Напружено-деформований стан несучих стін житлових будинків при реконструкції з улаштуванням нових прорізів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Напружено-деформований стан несучих стін житлових будинків при реконструкції з улаштуванням нових прорізів

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Робота присвячена дослідженням напружено-деформованого стану (НДС) несучих стін при реконструкції з улаштуванням нових прорізів, а також дослідженням впливу деяких параметрів розрахункових схем на зміну характеристик НДС. Результати роботи сприяють розрахунковому обгрунтуванню конструктивних рішень, що приймаються при улаштуванні у стінах нових прорізів, а також зменшенню матеріальних витрат.

Актуальність теми. Спільним для більшості країн у теперішній час є те, що у значно більшій мірі, ніж коли-небудь, превуалює тенденція збереження існуючих будинків. Це стосується не тільки архітектурних та історичних пам'ятників великої цінности, але й рядових будинків старої забудови, які стали важливими елементами міської забудови в силу того, що вони були побудовані у традиційній манері свого часу. Більшість з них за час довгострокової експлуатації пошкоджено. Збереження й подальше використання таких будинків стає можливим завдяки реконструкції.

Крім того, реконструкція необхідна при виникненні потреби у площах житлових та громадських будинків у районах, забудова яких вже склалася, а також при усуненні морального та матеріального зносу будинків.

Таким чином, реконструкція у наш час стала основним засобом регулювання міського розвитку.

У більшості випадків реконструкція супроводжується улаштуванням нових прорізів або розширенням існуючих. Конструктивні рішення, що приймаються по улаштуванню прорізів, потребують ретельного розрахункового обгрунтування. При проведенні перевірочних розрахунків постійно виникають питання щодо складання розрахунових схем, які не достатньо висвітлені у нормативній документації. При цьому, приймаючи будь-які припущення, що спрощують розрахунок, важливо знати ступінь впливу цих припущень на точність результатів, що отримуються. Некоректно виконаний розрахунок може призвести до помилкових технічних рішень, що сприяє додатковому деформуванню будинків або надмірним матеріальним витратам.

Робота виконувалася у розвиток постанови Кабмину України № 409 від 05.05.97 р. “Про забезпечення надійності й безпеки експлуатації споруд та інженерних мереж” та Програми реконструкції житлових будинків перших масових серій. Робота відповідає загальному напрямку досліджень, що проводяться на кафедрі будівельних конструкцій Запорізької державної інженерної академії.

Мета дисертаційної роботи: дослідження напружено-деформованого стану (НДС) несучих стін при реконструкції з улаштуванням прорізів, а також дослідження впливу деяких параметрів розрахункових схем на зміну характеристик НДС.

Завдання дослідження:

- збір даних про кількісний та якісний стан житлового фонду і практику реконструкції житлових будинків м. Запоріжжя;

- проведення комплексних обстежень житлових будинків для визначення характерних конструктивних рішень та особливостей;

- отримання експериментальних даних зміни НДС несучих стін при улаштуванні нових прорізів;

- дослідження впливу деяких параметрів розрахункових схем на характеристики НДС внутрішніх поздовжніх несучих стін та розробка відповідних рекомендацій;

- розробка методики визначення, а також проведення досліджень зміни НДС несучих стін при улаштуванні нових прорізів.

Наукову новизну роботи складають вперше отримані або розроблені:

методика визначення зміни НДС несучих стін при улаштуванні нових прорізів;

експериментальні дані по зміні НДС внутрішньої несучої стіни при улаштуванні нових прорізів;

результати досліджень впливу деяких параметрів розрахункової схеми на зміну характеристик НДС внутрішньої поздовжньої несучої стіни;

рекомендації щодо складання розрахункових схем внутрішніх поздовжніх несучих стін.

Новими також є статистичні дані з стану житлового фонду м. Запоріжжя.

Практичне значення роботи полягає у наданні можливості оцінки зміни НДС при улаштуванні прорізів завдяки розробленій методиці визначення та проведеним дослідженням зміни НДС несучих стін при улаштуванні нових прорізів. Використання розроблених рекомендацій щодо складання розрахункових схем внутрішніх поздовжніх несучих стін з урахуванням характерних конструктивних рішень старих житлових будинків забезпечить необхідний рівень точності результатів при мінімальних матеріальних витратах. Методика визначення зміни НДС при улаштуванні прорізів та рекомендації щодо складання розрахункових схем внутрішніх поздовжніх несучих стін повністю готові до використання у проектних та зацікавлених організаціях.

