ВПЛИВ ЗМІНИ ТИПУ ПЕРЕРІЗУ КОЛОН КАРКАСНИХ БУДІВЕЛЬ
DOI:
https://doi.org/10.31650/2786-6696-2024-10-17-26Ключові слова:
багатоповерхові залізобетонні будівлі, метод скінченних елементів, чисельне моделювання, модальний аналіз, власні частоти, раціональні форми поперечних перерізів, форма коливань.Анотація
У сучасних умовах будівництво багатоповерхових будинків стає все більш актуальним, що призводить до збільшення щільності забудови та розвитку транспортної інфраструктури. Останнім часом неухильно зростають обсяги будівництва в зонах, що піддаються вібраціям різного характеру. Постійний вплив вібрацій, спричинених зовнішніми чинниками, такими як транспортні потоки або промислові установки, на будівлі може викликати значні зміщення конструктивних елементів і підвищувати рівень шуму, що є додатковим негативним впливом на безпечне функціонування будівлі. Таким чином, проблема контролю впливу цих вібрацій на надійність і довговічність будівлі стає все більш актуальною.
Зменшення впливу частот на структурні характеристики конструкцій та на нормальне функціонування організму людини впроваджується за допомогою віброізоляції будівель та систем моніторингу стану конструкцій. Однак вплив зміни перерізів конструктивних елементів не досліджено повністю.
Метою даного дослідження є пошук раціональних конструктивних рішень з точки зору матеріаломісткості та експлуатаційної придатності будівлі, що знаходиться під впливом динамічних навантажень.
Для аналізу впливу зміни поперечного перерізу колон було розроблено 3 варіанти поперечного перерізу колон, у яких змінювалися форми та геометричні розміри. Геометричні характеристики перерізів розраховувалися за допомогою програми "Арбат", а модальний аналіз виконувався за допомогою програмного комплексу SCAD.
В результаті розрахунку були отримані графіки кривих взаємодії, обмежують область несучої здатності перерізу під дією зусиль, які можуть бути прикладені до перерізу, що аналізується. Зокрема одержано власні частоти і форми коливань, а також оцінені поперечні перерізи колон за їх площею і моментами інерції. Зміна типу перерізу колон не суттєво вплинула на рівень частот коливань будівлі. Однак вона змінила матеріаломісткість і вагу будівлі на 24%, тобто значення навантажень від власної ваги колон, що передаються на фундамент також знизилися. Зниження навантажень на фундаменти дозволяє суттєво скоротити витрати на їх улаштування. Також було виявлено, що зміна типу перерізу може впливати на зміну напрямку руху форм коливань будівлі.
Результати дослідження демонструють можливість оптимізації конструктивних рішень через зміну геометрії колон, що дозволяє не лише економити ресурси, але й забезпечувати надійну експлуатацію будівель.
Посилання
[1] L. Gaile, L. Ratnika, L. Pakrastins, "RC Medium-Rise Building Damage Sensitivity with SSI Effect", Materials, vol. 15, no. 5, pp. 1653, 2022. URL: https://doi.org/10.3390/ma15051653.
[2] L. Skoruk, "Features of the calculation of reinforced concrete elements under the action of transverse force according to different standards", Building constructions. Theory Pract., vol. 13, pp. 139–148, 2023. URL: https://doi.org/10.32347/2522-4182.13.2023.139-148.
[3] L. Gaile, I. Radins, "Evaluation of vibration-based global structural health monitoring method for medium-rise buildings", Environment. Technologies. Resources. Proceedings of the International Scientific and Practical Conference, vol. 1, pp. 55-61, 2021. URL: https://doi.org/10.17770/etr2021vol1.6598
[4] V.A. Bazhenov, Yu.V. Vorona, A.V. Perelmuter, Budivelna mekhanika i teoriia sporud. Narysy z istorii, Kyiv: Caravela, 2016.
[5] V.A. Bazhenov, A.V. Perelmuter, O.V. Shyshov, Budivelna mekhanika. Kompiuterni tekhnolohii i modeliuvannia, Kyiv: Caravela, 2009.
[6] V. Kovrova, V. Volkova, L. Pakrastins, "Modal Analysis of a Multi-storey Frame Building with Consideration of the Soil Base", Modern Building Materials, Structures and Techniques, vol. 392, pp. 668-673, 2024. URL: https://doi.org/10.1007/978-3-031-44603-0_69.
[7] V.S. Karpylovskyi, E.Z. Kryksunov, A.A. Maliarenko, A.V. Perelmuter, M.A. Perelmuter, S. Iu. Fyalko, SCAD Office.Versyia 23.Vichyslytelnii kompleks SCAD++, Kyiv: Yzdatelstvo «SCAD SOFT», 2024.
[8] S.I. Homeniuk, V.Iu. Kozub, "Parallelna realizatsiia metodu skinchennnykh elementiv dlia zadachi termopruzhnosti", Bulletin of the Volodymyr Dahl East Ukrainian National University, vol. 5, no. 275, pp. 5-9, 2022. URL: https://doi.org/10.33216/1998-7927-2019-256-8-5-9.
[9] Metod kintsevih elementiv. [Online]. URL: https://stud.com.ua/54925/tovaroznavstvo/metod_kintsevih_elementiv/ Accessed on: May 3, 2024
[10] A.E.H. Love, "The small free vibrations and deformation of a thin elastic shell", Philosophical Transactions of the Royal Society of London, vol. 179, pp. 491–546, 1888. URL: https://doi.org/10.1098/rsta.1888.0016.
[11] A. Cazzani, L. Rosati, P. Ruge, "The contribution of Gustav R. Kirchhoff to the dynamics of tapered beams", Journal of Applied Mathematics and Mechanics / Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik, vol. 97, no. 10, pp. 1174-1203, 2017. URL: https://doi.org/10.1002/zamm.201600250
[12] S. Timoshenko, S. Woinowsky-Krieger, Theory of plates and shells, New York, McGraw-Hill, 1959.
[13] G.A. Holzapfel, Nonlinear Solid Mechanics: A Continuum Approach for Engineering, John Wiley & Sons, 2000.
[14] W.K. Liu, S. Li, H. S. Park, "Eighty Years of the Finite Element Method: Birth, Evolution, and Future", Archives of Computational Methods in Engineering, vol. 29, pp. 4431–4453, 2022. URL: https://doi.org/10.1007/s11831-022-09740-9.
[15] V. Kovrova, V. Volkova, "Analysis of the influence of different soil types on the natural frequencies of multi-storey reinforced concrete buildings", Strength of Materials and Theory of Structures, vol. 111, pp. 172-177, 2023. URL: https://doi.org/10.32347/2410-2547.2023.111.172-177.
[16] DBN V.1.1-12:2014, Budivnytstvo v seismichnykh raionakh Ukrainy, Mіnregіon Ukrainy, Kyiv, 2014.
[17] A. Gee, S.M. Hashemi, "Undamped Free Vibration Analysis of Functionally Graded Beams: A Dynamic Finite Element Approach", Applied Mechanics, vol. 3, no. 4, pp. 1223-1239, 2022.URL: https://doi.org/10.3390/applmech3040070.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 СУЧАСНЕ БУДІВНИЦТВО ТА АРХІТЕКТУРА
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
