автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Бескаркасные гражданские здания с рациональными параметрами

РГ6 од

“ І іШІЬтЕРСГВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

Бережна Катерина Вікторівна

УДК 624:725/728

БЕЗКАРКАСШ ЦИВІЛЬНІ БУДИНКИ З РАЦІОНАЛЬНИМИ

ПАРАМЕТРАМИ

05.23.01-будівельні конструкції, будівлі та споруди

Автореферат дисертації на здобуття тукового ступеня . кандидата технічних наук

Харків - 2000

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано на кафедрі будівельних конструкцій Харківської державної академії міського господарства (ХДАМГ), Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник

- доктор технічних наук, професор Шмуклер Валерій Самуїлович

професор кафедри будівельних конструкцій Харківської державної академії міського господарства.

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Клімов Юлій Анатолійович

завідувач відділом теорії та методів розрахунку залізобетоних конст^кцій Науково-дослідного інституту будівельних конструкцій, м. Київ;

- доетор технічних наук Салія Гуразд Шалвович

професор кафедри залізобетонних та кам'яних конструкцій Харківського державного технічного університету будівництва та архітеиури.

Провідна установа - Український зональний науково-дослідний і проектний інститут по цивільному будівництву ВАТ "КиївЗНДІЕП".

Захист відбудеться "20" 2000 р. о годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 64.056.04 при Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ХДТУБА.

Автореферат розісланий " 13'Ч^іна2000 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 64.056.04 л/у

кандидат технічних наук, доцент М.Г. Ємельяненко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. Створення висококомфортного сучасного житла є на :ьогодні одним з найважливіших завдань, які стоять перед проектувальниками та 5удівельниками.

Існуючий великопанельний фонд наглядно демонструє цілу низку недоліків зведених споруд, і, перш за все, їх низькі теплозвукоізоляційні та екологічні властивості, обмеженість об’ємно-планувальних рішень, відсутність художньої виразності, складність трансформацій, високі матеріаломісткість і енергомісткість виробництва конструкцій. З іншого боку, індивідуальні житлові будинки з монолітного залізобетону, цегли, блоків і т.д. також мають деякі проблемні моменти. До них слід віднести складність створення зовнішніх огороджуючих конструкцій, які відповідають вимогам теплової та звукової ізоляції, здебільшого, неконтрольовану витрату матеріалів, підвищену чутливість до нерівномірних деформацій основ і нерівномірність деформування споруди в цілому. Наслідком сказаного є збільшене гріщиноутворення, обмежений ресурс позитивних експлуатаційних властивостей. Тим не менше, накопичений досвід і аналіз кращих зразків зумовлюють пошук нових ефективних рішень дога систем, що обговорюються. Використання для цих цілей методів прямого, тобто раціонального проектування, відкриває значні можливості для повноцінної реалізації поставленого завдання.

Обраний напрямок досліджень пов'язаний з виконанням Харківською державною академією міського господарства плану науково-дослідних робіт Міністерства освіти і науки України на 1998-2000 рр. п.21 «Створення нових технологій, методів організації та механізації будівельних процесів, які забезпечують ефективність будівництва і модернізацію будівель і споруд»; назва теми: «Дослідження закономірностей з’єднання легкого бетону та полімерних вставок при створенні дисків перекриттів великих прогонів».

Мета роботи - створення конструкції безкаркасної будівлі, параметри якої формуються на підставі розробленої методики управління її характеристиками.

Задачі дослідження:

1. Формулювання та наукове обгрунтування принципів формування безкаркасних систем, які опираються зовнішнім впливам заданим чином.

2. Розробка, на підставі складених принципів, нових конструкцій безкаркасних будівель і оцінка відповідності сучасним вимогам їх інженерно-фізичних властивостей.

3. Побудова процедур формалізації задач оптимізації параметрів безкаркасної будівлі оболонкового типу з одночасним регулюванням її напружено-деформованим станом.

4. Розробка нових конструктивних рішень легкобетонного диска перекриття в цілому, а також плит, елементів контуру та зв’язків, які є його складовими частинами. '

5. На базі сформульованих вимог до конструкції перекриття та її конкретної реалізації підбір складу керамзитобетону та розробка принципів формування виробів, що забезпечують оптимальну витрату матеріалів при обмежених енерговитратах.

6. Побудова теоретичної моделі безкаркасної будівлі, обгрунтування та вибір в її рамках методів представлення та обробки інформації.

7. На підставі розробленої моделі дослідження напружено-деформованого стану споруди в цілому та окремих її елементів з урахуванням специфіки роботи матеріалів, зв’язків, а також впливу конструктивних особливостей, які мають місце в системах подібного виду.

8. Проведення експериментальних досліджень напружено-деформованого стану опгимізованих конструкцій збірних перекриттів зі співставленням результатів з теоретичними.

9. Проведення економічного аналізу запропонованих рішень.

10. Впровадження результатів дисертаційного дослідження.

Методи дослідження. Побудова конструктивної схеми безкаркасної будівлі з використанням метода прямого проектування у формі регулювання характером її напружено-деформованого стану; раціоналізація параметрів конструкцій методами оптимізації; теоретичне вивчення особливостей деформування та тестування методики формування конструкції споруди на підставі її кінцевоелементного моделювання та експлуатації універсального обчислювального комплексу «ЛІРА»; експериментальні дослідження легкобетонних дисків перекриття шляхом використання елементів автоматизованої системи наукових досліджень, включаючи співставлення теоретичних результатів і результатів експериментів.

Наукову новизну роботи складають:

• складені принципи та методика формування безкаркасних будинків, що мають раціональні параметри;

• експериментально-теоретична методика визначення властивостей конструкції крок за кроком, її матеріалів, а також послідовності виробництва легкобетонних ефективних дисків перекриття та їх елементів;

• методика кінцевоелементного моделювання напружено-деформованого стану будівлі-оболонки, включаючи врахування нелінійності деформування конструкційних матеріалів;

• результати експериментальних досліджень легкобетонних дисків перекриттів.

Практичне значення та реалізація дисертації полягають у створенні безкаркасних житлових будинків нового покоління, техніко-економічні показники яких відрізняються високою конкурентоздатністю, що є наслідком застосування розробленої методики їх проектування. Розроблена конструктивна система

з

безкархасних будівель дає широкі можливості при створенні об’єктів житла, що виділяються високою художньою виразністю та сумарною інженерною позитивністю. Крім того, в рамках даної дисертації розроблені та апробовані в проектуванні та будівництві нові конструкції плит перекриттів. Для їх масового виробництва складені та затверджені в органах УкрСепро технічні умови «Плити перекриття залізобетонні контурні» реєстр. № 100/005950 від 03.04.1998 р.

Результати роботи впроваджені в Державному проектному інституті «Укрміськбудпроект» (м. Харків) і об’єднанні «Харківжитлобуд» при проектуванні та будівництві 10-поверхового житлового будинку по Московському проспекту в м. Харкові та ряді інших об’єктів.

