7569

20

верхность которых описывается дугой окружности (шаровые или сферические купола) отрезком эллипса (эллиптические купола), отрезком одной ветви двуполостной гиперболы (гиперболические купола). Применяются также конические купола, образующая которых – прямая линия, пересекающаяся с осью вращения. Преимуществом купольных конструкций является равномерное распределение усилий по конструктивному элементу, что приводит к наиболее эффективному использованию материала. Жесткость конструкции порождает сама форма, так как она не развертывается в плоскость, тем самым образуется дополнительный резерв несущей способности конструкции. Выпуклая форма купольных покрытий обеспечивает простую систему водоотвода. Куполами называют пространственные конструкции двоякой (положительной гауссовой) кривизны, перекрывающие планы, главным образом круговые или многоугольные, вписанные в окружность. По конструктивному признаку купола делятся на ребристые, сетчатые, панельные и тонкостен- ные(купола–оболочки).

Купольное покрытие состоит из оболочки и опорного кольца. В куполах с центральным отверстием для фонаря устраивается также верхнее (фонарное) кольцо. Купола делятся на тонкостенные и толстостенные, пологие и подъемистые.

Железобетонные купола могут быть монолитными, сборными и сборно– монолитными. Оболочки монолитных куполов выполняют, преимущественно, гладкими, а

Способ возведения монолитных куполов любого очертания на сплошных лесах и подмостях, повторяющих геометрию купола, сложен, требует больших затрат и поэтому применяется редко. Такие покрытия предпочтительно сооружать индустриальными методами с использованием сборно-разборной или пневматической опалубки. Наиболее распространены купола из сборных железобетонных элементов. При их возведении стрелу подъема целесообразно выбирать такой, чтобы в оболочке возникали только усилия сжатия.

Деревянные купола. Деревянные тонкостенные купола проектируют диаметром основания D= 12–36 м. Они, как правило, имеют сферическое очертание. Купол состоит из кольцевого и косого дощатых настилов, подкрепленных легкими меридиональными ребрами (арочками), верхнего и нижнего опорного кольца.

Тонкостенные купола могут быть выполнены из крупнопанельных клеефанерных элементов, что значительно снижает трудоемкость возведения покрытия. Купола собирают с помощью лесов.

Купола из пластмасс. В качестве материала для тонкостенных гладких куполов могут использоваться пластмассы, обладающие свето- и радиопрозрачностью. Легкость, прочность, удобоформуемость стеклопластиков позволяют использовать их для изготовления панелей сборных куполов.

Купола-оболочки бывают однослойными, двух– и трехслойными. Однослойные купола изготавливают из оргстекла, полиэфирного светопрозрачного стеклопластика и пенопласта (пенополистирола и др.). Двухслойная оболочка состоит из наружного стеклопластикового слоя и внутреннего пенопластового. Трехслойные купола общей толщиной от 15 до 50 мм имеют стеклопластиковые обшивки толщиной до 3 мм и средний слой из пенополистирола, пенополиуретана, сотопласта и просто воздушной прослойки. лосы жесткости или кромки панелей усиливают уголками. Анализ напряженного состояния

21

стенки купола. Условия безмоментного напряженного состояния. Определение усилий в куполе по безмоментной теории. Конструирование куполов. Опорные конструкции. Особенности возведения монолитных и сборных куполов. Армирование монолитных и сборных куполов.

Практическое занятие 6

Рассматривается расчет купольных конструкции покрытий.

ЛЕКЦИЯ 9 Безопасность высотных и большепролетных конструкций.

Возможные причины разрушения высотных и большепролетных зданий. Рекомендации по обеспечению безопасности высотных и большепролетных зданий и сооружений от лавинообразного (прогрессирующего) обрушения.

Прогрессирующее разрушение объекта – это последняя, лавинообразная стадия развивающегося во времени кинетического процесса

последовательного накопления повреждений или деформаций структурных элементов объекта, приводящих к потере общей устойчивости и геометрической неизменяемости объекта в целом.

