автореферат диссертации по строительству, 05.23.17, диссертация на тему:Оптимальное проектирование опорно-подъемных поясов зданий с консольными этажами

На правах рукописи

мануэль киала нгомбо

оптимальное проектирование опорно-подъемных поясов зданий с консольными этажами

05.23.17- строиташпая механика

05.23.01- строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание учяюй степени кандидата технических наук

Москва - 1997

Работа выполнена на кафедре строительных конструкций и сооружений инженерного факультета в Российском университете дружбы народов

Научный руководитель: •доктор технических наук, профессор Маковенко С.Я.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Андреев В.И. кандидат технических наук, доцент Иванов В.Н.

Ведущая организация: ЦНИИСКим. В.А. Кучеренко

Защита диссергацйи состоится " 03 " Ик>ИЯ 1997 г. в 1510 час. на заседании диссертационного совета Д 053.22.08 в Российском университете дружбы народов по адресу: 117302, г. Москва, ул. Орджо шкидзе, 3, ауд. 348.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Российского университета дружбы народов (117198,.г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6).

Афторсферат разослан " />2" МАЯ 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

С.Н. Кривошапко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Консольные пояса япляштся составной частью ствольной обстройки зданий с консольными этажами, пыполнля функцию опоры для многоэтажной секции, а также - опорно-подъемного элемента при возведении и монтаже здания. Основная проблема при конструировании коисолышх поясов состоит в обеспечении их. прочности, достаточной жесткости, устойчивости.

Анализ уже построенных здании с консольными этажами показывает, что в конструктивном отношении наибольшее расщ устранение получила балочно-перекрестная система поясов из железобетонных предна-пряженных балок с консолями, в меньшей степени - коробчатой структуры и лишь единичные примеры - п форме тонкостенных оболочек (административное здание "Тур дк> миди", Брюссель, 1905 г., больничное здание "Преншс Вуменс хоспитал", США, 19/6 г.).

Недостатками первых двух вариантов конструкций консольных поясов являются их относительная тяжеловесность и конструктивная негибкость (привязанность к прямоугольному сечению ствола). В то же время пояса в форме тонкостенных оболочек, обладая различными конфигурациями, эффективно используя пространственную работу материала, лишены упомянутых недостатков.

Примером практического применения несущей оболочки, составляющей внешний контур пояса для ствола с восьмигранным сечением, запроектированной в форме пирамидальной конусообразной оболочки, может служить проект II.Ф. Дроздова (1986 г.).

Однако опорно-подъемные пояса оболочечного типа детально не исследовались ни с конструктивной точки зрения, ни с точки зрения, построения адекватной расчетной моде;ш в соот'етстшл с теориями оболочек. Не ставились соответственно и вопросы их оптимального проектирования. По этой причине до настоящего времени остаются открытыми следующие конструкторско-теоретическне вопросы, касающиеся проектирования поясов-оболочек:

- разработка конструктивных схем поясов в виде оболочек с указанием способа восприятия к передачи ими нагрузок, для различных конфигураций поперечных сечений ствола,

- разработка методов расчета их прочности, устойчивости и жесткости, исходя из подходящей теории оболочек,

- разработка инженерною метода весовой оптимизации.

Этим далеко не исчерпывается круг нерешенных вопросов, связанных с разработкой принципиально новых форм и схей опорных и опор-но-подьемных консольных поясов башенных зданий с консольными этажами, однако уже перечисленные вопросы находятся в русле актуального научного направления строительной механики и строительства, задачей которого является ресурсосберегающее проектирование пространственных конструкций и здании.

Целью диссертационной работы является:

- разработка новых вар: аитол конструкций опорно-подъемных поясов зданий с консольными этажами,

- построение математической модели пояса оболочечного типа на основе теории оболочек Рейсснера-Тпмотснко,

- анализ напряженно-деформированного состояния оболочек пояса,

- разработка инженерного метода весовой оптимизации оболочек пояса с доведением расчетов до численных результатов с использованием ЭВМ.

П?^ш;ш_шмш:ша_.раб0тм заключается:

- в предложении ряда конструктивных схем опорно-подъемных поясов-оболочек для различных конфигураций поперечных сечений ядер жесткости здания,

- в разработке математической модели пояса-оболочки на основе уточненной теории тонких оболочек, учитывающей поперечный сдвиг и получение соответствующих решений,

- в разрабогке инженерного Аналитического метода весовой оптимизации оболочек пояса, включающего ограничения прочности и проверку устойчивости,

- . в разрабогке программного продукта, позволяющего производить расчеты на весовой оптимизации консольного пояса действие комбинированных нагрузок изгибного и крутящего типов,

- в рекомендациях но профилированию стенок оболочек пояса и оптимального способа регулирования нагружения несущих оболочек.

