автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность и жесткость рамно-шатровых конструкций перекрытий зданий с укрупненной сеткой колонн

ТХСТРОЙ РОССИИ . Государственный Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский, проектпо-когструкторсний и технологический институт, бетона и железобетона

, ¡'В Г: г НИ ИХ Б

и,'.;

На правах рукописи

СОКОЛОВ Боре Сергеевич

"ОТ 624.074.421:624.046.2

. ПРОЧНОСТЬ И ЖЕСТКОСТЬ .РАМНО-ШАТРОБЫ! КОНСТРУКЦИЙ ПЕРЕКРЫТИЙ ЗДАНИЯ С УКРУПНЕННОЙ СЕТКОЙ КОЛОНН

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания в сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технически! наук

"Москва - 1994 г.

Работа выполнена в Государственном Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательском, прсэктно-ксиструкторском и технологическом институте батона и нелазосегона (НИШЕ) Госстроя РФ. Научный руководитель - Лауреат Государственной премии СССР,

\ доктор технических.наук. профессор В.В.Щутаев

■ Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

В.В.Трав7Ш - кандидат технических наук, старший научный сотрудник , В.Г.Кракарь

Ведущая организация - Московский научно-исследовательский

и проектный институт типового и экспериментального проектирования' (МНИИТЭП)

Защита состоится " 1994 г. в часов на

заседании специализированного совета К 033.03.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук в Государственном научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона Госстроя РФ по адресу: 109428, Москва, 2-я Институтская ул., д.6.

Совет направляет Вам для ознакомления данный реферат и просит Ваши отзывы и замечания в 2т-х окземплярах, заверенные, печатью, направить по указанному выше адресу. 1

С диссертацией можно' ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " /У" 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук 1идЛ> Т.А.Кузьмич

Актуальность работы. Применение с&сршх зелезобетоЕных пространственных перекрытий шатрового типа является сравнительно новым направлением в строительстве, оно получает развитие в связи с растущей погреоностью в многоэтажных зданиях с укрупненной сеткой колонн. Здания двух и более этажей с сеткой колош не менее 12x12 м в ряде отраслей позволяют наиболее эффективно решать задачи размещения крупногабаритного оборудования, организации технологических процессов, организации складского хозяйства, устройства внутрицеховых транспортных коммуникаций. Укрупненная сетка колонн находит применение в общественных зданиях, в числе которых здания торговых центров, выставочные и спортивные залы. Как показывает практика, наиболее экономичным образом проблема увеличения перекрываемых пролетов решается путем применения в меадуэтажнах перекрытиях пространственных конструкций шатрового типа, в т.ч. рамно-шатровых конструкций. Специфика этих, конструкций заключается в тем. что ячейка перекрытия, собираемая из плоских конструкций (шшт, балок, рам), работает в целом как пространственная конструкция, 'обеспечивая требуемую прочность и жесткость при значительной экономии материалов по сравнению с традиционными шшно-бапочнши конструктивными решениями.

Далью диссертационной работы является разработка и экспериментальное обоснование практических методов .расчета и предложений то рациональному конструированию сборных рамно-шатровых перекрытий каркасных зданий с укрупненной сеткой колонн.

Автор защищает:

- результаты экспериментальных исследований на каломаспггебноЗ модели напрякенао-дефоршгровйнного состояния (НЕС) в линейной стадии работы рамно-иатрового нерегриия здания с сеткой колоне 18x18 м при различии схемах нйгрузения;

- результаты эксперяузктальша:: исследований на гелэзобетоняой

модели НДС раыно-шатрового перекрытия здания с саткой колонн 12x12 м щи деаствяи равноиэрно распределенное нагрузка на всех стадиях раСо® вшить до разрушения;

• - результата экспериментальных исследований и конструктивное решение узлового фрагмента рамно-шатрового перекрытия с передачей основных усилзй с помощьв шпоеочеых соединений;

- расчетшЕ ыодеди рашо-щатровых конструкций, возводящие расчетом МКЭ достоверно оценивать щс конструкций данного тша в эксолуаташюнйзй- стадии работы;

- кинематические модем пластических механизмов рамно-шатровк конструкций в стада предельного равновесия и разработанную на их ооково методику расчета несущей способности.

Научную бзвизну работы составляют:

- экспериментальные дашыз об особенностях НДС яелззебетешых рамне-шатрзвых перекрытий на всех стадиях. работы под нагрузкой вплоть до разрушения;

- предлокааяя по выбору расчетных схем и назначению жесткостных характеристик пря расчете келезобетонных рамно-шатровых перекрытий методом конечных элементов в эксплуатационной стадии работы;

- методика я алгоритм расчета несущей способности рамно-шатровых перекрытии на основе кинематического метола предельного равновесия;

- предошакЕЯ по рациональному конструировании новых сборных и соорно-монодшых аелезобетонных рашо-шатровш перекрытий каркасных зданий с укрупненной сеткой колош в широком диапазоне полезных нагрузок.

