11046
.pdf
Рис.1. CLT-панели |
Рис.2. Склеивание слоев CLT-панели |
Преимуществом деревянных строительных конструкций является экономичность. При возведении деревянных высоток уменьшаются сроки строительства на 1,5-2 месяца и сокращаются расходы примерно на 300 тыс. долларов в сравнении со сходными проектами из железобетона и стали. Простое и лёгкое производство и обработка деревянных компонентов, сухость материала обеспечивают высокую скорость сдачи проекта.
По сравнению с железобетоном и сталью при повышении температуры деревянные конструкции не деформируются. В условиях пожара поверхность деревянных сооружений обугливает и защищает от сгорания, препятствуя доступу кислорода, благодаря чему данный вид строительного материала не нуждаются в противопожарной пропитке. От величины сечения зависит предел огнестойкости: чем больше размер, тем сложнее происходит процесс возгорания и тем дольше процесс горения. Массивная древесина больших сечений имеет предел огнестойкости до 2 часов. При этом конструкция прогорает со скоростью 3,5 см в час, не теряя несущую способность [2]. Следует заметить, что металл теряет несущую способность во время пожара после нагревания через 15 минут. Также преимуществом CLT-конструкций является предсказуемость поведения во время пожара, что позволяет рассчитать, в каком месте произойдет разрушение.
Положительным качеством СLТ-панелей является отсутствие мокрых процессов, что позволяет начать отделку сразу после возведения здания. Использование материала класса «люкс» при строительстве придает зданию законченный вид облицовки. А вследствие гибкости материала внешний вид сооружения может иметь разнообразное решение.
20
Рис.3. Зарубежные дома из CLT-панели
Широкое распространение возведения дома из СLТ-панелей получило за границей. Благодаря точности изготовления панелей машинами и сборке каждого элемента на производстве, панели на строительной площадке собираются в кротчайшие сроки. К примеру, в Лондоне, девятиэтажный жилой дом возвели за 4 недели [3].
Материалы на основе дерева имеют ряд недостатков, с которыми наука еще не справилась. К существенным проблемам деревянных конструкций относятся звукоизоляция и гидроизоляция. В связи с тем, что дерево хорошо отражает звук, шум в зданиях распространятся мгновенно, а последствием утечки воды и намокшего материала станет появление плесени. Минусом CLT-панелей является применение дорогостоящего оборудования при возведении домов высококвалифицированных персоналов. Эти факторы влияют на цену при применении панелей.
Несмотря на отрицательные свойства CLT-панелей, деревянные высотки на Западе набирают популярность. Для возведения деревянных зданий архитекторам приходится получать особое разрешение. Долгое время и в Швеции был запрет на возведения зданий из дерева. На сегодняшний день правительство Швеции отменил запрет, более того, он стал поддерживать такое строительство. В ряде стран появились высотки из дерева. Самый первый 9-этажный небоскрёб «Stadthaus» (рис. 4) был возведён в Лондоне, а самым высоким небоскрёбом на сегодняшний день является здание «Brock Commons» (рис. 5), который находится в Ванкувере и имеет 18 этажей [3].
21
Рис.4. Здание «Stadthaus» |
Рис.5. Здание «Brock Commons» |
Великобритания, |
Канада, |
г. Лондон, 2008 г. |
г. Ванкувер, 2016 г. |
Много проектов деревянных высоток и небоскрёбов уже имеются за границей. Великий американский архитектор Майкл Чартерс спроектировал многофункциональный торговый цент «Big Wood», высотой 44 этажа. Выбор материала Чартерс обосновал тем, что древесина является экологически чистым продуктом, который сокращает вредные выбросы в атмосферу и улучшает среду обитания. Благодаря этим свойствам американский архитектор сможет построить самый экологически чистый торговый центр в мире, а в дальнейшем использовать этот материал для возведения деревянных высоток и офисных зданий.
Выдающимся проектом считается деревянный небоскрёб «Baobab» Майкла Грина. Канадский архитектор спроектировал 35-этажное здание из дерева в столице Франции. Данный проект разработан для возведения небоскрёба на реальном определенном участке в Париже на бульваре Першинг. Предполагается, что кроме главного небоскрёба будут несколько невысоких деревянных зданий. Комплекс является многофункциональным, который включает квартиры, общежитие для студентов, автовокзал и торговый центр.
Литература
1.Российский архитектурный портал [Электронный ресурс] : [сайт].
–Режим доступа : https://archi.ru/
2.Энциклопедия архитектуры [Электронный ресурс] : [сайт]. –
Режим доступа : http://archspeech.com
22
3. Мировой портал проектирования и строительства из дерева [Электронный ресурс] : [сайт]. – Режим доступа : http://www.archiwood.ru
А.А. Васильева, Ю.А. Пронина, Д.А. Кожанов, С.Ю. Лихачева
ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет»
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕСА ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА КАМЕННОЙ КЛАДКИ В УСЛОВИЯХ КРАТКОВРЕМЕННОГО СЖАТИЯ
Внастоящее время остро встал вопрос о моделях и методах практических расчетов, позволяющих сделать оценку прочности, а, следовательно, и безопасности современных зданий и сооружений под действием внешних нагрузок.
