Создание кэ-модели стального каркаса высотного здания и особенности ее расчета на эвм

4.2.2. Временные нагру=зки

При проектировании высотных зданий учитывают следующие временные нагрузки:

– временные длительные:

= вес перегородок (см. п. 4.2.1);

= вес стационарного оборудования;

= вес складируемых материалов;

= воздействия от ограниченных деформаций основания;

= воздействия, обусловленные усадкой и ползучестью материалов;

– кратковременные нагрузки:

= вес людей и нестационарного оборудования;

= давление подвижного транспорта;

= вес снега, ветра, гололеда;

= усилия от изменения температуры;

– особые нагрузки:

= сейсмические;

= взрывные;

= от деформаций основания при оттаивании вечномерзлого грунта;

= при замачивании просадочных грунтов;

= нагрузки, обусловленные пожаром;

= от столкновения транспортных средств с частями здания.

При этом сейсмическая нагрузка определяется по нормам. Неравномерная осадка основания не допускается. Отдельно следует учитывать на строящееся здание монтажные нагрузки, зависящие от последовательности монтажа каркаса, а монтируемые конструкции проверяются расчетом на усилия монтажных расчетных схем. Для учета кратковременных и длительных нагрузок от веса людей и оборудования (стационарного и нестационарного) применяется эквивалентная равномерно распределенная нагрузка по [9], которая в необходимых случаях уточняется в СТУ. При этом из кратковременных нагрузок выделяется длительная часть в размере 0,35 от полной и учитывается в расчетах на ползучесть, образование трещин, частот собственных колебаний.

Отдельно нормируются нагрузки от людей на лестницах, в коридорах, при эвакуации.

В таблице 4.6 из [3] приведены некоторые нормативные временные нагрузки на перекрытия и лестницы, которые рекомендуются к применению при проектировании высотных зданий в РФ по СТУ. Для них коэффициенты надежности по нагрузкам рекомендуется принимать величиной .

Табл. 4.6.

№

п/п

Наименование помещений

 высотных зданий

Служебные и общественные помещения, офисы

≥ 2,0

Фитнес-центры, тренажерные залы, танцевальные залы

≥ 4,0

Технические этажи

10,0

Складские помещения

≥ 5,0

Основные лестницы и входы

5,0

Вестибюли, фойе, коридоры 1-го этажа

4,0

Автомобили общим весом до 3 тс на перекрытие

3,5

Пандусы и подземные пути для движения автомобилей весом до 3 тс

5,0

От пожарного автотранспорта

≥ 25

 

При расчете ветровых нагрузок на высотные здания следует учитывать следующие воздействия:

– среднюю и пульсационную составляющие;

– пиковые значения, действующие на элементы ограждений;

– резонансное вихревое возбуждение;

– аэродинамические неустойчивые колебания (типа галлопирования, флаттера, дивергенции).

Средняя составляющая ветровой нагрузки учитывается как детерминированная (неслучайная) статическая нагрузка, приложенная на наружные поверхности здания. Ее величина для заданного типа местности корректируется аэродинамическим коэффициентом для каждой наружной поверхности фасада в зависимости от направления ветрового потока, шероховатости фасадной конструкции. Задача определения аэродинамического коэффициента чрезвычайно сложна и имеет много плохо обусловленных параметров. Мировой опыт опирается на определение параметров обтекания здания ветром на основании испытания масштабных моделей в аэродинамических трубах. До выполнения аэродинамических испытаний модели в предварительных расчетах рекомендуют [3] пользоваться формулами, предложенными В.В. Хинжи (см. [3, с.157]), полученные из следующих рассуждений и схем (рис. 4.3).

Рис. 4.3. К определению ветровых нагрузок в предварительных расчетах

На рис. 4.3 обозначены ветровые нагрузки:

- для статической составляющей ветровой нагрузки,

где нормативный скоростной напор ветра и аэродинамический коэффициент, определяемый по [9];

  коэффициенты, принимаемые по табл. 4.7 из [3];

величина динамической составляющей при экстремальном значении динамического коэффициента  по [9];

  по табл. 4.7 из [3].

Табл. 4.7 из [3]

Тип местности, коэффициенты

Высота здания,

А

1,0

0,94

0,91

0,94

0,98

1,01

1,19

1,12

1,0

1,09

1,55

1,81

2,0

2,18

2,74

3,44

В

0,65

0,59

0,56

0,58

0,61

0,67

0,82

1,02

0,65

0,84

1,20

1,48

1,70

1,87

2,57

3,30

-

-

1,11

1,24

1,32

1,39

1,61

1,77

 

На основании эскизных разработок объемно-планировочного решения высотного здания создается его КЭ-модель с учетом следующих параметров:

– геометрии в плане и по высоте;

– выбранной системы каркаса (см. раздел 3);

– предварительно принятых сечений колонн и несущих балок перекрытий;

– нормативных и расчетных нагрузок;

– принятой схемы расположения этажей жесткости;

– принятых марок сталей для несущих элементов каркаса, –

которая на первом этапе поверяется на горизонтальные перемещения отнормативных нагрузок.

В процессе реализации первого этапа следует путем изменения сечений элементов каркаса или включением в КЭ-модель дополнительных жесткостей повторными расчетами обеспечить в линейной задаче (по недеформированной схеме) допустимые относительные горизонтальные перемещения верха высотного здания с учетом дополнительных перемещений от вероятного крена фундаментов в пределах (c учетом СТУ для конкретного высотного здания). В этом случае под высотой принимается расстояние от верха фундаментных конструкций до верха ригеля (или его оси) покрытия.

Расчет КЭ-модели по деформированной схеме предусматривает обеспечение допустимых горизонтальных перемещений по условиям эксплуатации лифтов, подъемников и другого подъемного оборудования без заклинивания их в шахтах.

Для обеспечения комфортного пребывания людей на верхних этажах высотного здания ограничивают ускорение колебаний верхнего перекрытия от действия нормативной пульсационной составляющей ветровой нагрузки с коэффициентом . Ускорение колебаний ограничивают величиной 0,08 м/сек².

При определении собственных форм и частот колебаний КЭ-модели нагрузки переводят в массы исходя из нормативных значений постоянных и временных длительных нагрузок, а также пониженных значений кратковременных нагрузок. При этом допускается не учитывать податливость грунтового основания и снижение модуля упругости бетона .

При работе с КЭ-моделью рекомендуется учитывать ряд особенностей:

– стальные колонны и сваи моделировать стержневыми конечными элементами;

– железобетонные стволы, диафрагмы жесткости, несущие стены, балки-стенки, фундаментные плиты, плиты перекрытий – моделировать оболочечными КЭ;

– на заключительном этапе расчетов учитывать вероятные неточности монтажа путем введения дополнительных эквивалентных нагрузок на колонны по главным осям в виде и  с чередованием их направлений от яруса колонн к ярусу;

– при расчете КЭ-моделей высотных зданий рекомендуется выполнять не менее 2-х независимых расчетов с независимым моделированием и с применением разных программных комплексов;

– выполнять расчет каркаса на стадии монтажа с учетом последовательности передачи нагрузок.

Проверку конструкций по I ПС допускается вести при помощи постпроцессоров сертифицированных программных комплексов в автоматизированном режиме.