автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Составные пространственные покрытия зданий общественного назначения для стран Ближнего Востока

РГб од

ПОЛТАВСКИ» ТЕХНИЧЕСКИЙ ЗШЕРСИТЕТ

- 3 ИЮЛ 1395

На правах рдкописи 1абан Халед йх*ад ¡^

Пространственные составные покрытия зданий общественного назначения для стран Блигнего Востока

Специальность 05.23.01. - Строительные конструкции,

здания н соордлешш

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание дченоА степени кандидата технических наук

Полтава - 1995

Диссертацией является рдкогтксь

Работа ваполнена в Сдкскои сельскохозяйственной институте.

Научный рдководитель - д.т.н., проф. Фоиица Л.II.

Официальные оппоненты:

1. д.т.н.. проф. Клиненко ®.Е.

2. к.т.н., доц. Верещака С.М.

Ведущая организация - Саиский центр надчннх исследований произданий ( ЦНйПромзданий).

г. Полтава, просп. Первоиайекий. 24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

часов на заседании специализирован: при Полтавском технической дниверс

Защита диссертации состоится

Автореферат разослан "22^* 1935

г.

Зчений секретарь специализированного совета.

Д.т.н.

/бондарь Й.Й.

0Б1АЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы.

Пространственные покрытия зданий и сооружений во второй половине XX века намли мирокое применение в Западной Европе благодаря экономической эффективности их по сравнении с плоскостными конструкциями. Распространение их в странах Ближнего Востока задержалось, повидимому, из-за архитектурных градостроительных традиций. технологических особенностей возведения новой архитектурной формы и отставания в развитии методов расчета и проектирования. Вместе с тем, накопленный опыт показывает, что покрытия в форме поверхностей отрицательной Гауссовой кривизны хорово согласувтся с традиционными формами зданий культового и общественного назначения. Линейчатость формы покрытий типа гиперболических параболоидов позволяет упростить технологические приемы их возведения и тем самым обеспечить мирокое применение в практике строительства. Поэтому разработка методик расчета и проектирования таких покрытий для зданий общественного назначения является актуальной научной задачей.

Цельп работы является экспериментально-теоретическое исследование пространственных составных покрытий на основе гипаров, предназначенных для возведения зданий общественного назначения, исследование в них деформаций и усилий, разработка методики их расчета и конструирования с учетом архитектурных и градостроительных особенностей зданий и сооружений в странах Ближнего Востока.

Автор зажимает:

- результаты теоретического анализа классических методе!

-

расчета составных оболочек типа гипар и предложение функция напряжений, позволявшей учитывать влияние затяжки нг распределение усилий в оболочке;

- методику расчета и алгоритмы итерационного процесса при определении усилий и перемещений в оболочке покрытия с учето» физической нелинейности по методу конечнах элементов:

- результаты исследования влияния жесткости затяжки на распределение усилий в оболочке и методику назначения оптимальной жесткости затяжки при проектировании покрытий;

- результаты математического и физического моделирован« покрытия, составленного из 4-х гипаров на квадратном плане I упругой постановке и с учетом физической нелинейности;

- предложения практического применения составных покрытий № оболочек типа гипар для зданий общественного назначения;

- результаты внедрения разработанных методик.

Научная новизна работы;

- предложены уточненные функции напряжений для расчет, составных оболочек типа гипар с учетом влияния затяжки к. напряженно-деформированное состояние покрытия;

- разработана методика назначения оптимальной жесткости затяжк при проектировании оболочек:

- предложены варианты объемно-планировочных и конструктивны решений зданий общественного назначения с пространственным покрытиями отрицательной Гауссовой кривизны для стран Ближкег Востока.

Практическое значение результатов работы:

- предложенные функции напряжений позволяет получить уточненные теоретические зависимости для определения усилий и перемещений в оболочках покрытий, повыжаюдие достоверность результатов расчета при проектировании:

- методика и алгоритмы расчета оболочек типа гипа? по методу конечных элементов обеспечивает учет физической нелинейности при расчете покрытий;

- предложенная методика назначения жесткости затяжки позволяет при проектировании заранее назначить оптимальное сечение затяжки, обеспечивающее благоприятное распределение усилий в оболочке покрытия.

Реализация работы.

Результат» проведенных разработок использованы в практике проектирования крытого рынка фирмой Diran Contracting Со в Иордании. а также при разработке покрытий зданий сельскохозяйственного назначения Сумским Агропроектом.

Апробация работы..

Основные результаты работы докладывались:

- На международной конференции " Новые методы расчета, материалы и технологии в строительстве " - г. Алчевск. Донбасский горно-металлургический институт, сентябрь 1993г.

