Раздел 2
Методика расчета конструкций каркасного здания, взаимодействующего с
неравномерно деформируемым основанием
Воздействия неравномерных деформаций основания передаются на каркас здания в
виде угловых и линейных перемещений, вызывая в его элементах дополнительные
усилия. Для определения этих дополнительных усилий необходимо выполнять, как
правило, статический расчет здания как плоской или пространственной системы на
воздействие деформаций земной поверхности. Особое внимание при подготовке
исходных данных к этому расчету следует обращать на жесткостные характеристики
конструкций и основания, так как в отличие от расчетов на воздействие силовых
факторов, в которых жесткость элементов влияет лишь на перераспределение усилий
в конструкциях, в расчетах на деформационные воздействия усилия в конструкциях
зависят от абсолютных значений жесткостей [100].
В настоящем разделе диссертационной работы рассматриваются вопросы, связанные с
определением усилий в железобетонных элементах рамы и узлах их сопряжения с
учетом воздействия неравномерных деформаций основания. При этом, особое
внимание уделено определению жесткостных характеристик элементов системы в
зависимости от уровня и истории их нагружения. Кроме того, немаловажным в
данной ситуации является вопрос изменения жесткости несущих конструкций рамы
при восприятии неравномерных деформаций основания. Вопросу определения
жесткости железобетонных элементов каркасных зданий посвящены работы [43, 69,
108, 140, 147].
Как известно, в процессе нагружения статически неопределимой железобетонной
конструкции отдельные участки ее элементов претерпевают ряд качественных
изменений. При относительно небольшой величине внешней нагрузки можно считать,
что конструкция работает упруго. При этом соблюдается практически линейная
зависимость между напряжениями и деформациями, то есть жесткость элементов без
особого снижения точности расчета можно принять постоянной. Однако,
неравномерные деформации основания, независимо от причин их возникновения,
вызывают в элементах рамы дополнительные усилия, которые в ряде случаев
приводят к появлению трещин. Это, в свою очередь, приводит к возрастанию
влияния неупругих деформаций сжатого бетона и, как следствие, к снижению
жесткости отдельных участков конструкций и перераспределению внутренних усилий.
В связи с этим, правильный учет изменения жесткости конструкций и узлов их
сопряжения имеет немаловажное значений для расчета конструкций каркасных
зданий, взаимодействующих с неравномерно деформируемым основанием, по второму
предельному состоянию, то есть по деформациям.
Необходимо также отметить, что жесткостные характеристики железобетонного
каркаса с жесткими узлами влияют также и на перераспределение давлений по
подошве фундаментов. При этом в некоторых случаях давления на основание могут
превысить его расчетное сопротивление (предел линейной деформируемости), то
есть жесткость основания в зависимости от уровня нагружения также может быть
переменной.
2.1 Основные положения методики
В качестве основных положений расчета каркасного здания, взаимодействующего с
неравномерно деформируемым основанием, приняты следующие:
- решение контактной задачи выполняется численными методами, например, методом
МКЭ при помощи программных комплексов «Polifem», «Мираж», «Лира», «Scad» и
др.;
- надземное сооружение и фундаменты моделируются стержневыми и континуальными
конечными элементами в соответствии с пространственной расчетной схемой либо
упрощенными плоскими расчетными схемами. При этом, конструкции, даже обладающие
одинаковым по длине сечением, разбиваются по длине на несколько участков,
которые моделируются отдельными конечными элементами, что позволяет учесть в
процессе расчета образование пластических шарниров;
- защемление фундаментов в грунте основания принимается податливым, зависящим
от коэффициента жесткости основания;
- для системы "каркас - основание" соблюдаются условия совместности перемещений
на контакте. При этом реактивные давления под подошвой фундамента определяются
в предпосылке односторонних связей между конструкцией фундамента и основанием,
т.е. при отрицательных значениях реактивных давлений делается перерасчет, при
котором жесткостные характеристики стержней, моделирующих грунт основания на
этом участке, принимаются близкими к нулю. Осуществляется, как правило,
решением задачи в нелинейной постановке с применением программных комплексов,
основанных на МКЭ;
- жесткость элементов системы "каркас - основание" принимается переменной,
зависящей от уровня их нагружения;
- определение жесткости железобетонных изгибаемых конструкций предлагается
производить по диаграмме деформирования «момент - кривизна», построенной для
всех отличных друг от друга сечений. Построение расчетной диаграммы
деформирования «момент - кривизна» осуществляется шагово-итерационным способом,
заключающемся в решении на каждом шаге счета системы интегральных или
алгебраических уравнений равновесия при введенных в нее аналитических
зависимостях «s - e» бетона и арматуры, а также взаимосвязи их деформаций,
выраженной гипотезой плоских сечений [89];
- определение жесткости основания предлагается производить в зависимости от
уровня его нагружения пользуясь полиномиальной функцией, аппроксимирующей
диаграмму деформирования основания, загруженного вплоть до потери несущей
способности. При этом диаграмма деформирования основания может быть получена
как по результатам испытаний грунта штампами, так и путем теоретических
построений [68, 121, 149];
- деформации земной поверхности, не связанные с нагрузкой от сооружения
(подработ
- Київ+380960830922