Практическое значение работы заключается в том, что на основания результатов исследований даны экспериментально обоснованные рекомендации но расчету и проектирования новых высокоэкокомичных пространствеяых конструкций перекрытий каркасных здашй с укрупненной сеткой колонн. Результаты исследований использованы в

ряде проектов эдвнип с рамко-шатрсвыж пере кретинки.

Апробация таботк и публикация. Результата исследований докладывались на заседания! подсекции Н2 НГС ШХБ (19ЭТ-1991 гг.), на -регионально?.: еешяарэ в Ашхабаде (1986 г.), на паучяо--практическоЁ коЕфзрешш в Омске ( 1987 г. ), ка двух конЛзренцшп: молодых, учака ВШБ (1987, 1988 г?.), на меэдународнся симпозиума ИаСС в Копенгагене (1991 г.).

По материалам диссертации опублшеовено 12 печатай работ.

Объем работа. Диссертация состоит из введения, чэтарах глав, общих вкводсв, списка литературы из 123 наименований. Содержит 154 страницы машинописного текста, включая 80 рисунков и 8 таблиц.

Работа выполнена в лаборатории пространственна! конструкции НИМБ Госстроя России под руководством Лауреата йсударственной премии СССР, доктора технических наук, профессора В.ВЛугаева.

Содержание работы

Рамно-шатровые конструкции представляет собой разновидность шатровых конструкций. Основная-несущая конструкция (пространственная шатровая рама) имеет вид многогранника на плоской полигональном (как правило, прямоугольном) плане. Продольные оси элементов шатровой рамы расположены вдоль ребер иэогограншжа. В случае • многогранника в виде усеченной шрамады верхзяя горизонтальная грань называется средам диском, а наклонные элемента рамы вдоль боковых ребер - подкосами.

Пространственная работа рамно-шатровых ксиструязй характеризуется наличием уешшз распора. Восприятие усилий рззгора конструк- ^ тншо решается устройством замкнутого контура из бортовых элементов по норанетру нкяра, в которых размешается оснсебйя арматура (затяака) шатра. Вэлшша распора зависит ст гнтбпсгвности действующих нагрузок п соотношения основных геометрнчвеких размеров конструкции, к каторг относятся размера лхаЕЗ татра в осях

контурных элементов (пролет шатра), габариты среднего диска и превышение уровня срединной поверхности среднего диска над уровнем пояса затяжки ватра (стрела подъема шатра).

Применение тонкостенных: железобетонных яэсущих конструкций з виде многогранников известно с середины 20-х гг. как в зарубежной" (Э.ГруОер, Г.Грлшшг, Г.Крамер, Г.Элзрс), так и в отечественной строительной практике. В этот парод начинают успешно применяться складчатые шатровые оболочки покрытий и перекрытий. Среди \ наиболее ярких проектных решений следует выделить работы И.Г.Людкозского и Б.Я.Слезингера (1933 г.). В 50-60 гг. широкое применение получили шатровые (вспарушеннкэ) пмеля перекрытий. Большой вклад в их разработку вшсж Ю.Я.Штаерман, Г.К.Хвйдуксв, Б.Н.Бастатский, Б.О.Геворкян, А.М.Дубшский я др. С середины 70-х гг. в связи с возникшей необходимостью создания эффективных железобетонных конструкций многоэтажных зданий с укрупненной сеткой колонн Проектным институтом N1 (А.В.Шашро) создан ряд проектных решений сборных шатровых шрекритий, а такие сталеяеяезоОетонных шатровых покрытий. В процессе исследований этих конструкций, проведенных совместно ПИ—1, НИИЖБ и СибАДИ, была предложена новая разновидность конструкций шатрового типа, получившая название рамно-шатровых конструкций (В.В.Шугаев, Г.В.Авдейчиков, А.М.Лпдковский). В дальнейшем при участии автора в НИШ были предложены различные модификации рамно--шатровых конструкций применительно к различным размерам сеток колош и величинам полезных нагрузок.

Развитию применения пространственных конструкций способствовало появление уке в 30-х гг. практических методов их расчета. Основополагающее значение имели, труды В.З.Власова и П.Л.Пастернака. В теории расчета складчатых конструкций значительный вклад шесен И.Е.Милейковсйям. Теория расчета оболочек, цилиндрических и призматических конструкций получила развитие в исследованиях Н.П.Абов-

ского, В. С.Бартенева, Б.С.Засилькова, В.И.Хшгсунова, Х.Х.Лауля, Н.Н. Леонтьева, Б.Д.Райзэра, И.Н.Слезкнгзра, С.И.Стельмеха, С.А.Тимгяева, В.И.Травуша, Я.Ф.Хлебного, О.В.Чинонкока и др.