- Ra III международной конференции * Материалы для строительных конструкций " в г. Днепропетровске, Днепропетровский инженерно-строительный институт, ивнь 1994г.

- На международной научно-практической конференции " Соверженс-

твованне строительных материалов, технологий и методов расчета конструкций в новых экономических условиях" - г. Сумы. Сумский сельскохозяйственный институт, октябрь 19Э4г. - На научных конференциях преподавателей и студентов Сумского сельскохозяйственного инститдта в 1393. 1994г.

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех разделов,

основных выводов, списка литературы и приложения. Работа

содержит 184 страниц машинописного текста, 56 рисунков. 8

таблиц, библиографии из 206 наименований, 3 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.-

В первой главе дан анализ развития пространственных покрытий и социальных условий их применения в странах Ближнего Востока. Рассмотрены пространственные пологие оболочки двоякой кривизны, форма которых хоромо согласуется со сложившимися архитектурными формами общественных зданий. Показаны примеры использования таких оболочек, особенно в форме гиперболических параболоидов, в мировой практике, в том числе и в странах с •жарким климатом ( Бразилия, Мексика, С1Й и др.).

Рассмотрено состояние развития теории оболочек. Отмечен вклад таких видных ученых, как Ф.Канделла. С.П.Тимоменко. В.З.Власов. А.А.Гвоздев. Я.И.Лурье. В.В.Новожилов, й.А.Гольденвейзер. И.Е.Килейковский, П.А.Пастернак,

Й.Р.Рваницын, Й.Пухер, А.П.Филин, Н.П.Абовский, К.Г.Абрамович, В.С.Бартенев, И.Й.Векуа, Г.Риле, К.В.Сахновский. Б.К.Чаттерджи и др. Отмечен слабый уровень распространения пространственных

покрытий в странах Ближнего Востока по причинам отставания технологии возведения оболочек из монолитного бетона и сложностей расчетного аппарата при их проектировании.

При анализе национальных традиций в архитектцре обращено внимание на мирокое использование кдпольннх, арочннх элементов в покрытиях общественных и кдльтовых зданий с подковообразной, полуциркулярной и стрельчатой формой.

Такая Форма легко реализуется при использовании составных оболочек типа гипар.

ПрЯродно-клнматическне дсловия стран Ближнего Востока проиллвстрированы на примере Сирии. Показано, что пространственные покрытия двоякой кривизны способствузт ревеня» вопросов завиты стен я окон от солнечных лучей, снижении солнечной радиации, длучзенив восприятия ветрознх воздействий, обеспечивают совме^гняв огравдакчих я несущих функций. Проанализированы тенденции использования монолитного железобетона в строительстве. Покззани преимущества линейчатой поверхности гипаров для обеспечения технологичности возредгнка покрытий из монолитного гелезобетона: использования зитовой подвесной опалубки. удобства выверки поверхности, вибрирования бетона виброрейкой при укладке н т.п. На основе предварительного технико-зконоиичесхого анализа показана целесообразность широкого распространения покрытий из тонкостенных пространственных конструкций типа гипар для проектирования и строительства в странах Ближнего Востока.

Сформулированы задачи по исследование новых форм покрытий:

1. Провести теоретические исследования напряженного состояния составного пространственного покрытия из 4-х гипаров

на прямоугольном плаке для случая краевых условий, учитывавших влияние затяжек и совместную работу бортовых элементов с оболочкой.

2. Выполнить экспериментальные исследования напряжений и деформаций такой оболочки с целью проверки правильности теоретических представлений при симметричном и несимметричном нагружении.

3. Выработать практические рекомендации по проектированию и строительству покрытий из гкпаров применительно к специфическим условиям стран Ближнего Востока, в частности . Палестины. Сирии к Ливана.

Вторая глава посвяжена рассмотрению вопросов разработки пространственных покрытий из составных оболочек типа гипар. Показаны виды поверхностей отрицательной Гауссовой кривизны и варианты геометрии составных покрытий из 4-х гипаров на прямоугольном плане, как показано на рис. 1.

Рассмотрены особенности классических теорий расчета оболочек, имеющих опорный контур по краям, когда принимается, что усилия от оболочки передавтея на опорный контур, а последний взаимодействует с затяжкой и передает усилия на опоры. При таком подходе не учитывается влияние затяжек на распределение усилий в оболочке. В зоне опор, где затяжки прикрепляется к опорному контуру и воспринимают горизонтальны*' распор, усилия в оболочке, направленные по нормали к линия» контура, принимается.равными нулю, что б зоне присоединение контура к опоре противоречит действительности. В связи с эти» обращается внимание на несовершенство используемых в теорм

В

горизонтальнкм коньковым элементом; б - оболочка с горизонтальным•опорным контуром; з - оболочка с приподнятыми угловьми точками.