Особистий внесок:

• розроблена конструкція безкаркасної будівлі-оболонки, яка має позитивні стартові та експлуатаційні якості;

• розроблене нове рішення диска перекриття безкаркасної будівлі, конструкція її окремих елементів і патентночиста технологія їх виробництва;

• розроблена та обгрунтована методика формування безкаркасних будівель з регульованими параметрами;

• побудована кінцевоелементна модель і, на її базі, проведений аналіз напружено-деформованого стану будівлі-оболонки з широким варіюванням топології стін і окремих конструктивів (диски перекриття, пояси, перемички, віконні отвори);

• на натурному зразку проведені експериментальні дослідження напружено-деформованого стану диска перекриття, який має оптимізовані параметри;

» експериментально-теоретичним шляхом здійснено тестування конструкції будівлі, характеристики якої отримані методом прямого проектування;

» здійснено впровадження результатів дисертаційної роботи, включаючи економічну оцінку запропонованих рішень.

Апробація робота здійснена:

• в доповіді на Другій Всеукраїнській науково-технічній конференції «Науково-технічні проблеми сучасного залізобетону», Київ, 1999 р

» в доповідях на науково-технічних конференціях Харківської державної академії міського господарства, Харків, 1997-2000 рр.;

» в доповіді на V Українській конференції «Застосування пластмас у будівництві та міському господарстві», Харків, 2000 р.

За участь у виставці-ярмарку «Наука Харківщини 2000» присуджено диплом І яупеня за кращу прикладну наукову роботу.

В повному обсязі дисертація доповідалася на семінарах у Харківській державній кадемії міського господарства та харківському державному технічному університеті іудівницгва і архітектури.

Публікації. Основні положення дисертації та результати досліджень опубліковані у 8 друкованих працях. Отримано позитивне рішення про видачу патенту України (заявка № 99063068).

Обсяг дисертації та її структура. Дисертація складається зі вступу, п’яти розділів, висновку та додатків. Повний обсяг дисертації 276 сторінки, в тому числі: 138 сторінок машинописного тексту, 30 таблиць, 97 рисунків, використаних в роботі літературних джерел 153,1 додаток.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі подані обгрунтування актуальності теми дисертації та її наукової новизни, оговорена методологія дослідження, наведені результати, які виносяться на захист і мають практичне значення.

В першому розділі проведені впорядкування та класифікація систем багатоповерхових будівель. Визначені основні трансформації конструктивних схем споруд, і зокрема, безкаркасних, пов’язані з появою нових матеріалів, ускладненням умов будівництва, вимогами екологічної позитивності та економічної доцільності. Виділена особлива роль у розвитку сучасної домобудівної науки В.М.Байкова,

A.Я.Барашикова, ОЛ.Берга, В.М.Бондаренка, П.Ф.Вахненка, О.О.Гвоздева,

Б.Г.Гнидця, М.Ф. Давидова, П.Ф. Дроздова, Ю.А.Диховичного, А.С.Залесова, М.І.Карпенка, Ю.А.Клімова, М.Й.Колякова, Ш.Кривошеєва, С.М.Крилова,

Я.Д.Лівшица, В.ІЛишака, В.В.Михайлова, Ю.І.Немчшюва, М.В.Нікітіна,

Т.М.Пецольда, Д.МЛодольеького, С.ВЛолякова, В.В.Ханджи, О.Л.Шагіна,

B.С.Шмуклерата інших. На значній кількості прикладів, запозичених з їх досліджень,

а також на підставі розгляду побудованих і запроектованих будівель, проаналізовані питання рівномірності завантаження поздовжніх і поперечних стін, повноцінності включення до опору зовнішнім навантаженням поперечних перерізів стінової оболонки та дисків перекриття, стійкості та деформативності об’єктів. Вище

перелічені факти дозволили визначити коло невирішених проблем як конструктивного, так і розрахункового порядку. При цьому в окремий напрямок виділене завдання оптимізацїї параметрів споруд оболонкового типу. Показано, що незважаючи на значні успіхи, зумовлені роботами Н.П.Абовського, Я.Арора, М.В.Банічука, П.М.Варвака, О.І.Виноградова, О.С.Городецького, А.В.Грановського, М.К.Іщука, В.О.Пермякова, Я.Г.Пановко, І.М.Рабіновича, М.І.Рейтмана,

М.М.Складнева, В.В.Трофимовича, С.П.Тимошенка, Е.Хога, К.Чоя,

В.М.Шимановського, В.С.Шмуклера та інших, кількість реалізації завдань подібного класу, і зокрема, для конструктивних систем в цілому, явно недостатньо. Відсутність в теорії та практиці необхідних результатів у сукупності з наведеним аналізом дали можливість сформулювати завдання даного дослідження.

В другому розділі формуються наукові принципи побудови безкаркасних іудівель з раціональними параметрами. Пошук раціональних рішень викликаний іаявністю ряду недосконалостей, виявлених при проектуванні та будівництві, ісобливо в аномальних умовах. До них слід віднести: понижену просторову короткість будівлі; підвищену чутливість до деформацій основи; збільшене, в силу іізних рівнів навантаження, тріщиноутворення, і зокрема, в місцях перетину несучих і іенесучих стін; велику масу споруди; незначну величину жорсткостей вільного та трудненого кручення; обмежену величину прогонів; неефективне використання ііфтово-сходових вузлів.

Процес проектування будівельних систем, як відомо, є багатокритеріальним і іагатофакторним. При цьому дуже часто слід підпорядкувати рішення, що іриймаються, протирічливим вимогам, які виключають одна одну. Це знижує їфекгивність застосування методів оптимізації в традиційних постановках, які іритаманні, здебільшого, завданням покращення характеристик окремих, нехай навіть складних, конструктивів. Галузь використання екстремальних завдань може бути зозширена шляхом сполучення відомих підходів і методів регулювання параметрів ;истеми. Використаємо подібну методологію для прямого формування конструкції Зезкаркасного житлової чи громадської будівлі підвищеної поверховості. В її основі тежить ідея апріорного призначення характеру напружено-деформованого стану шстеми. В даному випадку має сенс в якості «еталонних» призначити умови 5езмоментності напруженого стану, яке виникає в стінах будівлі та умов, які зідображають трансформацію одного виду напружено-деформованого стану в інший в щсках перекриттів.

Тепер, у відповідності до процедури метода, поставимо вимогу, щоб:

• план будівлі складався з простих компактних фігур, що є задоволенням обмежень норм (рис.1);

• q(s) —> const, де q(s) -мембранні напруження в стінах кошуру, s - дугова координата (рис.2);

• max|f] —»inf, f(x,y) - прогин перекриття, х,у - декартові координати;

• max|f] < f*, f* - нормативний прогин;

• ctm(s) -» inf, aM(s) - згинальні напруження в стінах контуру;

• a;;bj > 6,0 м, а;;Ь; - розміри блока будівлі, і - номер блока (рис.2);

• жорсткості GIK(s) —> sup; ЕІИ -» sup; Е, G - модулі деформації 1-го та 2-го роду матеріалу стін; Ік, Іс) - моменти інерції вільного та утрудненого кручення блока будівлі;

™ •

• Y ~-----п -Ґ » ЕІП - жорсткість перемичок над отворами, Dnp - циліндрична

аі * А.р

жорсткість перекриття, 7* - задане апріорі значення, наприклад у* > 1;

житлові блоки

н

V -Гт~"ї

олоки

^Г?7-Г7ТГТ7Г'*>} / / / > > Г У/;

а) із незалежними опорними контурами;

б) із сполученими опорними контурами;

в) із поворотом.

