Коэффициент расчетной длины жб колонны (по СП 63 и справочнику)
Коэффициенты расчетной длины железобетонной колонны можно найти в следующих источниках:
Согласно п.8.1.17 СП 63.13330.2018:
Расчетную длину l0 внецентренно сжатого элемента определяют как для элементов рамной конструкции с учетом ее деформированного состояния при наиболее невыгодном для данного элемента расположении нагрузки, принимая во внимание неупругие деформации материалов и наличие трещин.
Допускается расчетную длину l0 элементов постоянного поперечного сечения по длине l при действии продольной силы принимать равной:
а) для элементов с шарнирным опиранием на двух концах — 1,0 l ;
б) для элементов с жесткой заделкой (исключающей поворот опорного сечения) на одном конце и незакрепленным другим концом (консоль)- 2,0 l ;
в) для элементов с шарнирным несмещаемым опиранием на одном конце, а на другом конце:
- с жесткой (без поворота) заделкой — 0,7 l ;
- с податливой (допускающей ограниченный поворот) заделкой — 0,9 l ;
г) для элементов с податливым шарнирным опиранием (допускающем ограниченное смещение опоры) на одном конце, а на другом конце:
- с жесткой (без поворота) заделкой — 1,5 l ;
- с податливой (с ограниченным поворотом) заделкой — 2,0 l ;
д) для элементов с несмещаемыми заделками на двух концах:
- жесткими (без поворота) — 0,5 l ;
- податливыми (с ограниченным поворотом) — 0,8 l ;
е) для элементов с ограниченно смещаемыми заделками на двух концах:
- жесткими (без поворота) — 0,8 l ;
- податливыми (с ограниченным поворотом) — 1,2 l .
l0 — расчетная длина элемента
l — длина элемента
Согласно справочному пособию под. редакцией Голышева А.Б. с.118.
а) для колонн многоэтажных зданий при числе пролетов не менее двух и соединениях ригелей и колонн, рассчитываемых как жесткие, при конструкциях сборных перекрытий — l0 =H, монолитных — l0 =0,7Н, где Н — высота этажа (расстояние между центрами узлов)
б) для колонн одноэтажных зданий с шарнирным опиранием несущих конструкций покрытий, жестких в своей плоскости (способных передать горизонтальные усилия), а также для эстакад — по табл.3.8. (данная таблица представлена на рисунке ниже)
Таблица 3.8 Расчетная длина жб колонн одноэтажных зданий
Защитный слой бетона для арматуры по СП 63.13330
Расстояние между арматурой по СП 63.13330 (СНиП 52-01-2003)
Защитный слой бетона для арматуры по СП 63.13330
Железобетонные колонны
ПромСтройКонструкции осуществляет производство и поставку железобетонных колонн для возведения каркасов зданий жилого, промышленного и коммерческого назначение.
Наше производство выпускает жб колонны более чем по 12 альбомам типовых конструкций (фахверковые колонны всех выпусков серий 1.020-1, 1.420.12, а также 1.423.1-3, 1.424.1-5, 1.423-3, 1.423-5 и другие). Также возможен выпуск заказных изделий по чертежам заказчика.
Фото продукции:
Колонны для возведения складских и производственных зданий высотой 9.6 м с поперечным сечением 300х300, 300х400, 400х400, 400х500, 500х500, 500х600 мм из тяжелого бетона марок М200, М300, М400.
Подробнее
Железобетонные колонны для возведения производственных помещений высотой 10. 8, 12.0, 13.2, 14.4 м без мостовых кранов из армированного тяжелого бетона. Также осуществляем производство и поставку других элементов с соответствии с выпусками серии (закладные детали и др. комплектующие).
Подробнее
Осуществляем производство всех типов жб колонн в соответствии с серией 1.424.1-5 (выпуск 1/87) — железобетонные колонны для зданий высотой 8,4; 9,6 и 10,8 м, оборудованных мостовыми или опорными кранами грузоподъемностью до 32 тонн.
Подробнее
Осуществляем производство всех типов жб колонн высотой 12,0; 13,2 и 14,4 м для производственных и складских зданий в соответствии с серией Серия 1.424.1-5 (выпуск 2/87). Колонны этой серии применяются для возведения помещений с опорными или мостовыми кранами грузоподъемностью до 32 тонн.
Подробнее
Колонны железобетонные с прямоугольным сечением призматические и ступенчатые сечениями 300, 400, 500 и 600 мм, из тяжелого бетона мароки М200 и М300. Жб колонны этой серии применяются для устройства продольного и торцового фахверка одноэтажных производственных и складских зданий и сооружений с высотой от 3 до 14.4 м.
Подробнее
Колонны из армированного тяжелого бетона сечением 300х300 мм для устройства многоэтажных зданий и сооружений различного назначения. Жб колонны выпускаются в соответствии с рабочими чертежами серии 1.020-1/83, выпуск 2-1 НИИЖБ Госстроя.
Подробнее
Колонны из армированного тяжелого бетона сечением для устройства многоэтажных зданий и сооружений различного назначения с высотой потолка 3.6 м. Колонны выпускаются в соответствии с рабочими чертежами серии 1.020-1/83, выпуск 2-3 НИИЖБ Госстроя.
Подробнее
Железобетонные фахверковые колонны для одно- и многоэтажных промышленных зданий с высотой этажей 3.6м, с каркасами в виде сетки колонн. Соединение колонн осуществляется с применением стыков на ванной сварке. Применение конструкций данной серии допускается при нагрузках не более 2500 и 1500 кгс/кв. м.
Подробнее
Железобетонные фахверковые колонны для одно- и многоэтажных промышленных зданий с высотой этажей 4.8 и 6.0 м, с каркасами в виде сетки колонн 6х6 и 9х6 м. Соединение колонн осуществляется с применением стыков на ванной сварке. Применение конструкций данной серии допускается при нагрузках не более 2500 и 1500 кгс/кв. м.
Подробнее
Железобетонные колонны серии 1.423-3 прямоугольного сечения предназначены для возведения одноэтажных промышленных и складских помещений высотой 9.6 м без опорных мостовых кранов.
Подробнее
Железобетонные фахверковые колонны для одно- и многоэтажных промышленных зданий с высотой этажей 6.0, 7.2 и 10.8 м, с каркасами в виде сетки колонн 6х6 и 9х6 м. Соединение колонн осуществляется с применением стыков на ванной сварке. Применение конструкций данной серии допускается при нагрузках не более 2500 и 1500 кгс/кв. м. Выпуск по серии 1.420.12 (выпуск 3, части 1, 2) или по чертежам заказчика.
Подробнее
Фахверковые колонны (для продольного и торцового фахверка) для одноэтажных производственных зданий и сооружений их армированного тяжелого бетона. Производятся в соответствии с рабочими чертежами серии 1.427.1-3, выпуск 1/87.
Подробнее
Осуществляем промышленное производство круглых железобетонных колонн по шифру Э-1708/1.
Эти цельноформованные центрифугированные колонны кольцевого сечения применяются для одноэтажных производственных зданий высотой 8.4 — 12 м., оборудованных мостовыми опорными кранами грузоподъемностью до 32 т.
Также осуществляем выпуск изделий по чертежам заказчика.
Подробнее
Публикации по данной номенклатуре изделий:
Колонны сборные железобетонные
Вернуться на страницу»Железобетонные конструкции»
Колонна железобетонная
Колонна железобетонная – это вертикальный элемент железобетонного каркаса, размеры поперечного сечения которого малы по сравнению с высотой. Колонны воспринимают нагрузки от вышестоящих конструкций и передают их на фундаменты или нижестоящие конструкции.
Железобетонные колонны изготавливаются из тяжелого бетона и арматуры. Колонны изготавливаются высотой от 5 м до 18 м.
Рис. 1. Разрез элементов каркаса: а – схема рамы каркаса; б – колонны и фундаменты; в, г, д – стыки колонн; 1 – фундамент стаканного типа; 2 – нижняя колонна крайнего ряда; 3 – то же, среднего ряда; 4 – средняя колонна крайнего ряда; 5 – то же, среднего ряда; 6 – верхняя колонна крайнего ряда; 7 – то же, среднего ряда; 8 – ригель; 9 – выпуски арматуры; 10 – центрирующий бетонный выступ; 11 – стальной хомут; 12 – заполнение шва цементным раствором М300; 13 – сварка выпусков арматуры
Железобетонные колонны могут быть следующих типов:
К — для зданий без мостовых опорных, подвесных кранов и зданий, оборудованных подвесными кранами.
КС — при покрытии строительных конструкций с провисающим нижним поясом.
ККП — для каркасов зданий, которые оснащены мостовыми электрическими опорными кранами.
КФ — для фахверков стеновых ограждений зданий (фахверковые колонны).
КД — для каркасов зданий, которые оборудованы электрическими опорными и подвесными кранами, и зданий без кранов;
КДП — для каркасов зданий, оборудованных мостовыми электрическими опорными кранами.
КК — для каркасов зданий, оснащенных мостовыми электрическими опорными кранами.
ККС — при строительных конструкциях покрытий с провисающим нижним поясом.
КР — для каркасов зданий, которые оборудованных мостовыми ручными опорными кранами.
Типы железобетонных колонн.
Верхние колонны – используются в постройке верхних этажей;
Средние колонны – применяются для средних этажей;
Нижние колонны – используются для нижних этажей;
Бесстыковые колонны – применяются по высоте всего сооружения;
Железобетонные колонны бывают одно-, двух- и бесконсольными.
Документами регламентирущие изготовление колонн:
ГОСТ 18979-90 «Колонны железобетонные для многоэтажных зданий. Технические условия.»
ГОСТ 25628-90 «Колонны железобетонные для одноэтажных зданий предприятий. Технические условия.»
№ п/п | Номер | Наименование | Примечания |
1 | Серия 1.423.1-3/88 | Колонны железобетонные прямоугольного сечения для одноэтажных производственных зданий высотой до 9,6 м без мостовых опорных кранов. | Смотреть |
2 | Серия 1.423.1-5/88 | Колонны железобетонные прямоугольного сечения для одноэтажных производственных зданий высотой 10,8; 12,0; 13,2 и 14,4 м без мостовых опорных кранов. | Смотреть |
3 | Серия 1.424.1-5 | Колонны железобетонные прямоугольного сечения для одноэтажных производственных зданий высотой 8,4 – 14,4 м, оборудованных мостовыми опорными кранами грузоподъемностью до 32 тонн. | Смотреть |
4 | Серия 1.424.1-6/89 | Колонны железобетонные прямоугольного сечения с проходами в уровне путей для одноэтажных производственных зданий высотой 10,8 – 14,4 м, оборудованных мостовыми опорными кранами грузоподъемностью до 32 тонн. | Смотреть |
5 | Серия 1.424.1-9 | Колонны железобетонные двухветвевого сечения для одноэтажных производственных зданий высотой 15,6; 16,8 и 18,0 м. | Смотреть |
6 | Серия 1.424.1-10 | Колонны железобетонные двухветвевого сечения с проходами в уровне крановых путей для одноэтажных производственных зданий высотой 15,6; 16,8 и 18,0 м с мостовыми опорными кранами грузоподъемностью до 50 т. | Смотреть |
7 | Серия 1.424.1-12 | Колонны железобетонные прямоугольного сечения для одноэтажных производственных зданий высотой до 10,8 м со стальными конструкциями покрытия типа «Молодечно». | Смотреть |
8 | Серия 1. 424.1-13 | Колонны железобетонные для одноэтажных промышленных зданий, оборудованных ручными мостовыми опорными кранами. | Смотреть |
9 | Серия 1.823.1-2 | Колонны железобетонные для сельскохозяйственных производственных зданий. | Смотреть |
10 | Серия 1.823.1-3С | Колонны железобетонные сельскохозяйственных производственных зданий для строительства в районах сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов. | Смотреть |
11 | Серия 1.423-3 | Железобетонные колонны прямоугольного сечения для одноэтажных производственных зданий без мостовых кранов высотой до 9,6 м. | Смотреть |
12 | Серия 1.423-5 | Железобетонные колонны прямоугольного сечения для одноэтажных производственных зданий без мостовых кранов высотой 10,8; 12,0; 13,2 и 14,4 м. | Смотреть |
13 | Серия 1.427.1-3 | Колонны железобетонные прямоугольного сечения для продольного и торцевого фахверка одноэтажных производственных зданий высотой 3,0 – 14,4 м. | Смотреть |
14 | Серия 1.427.1-5 | Колонны железобетонные предварительно напряженные прямоугольного сечения для продольного и торцового фахверка одноэтажных зданий промышленных предприятий. | Смотреть |
15 | Серия 1.427.1-8 | Колонны железобетонные прямоугольного сечения для продольного и торцового фахверка одноэтажных производственных зданий со стальными конструкциями покрытия типа «Молодечно». | Смотреть |
16 | Серия КЭ-01-09 | Сборные железобетонные колонны одноэтажных производственных зданий. | Смотреть |
17 | Серия КЭ-01-49 | Сборные железобетонные колонны прямоугольного сечения для одноэтажных производственных зданий. | Смотреть |
18 | Серия КЭ-01-52 | Сборные железобетонные двухветвевые колонны одноэтажных производственных зданий. | Смотреть |
19 | Серия КЭ-01-55 | Сборные железобетонные колонны продольных и торцевых фахверков одноэтажных промышленных зданий. | Смотреть |
Колонны железобетонные для многоэтажных зданий ГОСТ 18979
Наименование продукции
———Балки обвязочные железобетонные для зданий промышленных предприятий ГОСТ 24893Балки стропильные и подстропильные железобетонные ГОСТ 20372Балки фундаментные железобетонные для стен зданий промышленных и сельскохозяйственных предприятий ГОСТ 28737Бетон силикатный плотный ГОСТ 25214Бетоны жаростойкие ГОСТ 20910Бетоны легкие ГОСТ 25820Бетоны тяжелые и мелкозернистые ГОСТ 26633Бетоны химические стойкие ГОСТ 25246Бетоны ячеистые ГОСТ 25485Блоки бетонные для стен подвалов ГОСТ 13579Блоки вентиляционные железобетонные ГОСТ 17079Блоки дверные из алюминиевых сплавов ГОСТ 23747Блоки из горных пород для производства облицовочных, архитектурно-строительных, мемориальных и других изделий ГОСТ 9479Блоки оконные ГОСТ 23166Блоки оконные деревоалюминиевые ГОСТ 25097Блоки оконные деревянные со стеклопакетами ГОСТ 24700Блоки оконные защитные ГОСТ 31462Блоки оконные и балконные дверные из алюминиевых сплавов ГОСТ 21519Блоки оконные и балконные дверные из алюминиевых сплавов ГОСТ 23166Блоки оконные и балконные дверные из поливинилхлоридных профилей ГОСТ 23166Блоки оконные и балконные дверные из поливинилхлоридных профилей ГОСТ 30674Блоки оконные из алюминиевых сплавов ГОСТ 21519Блоки стеклянные пустотелые ГОСТ 9272Блоки стеновые бетонные и железобетонные для зданий ГОСТ 19010Брусья деревянные для стрелочных переводов широкой колеи до их механической и защитной обработки ГОСТ 8816Брусья деревянные для стрелочных переводов широкой колеи, пропитанные защитными средствами ГОСТ 8816Брусья мостовые деревянные ГОСТ 28450Бумага асбестовая ГОСТ 23779Вата минеральная ГОСТ 4640Гидроизол ГОСТ 7415Грунтовка ГФ-021 ГОСТ 25129Грунтовки антикоррозионные ГОСТ Р 51693Грунты ГОСТ 25100Добавки для бетонов и строительных растворов ГОСТ 24211Заполнители пористые для легких бетонов ГОСТ 32496Звенья железобетонные безнапорных труб прямоугольного сечения для гидротехнических сооружений ГОСТ 26067. 