Главная
АИ #26 (156)
Статьи журнала АИ #26 (156)
Сравнение конструктивных схем высотных зданий со стальным каркасом

Сравнение конструктивных схем высотных зданий со стальным каркасом

Автор(-ы):

Коновалова Ксения Александровна

28 июня 2023

Научный руководитель

Капырин Николай Викторович

Секция

Архитектура, строительство

Ключевые слова

строительство
стальной каркас
высотное здание
сравнительный анализ
перемещение
металлоемкость
аутригер
статические нагрузки
динамические нагрузки

Аннотация статьи

В статье произведен анализ разновидностей конструктивных схем высотного здания с применением стального каркаса.

Текст статьи

С каждым годом в нашей стране увеличивается объем строительства жилых высотных зданий с использованием стального каркаса, что делает актуальным изучение данной темы. Использование стального каркаса в строительстве за рубежом достигает 70%, в то время как в России этот показатель не превышает 15 процентов.

К высотным зданиям следует относить здания высотой более 75 м. Из-за достаточно значительной высоты в каркасе возникают большие усилия от собственного веса здания, полезной нагрузки на перекрытия, снеговой и ветровой нагрузок. Стальные каркасы способны более рационально воспринимать значительные нагрузки, так как имеют высокую жесткость и несущую способность при сравнительно незначительных сечениях и массе.

Несущая способность и жесткость стального каркаса высотного здания определяется взаимодействием всех элементов каркаса – колонн, связей и перекрытий.

Для исследования были выбраны следующие конструктивные схемы (рис.):

Каркас №1. Связевый каркас с внутренним стволом жесткости.

Каркас №2. Рамно-связевый каркас с использованием горизонтального пояса жесткости на 13 и 25 этажах.

Каркас №3. Рамно-связевый каркас с использованием пояса жесткости на 13 этаже.

Рис. Исследуемые конструктивные системы

В рамках данной работы рассматривается стальной каркас 25-ти этажного здания расположенного в 3 снеговом и 2 ветровом районе. Здание имеет прямоугольный план, размеры в плане 30,0×18,0 м. Высота этажа 3,0 м. Здание без подвала.

В поперечном направлении шаг колонн 6,0 м. В продольном направлении шаг поперечных рам 6,0 м.

Каркас здания связевой, колонны и балки перекрытия прокатные.

Расчет каркаса выполняется на действие следующих загружений:

  • 1 загружение: вес несущих конструкций;
  • 2 загружение: постоянная нагрузка;
  • 3 загружение: полезная нагрузка;
  • 4 загружение: снеговая нагрузка;
  • 5 загружение: ветровая нагрузка.

Одним из главных этапов исследуемой работы является анализ полученных расчетных схем после расчета перемещений и усилий.

В ходе работы производилось сопоставление значений и эпюр продольных и изгибающих моментов, подлежало сравнению полученные в процессе расчета максимальные и минимальные значения в элементах связей. Также рассматривались перемещения узлов стального каркаса высотного здания, его опорные реакции. Полученные данные были проанализированы на предмет соответствия действующим нагрузкам, сопряжения в узлах и типам сечений.

В ходе анализа перемещений выявлено, что полученные значения ни одного из каркасов не превышают допустимые значения заданные нормативными документами.

Также в результате анализа можно отметить, что по значениям перемещениям наиболее эффективно сопротивляется приложенным статическим нагрузкам каркас с внутренним стволом жесткости, в то время как динамическим нагрузкам наиболее эффективно сопротивляется каркас №2 – с горизонтальными поясами жесткостями на тринадцатом и двадцать пятом этажах.

Результаты анализа перемещений были сведены в таблицу 1, из которой видно, что самым максимальным перемещениям подвергается каркас №1 от воздействия динамических нагрузок, а самым стойким к динамическому воздействию оказывается каркас №2.

