Сравнительный анализ каркасов многоэтажных здании с различным расположением систем распорок под действием статических и динамических нагрузок

Во всех странах с древних времен необходимость возведения многоэтажных зданий обуславливалась ростом населения городов, а в дальнейшем – дефицитом земли под застройку, а также необходимостью рационального использования ресурсов. При этом стальная каркасная система до сих пор используется при проектировании высотных зданий, на данный момент разработано много новых конструктивных схем многоэтажных каркасов, которые позволяют возводить здания практически любой высоты.

В литературных источниках стран СНГ имеющих открытый доступ, сравнительных анализ работ каркасов многоэтажных здании из металлических конструкции под действием различных нагрузок очень мало.

Поэтому исследование и сравнение работы каркасов даёт сокращение времени и финансовых средств инженерам при стадии проектирование многоэтажных зданий из металлических конструкций, экономие времени в научной деятельности для дальнейшего исследования подобных конструкций за счет сравнительных исследовании в виде таблиц и диаграмм.

Нагрузка – это силовое воздействие, вызывающие изменения напряженного – деформированного состояния различных тел, материалов и констуркций. По характеру изменений во времени различают статические нагрузки и динамические нагрузки [1, 2].

Статические нагрузки – это нагрузки, нарастаяющие медленно от нуля до своего конечного значения и в дальнейшим не изменяющиеся [2, 3]. Учет этих нагрузок очень важен при проектировании любого механизма или сооружения. Статические нагрузки подразделяются на постоянные нагрузки и временные; временные в свою очередь делятся на подвижные и не подвижные.

Динамические нагрузки – это нагрузки, которые, в отличие от статических, являются функциями времени. Они могут изменять свою велечину, направление или положение в относительно малые промежутки времени, вызывая сотрясение сооружений, создавая толчки и удары. Динамические нагрузки сообщают массам сооружения значительные ускорения, вызывая тем самым появление сил инерции перемещающихся масс и колебание систе-

Таблица 1. Исходные данные многоэтажного здания с металлическим каркасом

(квадратная труба)

Маркировка объекта	О к к Ч О S & S к pq cd а «	са g сЗ В са	О са S	сЗ сЗ СП	сЗ О	сЗ	m ю	о S СП	о Ц л о
Зд1	7	5	11	3,3	350х22	250х12	140x7	200х7	V    – образные
Зд2	7	5	11	3,3	350х22	250х12	140x7	200х7	V    – образные
Зд3	7	5	11	3,3	350х22	250х12	140x7	200х7	V    – образные

Рис. 1. Трехмерная модель каркаса здания Зд 1 [материал авторов]

На рисунке 2 представлена трехмерная модель каркаса здания Зд 2, которая имеет вертикальные системы связи в центре здания в качестве ядра жесткости по всему

этажу здания и также вертикальные связи (V – образных, по всему этажу) по середине торцов с каждой стороны и по всему этажу здания.

Рис. 2. Трехмерная модель каркаса здания Зд 2 [материал авторов]

На рисунке 3 представлена трехмерная образных) в центре здания в качестве ядра модель каркаса здания ЗД 3, которая имеет жесткости по всему этажу здания.

вертикальные системы связи(V –

Рис. 3. Трехмерная модель каркаса здания Зд3 [материал авторов]

Результаты расчетов по перемещениям при различных заданных воздействиях каркасов многоэтажного здания представлены в таблице 3.

Таблица 3. Результаты расчетов по перемещениям при различных заданных воздействиях каркасов многоэтажного здания

	Статические нагрузки				Динамические нагрузки
	Собствен. вес по Z	Вес констр. пола	Полезная нагрузка на перек-е	Полезн. нагр. на ЛМ	Сейсмика по Х	Сейсмика по У	Сейсмика по Z	Ветровая по Х-У
Зд1	-13,5; 0,28	-13,3; 0,3	-4,84; 0,09	-0,37; 0,014	-2,88; 23	-3,63; 8,91	-0,412; 30,4	-0;0,344
Зд2	-13,5; 0,3	-13,3; 0,3	-4,85; 0,11	-0,38; 0,02	-2,9; 23,1	-3,65; 8,95	-0,443; 31,9	-0; 0,36
Зд3	-13,5; 0,29	-13,3; 0,3	-4,85; 0,11	-0,39; 0,02	-2,81; 22	-3,44; 8,5	-0,465; 31,5	-0; 0,379

Диаграмма для сравнительного анализа статитических и динамических нагрузок каркасов здания Зд 1-Зд 3 представлены ниже на рисунках 5-6.

Рис. 5. Перемещения от статических нагрузок

ДИНАМИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА(ММ)

Рис. 6. Перемещения от динамических нагрузок

По значениям перемещения от статических и динамических нагрузок представленные каркасы здания не превышает до-

что по перемещениям от статических нагрузок является самым эффективным каркас здания Зд 1, а по перемещениям от

пустимые значения вертикальных и горизонтальных перемещений нормативных документов. По перемещениям от статических нагрузок является самым эффективным каркас здания Зд 1, а по перемещени-

динамических нагрузок является самым эффективным Зд 3. Так же имеет смысл отметить, по полученным значения перемещения, что все представленные здания соответствуют существующим нормам

ям от динамических нагрузок является самым эффективным Зд 3.

Заключение

В программном комплексе ЛИРА-САПР-2020 были смоделированы каркасы здания сравнения между собой по несущей способности, массе и стоимости.

Анализируя полученные данные из таблиц и графиков, можно сделать выводы,

проектирования.

Эти исследование способствует сокращение времени инженерам в сфере конструировании подобных металлических конструкций. Методика выполнения сравнительного анализа, примененноя в этой работе может использоваться как референс для дальнейших исследований.