Особистий внесок:

- проведення досліджень стану житлового фонду м. Запоріжжя;

- розробка методики оцінки зміни НДС несучих стін при улаштуванні прорізів, проведення теоретичної та експериментальної перевірки її адекватності;

- дослідження впливу деяких параметрів розрахункової схеми на зміну характеристик НДС внутрішньої поздовжньої несучої стіни;

- розробка рекомендацій щодо складання розрахункових схем внутрішніх поздовжніх несучих стін.

Результати досліджень використані при розрахунковому обгрунтуванні рішень щодо реконструкції, які приймалися для житлових будинків, розташованих за адресами: пр. Леніна, 102; вул. Лєрмонтова, 10 у місті Запоріжжі, що знайшло відображення у науково-технічних звітах Запорізької філії “НДІпроектреконструкція” за №№ 234, 256; вул. 40 років Радянської України, 84; пр. Леніна, 89, 110А, 192; вул. Грязнова, 73, 75; вул. Маяковського, 8А у м. Запоріжжі, що знайшло відображення у науково-технічних звітах фірми ”Настрій” за №№ 25, 28, 35, 38, 45, 49, 56; вул. Юності, 59 А, пр. Леніна, 110, що знайшло відображення у науково-технічних звітах Державного проектного інституту “Запоріжцивільпроект” за №№ 6316.01-01, 6318.01-01, а також у проекті реконструкції житлового будинку по вул. Набережній Перемоги, 48/44 у м. Дніпропетровську, що знайшло відображення у проекті реконструкції ПДАБтаА за № 018.98-02. Крім того, отримані результати використовуються у навчальному процесі на кафедрі промислового та цивільного будівництва Запорізької державної інженерної академії.

Апробація роботи: Результати роботи апробовані на I міжнародній конференції ”Проблемы и перспективы освоения подземного пространства крупных городов“ (м. Дніпропетровськ, 1996 р.); на 3 Українській науково-технічній конференції з механіки грунтів і фундаментобудування (м. Одеса, 1997 р.); на наукових семінарах кафедри залізобетонних та кам'яних конструкцій Придніпровської державної академії будівництва та архітектури (м. Дніпропетровськ, 1998 р.); науково-практичній конференції кафедр будівельних конструкцій і промислового та цивільного будівництва Запорізької державної інженерної академії (м. Запоріжжя, 1998 р.).

За темою дисертації опубліковано 7 наукових статей та 1 доповідь.

Обсяг роботи: Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаної літератури з 121 найменування та додатків на трьох аркушах. Робота має 159 сторінок машинописного тексту, у тому числі 137 сторінок основного тексту, 55 рисунків, 18 таблиць.

житловий реконструкція стіна

2. ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми, сформульовано мету, а також наведені основні відомості про дисертацію, у тому числі наукова новизна, практична цінність, апробація результатів дисертації. Надано дані про упровадження результатів дисертаційної роботи.

У першому розділі подано огляд досліджень стану житлового фонду, проведених у різних регіонах, як у нашій країні, так і за кордоном, на базі чого зроблено висновок про достатню докладність досліджень житлового фонду деяких великих міст й наявність притаманної їм специфіки. Встановлено, що найбільше розповсюдження у старих будинках має безкаркасна двохпрольотна конструктивна схема з внутрішньою поздовжньою несучою стіною. За результатами досліджень житлового фонду м. Запоріжжя було зроблено висновок про достатньо повний обсяг досліджень будинків, побудованих тільки у період повнозбірного будівництва до початку 90 років. Також було відзначено недостатність відомостей про загальний теперішній стан житлового фонду м. Запоріжжя, існуючі тенденції, а також недостатність вивчення конструктивних рішень та особливостей старих житлових будинків.

У результаті проведеного аналізу даних з деформування будинків встановлено, що найбільш часто пошкодженими конструкціями житлових будинків є поздовжні несучі стіни, особливо внутрішні. У багатьох випадках деформування стін відмічається при їх реконструкції, яка часто супроводжується розширенням існуючих або улаштуванням нових прорізів.

У результаті проведеного аналізу існуючих розрахункових моделей та методів розрахунку встановлено відсутність прямих методів визначення та результатів досліджень зміни НДС, пов'язаних з улаштуванням прорізів у несучих стінах. Також було відзначено відсутність досліджень, спрямованих на спрощення розрахункової схеми внутрішньої поздовжньої несучої стіни з відомим ступенем впливу прийнятих спрощень на характеристики НДС, що отримуються у результаті розрахунку.