оболочек функций напряжений и краевых условий.

Предложено считать, что усилия, нормальные к линии контура, в точке крепления затяжки равны величине распора, а затем уменьшается по длине контура по некоторому закону, зависящему от жесткости элементов опорного контура, до нуля в верхней зоне контура на некотором расстоянии от опоры.

В связи с этим краевые условия предложены в виде:

при х = а Их = й1- е

С 1 )

. ' Л -Ци-у/а, при х = Ь Му = Ад-е

где п - коэффициент, зависящий от жесткости контурных элементов;

А,и - константы, получаемые из дсловий равновесия оболочки на опорах.

Функция напряжений, отвечавшая этим краевым условиям, имеет вид:

ср (х.у) = [( х4- 8 хг а* + 5 а*)'С у4- 6 у* Ь + 5 Ьч>] +

< 2 )

Коэффициент Й подбирается из условия равновесия, которое имеет вид:

8*9> д'-г , дгФ длг дг2

Тг д у1- " дх ду д* ду £Гг"

= - Р, + Р. + Р, а*2.! : ( 3 )

Р< , Р, и Р^ - компоненты внемней нагрузки 1 - уравнение поверхности оболочки.

Ремение этого уравнения с учетом функции напряжений (2) и краевых условий (I) дает следующие выражения для усилий в оболочке:

Я г Iх% = й [( х*- 6 хгЛ 5 а*) С 12 уг- 12 Ь*>] + г д у*

Нц, - = А [( 12 хЛ - 12 йЬ Су+- 6 у,гГ+ 5 Ь*)] +

г д т"-

+ • е

-<<(а-хУа_

К,. = В (16 хг у3 - 48 Х-3 у Ьг - 48 х у3 а2+ 144 аг Ьгху);

Г

Легко видеть, что при х = а, у = Ь краевые условна (1) удовлетворяется.

Рассмотрено также напряженное состояние оболочки в постановке физической нелинейности. Зависимость секудего модуля деформаций бетона от напряжений принята в виде, предложенном Л.П.Макаренко к Г.А.Февко:

Ес -- Е„ - ( Ев - Е,„ )

где Ео и Е£и - начальный и предельный модули деформаций;

п = —--- уровень напряжений при осевом сжатии, равный

отноженкв напряженка к расчетному сопротивлению.

Два оболочки, выполненной из ортотропного материала, компоненты матрицы упругости D ( £ ) приняты в виде:

q . = _- п = ^ • п = SiJiJ._ •

В = -—

* < - *« *u

D = С •

2. Разбивка оболочки на конечные элемента.

Реаение задачи в нелинейной постановке проведено на компытерепо программе ReCon методом иттераций.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям модели оболочки. Использовалось математическое и физическое моделирование. На основании использования метода подобия и метода размерностей определены основные масжтабные коэффициенты физического моделирования.

Математическое моделирование велось при помощи метода конечных элементов по программе ReCon (Reinforced Concrete), разработанного в НХИАССе Госстроя Зкраины. Использовались треугольные конечные элементы, как показано на рис.2. Получена значения усилий и перемещений в элементах и реакции в узлах для модели оболочки размером 48x48 см со стрелой подъема f = 12 см. как в линейной постановке, так и для случая физической нелинейности.

Изготовлены м испытаны три физические модели оболочки размером 48x48 см со стрелой подъема f = 12 см из 4-х одиночных гипаров, выполненные по геометрической схеме, приведенной на рмс. 1,а. Модель изготовлена из цементного раствора, армированного тонкой стальной струной. Затяжки - из стальной лента сгчеккеи 1 х 10 ¡ш. мидель нагружалась ступенчато подвесными грузами по 4-и схемам: симметрично, нагружение одной четверти, двух смежных четвертей и двух диагонально расположенных четвертей. Деформации модели измерялись электрическими тензодатчиками с измерительным комплексом ЦТМ-З. перемещения - индикаторами часового типа.

Сопоставление результатов математического я физического

Таблица 1

Сопоставление усилий в модели оболочки ( Осесимметричное нагрушение- 1 ) Р = 0,012 т/узел

Продолжение таблицы 1

моделирования приведено в таблице 1 и на рис. 3. Йа сопоставления видно, что предложенная функция напряжений (3) дает возможность получить результаты усилий в больжей мере совпадающие с результатами расчета по методу конечных элементои и с экспериментальными данными, чем классическая теория. В диссертации дается также сопоставление перемещений, полученных расчетным путем и экспериментально, давщее удовлетворительное совпадение результатов.