0Звенья железобетонные водопропускных труб под насыпи автомобильных и железных дорог ГОСТ 24547Здания мобильные (инвентарные) ГОСТ 22853Здания мобильные (инвентарные) ГОСТ 25957Золы-уноса тепловых электростанций для бетонов ГОСТ 25818Известь строительная ГОСТ 9179Изделия архитектурно-строительные из природного камня ГОСТ 23342Изделия бетонные и железобетонные для строительства ГОСТ 13015Изделия железобетонные для силосных сооружений элеваторов и зерноперерабатывающих предприятий ГОСТ 25627Изделия железобетонные для шахт лифтов жилых зданий ГОСТ 17538Изделия известково-кремнеземистые теплоизоляционные ГОСТ 24748Изделия из ячеистых бетонов теплоизоляционные ГОСТ 5742Изделия пенодиатомитовые и диатомитовые теплоизоляционные ГОСТ 2694Изделия погонажные профильные поливинилхлоридные для внутренней отделки ГОСТ 19111Изделия стеновые неармированные из ячеистого бетона автоклавного твердения ГОСТ 31360Изделия строительно-дорожные из природного камня ГОСТ 32018Изделия теплоизоляционные из стеклянного штапельного волокна ГОСТ 10499Изол ГОСТ 10296Инъекционно-уплотняющие составы ГОСТ 33762Кабины санитарно-технические железобетонные ГОСТ 18048Камни бетонные и железобетонные бортовые ГОСТ 6665Камни бетонные стеновые ГОСТ 6133Камни стеновые из горных пород ГОСТ 4001Картон асбестовый ГОСТ 2850Кирпич глинянный для дымовых труб ГОСТ 8426Кирпич и камень керамические ГОСТ 530Кирпич, камни, блоки и плиты перегородочные силикатные ГОСТ 379Кирпич кислотоупорный ГОСТ 474Клеи полимерные ГОСТ 30535Ковры сварные из поливинилхлоридного линолеума на теплозвукоизолирующей подоснове ГОСТ 27023Колонны железобетонные для многоэтажных зданий ГОСТ 18979Колонны железобетонные для одноэтажных зданий предприятий ГОСТ 25628.1Колонны железобетонные под параболические лотки ГОСТ 23899Конструкции бетонные и железобетонные для колодцев канализационных, водопроводных и газопроводных сетей ГОСТ 8020Конструкции железобетонные высоких пассажирских платформ ГОСТ 24155Конструкции железобетонные для шахт лифтов жилых зданий ГОСТ 17538Конструкции каркаса железобетонные сборные для многоэтажных зданий с безбалочными перекрытиями ГОСТ 27108Конструкции стальные строительные ГОСТ 23118Лак БТ-5100 ГОСТ 312Лак БТ-577 и краска БТ-177 ГОСТ 5631Лак БТ-783 ГОСТ 1347Лак БТ-99 ГОСТ 8017Лаки ГОСТ Р 52165Лаки АК-113 и АК-113Ф ГОСТ 23832Лаки бакелитовые ГОСТ 901Лаки марок НЦ-218, НЦ-222, НЦ-243 Мебельные и НЦ-223 ГОСТ 4976Лаки марок ПФ-283 и ГФ-166 ГОСТ 5470Лаки марок ПЭ-232, ПЭ-250, ПЭ-250М, ПЭ-250ПМ ГОСТ 23438Лаки ПФ-170 и ПФ-171 ГОСТ 15907Лак КФ-965 ГОСТ 15030Лак ФЛ-559 ГОСТ 14147Лак электроизоляционный МЛ-92 ГОСТ 15865Лак ЭП-730 ГОСТ 20824Лесоматериалы круглые хвойных пород ГОСТ 9463Лестницы маршевые, площадки и ограждения стальные ГОСТ 23120Линолеум поливинилхлоридный на теплозвукоизолирующей подоснове ГОСТ 18108Линолеум поливинилхлоридный на тканой и нетканой подоснове ГОСТ 7251Листы асбостальные и прокладки из них ГОСТ 12856Листы гипсокартонные ГОСТ 6266Листы хризотилцементные волнистые ГОСТ 30340Листы хризотилцементные плоские ГОСТ 18124Лотки-водовыпуски железобетонные оросительные системы ГОСТ 24587Лотки железобетонные оросительных систем ГОСТ 21509Марши и площадки лестниц железобетонные ГОСТ 9818Мастика битумная кровельная горячая ГОСТ 2889Мастика битумно-резиновая изоляционная ГОСТ 15836Мастики кровельные и гидроизоляционные ГОСТ 30693Материалы лакокрасочные водно-дисперсионные ГОСТ Р 52020Материалы рулонные кровельные и гидроизоляционные ГОСТ 30547Материалы строительные нерудные из отсевов дробления плотных горных пород при производстве щебня ГОСТ 31424Маты из минеральной ваты прошивные теплоизоляционные ГОСТ 21880Маты теплоизоляционные из минеральной ваты вертикально-слоистые ГОСТ 23307Насадки кислотоупорные керамические ГОСТ 17612Ограждения лестниц, балконов и крыш стальные ГОСТ 23344Опоры железобетонные дорожных знаков ГОСТ 25459Панели асбестоцементные стеновые наружные на деревянном каркасе с утеплителем ГОСТ 18128Панели асбестоцементные трехслойные с утеплителем из пенопласта ГОСТ 24581Панели гипсобетонные для перегородок ГОСТ 9574Панели и блоки стеновые из кирпича и керамических камней ГОСТ 24594Панели из автоклавных ячеистых бетонов для наружным стен зданий ГОСТ 11118Панели из автоклавных ячеистых бетонов для перекрытий жилых и общественных зданий ГОСТ 19570Панели из легких бетонов на пористых заполнителях для наружных стен производственных зданий ГОСТ 13578Панели металлические с утеплителем из пенопласта ГОСТ 21562Панели металлические трехслойные стеновые с утеплителем из пенополиуретана ГОСТ 23486Панели перегородок железобетонные для зданий промышленных и сельскохозяйственных предприятий ГОСТ 25098Панели стальные двухслойные покрытий зданий с утеплителем из пенополиуретана ГОСТ 24524Панели стеновые внутренние бетонные и железобетонные для жилых и общественных зданий ГОСТ 12504Панели стеновые наружные бетонные и железобетонные для жилых и общественных зданий ГОСТ 11024Панели стеновые трехслойные железобетонные с эффективным утеплителем ГОСТ 31310Паронит и прокладки из него ГОСТ 481Пергамин кровельный ГОСТ 2697Перемычки железобетонные для зданий с кирпичными стенами ГОСТ 948Песок для строительных работ ГОСТ 8736Песок дробленый для дорожного строительства ГОСТ 32730Песок и щебень перлитовые вспученные ГОСТ 10832Песок природный для дорожного строительства ГОСТ 32824Пленка поливинилхлоридная декоративная отделочная ГОСТ 24944Плитки керамические глазурованные для внутренней облицовки стен ГОСТ 6141Плитки керамические для полов ГОСТ 6787Плитки керамические фасадные и ковры из них ГОСТ 13996Плитки кислотоупорные и термокислотоупорные керамические ГОСТ 961Плитки стеклянные облицовочные коврово-мозаичные и ковры из них ГОСТ 17057Плиты балконов и лоджий железобетонные ГОСТ 25697Плиты бетонные тротуарные ГОСТ 17608Плиты бетонные фасадные ГОСТ 6927Плиты гипсовые пазогребневые для перегородок ГОСТ 6428Плиты железобетонные для покрытий городских дорог ГОСТ 21924. 0Плиты железобетонные для покрытий трамвайных путей ГОСТ 19231.0Плиты железобетонные предварительно напряженные для аэродромных покрытий ГОСТ 25912Плиты железобетонные предварительно напряженные для облицовки оросительных каналов мелиоративных систем ГОСТ 22930Плиты из минеральной ваты на синтетическом связующем теплоизоляционные ГОСТ 9573Плиты минераловатные повышенной жесткости на синтетическом связующем ГОСТ 22950Плиты пенополистирольные теплоизоляционные ГОСТ 15588Плиты перекрытий железобетонные многопустотные для зданий и сооружений ГОСТ 9561Плиты перекрытий железобетонные ребристые высотой 300 мм для зданий и сооружений ГОСТ 21506Плиты перекрытий железобетонные ребристые высотой 400 мм для промышленных зданий и сооружений ГОСТ 27215Плиты перекрытий железобетонные сплошные для крупнопанельных зданий ГОСТ 12767Плиты перлитобитумные теплоизоляционные ГОСТ 16136Плиты подоконные железобетонные ГОСТ 6785Плиты покрытий железобетонные для зданий и сооружений ГОСТ 28042Плиты теплоизоляционные из минеральной ваты на битумном связующем ГОСТ 10140Плиты цементно-стружечные ГОСТ 26816Покрытие для полов рулонное на основе химических волокон ГОСТ 26149Полистиролбетон ГОСТ 33929Порошок минеральный ГОСТ 32761Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей ГОСТ Р 52129Прогоны железобетонные для покрытий зданий промышленных и сельскохозяйственных предприятий ГОСТ 26992Прокладки резинотканевые полые ГОСТ 6051Профили полиамидные стеклонаполненные ГОСТ 31014Профили прессованные из алюминиевых сплавов для светопрозрачных ограждающих конструкций ГОСТ 22233Профили стальные листовые гнутые с трапециевидными гофрами для строительства ГОСТ 24045Растворы водные защитных средств для древесины ГОСТ 28815Растворы строительные ГОСТ 28013Ремонтные смеси ГОСТ Р 56378Ригели железобетонные для многоэтажных зданий ГОСТ 18980Рубероид ГОСТ 10923Сваи железобетонные заводского изготовления ГОСТ 19804Сетки арматурные сварные для железобетонных конструкций и изделий ГОСТ 23279Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные ГОСТ 31015Смеси асфальтобетонные, полимерасфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов ГОСТ 9128Смеси бетонные ГОСТ 7473Смеси золошлаковые тепловых электростанций для бетонов ГОСТ 25592Смеси органоминеральные и грунты, укрепленные органическими вяжущими, для дорожного и аэродромного строительства ГОСТ 30491Смеси песчано-гравийные для строительных работ ГОСТ 23735Смеси сухие строительные гидроизоляционные проникающие капиллярные на цементном вяжущем ГОСТ Р 56703Смеси сухие строительные напольные на цементном вяжущем ГОСТ 31358Смеси сухие строительные на цементном вяжущем ГОСТ 31357Смеси щебеночно-гравийно-песчаные для покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов ГОСТ 25607Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства ГОСТ 23558Смолы эпоксидно-диановые неотвержденные ГОСТ 10587Смолы эпоксидно-диановые неотвержденные ГОСТ Р 56211Составы влагозащитно-антисептические для защиты торцов лесоматериалов ГОСТ 26910Средства защитные для древесены ГОСТ 30495Стекло армированное ГОСТ 7481Стекло листовое бесцветное ГОСТ 111Стеклопакеты клееные ГОСТ 24866Стекло профильное ГОСТ EN 572-7Стеклорубероид ГОСТ 15879Стеклотекстолит конструкционный ГОСТ 10292Стекло узорчатое ГОСТ 5533Стойки железобетонные центрифугированные для опор высоковольтных линий электропередачи ГОСТ 22687. 0Стойки железобетонные центрифугированные кольцевого сечения для производственных зданий и инженерных сооружений ГОСТ 23444Трубы бетонные безнапорные ГОСТ 20054Трубы железобетонные напорные виброгидропрессованные ГОСТ 12586.0Трубы железобетонные напорные со стальным сердечником ГОСТ 26819Трубы и муфты хризотилцементные ГОСТ 31416Трубы керамические дренажные ГОСТ 8411Трубы керамические канализационные ГОСТ 286Трубы напорные из непластифицированного поливинилхлорида ГОСТ Р 51613Усиление железобетонных конструкций композитными материалами СП 164.1325800.2014Фермы железобетонные ГОСТ 20213Фольгоизол ГОСТ 20429Формы для изготовления железобетонных виброгидропрессованных напорных труб ГОСТ 13981Фундаменты железобетонные для параболических лотков ГОСТ 23972Фундаменты железобетонные сборные под колонны каркаса межвидового применения для многоэтажных зданий ГОСТ 24476Фундаменты железобетонные сборные под колонны сельскохозяйственных зданий ГОСТ 24022Цилиндры и полуцилиндры теплоизоляционные из минеральной ваты на синтетическом связующем ГОСТ 23208Шпалы деревянные для железных дорог широкой колеи до их механической и защитной обработки ГОСТ 78Шпалы деревянные для железных дорог широкой колеи, пропитанные защитными средствами ГОСТ 78Щебень и гравий из горных пород для дорожного строительства ГОСТ 32703Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ ГОСТ 8267Щебень из плотных горных пород для балластного слоя железнодорожного пути ГОСТ Р 54748Щебень и песок декоративные из природного камня ГОСТ 22856Щебень и песок из пористых горных пород ГОСТ 22263Щебень и песок из шлаков тепловых электростанций для бетона ГОСТ 26644Щебень и песок из шлаков черной и цветной металлургии для бетонов ГОСТ 5578Щебень и песок перлитовые для производства вспученного перлита ГОСТ 25226Щебень и песок шлаковые для дорожного строительства ГОСТ 32826Щебень и песок шлаковые для дорожного строительства ГОСТ 3344Эмали ГОСТ Р 51691Эмали MЧ-145 ГОСТ 23760Эмали XB-110 и ХВ-113 ГОСТ 18374Эмали АС-182 ГОСТ 19024Эмали ГФ-230 ВЭ ГОСТ 64Эмали КО-84 и КО-859 ГОСТ 22564Эмали марок ГФ-92 ГОСТ 9151Эмали марок МЛ-165, МЛ-165ПМ и МС-160 ГОСТ 12034Эмали марок НЦ-11 и НЦ-11А ГОСТ 9198Эмали марок НЦ-132 ГОСТ 6631Эмали марок ПФ-218 ГОСТ 21227Эмали МЛ-1110 ГОСТ 20481Эмали МЛ-12 ГОСТ 9754Эмали МЛ-197 ГОСТ 23640Эмали НЦ-1125 ГОСТ 7930Эмали НЦ-25 ГОСТ 5406Эмали НЦ-256 ГОСТ 25515Эмали НЦ-5123 ГОСТ 7462Эмали ПФ-188 ГОСТ 24784Эмали ПФ-223 ГОСТ 14923Эмали ХВ-124 ГОСТ 10144Эмали ХВ-785 и лак ХВ-784 ГОСТ 7313Эмали ХС-119 ГОСТ 21824Эмали ЭП-140 ГОСТ 24709Эмали ЭП-51 ГОСТ 9640Эмали ЭП-525 ГОСТ 22438Эмали ЭП-567 ГОСТ 22369Эмали ЭП-773 ГОСТ 23143Эмаль АК-512 ГОСТ 23171Эмаль ГФ-1426 ГОСТ 6745Эмаль НЦ-184 ГОСТ 18335Эмаль ПФ-133 ГОСТ 926Эмаль электроизоляционная ЭП-91 ГОСТ 15943Эмаль ЭП-148 белая для холодильников и других электробытовых приборов ГОСТ 10982Эмаль ЭП-5116 ГОСТ 25366
ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОЛОНН В КАРКАСАХ МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»
Исследование напряженного-деформированного состояния железобетонных колонн в каркасах многоэтажных зданий
о см о см
СП
о ш т
X
<
т о х
X
Чебуркова Светлана Николаевна
аспирант, кафедра строительные конструкции, Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, svetlana. ch.82@mail.ru
Рощина Светлана Ивановна
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой строительные конструкции, Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, rsi@mail.ru
В статье проведен анализ вопросов, связанных с учетом особенностей определения параметров напряженно-деформированного состояния сжатых несущих элементов каркасных зданий. Функциональная эффективность сжатых колонн каркаса прямо зависит первоначально установленных (запроектированных) показателей несущей способности, технологии и качества проведения соответствующих строительных процессов. Формирование эксцентриситетов и отклонений осей поперечного сечения колонн каркаса являются следствием недостаточного качества проектных решений (по учету возможного проявления рассматриваемых явлений) и/или производства строительных работ. Учет проявлений эксцентриситетов и отклонений осей требует разработки специального алгоритма проверки фактических параметров напряженно-деформированного состояния и разработки комплекса мероприятий, необходимых для повышения показателей несущей способности колонн каркасов одноэтажных и многоэтажных зданий. Предложенный в работе аналитический материал может быть использован при разработке методических рекомендаций по повышению несущей способности для внецентренно сжатых железобетонных колонн многоэтажных каркасных зданий. Ключевые слова: железобетонные колонны, одноэтажные и многоэтажные каркасные здания, сжатые несущие элементы конструкций, свойства бетона, эксцентриситет приложения нагрузки, параметры напряженно-деформированного состояния, конструктивные решения, армирование поперечного сечения колонны.
В настоящее время для устройства каркасов многоэтажных зданий и сооружений наибольшее распространение получили несущие конструктивные элементы из железобетона: сборного или монолитного. В строительстве применяют железобетонные колонны сплошного квадратного или прямоугольного сечения, развитого в плоскости действия момента, а также двовитковые для высоты более 10 м и значительных нагрузок. Колонны — это стойки каркаса, работающих на сжатие со случайными или расчетными эксцентриситетами. Железобетонные колонны армируют рабочей продольной и поперечной арматурой. Продольная арматура принимается по расчетам. Перед проектированием колонны следует задаться классом бетона и арматуры для определения расчетных характеристик прочности материалов, размерами сечения колонны; в зависимости от условий закрепление на краях и определить расчетную длину стержня колонны, знать конструкции перекрытий и покрытия, знать величины переменной нагрузки на перекрытия и покрытия [1,2,3].
Несущие конструктивные элементы в форматах сжатых конструктивных элементов (колонн и стоек) многоэтажных зданий и сооружений, характеризующихся значительными по величине нагрузками. В многоэтажных зданиях каркасной схемы (главным образом, из сборных железобетонных элементов заводского изготовления), применяется, в основном связевая конструктивная схема: колонны и ригели каркаса (при шарнирных соединениях в узлах) воспринимают только вертикальную нагрузку, а горизонтальная нагрузка передается через перекрытия на жесткие поперечные вертикальные связи..
Охарактеризуем основные источники и причины формирования эксцентриситетов и смещений осей колонн каркаса. Характер работы сжатых вертикальных железобетонных несущих элементов каркаса зависит от их высоты (определяется проектной высотой этажа), способом поэтажного деления и видом закрепления концов (низа и верха железобетонной колонны): жестким, шарнирным или свободным. Эти условия учитываются в расчетах введением специального значения расчетной длины сжатого элемента /о[1,5,6].
На Рисунке 1 и Рисунке 2 представлены примеры армирования поперечного сечения вертикального железобетонного элемента при центральном и внецентренном сжатии (при наличии эксцентриситета ео приложения продольного усилия).