На підставі проведеного аналізу існуючих рекомендацій щодо улаштування нових прорізів та підсилення й розширення існуючих, зроблено висновок, що запропоновані конструктивні рішення підсилення елементів стіни недостатньо обгрунтовані і у більшості випадків обмежуються лише улаштуванням перемичок. Відсутні пропозиції щодо їх розрахунку.

У результаті проведеного огляду визначено мету та сформульовано завдання дисертації.

У другому розділі наведені результати дослідження житлового фонду м. Запоріжжя, наведені конструктивні рішення, що характерні для житлових будинків періоду до масового повнозбірного будівництва, на підставі чого зроблено такі висновки:

1. Станом на 01.01.98 р. житловий фонд м. Запоріжжя складав 44021 будову з 348 389 квартирами загальною площею 17214,6 тисяч квадратних метрів. Серед 3340 будинків, що складають житловий фонд місцевих рад та відомчий житловий фонд, будинки з поверховістю до 5 поверхів становлять 74,09 %. За матеріалами стін найбільш поширеними є цегляні будинки, доля яких у досліджуваному житловому фонді складає 33,27 %.

2. Житлові будинки м. Запоріжжя, що досліджувалися, умовно розподілені на 4 групи за періодами будівництва: I група - побудовані до 1917 р.; II група - побудовані в період з 1917 по 1941 р.; III група - побудовані в період з 1941 до 1960 р.; IV група - з 1960 р. до нашого часу. З 1484 житлових будинків, що досліджувалися (не менш, ніж 2 поверхових), 0,3 % будинків відноситься до I групи; 3,9 % будинків - до II групи; 32,3 % будинків - до III групи; 63,5 % будинків - до IV групи. Доля деформованих будинків відповідно становить 75 %; 39,7 %; 30,6 %; 4,5 %. Як критерій деформованості було прийнято наявність акта комісії, яка проводила огляд цього будинку і визнала його деформованим.

3. Відмічається значне підвищення кількості випадків реконструкції житлових будинків, починаючи з 1995 р. Кількість виявлених випадків реконструкції становить: перепрофілювання з частковою зміною конструктивної системи (не менше, ніж 160 випадків), прибудова (не менше, ніж 18 випадків), надбудова (не менше, ніж 11 випадків). Досить часто реконструкція пов'язана з розширенням існуючих або улаштуванням нових прорізів (не менше, ніж 230 випадків), більшість з яких була у внутрішній поздовжній стіні. Встановлено, що найбільш часто реконструюються житлові будинки I - III груп, які до того ж й найбільш часто деформовані.

4. Проведені дослідження житлового фонду дозволили обмежити об'єкт подальших досліджень з найбільшою актуальністю. У результаті обстежень встановлені конструктивні рішення та особливості, характерні для кожної групи житлових будинків періоду до масового повнозбірного будівництва, які були використані при складанні розрахункових схем.

Третій розділ присвячено аналізу досліджень впливу деяких параметрів розрахункової схеми на значення характеристик НДС внутрішньої поздовжньої несучої стіни. Об'єкт досліджень - безкаркасний житловий будинок з поздовжніми несучими стінами та балочними перекриттями, характерними для житлових будинків I - III груп.

Розрахунки були виконані на комбінацію навантажень, яка включала постійні навантаження від власної ваги, корисне тимчасове рівномірно розподілене навантаження, навантаження від снігу та вітру з відповідними коефіцієнтами надійності. При цьому постійні навантаження були прийняті на підставі даних, одержаних у результаті проведених обстежень будинків I - III груп.

Вірогідність отриманих результатів забезпечується застосуванням обгрунтованих розрахункових моделей. При встановленні впливу урахування у розрахунковій схемі поперечних стін на значення характеристик НДС внутрішньої поздовжньої несучої стіни були розглянуті такі варіанти: просторова розрахункова схема будинку; просторова схема внутрішньої поздовжньої стіни та примикаючих до неї поперечних стін; просторова схема внутрішньої поздовжньої стіни та примикаючих до неї поперечних стін на половину відстані між поздовжніми стінами; плоска розрахункова схема внутрішньої поздовжньої стіни та плоска розрахункова схема внутрішньої поздовжньої стіни з моделюванням поперечних стін стержневими елементами з жорсткістю, що дорівнює поперечним стінам на половину відстані між поздовжніми стінами.

