Войти  |  Регистрация
Авторизация

Критерии для проектирования высотных зданий



Концентрации и определение предельных состояний. В Чехии при проектировании конструкций объектов различного назначения полностью перешли на метод проектирования по предельным состояниям. В нем применяются концепции, основанные на теории надежности, характеризуемой совокупностью безопасности, эксплуатационной пригодности и долговечности конструкции и т.д. Действенным средством исследования являются математическая статистика и теория вероятностей. Этой тематике посвящено много работ и публикаций, например.
На этом методе разработаны все нормы, применяемые при проектировании конструкций, а именно нормы Чехии: CSN 73 0031 ’’Расчет строительных конструкций и оснований. Основные положения”, СSN 73 0035 ’’Нагрузки на строительные конструкции”, СSN 73 1401 ’’Проектирование стальных конструкций”, CSN 73 1201 ’’Проектирование железобетонных конструкций” и др.
Применяемые до недавнего времени детерминистические концепции расчета, в том числе проектирование с применением допускаемых напряжений, являются неудовлетворительными, так как дают неодинаковую меру надежности отдельных частей конструкций, не применимы при проектировании конструкций в соответствии с теорией пластичности, расчетов в соответствии с теорией второго порядка, предварительно напряженных конструкций и т.п. Надо отметить, что концепция допускаемых напряжений была весьма проста из-за чрезмерного упрощения основной схемы расчета. Разброс временных переменных функций нагрузок и несущей способности был выражен одним детерминистическим коэффициентом запаса, что исключает глубокое рассмотрение отдельных функций.
Концепция предельных состояний логична, научно обоснована, однако в ее содержании имеется пока много детерминистических величин, что является результатом недостаточной изученности некоторых положений. При применении метода предельных состояний даже для простейших систем, не говоря уже о более сложных системах высоких зданий, возникают проблемы. Сложные системы высоких зданий могут иметь больше резервов надежности, чем простые конструкции, например из-за более высокой статической неопределимости, больших площадей, загружаемых при эксплуатации, совместной работы различных частей здания, совместной работы несущих и вспомогательных конструкций. Однако для высотных зданий более значимыми становятся воздействия других нагрузок, которые для иных конструкций не являются столь важными, как, например, воздействие ветра, включая его динамические составляющие, сейсмические и температурные воздействия и т.д.
За предельное состояние принимается состояние конструкции, когда превышение воздействий на нее вызывает ее непригодность, т.е. она перестает выполнять свои функции.
Обычно предельные состояния подразделяют на две главные группы:
- первая — несущая способность (потеря несущей способности или полная эксплуатационная непригодность);
- вторая - эксплуатационная пригодность (непригодность для постоянной эксплуатации, которая, например, устанавливается нормами).
Разница между двумя группами предельных состояний состоит в том, что первая отвечает критерию безопасности конструкции против разрушения при действии наибольших установленных нагрузок или при сочетании нагрузок, действующих во время срока службы конструкции, в то время как вторая группа соответствует постоянным эксплуатационным условиям, нагрузкам, воздействиям. Обе группы предельных состояний одинаково важны.
Первая группа предельных состояний - несущая способность. Предельные состояния несущей способности подразумевают сравнение установленных максимальных воздействий нагружения и установленных минимальных несущих способностей конструкции (системы), ее части, отдельных элементов и соединений. При этом запроектированная конструкция должна быть способна воспринять один или несколько раз установленные максимальные воздействия нагружения без потери несущей способности и в дальнейшем исправно выполнять требуемые функции. Отдельные критерии можно объединить в группы: прочность, разрушение, излом, потеря устойчивости и положения; малоцикловая и высокоцикловая усталость; изменение вида и состояния, при которых необходимо приостановить эксплуатацию из-за текучести материала, смещений в соединениях; для бетонных конструкций, кроме того, из-за раскрытия трещин.
При применении стальных конструкций высотных зданий главными проблемами являются: прочность и разрушение от растяжения, сжатия, изгиба, сдвига отдельных частей, элементов и соединений; потеря устойчивости. Проблема устойчивости решается как задача устойчивости на основе идеальных конструкций или как задача прочности конструкций, имеющих недостатки, с применением теории второго порядка, а также как проблема устойчивости, связанной с большой гибкостью и относительно малой жесткостью (сталь является материалом высокой прочности). При этом имеют место разные типы потери устойчивости: плоская форма потери устойчивости (изгиб со сжатием) всего элемента, например для гибких колонн (ядер жесткости, опор); изгибно-крутильная форма потери устойчивости (пространственная), например выход из плоскости действия момента сжатых поясов сплошно-стенчатых балок, сжатых стержней открытого сечения; местная устойчивость стенок, поясов, пластинок, составляющих сечение элемента.
Явлений усталости материалов в конструкциях высотных зданий не бывает. Низкоцикловая усталость интенсивно изучается, особенно во взаимосвязи с сейсмическими воздействиями для обеспечения надежности зданий.
Функцию несущей способности можно рассматривать на основе теории упругости или пластичности. При проектировании конструкций высотных зданий пока, как правило, не применяется теория пластичности (предположения упругопластической работы материала) по следующим причинам:
- при расчетах стальных конструкций высотных зданий очень часто решающими являются критерии второй группы предельных состояний, т.е. требования жесткости, не для горизонтальных элементов, имеющих вертикальную нагрузку, а для всей конструктивной системы при горизонтальном нагружении; в этом случае нельзя полностью использовать способность работы даже в упругой стадии материала несущих конструкций;
- для стальных конструкций применяются такие типы сечений (преобладают двутавровые сечения с относительно тонкими стенками), которые имеют относительно малый пластический резерв (отношение моментов сопротивления в пластической Wpl и упругой Wel стадиях примерно равно 1,05 - 1,10);
- при использовании пластических резервов системы и сечений прежде всего необходимо бы было доказать, что не произойдет потеря устойчивости какой-то части конструкции ранее, чем будет достигнут предел текучести в наиболее нагруженных волокнах сечений.
Расчет по теории пластичности бывает сложным, для каждой комбинации нагрузок дает разные значения и для сложных систем еще недостаточно разработан, поэтому применение его для практического проектирования пока что нереально.
Основная зависимость предельного состояния несущей способности может быть выражена схематически символическим уравнением
Критерии для проектирования высотных зданий