Мал. 1. Варіанти блокування чарунок.

. ЧР)

І-тиЙ поверх

^ Т -іТ г ■

І-І ^

залізобетонний або арматурний пояс

Мал. 2. Логічний елемент (і-тий елемент) будинка-оболонки.

• послаблення стін отворами незначно вплинуло на величину згинальної жорсткості блока будівлі, зокрема, для стіни з одним рядом отворів вирішимо

Аі; А2; іь Ь - площі та моменти інерції простінків (пілонів), Н - висота блока будівлі, її - висота поверху, и - половина ширини отвору, V - відстань між центрами ваги пілонів;

• загальна крутильна жорсткість блока будівлі зберігала кінцеве та близьке до початкового значення, незважаючи на суттєве зменшення жорсткості вільного крутіння, викликаного послабленням стін отворами, за рахунок повноцінного включення дисків перекриття у роботу в якості бімоментних зв’язків, а також застосування конструкцій підсилення отворів;

• раціональне конструювання дисків перекриттів забезпечило їх роботу як квазімонолітного елемента.

Задоволення побудованим обмеженням може бути виконане шляхом стосування конструктивного регулювання системи крок за кроком. Зокрема, [користання підходу, що постулюється, призводить до наступних конструктивних обливостей складеного диска перекриття:

• блок будівлі перекривається непарною кількістю збірних плит, які мають підрізки за поздовжніми кромками та спираються одна на одну від центру чарунки до контуру;

• крайні плити спираються поздовжньою кромкою на контур і об’єднуються між собою шпонками та листовими накладками. При цьому накладки розташовуються дискретно вздовж лінії дії максимальних моментів крутіння. Як показав досвід, подібний диск опирається зовнішнім навантаженням як єдина система та забезпечує мінімізацію максимальних прогинів.

Будівля компонується, в загальному випадку, з різновисоких окремих блоків, які іють співвідношення сторін, яке змінюється в діапазоні 1-Й,5. При цьому ліфтово-:одовий вузол з розташованими в ньому стояками мереж виділяється в самостійний юк. Подібні рішення дозволяють максимально завантажити комунікаційну чарунку, іеншивши тим самим вартість 1 м2 площі. Локалізація розташування інженерних ;реж підвищує комфортність проживання та покращує їх експлуатацію. Блоки, що юектуються, можуть стикуватися, між собою як незалежні, або мати спільні стіни ис.1). Стиковку допустимо здійснювати зі зсуненням у плані, а також з поворотом юків відносно один одного. Обов’язковою умовою в даному випадку є забезпечення :цності, жорсткості та стійкості будь-якого блока, який опирається зовнішнім шантаженням без взаємовпливу інших. З метою створення рівнозавантаженості інового контуру, кількість перекриттів у блоці проектується парною, а на двох

рї: 15, де

сусідніх поверхах або чарунках плити вкладаються з поворотом на кут 90° (рис.2). Подібне рішення задає половинне навантаження кожної стіни контуру, а на будь-яких двох суміжних поверхах забезпечується виконання умови q(s) -> const. Використання двох внутрішніх перегородок легких конструкцій або відмова від перегородок взагалі дозволяє визначити наступні розміри блоків у плані 6,0x6,0 м; 6,0x9,0 м; 9,0x9,0 м; 9,0x12,0 м; 12,0x12,0 м і т.д. (для збірних дисків перекриттів). Додаткової комплексної позитивності споруди можна досягнути шляхом застосування для плит перекриття легкого бетону та полімерних вкладишів-утворювачів порожнин. Крім суттєвого покращення теплозвукоізоляційних властивостей будівлі ці ефективні конструкції зменшують її власну масу, яка лінійно впливає, як відомо, на величину сейсмічних сил. Зменшення маси будівлі призводить також до зменшення тиску на основу, що дозволяє кваліфікувати споруду, яка створюється, як екологічно конкурентоздатну. Особливістю запропонованого в цій роботі підходу є можливість обгрунтованого розчленування загальної задачі оптимального проектування на ряд самостійних.

Зовнішня оболонка-сгіна. Будівля є оболонкою, в загальному випадку, прямокутною в плані. Граничні умови на кінцях традиційні. Відсутність поворотів і переміщень в місці спирання на фундамент і вільне деформування (умови Кірхгофа) на верхньому торці. Оболонка послаблена отворами. При цьому тут і далі розглядаються три випадки: відсутність отворів у стінах («еталонна» оболонка), отвори розташовані симетрично відносно осей, що проходять через центр згину (жорсткості) будівлі та отвори, розташовані несиметрично. Відповідно до прийнятої концепції раціональної, в розумінні витрати матеріалів, вважається система, яка знаходиться в квазібезмоментному напруженому стані. Подібного можна досягти, в даному випадку, рівномірним розподілом поздовжніх стискаючих напружень, максимальним виключенням впливу послаблень в стінах, відходом від концентрації напружень, найбільш повноцінним включенням всього поперечного переріза оболонки при сприйнятті згинальних і крутильних навантажень, мінімізацією згинальних моментів, які виникають від позацентрового прикладення реакцій плит перекриття, мінімізацією крутіння. Конструктивними параметрами, зміна яких забезпечує «настройку» системи, є конфігурація та розміри оболонки, товщини стін, кількість, розташування та геометрія отворів, конструкція дисків перекриттів, геометрія поясів, що обрамляють, включаючи форму їх поперечного переріза, співвідношення максимальних напружень від різних завантажень. До переліченого слід віднести необхідність максимізації критичних сил втрати стійкості системи. Поворот, на кожних двох суміжних поверхах, плит перекриття на кут 90° відносно одне одного забезпечує рівномірне обтиснення контуру опорними реакціями диска перекриття. У випадку симетричного кесона без отворів подібне рішення призводить до безмоментного напруженого стану, який виникає в оболонці. В дійсних умовах має

місце спотворення еталонних силових полів, що визначаються загальною компоновкою будівлі. З метою пом’якшення аномалій, що з’являються, пропонується вводити до розгляду весь відомий набір конструктивних рішень, який зменшує вплив моментів. До найбільш ефективних з них слід віднести: влаштування перемичок необхідної жорсткості; влаштування розподільчих поясів; влаштування отворів заданої конфігурації; створення стін зі складною геометрією.

Звісно, що наведений перелік не претендує на повноту та може розширятися в залежності від конкретних умов.

Враховуючи локальний характер підсилень і згадану вище специфіку

запропонованого підходу, що дає можливість (незалежного) розгляду крок за кроком загальної задачі, допустимо визначити фізико-геометричні властивості підсилень наступним чином. В якості критерію вводиться:

Су —> inf, (1)

де Су - вартість конструкції підсилення в дії.

