автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Вариантное проектирование высотных зданий со стальными каркасами

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

КИЕВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

САЛУМ ДОРАИД

ВАРИАНТНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ СО СТАЛЬНЫМИ КАРКАСАМИ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 05.23.01 — СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ,

ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

\

КИЕВ 1991

Работа выполнена на К8федре металлических и деревянных конструкций Киевского ордена Трудового Знамени инженерно-строительного института. I

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор М.М.ЕЕРШН

Научный консультант - кандидат технических наук,

старпий научный сотрудник М.Й.КОЛЯКОВ

%

\

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор А.С.ГОРОДЕЦКИЙ

кандидат технических наук В.А.ЛШАРЕНКО

Ведущая организация - УкрНЙИпроектстальконструкцяя_

Защита состоится 1991г. в 13 и час.

на заседании специализированного совета К 068.05.04 при Киевском ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительном институте по адресу: 252037, Киев-37, Воздухофяотский проспект, 31.'

С диссертацией ыскно ознакомиться в библиотеке института. *

Автореферат разослан " " О'ШпЛ&^Я-х991г.

Ученый секретарь специализированного совета у / у __ кавд.техн.наук, доцент. и-'//'Г.И.МЕЛЬНИЧЕНКО

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ«

ктуадьность работы. Одним из основных принципов современно

го строительного проектирования является экономическая целесообразность принимаемых проектных решений, направленных на создание оптимального для заданных условий сооружения.

При решении этих проблем используются два подхода: эмпирический - сравнение различных вариантов; теоретически!? - установление законов теоретического веса л его изменения в функции от главных параметров сооружения.

Если первый подход - эмпирический, достаточно трудоемок и не дает возможности для теоретического обоснования экономичного проектирования, то второй - теоретический несколько абстрактный, так как не учитывает того, что выбор конструктивной схемы сооружения и прочее не может быть только технико-экономической задачей, а определяется условиями строительства и эксплуатации.

Разработанные в середине 70-х годов в КиевЗНИИЭПе теоретическая методика экономичного проектирования стальных каркасов высотных зданий не учитывают влияния общей деформируемости расчетной схемы, истинной податливости рамных узлов и имеется один существенный недостаток, заключающийся в том, что для определения показателя массы стали, необходимой для обеспечения несущей способности элемента, требуется задаться предварительно размерами сечения /ядровым расстоянием/.

Для получения эффективной методики экономичного проектирования высотных зданий со стальными каркасами, реализация которой практически не зависит от личного опыто и квалификации проектировщика, необходимо исключать не определенность, возникающую при выборе величины ядрового расстояния, строительного и конструктивного коэффициента и общей деформируемости расчетной схемы.

В связи с этим создание эффективной методики вариантного проектирования высотных зданий со стальными каркасами с учетом истинной податливости ралшх узлов и общей деформируемости схемы на основе дискретных и дискретно-континуальных расчетных моделей является актуальной задачей экономичного проектирования.■

Целью работы является разработка автоматизированной методики вариантного проектирования высотных зданий со стальными каркасами с учетом истинной податливости рамных узлов и общей деформируемости схемы на основе дискретных и дискретно-континуальных расчет-

ных моделей.

Научную новизну работы составляют:

1. Методика и результаты теоретических исследовании высотных рамных каркасов с привлечением дискретно-континуальной расчетной модели составного стержня различной степени упрощения с определением усилий и перемещений из дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами, решения которых получены методом Бубнова-Галеркина.

2. Результаты сравнения различных дискретно-континуальных и дискретных расчетных моделей с учетом и без учета деформируемости схемы и определение степени искажения результатов.

3. Методика и результаты оценки влияния фактической податливости рамных узлов на изменение основных усилий в ригелях и колоннах высотных рам на основе математического моделирования элементов узлов с привлечением МКЭ и ставдартных вычислительных комплексов.

4. Разработка автоматизированной методики определения эффективные сечения и затраты стали обеспечивающих прочность, устойчивость и жесткость высотных каркасов различных конструктивных систем на ранных стадиях проектирования.

Практическая ценность работы заключается в удобной для проектной практики программе автоматизированного выбора эффективного типа каркаса, для дальнейшего проектирования которого никакие расчеты более не требуются, -т.к. затраты стали и размеры сечения определены из условий прочности, устойчивости и жесткости.

