Излагается методика и основные результаты трехмерного расчета распреде-ления пиковых ветровых давлений, физически и геометрически нелинейного конечноэлементного моделирования НДС и прочности современных фасадных конструкций высотных зданий.
На основе определенных (из численного решения большеразмерных трехмерных уравнений Навье-Стокса с альтернативными моделями турбулентности в ПК ANSYS CFX) распределений пиковых значений ветровых давлений на фасадные конструкции высотного многофункционального комплекса (МФК «Дирижабль», г. Москва) выявлены наиболее нагруженные и потенциально опасные зоны и узлы.
Разработаны, верифицированы и исследованы физически и геометрически нелинейные трехмерные КЭ-модели (в ПК ANSYS Mechanical) наиболее нагруженных и потенциально опасных фрагментов металлических фасадных конструкций, включая их крепления к конструктивным элементам МФК.
Для пиковых значений ветровых давлений вычислены основные параметры квазистатического НДС (перемещения, усилия, напряжения) в характерных зонах фасадных конструкций, определяющие их прочность и долговечность. Численно смоделированы статические и циклические испытания, выполненные ранее в ЦНИИСК им. Кучеренко, и подобраны эквивалентные характеристики кирпича облицовочный и бетона при работе анкеров крепления при отрицательных ветровых давлениях.
По результатам расчета статическая прочность металлического каркаса крепления фасадов (профили, кронштейны, крепеж) достаточна для восприятия пикового ветрового давления. В локальных зонах бетонных, ячеисто-бетонных и кирпичных конструкций в окрестности элементов крепления при пиковых значениях ветровых давлений по расчету отмечено превышение допустимых пределов по растягивающим напряжениям. В реальной конструкции в этих зонах установлены накладки и усиления, не учтенные в расчетной модели (соединение принималось по схеме "узел в узел").
По методике линейного суммирования повреждений выполнена оценка усталостного ресурса фасадных конструкций с учетом повторяемости скоростей и направлений ветра. Для металлических элементов (профили, кронштейны, крепеж) и железобетонных колонн усталостные повреждения от ветрового воздействия пренебрежимо малы. Для железобетонных перекрытий в зонах установки анкеров крепления фасадов расчетный ресурс также значительно превышает проектный срок эксплуатации (50 лет). Ресурс же кирпичных поясов и ячеисто-бетонных блоков в этих зонах меньше проектного срока эксплуатации.
Для обеспечения необходимого проектного ресурса анкерных креплений в кирпичных поясах рекомендуется обеспечить установку анкеров непосредственно в тело кирпича. Установка в кладочный раствор недопустима. Анкерные крепления в ячеисто-бетонные блоки могут быть выполнены только как вспомогательные, основное же крепление должно производиться в тело кирпича или в железобетонные элементы (перекрытия, колонны).
Разработанные параметризованные модели и полученные результаты численного моделирования НДС фасадных конструкций рекомендуется использовать при формировании и осуществлении системы мониторинга МФК.
Авторы: А.М. Белостоцкий, С.И. Дубинский, Н.О. Петряшев, С.О. Петряшев, ФГБУ ВПО «Московский государственный строительный университет», г. Москва