Умову управління доцільно прийняти

W* - F* = 0, (2)

де елементи матриці W* - суть геометричні характеристики конструкції

підсилення, а елементи матриці F* - аналогічні параметри для будівлі без отворів (тонкостінний кесон).

Зазначимо, що в якості керуючих параметрів повинні виступати характеристики конструкцій підсилення. Мінімізацію моментів, що виникають від позацентрового прикладення реакції плит, можна здійснювати за рахунок вибору необхідної довжини плити або за рахунок створення балконів і еркерів. Зокрема, визначення прийнятної довжини плити дозволяє рівнодіючу контактних тисків максимально наблизити до центру ваги стіни, реалізуючи тим самим виконання умови

е -»inf, (3)

де е - ексцентриситет прикладення реакції плит.

Забезпечення просторової роботи диска перекриття (робота в двох напрямках) мінімізує реактивні сили, а конфігурація пояса обрамлення задає характер розподілу контактних тисків. Балкони, еркери, зовнішні шари утеплення, оздоблення (екрани) і т.д. створюють розвантажувальний момент на стіну по відношенню до моменту від плит перекриття.

Суттєвою особливістю будівель, що розглядаються, є їх згинально-крутильний характер втрати стійкості. Ця обставина має місце навіть пРи симетричному плані споруди. В зв’язку з цим додамо до (1), (2), (3) ізопериметричні умови, які відображають ефективну роботу конструкції будівлі. Під ефективною роботою розуміємо наближення кутів закручування будівель з отворами до будівлі без отворів, тобто

- 0, —> inf, (4)

де 9П - максимальний кут закручування будівлі з отворами; 9Э - кут закручування консольного кесона (будівля без отворів).

Крім вище наведеного, слід призначити розміри окремих простінків таким чином, щоб виключити місцеву втрату стійкості. Суттєвого збільшення критичних сил втрати стійкості можна досягти також за рахунок виконання стін контуру різної товщини, а також за рахунок створення по контуру будівлі еркерів і лоджій.

Зокрема, змінюючи товщину стін, можна змінити положення центру мас і центру згину будівлі, наближаючи їх одне до одного, а також до точок прикладення векторів горизонтального та вертикального навантаження.

Крім того, при компоновці слід забезпечити виконання умови:

а* -» 0, (5)

де ig2a -~21xy/(Iy-IJ:), де Іх, Іу, І,, - моменти інерції будівлі; а* - кут нахилу головних осей до осей розбивки будівлі. При виконанні умови (5) та збігу центру мас і центру згину мінімізуються горизонтальні переміщення будівлі та кут закручування.

В цілому задача огггимізації формулюється традиційно, тобто до приведених обмежень і критеріїв додаються міцністні та деформаційні. Ця обставина зумовлює використання для її розв’язання відповідних обчислювальних процедур. До них відносяться дві підсистеми: обчислювальний комплекс «ЛІРА» та програмна система «МІГ-екстремум». ОК «ЛІРА» призначена для визначення компонентів напружено-деформованого стану, а ПС «МІГ-екстремум» реалізує пошук глобального екстремуму функціонала від багатьох змінних.

Диски перекриття. При розгляді стін будівлі прийнято, що диск перекриття повинен бути абсолютно жорсткий у своїй площині та мати лімітовані переміщення з площини. Крім того, обмежується його маса та регламентуються теплозвукоізоляційні властивості. В зв’язку з цим задоволення обмеженням за деформаціями передбачається здійснювати за рахунок регулювати напружено-деформованим станом в елементах диска перекриття. Об’єднання плит у єдину систему може здійснюватися за рахунок: замонолічування шпонок між плитами, а також контуром і плитами; влаштування накладних деталей в окремих точках на верхній поверхні плит і пояса; забезпечення появи в диску розпору.

За таких передумов в якості функції цілі задачі є сенс прийняти максимум економічного ефекіу:

4

3=С0-^х,Сі-»зир, (6)

мі

де Сі - вартість матеріалів і робіт з влаштування шпонок між плитами; С2 -вартість матеріалів і робіт з влаштування металевих накладок; Сз - вартість робіт з встановлення анкерної арматури в швах між плитами, яке організується в умовах будівництва; С4 - вартість натягнення арматури в плитах, яке виконується в заводських або в умовах будівництва;

с,=£с,*„ хі = {0,1} - булева змінна.

/=І

З виразу (6) видно, що максимальний економічний ефект може бути досягиутий в разі застосування мінімальної кількості найдешевших робіт з об’єднання плит в диск. Додатковими умовами до (6) повинні бути

(7); асгс < а* (8)

де Гтах - максимальний прогин; астс - ширина розкриття тріщин;

1* - нормативний прогин; а* - нормативна ширина розкриття тріщин.

Описані правила компоновки перекриття в сукупності з прийнятими типами зв’язків, що об’єднують збірні елементи та контур, зумовлюють створення конструктивної системи збірно-монолітного типу. Визначимо, наскільки відрізняється робота об’єднаного переліченими вище типами зв’язків збірного диска перекриття від роботи монолітного перекриття. З цією метою введемо до розгляду збірний диск перекриття, який складається з елементів балочного типу, об’єднаних суцільною шпонкою та які мають анкерування на контурі. Для спрощення приймемо, що диск в плані має форму квадрата. З’єднання шпонкою забезпечує передачу від одного елемента до іншого тільки поперечних сил. Анкерування диска в робочому напрямі зумовлює появу розпору. Диск в цілому спирається вільно за контуром на абсолютно жорсткі конструкції (стіни). В цьому випадку, розглянувши розрахункову схему диска, стає очевидним, що його циліндрична жорсткість в одному з напрямів безпосередньо залежить від згинальних жорсткостей елементів, що складають диск. В перпендикулярному ж напрямі в зв’язку з тим, що елементи з’єднані один з одним шарнірно, циліндрична жорсткість диска є досить малою величиною. Крутильна жорсткість диска залежить від жорсткості вільного крутіння окремих елементів. Виходячи з цих міркувань, можна представити диск моделлю у вигляді ортотропної вільно спертої пластинки. Дослідження будемо проводити методом порівняння. Для співставленій з системою, що розглядається, оберемо суцільну конструкцію, яка спирається за контуром та моделюється ізотропною вільно спертою за контуром пластиною (еталон). Результати порівняння зведемо в таблицю 1. Аналіз свідчить, що збільшення параметрів у[ і уі наближує максимальні значення прогинів і згинальних моментів збірного диска до відповідних величин монолітної пластинки. Теоретично при у і = 1,0 для прогинів і при уі = 0,6 для згинальних моментів вказані величини для збірного диска стають рівними відповідними значенням єдиної пластини. При уі = уг=

0 максимальний прогин і максимальний згинальний момент збірного диска точно дорівнює відповідним значенням для одного з елементів диска, що працює за блочною схемою. Тобто зміна співвідношення між крутильною та згинальною жорсткостями диска дозволяє змінити характер напружено-деформованого стану збірного перекриття. З таблиці також видно, що шляхом створення значних розтягувальних сил на контурі (у2 > 0,5) можна добитися зменшення прогинів

системи, що розглядається, в порівнянні з суцільною пластинкою. Однак, в реальиих умовах це навряд чи реалізуємо в силу міцністних обмежень.