На модели проведена исследования влияния жесткости затяжки на напрмженно-деформярованное состояние оболочки. Показано, что жесткость сечения стальной затяжки, подобранная из условия прочности, является оптимальной. При увеличении жесткости влияние ее на НДС несущественно, при умекьменки же хотя бы па порядок НДС оболочки начинает заметно изменяться в сторону увеличения дсилий.

В четвертой главе даны практические рекомендации по проектирование составных оболочек для общественных зданий в странах Ближнего Востока. Рассмотрено несколько вариантов архитектурно-планировочных схем для зданий такого типа, как крнтне рынки, бани, выставочные павильоны, гостинные дворы, автовокзалы, кинотеатры, аэропорты и др. Зкрупненная сетка колонн 12x12 м, 24x24 и и более позволяет использовать такие здания по разнообразному функциональному назначении. Один из вариантов композиции показан на рис.4. В диссертации приведено 5 вариантов таких архитектурно-планировочных схем, которые показывает, что здания с системами покрытий из гипар хоромо отражает национальные традиции по архитектурному колориту и

Рис. 4... Здание на квадратном плане 46х4Ь из 4-х секций с повшенной средней секцией:

а - фасад; б - план; а - вариант фасада.

позволяет достигнуть экономии материалов на основе использования современных конструктивных схем и передовых технологий. Приводится пример конструирования элементов покрытия, описывавтся особенности технологии, преимущества и недостатки пространственных покрытий. технико-экономические преимущества. По имеищимся данным из опыта строительства пространственных покрытий по сравнении с плоскостными традиционными покрытиями наряду с повымением архитектурно-эстетических достоинств, можно получить следующие преимущества: экономия веса - 30 - 35 Z снижение материалоемкости - 20 - 25 Z снижение стоимости - 10 - 25 Z

Внедрение результатов разработок осуществлено в проектах зданий, разработанных Фирмой Dirán Contractin? Со для строительства в Иордания.

. . ОСНОВННЕ ВЫВОД» И РЕЗЗЛЬТАТН.

1. На основе анализа современных теорий расчета оболочек предлоаена новая функция напряжений и сформулированы краевые условия для расчета составных оболочек из 4-х гипаров на прямоугольном плане со свободным опиранием на неподкрепленный контур с учетом влияния затяжек на напряженно-деформированное состояние оболочки.

2. Предложена методика расчета и алгоритм итерационного процесса при определении усилий в оболочке с учетом физической нелинейности по методу конечных элементов.

3. Разработаны рекомендации по назначению оптимальной жесткости затяжек при проектировании оболочек, составленных из гипаров.

4. На основе математического моделирования и испытания физических моделей оболочки показано хоромее соответствие полученных теоретических результатов с экспериментальными данными и расчетами оболочки по методу конечных элементов с учетом физической нелинейности,

5. Предложены ' варианты архитектурно-планировочных и конструктивных режений зданий общественного назначения, отвечающие национальным традициям по . функциональному использованию и архитектурно-эстетическому облику- для стран Ближнего Востока.

0. Результаты настоящей работы получили одобрение рзда фирм. занимающихся проектированием и строительством общественных зданий в Палестине, Сирии я Иордании.

Основные результаты диссертации опубликована в следующих работах:

1. Фомица Л.Н., 1абан X.fl. Выбор функции напряжений для составной оболочки из 4-х конгруэнтных асимгипояоидов.// Материалы международной научно-технической, конференции "Новые методы расчета, материалы и технологии в строительстве", йлчевск. 1993. - С. 24-25.

2. Фомица Л.Я.. Паустовский C.B., 1абан X.ft. Исследование математической модели пространственного покрытия типа гипар по методу конечных элементов.// Тезисы докладов III Международной конференции "Материалы для строительных конструкций". Днепропетровск. 1994. - С. 100.

3. 1абан X.fi. Нчет физической нелинейности при расчете j пространственных покрытий.// Материалы международной научно- j -практической конференции "Совервенствование строительных ■ материалов, технологий и методов расчета конструкций в новых ' экономических условиях". Сумы: КПП "Ирин" ЛТД, 1994. - С. 128 -129.

4. Жабан X.fi. Экспериментальные исследования модели составной оболочки из четырех гипаров.// Тезисы докладов III Международной научной конференции "Материалы для строительных конструкций". Днепропетровск, 1994. - С. 108-109.

