MODELING OF THE CONSTRUCTIVE SCHEME OF A RESIDENTIAL BUILDING FOR ITS INITIAL ASSESSMENT OF THE RELIABILITY

Full Text

Анализ аварийных ситуаций, проходящих в жилых зданиях, показывает, что одним из наиболее распространенных видов разрушения является обрушение плит перекрытия. Так, например, за последние два месяца в нескольких городах на этапе заливки бетона рухнуло несколько монолитных плит перекрытия, не выдержали перекрытия в нескольких общественных и жилых зданиях. Причинами могут быть ошибки при монтаже и проектировании. Сотрудниками СГАСУ проводятся исследования по проверке гипотезы о том, что конструктивная схема здания, принятая на стадии проектирования, оказывает влияние на его начальную надежность. Его конструкции более или менее устойчивы к внешним воздействиям при развитии аварийных ситуаций. В гражданском домостроении используется несколько типов конструктивных схем: каркасная, бескаркасная и с неполным каркасом. Известно, что одна и та же планировка может существовать как в монолитно-кирпичном, так и в кирпичном или панельном исполнении (рис. 1). Конструктивные схемы при этом реализовываются разными элементами, имеющими различные типы соединений между собой (рис. 2). В каркасном здании в перекрытии применяется сборная плита, уложенная на ригель, в бескаркасном здании – сборные плиты, опирающиеся на несущие стены, в монолитном варианте – монолитная плита, опирающаяся по контуру на продольные и поперечные стены. Изучение напряжений в несущих конструкциях зданий может позволить провести эксперимент по оценке влияния конструктивной схемы на начальную надежность здания. Для исключения влияния других факторов к каждой расчетной схеме прикладываем одинаковую полезную нагрузку и задаем одинаковый перекрестно-ленточный фундамент. Рис. 1. Планировка жилого здания, исполненного в монолитно-каркасном варианте Все вычисления производим в программном комплексе (ПК) «Лира 9.6» методом конечных элементов (МКЭ). В ходе исследования были сформулированы следующие задачи: выполнить одну планировку этажа в различных конструктивных схемах; максимально приблизить моделирование конструктивной схемы здания к фактической работе конструкций; проанализировать полученные результаты. Существуют определенные требования к расчетным моделям. Расчетная схема должна: учитывать пространственную работу несущей системы здания и его элементов; максимально подробно и дифференцированно учитывать жесткостные характеристики сборных элементов и швов между ними; предусматривать возможность приложения нагрузок с минимальной их идеализацией; быть универсальной; давать возможность с минимальными трудозатратами определять напряженно-деформированное состояние любого элемента при деформациях, возникающих в них; давать возможность рассчитывать здание с меньшими трудоемкостью и затратами машинного времени. Согласно [1], схемы делятся по типу на стержневые, пластинчатые и комбинированные расчетные. У пластинчатых схем основными несущими элементами являются пластинки с проемами или без них, соединенными между собой сосредоточенными или распределенными связями. Это позволяет найти усилия в вырезанных из здания фрагментах, а также учитывать наличие проемов в конструкции и податливость в узлах. Такая расчетная схема требует большого количества машинного времени, использования упрощенных схем, имеет низкую степень идеализации. Эта схема часто применяется для панельных зданий. Стержневые схемы могут быть в виде набора параллельно расположенных балок с податливыми связями (составная балка), перекрестной системы балок, многоэтажной многопролетной рамы и решетчатой системы. В расчетных схемах в виде перекрестных стержневых систем несущие балочные элементы расположены в двух плоскостях (вертикальной и горизонтальной). Вертикальные несущие элементы Рис. 2. Варианты здания в кирпичном, монолитно-каркасном и крупнопанельном вариантах Рис. 3. Плита перекрытия в комбинированной расчетной схеме эквивалентны по жесткости стенам, горизонтальные перекрытиям здания. В рамных расчетных схемах стены с проемами рассматриваются как многоэтажные плоские или пространственные многопролетные рамы. Стойками рам являются глухие (без проемов) участки стен, а ригелями перемычки и перекрытия. При решетчатых расчетных схемах здание в целом или его отдельные элементы (например, стены) заменяют системой вертикальных, горизонтальных и наклонных стержней, шарнирно соединенных между собой. При комбинированных расчетных схемах здание рассматривается как пластинчато-стержневая система. Такие расчетные схемы рекомендуется применять для расчета зданий, в которых сочетаются каркасные элементы и стены. При этом деформации в стыковых панелях определяются с использованием коэффициентов жесткости и коэффициентов податливости, с применением линейной зависимости между усилиями и деформациями. Исходя из особенностей конструкций можно сделать вывод о том, что монолитно-каркасному зданию наиболее соответствует комбинированная расчетная схема вследствие наличия в каркасе вставок – диафрагм жесткости (рис. 3). Для бескаркасной схемы панельного и кирпичного здания применима пластинчатая схема. При этом стоит учитывать стыки стеновых панелей в одноименной конструкции и задавать их отдельно. Таким образом, проанализированы существующие методики моделирования конструктивных схем зданий. Получены три модели для одной планировки жилого здания. В дальнейшем планируется провести серию математических экспериментов для проверки гипотезы о влиянии конструктивной схемы здания на его начальную надежность. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Пособие по проектированию жилых зданий. Вып. 3. Часть 1. Конструкции жилых зданий (к СНиП 2.08.01-85) [Текст] / ЦНИИЭП жилища Госкомархитектуры. М., 1986. Перельмутер, А.В. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа [Текст] / А.В. Перельмутер, В.И. Сливкер. – М.: Изд-во СКАД СОФТ, 2011. © Гордеева Т.Е., Усольцева К.А., 2013

About the authors

T. E GORDEEVA

Самарский государственный архитектурно-строительный университет

Author for correspondence.
Email: vestniksgasu@yandex.ru

кандидат технических наук, доцент кафедры городского строительства и хозяйства, декан факультета транспортного и городского строительства

K. A USOL'TsEVA

Самарский государственный архитектурно-строительный университет

Email: vestniksgasu@yandex.ru

лаборант ОНИЛ «Реконструкция»

References

Supplementary files