11005

94

устойчивость. Коэффициент запаса устойчивости, в общем, будет отличаться от того, который можно получить, увеличивая интенсивность нагрузки на нелинейную систему, поскольку в линеаризованной системе «заморожены» жесткости вантовых элементов. Но расчет линеаризованной системы может дать форму потери устойчивости, что окажется важным при выборе способа усиления недостаточно устойчивой мачты.

Представленная выше методика расчета мачт имеет ряд преимуществ по сравнению со стандартным расчетом. Она позволяет более точно смоделировать работу ствола и оттяжек конструкции, что обеспечивает выбор более экономичных сечений мачты.

Литература

1.Перельмутер, А. В. Основы расчета вантово-стержневых систем / А. В. Перельмутер. – М. : Стройиздат, 1969.

2.Савицкий, Г. А. Основы расчета радиомачт / Г. А. Савицкий. – М. : Связьиздат, 1953.

3.Соколов, А. Г. Металлические конструкции антенных устройств / А. Г.Соколов. – М. : Стройиздат, 1973.

УДК 624.0

Д.А. Романов

Варианты условий работы опорных узлов в многоэтажных стальных каркасах

Опорные узлы стальных колонн могут иметь два конструктивных решения – шарнирное сопряжение колонны с фундаментом и жёсткое. И в зависимости от этого меняется конструкция базы, опорной части колонны. В современной учебной литературе [3] можно встретить традиционное конструктивное решения шарнирной и жёсткой базы с методиками расчёта данных узлов (см. рис.1). Шарнирный узел не способен воспринимать полную составляющую реакции изгибающего момента, а лишь её незначительную часть (которой пренебрегают), жёсткий же напротив, воспринимает полную составляющую реакции момента. На самом же деле, рассмотренные узлы идеализированы, и в некоторых ситуациях характер их работы может не соответствовать принятой их расчётной схеме.

95

а. б.

Рис. 1. Конструктивное решение узлов: а – шарнирного; б – жёсткого

Для нижних стоек стальных многоэтажных каркасных зданий свойственен ряд особенностей, а именно: большие величины продольных усилий, в ряде случаев высокие величины изгибающих моментов и, как следствие, солидные размеры базы стойки и её элементов. На основе численного исследования 23-этажного рамного каркасного здания с тремя пролётами по 7,2 м и подземным этажом, был проведён анализ работы рассматриваемых опорных узлов. Выяснилось, что модель шарнирного узла не отвечает своей работе как шарнирного сопряжения. За счёт особенностей многоэтажных каркасных зданий создать шарнирное сопряжение традиционными методами довольно сложно или даже невозможно, не прибегая к специальным конструкциям опорных узлов (плиточный шарнир, пятниковый шарнир, балансирный шарнир, [3]), в противном случае он будет работать как жёсткий. Модель жёсткого узла, в свою очередь, обладает достаточной жёсткостью сопряжения, чтобы воспринимать реактивный момент, но имеет некоторую степень податливости сопряжения.

Так как в многоэтажных стальных каркасах практически всегда применяют конструкцию узла с жёстким сопряжением [2], появляется актуальность оценки податливости опорного узла. Наряду с перераспределением усилий, в каркасе за счёт податливости опорных узлов происходит изменение деформационной модели каркаса, а также

96

изменяются расчётные длины стоек нижних этажей [1], что приводит к серьёзной корректировке расчёта каркаса.

Факторы, влияющие на податливость опорного узла, можно разбить на две группы: линейные факторы, основные из которых – упругая работа опорной плиты базы и упругая работа бетона фундамента; нелинейные факторы – мгновенные и запаздывающие пластические деформации бетона фундамента, а также ползучесть бетона. В итоге при проектировании можно получить три расчётные схемы каркаса: 1 с жёстким опиранием стоек; 2 с податливым сопряжением в опорных узлах, с введёнием упругого коэффициента защемления стойки (связанного с линейными факторами); 3 с податливым сопряжением в опорных узлах, с упругим коэффициентом защемления и с заданным угловым поворотом в опорном узле (связанных с нелинейными факторами).

Примечание: 1) – расчётная схема 1 соответствует схеме с жёсткими узлами; расчётная схема 2

– схеме с упругими заделками; расчётная схема 3 – схеме с упругими заделками и заданным углом поворота;

2) – К – для колонны, Р – для ригеля

Выполняя для каждой расчётной схемы три варианта расчёта, можно сравнить полученные результаты, определив наиболее невыгодные расчётные схемы (см. табл.1). При этом производились следующие варианты расчёта:

статический расчёт (от наиболее невыгодного сочетания нагрузок);

динамический расчёт (от ветровой пульсационной составляющей);

расчёт каркаса на общую устойчивость.

