Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ проблем оценки технического состояния несущих систем зданий 8
1.1. Современное состояние в решении данной проблемы 8
1.2. Нормативно-техническая база по проблеме оценки технического состояния зданий 26
1.2.1 Существующие методы измерений параметров технического состояния несущих систем зданий 36
1.2.2 Измерение динамических параметров зданий 47
1.3 Методологические основы решения проблемы и постановка задач исследования 49
Глава 2. Теоретические подходы для определения количественной оценки технического состояния зданий 54
2.1. Особенности расчета частот собственных колебаний зданий и сооружений методом конечных элементов 54
2.2. Учет характеристик материалов несущих конструктивных элементов при динамических расчетах зданий 57
2.3.Информативные признаки динамического способа диагностирования.62
Выводы к главе 2 65
Глава 3. Определение влияния различных факторов на расчетную частоту собственных колебаний зданий 67
3.1. Численные исследования частот и форм собственных колебаний здания с использованием расчетных комплексов ЛИРА и Stark ES 67
3.2. Исследование влияния на динамические характеристики здания податливости грунтового основания V
3.3. Влияние на частотные характеристики работы наружных стен и перегородок 90
3.4. Влияние на частотные параметры здания работы временных нагрузок, действующих на перекрытия 93
3.5. Влияние повреждений и остаточных деформаций в несущих элементах каркаса здания на его динамические параметры 95
Выводы к главе 3 109
Глава 4. Разработка методики количественной оценки технического состояния несущих систем зданий на основе динамических критериев 1 10
4.1. Применение теории прогнозирования риска аварии для определения границ динамических критериев, позволяющих количественно оценить категорию технического состояния здания 110
4.2. Разработка методики количественной оценки технического состояния несущих систем зданий и алгоритма последовательности действий и принятия решений 117
Выводы к главе 4 122
Глава 5. Экспериментальные исследования динамических параметров зданий 123
5.1. Основы способа динамического тестирования на примере зданий с железобетонным каркасом 123
5.2. Методика проведения экспериментальных исследований 125
5.3. Результаты экспериментальных испытаний 127
5.4.Сравнение результатов эксперимента с расчетными данными 135
5.5. Применение статистических методов для анализа полученных результатов 137
Выводы к главе 5 139
Общие выводы 141
Список использованных источников
- Существующие методы измерений параметров технического состояния несущих систем зданий
- Учет характеристик материалов несущих конструктивных элементов при динамических расчетах зданий
- Исследование влияния на динамические характеристики здания податливости грунтового основания
- Разработка методики количественной оценки технического состояния несущих систем зданий и алгоритма последовательности действий и принятия решений
Введение к работе
Актуальность работы. В последние годы все чаще появляется информация о катастрофических разрушениях зданий и сооружений, которые происходят не только из-за ошибок, возникших в процессе строительства объектов, но и из-за нарушений, возникших в процессе их эксплуатации. Каждое здание и сооружение представляет собой сложную техническую систему с заранее заданными техническими параметрами, которые должны контролироваться в процессе изготовления конструкций, строительно-монтажных работ, при приемке и в ходе эксплуатации, а также перед постановкой объекта на капитальный ремонт, реконструкцию или списание. Только при всестороннем техническом контроле процессов строительства и эксплуатации зданий становится возможным снизить количество дефектов, появление которых обуславливается недостатками технологии, отклонениями при выполнении строительно-монтажных работ, а также отсутствием эффективных методик количественной оценки технического состояния зданий и сооружений, как при строительстве, так и при эксплуатации. Для контроля и оценки качества строительных работ используются различные методы, основанные, в основном, на визуальном контроле и иногда на локальном определении физико-механических характеристик материалов строительных конструкций, при этом не производится интегральная оценка всей конструктивной системы здания. Как правило, контроль сводится к проверке соответствия требованиям СНиП отдельных элементов здания. При этом в общепринятых методиках не производится оценка прочности и устойчивости здания в целом с учётом его геометрических, физико-механических, динамических и теплотехнических параметров, включая окружающий грунтовый массив. Динамические методы диагностирования позволяют оценить состояние здания в целом и в последующем локализовать выявленные дефекты, которые могут быть уточнены тепловизионными методами. Эти методы позволяют более точно определить риски обрушения, остаточный ресурс и риски для людей, находящихся в здании.
Поэтому разработка методики оценки технического состояния зданий на основе динамических критериев, позволяющая повысить объективность и достоверность полученных результатов, сократить сроки проведения технического обследования, является актуальной научно-технической задачей.
Объектом исследования является техническое состояние несущих систем зданий.
Предметом исследования являются динамические параметры несущих систем зданий, влияющие на их конструктивную надежность и безопасность.
Целью исследования является разработка методики количественной оценки технического состояния несущих систем зданий на основе динамических критериев (периода и частоты собственных колебаний) для повышения их конструкционной безопасности и эксплуатационной пригодности.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- провести анализ состояния исследований и нормативно-технической базы в области диагностики технического состояния несущих систем зданий;
- определить основные информационные признаки состояния грунтовых оснований и несущих конструкций при динамическом методе диагностирования;
- провести численные исследования влияния многофакторности (податливости грунтового основания, работы временных нагрузок, дефектов и повреждений, податливости стыков и остаточных деформаций) на расчетные частоты собственных колебаний на примере зданий с железобетонным каркасом, с использованием расчетных комплексов;
- адаптировать теорию прогнозирования риска аварии для количественной оценки технического состояния несущих систем зданий на основе динамических критериев;
- определить границы динамических критериев (периода и частоты собственных колебаний) зданий, для количественной оценки категорий технического состояния;
- провести экспериментальные исследования частоты собственных колебаний зданий с железобетонным каркасом и сравнить их с расчетными значениями;
- разработать методику количественной оценки технического состояния несущих систем зданий на основе динамических критериев (периода и частоты собственных колебаний);
- разработать алгоритм последовательности действий и принятия решений при количественной оценке технического состояния зданий с использование теории прогнозирования риска аварии.
Научная новизна работы:
- теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены зависимости частоты собственных колебаний зданий с железобетонным каркасом от величины временной нагрузки и от податливости основания для оценки жесткости несущих систем;
- впервые определены границы периода собственных колебаний несущих систем зданий, позволяющие количественно оценить категорию их технического состояния (0-4% - нормативное техническое; 5-10% - работоспособное; 11-49% - ограниченно работоспособное; 50-95% и выше - аварийное);
- определена зависимость фактического износа здания (J) от периода собственных колебаний (Т) на основе теории прогнозирования риска аварии, позволяющая определить увеличение периода собственных колебаний несущих систем зданий для оценки категории их технического состояния;
- теоретически обоснован и экспериментально подтвержден основной диагностический признак снижения жесткости несущих систем, представленной в виде разности () фактической (ф) и расчетной (р) величин, определено условие, позволяющее судить о снижении несущей способности зданий.
Практическая ценность работы:
- разработана методика количественной оценки технического состояния несущих систем зданий на основе периода и частоты собственных колебаний, позволяющая повысить объективность и достоверность полученных результатов, сократить сроки проведения технического обследования, особенно для высотных и уникальных объектов, а также объектов с ограниченным доступом для визуального и локального контроля;
- предложенная методика может быть использована в рамках системы качества строительных организаций (по ГОСТ Р ИСО серии 9000) и в целях технического регулирования для обеспечения безопасной эксплуатации зданий и сооружений в соответствии с требованиями ФЗ РФ «О техническом регулировании»;
- данная методика предлагается к применению в системах автоматизированного мониторинга надежности и безопасности возводимых и эксплуатируемых зданий.
Положения выносимые на защиту:
- результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния динамических критериев (частоты и периода собственных колебаний) на жесткость несущих систем, на примере зданий с железобетонным каркасом;
- алгоритм последовательности действий и принятия решений при оценке категории технического состояния несущих систем зданий;
- методика количественной оценки технического состояния несущих систем зданий на основе динамических критериев.
Личный вклад автора заключается в выполнении основного объема теоретических и расчетных исследований, изложенных в диссертационной работе, включая разработку методики оценки технического состояния несущих систем зданий на основе динамических критериев, ее экспериментальной апробации и оформлении результатов в виде публикаций и научных докладов.
Апробация и внедрение результатов исследования
Материалы диссертации докладывались на первой международной научно-практической конференции в Воронежском государственном архитектурно-строительном университете «Оценка риска и безопасность строительных конструкций» 9-10 ноября 2006 года, на ежегодных Республиканских научно-практических конференциях в Казанском государственном архитектурно-строительном университете в 2005 - 2008 годах, а также на научно-практической конференции в Московском государственном горном университете 12 ноября 2009 года. По теме диссертационной работы опубликовано 10 работ, в том числе в 3 изданиях, рекомендуемых ВАК. Разработанная методика оценки технического состояния несущих систем зданий опробована и применяется в Автономной некоммерческой организации проектный изыскательский институт «Центр экспертиз и испытаний в строительстве», в Закрытом акционерном обществе «Казанский Гипронииавиапром» и принята к реализации в ряде других строительных и проектных организаций.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Работа содержит 145 страниц текста, в том числе 10 таблиц, 32 рисунка,165 источников литературы и приложений.
Автор выражает благодарность за помощь в работе кандидату технических наук Г.М. Нигметову, доктору химических наук В.Ф. Строганову, кандидату физико-математических наук Ю.П. Дябину.
Существующие методы измерений параметров технического состояния несущих систем зданий
Процедура выполнения оценки технического состояния строительных конструкций представляет собой сложную, трудоемкую и дорогостоящую работу, требующую участия специалистов разного профиля и использования сложного оборудования. Проведение технического обследования является основой для оценки технического состояния строительных конструкций.
Поскольку одной из основных целей технического обследования является выявление дефектов строительных конструкций и установление причин их возникновения, рассмотрим наиболее часто встречающиеся дефекты и их влияние на эксплутационные свойства конструкций.
Проведенный анализ причин систематических повреждений, выявленных за последние 5 лет на строящихся и эксплуатируемых объектах, показывает, что дефекты имеют системный характер и около 40-50% их обусловлено недоработками конструктивных решений, традиционно "тиражируемых" в проектной документации [10,78]. Результаты многочисленных натурных обследований, инженерных расчетов и теоретических исследований с использованием новых компьютерных технологий убедительно свидетельствуют, что многие кирпичные здания повышенной этажности имеют заниженный по отношению к нормируемому уровень прочностной надежности.
Построенные здания, как правило, имеют дефекты, которые снижают эксплуатационные качества жилья [3,7,8,12,14,15,18,25,52-55,97]. В зону риска указанные объекты вошли в результате суммирования многих причин. В большинстве случаев наиболее негативные последствия вызывает несовершенство применяемых конструктивных схем зданий. Кроме указанных причин, требуемый уровень надежности снижают многие другие факторы. Например, для каменных (кирпичных) зданий повышенной этажности средний уровень вертикальных сжимающих напряжений увеличился в 2-3 раза по сравнению со зданиями высотой до 5 этажей. При этом более ощутимо проявляются касательные и растягивающие напряжения, вызванные разной нагруженностью стен и температурными воздействиями. Резко сокращаются резервы прочности стеновых материалов из-за назначения толщин стен не по конструктивным или теплотехническим требованиям, а на основании прочностных расчетов. С применением для несущих элементов керамического щелевого кирпича и растворов высоких марок отмечено увеличение"хрупкости" кладки, так как из-за многочисленных пустот уменьшается эффект, связанный с возникновением двух- и трехосного сжатия в больших стеновых массивах, и соответственно увеличивается количество концентраторов напряжений в материале.
В результате относительная прочность кладки из щелевого кирпича при растяжении снижается по отношению к кладке из полнотелого кирпича и с ростом количества этажей увеличиваются силы трения и защемления опор железобетонных элементов в стенах здания, что исключает "проскальзывание" пролетных элементов на опорах при изменении температурных деформаций и приводит к образованию дополнительных трещин в кладке под торцами железобетонных плит, прогонов, перемычек, і о есть уже на стадии возведения накапливаются начальные повреждения в наиболее нагруженных элементах зданий. Важным является то, что действующие нормативные документы не содержат прямых указаний по учету перечисленных выше факторов или предлагается их учитывать с погрешностью порядка 100 % (например, при определении вертикальных деформаций стен вообще не учитываются температурные воздействия).
Анализ проектных решений и натурные обследования зданий, возведенных в 1990-1997 годах, показали, что подавляющее большинство конструктивных решений жилых домов принято без должного расчетного обоснования. В процессе обследований объектов в связи с возникшими повреждениями выяснилось, что проектные расчеты стен ряда 9-15 этажных кирпичных домов сводились к проверке прочности кладки условно вычлененных из остова простенков и сбору данных по нагрузкам на фундаменты. Во всех проанализированных случаях проектные решения не обосновывались расчетами стеновых конструкций в пространственной постановке задачи с учетом температурных воздействий, с оценкой критериев прочностных характеристик материалов при двух- и трехкомпонентпом напряженном состоянии. Вполне очевидно, что здания повышенной этажности из монолитного бетона и кирпича, особенно в случаях устройства эффективной теплоизоляции стен, требуют новых подходов к проектированию и к качеству строительных работ.
Экспериментально (при анализе) получен ряд подтверждений необходимости изменения принципов расчета и конструирования таких объектов, в первую очередь связанных с правильным учетом при проектировании температурных воздействий[94].
Использование современных технологий при расчетах кирпичных и монолитных зданий позволяет выявлять зоны наибольших растягивающих напряжений в строительных конструкциях, предсказывать места возможного образования трещин в стенах и определять требуемое армирование в таких зонах. Наличие всех компонентов напряжений дает возможность более правильно назначать прочностные параметры материалов в сжатых элементах и в зонах передачи больших сосредоточенных нагрузок.
Учет перераспределения усилий между вертикальными несущими элементами при пространственных расчетах позволяет более обоснованно назначать нагрузки на фундаменты зданий и не допускать перенапряжения в фундаментных плитах вследствие перераспределения нагрузок между отдельными стенами, что неоднократно встречается на практике, так как проектирование фундаментов традиционно выполняется по условным грузовым площадям.
С освоением компьютерных технологий появилась возможность моделировать испытания работы остовов зданий, выявлять наглядную картину поведения их конструкций, анализировать особенности деформирования как отдельных участков стен, так и остова в целом, оценивать и дополнять данные натурных обследований, решать широкий круг оптимизационных задач [13,19,23,83,96].
Учет характеристик материалов несущих конструктивных элементов при динамических расчетах зданий
Анализ литературных источников позволяет сделать вывод о том, что основными причинами аварий зданий и сооружений являются: низкое качество инженерно-геологических изысканий; - некачественное проектирование; - низкое качество строительно-монтажных работ; - нарушения в конструкциях при их эксплуатации.
Из литературных источников установлено, что для оценки технического состояния объекта должны решаться следующие задачи: - организация проверки исправности и его работоспособности; - правильности функционирования и поиска дефектов в процессе его изготовления, монтажа, наладки и эксплуатации. Диагностическое обеспечение должно закладываться на стадии проектирования объекта, обеспечиваться на стадии его изготовления и монтажа и поддерживаться на стадии эксплуатации.
Для выявления дефектов и оценки технического состояния существуют различные методы, которые различаются подходом к данной проблеме, применением средств измерений, определением необходимых диагностических параметров. Разработаны и применяются новые, современные методы и средства измерений, которые увеличивают достоверность результатов применения диагностики строительных конструкций, но не все из них имеют нормативного подтверждения (Гост, Снип, не разработан технический регламент).
Анализ методов оценки технического состояния зданий показал, что: - в существующих методах оценки технического состояния зданий не достаточно разработан и не используется интегральный подход к решению данной задачи, более того отсутствует системный подход в применении методов разрушающего и неразрушающего контроля; - существующие методы оценки технического состояния строительных конструкций не позволяют получить весь спектр необходимых-диагностических параметров; - нет единых подходов при количественной и качественной оценке диагностических параметров для определения категории техническое состояния строительных конструкций зданий и сооружений; - в приведенных подходах не прописан четкий алгоритм принятия решения о техническом состоянии строительных конструкций; - система мониторинга сложных (высокотехнологичных) строительных сооружений, основанная на современных перспективных методах оценки технического состояния, находится в стадии разработки и применения; - разработка методики количественной оценки технического состояния несущих систем зданий на основе динамических критериев, которая позволит проводить интегральную оценку зданий в целом, использовать в системах мониторинга строительных конструкций, является актуальной задачей. Представленные выше выводы позволяют сформулировать задачи исследования и методологические основы решения проблемы рис. 1.3. Задачи исследования: - провести анализ состояния исследований и нормативно-технической базы в области диагностики технического состояния несущих систем зданий; - определить основные информационные признаки состояния грунтовых оснований и несущих конструкций при динамическом методе диагностирования; провести численные исследования влияния многофакторности (податливости грунтового основания, работы временных нагрузок, дефектов и повреждений, податливости стыков и остаточных деформаций) на расчетные частоты собственных колебаний на примере зданий с железобетонным каркасом, с использованием расчетных комплексов; - адаптировать теорию прогнозирования риска аварии для количественной оценки технического состояния несущих систем зданий динамических критериев; - определить границы динамических критериев (периода и частоты собственных колебаний) зданий, для количественной оценки категорий технического состояния; - провести экспериментальные исследования частоты собственных колебаний зданий с железобетонным каркасом и сравнить их с расчетными значениями; разработать методику количественной оценки технического состояния несущих систем зданий на основе динамических критериев (периода и частоты собственных колебаний); - разработать алгоритм последовательности действий и принятия решений при количественной оценке технического состояния зданий с использование теории прогнозирования риска аварии.
Исследование влияния на динамические характеристики здания податливости грунтового основания
Анализ показывает достаточно хорошую сходимость результатов полученных в программах ЛИРА и StarkJES. Различие составляет до 2,6 %. Однако наблюдается существенное отклонение численных результатов от фактических (экспериментальных). Расчетом получены сравнительно низкие частоты. Программа ЛИРА дает отклонение до 52,85 % , программа Stark_ES- до 49,69 %. Такое отклонение объясняется тем, что в расчетных моделях, также как и в предыдущем варианте, не учтена работа кирпичных перегородок и наружных стен. Кроме этого необходимо отметить условность заданных временных нагрузок на перекрытия (150 кг/м2). В реальности эти нагрузки могут существенно отличаться от расчетных.
Ниже в виде сводных графиков и таблиц проведен анализ изменения собственных низших частот монолитного каркаса 17-ти этажного жилого здания по заданным направлениям, полученных на разных стадиях возведения и эксплуатации. Видим, что на начальном этапе строительства, когда присутствует только монолитная конструкция, включающая 6 нижних этажей будущего здания, расчетные частоты значительно выше экспериментальных. Отклонение составляет до 48%, и связано оно с тем, что в расчете не было учтено влияние работы свайного основания, включение которого в расчетную модель, несомненно, привело бы к увеличению податливости всего сооружения и, как следствие, снижению его собственных частот колебаний. Можно считать, что работа свайного (грунтового) основания - это одна из «неизвестных», влияющих на динамические параметры сооружения.
Напротив, как видим из графика, на последнем этапе строительства, когда здание уже почти достроено (возведено 16 этажей из 17-ти, включая наружные стены, перегородки и полы), а также уже на стадии эксплуатации здания, расчетные частоты ниже экспериментальных. Отклонение составляет до 27,5% и 34,6%) , соответственно. Связано это с включением в задачу еще двух «неизвестных». Во-первых, на динамическую модель здания оказывает влияние наличие внутренних и наружных стен из штучных материалов. Включаясь в работу, они увеличивают жесткость сооружения и, как следствие, повышают собственные частоты. В расчетных же моделях, как правило, учитывается жесткость только основных несущих элементов монолитного каркаса, а кирпичные перегородки и стены задаются лишь в виде внешней линейной нагрузки. Такой подход приводит к увеличению массы конструкции без эквивалентного увеличения ее жесткости и, как следствие, отклонению полученных расчетных параметров от реальных.Во-вторых, на стадии эксплуатации здания существенное влияние на его массовые параметры оказывает временная (полезная) нагрузка, действующая на перекрытия. Это нагрузка от массы людей, оборудования, временных перегородок и иных частей здания, местоположение которых во время эксплуатации изменяется. Временные нагрузки являются одним из наименее изученных компонентов системы, они имеют большую изменчивость во времени и пространстве, и те расчетные модели, которыми мы оперируем, достаточно условны. Нормативные временные нагрузки на перекрытия принимаются в зависимости от функционального назначения помещений, могут иметь переменное значение от нуля до максимального и действовать на несущие конструкции в разное время в различных местах. Учитывая это, можно получить большое количество комбинаций нагружений, которые, с одной стороны, во всей своей совокупности сложно реализовать расчетным путем, а с другой стороны при реальных условиях могут и не реализоваться. В связи с этим, принятый в настоящее время подход при расчетах на динамику предполагает задание на перекрытия равномерно распределенной по всей площади максимально возможной нормативной эксплуатационной нагрузки, что естественно може г приводить к недостоверной картине динамического поведения системы.
Итак, в настоящий момент можно выделить три «неизвестных» параметра, влияющих на расчетную частоту собственных колебаний здания: 1) влияние работы свайного (грунтового) основания; 2) влияние работы ненесущих внутренних и наружных стен из штучных материалов; 3) влияние временной нагрузки на перекрытия. На различных этапах строительства и эксплуатации здания влияние может оказывать как одна «неизвестная», так и все сразу. Поэтому в дальнейших исследованиях принято решение последовательно оценивать влияние каждого фактора на разных моделях (рис.3.15, 3.16, табл. 3.4, 3.5). Так оценку влияния свайного (грунтового) основания принято производить на основе начального этапа строительства, когда присутствует только монолитная конструкция, включающая 6 нижних этажей будущего здания. Отсутствие на данном этапе наружных стен, перегородок, полов и временной нагрузки позволяет исключить влияние 2 и 3 факторов. На конечном этапе строительства, когда построено 16 этажей из 17-ти, производится оценка влияния включения в работу ненесущих внутренних и наружных стен из штучных материалов (2-ой фактор). И на основе модели уже достроенного 17-ти этажного здания производится оценка влияния временной нагрузки, действующей на перекрытия (3-ий фактор).
Разработка методики количественной оценки технического состояния несущих систем зданий и алгоритма последовательности действий и принятия решений
Анализ полученных результатов показал (рис. 3.22, табл. 3.7), что сходимость численных значений частот собственных колебаний здания с экспериментальными значениями при учете только длительной части временной нагрузки от веса людей и оборудования (30 кг/м ) достаточно высокая. Расхождение составляет не более 5,9%. Чем выше интенсивность действующей нагрузки, тем ниже оказываются расчетные частоты.