Под прогрессирующим (лавинообразным) обрушением понимается распространение начального локального повреждения в виде цепной реакции от элемента к элементу, которое, в конечном счете, приводит к обрушению всего сооружения или непропорционально большой его части.

Причиной разрушения может быть любая из множества аварийных ситуаций, которые не рассматриваются в обычном проектировании. В то же время землетрясения, пожары, сильные ветры, включенные в строительные нормы, также не должны приводить к прогрессирующему обрушению.

В строительстве тематика безопасности привела к изучению свойств живучести, обеспечения стойкости зданий и сооружений к аварийным воздействиям или, как часто можно услышать, к прогрессирующему обрушению.

Одним из документов, определяющих правила проектирования для предотвращения прогрессирующего обрушения, являются Рекомендации по защите монолитных жилых зданий от прогрессирующего обрушения , разработанные МНИИТЭП и НИИЖБ, утвержденные и введенные в действие приказом Москомархитектуры в 2005 г.

Для оценки устойчивости здания против прогрессирующего обрушения разрешается рассматривать лишь наиболее опасные расчетные схемы разрушения. Для расчета монолитных жилых зданий рекомендуется использовать пространственную расчетную модель. Расчетная модель здания должна предусматривать возможность удаления (разрушения) отдельных вертикальных конструктивных элементов. Удаление одного или нескольких элементов изменяет конструктивную схему и характер работы элементов, примыкающих к месту разрушения либо зависших над ним, что необходимо учитывать при назначении жесткостных характеристик элементов и их связей. Расчет здания можно выполнять с использованием различных программных комплексов, в том числе основанных на методе конечного элемента.

22

Полученные на основании статического расчета усилия в отдельных конструктивных элементах должны сравниваться с предельными усилиями, которые могут быть восприняты этими элементами.

Анализ наиболее значительных обрушений покрытий зданий за последние двадцать лет показал, что все аварии, произошли:

1) Грубые ошибки при проектировании зданий; 2) Внесение непроектных изменений при строительстве, ненадлежащее качество выполнения работ и использовавшихся материалов; 3) Повреждение несущих конструкций при реконструкции здания и проведении различных работ; 4) Недостаточный контроль технического состояния конструкций; 5) Нарушение правил технического обслуживания зданий, в том числе несвоевременная уборка снега с кровли.

Для уменьшения рисков аварийных ситуаций особое внимание должно быть уделено уникальным, наиболее ответственным сооружениям с большепролетными конструкциями. Отслеживание перемещений и ускорений конструкций, температурного и влажностного режима, скорости ветра позволяет точно оценивать техническое состояние конструкций, обнаруживать особенности поведения конструкции, не заложенные в проект, и на ранних этапах выявлять образование трещин и других дефектов. Одной из важнейших задач в обеспечении безопасности людей является выбор прочных несущих конструкций, обеспечивающих устойчивость здания. Эти качества зависят от правильности выбора конструктивной схемы, учета всех возможных нагрузок, действующих на элементы, и принятых запасов прочности. Помимо этого при выборе конструкций принимают во внимания местные условия строительства – природноклиматические, к которым относятся не только геологические условия, но ветровые и сейсмические нагрузки. Кроме того, безопасность зданий зависит от надежности инженерного оборудования. Поэтому начиная с периода возведения высотного здания проводится постоянный мониторинг, и не только за «поведением» конструктивных, но и инженерно-технических систем и оборудования.

Проблема безопасности может рассматриваться по четырем основополагающим концепциям, взаимосвязанным с архитектурными и конструктивными решениями,

инженерно-техническим оборудованием: социально-экономическая, экологическая, энергетическая, пожарная.

социально-экономическая безопасность обеспечивается различными способами и решениями, в первую очередь за счет совмещения функций (жилых, бытовых и общественных), а также путем компенсации недостающих участков нормируемой жилой территории, например озеленения балконов и лоджий, а также в виде зимних садов и др. (рисунок ниже). Помимо этого безопасность обеспечивается проектированием основных коммуникационных путей здания с усиленной защитой.