При встановленні впливу урахування в розрахунковій схемі вищерозташованих поверхів були розглянуті плоскі розрахункові схеми внутрішньої поздовжньої стіни з моделюванням поперечних стін стержневими елементами. При першому варіанті розрахункова схема складалася з підвалу та п'яти поверхів, потім кількість поверхів поступово зменшувалася кожен раз на один верхній поверх, вплив якого замінювався еквівалентним навантаженням. Розглядалися значення характеристик НДС у елементах підвалу та першого поверху, що зберігалися при всіх розрахунках.

При встановленні впливу навантаження від вітру на зміну характеристик НДС внутрішньої поздовжньої стіни були розглянуті просторові розрахункові схеми без навантаження від вітру та з навантаженням від вітру, яке прикладалося з двох боків одночасно спочатку в одному, потім в протилежному напрямку.

При встановленні впливу розміру КЕ на зміну характеристик НДС було розглянуто плоску розрахункову схему внутрішньої поздовжньої стіни з моделюванням поперечних стін стержневими елементами. Розмір КЕ при кожному новому розрахунку змінювався і становив відповідно 0,1 м; 0,2 м; 0,267 м; 0,4 м; 0,8 м.

При встановленні впливу урахування в розрахунковій схемі перемичок було розглянуто плоску розрахункову схему внутрішньої поздовжньої несучої стіни з моделюванням поперечних стін стержневими елементами без перемичок та з моделюванням перемичок стержневими елементами із заданою жорсткістю.

При встановленні впливу довжини плоскої розрахункової схеми внутрішньої поздовжньої стіни з моделюванням поперечних стін стержневими елементами було проведено п'ять розрахунків з поступовою зміною довжини стіни на 1,8 м.

При аналізі результатів розрахунків було встановлено, що переважна більшість КЕ випробовує напруження стиснення. При цьому максимальні значення відмічені у напрямі вертикальної осі У, і в більшості КЕ вони значно перевищують значення інших напружень. Крім того, встановлено, що граничний стан у деяких елементах стіни був викликаний перевищенням граничних значень напруженнями стиснення у напрямку осі У. Тому, при дослідженні впливу параметрів розрахункової схеми на зміну характеристик НДС аналізувалися значення напруження у.

На підставі виконаних розрахунків і проведеного аналізу отриманих результатів зроблені такі висновки:

1. Вид урахування поперечних стін у розрахунковій схемі внутрішньої поздовжньої стіни впливає на значення характеристик НДС, зокрема на значення напруження у. По мірі скорочення частини поперечних стін, яка враховується у розрахунковій схемі, зростали відхилення напруження. Найбільш близькі результати були отримані у варіанті розрахунку з моделюванням поперечних стін стержневими елементами, які мають жорсткість частини поперечних стін, що дорівнює половині відстані між поздовжніми стінами.

При такому варіанті розрахункової схеми найбільші відхилення відмічені у КЕ, розташованих на відстані 0,8 м від вертикальних граней розрахункової схеми, де відхилення складають до 63,8 %, при середньому значенні відхилення 31,13 %; у КЕ, розташованих на відстані до 0,8 м від прорізів, де відхилення складають до 36,3 %, при середньому значенні відхилення 8,17 % і у КЕ, розташованих на відстані до 0,8 м від стержневих КЕ, що моделюють поперечні стіни, де відхилення складають до 44,3 %, при середньому значенні відхилення 8,2 %.

У середньому для всіх значень величина відхилення становила 9,1 %, без урахування 5 % максимальних значень відхилень, які явно перевищують інші, середнє значення відхилення становило 7,51 %, а без урахування також КЕ, що примикають до вертикальних граней, - 4,96 %.

Таким чином, оцінюючи НДС внутрішньої поздовжньої несучої стіни за плоскою розрахунковою схемою, рекомендується враховувати примикаючі до неї поперечні стіни введенням у розрахункову схему стержневих елементів з жорсткістю, що дорівнює половині відстані між поздовжніми стінами.

2. При розрахунках за плоскою розрахунковою схемою з моделюванням поперечних стін стержневими КЕ середнє відхилення значень напруження у у більшості КЕ внутрішньої поздовжньої несучої стіни становило 4,96 % по відношенню до просторової розрахункової схеми. Таке відхилення дозволяє використовувати плоску розрахункову схему замість просторової при необхідності оцінки НДС більшої частини внутрішньої поздовжньої несучої стіни, за винятком дільниць стіни, розташованих на відстані близько 0,8 м від вертикальних граней поздовжньої стіни, від КЕ, що моделюють поперечні стіни і від прорізів.