Рисунок 1 — Способ армирования поперечного сечения несущего вертикального элемента при центральном сжатии
нирует равномерно на сжатие, поэтому наиболее рациональным способом является её размещение по всему периметру поперечного сечения, а форма сечения — квадратная (11 = Ь, см. Рисунок 1). При внецентренном приложения сжимающего усилия основная продольная
I
рабочая арматура (А§ ) располагается вдоль короткой
стороны 1 поперечного сечения прямоугольной формы (1 < Ь, см. Рисунок 2).
Именно короткая сторона 1 становится перпендикулярной по отношению к направлению действия изгибающего момента, вызванного проявлением эксцентриситета ео приложения продольного сжимающего усилия N. При больших значениях эксцентриситета ео часть рабо-
I
чей арматуры А§ , которая находится на стороне, противоположной эксцентриситету может оказаться в растянутой зоне поперечного сечения железобетонной колонны.
Проектирование показателей несущей способности вертикальных несущих элементов каркаса сводится к определению формы и размеров поперечного сечения, назначению класса бетона и определению площади поперечного сечения продольной рабочей арматуры (А§
I
и А§ ) — в зависимости от предполагаемого характера
приложения сжимающего усилия (возможности проявления эксцентриситета) [7,8,9,10].
Аз
Ав
Аз у
« V
Аз
ОСИ
Рисунок 2 — Способ армирования поперечного сечения несущего вертикального элемента при внецентренном сжатии
В условиях приложения центрального сжимающего усилия продольная рабочая арматура (А§ ) функцио-
Рисунок 3 — Каркасная конструктивная система многоэтажного здания с применением сборных железобетонных колонн поэтажной разбивки
— колонны проектных марок К-1 и К-3 (центральных рядов, по осям Б, В) — центрально-сжатые элементы;
— колонны проектных марок К-2 и К-4 (крайних рядов, по осям А, Г) — внецентренно-сжатые элементы.
X X О го А С.
X
го т
о
ю
2 О
м о
о
CS
0
CS
СП
01
о ш m
X
<
m о x
X
На Рисунке 3 представлены сборные железобетонные колонны поэтажной разбивки (в составе конструктивной системы многоэтажного здания), которые находятся в условиях центрального и внецентренного сжатия, в зависимости от приложения продольного усилия N. Главная особенность конструирования центрально и внецентренно сжатых сборных железобетонных колонн каркаса многоэтажного здания состоит в их разделении на однотипные элементы, характеризующиеся простой формой, схемой армирования. Такие конструктивные элементы многоэтажных зданий (смонтированные из отдельных элементов), включаются в совместную работу по восприятию сжимающих усилий при помощи организации стыков вида: «низ колонны-верх колонны».
Опишем характеристику различий поведения центрально и внецентренно сжатых железобетонных конструктивных элементов. Колонны многоэтажных каркасных зданий работают в условиях воздействия внешней сжимающей нагрузки N (продольного усилия), приложенной с некоторым значением эксцентриситета ео (Рисунок 4).
а) на колонну действует продольная сила N, приложенная с эксцентриситетом во
_i_L
б) на колонну действует продольная сила N, приложенная без эксцентриситета ео и изгибающий момент М Рисунок 4 — Внецентренно сжатые колонны железобетонного каркаса
При рассмотрении обоих возможных вариантов приложения нагрузки сочетание осевого сжимающего усилия (или усилия со случайным эксцентриситетом ео) и изгибающего момента (см. Рисунок 4б) возможно заменить равнодействующей сжимающей силой, действующей с эксцентриситетом: еоы = M/N и наоборот (см. Рисунок 4а).
а)
б)
t4
Ь.
г Л 1
Ч
III 1
** V Щщ
Рисунок 5 — Основные схемы расчета сечений внецентренно сжатых элементов прямоугольной (квадратной) формы
Примером внецентренно сжатого конструктивного элемента каркаса является расположение в конструктивной системе многоэтажного здания колонн проектных марок К-2 и К-4 (крайних рядов, по осям А, Г, см. Рисунок 3), воспринимающих дополнительную нагрузку от ветровых воздействий и собственного веса навесных самонесущих железобетонных стеновых панелей.
Внецентренная нагрузка на сжатые железобетонные конструктивные элементы каркаса может быть также следствием проявлений случайных эксцентриситетов, вызванных неточной установкой сборных элементов в проектное положение или неоднородностью бетонной смеси, укладываемой в конструкцию монолитной железобетонной колонны.
На Рисунке 5 приведены основные расчетные схемы определения параметров напряженно-деформированного состояния внецентренно-сжатых конструктивных элементов прямоугольной формы поперечного сечения [1,11].
Вариант 1 (см. Рисунок 5а) — приведена проектная ситуация с использованием внецентренно сжатой колонны (прямоугольного сечения) и продольной (сжимающей) нагрузкой N которая приложена к рассматриваемому несущему элементу со значительным эксцентриситетом ео. При этом конструктивное решение (для случая значительной величины эксцентриситета) не предусматривает применения избыточного армирования сечения растянутой арматурой. Предельное состояние характеризуется достижением растянутой рабочей арматурой предела текучести стали.
Вариант 2 (см. Рисунок 5б) — приведена проектная ситуация с использованием внецентренно сжатой колонны (прямоугольного сечения) и продольной (сжимающей) нагрузкой N которая приложена к рассматриваемому несущему элементу с незначительным эксцентриситетом ео. При этом конструктивное решение (для случая незначительной величины эксцентриситета) допускает применение избыточного армирования сечения растянутой арматурой. Предельное состояние характеризуется разрушением бетона сжатой зоны сечения, без образования и развития участков растяжения. \
Вариант 3 (см. Рисунок 5в) — приведена проектная ситуация с использованием внецентренно сжатой колонны (прямоугольного сечения) и продольной (сжимающей) нагрузкой N которая приложена к с незначительным эксцентриситетом ео. При этом конструктивное решение (для случая малой величины эксцентриситета) допускает применение избыточного армирования сечения растянутой арматурой. Предельное состояние характеризуется разрушением бетона сжатой зоны сечения, с одновременным образованием и развитием участков растяжения, а растянутая или менее сжатая арматура в достигнутом предельном состоянии остаётся недоиспользованной. Таким образом, можно отметить, что прочность внецентренно сжатого конструктивного элемента для случаев больших эксцентриситетов является зависимой от состояния растянутой рабочей арматуры, а для случаев малых эксцентриситетов — от прочности бетона на сжатие.
Приведем характеристику математических моделей напряженного-деформированного состояния сжатых железобетонных конструкций. Формирование большинства математических (аналитических, расчетных) моделей, ориентированных на определение параметров напряженно-деформированного состояния сжатых железобетонных конструкций, основывается на процедуре
анализа закономерностей деформирования бетона. Предполагается, что все необходимые для составления расчетной модели данные могут быть получены из анализа зависимости между параметрами напряжения а и относительной деформации £ (диаграммы деформирования) [8,9,12,13].
Например, международной организаций ЕКБ-ФИБ (The International Federation for Structural Concrete), при выполнении нелинейных расчетов железобетонных конструкций в качестве полной диаграммы бетона (устанавливающей зависимость между напряжениями и деформациями), принимается диаграмма состояния бетона с ниспадающей ветвью (Рисунок 6, [14]).
Рисунок 6 — Диаграмма нелинейного деформирования бетона
Основными параметрами рассматриваемой модели сжатой железобетонной колонны являются показатели диаграммы деформирования бетона и арматуры, которые позволяют осуществить комплексную (системную) оценку изменения механических, прочностных и дефор-мативных свойств бетона и арматуры —для различных их видов.
На Рисунке 7 представлены возможные варианты распределения напряжений по высоте железобетонного, внецентренно сжатого конструктивного элемента:
— на Рисунке 7а представлена расчетная схема, когда по всей высоте железобетонного, внецентренно сжатого конструктивного элемента возникают исключительно сжимающие усилия, а растянутая зона полностью отсутствует;
— на Рисунке 7б представлена расчетная схема, когда по высоте железобетонного, внецентренно сжатого конструктивного элемента возникают, как сжимающие, так и растягивающие усилия;
— на Рисунке 7в представлена расчетная схема, когда по высоте железобетонного, внецентренно сжатого конструктивного элемента имеются участки с растягивающими усилиями.
Первый из рассмотренных вариантов (см. Рисунок 7а) распределения напряжений характерен для анализа центрально нагруженных железобетонных колонн или внецентренно нагруженных несущих элементов с малыми значениями эксцентриситета ео и/или небольшими значениями гибкости Л.
X X
о
го А с.
X
го m
о
м о м о
о
CS
о
CS
cri
О Ш
m
X
<
m о x
X
е-
Рисунок 7 — Варианты распределения напряжений по высоте (длине) сжатого несущего элемента
Второй из рассмотренных вариантов (см. Рисунок 7б) распределения напряжений характерен для анализа внецентренно нагруженных несущих элементов с большими значениями эксцентриситета eQ. В растянутых
зонах возможно проявление и развитие трещин. В случае возникновения и роста трещин требуется дополнительная проверка несущей способности внецентренно сжатого элемента по прогибам.
Третий из рассмотренных вариантов (см. Рисунок 7в) распределения напряжений характерен для анализа внецентренно нагруженных несущих элементов, у которых эксцентриситет приложения внешнего продольного усилия расположен в крайней точке ядра приведенного поперечного сечения сжатого конструктивного элемента или весьма близко к ней со стороны центра тяжести.
Таким образом, при определении параметров напряженно-деформированного состояния сжатой железобетонной колонны необходим обязательный учет изменения прогиба по высоте рассматриваемого конструктивного элемента. Предложенный в работе аналитический материал может быть использован при разработке методических рекомендаций по повышению несущей способности для внецентренно сжатых железобетонных колонн многоэтажных каркасных зданий.
Литература
1. Алимов Л.А. Развитие теории и совершенствование технологии бетона на основе его структурно-технологических характеристик: диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук: 05.23.05 / Алимов Лев Алексеевич. — М.: 1982. — 429 с.
2. Микульский В.Г. и другие. Строительные материалы. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учебник для вузов. — М.: Издательство АСВ. 2011. — 519 с.
3. СП 63.13330.2018. Бетонные и железобетонные конструкции. СНиП 52-01-2003. Актуализированная редакция. — М.: Министерство регионального развития Российской Федерации. 2012. — 168 с.
4. EN 1992-1-1:2004. Eurocode 2. Design of concrete structures. Part 1-1: General rules and rules for buildings. — Brussels: EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION. 2004. — 229 p.
5. ГОСТ 18979-2014 Колонны железобетонные для многоэтажных зданий. Технические условия — ИУС 82015 — М.: Стандартинформ, 2015 — 45 с.
6. Кодыш Э.Н., Трекин Н.Н., Никитин И.К. Проектирование многоэтажных зданий с железобетонным каркасом. Монография. — М.: Издательство Ассоциации строительных вузов. 2009. — 352 с.
7. Веретенников В.И., Бармотин А.А. О влиянии размеров и формы сечения элементов на диаграмму деформирования бетона при внецентренном сжатии // Бетон и железобетон. — 2000. — №5. — С.27-30.
8. Залесов А.С., Чистяков Е.А., Ларичева И.Ю. Деформационная расчетная модель железобетонных элементов при воздействии изгибающих моментов и продольных сил // Бетон и железобетон. — 1996. — №5. — С.16-18.
9. Маилян Д.Р. Влияние армирования и эксцентриситета сжимающего усилия на деформативность бетона и характер диаграммы сжатия: В книге: Вопросы прочности, деформативности и трещинностойкости железобетона. — Ростов на Дону: РИСИ. 1979. — С.70-82.
10. Frederick Rings. Reinforced Concrete, Theory and Practice (Classic Reprint). — London: Forgotten Books. 2017. — 248 р.
11. Краснощеков Ю.В. Научные основы исследований взаимодействия элементов железобетонных конструкций: диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук: 05.23.01 / Краснощеков Юрий Васильевич. — Омск: 2001. — 342 с.
12. Мурашкин Г.В. Моделирование диаграммы деформирования бетона и схемы напряженно-деформированного состояния. // Известия Вузов. Строительство. — 1997. — №10. — С.4-6.
13. Чистяков Е.А. Основы теории, методы расчета и экспериментальные исследования несущей способности сжатых железобетонных элементов при статическом нагружении: диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук: 05. 23.01 / Чистяков Евгений Андреевич. — М.: 1988. — 638 с.
14. The International Federation for Structural Concrete. [электронный ресурс]. — http://www.fib-international.org/ (дата обращения 21.09.2020).
15. СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» — Актуализированной редакции СНиП 52-01-2003
Research of the stressed-deformed condition reinforced
concrete columns in frame multileval buildings Cheburkova S.N., Roshhina S.I.
Vladimir State University
In this article are considered the questions, which related the analysis to taking into account peculiarities determining parameters of the stress-strain state at compressed load-bearing elements in frame buildings. The functional efficiency at compressed frame columns directly depends on the initially established (projected) indicators the carrying capacity, technology and quality of the relevant construction processes. The formation of eccentricities and deviations at the axes in cross-section for the framework columns are a consequence at the insufficient quality design solutions (according to the possible manifestation at the phenomena under consideration) and / or the production in construction works. Accounting for eccentricities and axis deviations requires the development a special algorithm for examining the actual parameters in stressstrain state and the development a set of measures necessary to improve the bearing capacity in columns of a high-rise building framework. The analytical material proposed in this work can be used in the development of guidelines for increasing the bearing capacity for eccentrically compressed reinforced concrete columns in multi-stored frame buildings. Key words: reinforced concrete columns, multi-stored frame buildings, compressed bearing elements, concrete properties, load application eccentricity, parameters of stress-strain state, design solutions, reinforcement of the column cross-section.
References
1. Alimov L.A. Development of the theory and improvement of
concrete technology based on its structural and technological characteristics: dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences: 05.23.05 / Alimov Lev Alekseevich. — M .: 1982 .- 429 p.
2. Mikulsky V.G. and others. Construction Materials. Materials Science. Technology of structural materials: a textbook for universities. — M .: Publishing house ACB. 2011 .-519 p.
3. SP 63.13330.2018. Concrete and reinforced concrete structures.
SNiP 52-01-2003. Updated edition. — M .: Ministry of Regional Development of the Russian Federation. 2012 .— 168 p.
4. EN 1992-1-1:2004. Eurocode 2. Design of concrete structures.
Part 1-1: General rules and rules for buildings. — Brussels: EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION. 2004.
— 229 p.
5. GOST 18979-2014 Reinforced concrete columns for multi-storey
buildings. Technical Specifications — IUS 8-2015 — M .: Standartinform, 2015 — 45 p.
6. Kodysh E.N., Trekin N.N., Nikitin I.K. Design of multi-storey buildings with a reinforced concrete frame. Monograph. — M .: Publishing house of the Association of building universities. 2009 .— 352 p.
7. Veretennikov V.I., Barmotin A.A. About the influence of the size
and shape of the elements section on the diagram of deformation of concrete with eccentric compression // Concrete and reinforced concrete. — 2000. — No. 5. — P.27-30.
8. Zalesov A.S., Chistyakov E.A., Laricheva I.Yu. Deformation
model analysis of reinforced concrete elements under the influence of bending moments and longitudinal forces // Concrete and reinforced concrete. — 1996. — No. 5. — pp. 16-18.
9. Mayilyan D.R. The influence of reinforcement and eccentricity of
the compressive force on the deformability of concrete and the nature of the compression diagram: In the book: Questions of strength, deformability and crack resistance of reinforced concrete. — Rostov on Don: RISS. 1979 .— P. 70-82.
10. . Frederick Rings. Reinforced Concrete, Theory and Practice (Classic Reprint). — London: Forgotten Books. 2017. — 248 p.
11. Krasnoshchekov Yu.V. Scientific bases of research of interaction of elements of reinforced concrete structures: dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences: 05.23.01 / Krasnoshchekov Yuri Vasilievich. — Omsk: 2001 .-342 p.
12. G.V. Murashkin Simulation of the concrete deformation diagram and the stress-strain state diagram. // Izvestiya Vuzov. Building.
— 1997. — No. 10. — P.4-6.
13. Chistyakov E.A. Fundamentals of the theory, calculation methods and experimental studies of the bearing capacity of compressed reinforced concrete elements under static loading: dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences: 05. 23.01 / Chistyakov Evgeny Andreevich. — M .: 1988 .— 638 p.
14. The International Federation for Structural Concrete. [electronic resource]. — http://www.fib-international.org/ (treatment date 21.09.2020).
15. SP 63.13330.2018 «Concrete and reinforced concrete structures. Basic provisions» — Updated edition of SNiP 52-012003.
X X О го А С.
X
го m
о
м о м о
Колонны железобетонные в Санкт Петербурге
Колонны железобетонные разделяются на два основных вида в зависимости от конструкции и способа установки: колонны-сваи и стойки. Колонна-свая отличается тем, что забивается в грунт на определенную глубину, при этом верхняя часть ее может использоваться как опорный элемент. Стойка же устанавливает на предварительно подготовленный опорный фундамент.
К арматуре при производстве железобетонных колонн предъявляют повышенные требования, а именно наличие высоких прочностных и пластических механических свойств, обеспечение жесткого и прочного сцепления с бетоном.
Данный вид ЖБИ используется для формирования несущего каркаса строящегося объекта.
Колонны железобетонные используются в качестве опорных элементов при возведении различных конструкций. Они применяются при изготовлении каркасов зданий наряду с ригелями, прогонами и другими элементами. Сваривая закладные детали, железобетонные колонны соединяют между собой с ригелями и прогонами.