Жабан Халед Ахмад. Пространственные составные покрытия зданий общественного назначения, для стран Ближнего Востока. Диссертация на соискание ученой степени кандадата технических наук по специальности 05.23.01 - строительные конструкции, здания к сооружения. Полтавский технический университет, Полтава, 1995.

Защищается рукопись, которая содержит теоретические и экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния составных пространственных покрытий из 4-х гиперболических параболоидов на прямоугольном плане. Рассматриваются пологие тонкие оболочки с учетом физической нелинейности. Предложена новая функция напряжения и краевые условия для расчета оболочки с учетом влияния жесткости краевых элементов. Разработана методика назначения оптимальной жесткости затяжек при проектировании оболочек. Предложены варианты объемно-планировочных и конструктивных режений зданий общественного назначения с пространственными покрытиями

двоякой кривизны для стран ■ Ближнего Востока. Результата использованы в проектах зданий и сооружений.

Ключевые слова: пространственное покрытие, составная оболочка, напряженно-деформированное состояние, функция напряжений, краевые условия, моделирование, перемещения.

Shaban Khaled flhiad. The spase co«pound roofed a building of the social appointient for the country a Middle Eeast. Dissertation in educationaly acadeiic degree the candidate of technical science by speciality 05.23.01 -the building constructi-ons.the buildings and structures. Poltava'technical university. Poltava,1995.

Maintain a thesis uich contain the theoretical.and experiMental research of the strenuously - defor* space the roofed of fours giperbolity parapolity in the prieioygolni plan. Exaiine a straight thins with registration of.a physical nostraighting. Propose а пей fooncshing strained and extreie condition for the calculation of shell with registration influense of the hard extreie elements . Laboured the îetodic appointient hard zati-ejhek at the project of the shell. Propose the variants voluie planned and constructions decisions the building of the social appointient with a speace roofed tuoos crivizni for the country a Middle Eest. Results do use in the projects a buldings and structures.

Key nords

spase compound roofed, stress defori space the roofed of fours giperbolity parapolity, fooncshing strained, extreie condition.

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ УКРАИНЫ Сумский сельскохозяйственный институт

61 11-5/1954

На правах рукописи,

ЙАБАН ХАЛЕД АХМАД

ЗДК 624.074.4

СОСТАВНЫЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ПОКРЫТИЯ ЗДАНИЙ ОБЩЕСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ ДЛЯ СТРАН БЛИЖНЕГО ВОСТОКА

Специальность: 05.23.01. -'Строительные конструкции,

здания и сооружение.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

(/^ ^^гИ/) [1ауЧ{Шй руководитель

АЛ*И" проф* фомица лх

Сумы, 1995

О Г Я А В Л Е Н И Е

стр.

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА Т. АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПОКРЫТИИ И СОЦИАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ В СТРАНАХ БЛИЖНЕГО ВОСТОКА

1.1. Особенности ■применения тонкостенных оболочек. 9

1.2. Состояние развития теории оболочек. 15

1.3. Развитие теории расчета оболочек типа " типар 24

1.4. Национальные традиции и архитектуре стран Пли*-него Востока.

1.5. Природно-климатические условия Сирии. 30

1.6. Современные тенденции использования монолитного 3? ж ел е з о б е т о на в ст р о ит елв стве .

1.?. Анализ технико-экономических показателей про- 41

странственных конструкций. 1.3. 3 а да ч и п о и: с с л е д о в а н и ш н о в ы х Ф о [ш и о к р а т и й. 4 5

ГЛАВА П. РАЗРАБОТКА ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПОКРЫТИИ ИЗ СОСТАВНЫХ ОБОЛОЧЕК ТИПА ГИПАР

2.1. Геомет р и я п о в е р к н о с т и. 4 Г)

?..?. Анализ классической теории расчета оболочек

2.2.1 Ограничения области исследования. 49

2.2.2 Уравнения равновесия. 50

2.2.3 Граничные условия. 54

2.3. Выбор функции напряжения. !> 1

2.4, Учет физической нелинейности при расчете.прост- 69

ГЛАВА ИТ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБОЛОЧКИ

3.1. Особенности моделирования оболочки. 73 3.1 Л. Математическое моделирование при помощи ме- 78

тода конечных элементов.

3.1.2, Физическое моделирование. 87

3.2. Методика проведения эксперимента. ПЗ 3.2Л. Испытательная нагрузка. 100

3.3. Приборы и датчики для измерения перемещений и деформаций.

3.3Л. Тензометричепкий комплекс. 103

3.3.2. Измерение перемещений. 100

3.3.3. Градуировка датчиков деформаций. 110

3.4. Результаты эксперимента.по испытанию модели оболочки

3 .4 Л . Оссесиыметричное нагружение: ИЗ

- схема нагружепия;

- таблица результатов;

- сопоставление результатов с теоретическими

расчетами.