Практическая ценность работы определяется тем, что разработаны альтернат! :вныс варианты конструирования опорно-подъемных поя-"сов зданий с консольными эта ами в форме составных оболочек, характеризующихся пониженным собственным весом, высокой прочностью и ж ее (остыо, приспособленных практически к любой форме сечения опорных стволов здания. .

Получены аналитические выражения для определения оптимальных толщин оболочек, минимизирующих вес пояса, учитывающие действие нагибных и крутящих внешних сил и их различные комбинации.

Получены решения и разработаны программы на ЭВМ, позволяющие получигь всю необходимую шформацию о напряженно-деформируемом состоянии пояса нового типа.

Достоверность результатов работы гарантируется корректностью соотношений теории оболочек, аналитичностью полученных решений, проверкой выполнения ими всех условий и ограничений математической модели зада и.

На защиту выносится результаты тесретнческо-приклаДных исследований по Оптимальному проектированию новых конструкций поясов консольных зданий з виде составных оболочек минимального веса, включающие:

принципиальные конструктивные схемы поясов-оболочек для различных сечений ядер жесткости,

- конструкции консольных поясов применительно к круглоствольному ядру жесткости в виде составной оболочки переменной толщины, состоящей из сочетания конической и цилиндрической оболочек с искусственным грунтом и без него, с предварительным напряжением верхнего пояса и без него,

- результаты теоретических исследований по обоснованию расчетной модели оболочечного пояса в соответствии с теорией тонких оболочек Рейсснсра-Тимошенко,

безразмерную двухпараметрическую математическую модель пояса-оболочки, представляющего собой составную оболочку вращения,

- обоснование возможности разделения напряженного состояния в оболочках пояса на безмоментное состояние и краевой эффект и существенной роли в решении задачи весовой оптимизации лишь безмоментного состояния,

- конечные замкнутые аналитические формулы и алгоритмы для определения оптимальной переменной толщины стенок цилиндрической и конической оболочек, составляющих пояс.

Апробация работы. Основные результаты исследовании были доложены на научно-технических конференциях инженерного факультета Российского университета дружбы народов в 1994, 1995, 1996, 1997 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано двенадцать ста-4 тей и тезисов докладов.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (116 наименований) и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит сведения об актуальности исследуемой проблемы, цели исследований, основные положения, которые выносятся на защиту. Указана новизна и Практическое значение выполненных исследований.

В первой главе на основе литературных источников дается краткий анализ особенностей конструкций высотных башенных зданий с ядрами жесткости, в том числе и зданий с консольными этажами, затрагиваются также некоторые вопросы технологии возведения секционных зданий с опорно-подъемными поясами, показывается место и роль консольных поясов в структуре консольных знаний как одних из основных несущих элементов.

Показывается, что в практике возведения зданий с консо. ,ными этажами получили применение главным образом преднапряженные железобетонные балочные и коробчатые пояса, стальные балочные и стальные в виде перекрестных ферм. Вылет консолей поясов составляет от 4 до 12 м. В связи со значительными вертикальными нагрузками высота поясов, особенно в зонах примыкания к стволу, составляет от 2 до 4 м, в отдельных случаях - 7+8 м.

В большинстве случаев железобетонные консольные пояса выполняются монолитными, однако имеются примеры сборно-люнолктных конструкций.

Отмечается, что в меньшей степени шпили применение конструкции поясол из оболочек, нссмогря на ш.кчжую эффективность их про-странстпетюй работы. Делается вывод, чю детальная проработка конструкций поясов-оболочек, оптимизации их формы и ьеса, технико-экономический сравнительный анализ различных конструктивных решении с надлежащей полнот л еще не ирончподился и что эта проблема остается актуальной для дальнейшего прогресса в строительстве зданий с консольными этажами.

Гк>. зторой_гда;1е рассматриваю гея нрннципнальные монстр хтив-ные схемы поясов-оболочек с полностью или частично несущими оболочками для различных вариантов конфшураций ядер жесткости: вось-мшранных, прямоугольных и круглых.

РнсЛ. Монтажно-конструктнгшая схема пояса Р4 для круглого ядра жесткости.

Помимо уже изгестных и воплощенных на практике конструкций, рассматриваются новые конструкции поясов-оболочек. При этом формулируются некоторые принципы их конструирования: пояс есть несущий элемент типа составной оболочки; оболочки пояса совмещают роль ограждающих и несущих конструкций; Biryipcinreo пространство пояса между оболочками используется для засыпки его искусственным грунтом типа пустотелых керамических шариков и как технический этаж; пояс венчается железобетонной плитой, являющейся строительной площадкой для возведения на ней многоэтажной секции; нижняя кольцевая железобетонная плита (пята) является достаточно жесткой, в которую защемляются нижние края оболочек пояса и которая служит опорой для передачи давления от пояса стволу.

