Содержание к диссертации
ОГЛАВЛЕНИЕ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ, МЕТОДОВ РАСЧЕТА И ОПТИМИЗАЦИИ КАРКАСОВ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 9
1.1. Варианты конструктивных решений каркасов, их достоинства и недостатки 10
1.2. Варианты конструктивных решений диафрагм и ядер жесткости 16
1.3. Обзор существующих методов расчета связевых железобетонных каркасов 19
1.4. Методы и алгоритмы оптимизации диафрагм и ядер жесткости рамно-связевых высотных железобетонных зданий 27
1.5. Постановка задачи исследования. Основные направления исследования 31
Выводы 32
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ЯДЕР ЖЕСТКОСТИ УГОЛКОВОГО ПРОФИЛЯ 33
2.1. Геометрические и жесткостные характеристики уголковых ядер жесткости и здания 37
2.2. Методика определения ветровых нагрузок на ядра жесткости. Учет закручивания здания 49
2.3. Методика определения вертикальной нагрузки на уголковое ядро жесткости 56
2.4. Определение усилий в сечениях ядер с использованием консольной схемы 58
2.4.1. Приближенное решение. Определение коэффициентов увеличения эксцентриситетов продольных сил 58
2.4.2. Точное решение при продольно-поперечном изгибе. Алгоритм расчета ядра ступенчатой жесткости 62
2.4.3. Методика подбора необходимого армирования ядер в уровнях этажей 72
2.4.4. Алгоритм подбора необходимого армирования ядер жесткости уголкового профиля 77
2.5. Рассмотрение тестового примера расчета. Сравнительный анализ результатов расчета 81
Выводы 83
ГЛАВА 3. ФОРМИРОВАНИЕ И РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ ЯДЕР ЖЕСТКОСТИ 84
3.1. Постановка задач оптимизации. Структура алгоритма оптимизации. Выделение уровней и этапов 84
3.2. Выбор числа, конфигурации и ориентации ядер жесткости 88
3.3. Формирование целевых функций на этапах оптимизации 89
3.4. Формирование ограничений по прочности в виде ограничений по необходимому армированию 94
3.5. Формирование ограничения по жесткости каркаса 95
3.6. Алгоритмы решения формируемых условно-экстремальных задач при варьировании параметров различных уровней 98
Выводы 104
ГЛАВА 4. РЕШЕНИЕ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ ОПТИМИЗАЦИИ УГОЛКОВЫХ ЯДЕР ЖЕСТКОСТИ 105
4.1. Формирование исходных данных 105
4.2. Оптимизация числа армирования и положения ядер жесткости для 20 - этажного, сложного в плане здания 112
4.2.1. Решение задачи оптимизации с использованием приближенного метода при косом продольно-поперечном изгибе с учетом наиболее невыгодного направления ветра 112
4.2.2. Решение задачи оптимизации с использованием точного метода расчета при косом продольно-поперечном изгибе с учетом наиболее невыгодного направления ветра 123
4.3. Сравнительный анализ результатов оптимизации 130
Выводы 132
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 134
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 135
Введение к работе
В начале 1960-х гг. в СССР началась активная разработка каркасных систем для малоэтажных общественных зданий (административных, учебных, жилых, культурно-бытового назначения и др.). А в последнее время в силу их экономичности наибольшее распространение получили железобетонные связевые каркасные системы. Отличительными особенностями связе-вых железобетонных каркасов, в состав которых входят колонны, ригели, плиты перекрытий, распорки, диафрагмы жесткости и др. элементы, явились простота сопряжений и четкое разделение несущих функций элементов каркаса.