По полученным результатам можно сказать, что изменение деформационной модели не существенно (в пределах 1-4%), изменение усилий значительно лишь в отдельных элементах (стойках и ригелях первых этажей), критическая нагрузка по потере устойчивости каркаса в целом снижается на 1 %. При этом следует заметить, что с ростом числа этажности эффект от податливости опорных узлов будет расти, а в

97

связевых каркасах будут расти отклонения в расчётах на устойчивость как каркаса в целом, так и стоек первых этажей.

Для одной отдельно взятой конструктивной модели каркаса описать податливость сопряжения в зависимости от геометрии и физических свойств материалов не составляет особого труда. Но конструкций опорных узлов стальных каркасов существует большое количество и для каждого случая на податливость в большей степени влияют либо одни, либо другие факторы. Поэтому универсальных подходов и формул не существует и необходимо разрабатывать их для каждого класса узлов в отдельности. Для двух моделей, представленных в данной статье, разработан ряд формул определения приближённого значения податливости узлов. В отдельности можно определить влияние линейных факторов (коэффициентом жёсткости) и нелинейных (заданным углом поворота).

Таким образом, разрабатывая шарнирный узел многоэтажного каркасного здания, нужно точно представлять, когда он отвечает своей работе, а когда нет. А при проектировании жёстких узлов понимать, что они обладают податливостью, и если этим пренебрегать, то спроектированный каркас будет иметь не запас прочности по ряду позиций, а её отрицательное значение при учёте реального поведения опорных узлов.

Литература

1.Общие правила проектирования стальных конструкций: СП 53- 102-2004: дата введ. 01.01.05 – М.: Технорматив, 2008. – 142 с.: ил.

2.Беленя, Е. И. Металлические конструкции: Спец. курс: Учеб. пособие для вузов/ Е.И. Беленя, Н.Н. Стрелецкий, Г.С. Веденников и др.; Под ред. Е.И. Беленя. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1991. – 687 с.

3.Кудишин, Ю. И. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов/ Ю.И. Кудишин, Е.И. Беленя, В.С. Игнатьева и др. Под общ. ред. Ю.И. Кудишина. – 9-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд. центр

«Академия», 2007. – 688 с.

УДК 72

А.А. Сверчков

Типизация архитектурно-строительных решений

Современный этап проектирования зданий и сооружений различного назначения характеризуется: комплексностью развития; высоким динамизмом; постоянным возникновением и переплетением новых задач и проблем, возрастанием количества их вариантов; сложными обратными связями; взаимообусловленностью социальных, архитектурных, технических, экономических аспектов и т.д.

Для выявления повторяющихся элементов всех подсистем функциональных блоков, которые могут быть положены в основу

98

последующей их унификации и комплексной типизации, выполнен системно-структурный анализ на примере функциональных блоков технического и санитарно-бытового назначения, составляющих одну из важнейших частей комплексной жилой единицы (КЖЕ). При этом анализировались прогрессивные проектные решения. В ходе анализа сделана попытка проследить системную взаимосвязь структурных элементов всех инженерных подсистем с планировочной, что должно явиться основой создания комплексных объектов типизации.

Полифункциональные КЖЕ по сравнению с функциональными блоками представляют собой систему более высокого уровня. В свою очередь функциональный блок представляет собой систему, состоящую из взаимодействующих подсистем: архитектурно-планировочной, конструктивной, отопления и вентиляции, водопровода и канализации, электротехнической, связи и сигнализации. Каждая подсистема состоит из элементов определенного функционального назначения, благодаря чему обеспечивается целенаправленное функционирование системы-блока.

Известно, что одним из главных средств повышения эффективности проектирования является его многовариантность. В свою очередь, многовариантность поиска может быть обеспечена в условиях ограниченных сроков на основе использования агрегированных типовых элементов оптимальной крупности.

Крупность типовых элементов должна удовлетворять, с одной стороны, требования обеспечения высокой степени архитектурной маневренности разрабатываемых вариантов, с другой – снижения трудоемкости многовариантного проектирования. Отсутствие идентичности в значениях длин структурных элементов является главной причиной, препятствующей их конструктивно-планировочной, а следовательно, и комплексной типизации.

Проектировщики должны располагать набором объектов типизации для всех стадий многовариантных проектных проработок зданий – от форпроекта до выполнения рабочей документации. В противном случае эти процессы характеризуются значительным количеством рутинных работ, что затрудняет многовариантный поиск и выбор лучшего решения в условиях сжатых сроков проектирования.

Исходя из структурного анализа подсистем функциональных блоков, набор альтернативных вариантов габаритных параметров объектов типизации может быть различным. Это предопределяет необходимость выявления оптимальных их значений.

В основу анализа компоновочных решений КЖЕ положен опыт проектирования многоэтажных многофункциональных зданий. В анализе учтен прогрессивный отечественный и зарубежный опыт компоновки указанных зданий. В качестве основных критериев эффективности компоновочных решений рассматриваемых схем приняты функциональные и экономические критерии.