Железобетонные колонны под параболические лотки подразделяют на два типа:
СК — свая-колонна;
К — стойка-колонна, заделываемая в фундамент стаканного типа.
Марки колонн под лотки обозначаются в соответствии с ГОСТ 23009-78. в зависимости от длины опирающихся на них лотков железобетонные колонны подразделяют по несущей способности на две группы:
1 — колонны под лотки длиной 6 м;
2 — колонны под лотки длиной 8 м.
Пример условного обозначения железобетонные колонны типа СК, длиной 4000 мм, шириной 200 мм и шириной наголовника 450 мм, 1-й по несущей способности (под лотки длиной 6 м): СК 40.2.5-1 ГОСТ 23899-79
Железобетонные колонны изготовляются из армированного бетона. Требования ко всем бетонным смесям следующие: должны легко перемешиваться, транспортироваться, укладываться, иметь определенную скорость твердения, расход цемента и стоимость бетона должны быть минимальными.
ООО «Инжикон Проект» поставляет железобетонные колонны для двухъярусных эстакад. По высоте они могут быть 5,7м, 6,3м, 6,9м и 7,5м. Также в наличии железобетонные колонны для многоэтажных и одноэтажных производственных зданий, железобетонные колонны для одноярусных эстакад, железобетонные колонны для силосных сооружений, железобетонные колонны для отдельно стоящих опор под технологические опоры и другие.
К арматуре, применяемой в железобетонных колоннах, применяются весьма жесткие требования: высокие прочностные и пластические механические свойства; прочность и жесткость сцепления с бетоном; хорошая свариваемость; низкая распорность в бетоне; усталостная прочность и коррозионная стойкость.
ГОСТы и СНиПы —
БАЗОВЫЕ НОРМАТИВЫ
ЗЕМЛЯНЫЕ РАБОТЫ
Индекс документа | Название документа | Аннотация |
---|---|---|
ГОСТ 24846-81 | Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений | Методика оценки деформационных изменений в грунтах под различными фундаментами. Описание основных процессов, рекомендации по минимизации деформации. |
СНиП 3.02. 01-87 | Земляные сооружения, основания и фундаменты | Основы возведения грунтовых фундаментов, а также методика выполнения земляных работ при обустройстве капительных оснований монолитного, сборного или свайного типа. |
СНиП IV-14-84 Сборник 2-1 | Сборники укрупненных сметных норм и расценок. Конструкции и виды работ жилищно-гражданского строительства. Земляные работы | Рекомендации по расчету сметной стоимости различных земляных работ. |
МОНОЛИТНЫЕ ОСНОВАНИЯ
СБОРНЫЕ ОСНОВАНИЯ
Индекс документа | Название документа | Аннотация |
---|---|---|
ГОСТ 13015-2003 | Изделия железобетонные и бетонные для строительства. Общие технические требования. Правила приемки, маркировки, транспортирования и хранения | Бетонные и железобетонные блоки, которые применяются в том числе и для закладки фундаментов. Номенклатура, характеристики, особенности использования. |
ГОСТ 13580-85 | Плиты железобетонные ленточных фундаментов. Технические условия | Описание железобетонных плит, которые применяют для возведения ленточных оснований сборного типа. Размеры и технологические параметры изделий. |
ГОСТ 13579-78 | Блоки бетонные для стен подвалов. Технические условия | То же – для бетонных блоков, из которых производится кладка фундаментов, подвальных и цокольных этажей. |
ГОСТ 530-2007 | Кирпич и камень керамические. Общие технические условия | То же — для полнотелого кирпича. |
ГОСТ 28737-90 | Балки фундаментные железобетонные для стен зданий промышленных и сельскохозяйственных предприятий. Технические условия | Описание железобетонных балок, используемых в строительстве в качестве элементов фундамента и стеновых ограждений. Размеры, типология, основные характеристики. |
ГОСТ 12767-94 | Плиты перекрытий железобетонные сплошные для крупнопанельных зданий. Общие технические условия. | Характеристики основного сырья для возведения плитных фундаментов. |
ГОСТ 18979-90 | Колонны железобетонные для многоэтажных зданий. Технические условия | Габариты, характеристики и технология возведения колонн как опорных элементов зданий различного типа. |
ГОСТ 24476-80 | Фундаменты железобетонные сборные под колонны каркаса межвидового применения для многоэтажных зданий. Технические условия | Конструкция сборных оснований из железобетонных блоков, которые используются в качестве фундамента для колонн в зданиях жилого, общественного и производственного назначения. |
ГОСТ 24022-80 | Фундаменты железобетонные сборные под колонны сельскохозяйственных зданий. Технические условия | То же –в сельскохозяйственных строениях. |
СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ
Индекс документа | Название документа | Аннотация |
---|---|---|
СНиП 2.02.03-85 | Свайные фундаменты | Основной документ, регламентирующий конструкцию и технологию обустройства фундаментов свайного типа. |
ГОСТ 19804-91 | Сваи железобетонные. Технические условия | Габариты, характеристики и назначения свай из железобетона. |
ГОСТ Р 50906-96 | Оборудование сваебойное. Общие требования безопасности | Описание принципов работы и требований охраны труда для оборудования, выполняющего погружение свай забивным методом. |
ГОСТ 19804.2-79 | Сваи забивные железобетонные цельные сплошного квадратного сечения с поперечным армированием ствола с напрягаемой арматурой. Конструкция и размеры | Технические характеристики забивных свай из железобетона. Основные размеры, назначение, способы заглубления, критерии качества, методика расчета несущей способности. |
ГОСТ 19804.4-78 | Сваи забивные железобетонные квадратного сечения без поперечного армирования ствола. Конструкция и размеры | То же – для изделий без поперченного армирования. |
ГОСТ 19804.6-83 | Сваи полые круглого сечения и сваи-оболочки железобетонные составные с ненапрягаемой арматурой. Конструкция и размеры | То же – для полых свай круглого сечения, а также для оболочечных конструкций, которые при монтаже заполняются цементным раствором или бетоном. |
ГОСТ 19804.7-83 | Сваи-колонны железобетонные двухконсольные для сельскохозяйственных зданий. Конструкция и размеры | То же — для свай колонного типа с двумя распределительными площадками-консолями. Использование изделий в сельском хозяйстве при возведении капительных конструкций. |
ТР 132-03 | Технические рекомендации по устройству фундаментов способом статического вдавливания свай для жилых и общественных зданий | Особенности заглубления свай методом вдавливания при постройке жилых и общественных зданий. |
ТР 100-99 | Технические рекомендации по устройству фундаментов из буронабивных свай в условиях существующей застройки | Способ обустройства свайного фундамента буронабивного типа при возведении зданий, расположенных между другими домами. Подбор параметров фундамента, минимизация риска разрушения соседних сооружений. |
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ
Индекс документа | Название документа | Аннотация |
---|---|---|
СНиП 3.04.01-87 | Изоляционные и отделочные покрытия | Материалы, используемые для гидроизоляции и теплоизоляции подземных частей фундамента. |
ГОСТ 9.602-89 | Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии | Методика защиты капитальных оснований от разрушения при контакте с почвенными растворами и влагой. |
СНиП 2.03.11-85 | Защита строительных конструкций от коррозии | Общая информация о защите оснований и других элементов здания от водной, химической и электрохимической коррозии. |
Многоэтажные дома | SpringerLink
- Иоаннис Вайас
- Джон Эрмопулос
- Джордж Иоаннидис
Глава
Первый онлайн:
Часть
Springer Tracts в гражданском строительстве
серия книг (SPRTRCIENG)
Abstract
В этой главе представлены конструктивные элементы стальных многоэтажных зданий, такие как колонны, основные и второстепенные балки или бетонные плиты.Для этих элементов показаны различные типы поперечного сечения, как из чистой стали, так и из композитного железобетона, и даны комментарии к альтернативным вариантам, в которых представлены преимущества и характеристики каждого из них. Информация включена в отношении требований к пригодности к эксплуатации, поведения в условиях пожара и методов строительства.
Далее следует представление различных структурных систем, которые обеспечивают общую поперечную устойчивость зданий, таких как сопротивляющиеся моменту каркасы (MRF), концентрические (CBF) или эксцентрические (EBF) системы жесткости, поперечные стены различных типов или комбинации вышесказанное, в сочетании с диафрагменным действием плит перекрытия и жесткостью соединений и стыков (простые, жесткие или полужесткие стыки). Это позволяет проектировщику получить достаточную информацию для выбора для каждого конкретного случая здания соответствующей структурной конфигурации для всей конструкции и для ее частей, таких как форма и тип поперечного сечения отдельных структурных элементов и соединений. и суставы.
Глава завершается изложением положений EN 1998 (Еврокод 8) для зданий, построенных в сейсмических регионах. Эти правила специфичны для каждого типа системы, обеспечивающей общую поперечную устойчивость конструкции (MRF, CBF, EBF и т. Д.) и представлены в отдельных разделах. Сейсмические правила связаны с требуемой жесткостью и прочностью, иерархией текучести, известной как проектная мощность, а также с ограничением повреждения неструктурных элементов здания в случае частых землетрясений, более слабых, чем проектные. Вышеуказанные сейсмические правила следует рассматривать в сочетании с соответствующими правилами, представленными в соответствующем разделе главы 6.
Это предварительный просмотр содержимого подписки,
войдите в
для проверки доступа.
Предварительный просмотр
Невозможно отобразить предварительный просмотр. Скачать превью PDF.
Ссылки
[7.1] EN 1994-1-1 (2004) Еврокод 4: Проектирование композитных стальных и бетонных конструкций — Часть 1-1: Общие правила и правила для зданий. CEN.
Google Scholar
[7.2] EN 1994-1-2 (2004) Еврокод 4: Проектирование композитных стальных и бетонных конструкций — Часть 1-2: Общие правила — Конструктивное противопожарное проектирование. CEN.
Google Scholar
[7.3] EN 1991-1-2 (2002) Еврокод 1: Воздействия на конструкции — Общие воздействия — Воздействия на конструкции, подверженные воздействию огня. CEN.
Google Scholar
[7.4] Wood R (1974) Эффективная длина колонн в многоэтажных зданиях. Структурная инженерия 52: 235–246.
Google Scholar
[7.5] EN 1993-1-1 (2005) Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций — Часть 1-1: Общие правила и правила для зданий. CEN.
Google Scholar
[7.6] Raftoyiannis I, Ioannidis G (2006) Прогиб зубчатых двутавровых балок при поперечной нагрузке.Стальные конструкции 6: 31–36.
Google Scholar
[7.7] EN 1993-1-13 (в стадии разработки) Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций — Часть 1-13: Стальные балки с большими отверстиями в стенках. CEN.
Google Scholar
[7.8] ISO 14555 (2017) Дуговая сварка металлических материалов. ISO.
Google Scholar
[7.9] ISO 13918 (2017) Сварные шпильки и керамические наконечники для дуговой приварки шпилек. ISO.
Google Scholar
[7.10] EN 729-3 (1995) Требования к качеству сварки — Сварка плавлением металлических материалов — Часть 3: Стандартные требования к качеству.CEN.
Google Scholar
[7.11] EN 1418 (1997) Сварочный персонал — Аттестационные испытания сварщиков для сварки плавлением и установщиков контактной сварки для полностью механизированной и автоматической сварки металлических материалов. CEN.
Google Scholar
[7.12] EN 719 (1995) Координация сварки — задачи и обязанности. CEN.
Google Scholar
[7.13] EN 1993-1-3 Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций — Часть 1-3: Общие правила — Дополнительные правила для холодногнутых тонких элементов и листов.CEN
Google Scholar
[7.14] EN ISO 14713 (1999) Защита от коррозии железа и стали в конструкциях — цинковые и алюминиевые покрытия — Рекомендации. ISO.
Google Scholar
[7.15] Бруно М., Уанг С.-М., Уиттакер А. (1998) Дактильное проектирование стальных конструкций. Макгроу Хилл, Нью-Йорк.
Google Scholar
[7.16] FEMA (2000) Рекомендуемые критерии сейсмического проектирования для новых зданий со стальным каркасом. Вашингтон, США.
Google Scholar
[7.17] EN 1998-3 (2005) Проектирование сейсмостойких конструкций — Часть 3: Оценка и модернизация зданий. CEN.
Google Scholar
[7. 18] Куробейн Ю., Пакер Дж., Уордениер Дж., Йоманс Н. (2004) Руководство по проектированию соединений колонн с полыми секциями. TUV Verlag GmbH, Кельн.
Google Scholar
[7.19] Вайяс И., редактор (2017) Инновационные антисейсмические устройства и системы. ECCS.
Google Scholar
[7.20] Ваяс И., Танопулос П. (2005) Инновационные диссипативные штыревые соединения (INERD) для сейсмостойких скрепленных рам.Международный журнал стальных конструкций 5/5: 453–463.
Google Scholar
[7.21] Karydakis P, Ioannidis G, Vayas I (2008) Инновационная система жесткости и рассеивания энергии (INSTED) для многоэтажных стальных зданий сейсмической конструкции. Труды пятой Европейской конференции (EUROSTEEL) по стальным и композитным конструкциям, 3-5 сентября 2008 г., Грац, Австрия, Том B, с. 1383.
Google Scholar
[7.22] Dimakoyanni D, Douga G, Vayas I (2015) Сейсмическое поведение кадров с инновационными системами рассеивания энергии (FUSEIS 1-2).Инженерные сооружения 90: 83–95.
CrossRefGoogle Scholar
[7.23] Иоан А., Стратан А., Дубина Д. и др. (2016) Экспериментальная проверка способности центрировать эксцентрично скрепленные рамки со съемными звеньями. Инженерные сооружения 113: 335–346.
Google Scholar
[7.24] Бракони А., Морелли Ф., Сальваторе В. (2012) Разработка, проектирование и экспериментальная проверка стального самоцентрирующегося устройства (SSCD) для сейсмической защиты зданий. Землетрясение 10: 1915–1941.
Google Scholar
[7.25] EN 1998-1 (2004) Еврокод 8: Положения по проектированию сейсмостойкости конструкций — Часть 1-1: Общие правила — Сейсмические воздействия и правила для зданий. CEN.
Google Scholar
[7.26] Маццолани Ф., Пилусо В. (1996) Теория и дизайн сейсмостойких стальных каркасов. E&FN Spon.
Google Scholar
Информация об авторских правах
© Springer Nature Switzerland AG 2019
Авторы и аффилированные лица
- org/Organization»> 1.Гражданское строительствоНациональный технический университет АфинАфиныГреция
- 2. Афинский национальный технический университетАфиныГреция
(PDF) Влияние размеров этажей и колонн на точность метода площади притока
Journal of Engineering Science and Technology Review 7 (1) (2014) 60-64
Исследовательская статья
Влияние количества этажей и размеров колонн на точность
Метод площади притока
Имад Аль-Касем1, Махмуд Двайкат1 и Моханад Абдулвахид2
1 Департамент гражданского строительства, Ан- Национальный университет Наджи, Палестина
2 Кафедра гражданского строительства, Университет Койя, Курдистан, Ирак
Поступила 25 ноября 2013 г .; Принята к печати 19 марта 2014 г.
___________________________________________________________________________________________
Аннотация
В последние годы использование компьютерных технологий в инженерных приложениях стало необратимой тенденцией.Это
достигается за счет использования компьютера в качестве устройства для моделирования, анализа и проектирования. Исследование в основном было сосредоточено на
точности метода площади притока для оценки нагрузки по сравнению с методом конечных элементов по SAP2000,
с учетом влияния общей высоты здания (то есть количества этажей) от 1 до 10 и размеров колонн. (т.е. жесткость
) от 20 × 20 см до 70 × 70 см. Согласно анализу полученных данных, мы можем видеть, что ошибка в нагрузке
, вычисленной с помощью аппроксимации подчиненной площади, становится относительно большей по мере увеличения количества этажей, особенно
для расчетов поперечной нагрузки, и жесткости колонн. увеличивается, прогнозы с использованием метода подчиненной области
улучшаются как для осевых, так и для поперечных сил в колоннах.
Ключевые слова: метод приточных участков, анализ конечных элементов, жесткость, многоэтажное здание, осевая нагрузка
___________________________________________________________________________________________
1. Введение
На этапе концептуального проектирования инженеры-строители используют метод приточных участков
для необходимых расчетов нагрузки
для начального подбора элементов конструкции. Правильное использование
размеров и пропорций конструктивных элементов
помогает повысить эффективность процесса проектирования
.Кроме того, многие инженеры используют этот метод как простую перекрестную проверку
на достоверность результатов, полученных на численных моделях
(например, трехмерная конечно-элементная модель здания
). Следовательно, важно исследовать уровень точности
для результатов, полученных таким простым методом.
Многие системы многоэтажных зданий состоят из железобетонной плиты
, опирающейся на железобетонную колонну
.Нагрузка на высотное здание отличается от нагрузки на
малоэтажных зданий тем, что она накапливается в гораздо более крупных конструктивных силах
, повышенном значении ветровой нагрузки
и большей значимости динамических эффектов
Большое количество этажей
в высотном здании может создавать нагрузки на колонны на порядок
выше, чем на поверхности малоэтажных зданий, но также
с большей интенсивностью на больших высотах и с большим плечевым рычагом
вокруг основание, чем на малоэтажном здании (
,
Раджеш и Винубхай, 2013 г.).