Оцінимо далі, теоретично, можливість існування конструктивних параметрів елементів, що складають диск, які могли би забезпечити величинам уі і у і задані значення.

Припустимо, що (І2 > <і|. Введемо

хі = б^/бь Х2~&іІ&\\ 0 <хі < 1; 0 <хі< 1; де <1і і йг - розміри кесона; бі і 62

- товщини стінок. Тоді можна показати, що відношення жорсткостей

/І Іг*

(9)

є обмеженням задачі, а Хі і х2 - керуючими параметрами, к* - задане апріорі значення. При цьому жорсткість вільного кручення переріза задається на підставі

, _ 2 С&сіЬ^і . Е8^{

формули Бредта: 01^, - - ■ ■■■-- а, згинальна жорсткість ЕІг =—-—(1 + Зх.х,).

(дг1 о

Таким чином, задача раціоналізації параметрів дисків перекриття зводиться до мінімізації (6) при обмеженнях (7) і (8), а також умові (9). При її розв’язанні використовується той же алгоритм, що й у випадку стін. Відмінністю тут є еталонна конструкція, прийнята, як зазначалося вище, у вигляді ізотропної суцільної плити. Крім того, замість способів підсилення стін розглядаються способи об’єднання плит. Розроблені ефективні плити перекриття багато в чому відрізняються від відомих. Новизна характеризує й технологію виготовлення цих конструкцій. Все сказане зумовило необхідність проведення комплексного обгрунтування прийнятих рішень, яке фундує впровадження даних конструкцій в будівельну практику. Придатність розробленої конструкції визначалася шляхом постановки тестових випробувань. В процесі вивчення властивостей застосованих матеріалів, перш за все, перевірялася відповідність їх характеристик спеціальним вимогам. Так тестування конструкційного теплотехнічного бетону проводилося у відповідності до діючих стандартів, у рамках яких був виконаний комплекс фізико-механічних випробувань, який полягав у визначенні: його об’ємної маси та водостійкості; морозостійкості; міцності. Проведені тест-випробування конструкційного керамзитобетону підтвердили можливість створення матеріалу з наперед заданими властивостями.

Наступним етапом тест-випробувань була перевірка розробленого технологічного тристадійного процесу виготовлення панелей, а також розробленого для цих цілей оснащення. Випробування проводилися шляхом виготовлення партії дослідних плит з контролем якості конструкції на всіх етапах виготовлення, включаючи повну готовність. Будь-яких аномалій при проведенні вказаних робіт виявлено не було.

Основними випробуваннями, що обгрунтовують можливість застосування методики, стали міцністні випробування конструкцій, що розглядаються. Метою цих

Таблиця !.

ЗІСТАВЛЕННЯ МАКСИМАЛЬНИХ ЗУСИЛЬ І ПЕРЕМІЩЕНЬ

Зкд ЇТРУКЦІЇ Оператор задачі Максимальний момент Максимальний прогин

Іалка ЕітУ=я(х) ж,^-п0 6144 0

тропна істкнка 0?*“ я(х.у) о-.™3.. й Ібиа2 у у ™ . тлх . пху іл~ 1 — .22, —хт — Ф Ібіс* у у 0 0

** т^Ь^.п=и,5... и^ + л2)1 пЫ$£..Птл(лі'г пі][

юпонова система у у «. Я, ■ Чг V а а пЛіх * Г'"7 * Г>1

_ . , 1бд„а2 , 40„ N.а2 , .

Примітки; призначено ^— = 1[ м0-——— = •/, =-----/і-—:— іїх - мембранні сили на

тг £> я4 О, п2[)3

урі; <](х,у) - поперечне навантаження; О - циліндрична' жорсткість ізотропної пластини; Н - жорсткість ортотропної ггини на крутіння з розтягом; 'М(х,у) - прогин. Ох - згінна жорсткість ортотропної пластинки в напрямку X; д -івдіенг Пуасона; а -розмір сторони пластинки; Е - модулі деформації 1-го роду (модуль Юнга); 5-товщина ;тшіки, Еї - згінна жорсткість одного елемента (плити).

та закручування прогини

несиметричне симетричне суцільне . несиметричне симетричне суцільне

Мал. 3. Порівняння кугів закручування і переміщень

будинку-оболонки з різноманітною топологією фасадів.

тест-випробувань була перевірка на макрорівні запропонованих матеріалознавчих, конструкторських і технологічних принципів. Плити випробувалися за балочною схемою з доведенням їх до руйнування. Всього було випробувано три плити. Заміряні прогини при експлуатаційному навантаженні виявилися меншими за величиною ніж їх нормативні значення.

В третьому розділі здійснена оцінка напружено-деформованого стану будівлі-оболонки. З цією метою була побудована кінцевоелементна модель системи, формалізована на мові ОК «ЛІРА».

Обробка інформації з метою виявлення напружено-деформованого стану конструкції здійснювалася за допомогою компіляційної процедури, що включає в себе метод кінцевих елементів і алгоритми послідовного врахування нелінійного деформування. Будівля-оболонка, яка має цілий ряд позитивних властивостей, створювалася на підставі метода оптимального управління поведінкою конструкції. В зв’язку з чим певний інтерес стало мати вивчення полів силових факторів, що виникають в конструкції, якісні та кількісні характеристики якої формувалися апріорі. Найважливішими також є питання, пов’язані з оцінкою спотворення наперед задашх силових полів. Подібні аномалії мають місце в силу наявності отворів у стінах, включень з різномодульних матеріалів, виникнення концентрації напружень і т.д. Абсолютно суворе врахування всіх факторів навряд чи можливе навіть за наявності швидкодіючих ЕОМ. Тому був введений ряд вихідних спрощуючих передумов і гіпотез, які лежать в основі сформованої моделі:

1. Оболонка та диски перекриття дискретизуються шляхом використання елемента ізотропної оболонки нульової гаусової кривизни (2-константна модель). При необхідності можливе введення анізотропного елемента оболонки.

2. В зв’язку з тим, що дослідження передбачає вивчення полів зусиль, переміщень та їх можливих відхилень від відповідних величин при безмоментному напруженому стані, в якості завантажень розглянуті: - вертикальне рівномірно розподілене навантаження за всією площею; те саме, але тимчасове навантаження прикладене на половині перекриття; те саме, але тимчасове навантаження прикладене на чверті перекриття; момент крутіння прикладений до верхнього перекриття; розподілене горизонтальне навантаження прикладене до верхнього перекриття.

3. Зв’язки між плитами, а також між плитами та контуром моделюються кінцевими елементами стрижнів. При цьому геометрична нелінійність роботи зв’язків (порушення спільності переміщень плит) враховується шляхом застосування кінцевого елемента зв’язку однобічного типу.