Энергетическая безопасность может быть достигнута архитектурными приемами – за счет использования широкого корпуса, уменьшения соотношения периметра наружных стен к площади этажа (коэффициент компактности), применения двухслойных фасадов, альтернативных источников энергии.

Обеспечение экологической безопасности высотных зданий возможно за счет применения альтернативных источников энергии – ветровых турбин, гелиосистем, использования энергии земли. Их эксплуатация не только обеспечит здание энергией, но и будет способствовать снижению потребления энергии из централизованных источников.

23

К важнейшим факторам обеспечения безопасности людей, находящихся внутри высотного здания, относится противопожарная защита. Требования к противопожарной защите высотных зданий могут варьироваться в зависимости от его функционального назначения, общей высоты, используемых конструкций, средств и оборудования, применяемых при пожаре.

Особенность пожарной опасности для людей, находящихся в высотном здании, заключается в значительном затруднении их эвакуации при возникшем пожаре и сложностях при борьбе с самим пожаром. Практически единственным путем эвакуации в высотных зданиях являются лестницы, в которых с увеличением числа этажей увеличивается и опасность задымления. Поскольку лестницы являются основным путем эвакуации, для обеспечения безопасности пользования лестничными клетками их делают незадымляемыми. Для этого лестничные марши и особенно выходы наружу проектируются с учетом недопустимости попадания туда огня и дыма, а также быстрого его удаления при попадании в пространство Одной из основных архитектурно-планировочных задач стоящих перед

проектировщиками высотных зданий, является организация путей эвакуации, которые включают все необходимые коридоры и лестничные марши, частично пожарные лифты, переходы и тамбуры.

В архитектурно-планировочном отношении лестнично-лифтовые узлы формируются из лестничных клеток лифтовых шахт и поэтажных лифтовых холлов, которые могут быть скомпонованы в одном или нескольких лестнично-лифтовых узлах. Их расположене в планировочной схеме этажей здания определяется его конструктивными решениями и требованиями к путям эвакуации. Часто лестнично-лифтовые узлы совмещаются с ядром здания.

Обеспечение максимальных мероприятий по безопасности эксплуатации высотных зданий архитектурно-планировочными средствами, принятие разных защитных средств и решений на ранней стадии проектирования во многом позволят избежать тяжелых последствий в результате чрезвычайных ситуаций, обеспечат минимальное воздействие на окружающую среду, снизят потребление природных ресурсов.

Особенности расчетов. Уникальные, большепролетные и высотные здания и сооружения при расчетах необходимо рассматривать как единые

24

и происходит переход от сложной к упрощенной схеме, а затем последовательно добавляются усложняющие элементы и определяется их влияние на работу

особенности конструкции, геометрию поверхности земли, переменные сечения элементов, проемы в конструкции и другие особенности. Во многих случаях удается применять стандартные вычислительные комплексы. Для достижения достаточной точности необходимо сравнивать результаты, полученные по разным

модель, максимально соответствующую реальному сооружению. Как правило, расчеты уникальных зданий и сооружений выполняются в геометрически нелинейной постановке, при этом не применим принцип независимости действия сил. В этом случае необходимо вести пошаговое нагружение конструкции и каждый раз фиксировать изменение ее формы и способность воспринимать дополнительную часть нагружения. Для уникальных, большепролетных и высотных зданий и сооружений необходимо проводить расчеты на воздействие ветровой нагрузки. В связи с геометрической и физической нелинейностью, а также большим размером конечно-элементной модели динамический расчет конструкции представляется достаточно сложным. Однако его обязательно следует проводить, поскольку существуют системы, устойчивость которых нельзя определить статическими расчетами [7]. Уменьшить динамическую реакцию

всистемах большепролетных и высотных зданий и сооружений можно

соответствующими конструктивными решениями – ввести дополнительные оттяжки или демпфирующие устройства. Большое внимание при проектировании уникальных, большепролетных и высотных зданий и сооружений необходимо уделять защите их от прогрессирующего обрушения. Именно поэтому особенно тщательно необходимо

учитывать нагрузки на колонны, а также на конструкции фундаментов. Следует предусматривать необходимые мероприятия при возникновении аварийных ситуаций, в

«О порядке разработки и согласования специальных технических условий для разработки проектной документации на объект капитального строительства».

