Войти  |  Регистрация
Авторизация

Процесс проектирования несущих конструкций высотных зданий



Процесс создания проекта от концепции здания до концепции несущих конструкций. Предполагается, что на предыдущем этапе проектирования было рассмотрено здание как единое целое с точки зрения его функционального назначения, архитектурного и конструктивного решений. Были предъявлены требования к расположению внутренних объемов, а также требования обеспечения комфортных условий и рационального размещения технического оборудования здания. С архитектурной и градостроительной точек зрения были установлены требования к внешнему виду и интерьеру объемов.
На предыдущем этапе была намечена также геометрия несущих конструкций и созрело представление о конструктивно-статическом решении с учетом главных условий компоновки конструкций и ТОЗ, предварительно установлена материалоемкость конструкций и характер нагрузки.
Условием успешного решения несущих конструкций является прежде всего выбор элементов и частей, из которых состоят система и ее структуры.
Процесс проектирования и сравнение несущих конструкций со статической точки зрения. Система несущих конструкций здания должна соответствовать функциональным, архитектурным и конструктивным требованиям проектировщика. Исследуем систему несущих конструкций более подробно. Это прежде всего оценка статической и динамической работы конструкций, которая является решающей и определяющей при выборе и формировании несущих конструкций. С этой точки зрения система была названа конструктивно-статической. Зависимость системы от факторов, влияющих на проектирование и оценку несущих конструкций, изображена на рис. 5.1 в виде блочной схемы (диаграммы развития). Эта схема правомерна как для всей системы, так и для отдельных ее частей и элементов. Ниже более подробно рассмотрены отдельные компоненты конструктивно-статической системы и факторов, влияющих на нее.
1. Конструктивно-статическая система. Главным в процессе проектирования является собственно конструктивно-статическая система, определяемая как совокупность элементов (стержней, плоских и массивных элементов), скрепленных деформируемыми соединениями. Совокупность элементов и соединений можно выразить с помощью статической модели или схемы, которая содержит главные геометрические размеры элементов (пролет, длину, высоту) и их взаимное статическое соединение (шарнирное, неразрезное, жесткое, упругое, податливое), характеристику сечений (постоянное, переменное) и т.п. Предполагается, что статическая схема уже известна или в крайнем случае выбрана на основе данных предыдущего этапа проектирования, например в технико-экономическом обосновании, техническом проекте, проектном задании.
2. Конструктивно-статическую систему дополняют и уточняют две подсистемы.
Форма, размеры сечений и соответствующие характеристики сечений, которые определяют на разных стадиях исследований с различной точностью в зависимости от характера конструкции и вида статического исследования: при определении внутренних сил статически определяемых систем, как правило, нет необходимости знать характеристики сечений; при определении внутренних сил статически неопределимых систем надо знать хотя бы их взаимные отношения; при определении деформаций для всех систем необходимо знать размеры сечений и их характеристики в виде действительных значений.
Характеристики материалов, из которых запроектирована конструкция. Знание свойств материалов необходимо, с одной стороны, для определения внутренних сил, пластичности, устойчивости, перераспределения (которые зависят от характера рабочей диаграммы), с другой стороны — прочностных характеристик и усталости материала из-за высокоциклического нагружения и т.п.
3. Нагрузки, воздействия и влияния, являющиеся входными данными системы, которые эта система должна воспринимать и передавать фундаментам и основанию. В зависимости от причин возникновения нагрузки и воздействия подразделяются на три группы:
- нагрузки, обусловленные функциями объекта и конструкций (собственный вес, эксплуатационная нагрузка, динамические воздействия, давление грунта и воды);
- воздействия окружающей среды (ветер, снег, температурные воздействия, землетрясение);
- дополнительные нагрузки (усадочные, от ползучести, температуры внутренних источников, предварительное напряжение, внутренние напряжения).
Нагрузки меняются во времени и пространстве. Вызванные различными источниками и причинами, нагрузки будут действовать в разных комбинациях и иметь разные величины.
4. Методы, теории, пособия и устройства, дающие возможность определять реакцию системы на входные данные (например, нагрузки) и трансформировать их в выходные данные (воздействия). Это прежде всего теория расчета несущих конструкций (строительная механика, теория упругости, пластичности, прочности, устойчивости, динамики и т.п.), наука о материалах, экспериментальная проверка на моделях и готовых конструкциях. Необходимым компонентом при решении теоретических моделей, имитирующих работу конструкций, является вычислительная техника.
5. Выходными данными системы в виде реакции системы на нагрузки являются внутренние силы (напряжения) или деформации. На основе внутренних сил от максимальной нагрузки можно произвести подбор сечений (запроектировать размеры). При подборе сечений необходимо учитывать некоторые ограничивающие условия, например модульные раймеры, конструктивные высоты, для стальных конструкций — сортамент проката, при армировании - сортамент арматуры. Необходимо убедиться в том, что при подборе сечений возможные изменения в первоначально принятых сечениях не повлияют на величину внутренних сил, в противном случае нужна их корректировка. В большинстве случаев требуется и определение деформаций отдельных элементов или всей системы (для здания, например, в горизонтальном направлении).
6. Результаты выходных данных (анализ воздействия нагрузки) сравнивают по определенным критериям, сформулированным в нормах. В основном пользуются критерием несущей способности (первая группа предельных состояний). После этого контролируют поведение системы с точки зрения функциональной надежности (вторая группа предельных состояний). Если выходные данные не соответствуют этим критериям, то необходимы исправления, зависящие от характера расхождения. Это могут быть исправления подбора сечений, свойств материала (например, применение материала более высокой прочности), либо исправления геометрии и конструктивной схемы, изменения нагрузки. Иногда небольшие расхождения возможно устранить уточнением и принятием более точной статической схемы или применением более сложной теории расчета (например, теории пластичности), если ранее принятые упрощения обеспечивали завышенную безопасность системы и конструкций.
7. Рассмотрение решения с учетом различных факторов необходимо для принятия окончательного решения. Статически удовлетворительное решение оценивают с технической точки зрения, например минимальную толщину стальных листов с точки зрения изготовления и коррозии. Решение должно соответствовать технологическому оборудованию изготовителя, экономическим факторам (стоимости, трудоемкости) и обеспечивать технологичность изготовления (использование заводского оборудования, временной фактор, транспортабельность) и т.п. Части и участки в блочной схеме, обозначенные числами 1—6, можно регулировать и объединить в понятие ’’проектирование”, а их главные проектные критерии сформулировать в нормах. В этом случае решение зависит от каждого конкретного случая, опыта проектировщика и тесно связано со сферой поставки. Работы, проводимые после получения статически удовлетворительного решения, можно назвать оптимизацией, т.е. введением дополнительных критериев, которым решение должно удовлетворять.
Удовлетворительное и оптимальное решения. Подбор размеров имеет характер синтеза; это значит, что должна быть найдена структура (сечения, размеры) с требуемым поведением. Поведение характеризуется статическими условиями с различными ограничениями и имеет множество возможных решений. При традиционном способе проектирования эти решения ограничиваются условиями, выработанными на основе опыта проектирования или интуитивно, либо выбираются путем сравнения нескольких решений. При новейших методах, основанных на методах оптимизации, из множества решений можно произвести выбор системно и объективно с помощью формулирования соответствующего условия, т.е. функции соответствующего критерия (целевой функции). Целевая функция может выражать и экономические требования, например минимальную потребность материалов или труда на изготовление конструкции и т.п. Разумеется, что самым правильным критерием является тот, который включает в себя все или хотя бы важнейшие экономические факторы. Таким критерием, который дает возможность привести все экономические факторы к единому знаменателю, являются капитальные затраты, поэтому при решении задач оптимизации принимается целевая функция капитальных затрат или целевая функция экономической эффективности.
В большинстве существующих до настоящего времени решениях задач оптимизации исходят из условия получения минимальных затрат материалов. Эти решения относительно просто формулируются условиями минимальных площадей сечений. Такая постановка задачи не может разрешить противоречие между минимумом расхода материалов и минимумом трудозатрат. Лучшее решение можно получить, если за критерий функции принять стоимость материала, или же для стальных конструкций стоимость проката с учетом стоимости выполнения сварных соединений. Стоимость материала Является весомой составной частью всех затрат на конструкцию. Большинство других затрат определяют от стоимости материала или пропорциональных ей (например, транспортирование). Эта функция учитывает влияние сортамента, качества материала, условий поставки и т.п. Более объективно было бы определение оптимальной конструкции с учетом минимальных затрат на ее монтаж. Однако найденная таким образом конструкция может быть не наилучшей с точки зрения комплексности конструкции (с учетом отделочных работ, пожарной безопасности и прочих работ) или требований эксплуатации, срока службы, комфортабельности. Наиболее правильным методом надо считать тот, который учитывал бы оптимизацию несущих конструкций всего объекта.
Процесс проектирования несущих конструкций высотных зданий