3. Враховуючи, що без урахування жорсткості залізобетонних балочних перекриттів у розрахунковій схемі внутрішньої поздовжньої несучої стіни з моделюванням поперечних стін стержневими елементами були встановлені незначні відхилення в значеннях напруження (середнє відхилення без урахування КЕ, що примикають до вертикальних граней розрахункової схеми, і 5 % КЕ, величини відхилення яких значно перевищують інші, становить 4,96 %), то можна зробити висновок про можливість зневаги впливом залізобетонних і тим більше дерев'яних балочних перекриттів при складанні розрахункової схеми внутрішньої поздовжньої несучої стіни.

4. Встановлена можливість заміни вищерозташованих поверхів, у тому числі й тих, що проектуються при надбудові, еквівалентними навантаженнями. Заміна еквівалентними навантаженнями одного верхнього поверху визвала відхилення напруження у у КЕ першого поверху та підвалу, середнє значення якого склало 0,54 %, при заміні двох поверхів - 1,08 %, при заміні трьох поверхів - 2,09 %, при заміні чотирьох поверхів - 4,06 %. При цьому відзначається збільшення діапазону відхилень значень напруження. При необхідності визначення НДС, зокрема напруження у, дільниць стін, що примикають до прорізів на відстані до 1 м, над цими елементами повинно бути не менше одного поверху. Урахування усіх поверхів є необхідним при визначенні НДС дільниць стін, розташованих між прорізами по вертикалі. При цьому відхилення значень напруження не перевищать 5 %.

5. Враховуючи, що в середньому по поверху відносні відхилення значень напруження, що були викликані впливом вітру, не перевищили 0,89 %, а максимальний приріст напруження у становить 9,72 КПа, що складає 1,66 % від абсолютного значення у без урахування вітру, то можна зробити висновок про можливу зневагу впливом вітрового навантаження при розгляді напруження у у внутрішній поздовжній несучій стіні при висоті будинків до п'яти поверхів. Також встановлено, що на величину відхилення напруження у від вітрового навантаження у внутрішній поздовжній стіні впливає взаєморозміщення поперечних стін. При збільшенні відстані між поперечними стінами зростає міра впливу вітрового навантаження на зміну значень напруження у.

6. Розмір КЕ впливає на точність значень напруження у, що отримуються внаслідок розрахунку. Розглядаючи дільниці внутрішньої поздовжньої стіни, розміром 0,8 0,8 м, при апроксимації стіни КЕ розміром 0,2 0,2 м, відхилення отриманих значень напруження від середнього значення напруження в складових їх КЕ розміром 0,1 0,1 м, становило 1,57 %; при апроксимації стіни КЕ розміром 0,267 0,267 м відхилення становило 2,62 %; при апроксимації стіни КЕ розміром 0,4 0,4 м відхилення становило 4,55 %; при апроксимації стіни КЕ розміром 0,8 0,8 м, відхилення становило 14,23 %. Таким чином, при збільшенні розміру КЕ зростає відхилення значень напруження. Крім того, встановлено, що при збільшенні розміру КЕ зростає діапазон відхилень значень напруження в окремих, що складають його, КЕ меншого розміру. Розмір КЕ у різних дільницях стіни по-різному впливає на відхилення значень напруження, що отримуються. При збільшенні розміру КЕ, розташованих на рівні перекриттів, за винятком розташованих по вертикалі між прорізами, а також КЕ, що примикають до вертикальних граней стіни, відмічається переважне зменшення значень напруження. В інших КЕ при збільшенні їх розміру відмічається переважне зростання значень напруження. Найменші відхилення в значеннях напруження відмічаються у КЕ, розташованих по горизонталі між прорізами. При цьому розмір КЕ, що рекомендується, складає близько 0,8 м. Рекомендований розмір КЕ, розташованих біля вертикальних граней стіни, складає близько 0,4 м, а розмір КЕ між прорізами по вертикалі складає близько 0,2 м. При таких розмірах КЕ відхилення значень напруження не перевищать 5 %. У середньому по всій стіні вплив розміру КЕ на значення напруження може бути приблизно врахований використанням рівняння:

Y = -0,00737 + 5,19X + 15,8X2 (1).

7. При складанні розрахункової схеми внутрішньої поздовжньої несучої стіни необхідно враховувати вплив перемичок у випадках, коли потрібно визначити напруження у між прорізами по вертикалі і у верхній частині стіни на відстані від прорізів меншій, ніж 0,5 м. При цьому відхилення значень напруження не перевищать 5 %.