3.4.2. Нагружение одной четверти оболочки. 128

3.4.3. Нагружение двух четвертей одной стороны. 137

3.4.4. Нагружение двух четвертей по диагонали. 137

3.4.5. Анализ результатов эксперимента. 137

ГЛАВА Г0. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СОСТАВНЫХ ГИПЕРБОЛИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК.

4.1. Выбор конструктивной схеьш покрытий.

152

4.2. Проектирование покрытия.

4.2.1. Покрытие с опорным контуром. 163

4.2.2. Покрытие без опорного контура 165

4.3. Проектирование тела оболочки: 166 - зоны с максимолышми усилиями;

~ главные растягивающие усилия.

4.4. Технология возведения покрытий из монолитного железобетона.

4.4.1. Устройство опалубки. 172

4.4.2. Порядок бетонирования оболочки с бортовыми 175 элементами.

4.4.3. Порядок бетонирования оболочки без бортовых 176 элементов.

4.5. Технико-экономические показатели использова- 178 ния пространственных покрытий.

ОБЩИЕ ВЫВОДУ. 183

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ. 185

ПРИЛОЖЕНИЕ I.

Программы для расчета оболочки тина гипар по 205 классической теории. ПРИЛОЖЕНИЕ II.

Расчет составного покрытия из четырех гипер 212 болических параболоидов на квадратном плане размером 24 х 24 м. ПРИЛОЖЕНИЕ III.

Письма о внедрении. 224

ВВЕДЕНИЕ.

Экономические,технические, эстетические и социальные аспекты развития стран Ближнего Востока с учетом традиций их древнейшей истории во многом влияют на формирование политики в области капитального строительства.

Несмотря на все разнообразие подходов в строительстве, архитекторы и строители должны создавать удобную и в то же время красивую, эстетически -выразительную, психологически комфортную, духовно облагораживающую людей среду.

Каждое здание и сооружение направлено на благо человека, и служит для него, обеспечивая соблюдение древнейших национальных традиций и особенностей климатических условий, поэтому при анализе объемно-планировочных и архитектурно-художественных решений учитываются характер эпохи, национальность, религиозность, а также современное техническое состояние и возможности общества в области строительства и архитектуры.

Опыт проектирования показывает, что наиболее активными элементами, влияющими на архитектурно-пространственное решение зданий и сооружений, а также на их технико-экономические показатели, являются конструкции покрытий, особенно пространственные, позволяющие создавать единые архитектурно выразительные формы и композиции.

Следуя тенденции оптимизации, современные пространственные покрытия выполняются с использованием разных видов материалов. Широко применяются компьютеризация расчетов, современные методы моделирования и экспериментальных исследований, новые технологии и возможности строительно-монтажного оборудования.

Па данным,приведенным в [14,30] стоимость покрытий состав-

лает примерно 20..252 от стоимости зданий, и снижение их материалоемкости и стоимости ыильи.'тсу существенным окладом в решение поставленных задач.

Среди всевозможных конструктивных решений покрытий зданий особое место занимают тонкостенные оболочки, имеющие криволинейную поверхность. Применение оболочки в качестве одной из эффективных конструкций покрытия зданий может с успехом способствовать достижению намеченных в сфере строительства целей.

Оболочки наиболее полно отвечают требованиям по улучшению структуры и рациональному применению строительных конструкций, повышению качества архитектурных, градостроительных объемно--иланировочных решений зданий и сооружений, уменьшения их материалоемкости и стоимости.

Сегодня невозможно представить архитектуру и строительство без оболочек, роль этих конструкций возрастает из года в год. Вместе с тем современное состояние строительной индустрии позволяет более широко внедрять пространственные конструкции в практику строительства.

Среди многочисленных современных пространственных систем наиболее примечательными по праву считаются оболочки отрицательной Гауссовой кривизны, очерченные по поверхности гиперболического параболоида, которые сокращенно стали называть " ги-парами ". Таких оболочек из монолитного железобетона, а также других структурных материалов возводится все больше. Эта форма особенно ценна для архитектуры. Внимание проектировщиков к обо-лочкаи-гипарак было привлечено линейчатостыо их поверхности, что значительно упрощает изготовление опалубки и армирование конструкции, возможностью разрезки на отдельные однотипные сборные элементы разнообразных архитектурных форм, их вырази-

тельностьп.Эти неоспоримые преимущества гипаров перед оболочками других видов, дающие значительный экономический эффект, делают их одним из прогрессивных типов оболочек. По своему очертанию покрытия.из гипаров согласуются с архитектурой зданий Востока. Диапазон использования гипаров весьма широк. Как тонкостенные оболочки, гипары применяют для покрытий, перекрытий, фундаментов, панелей стен в различных зданиях и сооружениях общественных ( трибуны стадионов, рынки, универсальные залы, вокзалы, рестораны, зрелищные помещения ), промышленных ( фабрики, склады,гаражи, здания транспортного назначения ), а такие в малых архитектурных формах ( навесы,Павильоны, беседки, дворцы, коттеджи и др.).

