каркас здания Зд 1, а по перемещениям от динамических нагрузок является самым эффективным Зд 3. Так же имеет смысл отметить, по полученным значения перемещения, что все представленные здания соответствуют существующим нормам проектирования.
Эти исследование способствует сокращение времени инженерам в сфере конструировании подобных металлических конструкций. Методика выполнения сравнительного анализа, примененноя в этой работе может использоваться как референс для дальнейших исследований.
лиц и графиков, можно сделать выводы,
Библиографический список
1. Pukhov A.A. Lectures on vibrations and waves: textbook. allowance. In two parts. Part 2 Waves. - M.: MIPT, 2019. - 206 p.
2. Storodubtseva T.N., Ogarkov V.B. Forced oscillations of a material point in a medium with resistance // Modern methods of function theory and related problems: materials of the International Conference Voronezh Winter Mathematical School (January 28-February 2, 2019). -Voronezh: VSU Publishing House, 2019. - P. 252-253.
3. Bagmutov V.P., Belov A.A., Stolyarchuk A.S. Elements of stability calculations: textbook. allowance. - Volgograd: IUNL VolgGTU, 2010. - 56 p.
4. STARK_ES. Software package for calculating spatial structures for strength, stability, vibrations. User's manual. - Eurosoft, 2008. - 383 p.
5. Стородубцева Т.Н., Медведев И.Н., Китаев В.В. Изучение динамических нагрузок-актуальная задача решения устойчивости современных конструкций // Современный лесной комплекс страны: проблемы и тренды развития. - 2022. - С. 233-239.
6. Хрипунов, А. А. Анализ характеристик жесткости вариантов конструктивных схем металлического каркаса высотного здания / А. А. Хрипунов // Шаг в науку. - 2017. - № 1. - С. 142-151. - EDN VUBDQI.
COMPARATIVE ANALYSIS OF FRAMES OF MULTI-STOREY BUILDINGS WITH DIFFERENT LOCATION OF BRACING SYSTEMS UNDER STATIC AND DYNAMIC
LOADS
S.E. Orazov, Graduate Student
A.A. Bryantsev, Doctor of Philosophy (PhD)
International Educational Corporation (Kazakh Leading Architectural and Construction Academy)
(Kazakhstan, Almaty)
Abstract. In the literature sources of the CIS countries with open access, there is very little comparative analysis of the work of frames of multi-storey buildings made of metal structures under the influence of various loads. For a comparative analysis of frames of multi-storey buildings from a metal frame with different arrangements of spacers, finite element calculations were performed in the LIRA-SAPR 2020 program and the results of displacement from static and dynamic loads were presented. Effective frames from static and dynamic influences were determined.
Keywords: frame, comparative analysis, static and dynamic loads, displacements, bracing systems, multi-storey buildings, LIRA-SAPR 2020.