Значительный прогресс в области вычислительной "вхпикз послужил стимулом к дальнейшему совершенствованию ьа^яацюнных методов мехаЕихи, одним из которых является метод конечна гкиентов (МКЭ). Признание МКЭ к расчету пространственных конструкций получило развитие в работах А.С.Городецкого, В.С.Здарзняо, А.Ф.Смирнова, А.П.Филина, К.Н.Шапошникова, А.Кабира, А.Скорделисэ, В.Шнобркха, Дж.Зйбела и др.

Принципиально занпый вопрос расчета несдай способности статически неопределимых систем (в частности, просграиствевных келезоОе-тонных конструкций), исиыгаващих в стадии разрушения пластические деформации, решается методами теории предельного равновесия, основы которой заложевн б трудах А.А.Гвоздева. Значительны* вклад в развитие теории предельного равновесия внесли Д.Д.Ивлав, М.Й.Ерхов, С.М.Крылов, А.А.Марков, А.М.Проценко, А.Р.Рваницан, В.Койтер, М. Киль сен, В.Ярагор, Р.Хилл, Ф.Хода и др. Вопросы расчета пространственных конструкций с позиций те ори предельного равновесия исследованы в работах Н.В.Ахвлздивни, М-Ш-Варпака, А.М.Дубинского, А.С.Дехтяря, М.И.ЕрюБа, Я.Ш.Исхакова, А.Д.Либермана, Л.М.Овечкива, А.М.Проценко. А.Р.Ржаницьяа, А.О.Рассказова, Г.К.Хайдукова. В.В.Чшенкова, В.В.Шугеева и др.

Большой вклад в развитие методов расчета конструкций шатрового тате сяссон Г.К.ХайдукоЕцн, на основании 'результатов обширных экспериментальных исслрдрвряяй применила®?.: кшштнчеиой' метод прэдельного равновесия к расчету патровых, панелей. Вопросы расчета вспарушвшх панелей исслбдоваш в работах Б.Н.Бастагекого, Н.Г.Еа-рабадзе, А.М.Дубинского, Э.А.Мэгерртаора, М.А.йнкел9Шча к др.

Складчатые шатровые конструкции впэрвае экспериментально

исследованы М.С.Борзшанскнм, А.С.Щештьевш г В.И.Мурашевым под руководством А-А.Гвоздева в 1933 г. Иселедоваявя ксыи. модийкациЁ складчатш: ватроз выполнялись Г.К.Ха2ДуК0зш, В.В.Шугаевш, Г.З-Авдейникозыя, А.В.Шашро, Ю.Г.Шмпонотэм и др. •

Исследования ражо-шатровых конструкции, предияшнш иренни-тельно нэдааэо, огрзяичавзются эксяерюгентальло-теорвгнчбскгми работами, еизолнзвныш автором под руководством проф.В.В.Шугаэва, а такие раечетно-таорзткчасхЕШ нсследовангшмк, Ешолнезныш Б.Н.Еастатскик (ГрузНШГС) з Г.В.Авдейчикэвым (СиОАЖ).

В жсседаашкшоа работе исследовша ковстр',кшщ рамно--шатрового перекршшя по а.с. 1300116 (11, разработанная но основе совершенствования конструктивной схемы рамаочпатрового перекрытая по а.с.907186 к 966183. Исследования проводились на двух конструктивных реализациях рамно-иатровой схемы.

. Первая Акшйнкация прадставляет собой сборное перекрытие- здания с сеткой колонн 18x18 и (рис.1.). Ячейка, перешгаия мой конструкции состой из колонн с капителями, четырех контурных ня П1, четырех углош: блоков Я2, четырех шгблоковах шит ПЗ и трах плит средней зона вчейва П4 и П5. Здесь пространственная шатровая рама выполнена в кде ребер переменной высоты в элементах П2 и П4-, соединенных ребрами постоянной высоты в шдаа П5. Функцию контурного элемента вмюшяет ребро плиты Л1 высотой 1 м, в котором располагается основная аркагура шатра (затякка). Таким ойразш, внутри: ячейки цераярнтия располагается собственно рамно-шатровая конструкция размером 15x15 м, огшращаяся по углам на рэбра контурных пли?, перздшш нагрузку на канители колош.

Вторая шшфпсацня представляет собой сборное перекрытие с сеткой колоен 12x12 ¡» (рга.2). Ячейка шрэкршгия состоит нз колош с капителями, чегарех контурных плит П1 трапециевашой в плана Форш к трех прямоугольных плит П2 и ПЗ. Здесь шатровая ржа обрз-

Щ-------------

lîic.I. PauHD-шатрозов перекрытие здания с сеткой колонн. 18x18 и.

