Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время в отечественной практике строительства многоэтажных жилых и общественных зданий широкое распространение получили железобетонные монолитные здания. Такие здания по ряду основных показателей (архитектурных, конструктивных, технологических и экономических) превосходят или незначительно уступают зданиям из сборных элементов (крупнопанельным зданиям). Особенно это относится к зданиям повышенной этажности, подвергающимся значительным горизонтальным и вертикальным нагрузкам. Сборные крупнопанельные здания повышенной этажности не обладают достаточной прочностью, жёсткостью и устойчивостью в силу ограниченной прочности и большой податливости контактных сопряжений между сборными элементами.
Монолитные многоэтажные здания выполняются, как правило, в виде каркасно-стеновой нерегулярной конструктивной системы с плоскими перекрытиями, обеспечивающей высокие архитектурные и конструктивные показатели. Такие здания имеют существенные особенности расчёта и конструирования как несущей системы в целом, так и отдельных её элементов.
К ним относятся особенности расчёта здания как пространственной системы методом конечных элементов с учётом физической и геометрической нелинейности, особенности расчёта плоских элементов перекрытий и стен с комплексным учётом действующих на них силовых воздействий, особенности расчёта узловых сопряжений колонн и стен с плоскими плитами перекрытий, особенности конструирования монолитных элементов системы и их армирования.
Вместе с тем, эти особенности комплексно не учитываются в существующих отечественных нормативных документах и в отечественной практике проектирования и строительства, что приводит либо к недостаточной надёжности таких конструкций, либо к излишнему расходу материалов. Отрицательно сказывается и то обстоятельство, что действующие в настоящее время нормативные документы были разработаны несколько десятилетий назад, когда подобные конструктивные системы имели весьма ограниченное применение в отечественной практике строительства. Как следствие, в этих документах не используются современные методы расчёта и конструирования, основанные на последних достижениях строительной науки.
4 Цель исследования состоит в разработке более совершенных методов расчёта и конструирования монолитных многоэтажных зданий каркасно-стеновой конструктивной системы с плоскими перекрытиями, основанных на современных достижениях нелинейной теории железобетона и обеспечивающих необходимую надёжность конструкций, а также оптимальный расход материалов.
На защиту выносятся:
Рекомендации по определению жёсткостных характеристик железобетонных элементов с учётом образования трещин и развития неупругих деформаций бетона и арматуры;
Рекомендации по учёту фактических жёсткостных характеристик элементов конструктивной системы методом конечных элементов в формате разработанных программных комплексов;
Методика расчёта по прочности линейных и плоских элементов железобетонных конструкций при действии изгибающих и крутящих моментов, продольных, поперечных и сдвигающих сил;
Методика расчёта плит перекрытий и фундаментных плит на продавливание в зоне их сопряжения с колоннами (стенами) при совместном действии сосредоточенных нормальных сил и сосредоточенных моментов;
Предложения по рациональному армированию и определению оптимальных конструктивных параметров несущих железобетонных элементов многоэтажных монолитных зданий в зависимости от основных параметров конструктивной системы;
Практические рекомендации по расчёту и конструированию монолитных многоэтажных жилых и общественных зданий каркасно-стеновой конструктивной системы с плоскими перекрытиями.
Научную новизну работы составляют:
Комплексный подход к расчёту несущих систем зданий из
монолитного железобетона, позволяющий определять усилия в элементах
конструктивной системы и деформации (перемещения) как системы в целом,
так и отдельных её элементов с использованием приближённых методов
расчёта на основе упрощённых стержневых моделей и более точных конечно-
элементных методов расчёта пространственных систем с применением
жёсткостных характеристик железобетонных элементов, учитывающих неупругие деформации и образование трещин;
Рекомендации по определению нелинейных жёсткостных характеристик железобетонных элементов и их учёту в статическом расчёте конструктивных систем современными программными комплексами;
Методика расчёта по прочности линейных и плоских элементов конструктивных систем (колонн, стен, плит плоских перекрытий), усовершенствованная на основе анализа и обобщения современных достижений нелинейной теории железобетона;
Методика расчёта плоских плит на продавливание с учётом совместного действия сосредоточенных нормальных сил и сосредоточенных моментов;
Предложения по определению оптимальных конструктивных параметров колонн, стен, плоских плит перекрытий по критерию их минимальной стоимости в зависимости от основных параметров конструктивной системы здания.
Достоверность и обоснованность положений и выводов диссертации обеспечивается использованием данных экспериментальных исследований, общепринятых допущений теории сопротивления материалов, строительной механики и современной нелинейной теории железобетона, а также подтверждается соответствием результатов расчёта по разработанным методикам с результатами, полученными на основе существующих апробированных методов.
Практическое значение результатов работы. Разработанные методики расчёта и практические рекомендации позволяют инженерам проектировать монолитные многоэтажные здания с учётом современных достижений теории железобетона, обеспечивая высокую степень точности расчётов, необходимую надёжность конструкций, оптимальный расход бетона и арматуры, а также снижение затрат на проектирование.
Реализация результатов работы. Результаты проведённого исследования использованы при разработке Свода Правил СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры», МГСН 4.19-2005 «Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в городе Москве».
Апробация работы и публикации. Результаты исследований докладывались и обсуждались на Второй Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы градостроительства и жилищно-коммунального комплекса» (Москва, 2003); Третьей Всеукраинской научно-технической конференции «Научно-технические проблемы железобетона» (Львов, 2003); юбилейной научной сессии «Пространственные конструкции из различных материалов» (Москва, 2003); конференции «Проектирование и строительство многоэтажных жилых и общественных зданий, мостов и тоннелей» (Москва, 2004); конференции, посвященной 90-летию со дня рождения П.Ф. Дроздова (Москва, 2004).
Основные положения диссертации опубликованы более чем в 25 печатных работах: статьях в научно-технических журналах, рекомендованных Перечнем ВАК («Бетон и железобетон», «Промышленное и гражданское строительство»), сборниках научных трудов, материалах научно-практических конференций и сессий, а также в монографии.
Структура и объём диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения с основными результатами и выводами, библиографического списка из 188 наименований. Работа изложена на 362 страницах, содержит 12 таблиц и 81 иллюстрацию.