Проектирование уникальных, большепролетных и высотных зданий и сооружений требует обязательного [8] комплексного научно-технического сопровождения.

Целью НТС при проектировании и строительстве уникальных, большепролетных и высотных зданий и сооружений является обеспечение безопасности людей, объекта строительства и надежности возводимых конструкций. В задачи научно-технического сопровождения входит:

25

−прогноз состояния зданий и сооружений с учетом всевозможных видов воздействий;

−прогноз состояния объектов, находящихся в зоне строительства;

−разработка конкретных решений по устранению нарушений,

установленных при мониторинге проектных решений;

−разработка научно-обоснованных и оптимальных решений, участие

вопределении проектно-конструкторских решений;

−разработка технических рекомендаций, не вошедших в действующие нормативные документы.

1.Оценка результатов инженерно-геологических изысканий.

2.Участие в проработке концепции проектируемого объекта.

3.Анализ проектной документации для улучшения конструктивных объемнопланировочных решений.

4. Уточнение перечня конструкций и наиболее ответственных узлов для выполнения их мониторинга.

5.Проверка выполненных расчетов по объекту, включая вероятность

от проекта, обоснованная соответствующими расчетами и дополнениями.

8. Составление рекомендаций по улучшению технологии и производству строительного монтажа и применению эффективных материалов.

На стадии проектирования особая роль отводится НТС по защите от прогрессирующего [9] обрушения зданий и сооружений. Уникальные, большепролетные и высотные здания и сооружения [10] должны быть защищены от возникновения чрезвычайных аварийных ситуаций, к ним относятся опасные природные метеорологические явления, возникновение карстовых воронок, провалов в основаниях зданий и сооружений, техногенные и антропогенные чрезвычайные ситуации, взрывы внутри или снаружи здания, аварии или пожары, а также повреждения систем несущих конструкций.

Практическое занятие 7

Рассматриваются возможные причины разрушения высотных и большепролетных зданий.

4. Общие рекомендации по организации самостоятельной работы

Для эффективного освоения дисциплины необходимо:

1.Знакомство с основной и дополнительной литературой, включая справочные издания, зарубежные источники, конспект основных положений, терминов, сведений, требующихся для запоминания и являющихся основополагающими в этой теме. Составление аннотаций к прочитанным литературным источникам и др.

2.Работа с конспектом лекций, подготовка ответов к контрольным вопросам.

3.Поиск литературы и составление библиографии, использование от 3 до 5 научных работ, изложение мнения авторов и своего суждения по выбранному вопросу, изложение основных аспектов проблемы.

26

4.Ознакомиться со структурой и оформлением реферата.

5.Выполнение домашних заданий.

6.При подготовке к экзамену необходимо ориентироваться на конспекты лекций, рекомендуемую литературу и др.

5.Примерные темы рефератов:

1.Теория надежности строительных систем.

2.Физико-механическая оценка деформативности строительных конструкций, зданий и сооружений.

3.Экспериментальные основы теории силового сопротивления строительных конструкций, зданий и сооружений.

4.Факторы, влияющие на надёжность и безопасность эксплуатации строительных конструкций, зданий и сооружений.

5.Определение критериев прочности и долговечности строительных конструкций, зданий и сооружений.

6.Кинетическая оценка прочности бетона. Термодинамический подход.

7.Энергетический подход к оценке прочности бетона.