Для вивчення перелічених вище питань були обрані об’єкти дослідження у вигляді будівель: без віконних отворів (замкнена оболонка), з симетрично розташованими отворами та несиметричними отворами. До складу об’єкта також входять диски перекриттів, повернуті на кут 90° на кожних двох суміжних поверхах.

Спочатку були призначені розміри будівлі в плані 12,0x12,0; 9,0x9,0 і 6,0x6,0 м. Висота поверху 3,0 м. Товщина стін 55 см. Матеріал стін - цегла силікатна марки 100, укладена на розчині марки 75. Плити перекриття ефективні, коробчатого переріза. Матеріал плит перекриттів керамзитобетон класу В20. Приведена товщина бетону плит 11,8 см, їх конструктивна висота 35,0 см; приведена висота за моментом інерції 27,0 см. Нелінійність деформування кладки та бетону враховувалася шляхом заданна діаграми с-є у вигляді, запропонованому В.С.Шмуклером, І.Ф.Давидовим і Л.П.Саенсом. При цьому для цегляної кладки були спеціально розраховані параметри, що входять до згаданої залежності.

При всіх завантаженнях враховувався власна вага стіни.

В зв’язку з особливістю конструкції диск перекриття був представлений поверховою схемою. Специфіка спирання його на стіни враховувалася шляхом введення відповідних вертикальних і горизонтальних зв’язків (анкерні пристрої в робочому напрямі плити), а також через задания за робочими кромками диска розподіленого згинального моменту, який враховує часткове защемлення плит в кладці.

Перед початком дослідження проводилося тестування кінцево-елементної моделі будівлі шляхом згущення сітки кінцевих елементів вдвічі та співставленій результатів між собою та з відомими аналогами., отриманими апостеріорними по відношенню до МКЕ методам. Новим моментом, введеного тут нами, є використання ідей імітаційного моделювати. Суть його полягає не у розв’язанні великої кількості задач, а в моделюванні відповідної кількості ситуацій, що підлягають аналізу. Подібний підхід замінює чисто обчислювальну проблему, проблемою логіко-обчислювальною та суттєво скорочує кількість задач, що розв’язуються.

Вся отримана вихідна інформація представлена блоками, до складу яких включені:

• аналіз деформування об’єктів дослідження при дії горизонтального статичного та навантаження крутіння;

• аналіз розподілу полів поздовжніх стискаючих зусиль у стінах об’єктів дослідження від дії вертикальних навантажень;

• аналіз впливу місця прикладення тимчасового навантаження на спотворення полів стискаючих зусиль;

• аналіз полів головних зусиль розтягнення та встановлення на їх базі можливості тріщиноутворення;

• аналіз деформування дисків перекриття;

• співставний аналіз впливу типів підсилень на трансформацію розподілу зусиль у стінах об’єктів дослідження при дії вертикальних і горизонтальних впливів;

• аналіз формування горизонтальних переміщень об’єкта дослідження;

• співставний аналіз впливу типів підсилень на характер горизонтальних переміщень об’єктів дослідження;

• оцінка включення в роботу переріза будівлі-оболонки при сприйнятті горизонтальних і навантажень крутіння.

Проведене моделювання споруди та чисельне дослідження повністю підтвердили коректність запропонованої методики прямого проектування будівель-оболонок, включаючи вибір компонентів вектора управляючих параметрів. Шляхом порівняльного логіко-чисельного аналізу обгрунтована інтегральна раціональність розробленої конструктивної системи будівель-оболонок.

Четвертий розділ містить експериментальну оцінку запропонованого рішення. Конструкція будівлі у вигляді оболонки, підсиленої діафрагмами жорсткості, являє собою досить складний агрегат, який відрізняється певною специфікою поведінки під навантаженням. Сказане зумовлює необхідність комплексного контролю отриманих теоретичних результатів. Тим не менше, цілком очевидно, що найбільш репрезентативний вид тестування - натурний експеримент, являє собою дорогу багатопланову процедуру, виконання якої в повному обсязі навряд чи було б виправдане. В зв’язку зі сказаним і враховуючи можливості, що склалися, ми вважаємо за доцільне проведення комплексу натурних випробувань тільки диска перекриття конструкції, що обговорюється.

При цьому відповідно до постульованого у даній роботі підходу для випробування був запроектований фрагмент перекриття, який містить плити різної конфігурації, виконані з важкого та легкого бетонів з наступними планувальними розмірами чарунок 4,2x4,2 м, 6,0x6,0 м, 8,4x8,4 м і трикутною зі стороною 4,2 м. Випробування мали комплексний характер. В їх рамках вивчалися спільна робота окремих плит у складі системи переьфитгя, вплив особливостей конструювання на напружено-деформований стан диска перекриття, специфіка деформування ефективних легкобетонних плит. Одним з основних питань, що вивчалися, було дослідженій розподільчої здатності складеного диска перекриття запропонованої конструкції. Наведений перелік задач дозволив косвеним шляхом оцінити коректність і суворість побудованої теоретичної моделі, а також розробленої методики прямого проектування безкаркасних будівель спеціального виду.

Натурні дослідження роботи перекриттів системи проводилися на одноповерховому фрагменті будівлі (об’єкт дослідження) з осьовими розмірами в плані 21,0x8,4 м, який є несучим остовом будівлі складу лакофарбових матеріалів, що будується, АТ «Куряжський ДБК». Висота фрагмента будівлі 3,3 м.

В ході експериментів виконувалися виміри прогинів характерних точок плит перекриття (рис.4). У деяких випробуваннях вимірювалися горизонтальні зсуви диска перекриття з площини. Виміри проводилися як електричними, так і механічними датчиками. В якості електричних застосовувалися датчики індуктивного типу ДПИ-

100, які працюють з електронною тензометричною системою СИИТ-3. З механічних застосовувалися: індикатори годинникового типу ИЧ-10 і прогиноміри 6ПАО. Вимірювання здійснювалися дистанційно за допомогою дроту. Для створення стабільного натягнення дроту на штоках датчиків закріплювалися навантаження масою 300.. .500 г.

На першому етапі проводилося навантаження перекриття будівлі корисним навантаженням і заміри прогинів конструкцій при її короткочасній дії.

В зв’язку з тим, що комплекс випробувань здійснювався на об’єкті, що має порівняно великі розміри, вертикальні навантаження на перекриття створювалися встановленням великих бетонних блоків стін підвалу з масою 1 т. Сполучення навантажень та їх абсолютна величина моделювалися як за рахунок кількості блоків, що встановлюються, так і за рахунок розстановки їх по перекриттям. Опорою блоків була цегла. Загальна кількість бетонних блоків, задіяних при навантаженні, 92 шт. загальною масою 92 т. Після завершення реєстрації переміщень від короткочасного впливу перекриття залишене на тривалу витримку під навантаженням.

