В современной строительной индустрии высотные здания переживают период активного роста и развития. Они демонстрируют, как практические нужды человечества стимулируют научно-технический прогресс, включая развитие архитектуры, новые подходы к градостроительству, конструктивные и инженерные решения. Высотные здания стали символом экономического роста, силы государств и репутации успешных компаний.
Во всем мире высотные сооружения классифицируются как объекты с наивысшим уровнем ответственности и надежности. Это требует тщательного анализа работы конструктивной системы, структуры, геометрических параметров, которые изменяются со временем.
Стоимость возведения таких зданий значительно превышает стоимость обычных строений. Это обусловлено не только технологическими и конструктивными особенностями, но и усиленными мерами безопасности, применяемыми на всех этапах: проектирования, строительства и эксплуатации. Возникновение аварийных ситуаций в высотных зданиях может повлечь за собой серьезные последствия материального, экономического, экологического и социального характера.
Анализ и обзор теоретических и экспериментальных работ, посвященных изучению влияния различных вариантов последовательности этапов строительства
Традиционные методы расчета предполагают использование сформированной мгновенно ненагруженной расчетной модели. [1] При этом основные параметры расчетной модели: жесткостные, геометрические и т. д. принимаются постоянными, а также действует принцип суперпозиции в отношении нагрузок. Предложенная методика вычислений дает возможность точно определить характеристики напряженно-деформированного состояния строений с несложной архитектурой и небольшими габаритами. При анализе комплексных многокомпонентных систем, таких как высотные здания, необходимо учитывать динамику параметров, влияющих на напряженно-деформированное состояние главных несущих элементов в ходе строительства и использования. Это подчеркивает важность анализа функционирования конструктивной системы, чьи характеристики (структура, геометрия и жесткость) трансформируются во времени и пространстве.
В действующих нормативных актах отсутствуют четкие указания по расчетам, учитывающим этапы строительства. В связи с этим, основная масса расчетов строительных конструкций, зданий и сооружений осуществляется без учета стадийности возведения, что потенциально ведет к значительным неточностям в результатах.
Таким образом, задача исследования напряженно-деформированного состояния с учетом поэтапного изменения расчетных моделей является актуальной и требует реализации при проведении расчета конструкций сооружений и зданий. В случае, когда нагрузка к зданию прикладывается одномоментно, его напряженно-деформированное состояние может отличаться от ситуации, когда нагрузка прикладывается в процессе возведения, также при возведении нескольких несущих каркасов зданий нельзя допускать возведение несущих конструкции поочередно, комплексы из таких зданий, должны строятся челночным методом или методом возведение этажей через один. В противном случае неправильное возведение здания в комплексе связанных между собой стилобатной частью может привести к неправильному распределению нагрузок в конструкции или допускается полное обрушение каркаса с рядом стоящим возведенным зданием. Это происходит из-за изменения расчетной схемы здания при его деформировании в ходе возведения. Если изменения расчетной модели являются существенными, то задача должна решаться в генетически нелинейной постановке. Данный вид нелинейности является разновидностью геометрической нелинейности, возникающей в процессе возведения сооружения. Существующая практика расчетных обоснований конструктивных решений сооружений и зданий основывается на проведении статических расчетов в рамках процедуры одноэтапного расчета. При этом жесткостные и геометрические характеристики принимаются постоянными для всего расчетного процесса.
Особенность моделирования НДС с учетом изменения их параметров обязательный этап для современного строительства, так как результаты которой свидетельствуют о необходимости отслеживания в рамках расчетной технологии поэтапного изменения характеристик элементов конструктивной системы. предложены некоторые подходы к численному моделированию процесса поэтапного изменения элементов расчетной модели конструкций, учитывающие процесс монтажа.
Нелинейное поведение железобетона, ключевого материала строительных конструкций, приводит к трансформации расчетной модели. Это обусловлено изменениями в приведенной жесткости элементов конструкции, вызванными образованием трещин и явлениями ползучести. Многочисленные исследования физической нелинейности железобетона, проведенные такими учеными, как О. Я. Берг, В. М. Бондаренко, А. А. Гвоздев, Н. И. Карпенко и другими, послужили основой для внесения в строительные нормы положений, касающихся уменьшения начального модуля упругости бетона.
Таким образом, при моделировании работы железобетонных конструкций важно учитывать изменение жесткости отдельных элементов под воздействием нагрузки или с течением времени.
Конструкция любого каркасного сооружения включает в себя ряд компонентов, каждый из которых играет свою роль в общей структуре. В высотном каркасе к таким компонентам относятся вертикальные элементы (стойки, рамы, диафрагмы жесткости и шахты) и горизонтальные элементы (перекрытия в виде плит и балок, горизонтальные связи).
Главная задача вертикальных элементов — нести нагрузку, воспринимая все воздействия, оказываемые на здание, и передавая их на фундамент. Горизонтальные элементы обеспечивают устойчивость формы здания, распределяют нагрузку на вертикальные элементы и обеспечивают совместную работу всех элементов конструкции, действуя как горизонтальные распределительные диски.
Литература:
1. Перельмутер А. В. Учет изменения жесткостей элементов в процессе монтажа и эксплуатации / А. В. Перельмутер, О. В. Кабанцев // Инженерно-строительный журнал. — 2015 — № 1 (53). — С.6–14.
2. Перельмутер А. В., Кабанцев О. В. Анализ конструкций с изменяющейся расчетной схемой / А. В. Перельмутер, О. В. Кабанцев. — М. : Изд-во СКАД СОФТ, Издательский дом АСВ. — 2015. — 149 с.