Л2

15,0013000 I 500015000 ÍJ5GD

i i f f t т

TTl 2-Е

Рис.2. Ракно-пзтровое лерзкрытие здания о сеткой киоия 12x12 ц.

эована ребреми переменной ¿¡ысогы в элементах Ш и П2. сооданенннми ребрами постоянной высоты шшты ИЗ. Шлете П2 й ЕЗ выполнены таким образом, что б проектном положения образуют пространстьеннув конструкцию - внутренний ¡патер. Основная арматура шатра располагается в находящихся з створе колонн контурных ребрах плит П1. Арматура в ребрах сборных элементов по периметру внутреннего шатра тайге включается в ргйогу по восприятию распора, что позволяет снизить количество основной аркатуры шатра в его внешнем контуре.

Рашочшровыв перэкрнчяя во всех нодЕфякацяях предсмашя собой сложную зространстаэнвую систему, объединявдую большоэ количество вкатюдайствушщ элементов. По сравнению с хорошо изученными складчатыми Шатровыми оболочками- и шатровыми панелями решо--ягтровые конструкции обладают рядом спещЩдаеоких особенностей. Главной из них ячшшея сосредоточенная передача усилия распора с диагональных- рам на замкнутый контур-затяжку, что существенно усложняет конструктив узлов -сопряжения элементов. Отсутствие наклонных гравай- влечет за собой изменение граничных условий на контуре среднего диска шатра, а также более активное вовлечение плит настала з работу в составе пространственной конструкций.

Исходя из изложенного, основное внимание в диссертационной работе уделеда ревешв следующих задач:

- экспериментальное изучение на моделях ■ НДС рамно-шатровой кзяструкцшг и ее узловых соединений на всех стадиях работы вплоть до разрусения;

- выбор и эксяэрпмбнталънэе обоснование расчетных схем МКЗ, позволявших гадучать достоверную картину НДС конструкции в линейной стадак работы;

- разработка методики расчета Нбсущей способности на основе метода предельного ранзовесяя с учетом конструктивных особенностей рамно-шатронпх конструкций, гесмзтркпеских и прочностных

характеристик лх элементов;

- обобщение опыта проектирования различит кодификаций рампо-татровых перекрытий.

Экспериментальные исследования рамно-шатрового перекрытия эданкд с сеткой колонн 13x18 м выполнены на модели от оргстекла, изготовленной в масштабе 1:15 с высокой детальностью ииэлирования. Опкрание модели выполнено по углам на 8 опер (по дав опоры под каждую контурную плиту), s т.ч. 1 неподвигаая, 1 катковая и 6 шаровых. Перемещения измерялись мегашяеекнкв щиОорами в 45 точках, деформации - с помощью 372 эдвктротонзодатчгкав.

Модель нашивалась по б схемам нагрутания: 1 - равномерно распределенная нагрузка по всей площади поверхности модели;

2 - равномерно распределенная нагрузка на поверхности слит П4 и U5;

3 - равномерно распределенная нагрузка на поверхности шли П1, П2 л ПЗ; 4,5 - односторонняя равномерно распределения -нагрузка-соответственно на одной и другой половине поверхности модели; 5 - сосредоточенная вертикальная нагрузка в одном из верхних углов натровой рамы.

В результате иехпиашй получены данные о рэспредзхэзги внутреннее! усылай в эламитах модели при различных схемах нагруганея в ¡шейной стадии работы конструкции. Под действием вертикальной вагрузки элементы шатровой раш с щшегащбй к ни» честьз поля испытывают вдепентрзнноа сзатяэ узшшем распора. Pscnop ттра, ¡терэдаеае,^ дгагоаь-ышш подкосам в углы контура, нызквает растязение контурных элементов. Кроме того, все элементы конструкция иепк'лшают изгиб от непосредственно прилокенног к sai нагрузки, з токае участвузт ь работе как рг.емект.7 мзогокра-гно статически неопределимо« системы. Экспериментально подтверждена пршшшальная зозуонность созланля весьма пологих рамво-ЕстроБШ пэрз.трыткй, эбладаотих достаточной зесткостью.

Результаты испытаний учтены при разработке расчетной схемы НКЭ при расчете конструкций на ЭВМ с использованием программного комплекса "ЛИРА". Расчетная схема представляет собой совокупность плоских треугольных и прямоугольных элементов оболочек, моделирующих поле модели и элементы шатровой рамы, а также пространственных стеряневнх элементов, моделирукщх ребра жесткости шит, связи и граничные условия в опорных точках. Путем последовательных корректировок была разработана расчетная схема НКЭ, с использованием которой расчетом удовлетвортельво описывалось НДС принципиально ваших элементов рамно-шатрового перекрытия, а такие были выявлены способы дальнейшего уточнения получаемой картины распределения внутренних усилий.