В чарунці прогоном 8,4 м максимальні прогини плит сягали 8 мм. Після завершення випробувань перекриття при короткочасному навантажуванні, навантаження з бетонних блоків не знімалося та перекриття було залишене на тривалу витримку під навантаженням. Максимальні прирощення прогинів, як і очікувалося, були в прогоні чарунки 8,4x8,4 м і склали 4...5 мм. Таким чином, максимальний прогин від навантаження в прогоні цієї чарунки з урахуванням короткочасної та тривалої складових сягнув 13 мм. Після тривалої витримки під навантаженням протягом 5,5 місяців, проводилося довантаження перекриття фрагмента будівлі в прогонах 8,4 м і 6 м з заміром додаткових прогинів конструкції перекриття. Вертикальні навантаження створювалися укладкою великих бетонних блоків стін підвалу масою 1 т по верху раніше встановлених блоків. Сумарне часове навантаження на перекриття в чарунці 8,4x8,4 м після 2-х етапів навантажування склало 8,76 кПа. На останньому ступені виконувалося завантаження чарунки перекриття 6x6 м десятьма блоками з загальною масою 10 т. При цьому додаткове навантаження склало 2,73 кПа, а загальне часове розподілене по перекриттю - 8,18 кПа. На кожному ступені навантажування проводилися заміри прогинів у середині прогону плит і ригелів опорного контуру чарунок перекриття, що розглядаються. Максимальні додаткові прогини не перевищували 2,1 мм в чарунці розміром 8,4x8,4 м.

З метою перевірки побудованої нелінійної кінцево-елементної моделі диска перекриття було проведене співставлення теоретичних результатів з результатами проведених експериментів. Порівняння проводилося для короткочасного завантаження повним навантаженням. Розрахункова схема диска задавалася у вигляді, наведеному на рис.5, де, крім того, наведено поле переміщень диска від дії сумарного

(±)

8400

(2)

,0.1

■КІ .кл (з)

°л ож?т42д . і1;- і .—і. О.. ,1,1,.LLLLJ.fi (Т)

43

{.і •(' І І ^ І ^ 'Ці Ст)

оік; ' * * ' ло2

3.6

4.0

7.5 7.0

5.9

7.7

63

4.5

Мал. 4. Прогини перекриття (мм) поперек чарунки прольотом 8,4 м по ступінях навантаження (ступінь 3, 5,7).

а)

б)

Інформація про розрахункову схему:

Кількість кінцевих елементів 911 Кількість вузлів 1037

2у Порядок системи рівнянь 2841

Тіш кінцевого елемента: ригели -10 _________________________________шиті -11

-вл -7М •ія -гя -ояб -ом о.» ояе 23 з.» 5.9 7.3 аз

Ьополя переміщень по 2 (в) Одиниці виміру - мм

Мал. 5. а) розрахункова схема диска перекриття у формі методу кінцевих елементів;

б) поля переміщень по осі 2, (деформована схема).

авантаження. Слід відзначити суттєве співпадіння якісної картини деформування иска в цілому та окремих його чарунок. Порівняння максимальних прогинів оказало, що максимальне спотворення не перевищувало 11,8 %.

Важливою обставиною є те, що теоретичний прогин, визначений на підставі елінійної моделі, є оцінкою «зверху» для експериментального. При роботі з лінійною гаделлю слід мати на увазі, що отримані величини менше аналогічних кспериментальних. Ця обставина підтверджує необхідність оперування з :елінійними моделями. Кількісно отримане спотворення знаходиться в межах зженерної точності, що є доказом коректності проведеного теоретичного аналізу.

В п'ятому розділі наведені результати впровадження даного дослідження. Воно доводилося через проектування та через будівництво.

Об’єкт впровадження був прийнятий житловий будинок № 64А по Московському проспекіу в м. Харкові, проектування якого здійснювалося в ДПІ Укрміськбудпроект».

Порівняння досягнутих техніко-економічних показників з базовими показало, що кономія вартості їм2 загальної площі квартир складає 80 гривень. Впровадження іезультатів цього дослідження через будівництво здійснилося в двох напрямках. Іерше - це обробка окремих операцій та всього технологічного процесу виготовлення ;егкобетонних плит перекриттів. Другий напрямок при впровадженні - це ідпрацювання технології зведення будівлі. Отримана на цей момент інформація завершене будівництво коробки будівлі) дозволяє вважати прийнятними основні юложення, отримані в цій роботі.

ОСНОВНІвисновки

. На підставі вивчення особливостей конструювання, розрахунку та зведення будівель, що розглядаються, сформульовані та науково обгрунтовані принципи формування безкаркасних систем, які опираються зовнішнім впливам заданим чином.

:. Згадані приіщипи дозволили здійснити розробку нової архітектурно-конструктивної системи безкаркасних будівель, що відрізняються інтегрально позитивними характеристиками, екологічною безпекою та економічною ефективністю.

і. До складу проведеного дослідження входить обгрунтування, змістовна основа і реалізація наступних розроблених методик:

• методика побудови задач оптимізації параметрів безкаркасної будівлі оболонкового типу, яка передбачає регулювання напружено-деформованого стану системи;

• процедура формування нових конструктивних рішень легкобетонних дисків перекриттів, що забезпечують геометричну незмінність поперечних перерізів будівлі та мінімізацію вертикального тиску, який передасться на грунти основи;

• методика формування окремих елементів диска перекриття, що включає в себе процедуру підбору складу бетону з заданими параметрами та передбачає зменшення енергомісткості операцій термовологої обробки та механічного способу створення внутрішніх порожнин;

• методологія побудови інформаційно-теоретичної моделі безкаркасної будівлі у формі метода кінцевих елементів і дослідження на її базі особливостей деформування будівель-оболонок, які мають оптимізовані параметри.

4. Вперше створені збірні легкобетонні диски перекриттів, збільшених прогонів без попереднього напруження арматури, які не мають виступаючих частин на нижній та верхній площинах. За рахунок управління їх конструкційними якостями забезпечена робота диска як квазімоментного. При цьому сумісність роботи окремих плит в системі може регулюватися за рахунок конфігурації поперечних перерізів елементів і раціонального вибору типів і топології розстановки зв’язків.

5. Для запропонованої нової конструктивної системи отримані наступні результати;

• визначена раціональна об’ємно-планувальна структура будівель-оболонок точкового та протяжного видів, яка дозволяє знизити вартість 1 м2 загальної площі не менше ніж па 50 % за рахунок максимального завантаження ліфтово-сходових вузлів;

• методом співставного аналізу оцінений вплив несиметрії конструкції та її отвірності на розподіл в елементах будівлі компонентів напружено-деформованого стану;

• визначений перелік і побудована ієрархія елементів підсилення будівлі (пояса, обрамлення, перемички і т.д.), що задають найбільш сприятливе в сенсі введених критеріїв, розподіл компонентів напружено-деформованого стану в перерізах конструкції;

• побудовані аналітичні оцінки для прогинів і моментів, що виникають у перекриттях, в залежності від конструктивних особливостей складових елементів

і об’єднувальних зв’язків;

• підібраний склад керамзитобетону для плит дисків перекриттів, який забезпечує гарантовані значення таких характеристик:

- міцність при стисненні не менше 20 МПа;

- морозостійкість 50-70 циклів;

- водостійкість відповідає марці W-4;

- об’ємна маса не більше 1400 кг/м3;

• постановкою та проведенням натурних експериментів оцінена поведінка запропонованих дисків перекриттів, які мають оптимізовані параметри, при дії

вертикальних короткочасного і тривалого навантажень; здійснений опір прогинів, визначених теоретичним і експериментальним шляхом; показано, що розбіжність результатів не перевищує 11,8 %;

проведений співставний економічний аналіз отриманих рішень, в результаті якого показано, що вони забезпечують 17-відсоткову економію загальних витрат у порівнянні з базовими показниками, прийнятими для різних регіонів України.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В ТАКИХ РОБОТАХ:

1. Бакалин Ю.И., Игнатьева Н.И., Бережная Е.В. Исследования энергетических воздействий малой мощности на структуру высококонцентрированных дисперсий. // Коммунальное хозяйство городов. -Вып. 8.-К.: Изд. "Техніка", 1997. С.74-76.