Метод площади притока — это один из методов, которые
используются для расчета сил, переносимых колоннами в зданиях
. Метод подчиненной площади больше подходит для кирпичных зданий
и более широко используется из-за его пригодности
для ручных расчетных проверок, а также дает
более крупные реакции в стенах и колоннах, которые заканчиваются на уровне переноса
(Пол 2006)
Многие исследователи исследовали поведение многоэтажного здания
под действием силы тяжести и боковых нагрузок.
(Kulkarni et al. 2013) исследовали поведение армированных бетонных каркасов
с 3-мя, 5-пролетными и 7-пролетными 9-этажными конструкциями
, подверженными гравитационным и сейсмическим нагрузкам с
различной инерции, с помощью программы STAAD pro.
Условная осевая сила, рассчитанная на вспомогательной площади
, близко приближается к истинной нагрузке в сегменте колонны
на более высоких уровнях для 3-пролетных 9-этажных конструкций и 2/3
высоты рамы снизу и больше на самом верхнем уровне
для 5-ти пролетных 9-ти этажных конструкций и сегмента колонны на уровне
1/3 высоты каркаса и уменьшается на самый верхний уровень для 7-ти пролетных 9-ти этажных конструкций
.
(Ахмед и Хан 2013) изучили возможности
для выполнения нелинейного анализа методом конечных элементов колонны RCC
под боковой нагрузкой с использованием программного пакета ANSYS. Только
нелинейные зависимости напряжения от деформации для бетона при сжатии
позволили достичь предельной нагрузки. Также было замечено, что
при увеличении размера колонки на 2 дюйма,
емкость увеличилась почти на 80 процентов.
(Ozgur and Lulec 2011) обсудили различные подходы к анализу
для оценки осевых нагрузок на колонны и
несущие стены в высотных зданиях. Результаты показывают, что метод притока
и модель конечных элементов одного этажа
игнорируют дифференциальное укорочение колонн и стен
, что привело к переоценке осевых нагрузок на колонны
и недооценке осевых нагрузок на стены.
Как обычная практика в процессе проектирования и для
экономических целей, столбцы классифицируются на основе
нагрузки, передаваемой на них. В многоэтажном здании колонны
на первом уровне подвергаются огромной нагрузке,
Расчет на землетрясение железобетонных зданий с использованием NSGA-II
В настоящем исследовании оптимальное сейсмическое проектирование железобетонных (RC) зданий получается. Для этой цели используются генетические алгоритмы (ГА) через метод NSGA-II (генетический алгоритм недоминируемой сортировки), таким образом устанавливается многокритериальная процедура с двумя целевыми функциями.Первая целевая функция — это контроль максимального межэтажного дрейфа, который является наиболее распространенным параметром, используемым в кодах сейсмического проектирования, а вторая — минимизация стоимости конструкции. С этой целью несколько зданий из ЖК спроектированы в соответствии со Строительным кодексом Мехико (MCBC). Предполагается, что конструкции состоят из прямоугольных и квадратных бетонных секций для балок, колонн и плит, которые представлены двоичной кодификацией. В заключение, в этом исследовании представлены полностью спроектированные ЖБИ, которые также могут быть использованы непосредственно в практике строительства и гражданского строительства с помощью генетических алгоритмов.Более того, генетические алгоритмы способны находить структуры, наиболее адекватные с точки зрения сейсмических характеристик и экономичности.
1. Введение
Научные достижения в области технологий и вычислительных ресурсов позволили в последние годы разработать новые процедуры оптимизации, такие как метод оптимизации генетических алгоритмов. Этот подход был первоначально обсужден и предложен Холландом, и он основан на теории естественного отбора, установленной Чарльзом Дарвином [1, 2].Основная характеристика ГА — выживание, адаптация, скрещивание и мутация видов во времени. У людей с лучшими адаптивными способностями больше шансов выжить и получить потомство. По этой причине сохраняется генетический код лучших особей, чтобы получить потомков с равными или лучшими адаптационными способностями, таким образом, виды эволюционируют.
Математически метод GA состоит в генерации начальной совокупности (обычно случайной) возможных решений, представленных двоичной кодификацией.Самые слабые или наиболее несоответствующие особи удаляются, а самые сильные выживают и воспроизводятся. Уровень адаптации каждого человека измеряется значением, присвоенным одной целевой функции [3]. Типичный генетический алгоритм использует три основных оператора: отбор, скрещивание и мутация: (i) Отбор индивидов: он основан на квалификации каждого индивида в соответствии с его адаптацией и определении того, какие из них выживают и переходят к следующему поколению. (Ii) Скрещивание : цель скрещивания — создание новых особей с обменом генетической информацией (обычно бинарной кодификацией) среди наиболее адаптированных, подобных тем, которые используются естественным организмом при половом размножении.(iii) Мутация: она используется для внесения случайных изменений в популяцию поколения. Мутация может быть полезной, поскольку позволяет внести разнообразие в популяцию.
После выполнения предыдущих шагов получается новое поколение, и процесс повторяется до достижения желаемого количества поколений. В настоящее время этот метод применяется во многих областях, и его результаты зависят, среди прочего, от сложности проблемы, количества возможных решений, численности населения.Комбинация ГА со структурным и сейсмическим проектированием может создать инструмент для улучшения обычного структурного проектирования; необходимое вычислительное время для получения удовлетворительных результатов невелико даже без предварительно разработанных элементов опытным проектировщиком. С помощью этого инструмента можно получить оптимальные решения, удовлетворяющие критериям прочности и смещения конструкции при гравитационных и случайных нагрузках. GA широко используются в строительстве и строительстве. Например, генетические алгоритмы применялись при отборе записей для сейсмического анализа конструкций [4].Проектирование стальных конструкций было выполнено от ферм [5–8], пространственной башни с 25 балками [9] до оптимальной конструкции стальных каркасов путем их сравнения с традиционной конструкцией [10–14]. Для железобетонных конструкций существует большее количество возможных решений по сравнению со стальными зданиями из-за разного количества арматурной стали в секциях. В этом случае большинство разработанных исследований сосредоточено на конструкции балок [15–17], а некоторые — на конструкции рам [18]. Этот метод также применяется для конструкций из композитных балок [19] и многоэтажных железобетонных композитных зданий [20].Большинство исследований, направленных на проектирование RC-структур, основаны на оптимизации единственной целевой функции; однако большинство реальных проблем преследуют несколько целей, которые должны быть выполнены. Например, здание, подвергающееся землетрясению, должно соответствовать требованиям по сопротивлению и смещению. Таким образом, необходимо использовать многокритериальные алгоритмы, как в случае SPEA2, MOMGA-II, PAES, NSGA-II и других. Келесоглу [21] предложил метод проектирования пространственных ферм, позволяющий минимизировать вес и смещения конструкций.Барраза [22] разработал стальные рамы с использованием методов NSGA-II и PSO, которые стремились минимизировать вес и использовать функцию дрейфа для достижения оптимальных результатов. В железобетонных каркасах большая часть исследований проводилась для 2D-моделей или только для таких элементов, как конструкция балок, в некоторых случаях стремясь минимизировать стоимость и максимальное смещение [23] или минимизировать затраты на ремонт или замену конструктивных элементов. члены [24]. Цель данного исследования — проиллюстрировать применение GA для многокритериального проектирования трехмерных зданий с железобетонным каркасом при землетрясениях, полученных статическим методом в соответствии со Строительными нормами Мехико.Важно отметить, что, основываясь на обзоре литературы авторов, нет исследований, направленных на создание полностью спроектированных ЖБИ, которые также могут быть использованы непосредственно в практике строительства и гражданского строительства с помощью ГА.
В настоящей работе используется подход NSGA-II с учетом двух целевых функций: структурной стоимости и максимального межэтажного дрейфа (MID), помимо переменных ограничений, которые помогают быстро получить конструктивно жизнеспособные результаты. Для настоящего исследования базы данных 2048 колонн, 2048 балок и 1024 плит были сделаны с их стоимостью и прочностью с помощью MCBC.Поперечные сечения представлены двоичной кодификацией из 11 бит для лучей и колонн и 10 бит для плит для имитации генетической информации людей (главы 3 и 5). В следующей главе дается краткое описание метода NSGA-II.
2. Генетический алгоритм недоминируемой сортировки (NSGA-II)
Метод NSGA-II, предложенный Deb et al. [3], а также Деб и Гулати [5] используется в этом исследовании для многокритериальной оптимизации проектирования трехмерных конструкционных бетонных зданий при сейсмических силах.Основная идея подхода NSGA-II состоит в том, чтобы найти набор решений, которые подходят для различных целей, и получить несколько удовлетворительных решений [25]. Например, предположим, что необходимо минимизировать все целевые функции в многокритериальной задаче. На рис. 1 показаны все возможные решения задачи оптимизации; обратите внимание, что недоминируемые решения соответствуют тем, которые не хуже других решений, учитывая все цели, или если решения лучше других, по крайней мере, по одной целевой функции, и эти решения представляют собой границу Парето или оптимальные решения Парето (POS) .В целом, NSGA-II реализуется с помощью эффективного метода сортировки, основанного на индивидуальном ранжировании путем недоминирующей сортировки и сортировки на большом расстоянии, которая оценивает плотность популяции решений одного и того же ранга. Типичные шаги подхода NSGA-II следующие: (1) Начальная родительская популяция P0 генерируется случайным образом, а недоминируемая сортировка реализуется на P0, где каждый человек ранжируется на основе отношения доминирования в объективном пространстве (2). ) Индивидуумы в пределах каждого ранга снова сортируются на основе расстояния скопления людей, на котором оценивается плотность населения.Для получения дополнительной информации о переполненном расстоянии см. [5]. (3) Индивидуумы, выбранные в результате выбора турнира, сохраняются в промежуточном пуле для спаривания, который имеет высокую вероятность появления более ранжированных и менее загруженных решений. (4) При спаривании пул, генетические операции, такие как кроссовер и мутация, генерируют дочерние популяции Qt, где нижний индекс » t » обозначает количество поколений. (5) Интегрированная популяция Rt создается путем объединения Pt и Qt, а значения приспособленности присваиваются всем индивидуумам. с помощью недоминируемой сортировки и сортировки на большом расстоянии.(6) Наконец, люди с лучшей приспособленностью отбираются элитарной сортировкой, и они становятся родителями индивидуума Pt + 1. (7) Шаги 2–6 повторяются (пока t
Важно сказать, что с помощью этих правил отбора алгоритм работает только с лучшими людьми, которые были созданы, и обещает получить наилучшие возможные решения.В этом исследовании двумя целевыми функциями являются стоимость и максимальный дрейф между этажами. Для этого предположения необходимо определить внешние условия, к которым оцениваются индивиды, рассчитать уровень их адаптации и классифицировать их по недоминируемости. Эти условия меняются в зависимости от индивидуальных свойств и достигаются, как указано в следующей главе.
3. Параметры проектирования и база данных для элементов RC
Несмотря на то, что несколько исследований были направлены на получение оптимального дизайна с помощью генетических алгоритмов, как это обсуждалось ранее, в большинстве из них используются стальные конструкции (особенно фермы) и снижается только максимальное смещение и общий вес без учета того, можно ли построить окончательную систему или проект в реальном мире (конструктивная осуществимость).Более того, обычно исследования выбирают определенные нагрузки. Таким образом, существует огромный пробел в получении сейсмостойких конструкций, спроектированных с помощью ГА. Чтобы обеспечить безопасность зданий при землетрясениях с помощью генетических алгоритмов, в данном исследовании спроектированы три RC-конструкции с учетом всех проектных параметров, предложенных MCBC. Например, безопасность конструкции должна быть проверена на предмет воздействия комбинаций постоянных, переменных и случайных воздействий с учетом следующих уравнений: где, и — постоянные, активные и сейсмические нагрузки, соответственно.
Для расчета сейсмических нагрузок MCBC предполагает, что эффект землетрясения в конструкции должен быть получен путем моделирования горизонтальных сил, действующих на каждую из точек, где предполагается сосредоточить массу на каждом этаже. Сейсмические силы складываются с учетом двух горизонтальных направлений землетрясения, таким образом, структура анализируется с учетом 100 процентов и 30 процентов двух ортогональных направлений. Уравнение (2) используется в настоящем исследовании для оценки расчетных сейсмических сил вдоль выбранных зданий ЖБИ.где — горизонтальная сила, действующая на этаж, — коэффициент сейсмичности, — вес уровня, умноженный на его высоту, — коэффициент сейсмического поведения или пластичность, — сумма весов всех этажей и является суммой веса, умноженные на их высоту всех историй.
В большинстве сейсмических кодексов используется концепция проектного спектра, определяемая делением спектра упругой реакции на коэффициент уменьшения или поведения Q . Значение Q зависит от параметров, которые напрямую влияют на способность конструкции рассеивать энергию, а именно от пластичности, добавленного вязкого демпфирования, резервов прочности, связанных с ее избыточностью, и чрезмерной прочности отдельных элементов [26].В регулировании MCBC фактор поведения может принимать значения 1, 2, 3 или 4 для анализа упругости в соответствии с используемой конструктивной системой. Кадры, которые будут разработаны в этой работе, соответствуют коэффициенту поведения, равному 3.
Значения уравнений (3) — (5) получены из таблицы 1, где c — максимальное значение псевдоускорения. (Sa) расчетный спектр в единицах Sa / g, a 0 — начальное значение спектра, T a и T b — периоды характеристик, а r — показатель степени.
903 903 903 III III
|
Уравнения, используемые для расчета проектных спектров Sa:
Проектируемые здания расположены в районе озера в Мексике. Город соответствует зоне III b и представлен следующим спектром (Рисунок 2).
Важно отметить, что жилые дома состоят из таких конструктивных элементов, как плиты, балки и колонны.По этой причине была разработана большая база данных, в которой учитываются затраты на материалы и оплату труда каждого из них. Для представления генетической информации каждого раздела используется двоичный код. 1-битный код может представлять 2 раздела, поскольку он может иметь только 2 различных конфигурации: 0 или 1. Число индивидов, которые может представлять двоичный код, зависит от количества битов и получается выражением: 2 бита. . Если мы работаем с 10 битами, первая секция представлена, и всего может быть представлено 1024 (2 10 ) секций.
В случае бетона считается прочность на сжатие 250 кг / см 2 и предел текучести арматурной стали 4200 кг / см 2 . Основные характеристики балок, колонн и перекрытий, выбранных для создания базы данных, следующие:
Балки . Высота поперечных секций варьируется от 1,5 до 2,2 от основания с использованием кратного 5 см, начиная с основания 20 см. Гофрированные стержни с номерами от 3 до 8 используются с одинаковым распределением в нижней и верхней частях.Штанги № 2 и 3 используются как хомуты с разным расстоянием между ними. Всего рассмотрено 2048 разделов.
Колонны . Использовались квадратные колонны с поперечным сечением от 20 см до 95 см. Для армирования используются гофрированные стержни с номерами от 3 до 10, а площадь продольной арматуры варьируется от 1% до 4% от поперечного сечения. Штанга № 3 используется как хомут с разным расстоянием между ними. Всего используется 2048 секций.
Плиты . Предлагалась высота от 10 см до 25 см с различным усилением в верхней и нижней частях.Применяются гофрированные прутки № 3 и 4. Всего рассмотрено 1024 раздела.
Полная стоимость рамы получается путем умножения цены единицы каждого элемента конструкции на его объем.
4. Целевые функции
Целью настоящего исследования является сейсмический расчет железобетонных зданий с использованием многокритериального генетического алгоритма. Параметр, используемый для определения эксплуатационных качеств зданий, — это максимальный межэтажный снос. По этой причине в данном исследовании первая целевая функция направлена на проектирование кадров с MID, близким к пределу, допустимому, предусмотренному Кодексом Мексики, чтобы гарантировать адекватные сейсмические характеристики.В качестве второй задачи предлагается минимизировать общую стоимость объема материалов в каркасе. Предлагаемые математические выражения, которые вычисляют дрейф пика и целевые функции затрат, представлены где и являются целевыми функциями дрейфа и стоимости, соответственно, а все термины представляют собой разработанные ограничения или штрафные функции, которые описаны ниже. Из-за большого количества ограничений, которые существуют в предлагаемом исследовании, целевые функции должны были быть откалиброваны и оценены, чтобы получить такую, которая обеспечивает эволюцию людей с лучшими результатами.Выбранные показатели в уравнениях позволяют алгоритму быстро отбрасывать те, которые не соответствуют ограничениям перекрытия и соединения. По этой причине алгоритм работает с теми людьми, которые зависят от других 2 ограничений. Затем программа ориентирована на тех людей, которые должны соответствовать критериям сопротивления и контроля максимального межэтажного дрейфа.
Функция F 1 имеет цель найти самые легкие участки, сравнивая максимальный межэтажный снос с целевым сносом (TD), как показано в уравнении (9).В этом исследовании TD составляет 0,012, как указано в Строительных нормах Мексики:
Если MID больше TD, то используется следующее выражение: где I MID — целевая функция MID. Если TD и MID равны, I MID будет равно 1. Следовательно, значения, близкие к 1, представляют собой кадры со смещениями, близкими к пределу, допустимому, установленному правилами MCBC.
Более того, с помощью функции F 2 предполагается получить наиболее экономичные сечения с учетом материальных и трудовых затрат на строительство: где,, и — арматура, бетон, труд и общие затраты , соответственно.