99

Габаритные размеры секции при разработке комплексной жилой единицы были приняты исходя из оптимизации планировочных решений, их универсальности, гибкости схем, проявляющейся в способностях к планировочным трансформациям в течение всего срока эксплуатации объекта. Конструктивная система здания принята каркасного типа с переменной сеткой колонн, основным шагом 7,2 м.

Для обеспечения гибкости с точки зрения градостроительной ситуации размещения принят набор секций 4 типов (рядовые, поворотные).

Рядовая секция в плане имеет размеры 64.8х16.8 м, при этом площадь одного этажа составляет – 1088 м2, что отвечает требованиям противопожарной безопасности, согласно которым площадь жилого этажа не должна превышать 1500 м2. Также здание разделено на противопожарные отсеки как по горизонтали, так и по вертикали.

КЖЕ относится к классу жилых зданий коридорного типа, длина коридора общего пользования принята таким образом, чтобы максимальное расстояние до лестнично-лифтового узла не превышало 12,5 м. КЖЕ оснащена двумя лестничными узлами с использованием лестниц типа Н1,а также одним лестнично-лифтовым узлом.

В структуре комплексной жилой единицы четко обозначены места провода основных инженерных коммуникаций. Такой подход обеспечивает возможность гибкости и маневренности пространства.

Свободная планировка квартир обеспечивает возможность последующей трансформации квартир на любом из периодов эксплуатации. Одним из критериев оценки планировочных решений является степень их универсальности для различного набора квартир в зависимости от потребности (в том числе и квартир, расположенных в 2 уровня).

При формировании концепций различных методов типизации проектных решений зданий одним из главных является вопрос о выборе объекта типизации и определение его габаритных параметров.

Функциональные фрагменты, принимаемые в качестве объектов типизации, представляют собой интегрированные объемно-планировочные ячейки.

Многовариантность формирования комплексной жилой единицы обеспечивается путем набора функциональных фрагментов (блокэлементов). В типологическом отношении набор из блок-элементов предназначен для формирования зон помещений, лестничных клеток, санузлов и т.д.

Для удовлетворения требований многовариантности формирования объектов необходимы модификации блок-элементов с различным положением относительно неизменной точки отчета (в нашем случае положение колонны и места провода инженерных коммуникаций).

Для формирования номенклатуры объектов типизации разработаны проектные решения санитарных узлов, зон принятия пищи,

100

внутриквартирных лестниц. Для беспрепятственного использования блокэлементов в решении различных проектных задач возможность получения всех видов изображений (правого, левого зеркального, симметричного и их сочетаний) обеспечивается с помощью компьютерных технологий.

Использование при проектировании любых типовых решений позволяет сократить сроки и повысить его качества па сравнению с индивидуальной разработкой проектов, однако это не означает, что найдена эффективная система типизации, удовлетворяющая требованиям совершенствования процесса компоновки зданий и экономики проектирования.

С позиций комплексного подхода должны быть оценены не только преимущества конкретного метода типизации при реализации задач практики проектирования, но и необходимые затраты на разработку и использование номенклатуры типовых решений. Чем меньше по объему номенклатура решений, тем меньше ресурсов потребуется на ее разработку. Практика типизации свидетельствует, что из-за громоздкости номенклатур оказались практически нереализованными многие попытки создания новых серий типовых элементов зданий. Кроме этого, большое число типовых элементов, входящих в номенклатуру, затрудняет пользование ею. Поэтому выбор оптимальных значений габаритных параметров объектов типизации должен базироваться на учете взаимовлияния характеристик метода типизации. С одной стороны, эта крупность объектов типизации, а, следовательно, объем их номенклатуры, с другой – возможности многовариантной компоновки зданий на их основе.

Для зданий с регулярной планировочной структурой и четко обозначенным шагом повторяемости элементов решение задачи выбора объектов типизации во многих случаях является очевидным. Эта относится к гардеробно-душевым блокам, состоящим из повторяющихся автономных планировочных фрагментов длиной, соответствующей шагу несущих конструкций (например, 6 м), интегрированной структуры, в состав которой входят элементы гардеробной, преддушевой, душевой, умывальной. Повторяющиеся фрагменты являются, по сути, блоками перечисленных элементов или блок-элементами санитарно-бытового назначения.

Блок-элементы, принимаемые в качестве объектов типизации функциональных блоков санитарно-бытового назначения, представляют собой интегрированные объемно-планиравочные ячейки со всеми необходимыми системами инженерного обеспечения, длиной 6 м, высотой в один этаж. Ширина блок-элементов может иметь несколько значений в зависимости от ширины формируемых функциональных блоков в диапазоне от 9 до 36 м.

Формирование номенклатуры и разработка проектных решений объектов типизации базируются на результатах многоуровневой