Экспериментальные исследования рамно-шатрового перекрытия здания с сеткой колонн 12x12 м выполнены на железобетонной модели в масштабе 1:6, состоящей из семя сборных элементов. В качестве материала модели принят мелкозернистый бетон, армированный сварными каркасами из стержневой и проволочной арматур, отдельными арматурными стержнями, сварными и тканши проволочными сетками. Соединение сборных элементов выполнено сваркой закладных деталей и замоноличи-ванием шпоночных бетонных шов. Армировэше модели выполнено на основании предварительного расчета конструкции МКЗ в линейной постановке.

Испытания модели производились на гидравлическом стенде. Опирание выполнено по углам на 8 опор. Измерение перемещений осуществлялось 52 механическими приборами, регистрация деформаций -- 507 электротвнзодатчиквш, в т.ч. 192 датчиками на арматуре.

Модель испытана на действие равномерно распределенной .нагрузки, прикладываемой поэтапно до разрушения. Получены данные о НДС конструкции на всех стадиях работы, вплоть до близких к предельной. Анализ данных прогябомэров показал, чуо вертикальные перемещена!

нарастали практически линейно до нагрузки, соотввтстнуяцей расчетной (20.6 кН/ма). Выявлено, что конструкция данной модификации обладает высокой жесткостью при достаточно малой величине стрелы подъема шатра, равной в деформированном состоянии 1/23 пролета конструкции. Прослежена картина образования и развили трещин в бетоне.

Разрушение модели наступило щи нагрузка 34.5 яй/н2, превышающей расчетную в 1.675 раза. Разрушение, сопрововдаввэеся текучестью продольной арматуры в контурах шатра, произошло по лтеии шва между шмали П2 и ПЗ. В то же время картина транш, сложившаяся к моменту разрушения, и характер распределения усилий в основной арматуре допускали возможность разрушения по схема издзма, близкой к белочной.

По результатам проведенных испытаний била оятррэкмроваяа расчетная схема МКЭ. Она включает в себя треугольные и - прямоугольные элементы оболочек, которыми моделируется тола иго, и пространственные стеряневые элементы, моделирущиа элементы шгровой рамы и связи. Схема учитывает наличие конструктивных швов моду сборными элемента®, а также наличие связей-накладок. Предложено при определении деформаций натурной конструкции при действии постоянных и длительных временных нагрузок использовать• в рзечзте длительный модуль- деформаций бетона ■

где и сЬг - коэффициенты, учитывающие клинке соответственно кратковременной и длительной ползучести бетенз (по СКИП 2.03.01-84*); Б^ - проектный начальный модуль деФормиий бетсла. •

т

Для применения в рамночпатровЕХ перекрытиях просажена конструкция шоночзого соединения сборных элекевтоз, обвепечиващего передачу распора с годаоса сатравой рамы в узол сшрагвник контур-

них элементов через бетон звмонолияивавия. Шпоночный шов включает две группы ррзйанчатнх шпонок на сопрягаемых поверхностях сборных элементов. Одна из них ("В") предназначена для передачи на контур вертикальной составляющей усилия в подкосе, другая ("Г") - для передачи сдаягадак сил в уровне поясной арматуры (рис.3). Усилие растяжения от распора шатра в угловой части контура воспринимается арматурой Б3, в пролетной части - арматурой , а передача усилия с Б на Б ,происходит посредством работащэго на сдвиг

а " 1

монолитного шза со шпонками типа "Г".

1 - 1

Рас.З. Схема испытаний узлового фрагмента.

Экспериментальные исследования проводились на сборной железобетонной модели узла, прэдставлящего собой фрагмент перекрытия на ячейку 18x18 м, выложенный в масштабе 1:3, включающий штату П2 и примикавдие к ней участ:ш плит П1. Модель опиралась на стенд в трэх точках: Д, 3 и Б2; от горизонтального смещения закреплялась в точках Е1 и Е2. Вертикальная нагрузка прикладывалась в т.В; продольное усилие в диагональном ребре создавалось приложением усилия в т.С под соответствующим углом к горизонту. Деформации арматуры 51 и Б2, связи-динамометра, а тают бетона ребер, измерялись с помощью 128 электротанзодатчиков, сдвиговые деформации смегных ребер -- семью индикаторами часового тшга.

Результаты испытаний подтвердили высокую несущую способность узлового соединения. Экспериментально установлено рзспредэлеше усилий по длине поясной и угловой арматуры в зоне узла, характеризуемое тем,..что.с удалением от центра .узла по мере включения в работу поясной арматуры в плитах -Ш за счет сдвигающих сил, передаваемых шпоночным швом, усилие в арматуре ребер плиты П2 убывает. Предложено усилие в угловой связи рамяо-шатрового перекрытия рассчитывать по форкуле:

I? - Ь3

гк/г 2,к

где q - иптенслвность расчетной нагрузки;

10 - пролет контурного элемента рашо-шатровой конструкции;

- пролет плит средней зоны ячейки перекрытия: гй - шгечо внутренней пары в сечении с угловой связью. По результатам исследования даны рекомендации по совершенствованию конструкции узла. В частности, указываются мероприятия по улучшении условий передачи вертикальных и горизонтальных усилий за

счет более рационального размещения шонок, предлагается выполнить усиление ребер плитн П1 в зоне концентрации; нащотвний.