2. Бережная Е.В. Регулирование устойчивостью бескаркасных зданий. // Науковий вісник будівництва.-Вип. 8,-Харків: ХДТУБА, 1999.-С.238-242.

3. Бережная Е.В. Экспериментальные исследования эффективных плит перекрытия. //Коммунальное хозяйство городов. -Вып. 18,-К.: "Техніка11,1999.-С.55-62.

4. Бережная Е.В. Учет нелинейности деформирования материалов при расчете здания-оболочки. // Коммунальное хозяйство городов. -Вып. 22.-К.: Изд. "Техніка", 2000.-С.51-55.

5. Шмуклер B.C., Гусаков В.Н., Тер-Степанян Э.Ш., Седышев Е.С., Довпар Ч.С., Бережная Е.В., Бондарев А.В., Исмагилов А.О., Стоянов Ю.Е. Натурные экспериментальные исследования составных дисков перекрытий новой конструкции. // Науковий вісник будівництва.-Вип. 3.-Харків; ХДТУБА, 1998.-

С. 11-29.

6. Шмуклер B.C., Бережная Е.В. Особенности технологии производства элементов эффективных каркасных систем. // Будівельні конструкції, вип.50, Збірник наукових праць Другої всеукраїнської науково-технічної конференції "Науково-практичні проблеми сучасного залізобетону", К., 1999.-С.430-436.

7. Шмуклер B.C., Бережная Е.В. Рационализация параметров бескаркасных зданий. // Коммунальное хозяйство городов. -Вып. 19.-К.: "Техніка", 1999.-С.38-45.

8. Шмуклер B.C., Торлин Г.Г., Бережная Е.В. Управление напряженным состоянием конструкций высотного дома-оболочки. // Науковий вісник будівництва.-Вип. 6.-Харків: ХДТУБА, 1999.-С.83-91.

9. Шмуклер B.C., Тер-Степанян Е.Ш., Бережна К.В. Спосіб виготовлення збірних залізобетонних елементів. Позитивне рішення на одержання патенту України по заявці №99063068 від 03.06.1999 р.

АНОТАЦІЯ

Бережна Е.В. Безкаркасні цивільні будинки з раціональними параметрами. ■ Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.23.01-будівельні конструкції, будівлі та споруди, Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2000.

На основі спеціальної модифікації методу прямого проектування, що припускам покрокове зведення загальної проблеми огггимізації аналізованої системи до набор) приватних задач, формується конструктивна схема будинку в цілому й окремих його елементів, що забезпечують найбільш сприятливий опір експлуатаційним завантаженням з мінімізацією витрат матеріалів.

При цьому, вводяться керуючі фактори, що характеризують об’ємно-планувальне рішення, фізико-геометричні параметри конструкції, їх технологічні характеристики.

На підставі сформованих вимог раціоналізована конструкція диска перекриття, включаючи оптимізацію складу легкого бетону, удосконалення геометрії її окремих елементів, побудова технології їх виробництва.

Розроблена конструкція перекриття перевірялася шляхом постановки

експериментальних досліджень на натурних зразках на короткочасні та тривалі статичні завантаження. При цьому було проведене зіставлення теоретичних і експериментальних характеристик. Здійснено промислове впровадження результатів дослідження, підтверджена їх репрезентативність, а також раціональність основних прийнятих рішень.

Ключові слова: безкаркасний будинок, оболонка, тонкостінний стержень оптимізація, регулювання напружено-деформованого стану, диск перекриття, прямі проектування.

ABSTRACT

Berezhnaya E.V. Non - framework civil buildings with rational parameters. Manuscript.

The thesis for the scientific degree of Candidate of Technical Sciences, speciality 05.23.01 - Building constructions, Buildings and Structures, Kharkiv State Technical University of Building and Architecture, Kharkiv, 2000.

The constructive scheme of the building as a whole and in some single elements, providing the most favorable resistance to operational loading and material consumption minimization, has been developed on the ground of direct design special modification, proposing step-by-step contraction the whole problem of considered system optimization to partial sum collection. In addition some controlling factors, characterizing design-volumetric approach, physic geometrical parameters of construction and its technical features, are entered.

Disk covering construction, including light concrete mix optimization, its single elements modernization, production technology structure, has been rationalized on the ground of formed requirements.

Developed construction has been tested by way of experimental research formulation on working examples with short and long time loading. Theoretical and experimental results comparison has been conducted.

Industrial implantation of the research results has been realized. Their efficiency and rationality of basic concept have been confirmed.

Key words: non-framework building, covering, thin-walled rod, optimization, stressedly- deformed condition regulation, disk covering, direct design.

АННОТАЦИЯ

Бережная E.B. Бескаркасные гражданские здания с рациональными параметрами. -Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01-строительные конструкции здания и сооружения, Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 2000.

На основе специальной модификации метода прямого проектирования, предполагающим пошаговое сведение общей проблемы оптимизации рассматриваемой системы к набору частных задач, формируется конструктивная схема здания в целом и отдельных его элементов, обеспечивающие наиболее благоприятное сопротивление эксплуатационным загружениям и минимизацию расхода материалов.

При этом, вводятся управляющие факторы, характеризующие объемнопланировочное решение, физико-геометрические параметры конструкции, их технологические характеристики.

Полученное конструктивное решение и методика его создания тестируются путем использования имитационного подхода, выполненного на основе построенной трехмерной конечноэлементной модели. В рамках ее оценено напряженно-деформированное состояние здания, отличие его от эталонного, заданного априори, изучены трансформации силовых и деформационных полей в зависимости от наличия в здании поясов, перемычек, анкеров, ребер и других атрибутов усиления.

На основании сформированных требований рационализирована конструкция диска перекрытия, включая оптимизацию состава легкого бетона, усовершенствование геометрии ее отдельных элементов, построение технологии их производства.

Разработанная конструкция перекрытия проверялась путем постановки экспериментальных исследований на натурных образцах, испытывающих

кратковременные и длительные статические загружения. При этом, проведено сопоставление теоретических и экспериментальных характеристик. Осуществлено промышленное внедрение результатов исследования, подтверждена их репрезентативность, а также рациональность основных принятых решений.

Ключевые слова: бескаркасное здание, оболочка, тонкостенный стержень оптимизация, регулирование напряженно-деформированного состояния, диа перекрытия, прямое проектирование.