Направление проектирования несущих конструкций. Диаграмму на рис. 5.1, являющуюся алгоритмом проектирования конструкции со статической точки зрения, можно применять на разных уровнях расчета, например при предварительном и окончательном проектировании. Однако все компоненты системы, включая и дополнительные факторы, должны соответствовать уровню расчета.
Если разрабатывают технический проект, то система может быть сформулирована проще, чем система при окончательном решении. Это касается и нагрузок, и примененных методов расчета. Нет смысла применять очень точно сформулированную систему и точные методы расчета для примерно определенных нагрузок. Теоретически для одного и того же объекта должны приниматься одни и те же основные положения, а именно, что любые нагрузки должны восприниматься одной и той же статической системой, однако на практике это не всегда выполняется. Например, для упрощения и ускорения расчета принимают для вертикальной нагрузки иную статическую схему (например, для рамных конструкций схема с неподвижными узлами), чем для нагрузки горизонтальной; для упрощения статических расчетов и повышения надежности конструкций часто не учитывают пространственную работу и т.п. Для точного определения деформаций, особенно если надо достичь сходимости измеренных и вычисленных значений, принимается во внимание пространственная работа конструкции или же, в случае необходимости, совместная работа комплексных конструкций и т.п. При проектировании перекрытий с применением несущих стальных конструкций иногда бывает, что стальные балки подбирают без учета их совместной работы с плитой перекрытия и учитывают ее при определении прогибов от эксплуатационной нагрузки или при проверках по второму предельному состоянию и т.п.
Проектирование и проверка конструкций со статической точки зрения являются единым процессом, содержащим взаимозависимые компоненты. Взаимоотношение, которое, по существу, соединяет эти зависимости, называют поведением системы, т.е. взаимоотношение между входными и выходными данными, которое зависит от реакции структуры системы, ее способности трансформировать нагрузки в напряжения и деформации. Другим важным аспектом являются правила, на основе которых анализируется поведение системы. Поэтому философия проектирования или нормы проектирования несущих конструкций должны выражать все факторы процесса: нагружение, конструктивно-статическую систему, свойства материалов, основы определения реакции системы, условия, в которых конструкция работает, и условия оценки поведения.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent