Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. Проблемы конструирования высотных зданий и зданий сложной макроструктуры (ЗСМ)
1.1 Краткий обзор ссхем традиционных высотных зданий 6
1.2 Здания сложной макроструктуры 16
1.3 Обзор опыта строительства зданий сложной макроструктуры 22
1.4 Особенности работы основных схем ЗСМ 30
1.5 Особенности работы связей ЗСМ 32
Выводы из Главы 1 37
ГЛАВА 2. Проблемы расчета зданий сложной макроструктуры на ветровые нагрузки
2.1 Основы теории аэроупругости 37
2.2 Расчет цилиндрической башни на вихревое возбуждение 53
2.3. Эксперименты в аэродинамической трубе 61
2.4 Особенности расчета ЗСМ на ветровые нагрузки 73
Выводы из Главы 2 83
ГЛАВА 3. Расчет ЗСМ на сейсмические нагрузки
3.1 Общие положения 84
3.2 Основные положения расчета по акселерограммам 86
3.3 Идея и алгоритм метода псевдожесткостей 93
3.4 Обобщенная формулировка метода псеводожесткостей 97
3.5 Псевдоупругие зависимости для различных расчетных моделей 101
3.6 Применение упругопластических связей в высотных зданиях 112
3.7 Особенности расчета ЗСМ на сейсмические нагрузки 110
Вы в од ы из Главы 3 111
ГЛАВА 4. Расчеты и рекомендации по рациональному проектированию зданий сложной макроструктуры при работе на ветровые и сейсмические нагрузки
4.1 Постановка задачи для численного исследования возможности применения упругопластических связей жесткости в зданиях сложной макроструктуры 112
4.2 Анализ структуры здания 115
4.3 Введение в стрктуру упругопластических связей 118
4.4 Расчет с учетом усиления структуры 121
4.5 Расчет с учетом усиления структуры по акселерограммме Холистера 122
4.6 Расчет с абсолютно-жесткой перемычкой и перемычкой конечной жесткости, соединенной со зданием через упругопластические связи 125
4.7 Расчет с крестовыми связями, соединенными со зданием через упругопластические связи 127
4.8 Сравнительный расчет 2-х точечного ЗСМ с одиночными и регулярными крестовыми связями, соединенными со зданием через упругопластические связи 130
4.9 Рекомендации по рациональному проектированию зданий сложной макроструктуры при работе на ветровые и сейсмические нагрузки.. 151
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 154
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 155
Введение к работе
В связи с постоянно возрастающей этажностью высотных зданий в настоящее время практически исчерпан ресурс ее увеличения при применении традиционной точечной их компоновки. В зданиях высотой более 30-40 этажей напряжения в вертикальных несущих элементах от горизонтальных нагрузок (ветровых и сейсмических) сравнимы с усилиями от вертикальных нагрузок, а в более высоких зданиях становятся определяющими.
Кроме проблемы прочности остро стоит проблема комфортности высотных зданий. Ускорения, вызванные ветровыми колебаниями, создают неблагоприятные условия для длительного пребывания в них человека на верхних этажах. Требования к комфортности и снижению зыбкости верхних этажей постоянно ужесточаются (Ямакс. = 0.08 м/с ). Поэтому высотные здания должны обладать высокой горизонтальной жесткостью.
Кроме этого существуют высокие требования к пожарной безопасности (дублирование пожарных выходов) и ограничения по инсоляции глубины здания (14 м в России, 60 м в США).
Наиболее эффективный путь комплексного выполнения данных требований — это использование зданий сложной макроструктуры.
Здание сложной макроструктуры (ЗСМ) — это здание, состоящее из 2-х и более башен, пластин, блоков, объединенных связями или перемычками по высоте, включающими их в совместную работу.
ЗСМ легко позволяют обеспечить необходимую для восприятия ветровых нагрузок горизонтальную жесткость.
Принципы выбора схем ЗСМ, структуры составляющих элементов, соотношения их жесткостей, дающих максимальную горизонтальную жесткость, неочевидны. Однако, добившись ее, мы делаем здание уязвимым относительно сейсмических воздействий.
Целью данной работы является уяснение этих принципов и рассмотрение возможностей разрешения указанного противоречия.
Поэтому вопрос расчета ЗСМ и поиск разрешения указанного противоречия являются актуальными задачами расчета и рационального проектирования высотных зданий.
Данная тема является относительно новой. Несмотря на наличие опыта расчета, проектирования и строительства ЗСМ в Европе (Германия), Океании (Малайзия), Среднего Востока (Дубай) и Китае (Пекин, Шанхай), данные проектные разработки носят статус коммерчески секретных, что делает их недоступными в литературе и потребовало самостоятельной работы и анализа существующего опыта.
Обоснованность и достоверность положений и выводов диссертации обеспечивается использованием строгих методов статики и динамики упругих систем а также апробированных методов динамики нелинейных систем на программных комплексах с помощью ПЭВМ. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы 167 страницы, в том числе 65 рисунков, 19 таблиц, 9 диаграмм и список литературы, включающий 120 наименования.
В первой главе диссертации поясняется состояние вопроса на современном этапе, дан краткий обзор традиционных схем высотных зданий, выявляются основные признаки и определение зданий сложной макроструктуры. Дан обзор опыта строительства и приведены основные схемы работы зданий сложной макроструктуры.
Во второй главе рассмотрены проблемы расчета зданий сложной макроструктуры на ветровые нагрузки. Изложены основы теории аэроупругости. Рассмотрены явления вихревого возбуждения и галопирования. В качестве примера приводится расчет цилиндрической башни высотой 500 м на вихревое возбуждение. Дан модальный анализ и пример расчета 2,3 и 4-х точечного ЗСМ на ветровые нагрузки. На примере расчетов выявлены особенности расчета зданий сложной макроструктуры на ветровые нагрузки.
В третьей главе рассмотрены особенности расчета зданий сложной макроструктуры на сейсмические нагрузки. Приводится теория расчета по акселерограммам. Показана идея и алгоритм метода псевдожесткостей, приводится обобщенная формулировка метода псеводожесткостей.
Показаны основные типы упругопластических связей (УШУ) на примере опытных образцов амортизаторов и демпферов разработки ОАО "КБСМ" при участии Ю.Л. Рутмана.
Четвертая глава посвящена численным расчетам на действие ветровых и сейсмических нагрузок. Выполнен расчет ряда ЗСМ на сейсмические воздействия с учетом упругопластических связей на ПЭВМ с помощью встроенного модуля MicroFe-2006 с учетом применения метода псевдожесткостей. На примере конкретных схем выполнена поступенчатая модификация структуры с учетом применения УПС в зданиях сложной макроструктуры. Показан положительный эффект введения УПС. Сделан расчет с абсолютно-жесткой перемычкой и перемычкой конечной жесткости, соединенной со зданием через упругопластические связи. Показаны результаты расчета ЗСМ с крестовыми связями, соединенными со зданием через УПС. Выявлены преимущества применения УПС и эффект снижения ускорений при сейсмическом воздействии без потери жесткости при ветровых нагрузках.
Даны рекомендации по рациональному проектированию ЗСМ при работе на ветровые и сейсмические нагрузки.
В Заключении даны общие выводы по работе, приведен список литературы.