8. При зменшенні поздовжнього розміру внутрішньої стіни, що розглядається у розрахунковій схемі, при балочній конструктивній системі перекриттів, величина відхилення значень напруження у змінюється непропорційно зменшенню розміру і залежить від розташування вертикального краю розрахункової схеми відносно точок прикладання зосереджених сил, а також від взаєморозміщення прорізів. Максимальне відхилення значень напруження відмічається при збігу краю розрахункової схеми і точки прикладання навантаження від перекриттів. При цьому найбільші відхилення значень напруження відмічені у КЕ, що примикають до дверних прорізів, ближніх до змінюваного краю. У цих КЕ середнє значення відхилення по поверхах становило від 20,87 до 36 %. У КЕ, що примикають до дверних прорізів, дальніх до змінюваного краю, середнє значення відхилення становило від 7,24 до 23,68 %. Найменші відхилення значень напруження відмічені у КЕ, розташованих за двома рядами прорізів від змінюваного краю. Середнє значення відхилень у цих КЕ становить до 13,11 %. По мірі віддалення від змінюваної сторони розрахункової схеми переважає зменшення величини відхилення, а по мірі віддалення від верхніх поверхів до нижніх переважає також збільшення діапазону відхилень значень напруження. Таким чином, при необхідності скорочення поздовжнього розміру розрахункової схеми вертикальну грань схеми потрібно розташовувати по середині між місцями опирання балок. Також потрібно враховувати зниження величини відхилення зверху до низу.

У четвертому розділі подано розроблену автором методику визначення зміни НДС при улаштуванні прорізів. Необхідність у визначенні зміни НДС, яка була викликана розширенням існуючих, або улаштуванням нових прорізів, виникає, наприклад, при потребі у визначенні причин деформацій та пошкоджень стін, при проектуванні елементів підсилення стін. Також вона дозволяє відокремити елементи стіни, де відбуваються зміни НДС при улаштуванні прорізів, що спрощує аналіз та зменшує матеріальні витрати. Згідно з даною методикою, спочатку виконується розрахунок окремих стін або всього будинку методом кінцевих елементів на фактично діючі навантаження та впливи при існуючих прорізах, а потім на нові навантаження з новими прорізами. Якщо при розрахунках з новими прорізами отримані характеристики НДС перевищують значення, що припускаються, то необхідне підсилення конструкцій. У цьому випадку до первісної розрахункової схеми вводяться елементи підсилення. У результаті проведеного розрахунку визначають зусилля у КЕ, розташованих по контуру у нових прорізах. Після цього КЕ, що складають нові прорізи, вилучаються. Розрахунок виконується тільки на визначені зусилля, які прикладаються до вузлів КЕ, що по контуру примикають до прорізів. У результаті розрахунку будуть отримані значення характеристик НДС несучих стін, що виникли безпосередньо від улаштування нових прорізів.

Адекватність розробленої методики було перевірено результатами проведених теоретичних та експериментальних досліджень.

Теоретичні дослідження адекватності запропонованої методики визначення зміни НДС при улаштуванні прорізів полягали у зіставленні одержаних величин зміни напруження у та різниці між значеннями напруження у у відповідних КЕ в результаті розрахунку без урахування, а також з урахуванням нових прорізів. При цьому отримані відхилення значень напружень не перевищили 5 %, крім елементів, які безпосередньо примикають до кутів нового прорізу, в яких відхилення становили від 16,78 до 48,34 %.

Експериментальна перевірка адекватності методики полягала у зіставленні розрахункових значень відносних деформацій у напрямку осі У зі значеннями, які були одержані при натурних експериментах. Вимірювання деформацій були проведені стандартним індикатором годинникового типу з ціною поділки 0,001 мм. За допомогою компаратору визначався вплив температурних деформацій. Отримані у результаті експериментів значення відносних деформацій становили від 1,876 10-4 до 3,542 10-4. Відхилення між теоретичними (за методикою) та експериментальними значеннями склали 6,91 - 19,07 % зі збільшенням біля кутів прорізу. Таким чином, вірогідність отриманих результатів забезпечується застосуванням обгрунтованих розрахункових моделей, а також зіставленням результатів досліджень з результатами натурних експериментів.

