В.А. Пермяков , В.А. Глитин
Применение оптимизации при проектировании трёхшарнирных рам каркасов с элементами переменной жесткости
Киевский национальный университет строительства и архитектуры
Аннотация. В статье приведены рекомендации по применению методов оптимизации при реальном проектировании стальных каркасов зданий универсального назначения, которые состоят из трехшарнирных рам, выполненных из элементов переменной по длине жесткости. Эти рекомендации касаются: определения количества дискретных частей, которыми апроксимируется элемент переменной жесткости; определения оптимального угла наклона полуригеля и соотношения высоты стенки в начале и в конце элемента; рационального размещения связей, устроенных из плоскости поперечной рамы. Ответы на эти вопросы были получены в результате численных и экспериментальных исследований и реализованы в виде графиков. Поиск оптимальных параметров плоских рам с элементами переменной жесткости выполнялся на базе обобщенной задачи оптимального проектирования и с помощью программного обеспечения, которое реализует градиентные методы. При этом поиск оптимальных решений происходил в непрерывном пространстве переменных проектирования.
Ключевые слова: оптимальное проектирование, стержневые конструкции, дискретные части, элемент переменной жесткости.
И.Д. Пелешко, В.В. Юрченко
Оптимальное проектирование металлических конструкций на современном этапе (обзор работ)
Национальный университет “Львовская политехника”
Киевский национальный университет строительства и архитектуры
Аннотация. В статье выполнен обзор научных работ, посвященных проблеме оптимального проек тирования металлических конструкций. Приведены характеристики параметрических и структурно параметрических задач оптимизации строительных конструкций.Рассмотрены детерминированные, вероятностные и многокритериальные математические модели задач оптимизации стержневых систем. Детально описаны критерий энергоемкости и критерий надежности, которые используются для решения прикладных задач оптимизации металлических конструкций. Освещены методы поиска оптимального решения, которые применяются в прикладных задачах, а именно градиентные методы, метод оптимизации Нелдера-Мида, различные вариации метода случайного поиска. Отдельное внимание уделено генетическим алгоритмам, которые приобретают все большее применение в проектной практике.
Ключевые слова: оптимальное проектирование, стержневые конструкции, параметрическая оптимизация, структурно параметрическая оптимизация.
И.Д. Евзеров, М.В. Лазнюк, Т.А. Нилова
Расчет и проектирование мачт на оттяжках в среде ПК ЛИРА
Государственный научно исследовательский институт автоматизированных систем в строительстве
Аннотация. Рассматриваются общие принципы решения в ПК ЛИРА задач по расчету стальных решетчатых мачт на оттяжках с помощью МКЭ. Уделено внимание основным проблемам, которые могут возникнуть при задании исходных данных для расчета таких конструкций, а также используемым методам расчета. Показано, что нормативные методы расчета динамических задач не допускают выполнение расчетов в нелинейной постановке. Определение частот собственных колебаний для мачт на оттяжках с учетом геометрической нелинейности работы ее элементов на современной стадии развития программных комплексов МКЭ вызывает большие трудности. Пути упрощения расчетной схемы (линеаризация модели), а также попытки решения таких задач с помощью приближенных методов могут привести в ряде случаев к некорректным результатам. Возникает необходимость в использовании других методов решения задач нелинейной динамики. Для этого в ПК ЛИРА реализован метод прямого интегрирования, который позволяет решать физически и конструктивно нелинейные задачи. Дальнейшее совершенствование ПК ЛИРА видится разработчикам именно в развитии этого направления, в решении других классов нелинейных динамических задач, в т.ч. и геометрически нелинейных, с помощью метода прямого интегрирования.
Ключевые слова: мачты на оттяжках, метод конечных элементов (МКЭ), конечно-элементное моделирование, динамический расчет, геометрическая нелинейность.
А.А. Свентиков
Анализ нелинейного деформирования висячих пространственных стержневых покрытий
Воронежский государственный архитектурно-строительный универститет
Аннотация. Предложены конечно элементные модели гибких нитей в геометрически и конструктивно нелинейных постановках. Нелинейное деформирование гибких элементов описывается кубическим уравнением. Выявлено, что основным фактором, влияющим на “выключаемость” гибких стержней из расчетной схемы конструкции, является распор нити при “нулевых” смещениях опорных сечений. Для характеристики нелинейного поведения гибких элементов выведен обобщающий коэффициент нелинейного поведения. Изучены закономерности деформирования висячего пространственного покрытия с использованием перекрестных несущих нитей и двояко-наклонных подвесок. Выявлены характерные зоны деформирования висячего пространственного покрытия.
Ключевые слова: гибкая нить, стержень, напряжение, покрытие.
В.Ю. Алпатов, А.В. Соловьев, И.С. Холопов
Техническая диагностика металлических рам переменного двутаврового сечения каркаса спортивного комплекса
Самарский государственный архитектурно-строительный университет
Аннотация. В статье представлены результаты технического обследования и диагностики металлических конструкций вновь возведенного здания. Здание представляет собой спортивный комплекс. Здания разбито на два совмещенных объема. Первый объем — большой крытый спортивный зал, второй объем — административно-бытовой корпус со встроенным малым спортивным залом. Здание выполнено как сооружение каркасного типа. В качестве основных несущих элементов использованы стальные каркасы двух видов — для большого спортивного зала и для административно-бытового корпуса. Каркасы здания выполнены с применением металлических рам переменной жесткости. Рамы собраны из отправочных марок полной заводской готовности с применением монтажных узлов на фланцах. Представлены конструкции трех узлов несущей рамы — коньковый, карнизный, промежуточный. Приведены результаты технического обследования, диагностики и поверочных расчетов самих каркасов с элементами переменной жесткости и их ответственных фланцевых узлов.