Другие параметры используются в качестве проектных ограничений, если они не удовлетворяют требованиям смещения, прочности, жесткости или конструктивной осуществимости. Эти параметры начинаются со значения, равного 1, и получаются с помощью следующих уравнений.
Если плита тоньше минимальной или на 2 см толще требуемой, где C плита — функция ограничения для плиты, Mst — минимальная адекватная толщина плиты, а St — толщина плиты.Если балки демонстрируют чрезмерную деформацию, где — функция ограничения смещения, — допустимая деформация и — максимальная деформация балок.
Если соединение балка-колонна или колонна-колонна невозможно выполнить в инженерно-конструкторском строительстве, где — функция ограничения для соединения, — это более высокий размер сечения, а — меньший размер сечения (балка или столбец).
Когда потребность в элементах конструкции превышает прочность, где — функция ограничения прочности, — это максимальная сила, действующая в сечении, а прочность — это максимально допустимая прочность.
Как видно из уравнений (12) — (16), все ограничения безразмерны; кроме того, функция F 1 безразмерна, поскольку представляет собой соотношение между MID и TD. Напротив, целевая функция F 2 имеет кубические корневые единицы в долларах США, чтобы избежать больших значений F 2 после того, как они будут наказаны в соответствии с ограничениями.
Обратите внимание, что от поколения к поколению ожидается получение структурных зданий, которые не подвергаются штрафам, таким образом, они будут иметь ценность, равную единице, нацеленную на получение осуществимых проектов.
5. Процедура многообъективного сейсмического проектирования с использованием NSGA-II
Для проектирования железобетонных каркасов (конструктивных зданий) авторами была разработана компьютерная программа на языке Visual Basic, в которой используется следующая процедура: (1) Начальная Численность населения. Первое поколение создается случайным образом. Каждому индивидууму соответствует набор секций балки, колонны и плиты с соответствующей областью армирования, где каждая из них будет представлена двоичным кодом.Предлагается номер n физических лиц; в данном случае — 100. (2) Расчетные параметры. Так как популяция создается, постоянные, переменные и случайные действия рассчитываются для каждого человека. Структурный анализ проводится, когда смещения и прочность рассматриваются в соответствии с нормативными актами. В нормах MCBC допустимое значение MID составляет 0,012. (3) Целевые функции. Целью целевой функции является получение набора кадров с лучшим соотношением сейсмические характеристики и затраты.Для этого используются две функции: одна зависит от пикового межэтажного дрейфа, а другая — от стоимости конструкции. Обе функции должны быть наказаны в случае несоблюдения некоторых ограничений или критериев проектирования (глава 4). (4) Выбор. Затем особи разделяются на границы и вычисляются расстояния скопления, где в общей сложности отбирается n / 2 особей, принадлежащих к основным границам. Эти рамки будут пересекаться, чтобы получить оставшихся особей нового поколения.(5) Перекресток. Отобранные люди пересекут друг друга, чтобы обозначить пары; используется бинарный турнир, который состоит из двух случайных людей, которые соревнуются между собой, чтобы определить родителей. Скрещивание заключается в объединении генетической информации (двоичного кода) обоих родителей в двух детей. Когда пара родителей получена, генерируется случайное число от 1 до того количества бит, с которым они работают. Предполагая, что 10 битов, индивиды 407 и 725 скрещиваются следующим образом:
Следующие индивиды скрещиваются из бита номер 6: Создайте двух индивидов со следующими кодами: (6) Мутация. Он используется, чтобы гарантировать разнообразие структурных кадров RC, полученных в каждом поколении. Он применяется для всех поколений и заключается в изменении определенного бита кода человека. Предполагается, что вероятность мутации составляет 5% от общего числа особей. (7) Новое поколение. После всего процесса эволюции получается новое поколение, и процесс возвращается к шагу 2, чтобы начать новое поколение, которое завершается до тех пор, пока оно не завершится с числом поколений n .
Эту процедуру необходимо повторить несколько раз, чтобы получить POS (лучшие лица). На рисунке 3 показана блок-схема многокритериальной процедуры с использованием NSGA-II.
6. Многообъективное сейсмическое проектирование ЖБИ зданий с использованием NSGA-II: численные примеры
В главе 5 была описана многокритериальная процедура сейсмического проектирования с использованием NSGA-II. В этой главе методология используется для сейсмического проектирования 3D RC-каркасов. Три здания с 3D-каркасом RC, предназначенные для офисов 3, 6 и 9 этажей, сейсмостойкие, спроектированные с учетом фактора сейсмического поведения равного 3.Первые две структурные модели имеют 3 и 6 этажей (RC-3 и RC-6), 3 пролета в обоих горизонтальных направлениях с длиной 7 м и высотой этажа 3,5 м для всех этажей (Рисунки 4 и 5). Третье рассматриваемое здание высотой 3 м и 3 пролетами по 5 м в обоих направлениях имеет 9 этажей (модель RC-9, рисунок 6). При проектировании конструкции было предложено использовать одну секцию балки и колонны на каждые 3 этажа и одну плиту для каркаса. Для применения NSGA-II для сейсмического проектирования всех структур были рассмотрены следующие параметры или данные: (i) Количество особей на поколение: 100 (ii) Количество поколений: 100 (iii) Вероятность мутации: 5 % (iv) Неподвижные опорные колонны (v) Плотность арматурного бетона: 2400 кг / м 3 (vi) Динамическая нагрузка: 180 кг / м 2 (vii) Приведенный момент инерции в балках: 0.5 общий момент инерции ( I г ) (viii) Приведенный момент инерции в колоннах: 0,7 I г
6.1. Численные результаты для здания RC-3
В этой главе проиллюстрированы численные результаты для трехэтажного железобетонного здания. Как было описано ранее, эта модель имеет 3 отсека в обоих горизонтальных направлениях длиной 7 м и высотой этажа 3,5 м для всех этажей. В этом примере балки, колонны и плиты имеют одинаковое поперечное сечение и стальную арматуру.По этой причине двоичная кодификация этой модели представлена 30 битами с помощью предыдущих данных и процедуры NSGA-II (рисунок 3). На рисунках 7 и 8 показано поведение целевых функций первого выполнения программы. Замечено, что значения целевых функций уменьшались с числом поколений; В целом, ЖБИ более экономичные, легкие и безопасные из поколения в поколение получают. Можно заметить, что до поколения 10 не было никаких оштрафованных особей. Это связано с тем, что для представления этого структурного здания используются только три переменных (одна балка, одна колонна и одна плита для всех этажей); для других моделей потребуется большое количество поколений, чтобы не получить наказанных лиц, таким образом, чтобы минимизировать целевые функции (сходимость). Важно отметить, что в начале процедуры (первое поколение) случайный подход обеспечивает некоторые нереалистичные комбинации поперечных сечений или решений. Тем не менее, первое жизнеспособное решение (без ограничений), случайно созданное в первом поколении по сравнению с решением в конце алгоритма, было значительно улучшено.В общем, целевые функции сокращены, как показано в Таблице 2. Обратите внимание, что каждое решение подвергается различным S Fi (сейсмические силы), которые представляют землетрясение, из-за различий между размерами секций ( структурный вес). Поскольку цель состоит в том, чтобы найти решения с максимальным межэтажным дрейфом, близким к допустимому пределу MCBC, оптимальное решение имеет больший дрейф, чем соответствующее первое полученное решение (таблица 2).
9038 9038 9038 Алгоритм сначала нашел самую экономичную плиту; это потому, что его влияние составляет около 50% от общей стоимости рамы и сводит к минимуму сейсмические силы S Fi . Как правило, S Fi зависит от размеров балок и колонн, где различные комбинации изменяют MID и напряжения на каждом элементе. С помощью целевых функций F 1 и F 2 эти изменения оцениваются с учетом комбинации MID, напряжений, S Fi и размеров секций, которые позволяют достичь оптимальных результатов. После того, как программа завершит процедуру, будет получено несколько строительных проектов для модели RC-3. Чтобы найти POS, процедуру, показанную на Рисунке 3, необходимо выполнить несколько раз. Подобное поведение целевых функций через поколения наблюдалось при применении подхода NSGA-II; однако решения, полученные при выполнении каждой программы, обеспечивали разные сейсмоустойчивые конструкции зданий. Лучшие результаты показаны в Таблице 3 и на Рисунке 9. В этой модели POS показал только 2 человека. Это связано с тем, что кадры состоят только из 3-х различных частей и оптимальных комбинаций мало.Стоимость структурных зданий в долларах США представлена в Таблице 3.
Площади армирования и размеры секций, полученных от лучших специалистов, очень похожи, максимум до 10 см в балках. Поскольку плита составляет 50% от общей стоимости, сечение оказалось одинаковым у двух лучших человек (рис. 10). Поперечные сечения балок и колонн наиболее экономичного объекта показаны на рисунке 11. 6.2. Численные результаты для здания RC-6В случае зданий с 6 этажами для элементов выбираются 5 различных поперечных сечений: два разных поперечных сечения для балок и колонн — одно для этажей с 1 по 3, а другое для рассказов с 4 по 6. Во всех рассказах используется одна и та же часть плиты. Для этой модели двоичная кодификация представлена 50 битами. Как показано в уравнениях (7) и (9), целевая функция F 1 предназначена для поиска решений с максимальным межэтажным смещением, близким к допустимому пределу, установленному мексиканским законодательством.На Рисунке 12 видно, что средний максимальный дрейф между этажами людей модели RC-6 увеличивается от поколения к поколению и стремится к максимально допустимому дрейфу между этажами согласно Строительным нормам Мексики (0,012). Это означает, что размеры поперечных секций уменьшаются по мере увеличения генерации, как и стоимость. Другими словами, ЖБ здание стремится использовать максимальную деформационную способность.
Поведение алгоритма было аналогично предыдущей модели, уменьшая значение целевых функций с поколениями.Ожидается, что в точках продаж будет большое количество людей из-за возможных комбинаций решений. В таблице 4 показаны лучшие результаты после многократного выполнения программы.
Значения MID у лучших людей варьируются от 0,011 до 0,012, что доказывает, что результаты соответствуют предельным значениям, а допустимая пиковая стоимость — смещение. очень близко друг к другу с разницей в 4300 долларов США. Причем, поскольку пролетные площадки имеют те же размеры, что и у предыдущей модели, получилась такая же плита. POS определяются тремя людьми, очень похожими друг на друга (Рисунок 13).На рисунках 14 и 15 показаны сечения балок и колонн. 6.3. Численные результаты для здания RC-9Для этого RC-здания используется всего 7 объективов (3 колонны, 3 луча и 1 плита), а двоичная кодификация каждого отдельного объекта представлена 70 битами, поэтому Ожидается, что будет широкий диапазон результатов, и будет очень сложно получить все кадры с одинаковыми аналогичными поперечными сечениями.Кроме того, ожидается сближение целевых функций в большем количестве поколений. Таблица 5 иллюстрирует лучшие результаты сейсмического проектирования. Замечено, что MID и стоимость очень похожи для всех полученных случаев.
POS определяют 5 человек с очень похожей целевой функцией затрат и MID, близким к целевому значению 0,012 (рисунок 16 и таблица 5). В этой модели MID варьируется от 0.От 0117 до 0,012, а максимальная разница в стоимости между лучшими специалистами составляет всего 4265 долларов США.
На рисунках 17–20 показаны поперечные сечения экономичного человека. Как и следовало ожидать, размеры и площади усиления балок и колонн уменьшаются на верхних этажах. Хотя результаты были удовлетворительными, для лучшего определения POS рекомендуется использовать большее количество людей и поколений, чтобы рассмотреть больше комбинаций и найти разные, но не доминирующие результаты. 7. ВыводыТри железобетонных здания, подверженных землетрясениям, были спроектированы с использованием генетических алгоритмов с целью снижения стоимости конструкции и повышения сейсмических характеристик. Для этого была разработана компьютерная программа. Применение генетического алгоритма с многокритериальной оптимизацией с использованием подхода NSGA-II — отличный вариант для сейсмического проектирования железобетонных зданий.Было замечено, что из поколения в поколение проектируемые здания имеют тенденцию снижать свою стоимость и увеличивать максимальный межэтажный дрейф. Функция MID ( F 1 ) помогла получить менее устойчивые участки и пиковые дрейфы, близкие к верхнему пределу пропускной способности, равному 0,012. Напротив, функция стоимости ( F 2 ) дала наиболее экономичные результаты. Наконец, в исследовании представлены полностью спроектированные RC-здания, которые также могут быть использованы непосредственно специалистами по строительному и гражданскому строительству.Наконец, время, необходимое для оптимизации конструкции на компьютере, в основном зависит от количества элементов здания, отдельных лиц и количества поколений. Например, поскольку модель RC-9 имеет большое количество элементов, она требует больше вычислительного времени. Действительно, для определения POS алгоритм был выполнен 10 раз на компьютере с 16 ГБ ОЗУ и процессором Intel Core I7-6700, и результаты были достигнуты через 216 часов. Доступность данныхДанные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу. Конфликт интересовАвторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. БлагодарностиБлагодарим за стипендию для получения докторской степени, предоставленную El Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología первому автору, и поддержку в рамках гранта Ciencia Básica второму и третьему авторам. Финансовая поддержка также была получена от Автономного университета Синалоа в рамках гранта PROFAPI. строительство | История, типы, примеры и фактыСтроительство , также называемое строительство зданий , методы и промышленность, задействованные в сборке и возведении конструкций, в основном тех, которые используются для обеспечения укрытия. Строительство — это древняя человеческая деятельность. Он начался с чисто функциональной потребности в контролируемой среде для смягчения воздействия климата. Построенные укрытия были одним из средств, с помощью которых люди могли адаптироваться к широкому спектру климатов и стать глобальным видом. Приюты для людей сначала были очень простыми и, возможно, просуществовали всего несколько дней или месяцев. Однако со временем даже временные постройки превратились в такие изысканные формы, как иглу.Постепенно стали появляться более прочные конструкции, особенно после появления сельского хозяйства, когда люди стали оставаться на одном месте в течение длительного времени. Первые приюты были жилищами, но позже другие функции, такие как хранение еды и церемонии, были размещены в отдельных зданиях. Некоторые структуры стали иметь как символическую, так и функциональную ценность, положив начало различию между архитектурой и зданием. История строительства отмечена рядом тенденций. Во-первых, это увеличение прочности используемых материалов.Ранние строительные материалы, такие как листья, ветви и шкуры животных, были скоропортящимися. Позже стали использоваться более прочные натуральные материалы, такие как глина, камень и дерево, и, наконец, синтетические материалы, такие как кирпич, бетон, металлы и пластмассы. Другой — поиск зданий все большей высоты и размаха; это стало возможным благодаря разработке более прочных материалов и знанию того, как материалы ведут себя и как использовать их с большей выгодой. Третья важная тенденция касается степени контроля, осуществляемого над внутренней средой зданий: стало возможным более точное регулирование температуры воздуха, уровней света и звука, влажности, запахов, скорости воздуха и других факторов, влияющих на комфорт человека.Еще одна тенденция — это изменение энергии, доступной для процесса строительства, начиная с силы человеческих мышц и заканчивая мощным оборудованием, используемым сегодня. Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. В настоящее время строительство является сложным. Существует широкий спектр строительных продуктов и систем, предназначенных в первую очередь для групп типов зданий или рынков. Процесс проектирования зданий высокоорганизован и опирается на исследовательские учреждения, которые изучают свойства и характеристики материалов, должностные лица кодекса, которые принимают и обеспечивают соблюдение стандартов безопасности, и профессионалов проектирования, которые определяют потребности пользователей и проектируют здание для удовлетворения этих потребностей.Процесс строительства также высоко организован; в нее входят производители строительных изделий и систем, мастера, которые собирают их на строительной площадке, подрядчики, которые нанимают и координируют работу мастеров, и консультанты, специализирующиеся в таких аспектах, как управление строительством, контроль качества и страхование. Строительство сегодня является важной частью индустриальной культуры, проявлением ее разнообразия и сложности и мерой его владения природными силами, которые могут создавать самые разнообразные застроенные среды для удовлетворения разнообразных потребностей общества.В этой статье сначала прослеживается история строительства, а затем рассматривается его развитие в настоящее время. Для рассмотрения эстетических соображений проектирования зданий, см. архитектура. Для дальнейшего изучения исторического развития, см. искусство и архитектура, Анатолийский; искусство и архитектура, арабский; искусство и архитектура, египетский; искусство и архитектура, иранский; искусство и архитектура, месопотамские; искусство и архитектура, сиро-палестинский; архитектура, африканская; искусство и архитектура, Oceanic; архитектура, западная; искусство, Центральная Азия; искусство, восточноазиатские; искусство, исламское; искусство, индейцы; искусство, Южная Азия; искусство, Юго-Восточная Азия. История строительстваПервобытное здание: каменный векОхотники-собиратели позднего каменного века, которые перемещались по обширной территории в поисках пищи, построили самые ранние временные убежища, которые упоминаются в археологических записях. Раскопки в ряде мест в Европе, датируемых до 12000 г. до н.э., показывают круглые кольца из камней, которые, как полагают, составляли часть таких убежищ. Они могли укреплять грубые хижины, сделанные из деревянных шестов, или утяжелять стены палаток из шкур животных, предположительно поддерживаемых центральными шестами. Палатка иллюстрирует основные элементы экологического контроля, которые важны для строительства. Палатка создает мембрану от дождя и снега; холодная вода на коже человека поглощает тепло тела. Мембрана также снижает скорость ветра; Воздух на коже человека также способствует потере тепла. Он контролирует теплопередачу, не пропуская горячие солнечные лучи и удерживая нагретый воздух в холодную погоду. Он также блокирует свет и обеспечивает визуальную конфиденциальность. Мембрану необходимо поддерживать против силы тяжести и ветра; структура необходима.Кожаные мембраны обладают высокой прочностью на растяжение (напряжения, создаваемые растягивающими силами), но необходимо добавить полюса, чтобы выдержать сжатие (напряжения, создаваемые силами уплотнения). Действительно, большая часть истории строительства — это поиск более сложных решений тех же основных проблем, для решения которых была поставлена палатка. Палатка используется по сей день. Палатка из козьей шерсти в Саудовской Аравии, монгольская юрта с ее разборным деревянным каркасом и войлочными покрытиями и вигвам американских индейцев с его множественными опорами и двойной мембраной — более изысканные и элегантные потомки грубых убежищ ранних охотников-собирателей. Сельскохозяйственная революция, датированная примерно 10 000 годом до н. Э., Дала большой импульс строительству. Люди больше не путешествовали в поисках дичи и не преследовали свои стада, а оставались в одном месте, чтобы ухаживать за своими полями. Жилища стали более постоянными. Археологические данные скудны, но на Ближнем Востоке можно найти остатки целых деревень с круглыми жилищами, называемыми толои, стены которых сделаны из утрамбованной глины; все следы крыш исчезли. В Европе толои строили из камня, уложенного сухим способом, с куполообразными крышами; в Альпах до сих пор сохранились образцы (более поздней постройки) этих ульев.В более поздних ближневосточных толоах появились прямоугольные вестибюли или вестибюли, прикрепленные к главной круглой камере — первые образцы прямоугольной формы в плане в здании. Еще позже от круглой формы отказались в пользу прямоугольной, поскольку жилища были разделены на большее количество комнат, и больше жилищ было объединено в поселения. Толои ознаменовали важный шаг в поисках долговечности; они были началом строительства каменной кладки. Свидетельства композитного строительства из глины и дерева, так называемого метода плетения и мазка, также можно найти в Европе и на Ближнем Востоке.Стены были сделаны из небольших саженцев или тростника, которые легко резать каменными орудиями. Они были вбиты в землю, связаны друг с другом с боков растительными волокнами, а затем покрыты влажной глиной для придания дополнительной жесткости и защиты от атмосферных воздействий. Крыши не сохранились, но постройки, вероятно, были покрыты грубой соломой или тростником. Встречаются как круглые, так и прямоугольные формы, обычно с центральными очагами. Более тяжелые деревянные постройки также появились в культурах эпохи неолита (нового каменного века), хотя трудности с рубкой больших деревьев каменными орудиями ограничивали использование древесины больших размеров в каркасах.Эти рамы обычно были прямоугольными в плане, с центральным рядом колонн для поддержки гребня и соответствующими рядами колонн вдоль длинных стен; от конька к балкам стены проложены стропила. Боковая устойчивость каркаса была достигнута за счет закапывания колонн глубоко в землю; Затем шест и стропила были привязаны к колоннам с помощью растительных волокон. Обычным кровельным материалом была солома: высушенная трава или тростник, связанные вместе небольшими пучками, которые, в свою очередь, были привязаны внахлест к легким деревянным столбам, натянутым между стропилами.Горизонтальные соломенные крыши плохо пропускают дождь, но если их поставить под правильным углом, дождевая вода стекает раньше, чем успевает пропитаться. Первобытные строители вскоре определили уклон крыши, по которому будет проливаться вода, но не солома. В стенах этих каркасных домов использовалось множество типов заполнения, в том числе глина, плетень и мазня, кора деревьев (которую предпочитают американские лесные индейцы) и солома. В Полинезии и Индонезии, где такие дома все еще строятся, они поднимаются над землей на сваях для обеспечения безопасности и сухости; кровля часто делается из листьев, а стены в значительной степени открыты для движения воздуха для естественного охлаждения.Другой вариант рамы был найден в Египте и на Ближнем Востоке, где пучки тростника заменили древесиной. Концептуальный проект — SteelConstruction.infoВ данной статье представлена информация, необходимая для помощи в выборе и использовании стальных конструкций на этапе концептуального проектирования современных многоэтажных и одноэтажных зданий. Информация представлена с точки зрения стратегии проектирования, анатомии конструкции здания и структурных систем. Для многоэтажных зданий основной интерес представляют коммерческие здания, но та же информация может быть использована и в других секторах. Для одноэтажных зданий основной интерес представляют промышленные здания, но ту же информацию можно использовать и в других секторах, таких как коммерция, розничная торговля и отдых.