Внедрение результатов исследований осуществлено в институте КиевЗНШЭП при реальном проектировании. Программа для персональных ЭВМ, для автоматизированного определения затрат стали, необходимой для обеспечения прочности, устойчивости и жесткости высотных каркасов различных конструктивных систем сдана в 'фонд алгоритмов и программ Госкомархитектуры Госстроя СССР. Такхе программа использована проблемной научно-исследовательской лабораторией особо легких стальных конструкций /ПБШШСК/ К/1СИ при расчете стальных каркасов 10-12 этажных зданий.

Аптобация -работы. Основные положения и результаты работы докладывались на Четвертой Украинской Республиканской научно-технической конференции по металлическим конструкциям "Развитие, совершенствование и реконструкция специальных сварных стальных конструкций зданий и сооружений" /г. Симферополь, 1988 г./.

Публикации. По теме диссертации опубликовано одна работа

Л/.

Структура и объем работа. .Гяссертацконная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 72 наименований и приложения. Общий объем работы 180 страниц машинописного текста, включая 33 рисунков и 14 таблиц.

С0ЛБРЕА1ЖЕ РАБОТЫ

Бо введении обоексвана актуальность рассматриваемой темы, приведены общая характеристика работы и ее основные положения, которые выносятся автором нз защиту.

Я первой главе рассмотрено развитие конструктивных систем и расчетных моделей высотных зданий со стальными каркасами с приведением конкретных примеров за последние 100 лет. Деется постановка задачи и приводятся методика оценки экономичности конструкции по массе к основные теории экономичного проектирования стальных каркасов внеотных зданий, где крупный вклад в этом направлении внесли Е.О.Патон, Н.С.Стрелецкий, Н.Н.Стрелецкий, В.А.Балдин, Л.И.Виноградов, К.К.Муханов, Ю.А.Родциг, А.Р.Ржаницын, Я .К..Чих-тарников и ряд других исследователей.

Р конце главк рассмотрены специфические условия строительства 7. применение стальных каркасов внеотных зданий в САР.

Вторая глава посвящена изучения дискретно-континуальной расчетной модели составного стержня А.Р.Ржаницына, которой учитывает общую деформируемостью схемы высотных рам и решения упомянутой модели с различными уровнями упрощения методом Бубнова-Галер-кина. Приведены сравнительные оценки достоверности различных вариантов дискретных /которые не учитывают общую деформируемостью расчетной схемы/ и полученных в работе дискретно-континуальных расчетных моделей на основе серии расчетов высотных рзм.

Для расчета высотных каркасов предложено значительное количество вариантов дискретных и дискретно-континуальных расчетных моделей различной, степени достоверности: кетодн нулевых моментннх точек, Кросса, А.И.Сегаля, Б.А.Лзержаковича, П.Ф.Дроздова и А.Р. Ржаницкка, кроме того широко внедряется МКЭ. Однако до сих пор остаются открытыми вопросы степени приближенности различных расчетных моделей и необходимо учет общей деформируемости расчетной схекн.

Учет общей деформируемости расчетной модели был выполнен в работах А.Р.Ржаницына, где многоэтапная однопролетная рама была представлена расчетной моделью двухветвенного составного стержня /см. рис. 1-а/. Лдя этой расчетной модели было получено дифференциальное уравнение /1/ при действии вертикальных и горизонтальные переменных по высоте нагрузок.

/ Гхг_ ра-хл и ф' я2рц-х) а>_

* К ст ' тхгг ' гт 7-

л

Х£7 ' Е1Н

м

, я2? ¿ХП Е1„

а-*) - -^а2-*2)] л

Здесь ; £1 - жесткость составного стержня, рассма

триваемого как монолитный; ; £ - коэффициент жесткости

шва на сдвиг; •

А.Р.Ржаницын использовал длл решения уравнения /1/ метод ко нечных разностей, вполне позволяющий получить приемлемые количес венные оценки, но использование упомянутого метода не дает возгдо ности упрощать расчетную модель в рачках одного расчетного цикла

Нади предложено для решения уравнения /!./ применить метод Бубнова-Галеркина, при котором возможно упрощение расчетной моде в рамках одного расчетного цикла. Приняв координатные функции в виде:

где %= + + , /

ал.£/п(птг/1)х /

Учитывая фактические опорные закрепления определяем граничите условия и в результате вычислений получим постоянные интегр рования.

1 1-6ХЕ1/£>13