На рис. 1 показана конструктивная схема одного из таких поясов, состоящего из осесимметрично сочлененных конической и цилиндрической оболочек, которому присвоен шифр Р4 и который исследуется в диссертации с точки зрения прочности, устойчивости и оптимального проектирования.

В третьей главе дается краткий обзор литературы по оптимальному проектированию топких оболочек. Отмечаются актуальность этой проблемы в механике оболочек, различные подходы ее решения. В качестве целевой функции во многих работах рассматривается ire только собственный вес, но и объем оболочки, ее жесткость, частота колебаний, критическая сила и другие параметры. Помимо ограничений прочности рассматриваются геометрические ограничения кривизны средней" поверхности, толщины оболочки, ограничения физических и кинематических параметров оболочек.

Обсуждается проблема выбора подходящей теории оболочек для решения задач оптимизации. Анализируются некоторые закономерности и подходы оптимизации оболочек вращения. В частности, отмечается, что во многих случаях погружения оболочек вращения распределенными и краевыми силами для весовой оптимизации достаточно основываться на уравнениях беэмоментного напряженного состоя шя и условии разно-прочности материала. Анализ публикаций по оптимальному проектированию конических и цилиндрических оболе чек также подтверждает вышеприведенный тезис. Отмечается полезность представления задачи оптимизации в безразмерной форме.

В конце главы обозначены приоритеты в решении задачи оптимального проектирования опорно-подъемного пояса Р4: весовая оптимизация оболочек пояса с выбором в качестве ограничений - условия прочности, рассмотрение действий всевозможных комбинаций изгпбных и крутящих налрузок, представление задач оптимизации в безразмерном виде, вывод для искомых управлений, усилий, перемещений аналитических выражений или замк.сутых процедур их определения. Полученные конструкции оболочек затем подлежат проверке на устойчивость их безмоментной формы равновесия.

В четвертой главе диссертации рассматривается математическая модель оболочек пояса Р4 и формулируется задача их весовой оптишт-

ции. Основные соотношения записываются для оболочки вращения (рис.-2), из которых, как частный случай, следуют соотношения для конической и цилиндрической оболочек, составляют« - пояс Р4.

оболочки вращения, образуемой путем вращения выпуклой кривой 0 0 относительно оси 0Z,

Положения точек образующей кривой Г поверхности вращения определится радиусом-вектором R и переменной st - длиной дуги выпуклой кривой Г, отсчитываемой от верхней кромки оболочки ( от точки О ). Ввиду осесилгмстричности задачи все искомые и заданные величины - функции одной переменно^ S|.

Считается, что толщина сболочки - переменная величина и описывается кусочко-непрсрывной функцией h = h(s,) (волнистой чертой помечаются безразмерные величины). Tax как рассматривается теория тонких оболочек, то вводятся ограничения вида

К_ ShSh, , (1)

где ограничители К_, h+ выбираются из конструктивных соображений.

Задача весовой оптимизации формулируется следующим образом: найти такое 'распределение толщины h, которое бы удовлетворяло уравнениям равновесия, всем геометрическнщ и физическим соотношениям оболочки, всем граничным условиям, ограничению прочности вида

ш£0, (2)

а функционал веса

Т = 2«|R2phcosYdsji ' „ (3)

(здссь R2 = —— - один из главных приведенных радиусов кривизны cosy

средней поверхности, р -. приведенная плотность материала оболочки, у~ угол конусности;, равный приведенной массе оболочки, принимал бы минимальное 'значение.

Показывается, что в случае безмомеитного осесими лричного изгиба и кручения необходимость в ограничении (1) отпадает, а условие (2) переходит в условие равнопрочности материала

5 = 0, . (4)

в котором, в соответствии с энергетической теорией прочности,

5 = ^[(РИ - Р22)2 + Р„Р22 + 0,75(Р12 + Р21)2]- , (5)

где Г^ - пр: -веденные мембранные усилия в главных сечениях оболочки, Опр- приведенное предельное напряжение для материала оболочки.

В этой же главе приводятся соотношения, описывающие краевой эффект при осесимметричпом изгибе и кручении оболочкг вращения.

Д-ЛШ1е/^лакд101Ш1ельг10к_ЛУШ{С строятся различные алгоритмы численно-аналитической реализации задач весовой оптимиз?чии оболочек подъемно-опорного пояса Р4. Предусматривается несколько вариантов передачи усилия от веса многоэтажной секции на оболочки пояса Р4: а) полностью через насыпной материал, Ь> частично через насыпной материал и бортовые элементы оболочек, в) полностью через бортовые элементы оболочек (без насыпного 1рунта) (рис.3).