Зависимость частоты собственных колебаний здания по осям (х,у) от величины временной (v) нагрузки выражается формулами (3.6, 3.7 ): fxj= бе - 9v3- 4е - 6v2+0.0003v+1.0028 (3.6 ), fyi= _5е -9vJ+ є - 6v2- 0.0004 v l.1724 (3.7 );
Влияние повреждений и остаточных деформаций в несущих элементах каркаса здания на его динамические параметры Практика динамических расчетов зданий сооружений базируется па линейной постановке задачи. При расчете железобетонных конструкции, как правило, учитывают всю площадь сечения бетона (как сжатую, так 11 растянутую), а значение модуля деформаций Еб принимают соответствующее его начальной величине при сжатии — растяжении. В реальности же в процессе жизненного цикла здания, оно много раз претерпевает смену режимов на-гружения, и изменение напряженно-деформированного состояния несущих конструктивных элементов. Особенно это проявляется при переходе напряжений в материале за пределы упругости. Нелинейная работа материала, различие в механических свойствах бетона и арматурной стали, трещинооб-разование, а также постоянное изменение внешних нагрузок приводит к перераспределению усилий в статически неопределимых железобетонных конструкциях, перераспределению напряжений между бетоном и арматурой. При этом более нагруженные компоненты сечений и сами сечения разгружаются, а менее нагруженные нагружаются. Это выражается соответствующими трансформациями эпюр усилий и эпюр напряжений и представляет собой одно из проявлений приспособляемости конструкций. Изменившееся соотношение между жесткостями отдельных сечений и компонентов сечений предопределяет не только дальнейшее перераспределение усилий и напряжений, но и образование пластических шарниров. Все это в совокупности, несомненно, ведет к изменению частотных характеристик здания[94].
Для оценки влияния возникших в здании дефектов и повреждений на периоды и формы его собственных колебаний было проведено несколько тестовых расчетов.
В первом случае в модели здания (рис. 3.23) было произведено снижение жесткости локальных зон плиты перекрытия в уровне только первого этажа на 70% за счет искусственного снижения модуля деформаций Еб. (Было принято Еб = 0,9е7 кН/м2). Во втором случае (рис.3.24) на уровне первого этажа из расчетной модели здания было исключено несколько несущих колонн в пределах зоны площадью 80 м2.
В третьем случае (рис. 3.37) была понижена в целом жесткость всего каркаса, путем введения к начальному модулю упругости бетона Ев понижающих коэффициентов 0,6 и 0,3 для вертикальных и горизонтальных элементов, несущих элементов соответственно. Так для плит перекрытий и покрытия было принято Еб = 0,9е7 кН/м2; для стен ядра жесткости и колонн-пилонов Еб - 1,8е7 кН/м2
При введении в перекрытии 1-го зон с пониженной жесткостью, связанных с наличием локальных дефектов и повреждений, наблюдается перераспределение усилий на соседние, в большей степени, опорные участки плиты. Увеличение моментов в этих зонах составляет от 1 до 25%. Не смотря на это, изменения частотных параметров здания не наблюдается.
При исключении из работы каркаса 4-х колонн 1-го этажа в пределах зоны площадью до 80 м2 наблюдается значительное снижение жесткости здания с соответствующим уменьшением его собственных частот колебаний. Так 1-ая частота, соответствующая оси X, понизилась на 32,9 % (0,76 Гц), соответствующая оси У - на 39,75% (0,83 Гц).
Во всех плитах перекрытий над областью выключения колонн наблюдается развитие и увеличение прогибов (изополя вертикальных перемещений и деформированное состояние каркаса показаны ниже). В силу пространственной работы монолитного каркаса, и способности его адаптироваться к нестационарным нагружениям, это увеличение не столь критично. Максимальный прогиб плиты перекрытия, полученный в линейной постановке, составляет 14 мм. Однако в результате перераспределения усилий с ослабленного участка наблюдается существенное догружение колонн 1-го и 2-го этажа. В частности, в колоннах 1-го этажа, максимально близко расположенных к исключенным, усилия (вертикальные напряжения сжатия) увеличились на 11 -52%. А в колоннах 2-го этажа, расположенных непосредственно над исключенными, напротив зафиксированы значительные растягивающие напряжения, что для железобетонной конструкции крайне неблагоприятно. Так в опорном сечении колонны по осям 3/В краевые напряжения столь существенны (до +225,83 т/м2), что создают вероятность отрыва перекрытия в данном месте.
В перекрытии 1-гоэтажа также происходит перераспределение усилий. В пролете ослабленной зоны моменты увеличились максимум в 3,18 раза (сказывается сдерживающее действие колонн верхнего этажа и других вышерасположенных монолитных конструкций). А вот на близлежащие опорные участки пришли дополнительные усилия, вызвавшие увеличение опорных моментов в 3 - 12 раз.