8.Основы совместной работы бетона и арматуры в строительных системах.

9.Основы теории прочности бетона в стержневых несущих системах зданий.

10.Обеспечение безопасности при расчёте строительных систем.

11.Методы расчета стержневых строительных систем.

12.Численные методы расчета строительных систем.

6.Вопросы для подготовки к экзамену

1.Значение экспериментальных исследований в развитии теории проектирования и расчета строительных конструкций. Тензометрия экспериментальных исследований.

2.Современные программно-вычислительные комплексы. Основы конечно-элементного моделирования конструкционных материалов.

3.Численное моделирование температурных и иных нестационарных воздействий.

4.История развития железобетонных конструкций. Достоинства и недостатки современной нормативной документации.

5.Российские нормы и правила расчета железобетонных конструкций. Интегрирование российских норм в европейскую нормативную систему Еврокод 6. Особенности учета нелинейной работы бетона.

7.Стадии напряженно-деформированного состояния нормальных сечений и характер их разрушения при изгибе, внецентренном сжатии и внецентренном растяжении.

8.Механика упругопластического разрушения бетона 9.Определение силовых и энергетических параметров разрушения бетона по диаграммам состояния с нисходящей ветвью.

10.Результаты экспериментально-теоретических исследований вязкости разрушения бетона.

11. Сталежелезобетон: опыт применения, классификация, проблемы расчета и состояние экспериментальных исследований сталежелезобетона.

12.Виды и влияние внешних воздействий на здания и сооружения

27

13.Физико-механические свойства конструкционных материалов 14.Математические модели материалов, материальные функции, параметры моделей. 15.Классификации методов исследований 16.Основные механические характеристики конструкционных материалов.

17.Базовые (критериальные) механические свойства материалов — прочность, пластичность, твердость, ударная вязкость и выносливость 18.Изменение физико-механических свойств бетона при длительной эксплуатации.

19.Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) бетона различного возраста при статическом и динамическом нагружении.

20.Стойкость бетона в агрессивных средах. Добавки, улучшающие стойкость бетона к коррозии 21.Пути повышения долговечности бетонных конструкций при воздействии различных агрессивных сред.

22.Расчет поврежденных коррозией железобетонных конструкций по образованию и раскрытию трещин. Учет влияния глубины коррозионных повреждений бетона на его прочностные характеристики в эксплуатируемых железобетонных конструкциях.

23.Деревянные конструкции, история развития методов расчета. Особенности работы древисины. Огнестойкость деревянных конструкций.

24.Мировой опыт применения клееных деревянных конструкций: большепролетные, криволинейные, композитные конструкции.

25.Древесные композиты: основные преимущества и недостатки. Строительные пластмассы.

26.Применение стальных конструкций в высотном и большепролетном строительстве. Особенности применения высокопрочных сталей.

27.Особые задачи устойчивости формы металлических конструкций.

28.Разновидности тонкостенных пространственных покрытий. Понятие об оболочках и складках, образующих тонкостенные системы покрытий.

29.Связевая, рамно-связевая и рамная системы зданий.

30.Монолитные и сборные ребристые перекрытия, и их основные виды – балочные и безбалочные 31.Понятие о расчете статически неопределимых конструкций по методу предельного равновесия.

32.Основы сейсмостойкости уникальных зданий и сооружений.

33.Основы аэродинамики уникальных зданий и сооружений

34.Численные, нормативные и экспериментальные подходы к динамике зданий и сооружений. 35.Мировая история развития высотного домостроения (США, Западная Европа, Россия, Азия, Австралия, Ближний Восток)

36.Особенности проектирования высотных зданий.