Диссертация посвящена 'исследованию составных покрытий из оболочек типа гипар. Целью работы является изучение влияния бортовых элементов на распределение усилий в оболочке при их

совместной работе, выбор рациональной функции напряжений, на*

иболее соответствующей закономерностям распределения усилий и краевым условиям. Рассматривается возможность работы и конструкция покрытия без бортовых элементов.

Работа опирается на классические теории оболочек, преимущественно пологих.

Исследуются тонкие оболочки,которые можно рассчитывать по безмоментной теории. Моментное напряженное состояние рассматривается лишь в зонах резкого изменения кривизны и в зонах примыкания оболочки к бортовым элементам.

Учитывая невысокие уровни напряжений в оболочке, диктуемые конструктивными требованиями по увеличение ее толщины, задача рассматривается в линейной постановке - физической и геометрической.Показываются лишь возможности влияния физической нелине/

йности бетона на деформации оболочки и распределение усилий в ней.

Проведение исследований обеспечивалось с помощью физического моделирования, программных и современных аппаратных средств вычислительной техники. В работе получены следующие- научные результаты:

- выявлены особенности распределения усилий в ириопориых зонах с учетом влияния затяжек и жесткости контурных элементов;

- сформулированы краевые условия, учитывающие влияние бортовых элементов на работу оболочки;

- подобрана функция напряжений, учитывающая совместную работу бортовых элементов с оболочкой;

- теоретические исследования проверены и подтверждены исследованиями на моделях при симметричном и несимметричном загрулениях;'

- предложены конструктивные схемы покрытий, составленных из гипаров для зданий и сооружений стран Ближнего Востока.

Практическая ценность работы заключается в использовании ее результатов для распространения пространственных покрытий в виде составных оболочек типа гипар, выполняемых из монолитного железобетона в практику проектирования и строительства в Палестине, Сирии, Ливане и других странах Ближнего Востока.

Результаты работы доложены и обсуждены на двух международных научно-технических конференциях, на заседании кафедры промышленного и гражданского строительства Сумского сельскохозяйственного института. По материалам диссертации опубликовано 4 научные статьи.

Глава I. АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПОКРЫТИИ И СОЦИАЛЬНЫХ УСЛОВИИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ В СТРАНАХ БЛИЖНЕГО ВОСТОКА

1.1. Особенности применения тонкостенных оболочек.

Тонкостенные пространственные конструкции в виде оболочек находят широкое применение в различных отраслях современной техники и в основном в области строительства зданий и сооружений. Они рациональны для зданий различного назначения, так как позволяют создавать сооружения с выразительным архитектурным обликом, перекрывают значительные пролеты, дают возможность успешно ремать функциональные задачи и получать значительную экономию металла и бетона по сравнении с плоскостными конструкциями .

При выборе объемно-планировочного решения сооружений с

*

применением тонкостенных пространственных конструкций в виде оболочек основными критериями являются: функциональная обоснованность решения, соответствие архитектурному замыслу, экономическая целесообразность применения конструкции.

Пространственные оболочки различают по статической работе, геометрическим очертаниям срединной поверхности, форме перекрываемого плана здания или сооружения, конструктивным особенностям, материалам и другим признакам.

Пространственные конструкции покрытий и перекрытий разде-ляит на четыре основные группы:

1) вспарушенные пространственные конструкции:

2) висячие покрытия:

3) структурные плиты или структуры:

4) мягкие оболочки.

По характеру и особенностям статической работы и конструктивным качествам в пределах класса оболочек с единой исходной поверхностью выделяют сборные элементы конструкций ( например, плиты КИС, складчатые и гиперболические панели ). В этих конструкциях главные усилия действуют в основном по направленна пролета, во втором направлении они незначительны.

Покрытия с единой криволинейной поверхностью образуются тонкостенными оболочками - конструкциями криволинейной формы, которые разделяют на оболочки:

- нулевой Гауссовой кривизны:

- положительной Гауссовой кривизны;

- отрицательной Гауссовой кривизны.