разработана методика расчета несущей способности рамно--шатровых перекрытий на основе хвнвмаигееского метода предельного равновесия. Для расчета раыно-шатровых перекрытий, опертых по углем, предложена общая девятизвенная схема разрушения (рис.4), определяемая тремя независимыми геометрическими параматрамп Yt, Yz и Y3. Часовыми случаями общей схемы шляются балочная и шатровая схемы, рекомендуемые дайствупщш нормами для расчета Шатровых складок. Предполагается возможность действия на конструкцию двух равномерно распределенных нагрузок, связанных параметром к, одна из которых Icq расположена на квадратной в плане площадке в центре ячейки, а вторая q - на остальной площади ячейки.

Работа внешней нагрузки на виртуальном единичном перемещении по вертикали центрального диска пластического мехяЕззна: "вй-Ч (*-1) V. ] •

где V и V. - объемы эпюр вертикальных перемецешй в случае действия нагрузки постоянной интенсивности соответственно пс всей

поверхности ячейки и на участке местной нагрузки. В диссертационной работе рассмотрены три возможных случая вычисления объемов эшор виртуальных перемещений в зависимости от соотношения размеров площадки приложения местной нагрузки и центрального диска.

Работа внутренних сил в линиях излома выражена работой предельных моментов Н0 -«- М& на соответствующих углах взаимного поворота дисков ркс и рдс) в точках пересечения продольных

осей ребер конструкции линиями излома, а такке работой вызванных распором натровой рамы предельных усилий растяжения в сечениях

арыатуршх поясов внешнего Н

соответствующих удлинениях ка и

и внутреннего Н1 контуров на А (рис.5). В зависимости от соотношения геометрических размеров конструкции и величин параметров схемы излома рассмотрено 16 возможных случаев (табл.).

Т— /-Л*-4-

1 3-А1 ! I

Г т

/ { Но,М.7'И* II

! 3-М ! 1

П

! / " I ✓

э

— ¡м««<г

Мо.Н» I

Рис.5 Некоторые расчетные случаи вычисления работы внутренних сил.

Из уравнения равновесия, записанного в форме равенства работ ■ ^ к85®® возможной комбинации параметров схемы излома можно получить соответствующую величину предельной нагрузки 5 . Искомая величина несущей способности и соответствупцая ей наиболее вероятная схема разрушения конструкции определяется минимизацией величины ч :

Чи = тш (Т,: У2; г,) ] .

Сборные рамно+-иатровые конструкции имеют свои конструктивные особенности, учет которых делает необходимым рассмотрение специфических схем излома. Одной из них является расположение линий излома в швах по периметру внутреннего контура и в диагональных швах между

Таблица.

Расчетные формулы для вычисления величины работы внутренних сил.

Расчетный случай Условия реализации расчетного случая Расчетные формулы для вычисления \\'-tnt

I-A « VI VA

I-B Y{>A

2-AI vi v w —i s0> о Y, 4 A

2-А2 Y<>A

2-BI Vo V}íA Y2>A «[(M^M^HoüotH.ü.lynrf+eM^jc.s^H^ÍI^p^

2-В2 SinJi+BMafcwH

2-ВЗ Y(>A Va>A

2-В4 Y24A

3-AI о vi v -J S>0 \£k

3-А2 Yj>A »[(Mo^Hoüejsbcí+M^Klcosrt^^ÍM^Ms)^]^

З-АЗ Y(>A

3-А4 8 ( M/-P«.+Me) sin«É+/¡ [(ttj+M5)íir M¿] фдс

3-BI S£0 Y(ÓA вВ^к+Но^пЛ* М^чЦ+АМ&Рл:

3-В2 Yj.>A skmd^e^Ho^sinof+Mj^lcosri^^MsjT+m^^

З-ВЗ VA Y2íA 8[(m0<pm^koio)3¡n^Mjíp?cicosc(l+M^At]+¿iM6ÍpAC

3-34- YZ>A

--4R+(r2 Y<) ' ^ R ' 'АС Yz+K > твс- R(_Yz+K) ± 2fo . 2f<

плитами Ш. В этом случае взаимному повороту дисков прапятсгауют три группы связай, наличие которых макет быть учтено слэдуэдями продэльншя моментами: Шу - по углозоа связи; Нд - по пасладкам, . соедгшпаспм диагональные ребра плит в продольном направлении; М^ - по накладкам, соединядам продольные рзбра плит а пролете внутреннего контура.