37.Материалы для большепролетных конструкций. Нормы проектирования большепролетных конструкций 38.Конструктивные решения железобетонных оболочек и контурных конструкций

39.Купольные конструкции покрытий: безмоментная теория. Особенности возведения монолитных и сборных куполов 40.Возможные причины разрушения высотных и большепролетных зданий. Лавинообразное (прогрессирующее) обрушение

28

7. Печатные и электронные издания

1.Байков Виталий Николаевич. Железобетонные конструкции: общ. курс: учеб. для студентов вузов по спец. "Пром. и гражд. стр-во". / Байков Виталий Николаевич, Сигалов Эммануил Евсеевич. - Москва: ООО "БАСТЕТ", 2009. – 768 с. – ISBN 978-5-903178-15-5.

2.Металлические конструкции: учеб. для вузов. / под ред. Е.И. Беленя. – Москва: Стройиздат, 1985. – 560 с.

3.Бондаренко Сергей Витальевич. Усиление железобетонных конструкций при реконструкции зданий / Бондаренко Сергей Витальевич, Санжаровский Рудольф Сергеевич. - Москва: Стройиздат, 1990. – 350 с. – ISBN 5-274-00559-4.

4.Цай Трофим Николаевич. Строительные конструкции. Железобетонные конструкции: учебник. / Цай Трофим Николаевич. - Санкт-Петербург: Лань, 2012. – 464 с. – ISBN 978- 5-8114-1314-0.

5.Гребенник Ростислав Александрович. Рациональные методы возведения зданий и сооружений: учеб. пособие для студентов вузов по спец. "Пром. и гражд. стр-во" и "Город. стр-во и хоз-во" направления подгот. "Стр-во". / Гребенник Ростислав Александрович, Гребенник Виталий Ростиславович. - М.: Студент, 2012. – 408 с. – ISBN 978-5-4363-0004-

6.Архитектура гражданских и промышленных зданий: Учеб. для вузов по спец. "Пром. и гражд. стр-во": В 5 т. Т.5: Промышленные здания / Шубин Л.Ф. / Моск. инж.-строит. ин-т им. В.В. Куйбышева; Науч. ред. В.М. Предтеченский. – Москва: Стройиздат, 1975. – 312 с.

7.Снижение шума в зданиях и жилых районах / Под ред. Г.Л. Осипова, Е.Я. Юдина. – Москва: Стройиздат, 1987. – 557 с.

8.Захаров А. В. Архитектура гражданских и промышленных зданий. Гражданские здания: учеб. для вузов по спец. "Пром. и гражд. стр-во". / А.В. Захаров, Т.Г. Маклакова, А.С. Ильяшев, В.А. Объедков, В.К. Степанов, Ф.В. Ушков, В.В. Холщевников, К.К. Шевцов; под ред. А. В. Захарова. – Москва: Стройиздат, 1993. – 509 с. – ISBN 5-274-01302-3.

9.Аугусти Г. Вероятностные методы в строительном проектировании / Г. Аугусти, А. Баратта, Ф. Кашиати. - Москва: Стройиздат, 1988. – 583 с. – ISBN 5-274-00212-9.

10.Пухонто Леонид Михайлович. Долговечность железобетонных конструкций инженерных сооружений (силосов, бункеров, резервуаров, водонапорных башен, подпорных стен): монография. / Пухонто Леонид Михайлович - Москва: Изд-во АСВ,

2004. – 424 с. – ISBN 5-93093-255-7.

11.Звукоизоляция и звукопоглощение: учеб. пособие для студентов вузов по спец. "Пром. и гражд. стр-во" и "Теплогазоснабжение и вентиляция". / под ред. Г. Л. Осипова, В. Н. Бобылева. – Москва: АСТ: Астрель, 2004. – 450 с. – ISBN 5-271-09798-6.

Перечень иных общедоступных ресурсов сети «Интернет»

Электронная библиотека ННГАСУ.

http://www.rsl.ru/ Российская государственная библиотека.

http://www.gpntb.ru/ Государственная публичная научно-техническая библиотека России. http://elibrary.ru/ Научная электронная библиотека.

http://www.edu.ru Федеральный портал «Российское образование»

29

http://window.edu.ru. Единое окно доступа к образовательным ресурсам