[наверх] Многоэтажные домаМногоэтажное коммерческое здание — Mid City Place, Лондон В многоэтажных зданиях на конструкцию основной конструкции сильно влияют многие факторы, как определено ниже:
Исследования показывают, что стоимость конструкции здания, как правило, составляет только 10% от общей стоимости здания, и влияние выбора конструкции на фундамент, услуги и облицовку часто бывает более значительным. На самом деле проектирование зданий представляет собой синтез архитектурных, структурных, сервисных, логистических и строительных вопросов. Стальные каркасы идеально подходят для современных многоэтажных коммерческих зданий. [вверх] Иерархия проектных решенийРазработка любого предложения по строительному проекту требует сложной серии взаимосвязанных проектных решений.Процесс должен начинаться с четкого понимания требований клиента и местных условий или правил. Несмотря на сложность, можно выделить иерархию проектных решений. Во-первых, требования к планированию, вероятно, будут определять общую форму здания, которая также будет включать такие аспекты, как естественное освещение, вентиляция и услуги. Основные варианты дизайна, которые необходимо сделать после тесной консультации с клиентом:
На основе технического задания может быть подготовлен концептуальный проект, который рассматривается командой дизайнеров и заказчиком. Именно на этой ранней интерактивной стадии принимаются важные решения, влияющие на стоимость и ценность окончательного проекта. Очень важно тесное взаимодействие с клиентом. [вверх] Анатомия строительной конструкцииКонструкция здания зависит от различных параметров; они включают:
[вверх] Решетки перекрытияСетки пола определяют расстояние между колоннами в ортогональных направлениях, на которые влияют:
Вдоль линии фасада расстояние между колоннами обычно определяется необходимостью обеспечить поддержку системы облицовки. Например, для кирпичной кладки обычно требуется максимальное расстояние между колоннами 6 м. Это влияет на расстояние между колоннами изнутри, если только вдоль линии фасада не используются дополнительные колонны. Пролет балок через здание обычно соответствует одной из следующих схем расположения колонн:
Типовая сетка колонн для офиса с естественной вентиляцией Для офисов с естественной вентиляцией обычно используется ширина здания от 12 до 15 м, что может быть достигнуто за счет двух пролетов от 6 до 7,5 м. Однопролетный пролет также может быть снабжен глубокими (400 мм и более) сборными железобетонными пустотными элементами, охватывающими всю ширину здания.Естественное освещение также играет роль в выборе ширины напольной плиты. В современных зданиях решение с большим пролетом обеспечивает значительное повышение гибкости планировки. Для офисов с кондиционированием воздуха часто используется свободный пролет от 15 до 18 м. Пример сетки колонн для варианта с большим пролетом в здании с большим атриумом показан на рисунке ниже. Решетка колонн для длиннопролетного перекрытия в престижном офисе с кондиционером [вверху] Координация размеровВыбор базовой формы здания обычно является обязанностью архитектора и ограничивается такими вопросами, как план участка, доступ, ориентация здания, парковка, ландшафтный дизайн и местные требования к планированию.Следующие ниже общие рекомендации влияют на выбор конструкции.
[вверху] Влияние высоты зданияВысота здания оказывает сильное влияние на: Для более высоких зданий обычно используются стратегически размещенные бетонные или стальные опоры. Сверхвысокие здания сильно подвержены влиянию системы стабилизации и здесь не рассматриваются. Размеры лифтов и скорость их движения также становятся важными факторами для высотных зданий. В зависимости от Правил пожарной безопасности использование спринклеров может потребоваться для зданий высотой более восьми этажей (или высотой около 30 м). [вверху] Координация по горизонталиВ горизонтальной координации преобладает необходимость в плане определенных зон для вертикального доступа, безопасной эвакуации при пожаре и вертикального распределения услуг. На позиционирование сервисных ядер и ядер доступа влияют:
Две сетки планирования, показанные выше, представляют собой типичные схемы, которые удовлетворяют этим критериям. Атриум может быть встроен для увеличения освещенности занимаемого пространства и обеспечения дорогостоящих зон для циркуляции на первом и промежуточном уровнях. Требования к конструкции предсердий:
[вверху] Координация по вертикалиЦелевая высота от пола до пола основана на высоте от пола до потолка от 2,5 до 2,7 м для спекулятивных офисов или 3 м для более престижных помещений, плюс глубина этажа, включая услуги. На этапе концептуального проектирования следует учитывать следующие целевые значения глубины пола:
Эти мишени допускают ряд конструктивных решений. Если по соображениям планирования требуется ограничить общую высоту здания, это может быть достигнуто за счет использования неглубоких перекрытий или интегрированных балочных систем. Интегрированные балочные системы часто используются в проектах реконструкции, где высота от пола до пола ограничена совместимостью с существующим зданием или фасадами. Для концептуального проектирования ортодоксальных коммерческих многоэтажных стальных конструкций можно использовать следующие «целевые» значения глубины перекрытия. [вверху] Варианты конструкции для устойчивостиНа конструктивную систему, необходимую для устойчивости, в первую очередь влияет высота здания. Для зданий высотой до восьми этажей стальная конструкция может быть спроектирована так, чтобы обеспечивать устойчивость, но для более высоких зданий более эффективными конструктивно являются бетонные или стальные стержни с опорами. Следующие структурные системы можно рассматривать на предмет устойчивости. [вверх] Жесткие рамыДля зданий высотой до четырех этажей могут использоваться жесткие каркасы, в которых стальные элементы и соединения нескольких балок с колоннами обеспечивают сопротивление изгибу и жесткость для противодействия горизонтальным нагрузкам.Как правило, это возможно только там, где балки относительно глубокие (от 400 до 500 мм) и где размер колонны увеличен, чтобы противостоять приложенным моментам. Соединения на торцевой пластине на всю глубину обычно обеспечивают необходимую жесткость соединения. [вверх] Рамы на скобахДля зданий высотой до 12 этажей обычно используются стальные скобы, в стенах которых используются поперечные, К- или V-образные распорки, как правило, внутри полости в фасаде, вокруг лестниц или других обслуживаемых зон.Поперечная распорка рассчитана только на растяжение (другой элемент является избыточным). Поперечные связи часто представляют собой простую плоскую стальную пластину, но также могут использоваться угловые и швеллерные секции. Когда распорка предназначена для работы на сжатие, часто используются полые секции, хотя также могут использоваться угловые и швеллерные секции. Стальная рама с подкосами имеет два ключевых преимущества:
[вверх] Бетонные или стальные стержниБетонные стержни — наиболее практичная система для зданий высотой до 40 этажей. Бетонное ядро обычно строится до стального каркаса. В такой конструкции балки часто проходят непосредственно между колоннами по периметру здания и бетонным ядром. Особые конструктивные соображения требуются для: Типичная схема расположения балок вокруг бетонного сердечника показана на рисунке ниже с использованием более тяжелых балок в углу сердечника.Может потребоваться двойная балка, чтобы минимизировать конструктивную глубину в углах жил.
Стальные стержни со стяжками можно использовать как экономичную альтернативу там, где скорость строительства имеет решающее значение. Такие сердечники устанавливаются вместе с остальным пакетом металлоконструкций. Пример стального стального сердечника показан на рисунке выше середины. Руководство по проектированию литых стальных пластин для соединения конструкционных стальных балок с бетонными стенами сердцевины доступно в SCI-P416. В этой публикации представлена модель для проектирования простых соединений, которые передают поперечную силу из-за постоянных и переменных нагрузок и несовпадающую осевую силу связи, возникающую в результате случайного нагружения. Он указывает на дополнительные вопросы, которые необходимо учитывать при рассмотрении совпадающих поперечных и осевых сил. Представлен образец конструкции простого соединения для UB серийного размера 610, а также проект арматуры для продавливания стены.В руководстве обсуждаются обязанности инженера-строителя и подрядчика по монтажу металлоконструкций и предлагается, где лучше всего разделить обязанности. Также учитывается влияние отклонений между теоретическим положением частей соединения и их исходным положением. [вверху] СтолбцыКолонны в многоэтажных стальных каркасах, как правило, представляют собой H-образные профили, воспринимающие преимущественно осевую нагрузку. Когда устойчивость конструкции обеспечивается сердцевинами или незаметными вертикальными связями, балки обычно проектируются как просто поддерживаемые.Общепринятая расчетная модель заключается в том, что номинальные штифтовые соединения создают номинальные моменты в колонне, рассчитанные исходя из предположения, что реакция балки составляет 100 мм от лицевой стороны колонны. Если реакции на противоположной стороне колонны равны, нет чистого момента. Колонны по периметру конструкции будут иметь приложенный момент, так как соединение будет только с одной стороны. Типичные размеры внутренних столбцов приведены в таблице ниже.
Хотя небольшие секции колонн могут быть предпочтительнее по архитектурным причинам, следует учитывать практические вопросы соединения с балками перекрытия.Подключение к малой оси очень маленькой секции колонны может быть трудным и дорогостоящим. [наверх] Варианты конструкции напольных системДоступен широкий спектр решений для напольных систем, типичные решения которых представлены в таблице ниже.
Хотя стальные решения подходят для коротких пролетов (обычно от 6 до 9 м), сталь имеет важное преимущество по сравнению с другими материалами в том, что решения с большими пролетами (от 12 до 18 м) могут быть легко предоставлены.Это имеет ключевое преимущество — свободное от колонн пространство, позволяющее адаптировать систему в будущем и меньшее количество фундаментов. Полы, перекрывающие стальные балки, обычно представляют собой сборные железобетонные блоки или композитные перекрытия. Опорные балки могут находиться под полом, при этом пол опирается на верхний фланец (часто называемые «нижние балки»), или балки могут находиться в одной зоне с конструкцией пола, чтобы уменьшить общую глубину зоны. Доступная зона строительства часто является определяющим фактором при выборе напольного решения. Балки в зоне пола называются неглубоким полом, тонким полом или интегрированными балками. Балки могут быть несоставными или составными. В композитной конструкции соединители, работающие на сдвиг, привариваются к верхней полке балки, передавая нагрузку на бетонный пол. Сборные железобетонные блоки можно использовать для малоэтажных каркасов, но композитные полы распространены как в малоэтажных, так и в многоэтажных конструкциях. Диапазон пролетов различных вариантов конструкции из стали и бетона показан в таблице ниже.Варианты из стали с длинными пролетами обычно обеспечивают интеграцию услуг для пролетов более 12 м. Ячеистые балки и композитные фермы более эффективны для вторичных балок с большими пролетами, тогда как сборные балки часто используются для первичных балок с большими пролетами. Диапазон различных вариантов конструкции [вверх] Оценка количества сталиДля расчетных целей при проектировании офисных зданий, репрезентативные веса стали могут использоваться для зданий прямоугольной формы в плане.Эти количества значительно увеличатся для непрямоугольных или высоких зданий, а также для зданий с атриумами или сложными фасадами. Приблизительные количества представлены в таблице ниже и выражены в единицах общей площади здания. Они не включают стальные конструкции, используемые для фасадов, атриумов или крыш.
