Омского торгового центра

В ПИ-1 была составлена математическая модель в конечных элементах всего пространственного блока здания, на базе которой с помощью ЭВМ «Минск-22» были вычислены расчётные усилия от постоянных и всех возможных сочетаний временных нагрузок. В последующем по этим усилиям были спроектированы элементы железобетонного каркаса и шатровых оболочек.

Качество математической модели, от которой зависит достоверность результатов счёта, могло быть проверено только экспериментально, путём испытания реальных физических моделей железобетонных шатровых перекрытий, либо испытанием сразу натурой конструкции, минуя исследования на моделях. В силу объективных причин было решено рассчитать, спроектировать, построить и испытать сразу фрагмент перекрытия в натуральную величину, а затем по результатам испытаний, при необходимости, внести изменения в проект.

Рис. 4.3. Конструкция ячейки сборного шатрового перекрытия ОТЦ:

а - общий вид; б – разрез

Испытания проводились в 1975 году. Опытный фрагмент состоял из двух ячеек по 12x12 м каждая. Статический расчёт был выполнен по той же программе, по которой рассчитывали реальный пространственный блок. Монтаж конструкций произвели по проектной технологии с помощью специальных кондукторов на фундаментах под реальные колонны. Нагружение производилось штучными грузами в виде бетонных фундаментных блоков. Раскладка блоков соответствовала наиболее неблагоприятным возможным расчётным схемам нагружения.

В процессе испытания производились измерения по приборам в соответствии с заранее разработанной программой. Испытания подтвердили надёжность конструкции в отношении прочности, жёсткости и трещиностойкости по всем испытательным схемам.

Действительный резерв прочности по результатам испытаний выявить не удаюсь, так как дальнейшее нагружение поверхностной равномерно распределенной нагрузкой было прекращено в связи с исчерпанием резерва балласта; фактическая испытательная нагрузка при этом более чем в 1,3 раза превышала контрольную по текучести арматуры. Однако достигнутый результат не свидетельствует об «особой» надежности шатровых перекрытий по сравнению с другими конструкциями. В действительности он показал, что статический расчёт с использованием МКЭ в упругой постановке применительно к железобетону, особенно в стадии работы с трещинами, не соответствует действительному напряженно-деформированному состоянию конструкции, следствием этого является недооценка её прочности и несущей способности. Кроме того, опыт показал, что не всякая модель, формально построенная из конечных элементов, может служить математическим аналогом прототипа.

Из курса строительной механики мы знаем, что разделение упругих систем на конечные элементы чаще всего производится чисто формально из соображений удобства компоновки геометрической схемы из стандартных КЭ, приложения к ним расчётных нагрузок и расшифровки результатов счёта. Каждый расчётчик при этом руководствуется только своим личным опытом эксплуатации соответствующей программы и собственной интуицией. Никаких иных правил на этот счёт не существует. Однако если система достаточно сложная, допускающая различные схемы её представления в конечных элементах, то, как показывает практика, конечные результаты расчёта на ЭВМ с использованием одних и тех же программ изменяются в зависимости от принятой расчётной схемы, расхождения могут быть существенными.

По результатам испытаний натурного фрагмента были намечены основные направления по усовершенствованию дискретных расчётных схем шатровых перекрытий в конечных элементах для расчёта с использованием стандартных программ не только в упругой стадии работы, но и с учётом трещин, т. е. в стадии, близкой к предельному равновесию. Одновременно было признано возможным и целесообразным применить шатровые перекрытия в промзданиях с укрупненной сеткой колонн 12x12 м при более тяжёлых нагрузках - от 30 до 50 кН на 1 м². Решение этих и других сопутствующих задач было связано с проведением специальных экспериментально-теоретических и проектно-конструкторских работ, в которых приняли участие названые выше ПИ-1, НИИЖБ, СибАДИ, трест Оргтехстрой Минсевзапстроя СССР и ряд других строительных организаций.

В общем комплексе научно-исследовательских работ важное значение придавалось испытаниям физических моделей новых конструкций шатровых перекрытий. О методах испытаний и о важнейших задачах, которые были решены с помощью моделирования, речь пойдет ниже.