Выбор расчетных моделей и схем является одним из наиболее важных этапов проектирования. Математическое моделирование является очень эффективным, а иногда и единственным способом изучения явлений материалов.
Вданной работе рассматриваются опилкобетонные кирпичи. Этот материал обладает более низким коэффициентом теплопроводности, хорошими звукоизоляционными и огнезащитными свойствами. Опилкобетоны изготавливаются из безопасных природных компонентов: таких как цемент, песок, древесные опилки. Использование опилок позволяет экономить более дорогие строительные материалы: бетон, сталь
идревесину.
Для прогнозирования поведения каменных конструкций из деревобетонов [3-8] и определения их расчетных характеристик необходимо создание универсальных моделей, учитывающих анизотропию, разномодульность, физическую нелинейность и ползучесть опилкобетонных кирпичей.
Большое значение имеет выбор типового фрагмента и его конечно- элементнаямодель. В качестве типовогофрагмента могут бытьрассмотрены4 кирпича, соединенных сцепляющим раствором (рис. 1). В данном исследовании представлен вариант моделирования процесса деформирования периодического элемента каменной кладки в условиях кратковременного деформирования методом конечных элементов с помощью вычислительного комплекса ANSYS.
На текущем этапе исследования была созданаконечно-элементная модель и рассмотрено поведение опилкобетонной кладки при
23
кратковременном одноосном сжатии (рис.1). Механические характеристики приведены в табл. 1.
Рис. 1. Типовой фрагмент кирпичной кладки.
Предположим, что поведение материала кирпичей и сцепляющего раствора будет иметь упругий характер, подчиняющийся закону Гука для изотропных тел: 
где Е-начальный модуль упругости составляющих элементов. В процессе деформирования кладки возможно появление трещин и нарушение сплошности материалов, характеризующиеся зарождением «размазанных трещин». Явным образом трещина не вводится.
Таблица 1. Механические характеристики опилкобетонной кладки.
Материал |
Модуль упругости |
Предел прочности, МПа |
|
|
E, МПа |
Сжатие |
Растяжение |
Камень |
1893 |
3,82 |
0,69 |
Раствор |
2415 |
4,86 |
0,58 |
Для получения расчетной модели необходимо установить размеры конечных элементов в форме кубиков при различных размерах растворных швов и кирпичей. В качестве конечно-элементной разбивки выбрана сетка с размерами 5х5 мм. Такие размеры конечных элементов обусловлены учетом реальной структуры материалов и оптимизацией численного процесса (рис. 2).
Вводятся граничные условия: ограничиваем перемещения всей нижней плоскости (A) модели по оси у и одну нижнюю крайнюю точку (B) по х и z (для лучшей сходимости и устойчивости при решении).
24
Рис. 2. Расчетная модель элемента.
В качестве внешней нагрузки для типового фрагмента кладкиприложено перемещение верхней грани (С) на 1 мм, это перемещение при котором происходит растрескивание материала.
Были рассмотрены модели состоящие из 4 и 8 кирпичей для цельно масштабного эффекта с целью исключении накопления ошибок.
При анализе результатов исследования (Рис.3-4) было выявлено, что элементы модели находятся в весьма сложном напряженном состоянии, что приводит к значительной разнице между значением напряжений в кирпичах и раствор.
Рис. 3. Изополя напряжений.
25
Рис. 4. Изополя суммарных деформаций.
Приложенная нагрузка равномерно распределяется по шагам до того момента пока не появятся первые трещиныи образец не достигнет предела прочности.
Трещины начинают образовываться в местах наибольших напряжений: на стыке горизонтального и вертикальных швов. Максимальные деформации образуются в растворных швах.
Рис. 5. Образование трещин в расчетной модели.
Изучая данные исследования, можно сделать вывод, что диаграмма деформирования принимает линейный вид, что является частным случаем НДС. Происходит это из-за того, что как только модель доходит до значений пределов прочности происходит резкое разрушение. Когда жесткость обнуляется в одном слое, программный комплекс обнуляет жесткость во всем материале, т.е. достигаются бесконечные перемещения.
26
Поэтому дальнейшее сжатие невозможно, происходит проникание одного материала в другой. В результате программный комплекс останавливает расчет.
В заключении необходимо отметить, что свойства кирпичной кладки при плоском напряженном состоянии определяются условиями взаимодействия кирпича и раствора. Деформирование кладки реализуется при физически линейной работе кирпича и раствора. По результатам исследований получена диаграмма деформирования.