Таблица 1

Максимальные и минимальные значения перемещений в рассматриваемом каркасе

Наименование

Загружение

Каркас №1

Каркас №2

Каркас №3

Max

Min

Max

Min

Max

Min

Знач

Знач

Знач

Знач

Знач

Знач

X

1

0,088

-0,088

0,085

-0,085

0,101

-0,101

Y

1

0,219

-0,219

0,282

-0,282

0,28

-0,28

Z

1

0

-2,387

0

-2,25

0

-2,215

X

2

1,103

-1,105

3,85

-3,853

2,757

-2,758

Y

2

0,745

-0,757

3,062

-3,063

2,411

-2,412

Z

2

0

-56,22

0

-54,703

0

-56,85

X

3

0,232

-0,232

0,99

-0,99

0,694

-0,694

Y

3

0,261

-0,261

0,958

-0,958

0,825

-0,825

Z

3

0

-12,227

0

-11,475

0

-13,40

X

4

0,106

-0,106

0,168

-0,168

0,125

-0,125

Y

4

0,101

-0,101

0,173

-0,173

0,086

-0,086

Z

4

0

-2,759

0

-1,454

0

-2,724

X

5

2,899

-2,899

1,752

-1,752

0,125

-1,712

Y

5

1,316

-70,404

0,208

-64,007

0,086

-71,99

Z

5

2,183

-2,146

1,314

-1,33

0

-1,213

X

6

2,899

-2,899

2,499

-2,499

3,078

-3,078

Y

6

2,247

-149,014

2,527

-148,10

2,464

-148,8

Z

6

4,423

-4,386

2,504

-2,52

2,171

-2,208

Таблица 2

Сравнительная таблица металлоемкости исследуемых каркасов

Профиль

Каркас №1

Каркас №2

Каркас №3

C345 40К5

5142,63

5142,63

5142,63

С255 40Б1

2688,56

2688,56

2688,56

С255 12П

647,1

647,1

647,1

С255 Кв.Тр.300х10

862,93

-

-

С255 Кв.Тр. 180x10.0

-

1097,01

-

С255 Кв.Тр. 250x8.0

-

-

894,8

Всего металла:

9341,22

9575,29

9373,08

Благодаря анализу полученных данных в результате расчета, можно прийти к выводу о том, что несмотря на то, что каркас №2 успешнее остальных вариантов справляется с перемещениями от динамических нагрузок, а связи каркаса имеют наименьшее сечение, но в сумме металлоемкость превышает показатели других рассматриваемых вариантов, а также стоит отметить, что каркас №2 в разы превышает количество узлов сопряжения конструкций, что говорит об усложнение монтажа каркаса.

Исходя из этого наиболее выигрышный вариант в рамках рассматриваемого каркаса является каркас №1 с внутренним стволом жесткости, который по показателям перемещений не уступает каркасу №2, но превосходит его по количеству используемого металла и является вариантом с наименьшим количеством улов, подлежащих монтажу.

Список литературы

  1. Баранов А.О. Конструктивные решения высотных зданий [Текст] / ALFABUILD. – 2018. – С.33-51.
  2. Иноземцева О.В., Иноземцев В.К. Нелинейный и линейный анализ общей устойчивости несущей системы высотного здания ствольного типа [Текст] / СМИКиС. – 2022. - С.93-103.
  3. Хрипунов А.А. Анализ характеристик жесткости вариантов конструктивных схем металлического каркаса высотного здания [Текст] / Шаг в науку. – 2017. - С.142-151.
  4. Голиков А.В., Кайдалов Д.О. Расчетные модели узлов стальных каркасов многоэтажных зданий. [Текст] / Инженерный вестник Дона. – 2020.
  5. Новоселов А.А. Анализ работы узлов соединения вертикальных связей стальных каркасов многоэтажных зданий [Текст] / Вестник СГУПС. – 2021. – С.78-84.

Поделиться

219

Коновалова К. А. Сравнение конструктивных схем высотных зданий со стальным каркасом // Актуальные исследования. 2023. №26 (156). Ч.I.С. 63-65. URL: https://apni.ru/article/6641-sravnenie-konstruktivnikh-skhem-visotnikh-zda

Похожие статьи

Другие статьи из раздела «Архитектура, строительство»

Все статьи выпуска
Актуальные исследования

#21 (203)

Прием материалов

18 мая - 24 мая

осталось 4 дня

Размещение PDF-версии журнала

29 мая

Размещение электронной версии статьи

сразу после оплаты

Рассылка печатных экземпляров

7 июня