Доступны дополнительные инструкции по оценке количества и стоимости стали. [вверху] Факторы, влияющие на конструктивное исполнениеПрограмма строительства будет ключевым моментом в любом проекте, и ее следует рассматривать одновременно с учетом стоимости конструкции, услуг, облицовки и отделки. Структурная схема имеет ключевое влияние на программу и стоимость, а также на структурные решения, которые могут быть возведены безопасно и быстро, чтобы обеспечить ранний доступ для следующих сделок. [вверх] Условия участкаВсе чаще сооружения возводятся на «заброшенных» участках, где прежнее строительство оставило неизгладимое наследие.В центрах городов часто предпочтительнее решение с меньшим количеством фундаментов, хотя и с большей нагрузкой, что приводит к более длинным пролетам надстройки. [вверх] КраныКоличество кранов в проекте будет зависеть от занимаемой площади, размера проекта и использования дополнительных мобильных кранов. Многоэтажные конструкции обычно возводятся с помощью башенного крана, который может быть дополнен мобильными кранами для конкретных операций по подъему тяжелых грузов. В проектах центра города башенные краны часто располагаются в шахте лифта или атриуме. [вверх] Интеграция услугБольшинство больших офисных зданий требуют кондиционирования воздуха или «комфортного охлаждения», что требует использования как горизонтальных, так и вертикальных распределительных систем. Наличие таких систем имеет решающее значение для компоновки надстройки, влияя на компоновку и тип выбранных элементов. См. SCI P166. Основное решение — интегрировать воздуховод в пределах структурной глубины или просто подвесить воздуховод на более низком уровне, влияет на выбор конструктивного элемента, системы противопожарной защиты, облицовки (стоимость и программа) и общей высоты здания.Другие системы обеспечивают кондиционирование воздуха из фальшпола. [вверх] Одноэтажные домаОдноэтажное здание В одноэтажных зданиях используются стальные каркасные конструкции и металлическая облицовка всех типов. Могут быть созданы большие открытые пространства, которые будут эффективными, простыми в обслуживании и адаптируемыми по мере изменения спроса. Одноэтажные дома — это «основной» рынок стали в Великобритании. Одноэтажные здания, как правило, представляют собой большие ограждения, но могут потребоваться места для других целей, таких как офисы, погрузочно-разгрузочные работы и транспортировка, мостовые краны и т. Д. Поэтому при их проектировании необходимо учитывать множество факторов. Все чаще необходимо решать архитектурные проблемы и визуальное воздействие, и многие ведущие архитекторы участвуют в проектировании современных одноэтажных зданий. [вверх] Иерархия проектных решенийВажные факторы проектирования одноэтажных домов Разработка проектного решения для одноэтажного здания, такого как большой корпус или промышленный объект, больше зависит от выполняемой деятельности и будущих требований к пространству, чем другие типы зданий, такие как коммерческие и жилые здания.Хотя эти типы зданий в основном функциональны, они обычно проектируются с сильным архитектурным участием, продиктованным требованиями к планированию и «брендингом» клиента. Следующие общие требования к проектированию следует учитывать на этапе концептуального проектирования промышленных зданий и больших корпусов, в зависимости от формы и использования здания:
Для разработки концептуального проекта необходимо рассмотреть эти соображения в зависимости от типа одноэтажного здания. Например, требования к распределительному центру будут отличаться от производственного предприятия. Обзор важности различных вопросов проектирования представлен в таблице справа для обычных типов зданий. [вверх] Архитектурное проектированиеСовременные одноэтажные здания из стали функциональны в использовании и имеют привлекательный архитектурный вид.Ниже представлены различные примеры вместе с кратким описанием концепции дизайна. [вверх] Форма зданияБазовая структурная форма одноэтажного здания может быть различных типов, как показано на рисунке ниже. На рисунке показано концептуальное поперечное сечение каждого типа здания с примечаниями по концепции конструкции и типичным силам и моментам, возникающим в результате гравитационных нагрузок. Конструктивные решения Основные концепции проектирования для каждого типа конструкции описаны ниже: [вверху] Простая кровельная балка, опирающаяся на колонны.Пролет обычно небольшой, примерно до 20 м. Балка крыши может быть предварительно выгнута. Для обеспечения продольной и продольной устойчивости на крыше и на всех возвышениях потребуются распорки. [вверху] Рама порталаПортальная рама — это сплошная рама с сопротивляющимися моментами соединениями для обеспечения устойчивости в плоскости. Рама портала может быть одно- или многопролетной. Элементы, как правило, представляют собой гладкие прокатные профили, при этом сопротивление стропил локально повышается за счет бедра.Во многих случаях рама будет иметь закрепленные основания. Стабильность в продольном направлении обеспечивается за счет комбинации распорок в крыше в одном или обоих концевых пролетах и вертикальных распорок на фасадах. Если вертикальные связи не могут быть обеспечены на фасадах (например, из-за промышленных ворот), устойчивость часто обеспечивается жесткой рамой внутри фасада. [вверх] ФермыФермы зданий обычно имеют распорки крыши и вертикальные распорки на каждой отметке для обеспечения устойчивости в обоих ортогональных направлениях.Фермы могут иметь различную форму с пологими или крутыми внешними скатами крыши. Ферменное здание также может быть спроектировано как жесткое в плоскости, хотя более распространено использование распорок для стабилизации каркаса. [вверх] Прочие конструкцииСборные колонны (две плоские балки, соединенные в составную колонну) часто используются для поддержки тяжелых грузов, таких как краны. Они могут использоваться в портальных конструкциях, но часто используются с жесткими основаниями и распорками для обеспечения устойчивости в плоскости.Могут использоваться внешние или подвесные опорные конструкции, но они относительно редки. [вверх] Выбор типа зданияПортальные рамы считаются очень экономичным способом создания одноэтажного ограждения. Их эффективность зависит от метода анализа и допущений, которые сделаны в отношении ограничений для элементов конструкции, как показано в таблице ниже.
Причины выбора простых балочных конструкций, портальных рам или ферм приведены в таблице ниже.
[вверху] Типы облицовкиОсновные типы кровли и облицовки стен, применяемые в одноэтажных зданиях, описаны ниже: [вверх] Кровля
[вверху] Стены
Различные формы облицовки (включая вертикально и горизонтально ориентированные листы) могут использоваться вместе для визуального эффекта на одних и тех же фасадах. Кирпичная кладка часто используется в качестве «дадо» или «карликовой» стены ниже уровня окон для обеспечения ударопрочности. [вверх] Эскизный проект портальных рамСтальные портальные рамы широко используются, поскольку они сочетают в себе конструктивную эффективность с функциональной формой.Однопролетная симметричная портальная рама (как показано на рисунке ниже) обычно имеет следующие пропорции:
Однопролетная симметричная портальная рама Свес карниза обычно вырезается из стандартных открытых профилей | катаного профиля того же размера, что и стропила, или из одного немного большего размера и приваривается к нижней стороне стропила.Длина бедра карниза обычно составляет 10% от пролета. Длина бедра означает, что изгибающий момент изгиба на «остром» конце бедра примерно такой же, как максимальный изгибающий момент провисания по направлению к вершине, как показано на рисунке ниже. Изгибающий момент стропил и длина бедра Концевые рамы портальной рамы обычно называют фронтальными. Рамы фронтона могут быть идентичны внутренним шпангоутам, даже если они испытывают меньшие нагрузки.Если планируется расширение здания в будущем, портальные рамы обычно используются в качестве оконных рам, чтобы уменьшить воздействие строительных работ. Типичная двускатная рама, образованная колоннами, короткими стропильными балками и вертикальными связями, показана на рисунке ниже. Типовые детали торцевого фронта портального каркасного дома [вверху] Стабильность рамыСтабильность в плоскости обеспечивается непрерывностью кадра.В продольном направлении устойчивость обеспечивается вертикальными распорками на фасадах. Вертикальные связи могут быть на обоих концах здания или только в одном пролете. Каждая рама соединена с вертикальной связью горячекатаным элементом на уровне карниза. Типичное расположение распорок показано на рисунке ниже. Типовое крепление в портальной раме Колонны фронтона пролетают между основанием и стропилами, где реакция осуществляется посредством распорок в плоскости крыши до уровня карниза и до фундамента посредством вертикальных распорок.Если диагональные связи на фасадах не могут быть размещены, продольная устойчивость может быть обеспечена за счет жесткой рамы на фасадах. [вверх] Стабильность элементаУдерживающие места Для экономичного расчета необходимо учитывать ограничения на внутреннем фланце стропила и колонны. Прогоны и боковые поручни считаются достаточными для ограничения фланца, к которому они прикреплены, но, если не приняты специальные меры, прогоны и боковые поручни не ограничивают внутренний фланец.Ограничение внутреннего фланца обычно обеспечивается за счет распорок прогонов и боковых перил, как показано на рисунке ниже. Связи обычно образуются из тонких металлических лент, предназначенных для действия при растяжении или под углами, рассчитанными на сжатие, если связь возможна только с одной стороны. Расположение ограничителей на внутреннем фланце в целом аналогично тому, что показано на рисунке ниже, и во всех случаях соединение внутренней поверхности колонны и нижней стороны бедра должно быть ограничено. Удерживающая скоба на внутреннем фланце [вверху] Подключения[вверху] Соединение карнизаТиповое соединение карниза Типичное соединение карниза показано на рисунке ниже. Почти во всех случаях потребуется усилитель жесткости на сжатие в колонне (как показано на рисунке, внизу бедра).Другие элементы жесткости могут потребоваться для увеличения сопротивления изгибу фланца колонны, прилегающего к натяжным болтам, и для увеличения сопротивления сдвигу панели стенки колонны. Бугорок обычно изготавливается из балки такого же размера, что и стропила (или большего размера), или из эквивалентной пластины. Как правило, это болты M24 8,8 и торцевая пластина толщиной 25 мм S355. [вверху] Соединение вершиныТипичное соединение вершины показано на рисунке ниже. Вершинное соединение в первую очередь служит для увеличения глубины элемента для получения удовлетворительного болтового соединения.Верхушка бедра обычно изготавливается из того же элемента, что и стропила, или из эквивалентной пластины. Как правило, это болты M24 8,8 и торцевая пластина толщиной 25 мм S355. Типовое соединение апекса [вверх] Ресурсы[вверх] См. ТакжеБетон для высоких жилых и композитных офисных зданийДжозеф П. Колако , президент CBM Engineers, Inc.TX USA Бетон для конструкций нового века, особенно для высотных зданий, бетон имеет основные преимущества — он экономичен, пожаробезопасен, имеет меньшую высоту от пола до пола, более высокие значения демпфирования и большую жесткость. Все это является причиной того, что все недавние высокие офисные здания представляют собой композитные (стальные и бетонные) конструкции, а все недавние жилые здания представляют собой чисто бетонные конструкции. ВведениеПланируется и строится много высоких жилых башен, в основном в Дубае, Мумбаи и Китае.Высота этих башен колеблется от 30 до 40 этажей в нижней части и в верхней части до самой высокой башни в мире, Бурдж Дубай (рис. 1), которая в настоящее время строится. Эти высокие жилые башни вызвали потребность в новых структурных системах и адаптации существующих структурных систем из высоких офисных башен. Многие высокие офисные здания в мире, такие как Шанхайский финансовый центр, Taipei 100 и Petronas Towers, представляют собой композитные стальные / бетонные конструкции. Конструкционные системыПока что большая часть высоких жилых башен возводится из железобетона. Преимущества бетона, такие как более низкая стоимость, более высокая скорость строительства, простота отделки, огнестойкие характеристики и жесткость конструкции, хорошо известны. Более того, бетонные технологии очень развиты. Из-за высоты зданий и желательности ограничения размеров колонн прочность бетона также увеличилась. В настоящее время в Дубае для нижних колонн и стен, работающих на сдвиг, обычно используется бетон C80 и учитываются значения прочности бетона C90 и C100.Для всех элементов конструкции используется бетон нормального веса. В Мумбаи используется бетон M70. Дополнительным преимуществом более высокой прочности бетона является увеличение модуля упругости и сокращение времени снятия изоляции. В настоящее время достигается 4-5-дневный цикл на типичный этаж. В высоких жилых башнях желательно иметь минимальное сокращение внешнего вида изнутри этажа. Одна из возможностей — это использование внутренних стен и стен со сдвигом. Трубки в рамке дают менее 50% (в некоторых случаях 30%) внешнего стекла.Поэтому было необходимо разработать различные системы для высоких жилых домов Разработанные системы:
Одним из соображений при проектировании высоких многоквартирных домов является ограничение восприятия движения в соответствии с рекомендациями ISO. Обычно для 10-летнего шторма ускорение ограничено до 1.От 5 до 1,8% G, где G — ускорение свободного падения. Эти значения ниже, чем для офисной башни. Также следует учитывать штормы в один год и пять лет. Краткое описание ключевых проектов проиллюстрирует это. А. Бурдж ДубайНа рис. 1 показан типовой план этажа башни, спроектированный Скидмором, Оуингсом и Меррилом. Конструктивная система представляет собой треугольную поперечную стену с сердечником, «подкрепленную» тремя двойными стенками по коридорам каждого участка плана. Плита перекрытия представляет собой плоскую пластину толщиной 200 мм, армированную низкоуглеродистой сталью.Фигура башни показана на рисунке 2. Обширные испытания в аэродинамической трубе проводились в двух лабораториях. Расчеты усадки и ползучести вертикальных элементов были выполнены для разработки дифференциальной матрицы осевого укорачивания. Кроме того, было проведено обширное испытание прототипа для измерения прогиба (краткосрочного и долгосрочного) для прогиба 200 мм. плита перекрытия. B. Башня принцессыЭто 102-этажная башня в районе Дубай Марина. На рис. 3 показан типовой план этажа. Система сопротивления поперечной нагрузке представляет собой систему «трубчатого каркаса» по периметру.Внешние колонны расположены близко друг к другу, а глубина перемычек 1,2 м. Основная стена очень мало влияет на общее поведение при боковых нагрузках, за исключением нижней части здания. Система перекрытий состоит из стальных балок перекрытия, металлического настила глубиной 60 мм и бетонной плиты 90 мм. Основной причиной использования каркаса перекрытий из конструкционной стали было снижение веса здания из-за ограничений по мощности фундамента. Фасад здания показан на рис. 4. Испытания в аэродинамической трубе проводились как для определения давления облицовки, так и для динамического поведения конструкции.Рассматривается возможность установки регулируемого демпфера. C. Элитная башняЭто 90-этажная башня в районе Дубай Марина. Типичный план этажа показан на рис. 5. Опять же для бокового сопротивления используется труба с рамкой по периметру и стенкой, работающей от сдвига. Основная стена в первую очередь является вертикальным элементом сопротивления нагрузке на верхних этажах. Система поперечных стен (не показана) используется в одном направлении до 29 этажа. Каркас пола представляет собой плоскую бетонную плиту толщиной 200 мм, предварительно натянутую на напряжение, с частью вокруг основной стены, увеличенной до 350 мм.Эта система устраняет все внутренние колонны. Архитектурные преимущества пространства без колонн очевидны. Конструктивно он увеличивает гравитационные нагрузки на внешние колонны и сводит к минимуму подъем. Высота башни показана на рис. 6. Испытание в аэродинамической трубе использовало коэффициент демпфирования 2%, и для соответствия рекомендациям ISO дополнительное демпфирование не требуется. D. Hircon TowerЭто 72-этажная восьмиугольная башня в районе Дубай Марина, спроектированная индийским архитектором Hafeez Contractor. Конструктивная система представлена на рис.7 и вертикальная проекция на рис. 8. Система сопротивления поперечной нагрузке состоит из основной стены, работающей на сдвиг в одном направлении, и бетонной стены «во всю ширину» в другом направлении. Колонны по периметру широко разнесены, а в качестве перемычки используется плоская «ленточная балка» глубиной 450 мм. Плита перекрытия представляет собой плоскую бетонную плиту толщиной 240 мм. На верхних этажах есть внутренние бассейны внутри квартир. Никакого внешнего демпфирования не требуется. E. Palais Royale, МумбаиЭто 300 м. высокая многоквартирная башня в настоящее время строится в Мумбаи.Одна половина плана этажа показана на рис. 9, а высота — на рис. 10. Здание имеет восьмиугольную форму в плане и имеет центральный атриум. Вокруг лифтов стены из срезанного материала. Система перекрытий представляет собой балочно-плитную систему. Также используются установочная стрела и опалубка MEVA, как показано на рис. 11 и 12. Системы композитных конструкций для высоких офисных зданийСовременная эра композитных систем с использованием стали и бетона для колонн началась с работы покойного доктора Фазлура Хана (1) в 1966 году.Он считал, что сталь и бетон можно комбинировать в вертикальной плоскости так же эффективно, как в композитных балках перекрытия несколькими десятилетиями ранее. Его работа привела к строительству первого современного здания из композитных материалов, 20-этажного центра обработки данных в Хьюстоне в 1968 году. С точки зрения систем, конструкция была построена в виде обычного стального каркаса, за исключением использования очень маленьких стальных монтажных колонн для внешние колонны. Стальной каркас был построен примерно на 8 этажей до бетонирования внешних колонн и перемычек.Последовательность возведения стали наверху и бетонных колонн и перемычек внизу продолжалась до тех пор, пока конструкция не была завершена. До тех пор, пока бетонный каркас не был завершен, необходимо было использовать временные распорки в цельностальной части колонны конструкции. Полученная конструкция имела внешнюю композитную раму, которая выдерживала гравитационные нагрузки и все боковые нагрузки. Было быстро выявлено несколько преимуществ:
Подробный трактат о композитном проектировании высотных зданий см. В Ref. 2. J. P. Morgan Chase Plaza Houston.В настоящее время самое высокое здание из композитных материалов в Северной Америке — 75-этажное, высотой 300 м. высокий, J. P. Morgan Chase Plaza Houston, в котором используется композитная колонна и бетонная перемычка на внешней стороне. Оба материала были использованы с максимальной эффективностью, что привело к снижению затрат и созданию совершенно нового структурного жанра строительства. Эти альтернативы были отброшены по эстетическим причинам.Следовательно, единственным вариантом было использовать ядро здания. Рядом с передним рядом лифтов размещается бетонная стена, работающая на сдвиг, и соединение между внутренней стеной, работающей на сдвиг, и внешней трубой осуществляется посредством очень жестких стальных балок связи в плоскости пола. Есть второстепенные элементы жесткости, состоящие из стальной балки, которая простирается на 85 футов (26 м) и связывает два треугольных бетонных передних опора здания. Фотография строящегося здания показана на Рисунке 14. Для этой башни был использован 56-дневный бетон нормального веса с максимальной прочностью в 7500 фунтов на квадратный дюйм (52 МПа) в наружных колоннах, перемычках и стенке, работающей на сдвиг, от фундамента до мата. 7-й этаж, и для этих элементов с 8-го по 30-й этажи использовалось 42 МПа (6000 фунтов на квадратный дюйм). У высокопрочного бетона есть несколько преимуществ, которые можно резюмировать следующим образом:
Список литературы
Страница не найдена | MITПерейти к содержанию ↓
Меню ↓ Поиск Меню Ой, похоже, мы не смогли найти то, что вы искали! Что вы ищете? Увидеть больше результатов Предложения или отзывы? . |