Ключевые слова: рамы переменной жесткости, фланец, металлический каркас, техническое обследование.
В.Ю. Алпатов, И.С. Холопов
Оптимизация геометрической формы пространственно, стержневых конструкций
Самарский государственный архитектурно-строительный университет
Аннотация. Приведен анализ существующих конструктивных решений несущих каркасов в виде пространственных стрежневых конструкций. Проведена оценка существующих способов объединения стержневых элементов в узлах решетчатых пространственно-стержневых конструкций. Установлено, что одним из наиболее существенных недостатков таких конструкций является повышенная материалоемкость. Рассмотрены вопросы общей постановки задачи оптимального проектирования пространственных стержневых конструкций. Для конструкций покрытия зданий и сооружений сформулирована однокритериальная задача поиска оптимальной геометрической формы со множеством ограничений. В качестве критерия качества принят минимум объема (массы) материала. В математической модели задачи приняты условия “не вырождения” элементов и неизменности топологии конструкции. Даны предложения о последовательной многоуровневой декомпозиции задачи оптимального проектирования пространственно-стержневых металлических конструкций. Представлено решение задачи оптимизации геометрической формы пространственно-стержневой конструкции покрытия на прямоугольном плане.
Ключевые слова: пространственные решетчатые конструкции, пространственно-стержневые конструкции, оптимизация формы, оптимальное проектирование.
Ю.И. Кудишин, Д.Ю. Дробот
Живучесть строительных конструкций — важный фактор снижения потерь в условиях аварийных ситуаций
Московский государственный строительный университет
Аннотация. Данная статья освещает продолжающееся в настоящее время исследование, затрагивающее вопрос живучести строительных конструкций. Под живучестью понимается способность сооружения выполнять свое функциональное назначение при отказе какой-либо его части. В первой части статьи приводится обзор существующих точек зрения, подходов к решению проблемы. В рамках отобранных и обоснованных постулатов формулируется упрощенная (инженерная) методика расчета на живучесть для металлических конструкций. В качестве примера по использованию методики во второй части статьи рассматривается большепролетное металлическое покрытие Ледового дворца на Ходынском поле (г. Москва).
Ключевые слова: живучесть, надежность, прогрессирующее обрушение, теория систем, риск, анализ, динамический отказ элемента метеопост.
А.Р. Туснин
Конечный элемент для численного расчета конструкции из тонкостенных стержней открытого профиля
Московский государственный строительный университет
Аннотация. В статье рассмотрены вопросы численного расчёта пространственных металлических конструкций из тонкостенных стержней открытого профиля. Для корректного расчёта таких конструкций необходим учёт стесненного кручения. В узлах конструкции рассматривается 7 степеней свободы (линейные, угловые перемещения и депланация). Представлены матрица жёсткости тонкостенного стержня с учётом стесненного кручения и матрица преобразования координат для перехода от местной системы координат к общей. Результаты исследования использованы при разработке вычислительного комплекса расчёта стержневых конструкций.
Ключевые слова: конечный элемент, численный расчет, тонкостенные стержни, стеснённое кручение, депланация, секториальные напряжения, матрица жёсткости.
В.П. Синцов, В.А. Митрофанов, А.В. Синцов
Применение металлического каркаса для 16-ти єтажного дома в сейсмоопасном районе
Национальная академия природоохранного и курортного строительства
Аннотация. Статья посвящена вопросу снижения материалоемкости многоэтажных зданий в сейсмоопасных районах. Рассмотрено влияние материала несущих конструкций — “железобетон — сталь” на снижение усилий в элементах каркаса и нагрузок на фундаменты сооружения и основания. Проведен расчет пространственных компьютерных моделей 16-ти этажного здания, определены динамические характеристики и уровень внутренних усилий в элементах каркаса различных расчетных моделей. Проведен анализ поведения различных расчетных моделей с учетом сейсмической нагрузки.
Ключевые слова: сейсмика, колонна, отправочная марка, метод конечного элемента, расчетная модель.
С.Г. Кузнецов
Испытание высотных зданий в аэродинамической трубе с атмосферным приземным пограничным слоем
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры
Аннотация. Здание или сооружение, расположенное в непосредственной близости от другого здания или сооружения, находятся в различных условиях, нежели отдельно стоящее здание. В государственных строительных нормах содержатся ветровые нагрузки только для отдельно стоящих зданий, возможно, это правильно, так как считается, что в этой ситуации ветровые нагрузки максимальны. В этой работе изучено, верно ли это утверждение, т.е. сравнить ветровые нагрузки отдельно стоящего высотного здания с нагрузками совместно расположенных двух высотных зданий. Эксперименты были проведены в аэродинамической трубе с пограничным слоем рабочей группы “Аэродинамика в строительстве” Рурского университета г. Бохум (Германия). Атмосферный пограничный слой моделировался плохообтекаемыми элементами, и поток описывался по степенному закону. Для экспериментов были изготовлены две одинаковые модели высотных зданий. Результаты экспериментов приведены в форме средних и среднеквадратических отклонений аэродинамических коэффициентов.
Ключевые слова: высотное здание, аэродинамическая труба, ветровая нагрузка, атмосферный пограничный слой.