При розрахункових дослідженнях за пропонованою методикою проаналізовано вплив улаштування прорізу на зміну значень напружень в елементах внутрішньої несучої стіни. Також проаналізовано зміну цього впливу при збільшенні ширини прорізу, при підсиленні прорізу перемичкою, стояками та при підсиленні прорізу металевими елементами по контуру. У результаті проведених досліджень встановлено:

- при улаштуванні нового прорізу значення характеристик НДС зростають більш, ніж на 1 КПа на дільниці стіни, обмеженій по горизонталі поперечними стінами, а по вертикалі низом розрахункової схеми та лінією, розташованою на відстані близько 2 м від верху нового прорізу;

- улаштування прорізу шириною 1,2 м викликало напруження х від -0,081МПа (стиснення) до +0,463 МПа (розтягнення), та напруження у від -0,258 МПа до +0,572 МПа. Найбільше середнє значення напружень відмічене у групі КЕ, розташованій безпосередньо під прорізом на відстані до 0,25 м. Середнє значення напруження х у цих КЕ склало 0,268 МПа при діапазоні значень від +0,094 до +0,463 МПа, середнє значення напруження у склало 0,446 МПа при діапазоні значень від +0,157 до +0,572 МПа;

- найбільші значення напружень х та у при зміні ширини прорізу відмічені у групі КЕ, розташованій безпосередньо під новим прорізом на відстані до 0,25 м. При зміні ширини прорізу з 0,4 м до 0,8 м зміна середнього значення напруження х в цих КЕ склала 15,48 %, а при зміні ширини прорізу з 0,8 м до 1,2 м - 14,87 % (сумарна зміна середнього значення х - 30,35 %). Відповідно зміна середнього значення у - 13,3 і 8,69 % (сумарна зміна - 21,99 %);

- при улаштуванні перемичок над прорізом з 2 [ 14 найбільше зниження напружень відмічено у групі КЕ, розташованій безпосередньо над прорізами на відстані до 0,25 м, середнє зменшення напруження х в яких склало 0,122 МПа, що становить 55,78 % від початкового напруження. Середнє зниження напруження у у цій групі КЕ склало 0,213 МПа, що становить 58,14 % від початкового напруження. При улаштуванні вертикальних стояків з 75 6 додаткове зниження напруження х у цій групі КЕ, у середньому, склало 0,023 МПа, що становить 14,28 % від початкового напруження, відносне зниження у склало 0,6 %;

- улаштування у нижній частині прорізу 2 75 6 спричинило додаткове середнє зниження напруження у у різних групах КЕ до 3,23 %, а напруження х до 5,92 % відносно початкового напруження. Найбільші зниження напружень при цьому відмічене у групі КЕ, розташованій безпосередньо під прорізом на відстані до 0,25 м;

- на основі аналізу зміни характеристик НДС при улаштуванні нових прорізів встановлена необхідність підсилення прорізів вертикальними стояками, або підсилення по всьому контуру.

3. ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

Основні наукові та практичні результати, отримані у дисертаційній роботі, такі:

1. На підставі проведеного аналізу методів розрахунку безкаркасних житлових будинків встановлена відсутність даних про дослідження НДС несучих стін при реконструкції з улаштуванням прорізів, а також даних про дослідження впливу різних параметрів розрахункових схем на зміни характеристик НДС, які б дозволили оцінити вплив улаштування прорізів на зміну НДС стін, спростити розрахункові схеми, а також обгрунтувати конструктивні рішення щодо підсилення прорізів.

2. Досліджено стан і практику реконструкції житлового фонду м. Запоріжжя. Житлові будинки, що досліджувалися, класифіковані за кількістю поверхів, матеріалом несучих стін, приналежністю. Будинки з поверховістю до 5 поверхів становлять 74,09 %. За матеріалами стін найбільш поширеними є цегляні будинки, доля яких у досліджуваному житловому фонді складає 33,27 %. За періодами будівництва житлові будинки м. Запоріжжя умовно поділені на 4 групи. Найбільш деформованими є житлові будинки I, II, III груп, серед яких деформованих відповідно 75 %, 39,7 %, 29,7 %. Ці ж групи будинків, починаючи з 1995 р, найчастіше реконструюються. Найбільш поширеним видом реконструкції є перепрофілювання будинків, надбудова, прибудова. У більшості випадків реконструкцію супроводить улаштування нових і зміна розмірів існуючих прорізів. Проведені обстеження дозволили виділити конструктивні рішення та особливості, характерні кожній групі старих житлових будинків та обмежити область подальших досліджень з найбільшою актуальністю.

3. Проведені теоретичні дослідження по визначенню міри впливу деяких параметрів розрахункової схеми: розміру внутрішньої поздовжньої стіни, розмірів КЕ, а також урахування в розрахунковій схемі поперечних стін, перекриттів, перемичок, вітрового навантаження на відхилення значень напруження у. На підставі проведених досліджень розроблені рекомендації щодо складання розрахункових схем внутрішньої поздовжньої несучої стіни.

