Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Марта 2012 в 18:35, курсовая работа
Каменные конструкции – древнейший вид сооружений. Тысячелетиями создавался опыт строительства из камня. До настоящего времени существуют сооружения, построенные в Средневековье, древнем Риме и Египте. В те далекие времена технология строительства базировалась на предыдущем опыте, не было научно обоснованных расчетов.
Отсутствие до XX века мощного прессового оборудования, необходимого для экспериментов, тормозило создание научно обоснованных методов расчета.
1. Введение…………………………………………………………………………………………………………………………….1
2. Кладочные растворы……………………………………………………………………………………………………..2
3. Материалы для каменной кладки и их свойства………..…………………………..…………….6
4.Экспертиза каменных конструкций
4.1. Долговечность и энергоэффективность наружных стен………………………….8
4.2. Причины образования трещин…………………………………………..………………………………14
4.3. Осадка зданий……………………………………………………………………………………………………….21
4.4. Температурные деформации влажной кирпичной кладки………………………….28
4.5. Прочность кладки зависит от расчета………………………………………………………..34
4.6. Каменная кладка с позиции Европейской строительной науки – - Еврокад 6…………………………………………………………………………………………………………………………….36
4.7. Методика оценки качества возведения кирпичных зданий……………………….39
4.8. Использование ЭВМ в проектировании армокаменных конструкций …….45
5.Методы мониторинга каменных зданий…………………………………………………………………..52
6.Инновационные методы ремонта и усиления каменных конструкций………….…57
6.1. Инъецирование как метод усиления каменных конструкций…………………..58
6.2. Спиралевидные жесткие связи…………………………………………………………………………64
6.3. Морозостойкие кладочные растворы пониженной плотности с добавками микрокремнезема и омыленного таллового пека…………………………………..67
7. Результаты и их обсуждения…………………………………………………….……………………………73
8. Список литературы……………………………………………………………………………………………………..76
Для удовлетворения потребностей строительного проектирования в НТЦ АПМ создан продукт под названием APM Civil Engineering, в котором имеются инструменты, позволяющие выполнить весь комплекс проектировочных и проверочных расчетов как армокаменных, так и деревян-ных конструкций. Подробная информация о возможностях APM Civil Engineering в части проекти-рования деревянных конструкций было опубликовано в номере 02/2007 журнала. Пример расчета железобетонной конструкции рассмотрен в номере 02/2008 «САПР и графика». В этой статье речь пойдет о проектировании каменных и армокаменных строительных объектов.
Возможности APM Structure3D по расчету армокаменных конструкций
Функциональными возможностями
системы конечно-элементного
Подготовка модели традиционно включает в себя следующие этапы:
APM Structure3D позволяет выполнять расчет согласно [2] из всех предопределенных СНиП материалов:
При этом параметры материала «Кладка» соответствуют приведенным в разделе 3 [2] с возможностью их редактирования. Для дополнительного информирования пользователя значения измененных параметров материала выделяются в диалоговом окне синим цветом (рис. 11).
Расчет армокаменных конструктивных элементов по аналогии с железобетонными реализован в виде проектировочного и проверочного. Проектировочный расчет позволяет подобрать армирование каменной кладки, если оно требуется. Проверочный расчет может быть использован как для расчета неармированной кладки, так и кладки с предопределенным армированием.
В APM Structure3D используются два типа армокаменных конструктивных элементов: колонна (столб) (рис. 12) и оболочка (стена) (рис. 13-14). Для моделирования армокаменных колонн используются стержневые конечные элементы, а для стен – пластины.
Параметры конструктивного элемента, такие как тип (колонна или оболочка), материал и размеры определяются автоматически. Выбор коэффициентов условий работы или расчетной длины может быть осуществлен из вспомогательного информационного окна (рис. 15-16).
Рис. 16 Коэффициенты расчетной длины
Задание нагрузок для конструктивного элемента (рис. 17) может осуществляться из выбранного загружения, расчетного сочетания усилий или, так называемого, «ручного ввода». Предусмотрена возможность ускоренного задания параметров для группы конструктивных элементов.