Величина предельной кзгрузки определяется формулой:

а = 2ДУК Г к., + 0.5 Ня + /2 М.. ]. (I - ь^ I- у 0 л -1

Специального рассмотрения требует случай, когда разрушение конструкции происходит по линии сва меэду плитами среднзй зоны перекрытия с пересечением линий излома плит П1 в поперечном направлении в средней части их пролета. В этом случае взаимному" повороту двух дисков препятствует прочность сечений внешнего и внутреннего контуров в точках пересечения их линией излома (соответственно, М0 и ), а такие предельные моменты Мс - по накладкам, соединящим шшты средней зоны в углах среднего диска. Величина предельной нэгрузки для этого случая определяется формулой:

q =

16 (мо + м1 + ыс)

ь0 (Ч- #

Расчет по сбщэй схеме излома, а такке по даум последним схемам излома, реализованы в программном комплексе для персонального компьютера го расчету несуще® способности рамно-шатровых конструкций. Численные исследования по данным модели перекрытия на ячейку 12x12 н. выполненные с использованием программного комплекса, показали, что с наибольшей вероятностью в рассматриваемом случае должна реализоваться лзбо балочная (или близкая к ней) схема излома, лзбо схема излома по линии шва мевду плитами средней зоны. Отнопзнпе экспериментально полученной величины

разрушатей Езррузки к установленной реочэтш составило в перзом случае 102.во втором 95.Сй.

Б четвертой глчве диссертационной работы описаны проектные разработки, выполненные рядом проектных организаций при участил автора, в которых применены различные модификации рамЕС-шатровк перекрытий. в том числе:

- здания производственного и складского назначения с сеткой колош 12x12 м со сборно-монолитными междуэтажными перекрытиями под нагрузку 50 кН/м2 (технические решения);

- сборно-монолитные перекрытия встроенных спвцсоор?тани£, используемых под гаражи, под нагрузку 4-00 кН/м2, с сэткой колонн 7.2x7.2 м (технические решения);

- сборные перекрытия для общественных к производственных зданий с сеткой колонн 13x18 м (технические решения);

- сборно-монолитные перекрытия здания с натяжэнизм- арматуры в построечных условиях, с сеткой колонн 12x12 м (проектные предложения); . . ..... ...

- сборные перекрытия под нагрузку до 25 кН/м2 здания с сеткой колонн 12x12 м (рабочие чэртежи);

- каркас 4-этажного здания стоянкк для грузовых автомобилей с сеткой колонн 10x10 и 10x15 м со сборными первкршгияш под нагрузку 10 к11/м2 (технические решения);

- каркас 7-этакного здания сч'олнки для легковых автомобилей: с сеткой колонн 10x10 и 10x15 м со сборными перэкршгзяки под нагрузку 8 кН/м2 (технические решения).

Технико-вконачический анализ выполненных проектных разработок показал, что рашю-шатровые перекрытия существенно экономичнее шйшю-балочшх аналогов, причем зффективность их щгашеьля возрастает с увеличением полезной нагрузка и размеров шзрекрываеаой ячейки.

-21~ ОСКОЕШЕ ВНВОШ

1. На осповенкг. проведенных исследований и проектант проработок конструкций яатрозого типа предложен ряд модификаций рамно-шатровкх п-эрокрэтиг, представляэящх собой пространственные конструкции, обойма конструктивны;® признаками которых является налило контурных э.ч6?.!эетоз и шатровой рзмн. Особенность статической работы таких конструкций заключается в том, что нагрузка на перекрытие передается в опоршэ зоны через подкосы рамы, вызывая усилия распора, воспринимаемые контурными элементами, что обеспечивает пространственней характер работы конструкции.

2. Экспериментально на маломаспггабной модели исследовано НДС рамнс-иатрозого перекрытия здания с сеткой колонн 18x18 м при различных схемах нагруженая. Получены данные о распределении внутренних усилий в элементах конструкция в линейной стадии работы, а также подтверндена необходимая жесткость конструкции, экспериментально установлена пршдаиальная возможность создания на основа рамно-шатровой схемы пространственных перокрытий с отношеяием стрелы подъема к пролету до 1:30.

3. Получены данные о распределении внутренних усилий в. элементах рамно-шатрового перекрытая здания с сеткой колонн 12x12 м при действии равномерно распределенной нагрузки на всех стадиях работы конструкции вплоть до разрушения. Экспериментально на яелезобетон-ней модели выявлена Еысокая жесткость конструкции при малой величине отношения стрелы подъема шатра к его пролету. Установлена картина образования и развития треззш в бетоне. Экспериментально выявлено, что работа конструкции макет оцениваться как практически линейная вплоть до нагрузки, соответствующей расчетной.