К оболочкам положительной гауссовой кривизны в первую очередь относятся купола, в которых часто при плавно распределенных по поверхности нагрузках, развивается только бозмоыентиое напряженное состояние, что очень выгодно с точки зрения рационального использования материалов. К е з м о м е н т и о-напр я ж е ни о е состояние меняется только вблизи заделки купола в кольцо, а такие с уменьшением стрелы подъема.

При прямоугольных планах оболочки двоякой кривизны в строительной практике вынолняштся преимущественно в форме поверхности эллиптического параболоида или круговой поверхности переноса, В них также нормальные и касательные усилия является доминирующими, но влияние изгибавцих моментов более существенно .

Пролеты таких оболочек достигают 40...50 м, а в отдельных случаях 60 м. Материал - железобетон, применяются также стальные и деревянные сетчатые оболочки.

и

Оболочки отрицательной Гауссовой кривизны - наиболее распространенное решение, полученное в 30-х годах комбинации фрагментов поверхностей отрицательной Гауссовой кривизны в виде гиперболических параболоидов ( гииар ). Это один из видов составных оболочек. Пролеты для железобетонных и деревянных оболочек в основной 30...40 м, а для металлических до 80м.

Оболочка в форме гиперболического параболоида ( гипар ) занимает достойное место среди современных пространственных конструкций. Эта форма особенно ценна для архитектуры.

Во многих странах мира были построены гипары из железобетона, дерева, металла и других материалов. Гинар имеет линейчатую поверхность, что достаточно упрощает его изготовление и дает возможность свободно использовать его форму.

Геометрическая форма гиперболического параболоида хорошо известна в математике с ХУП века [95]. Но позднее, в конце XIX века, гинар, как форма, появился в архитектуре.

С начала XIX века форма гинар развивалась благодаря деятельности многих талантливых архитекторов, строителей и математиков.

В последнее время архитекторы все чаще и чаще обращаются к оболочкам типа гинар, учитывая их прочность, экономичность, красоту и оригинальность форм. Кроме этого, гипары иыемт особенности, присущие только конструкциям данной формы:

1) гинар - это линейчатгы форма, она легко армируется, возможно использование преднапряженной арматуры, легко поддается унификации;

2) гипары имешт повышенную устойчивость, что позволяет применять оболочки очень малой толщины;

3) в случае равномерно распределенной нагрузки при опреде-

ленных граничных условиях оболочка приближается к конструкциям равного сопротивления;

4) гипар имеет обтекаемую форму, благодаря чему легко решаются вопросы водоотвода и свободного' сдувания снега;

5) покрытия в форме гипара обладают возможностями для создания условий естественного освещения, а внутреннее пространство характеризуется отличными акустическими свойствами.

В результате исследований гипаров на прямоугольном плане выяснилось, что величины изгибающих моментов и зоны влияния местного изгиба в них больше, чем в оболочках однозначной кривизны, однако, преимущественными усилиями являются все же нормальные и касательные усилия, действующие в срединной поверхности оболочки [2,101,138,1861.

Эти свойства гипара позволяют отказаться от устройства бортовых элементов и позволяют применять оболочки очень малой толщины.

Особенностью работы гипаров является их распорноеть. Распоры появляются по направлении главной положительной кривизны и для их восприятия обычно применяют затяжки. Но есть и другие способы, с помощью которых можно избежать распорности оболочки или уменьшить ее величину. В этом направлении традиционно решения в виде сочлененных гипаров, в которых распор частично или полностью погашается. Поэтому в строительстве гипары применяются как отдельно стоящие, так и многоволновые или сочлененные (в местах пересечения диафрагм установлены колонны).

Примером использования единичных оболочек являются оболочки, "опущенные на землш". В этом случае оболочка сама выполняет несущие, покрывающие и ограждающие ( частично или полностью ) функции, т.е. становится зданием. Характерный пример

гинара-здания -- оболочка концертного зала в Эдинбурге ( Великобритания ) [95]. Одноэтажное, вытянутое в плане здание музыкальной школы оканчивается концертным залом, покрытым единичной оболочкой. Пространство у опор не используется. Хоромо найдены пропорции пологой оболочки в сочетании с одноэтажным объемом.

Покрытие в виде группы оболочек применено при возведении кассового зала вокзала в Схидаме С Голландия ) [951 размером в плане 9,0 х 72,0 м. Оно состоит из 24 отдельных оболочек размером в плане 5,0 х 5,0 м, диагонально расположенных тремя рядами. При этом удачно ремена проблема восприятия распора. Учитывая способ опирания, распоры в двух крайних рядах покрытий взаимно погашаются, а распор среднего ряда воспринимается железобетонными балками. Получается уравновешенная система, что очень важно при