К настоящему времени разработаны многочисленные варианты методик расчета связевых каркасов, решены вопросы унификации и рациональной расстановки диафрагм, обеспечивающих пространственную жесткость здания. Среди исследователей, чьи работы внесли весомый вклад в формирование и развитие методик расчета и оптимизации диафрагм и ядер жесткости, можно отметить: Александрова А.В., Байкова В.Н., Гребенюка Г.И., Додоно-ва М.И., Дроздова П.Ф., Дыховичного Ю.А., Кузьминера Н.Я., Ле Тхи Хуана, Лишака В.И., Лапушнер И.Л., Мануйлова Г.Ф, Мелешонкова Е.И., Пантелеева Н.Н., Паньшина Л.Л., Петрова В.П., Подольского Д.М., Полякова СВ., Росмана Р., Рубаненко Б.Р., Саруханяна Р.Л., Себекина И.М., Ханжи В.В., Холевицкого А., Шапошников Н.Н., Янькова Е.В. и др. Однако эти вопросы решались в основном по отношению к малоэтажным зданиям с регулярной в плане структурой (прямоугольной в плане). В значительно меньшей степени изучены аналогичные вопросы по отношению к зданиям большой этажности со сложной конфигурацией в плане, для обеспечения жесткости которых часто уже бывает недостаточно плоских диафрагм жесткости. При этом практически не рассматривались вопросы оптимального выбора параметров элемен тов, обеспечивающих пространственную жесткость здания. К таким элементам в связевых каркасах высотных зданий прежде всего относятся ядра жесткости. Поэтому проблема оптимизации параметров ядер жесткости для сложных в плане связевых железобетонных каркасов является весьма актуальной.
В связи с этим определена цель и обозначены задачи исследования.
Цель работы: дальнейшее развитие методики расчета и оптимизации ядер жесткости связевых железобетонных каркасов на случай многоэтажных связевых каркасов со сложной в плане структурой; разработка и программная реализация алгоритма расчета и оптимизации ядер жесткости.
Задачи исследования:
1. Разработка методики расчета ядер жесткости уголкового профиля при произвольном направлении ветра;
2. Математическая постановка экстремальной задачи, решение которой обеспечит оптимальный (по выбранному критерию оптимальности) выбор параметров ядер, включая параметры структуры их армирования и расстановки в плане здания;
3. Построение основных ограничений задачи оптимизации:
• по жесткости [1]
5 - -, (1) 500 где 5 - полное горизонтальное перемещения верха здания (системы ядер жесткости); H3R - высота здания;
• косвенных ограничений по прочности, в виде ограничений относящихся к необходимому армированию ядер в пределах этажей.
4. Разработка и программная реализация алгоритма расчета и оптимизации ядер жесткости уголкового профиля.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следую щем:
1. На основе использования энергетического метода Рэлея-Ритца для определения «эйлерова» критического параметра сжимающей нагрузки разработана приближенная методика определения перемещений и усилий в сечениях ядер жесткости;
2. На основе дифференциального уравнения продольно-поперечного изгиба разработана точная методика для определения перемещений ядер жесткости и усилий в их сечениях;
3. Разработана методика расчета ядер жесткости по прочности при любом направлении ветрового давления;
4. Разработан двухэтапный алгоритм оптимизации ядер жесткости с учетом наиболее опасного направления ветра с использованием приближенной или точной методик определения перемещений ядер и усилий в сечениях ядер;
5. Выполнена оптимизация объемно-планировочного решения с выбором наиболее оптимального расположения ядер жесткости в плане здания.
Практическая ценность работы:
Результаты работы могут быть использованы в проектных организациях для расчета и оптимизации армирования ядер жесткости, а также в учебных организациях в курсовом и дипломном проектировании и заключаются в:
- разработанных методиках определения перемещений и усилий в сечениях ядер жесткости;
- разработанных методиках расчета ядер жесткости по прочности при произвольном направлении ветрового напора;
- разработанных принципах формирования количества, начальной конфигурации и ориентации ядер жесткости в плане здания;
- разработанном двухэтапном алгоритме оптимизации расположения и армирования ядер жесткости.
Диссертационная работа выполнена на кафедре строительной механики Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета.
Автор выражает благодарность руководителям и сотрудникам кафедр строительной механики и железобетонных конструкций Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета; руководителю и сотрудникам кафедры инженерных конструкций Сибирского государственного индустриального университета; Федеральному государственному унитарному предприятию «Сибирский промстройпроект»; Сибирскому государственному университету путей сообщения за оказанное содействие при подготовке материалов данной диссертационной работы.