Постановка задачи
В качестве примера рассмотрим выполнение расчета пятиэтажного здания общежития. Место строительства – пос. Новомихайловский Краснодарского края. Сейсмичность площадки строительства 8 баллов. Конструкция крыши здания – стальная рама с деревянной стропильной системой. Пятый этаж выполнен в виде мансарды. Основные несущие элементы – комбинированная конструкция, включающая каменные стены с железобетонными включениями.
Кирпичная кладка характеризуется сравнительно невысоким сопротивлением действию динамических нагрузок. Для равномерного распределения и восприятия сейсмических нагрузок между несущими элементами предусматривают антисейсмические пояса по периметру несущих стен, а также железобетонные включения, существенно повышающие несущую способность каменных конструкций. Для обеспечения совместной работы железобетонных элементов устраивают выпуски арматуры в кладку примерно на 50 см, а сами железобетонные элементы замоноличивают в антисейсмические пояса и обвязки [13]. Армирование антисейсмического пояса и железобетонных включений устанавливают по расчету не менее регламентированного [14].
Таким образом, рассматриваемая конструкция является комплексной, включающая железобетонные, кирпичные, стальные и деревянные элементы (рис. 13), требующие выполнения расчета по соответствующему СП или СНиП. Построение модели осуществлялось полностью в среде APM Structure3D. Учитывая симметрию расположения основных несущих элементов модели, для построения широко использовались команды «Копирование» и «Зеркало». Каждое перекрытие одного уровня и каждый этаж располагаются в отдельном слое, что позволяет эффективно работать с моделью одного этажа или перекрытия.
Задание материала
Параметры материала типа «Кладка» (рис. 11) выбираются автоматически для камня и раствора в соответствии с таблицей 2, 15 [2]. Модуль деформаций кладки Е (модуль Юнга) при определении деформаций кладки от продольных или поперечных сил, усилий в статически неопределимых рамных системах, в которых элементы конструкций из кладки работают совместно с элементами из других материалов в соответствии с п. 3.22 [2] снижен и определяется по формуле: Е = 0,8Е0 = 0.8∙2600 = 2080 Па.
Особенности задания нагрузки
Помимо учета собственного веса, полезной нагрузки на перекрытия, снеговой и ветровой нагрузки конструкции из штучной кладки необходимо рассчитывать на одновременное действие горизонтальных и вертикальных сейсмических сил [14]. Значение вертикальной сейсмической нагрузки при сейсмичности 7-8 баллов следует принимать равным 15% соответствующей вертикальной статической нагрузки. Направление действия вертикальной сейсмической нагрузки (вверх или вниз) принимается более невыгодным для напряженного состояния рассматриваемого элемента.
Особенности подготовки модели к расчету задания
Антисейсмический пояс, расположенный по основным несущим стенам выполнен заедино с железобетонными включениями и монолитным перекрытием. Соединение стен с антисейсмическим поясом осуществляется посредством выпуска арматуры. Для моделирования такого соединения необходимо шарнирное опирание антисейсмических поясов на кирпичные стены верхнего этажа. Это обеспечено использованием коротких стержней достаточно большой жесткости (например, стальных) с шарниром на конце.
Критерии расчета
Расчет армокаменных элементов осуществляется по предельным состояниям первой группы (по несущей способности) по следующим критериям [2]:
Прочностной расчет и подбор армирования железобетонных перемычек может быть осуществлен как для железобетонных ригелей прямоугольного сечения.
Результаты расчета выводятся в виде коэффициентов использования по моменту и по продольной силе для каждого критерия (рис. 12-13). Если для всех конструктивных элементов коэффициенты использования меньше 1, то условие прочности кирпичных стен выполнено. Фильтры диалогового окна конструктивных элементов позволяют отобразить в списке только те элементы, прочность которых не обеспечена. Такие элементы можно выделить и на расчетной модели.
В рассматриваемом примере расчета армирование каменных конструктивных элементов не требуется. При этом необходимо выполнить конструктивное армирование, предусмотренное п. 7.6.13 [14].