Предусматривается та осе предварительное напряжение кольцевой арматурой верхнего бортового элемента конической оболочки.

В численных расчетах приняты следующие значения исходных параметров: Рь =17 МПа -призменная прочность бетона на сжатие,

Еь—0,325- ДО5 М1!а - начальный модуль упругости на сжатие и растяжение, у= 0,2 - коэффициент Пуассона,

П0 = 4т6 м, г0 = 6+ 8 м, а2 = г0 +1 м,

а1 =12+14 м, Ч5100Ш/м2

Для безразмерных параметров получены примерные оценки: сП1>, Я, !<;, г«1, р^Ю"6, Ё= 0,15 • 104, <3»0,0б-104 (модуль сдвига), 1\ »±0,3 (распределенные на1рузки на оболочки), 1- » ±0,1 (-траевые нагрузки на оболочки)

Последовательно осуществляется весовая опт/ мизация конической и цилиндрической оболочек при действии только осссимметричного кручения, только осесимметриччого изгиба и комплексною воздействия осесимметричного кручения и изгиба одновременно.

Получены следующие результаты для внутренних усилий, перем. ■ щений и оптимальной толщин оболочек согласно безмоментной теории оболочек, при свободном верхнем крае VI защемленном нижнем крае оболочек;

1) Цилиндрическая оболочха, осесимметричное кручение: - '2(1+Г, с- Л1- 4

(6)

Р12 = 12 - /р2ъ , и2 = -л> г, ь = Г2 -1

о ь ч П °ПР | о

(где Р12, 02 - приведенные Касательное усилие и экваториальное перемещение) ^

При 12=?, Р2=1^п+п4}, О < ^ 5 I , где Г, ш, п - произвольные параметры,

}ПР

Г-— т + п-^! - оптимальное управление,/ £ \ 21л

I

1»." шах.. пот - неотимальнос управление.

При выполнении условия (рас лотрены еще 10 возможных сочста"ин):

.л И!2 2Г _

П * о , — + — <0

П П

для оигнмалмюго функционала веса получено выражение

.-:!•? т п 2" "6

для нсоптнмалъного - ■

■ I = 2 я , ' (8)

1м'гг рг|Г •

Л , (7)

процент экономим материала оценивается величиной

1 = 1 ~>пт ,100% (9)

На рис. 4,а показаны оптимальный и леопглмальньтй проекты толщины оболочхи при

оПР = л/3, Г = 0,06 , ш =н = -0,04 , 7= г0 . Учет явления краевого эффекта показал, что вблизи защемленною края толщина оболочки не изменяется, а вблизи свободного кр<1я она из-■ менилась в сторону увеличения с 0,06 до 0,08 , т.е. незначительно.

а).

6).

в).

О

"опт 0,0600 0,0642 0,0688 0,0738 0,0792 0,0850 0,09! 2 0,0978 0,1048 0,1122 и, 1200

"опт 0,0954 0.1079 0,1210 0,1349 0,1494 0,1646 0,1805 0,1971 0,2144 0,2424 0,2512

^опт

0,0735

0,0838

0,0953

0,1079

0,1215

0,1364

0,1523

0,1695

0,1877

0,2(72

0,2278

I = 27,8 %

I = 33,3 %

I 38 %

Рис. 4. Оптимальные и неоптимальные толщины цилиндрической оболочки.

а) при осесимметричном кручении,

б) при осесимметричном изгибе,

в) при совместном кручении и изгибе.

Кроме того, явление краевого эффекта носит быстро затухающий характер и практически не влияет на результаты весовой оптимизации. Во всех последующих расчетах явление краевого эффекта игнорировалось:

2) Цилиндрическая оболочка, осесимметричный изгиб: Решение имеет вид

Рд^Рз, 01 (10)

(здесь Ц^- приведенное меридиональное перемещение), при

?«=п, Р^сч+р,!) , Рз = 1(а3+(ь!)

получено выражение

_1 5пр

р! 5Г

1 2 V

^ V 1 . . / 2

п_ «Л

7 (П)

На рис.4,6 показаны оптимальный и неоптималышй проекты толщины оболочки при

п = 0,05 , а^аз^-0,06 , р,=р3=~0,08.

3) Цилпвдрическая оболочка, совместные осесимметричное кручение и изгиб.

Рассмотрен вариант

5;-г.,, 1,-Щ, Р,.4[а,+Р,|]

где П[, п2, а;, pi - произвольные параметры. В частности, при

. П1 ='г»2 = 0,03 ,' а, = -0,03 , р3 = а, = а2 = -0,04 , 01 » р2 = -0,06 произведены численные расчеты оптимальной и неоптимальной толщин оболочки (рис. 4,6) и подсчитан процент экономии материала (I = 38%).

