Повышение надежности конструкций зданий и сооружений в условиях экстремальных атмосферных нагрузок и воздействий Севера (20.09.2010)

Автор: Корнилов Терентий Афанасьевич

КОРНИЛОВ Терентий Афанасьевич

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ

ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ АТМОСФЕРНЫХ НАГРУЗОК И ВОЗДЕЙСТВИЙ

05.23.01 – Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Якутск - 2010

Работа выполнена на кафедре строительных конструкций и проектирования ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова».

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Кудишин Юрий Иванович

доктор технических наук

Остроумов Борис Валентинович

доктор технических наук, профессор

Гагарин Владимир Геннадьевич

Ведущая организация: ОАО НИЦ «Строительство»

ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко

Защита состоится «____»______________2010 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 303.015.01 при ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова» по адресу: 117997, г. Москва, ул. Архитектора Власова, 49, комн.204.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова».

Просим Вас принять участие в защите и направить отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенный гербовой печатью, в секретариат совета по указанному адресу. Телефон/факс +7(495) 660 79 40.

Автореферат разослан «___»______________2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 303.015.01,

кандидат технических наук Н.Ю. Симон

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В Стратегии национальной безопасности Российской Федерации до 2020 года одним из путей обеспечения безопасности в чрезвычайных ситуациях указано совершенствование и развитие единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера (в том числе территориальных и функциональных сегментов). Анализ аварий металлоконструкций зданий и сооружений, произошедших на территории Северо-Востока России, показывает, что основное количество аварий приходится на несущие конструкции покрытия в виде стальных стропильных ферм и арочные конструкции. Причинами, вызвавшими обрушение стальных стропильных ферм, явились: неучтенные снеговые и снеголедовые накопления, ошибки при проектировании, наличие значительного количества разного рода дефектов и повреждений, некачественное выполнение монтажных узлов, возникновение местных нагрузок, скопление производственной пыли на покрытии, неравномерные осадки фундаментов. Анализ обрушений покрытий сводчатого типа показывает, что основные причины аварий арочных конструкций обусловлены превышением снеговой нагрузкой в некоторых районах нормативных значений, несовпадением фактического распределения снеговой нагрузки с регламентированными схемами нагружения, ошибками при проектировании, низким качеством изготовления металлических арок.

Обобщение материалов аварий и результатов натурных обследований показывает, что для обеспечения надежности рассматриваемых в работе металлических конструкций (стальных ферм и арок) в условиях Севера, первостепенное значение имеет необходимость научно-обоснованной формулировки нормативных требований к снеговой и ветровой нагрузкам. Стремление к унификации в отечественных нормах приводит к тому, что при нормировании снеговых нагрузок в один снеговой район включены территории с весьма большим разбросом снеговых нагрузок вследствие градации интервальных параметров. Согласно метеоданным в некоторых районах Якутии годовые снеговые максимумы превышают расчетные значения веса снегового покрова на земле по строительным нормам в 1,5-2 раза. В отечественных и зарубежных нормах снос снега с покрытия здания определяются весьма приблизительно, а понижающий коэффициент не учитывает климатические условия эксплуатации зданий.

В действующих нормах СНиП 2.01.07-85* использована карта районирования по давлению ветра, составленная почти 50 лет назад. Значительная часть территорий отнесена к малоизученным районам и значения скоростей ветра не представлены. Применение единого значения коэффициента надежности по ветровой нагрузке при переходе от нормативных к их расчетным значениям не позволяет учитывать разброс переменных значений коэффициентов вариаций годовых максимумов, что в итоге приводит к неравной надежности проектируемых конструкций.

В условиях повышения со стороны государства требований к энергоэффективности исключительно остро стоит проблема сокращения потерь тепловой энергии через ограждающие конструкции зданий и сооружений, что особенно актуальна для условий Северо-Востока России. В последнее время большинство жилых и общественных зданий с несущим железобетонным каркасом для северных регионов проектируются и строятся с применением различных теплоизоляционных материалов, в том числе с вентилируемыми фасадными системами (ВФС). Многие из них не адаптированы для экстремальных условий и не учитывают особенности Севера. В результате они обладают низкой эксплуатационной надежностью и долговечностью.

Материалы многолетних натурных обследований промышленных зданий с металлическим каркасом, жилых и общественных зданий на северных территориях страны и отмеченные обстоятельства требуют повышения надежности стальных конструкций покрытий и ограждающих конструкций зданий с учетом региональных особенностей, атмосферных нагрузок и воздействий.

Исходя из актуальности проблемы исследования и из предпосылок, изложенных выше, цель работы заключается в комплексном решении и развитии научной и практической проблемы повышения надежности металлических покрытий и ограждающих конструкций зданий в условиях Севера и разработке нормативных требований к проектированию конструкций.

Для достижения намеченной цели в диссертации определены следующие задачи:

Оценить эксплуатационную надежность несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений на основе комплексного анализа особенностей природно-климатических условий эксплуатации, режима нагруженности и причин аварий металлоконструкций зданий и сооружений, результатов натурных обследований их технического состояния.

Провести вероятностную оценку данных об общих искривлениях стержней ферм, экспериментальные исследования устойчивости сжатых искривленных стержней в системе элементов фермы, разработать методику расчета элементов ферм на устойчивость с учетом реальной жесткости узлов.

Выполнить факторный анализ атмосферных нагрузок и воздействий на конструкции покрытия в условиях Севера, разработать методику обработки статистических данных по снеговым и ветровым нагрузкам, провести районирование территории Якутии по расчетному значению веса снегового покрова на земле и расчетному давлению ветра.

Научно обосновать нормативные требования к снеговой нагрузке для различных схем покрытий зданий, разработать методику учета совместного действия снеговых и ветровых нагрузок.

Оценить эксплуатационную надежность вентилируемых фасадных систем зданий на основе данных натурных обследований и экспериментальных исследований.

Разработать рекомендации по нормированию снеговых и ветровых нагрузок на конструкции зданий и сооружений, формированию требований к надежности металлических конструкций покрытия, повышению эксплуатационной надежности вентилируемых фасадных систем.

Научная новизна работы заключается в решении вопросов повышения надежности металлических конструкций покрытий и ограждающих конструкций зданий в условиях Севера и разработке нормативных требований к проектированию конструкций. При этом получены следующие основные научные результаты:

Разработана методика определения расчетных длин сжатых элементов решетки ферм с учетом габаритов фасонок, выявлен запас несущей способности элементов решетки ферм с исходными искривлениями и определены предельные значения допустимых погибов.

Предложена методика нормирования снеговых нагрузок, основанная на непосредственной аппроксимации опытных данных годовых максимумов веса снегового покрова земли и методика экстраполяции данных хвостовой части распределений максимумов снеговых нагрузок при малой выборке данных.


загрузка...