Выводы: APM Structure3D позволяет выполнять расчет пространственной схемы, определить усилия в элементах и осуществить проверки конструктивных элементов комплексных конструкций (стальных, железобетонных, каменных, деревянных), к которым относится большинство проектируемых зданий.
Основной целью обследования зданий и сооружений является получение информации, необходимой для оценки для оценки технического состояния и несущей способности строительных конструкций. От степени достоверности полученной информации зависит правильность выводов о пригодности конструкции к эксплуатации, а также эффективность проектных решений по их ремонту и усилению.
В случае возникновения
трещин в каменных конструкциях, прежде
всего, должна быть установлена динамика
их развития во времени. Эта задача
решается путем мониторинга выявленных
трещин. В отечественной практике для
этой цели чаще всего используются гипсовые,
цементно песчаные или стеклянные маяки,
реже – устанавливаются
индикаторы перемещений часового типа.
В зарубежной практике обследования зданий
мониторинг трещин проводится с использованием
механических, индукционных, пьезоэлектрических
и других датчиков. Первые
из перечисленных, являющихся наиболее
дешевыми и простыми, работают по принципу
штангенциркуля (рис. 18).
Рисунок 18. Измерители ширины раскрытия трещин из поликарбоната
Данные датчики позволяют измерить не только ширину раскрытия трещин, но и взаимный сдвиг их берегов. На рис. 19 приведены схемы установки датчиков, в зависимости от вида выполняемых измерений.
а)
Рисунок 19. Возможные схемы установки измерителей трещин:
а – трещина в плоскости стены; б – трещина в месте сопряжения стен;
в – горизонтальная трещина; г – измерение сдвига берегов трещины.
Достоинствами таких датчиков являются простота закрепления их на поверхности конструкции без повреждения отделки, возможность длительного непрерывного мониторинга жизнедеятельности трещин, возможность снятия отсчетов с удаленных объектов, в том числе фотографическим методом.
Широкое распространение при мониторинге трещин получил метод фотограмметрии. Суть его заключается в периодической съемке обследуемого объекта цифровой камерой с высокой разрешающей способностью матрицы и дальнейшей компьютерной расшифровкой полученных фотографий. Ширина
раскрытия трещин определяется по изменению числа растровых точек между ее берегами.
Геодезический мониторинг подразумевает геодезические наблюдения за деформациями строящихся зданий и сооружений, а также за зданиями, находящимися в зоне влияния строительства. Целью геодезического мониторинга является своевременное выявление критичных величин деформаций, установление причин их возникновения, составление прогнозов развития деформаций, выработка и принятие мер для устранения нежелательных процессов.
Геодезические наблюдения за вертикальными смещениями (наблюдения за осадками) зданий и сооружений наиболее распространены, они представляют собой важную часть геодезического мониторинга. Чтобы организовать эти наблюдения, в основание здания по его периметру закладываются деформационные марки (осадочные марки), по которым проводится высокоточное геометрическое нивелирование, при котором используются прецизионные цифровые нивелиры. Разность высотных отметок осадочных марок, которые получены с каждого следующего цикла измерений, даёт возможность анализировать абсолютные величины деформаций и скорости их изменений. Чтобы выяснить полную картину состояния исследуемого объекта в целом, в одно и то же время с наблюдениями просадки его основания производится геодезический мониторинг трещин фасадов зданий.
Для такого мониторинга фасадов находят применение лазерные сканирующие системы. Отметим, что трещины зданий снижают общую жёсткость зданий, стены могут даже оказаться разбитыми на отдельные, не связанные друг с другом блоки. Как результат – здание становится аварийным, фасады требуют ремонта с усилением металлоконструкциями, перекладки и воссоздания участков, на которых возникли проблемы.
В состав комплекса работ по геодезическому мониторингу часто входят геодезические измерения горизонтальных смещений (кренов, сдвигов), эти измерения производятся в основном на территориях, где геологические условия потенциально опасны, или для сооружений башенного типа.