4) Коническая оболочка, осесимметричное кручение Пу;ем замены переменной вида

г = а2 + Н0 - вшу ^ • ( 0 £ ^ £ 7 , а2 :£ г й а, ) получено решение

ъ-^огкь* • (12,

I т -ЕвтуЬ С,

т> г к т

В частности, при 12 = п , Р2 = —

01

(ь, ш •- пр извол^ные параметры), при обозначениях —- = х,

'-2

/1 ^ ^ \ И

~— - с (1 $ х <, с), т. =---г , получено выражение

а2 Зйту-с

ьопт |п • ^-(х3-с3))- (13)

ого-*" 1 4 "

На рис 5,а представлен результат численного расчета оптимальной и неоптимальной толщин оболочки при

51ТР=0,4, п=0,05, щ = -0,06 , с = 2 , у = 60° н подсчитан проценг'экономни ма1ериала =58,3%).

5) Коническая оболочка, осесимметричный изгиб Получено следующее решение:

г г ¿Лешг сову)

и, =-i-.il

вш уЕ ~ Н

; с

вшу созу^

Л;. (14)

б о й -1

<? -а ^

• ? "г-

■•л Л

1 = 35 %

Рис. 5. Оптимальные и чеоптималыгые толщины конической оболочки.

а) при осесиммстжчном кручении,

б) при осесимметричном изгибе.

Численные расчеты оптимальных ч яеоптималышх юлшии обо-•чки и процент экономии матсри;1ла произведены при

P. =

m

P.

з

г г

и при п = -0,1 , m = ОД , s = 0,3 , с = 2 ,

li=n

Опр=1, 1 = 60°..

соответствующие ¡рафики представлены на рис. 5,6.,

6) Коническая оболочка, совместный осесимметричный изгиб и кручение

При исходных данных вида

fi = n

7л = 1П ,

где v = — а.

1у

n, т, сц, Pi

произвольные числовые параметры,

получены выражения для мембранных усилий вида:

Р12 = шу-2+8т-1у[с-2(у-'-у-2) + 0,5р2(1-У"5)] .

Рп = пу'1 +

'(Jt

1

I —.--'

Vsin у cosy;

I, sin 7 cosy

JbJ)(y-y-l)'

cosy/v /

$22 ~

1

cos 7

(«з+РзУ)-

На рис. 6 представлены результаты расчета оптимальной и неоптимальной толщин оболочки при п = -0,1 , т = 0,О > , с - 2 ,

апр = 1 , «1 = Р1 = ОД , а2 = р2 = -0,06 , а3 = р3 = 0,3 , у = 60°,

а также подсчитан процент экономии материал.» (I = 32%).

- Ss V, % ° г - Ч ЪЛ _

«С. V> °

v"-

t = 32 %

Рис. 6. Оптимальные и неоптимальные толщины конической оболочки при осесимметричных кручении и изгибе.

2

В заключении главы произведен численный расчет оболочек пояса Р4 при следующих параметрах: Н0 = 4 м , г0 = б м , а[ = aj = 12 м , а2 = 7 м , q = 0,1 мПа. По первому варианту пагружения вес секции полностью передается на верхние края оболочек (насыпной грунт отсутствует).

Верхний край конической оболочки обжимается предварительно напряженной арматурой с тиким расчетом, чтобы отсутствовала нормальная составляющая краевой на1рузки f3. Хроме того на края оболочки действуют скручивающие силы f2 , составляющие 50% от максимальной продольной нагрузки f,.

Расчет краевой нагрузки привел к результату: -- для конической оболочки ft = - 800 kH/м-, . f2 = 400 kH/м

- для цилиндрической оболочки f\ = - 333 kH/м , f2 = 400 !'Н/м.

По второму варианту нагрузка от подстилающей фундаментной (для секции) плиты 50% передается на оболочки через насыпной грунт остальная часть передается на края оболочек в такой же пропорции, чго и в первом варианте.

Расчет нагрузки привел к результатам:

- для коиическсгй оболочки

f, = - 400 kH/м , . f2 - 400 kll/м , рз ~ 50 кН/м2 , (здссь и далее р3 - интенсивность нагрузки нормальной к поьерхпостг оболочки).

- для цилиндрической о&олочки

f, = - 167 kH/м , f2 = 400 ku/м , р, = - 50 кН/м2 Результаты расчетов оптимальных распределений толщин и процент экономии материалов представлены на рис. 7,а (1-й вариант шц-ружения) и рис. 7,6 (П-й вариант нагружения).

Рис.7. Оптимальные сечения консольного пояса оболочечного тшта.