4. Розроблено методику визначення зміни НДС несучих елементів при улаштуванні нових прорізів, що полягає у віддаленні КЕ, розташованих у місцях, де передбачаються прорізи, і заміни їх впливу вузловими силами, які виникають в них під впливом дії існуючих навантажень. Методика дозволяє визначити величини і області зміни характеристик НДС, викликані улаштуванням нових прорізів, що дає можливість оцінити вплив проведеної реконструкції на деформації і пошкодження, що виникли, а також обгрунтувати конструкції підсилення стін. Проведені теоретичні і експериментальні дослідження по встановленню її адекватності. Теоретичні дослідження показали хорошу збіжність (відхилення менш 5 %) у більшості КЕ, за винятком елементів, що примикають безпосередньо до кутів. Зіставлення результатів розрахунку з експериментальними данними показало, що перевищення розрахункових значень відносно значень, що були отримані при експериментах, становило для різних частин стіни від 6,91 до 19,07 %. Ці відхилення, очевидно, викликані завищенням значень корисного рівномірно розподіленого навантаження, прийнятого за нормами, яке явно перевищує фактичні значення.

При розрахункових дослідженнях за пропонованою методикою встановлено вплив улаштування прорізу на зміну характеристик НДС внутрішньої несучої стіни. Також проаналізовано зміну цього впливу при збільшенні ширини прорізу, при підсиленні прорізу перемичкою, стояками та при підсиленні прорізу металевими елементами по контуру.

5. Уперше отримані експериментальні дані зміни напружено-деформованого стану несучих стін, які були викликані улаштуванням у середній несучій стіні нового прорізу.

Отримані дані дозволили встановити адекватність розробленої методики визначення зміни НДС улаштуванні нових прорізів.

6. Обгрунтованість і вірогідність отриманих результатів підтверджується дотриманням вимог нормативних документів, коректною постановкою і адекватністю моделей, що використовуються, даними натурних експериментів, впровадженням результатів роботи у практику проведення розрахунків.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В ТАКИХ РОБОТАХ

1. Серомолот Г.В. Исследование жилищного фонда г. Запорожья // Придніпровський науковий вісник. Технічні науки. - 1998. - № 84(151). - С. 42-44.

2. Серомолот Г.В. Исследование конструктивных особенностей зданий, возведенных до массового полносборного строительства // Придніпровський науковий вісник. Технічні науки. - 1998. - № 79(147). - С. 45-50.

3. Серомолот Г.В. Исследование влияния устраиваемых проемов на изменение напряженно-деформированного состояния стен // Придніпровський науковий вісник. Технічні науки. - 1998. - № 110(177). - С. 3-5.

4. Марков А.И., Серомолот Г.В., Маркова М.А. Методика принятия решений по реконструкции // Придніпровський науковий вісник. Технічні науки. - 1998. - № 79(147). - С. 28-32. (Особистий внесок: запропоновано основні елементи методики, рекомендації з реконструкції)

5. Марков А.И., Серомолот Г.В., Маркова М.А. Методика расчета при пробивке новых проемов // Придніпровський науковий вісник. Технічні науки. - 1998. - № 79(147). - С. 32-37. (Особистий внесок: запропоновано методику, проведено перевірку адекватності)

6. Марков А.И., Серомолот Г.В. Обеспечение надежной реконструкции зданий на просадочных грунтах // Труди 3 Української науково-технічної конференції з механіки грунтів і фундаментобудування. - Том 1. - Одеса. - 1997. - С. 240.

7. Швец Н.А., Серомолот Г.В. Выбор размеров конечных элементов при расчете напряженно-деформированного состояния внутренних продольных стен с проемами // Строительные материалы и изделия. Теоретические основы строительства. Строительные конструкции. Архитектура. - Сб. научн. тр. ПГАСиА. - Вып. 5, часть 2. - Дн-ск, ПГАСиА. - 1998. - С. 51-55. (Особистий внесок: участь у проведенні розрахунків, дослідження)

8. Швец Н.А., Серомолот Г.В. Выбор расчетной схемы внутренних продольных стен реконструируемых кирпичных зданий при расчете методом конечных элементов // Строительные материалы и изделия. Теоретические основы строительства. Строительные конструкции. Архитектура. - Сб. научн. тр. ПГАСиА. - Вып. 5, часть 2. - Дн-ск, ПГАСиА. - 1998. - С. 46-51. (Особистий внесок: участь у проведенні розрахунків, дослідження)

Размещено на Allbest.ru