4. Предлолена и экспериментально исследована Еа модели конструкция узлового соединения, позволяющего передавать усилие распора, шатровой рэмн с ее диагональных элементов на контурные элементы

посредством монолитного епоночного шва мзаду сбореши элементами. Зкспергмешалшо установлено распределение усилий б арматуре сборных элементов в зоне узлового соединения на всех стадиях работы. ПодтЕервдена высокая несущая способность предложенного соединения.

5. На основании результатов экспериментально-теоретических исследований предлонэна методика расчета узлового соединения диагонального элемента с контурными элементами к даны рекомендация по его рациональному конструированию.

6. Разработаны расчетные схемы МКЗ, с использование!.! которых удовлетворительно списывается ЩС элементов рашо-шатровых пврощш-ткЕ. Даш рекомендации по составлению расчетных схем кКЭ, учитнваю-ших конструктивные особенности различных модификаций рэмно-шатровых перекрытий, а такке рекомендации по учету влияния длительного действия нагрузки при расчете рамно-шатровых перекрытий по жесткости.

Т. Разработана. методика расчета несущей способности рамно-. -шатровых перекрытий на основе кинематического метода прэдельного равновесия. Предложено производить расчет по . общей, девятизвенной схеме излома, преобразуемой изменением трах геометрических параметров в ряд частных схем. Кроме того, при расчете сборных конструкций следует проверить несущую способность конструкции при разрушении угловых связей г связей по периметру внутреннего контура, а таете при схеме излома по линни шва между смежными плитами в средней части ячейки перэкрытиг..

8. Разработан программный комшшс для персонального хошыстзра, роализуищй предложенную методику расчета нэсушей способности рамно-ватровнх конструкций.

?. Результаты численных исследований, выполненных с использованием разработанного программного обеспечения, показали близость экспериментально полученной величины разрушавдгй нагрузки ? расчетных величин везущей способности по балочной схеме излома и в

случав излома по линии шза между гшгаами средпэй зоны. Установлено, что на реализацию того или иного частного случая общей схемы излома основное влзянно асазывает несущая способность сечений контурных элементов.

10. Пространственный характер работы ракяо-шатровой конструкции, подтвердившийся в результате проведении исследований, позволяет достичь высокой экономичности и рекомендовать рамно-шатровые конструкции для применения в каркасных зданиях с укрупненной сеткой колош. Результаты экспериментально-теоретических исследований нашли применение при проектировании ряда модификаций сборных и сборно-монолитных рамно-шатровых перекрытий зданий с укрупненной сеткой колонн в широком диапазоне полезных нагрузок на перекрытие. Техзико-экономическими расчетами выявлено, что экономическая эффективность рамно-шатровых перекрытий возрастает с увеличением полезных нагрузок и размеров перекрываемой ячейки.

Основные положения диссертационной работы нашли отражение в следующих научных публикациях:

1. A.c. 1300116 СССР, Шэ Е 04 В 5/02. Сборное железобетонное перекрытие/Г.В.Аддейчиков, В.В.Шугаев, А.М.Лэдковский, Б.С.Соколов, А.В.Шапкро.//Открытия. Изобретения. - 1987 - N12.

2. Соколов B.C. Исследование работы рамно-шатрового перекрытия на расчетной модели.//Еовоэ в технологии, расчете и конструировании железобетонных конструкций. - М.: НИИЖБ, 1987. - с.115-118.

3. Соколов Б.С. Экспериментальное исследование модели рамно-шатрового перекрытия.//Повышение качества и эффективности применения бетоЕа и железобетонных изделий и конструкций. - М.: НИИЯБ, 1988. - с.142-145.

4. Шугаев В.В., Соколов Б.С. Пространственное перекрытие рамно-шатрового типа.//Экспериментально-теоретические исследования.

опыт проектирования и внедрение современных в перспективных конструкций многоэтажных зданий. - Омск: СибАДК, 1987. - с.25-25.

5. Шугаев В.В., Соколов Б.С. Расчет рамно-ыатрового перекрытия по несущей способности.//Исслэдовения хелезобетонных тонкостенных пространственных конструкций. - Н.: КИМЕ, 1991. - C.9S-103.

6. Шугаев В.В.. Соколов Б.С. Ракно-шатровые перекрытия большепролетных зданий.//Пространственные конструкции зданий и сооружений. Исспедование, расчет, проектирование: Сборник статей. Вып.7. - Н.: ВШЕ, ЦНЖСК. 1992. - с. 177-182.

7. Shugaev V.V., Sotolov B.S. RelnTorcel Concrete Space Floors оГ Multistorey Bulldlngs//In Proceedings: "Spatial Structures at the Turn ol the Millennium", Intern. IASS Symp., Copenhagen, 1991, Vol.1, pp.143-150.