а). 1-й вариант загруженшг (слева от оси OZ),

б). П-й вариант загружения (справа irr оси OZ):

Делается вывод, что 1-й вариант загружения более выгоден для пояса, чем И-й. Однако по 1-му варианту требуется более мощная подстилающая плита, поэтому следует предпочесть Н-й вариант загружения.

Проверка по устойчивости оболочек пояса показала, что цилиндрическая оболочка не удовлст лорнет условию устойчивости и что ее толщину для обоих вариантов загружения следует увеличить до Ь= 120 мм. Напротив, коническая оболочка удовлетворяет всем условиям устойчивости.

Для сравнительной технико-экономической оценки по расходу бетона и арматуры были приняты следующие варианты несущих систем:

а) с подъемно-опорным поясом оболочечного типа с. несущими ребрами жесткости (проект П.Ф. Дроздова),

б) с подъемно-опорным поясом конструкцшгч5ез весовой оптимизации, . Р4-

в) с подъемно-опорным поясом конструкциичГвесовой оптимиза-

1щей.

По всем вариантам в сравнение включены: ядро жесткости (без внутренних перекрытий, лестниц и фундаментов), сборные железобетонные панели перекрытий, внутренние стеновые панели, опорно-подьемньте покса.

На стадии вариантного проектирования ядро жесткости рассчитывалось как консольный стержень полого (кольцевого сечения) с постоянной толщиной стенки по высоте, принимался усредненный вес 1м3 панельного здания уш— 5 кН/м3, горизонтальная нагрузка от ветра

принималась для первого района, этажность секций - езмь этажей, количество секций - четыре секции, высота ствола - 109,6 м (с учетом заложения фундамента на глубину 4 м).

Получены следующие результаты:

расход бетона (м3) расход арматуры (т)

варианты варианты

а 6 в а б в

6395 5846 | 5827 297 297,3 293,1

Из сравнения расхода бетона по вариантам а) и 6) следует, что процент экономии составляет - 8,6%, а) и в)- 8,9%, б) и в)- 0,33%. Аналогично по расходу арматуры: а) и б)- 1,2%, а) и в)- 1,25%, б) и в)- 0,05%.

В приложении даются алгоритмы оптимального расчета стенок составной оболочки-пояса отдельно для цилиндрической оболочки (приложение № 1) и конической (приложение № 2), приводятся соответствующие программы расчета на ЭВМ (на языке Турбо-Паскаля), а также приводятся результаты некоторых численных расчетов, представленных я табличкой форме.

заключение

Основные результаты работы сводятся к следующим положениям:

1. Разработаны новые принципиальные конструктивные схемы консольных поясов оболочечного типа для круглых и прямоугольных стволов башенных зданий с консольными этажами, представляющих собой систему составных несущих оболочек, образукмщгх внутреннюю полость, изолированную с боков и снизу.

2. Предложен вариант передачи давления на оболочки пояса от веса вышележащей многоэтажной секции через насыпной искусственный материал, заполняющий полость между оболочками, по схеме - подстилающая железобетонная плита - искусственный материал - внутренние стенки оболочек. При этом оптимизируется работа как оболочек, воспринимающих внутреннее авномерное давление, так и верхней подстилающей плиты, покоящейся на малодеформируемом сыпучем материале.

3. в качестве сыпучего искусственного материала ирупта), размещаемого в полости оболочек пояса, предлагается использовать полые керамические шарики различного калибра, характеризующиеся высокой удельной прочностью, малым объемным весом, малой деформатив-ностью, малой гигроскопичностью и другими полезными Свойствами.

4. В целях частичной разгрузки оболочек пояса и повышения надежности его работы, предусматривается (как вариантное конструктивно-решение пояса) размещение по контуру ствола в полости оболочек вертикально стоящих треугольных ребер жесткости расчетной несущей способности, передающих давление от верхней подстилающей плиты пояса непосредственно на пяту, пояса.

5. Разработана математическая модель оболочек пояса (пояса Р4, представляющего собой осссимметрмчную составную оболочку, состоящую из усеченной конической и цилиндрической оболочек, защемленных нижними своими краями в опорную кольцевую пяту и со свободными верхними краями) на основе уточненной теории тонких оболочек Рейсснеря-Тимошенко, учитывающей поперечный сдвиг.

6. Произведен анализ напряженного и деформированного состояния оболочек пояса Р4, из которого сделан вывод о возможности производить I совую оптимизацию оболочек пояса на основе уравнений без-моментного напряженного состояния оболочек и на основе критерия равнопрочности материала.

7. На основе условия прочности, соогветствующего энергетической теории прочности, получены аналитические выражения или указан алгоритм получения оптимальных толщин оболочек пояса Р4 при различных вариантах их деформации: осеспммстричном изгибе, осесимметрнчном Кручении, различных сочетаний этих деформаций, включая деформацию от действия предварительно- напряженной армачуры.