Для получения полной диаграммы деформирования необходимо исключить те узлы, в которых произошло обнуление жесткости. Этот вариант будет рассмотрен в продолжение текущего исследования, а так же у модели наиболее приближенной к реальности ввести CZM модель (введение адгезивного слоя).
Рис. 6. График деформирования кладки из 4-х кирпичей
Рис. 7. График деформирования кладки из 8-ми кирпичей
27
Окончательное разрушение кладки происходит из-за растягивающих напряжений и трещинообразования в областях концентрации деформаций, а именно на стыках горизонтального и вертикальных швов.
Литература
1.Лихачева С.Ю., Кондрашкин О. Б., Лебедев М.А. «Экспериментально-теоретические исследования НДС опилкобетонных и гипсоопилочных кладок» // Вестник МГСУ 2012. №12.
2.Лихачева С.Ю., Кондрашкин О.Б. Исследования процессов деформирования кладок на древесных заполнителях при одноосном кратковременном сжатии//Приволжский научный журнал. 2011. №1. С21-
25.
3.Кожанов Д.А. Применение моделей материалов и типов конечных элементов в ANSYS для описания деформирования кирпичных кладок // Сборник трудов конференции «Современные концепции научных исследований». Н. Новгород; ООО "Стимул - СТ"; 2015; С. 228-230.
4.Кожанов Д.А. Основные этапы создания модели кирпичной кладки в системе ANSYS // Труды научного конгресса 14-го Российского архитектурно-строительного форума. Н. Новгород; ННГАСУ, 2016, стр.
102-105/
5.Кожанов Д.А. Использование вложенных в ANSYS моделей материалов, для описания деформирования каменных кладок // В сборнике: V Всероссийский фестиваль науки Сборник докладов. Нижний Новгород, 2015. С. 86-90.
6.Кожанов Д.А., Лихачева С.Ю. Моделирование процессов деформирования каменных кладок с применением ПК ANSYS // Труды научного конгресса 13-го Российского архитектурно-строительного форума. Н. Новгород; ННГАСУ, 2015, стр. 68-71
7.Лихачева С.Ю. Алгоритм получения вида типового фрагмента кладок из опилкобетонных кирпичей // Труды конгресса 13-го Международного научно-промышленного форума: в 3-х томах. Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. 2012. С. 188-191.
8.Лихачева С.Ю., Павлинов А.В.Организация базы данных кирпичных и каменных кладок // Труды конгресса 13-го Международного научно-промышленного форума: в 3-х томах. Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. 2012. С. 191-
193.
28
В. С. Горбунова
ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет»
ОСОБЕННОСТИ АРХИТЕКТУРНОГО РЕШЕНИЯ НЕБОСКРЕБОВ
SIGNATURE TOWERS В ДУБАИ, ОАЭ
Архитектура чутко реагирует на изменения в любых сферах жизни мирового сообщества, что и доказывает эволюция зодчества на протяжении всего XX столетия. Рубеж XX и XXI вв. явил миру особенно яркие достижения технического прогресса, и это нашло неизбежное отражение в архитектурной практике. Можно, по-видимому, утверждать, что в этот период мы стали свидетелями зарождения в значительной мере новой, доселе неизвестной архитектуры, базирующейся на существенно изменившихся представлениях о пространстве и принципах его организации. Не секрет, что архитектура тесно связана с экономикой, сильно зависит от нее и соответственно выступает ее своеобразным
отражением. |
Архитектура |
Арабских |
Эмиратов — |
молодого |
||
ближневосточного |
государства — |
может |
служить |
прекрасной |
||
иллюстрацией к только что сказанному: полностью вовлеченная в сферу рыночных интересов и отношений, она сориентирована исключительно на богатого заказчика. На берегах Персидского залива сравнительно недавно развернулся небывалый по масштабам архитектурный эксперимент, ставший возможным во многом благодаря открытию в этом регионе больших запасов нефти. Отсюда и ярко проявившаяся зависимость архитектурных решений от финансовых потенций главного заказчика — государства. Благодаря быстрому экономическому подъему в архитектуре Эмиратов оказалось возможным широкое применение самых совершенных технологий, конструкций, форм и материалов, что, конечно, помогло осуществлению поистине фантастических композиционных идей. Очень важный момент заключается еще и в том, что правительство Арабских Эмиратов, решительно отказавшись от ставки на традиционное строительство, прилагало все усилия к тому, чтобы ориентировать архитекторов на самую оригинальную, современную архитектуру. Для архитекторов были созданы уникальные условия, подкрепленные
наличием |
поистине |
неограниченных экономических |
возможностей. |
В таких |
условиях, |
благоприятствующих реализации |
самых смелых |
творческих замыслов, и оказалась архитектор Заха Хадид, привлеченная, наряду с некоторыми другими известными мастерами архитектуры, для работы в регионе.
Заха Хадид уже в 11 лет поняла, что хочет стать архитектором. В 1972 году поехала учиться в Лондон, где и осталась жить. «Планета на
29