Левая часть неравенства выражает максимальные воздействия нагрузок, правая — минимальную несущую способность.
Уравнение (5.1) дает возможность постепенно заменить детерминистические величины данными, полученными с помощью статических методов теории вероятностей, и является переходной ступенью от детерминистического метода допустимых напряжений к точным понятиям надежности.
Из уравнения (5.1) можно, приняв предпосылку, что n,s,k независимы друг от друга и что зависимость между нагрузкой и напряжениями линейна, получить известный вид критерия для проверки конструкций по допускаемым напряжениям σdov:
Критерии для проектирования высотных зданий

Вторая группа предельных состояний — эксплуатационная пригодность. По критериям второй группы предельных состояний проверяют деформации элементов, частей или всей конструктивной системы, которые возникают от внешней нагрузки (вертикальной и горизонтальной), при вибрации от повторяющейся нагрузки, от воздействий температур, деформативности и осадки оснований. Деформации определяются от обычных эксплуатационных воздействий (условий). С точки зрения безопасности самих несущих конструкций эти деформации не опасны, однако последствия их возникновения могут вредно сказаться на эксплуатационных качествах конструкций, условиях работы или проживания.
Критерии второй группы зависят прежде всего от жесткости, т.е. от величин деформаций, которые проверяют с нескольких позиций:
- с точки зрения эксплуатации. Жесткость конструкции должна позволять вести безаварийную эксплуатацию машин и оборудования. При этом требования к жесткости конструкций будут зависеть от типа установленного оборудования и режима его работы (ЭВМ, параболических антенн связи, точных приборов и т.п.). Для высотных зданий предъявляются требования по обеспечению: надежности работы лифтов, которые могут быть выражены в виде максимальных отклонений лифтовых шахт от вертикали; уклонов труб канализации; горизонтальности полов и т.п. Особое внимание обращают на динамические воздействия машинного оборудования; весьма важным является недопущение резонанса в динамически загруженных конструкциях, например в конструкциях под вентиляторы, в конструкциях перекрытий танцевальных залов и т.п.;
- с точки зрения разрушения или повреждения вспомогательных конструкций или технического оборудования. Чрезмерно большие деформации несущих конструкций могут неблагоприятно отразиться на дополнительных конструкциях. Допустимые значения деформаций зависят от свойств строительных частей и оборудования. При определенных значениях деформаций нарушения не возникают (перемещения могут быть в рамках допусков, или не возникают благодаря упругости и эластичности материалов дополнительных конструкций), однако превышение допустимых деформаций может привести к значительным убыткам (разрушение остекления, фасадных навесных стен, перегородок, штукатурки, облицовки, изоляции и т.п.);
- с физиологической точки зрения. Вибрация, ускорения или горизонтальные перемещения могут вызывать у потребителей (людей) ощущение неудобств и некомфортности;
- с эстетической точки зрения. Определенные неровност, непрямолинейность, которые проявляются, например, на конструкциях перекрытий, потолках, карнизах, прогибах конструкций, видимых на глаз, например консолей, вызывают ощущение непрочности конструкций, а также создают неэстетичный вид конструкций.
Для современных конструкций их жесткость остается важнейшей характеристикой при проектировании, так как она используется при многих проверках: при проверке перемещений конструкций с точки зрения критериев второй группы предельных состояний (деформации от вертикальной и горизонтальной нагрузки, от температурных воздействий и т.п.); при определении собственных колебаний здания, от которых зависит реакция конструкций на динамические воздействия, ускорения и т.п., а также при решении проблем устойчивости; при рассмотрении равновесия на деформированной системе (в соответствии с теорией второго порядка).
При оценке жесткости принимают относительно простые критерии, например для балок критерий жесткости выражается значением f/L (где прогиб f определяется от нормативной нагрузки и L — пролета) и принимается примерно равным 1/300. Для горизонтального перемещения верха здания от ветра принимают следующие значения: 1/1000h или 1/500h (где h — высота здания). Первое значение принимается для зданий с кирпичными перегородками, второе — для зданий с легкими, допускающими деформации перегородками. Этот критерий очень простой, но в то же время грубый — здесь нет промежуточных значений, не учитываются различия конструктивных систем, нет указаний об учете пространственной работы конструкций, о совместной работе несущих с дополнительными конструкциями (например, с кирпичными перегородками) и т.п. Установление норм жесткости несущих конструкций частично определяет безопасность (надежность) дополнительных конструкций, при этом необходимо отметить, что в данном случае нет достаточно проверенных научных обоснований.
При уменьшении материалоемкости и увеличении гибкостей конструкций высотных зданий все большее значение приобретает динамическая составляющая нагрузок (лифты, вентиляторы); подобный характер имеет воздействие от уличного движения, шума. Эти воздействия необходимо учитывать с психологической и физиологической точек зрения, а также с точки зрения гигиены окружающей среды (жизнеобеспечения в высотных зданиях).
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