8. Численные расчеты показали ощутимую экономию материала при оптимальном проектировании оболочек пояса Р4 (при реальных сочетаниях нагрузок до 40%). В целом же по всему зданию (четырех-секционного с семиэтажными секциями) для различных вариантов кон-

струирования пояса типа Р4 экономия Сетона составляет 8%, стали - )%,

Таким образом, в диссертации разработаны новые схемы консольных поясов оболочечного типа и даны методы их расчета на прочность, устойчивость и весовую оптимизацию, которые могут быть рекомендованы для внедрения в конструкторские бюро и способствовать улучшению качества строительства и возведения прогрессивных зданий с консольными этажами.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Мануэль Клала Пгомбо. К определению переменно'"1! толщины цилиндрической осесимметрично нагруженной оболочки минимального веса // Строительная механика инженерных констркуций и сооружений: Межвуз. сборник научных трудов/ Под ред. В.А. Копнова: - М.: МБК "Биоконтроль", 1995. -Вып. 5. -С, 92-96..

2. Мануэль Клала Нгомбо. Определение оптимальной толщины круговой цилиндрической оболочки из условия равиопрочности материала при осеснмметри'шом кручении // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений: Межвуз. сборник научных трудов/ Под ред. В.А. Копнова. -М.: МБК "Биоконтроль", 1995. -Вып. 5. -С. 96-99.

3. Мануэль Киала Нгомбо, Маковенко С.Я. Оптимальное проектирование опорных поясов высотных консольных зданий в форме тонких оболочек // XXXIII научн, конф. РУДН: Тез. докл. 21-26 апреля 1997 г. -Москва, 1997. -С. 83-85.

4. Маковенко С.Я., Акоева Э.С., Мануэль Киала Нгомбо. К расчету прочности подъемных несущих элементов в башенном секционном домостроении. М., 1994. -10 с. -Деп. в ВИНИТИ 16.02.1994, №398 -В94.

5. Маковенко С.Я., Акоева Э.С., Мануэль Киала Нгомбо. Об особенностях проектирования и технологии возведения жилых секционных домов повышенной этажности. М., 1994. -11с. -Деп. в ВИНИТИ 16.02.1994, № 397 -В94.

6. Мако^нко С.Я., Мануэль Киала Нгомбо. Весовая оптимизация круговой усеченной конической оболочки при комбинированном нагру-жении Ц XXXII научн. конф. РУДН: Тез. докл., 9-14 декабря 1996г.-Москва, 1996. - С. 14.

7. Маковенко С.Я., Мануэль Киала Нгомбо. Минимум веса цилиндрической круговой оболочки переменной толщины при осесиммет-ричном кручении // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений: Межвуз. сборник научных трудов/ Под ред. В.А. Копнова. -М.: МБК "Биоконтроль", 1995. - Вып. 5. -С. 84-92.

8. Маковенко С.Я., Мануэль Киала Нгомбо. Об одном варианте решения задачи о минимуме веса безмоментной цилиндрической круговой оболгчки переменной толщины при осесимметричном изгибе // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений: Межзуз. сборник научных трудов/ Под ред. В.А. Копнова. - М.: МБК "Бноконтроль", 1995. -Вып. 5. -С. 73-83.

9. Маковенко С Я., Мануэль Клала Нгомбо. О некоторых аспекгах сходимости градиентного метода в решении задач весовой оптимизации тонких упругих оболочек // XXXI научи, конф. РУДН: Тез. докл., 15-2С мая 1995 г. -Москва, 1995. -С. 28.

10. Маковенко С.Я., Мануэль Клала Нгомбо. О сходимости градиентного метода в решении задач весовой оптимизации тонких упругих оболочек // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений: Меж нут. сборник научных трудов/ Под ред. Ч.А. Коннова. - М.: МБК "Биоконтроль", 1994. -Вып. 4. -С. 29-37.

11. Маковенко С.Я., Ма1гуэль Клала Нгомбо. С сходимости мог ода штрафных функционалов в задаче весовой оптимизации гонких упругих оболочек // Строительная механика инженерных .конструкций и сооружений: Межвуз. сборник трудов/ Под рс.д. В. А. Копнова. -М,: Мл К "Биоконтроль", 1994. -Вып. 4. -С. 38-46.

12. Маковенко С.Я., Мануэль Клала Нгомбо. Оценка сходимости метода штрафных функций п решении проблем весовой оптимизации тонких упругих оболочек // XXXI научн. конф. РУДН: Тез. докл. 15-20 мая 1995 г. -Москва, 1995. -С. 14.

Мануэль Клала Нгомбо (Ангола)

ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПОРНО-ПОДЪЕМНЫХ ПОЯСОВ ЗДАНИЙ С КОНСОЛЬНЫМИ ЭТАЖАМИ

В диссертации анализируется мировой опыт строителт тгва высотных зданий с консольными этажами, отмечается прогрессивный характер их конструкций и технологий возведения.

Одной из актуальных задач проектирования и возведения зданий с консольными этажами является дальнейшее совершенствование конструкций их основных несущих элементов, методов их расчета на прочность, жесткость и устойчивость, развитие методов оптимального проектирования, в частности, это касается одного из основных несущих элементов-опорного пояса, на который опирается многоэтажная секция.

В диссертации разработаны принципиально новые конструкции опорных поясов в виде составных оболочек и предложена схема нагруже-ния пояса через насыпной грунт. Показывается преимущество таких поясов перед известными конструкциями балочно-перекрссшого вида. Предложена также методика весовой оптимизации поясов и исследования их напряженного и деформированного состояния на основе теории тонких оболочек. Даны рекомендации по практическому применению полученных результатов.

Manuel Quiak Ngombo (Angola)

OPTIMUM DESIGNING OF BASIS-ELEVATING BELTS OF BUILDINGS WITH CONSOLE FLOORS

la the dissertation global experience of construction of high-altitude buildings with console floors is analyzed, progressive style of theix designs and technologies of erection is marked.

One of the urgent problems of designing and erection of buildings with console floors is further constructions perfecting of their main load bearing elements, as well as the methods of their evaluation on strength, rigidity and stability, development of optimum designing methods, in particular, concerning one of main bearing element-basic belt, which leans against the block of flats on.

In the dissertation new designs of basic belts as a compound shells are developed and scheme cf belt burdening through a bulk ground is proposed. The advantage of such belts from known designs of a beam-cross kind is demonstrated. The technique of belts weight optimization and its states of stress and strain on tlie basis of the theory of thin-walled shells is also offered. Hie recommendations for pratical application of received results are given.

Manuel Ouiala Ngombo (Angola)

PIOJECÇÀO RACIONAL DE CINTOS (FAIXAS) DE SUPORTE -ELEVADORES DE EDIFICIOS COM ANDARES SUSPENSOS

Anáüses da experiência mundial de edificios altos com andares suspensos, o carácter progressivo de construçâo e tecnologías da sua edificaçào, foram abordados nesta tese.

Um dos actuais problemas na projecçâo e edificaç3o de edificios deste tipo consiste no aperfeiçoamento da construçâo dos principáis elementos de suporte, métodos de cálculo da sua resistencia, rigidez, estabilidade e- desenvolvimento de métodos racionais de projecçâo, em particular no que concerne a um dos elementos de . suporte (cinto), no quai apoia-se <7 bloco de vanos andares. ■

Na tese foram elaborados novos tipos de construçoês de cintos (faixas) de suporte em forma de involucros compostos, do mesmo modo propôs-se o esquema de transmissâo de carga no cinto (f'aixa) de suporte através de aterro. Aponta-se a vantagem destes tipos de cintos (faixas) de suporte em relaçâo às construçoês antes existentes em forma de vigas-cruzadas. Também propôs-se a metódica de minimizaçâo de peso e examinou-se seu estado de tensào e deformaçào na base da teoría de involucros finos. DSo-se recomendaçoès para a utilizaçâo prática dos resultados obtidos.

Manuel Quiala Ngombo (Angola)

METHODE OPTIMALE DE CALCUL DES MEMBRURES PORTEUR-LEVAGE DE BÂTIMENTS À ETAGES EN CONSOLE

L' un des principaux thèmes de la présente thèse repose sur l'analyse de l'expérience mondiale de la construction des bâtiments à étages- multiples à console. Ici se remarque le caractère progressif des ses oeuvres et de leur téchnoloçie d'éxèeution.

L' un des problèmes actuels dans la projection et l'éxècution de ces bâtiments réside dans l'amélioration des oeuvres et des éléments porteurs de base, les méthodes de calcul de structure à la dureté, la rigidité et la stabilité. Les difficultés se rencontrent également dans le développement des méthodes de projection optimale surtout des éléments membrures-porteurs sur laquelle s'appuie le bloc des dits bâtiments.

11 est aussi question dans cette thèse de l'élaboration de nouvelles oeuvres des men.jrures-porteur sous forme de coques (voiles) composées, et proposés des shémas de la transmission de charge sur la membrures à travers du sol remblayé. De même est démontré l'avantage de ces membrures sur les oeuvres en forme de poutres croisées. Ensuite a été suggérée la méthode d'optimisation du poids des membrures et l'étude de leur état de contrainte et déformation sur la base de la théorie des coques (voiles) minces. Des recouimendations pour l'utilisations pratique des résultats obtenus ont été données.