Расчетное обоснование механической безопасности Конгресс-холла в Челябинске

Aims of research. The article is devoted to actual problems of computational analysis of stress-strain state, strength and stability of load-bearing structures with allowance for the main and special combinations of loads and impacts, comparison of the results of alternative structural analysis of unique cultural and business complex “Congress Hall” in Chelyabinsk. The natural conditions of the area of location of this object and main load-bearing structures of the object are described. Besides, characteristic and design loads, their combinations, formulation of objectives of computational research and methods of solution are presented. Methods. Space discretization and solution of the corresponding problems of mathematical (numerical) and computer modelling of the considering unique building were carried out with the use of finite element method. Detailed finite element models of the coupled system “combined foundation - loadbearing structures” and its fragments (subsystems) were developed and verified. They adequately reflect geometric-stiffness, inertial and load parameters of the object and the resulting stress-strain state. Progressive collapse analysis are under consideration as well. Licensed, certified and verified (by the Russian Academy of Architecture and Construction Sciences) finite element software package “ANSYS Mechanical” was used. Results. The resulting parameters of stress-strain state, strength and dynamics of load-bearing structures of the building with allowance for design (in accordance with design codes) combinations of vertical and wind loads are considered. Besides, information about results of progressive collapse analysis is presented. Thus, a reasonable conclusion is made about the reliability of the criterion parameters of strength, stability and dynamics of the load-bearing structures of the object.Цели. Статья посвящена актуальным вопросам расчетных исследований напряженно-деформированного состояния (НДС), прочности и устойчивости основания и несущих конструкций при основных и особых сочетаниях нагрузок и воздействий, сравнительного анализа результатов альтернативных расчетов уникального проектируемого объекта строительства - общественно-делового центра «Конгресс-холл» в Челябинске. Описаны природные условия района расположения здания, устройство комбинированного основания, фундаментов и несущих конструкций объекта, основные и особые нагрузки (расчетные и нормативные) и их сочетания, постановка задач расчетных исследований, инструментарий их решения и полученные результаты. Методы. Дискретизация по пространству и решение результирующих задач математического (численного) моделирования состояния объекта осуществлялись методом конечных элементов в перемещениях. Построены, разработаны и проверены подробные конечноэлементные модели системы «комбинированное основание - несущие конструкции здания» и отдельных подсистем, адекватно отражающие геометрико-жесткостные, инерционные и нагрузочные характеристики объекта и результирующее НДС, проанализирована устойчивость против прогрессирующего обрушения. Все основные расчеты проведены с использованием лицензионного конечноэлементного программного комплекса ANSYS Mechanical, верифицированного в Российской академии архитектуры и строительных наук (РААСН). Результаты. Рассмотрены результирующие параметры НДС, прочности и динамики основания и несущих конструкций объекта при нормативно-регламентированных сочетаниях вертикальных и ветровых нагрузок, а также результаты расчетов на устойчивость против прогрессирующего обрушения. В заключении делается обоснованный вывод о достоверности полученных расчетами критериальных параметров, определяющих прочность, устойчивость и динамику несущих конструкций объекта

Расчетное обоснование механической безопасности стадионов к Чемпионату мира по футболу 2018 года

It is obvious that contemporary design and construction of unique buildings and structures is unthinkable without mathematical (numerical) and computer modelling and advanced analysis ofload-bearing structures under various kinds ofloads and impacts. One of the most ambitious and important construction projects is the uniquelarge-span structures. These are, in particular, stadiums, sports palaces and water parks, shopping malls, pedestrian, road and railway bridges of various design solutions. The distinctive paper is devoted to theoretical foundations and results of mathematical (numerical) modeling of the state (in terms of the analysis of stress-strain state, strength and stability) of football stadiums built for the 2018 FIFA World Cup in Russia. Finite element method is used for approximation and high-precision numerical solution of corresponding boundary problems of structural mechanics. It is the most universal and powerful numerical method of mechanics. The paper, in particular, describes some features of development of finite element models and the main results of the analysis of the mechanical (structural) safety of three-dimensional large-span systems "soil foundation - reinforced concrete structures of foundations and stands - steel structures of the coating and facades" of these football stadiums with the basic and specialload combinations. In addition, the key procedures of scientific support during the corresponding expertise and assessments are outlined. Generally, socially significant and knowledge-intensive problem of providing mechanical (constructive) safety of unique combined objects of construction (three-dimensional systems "foundation -reinforced concrete structures of foundations and stands - steel structures of coating and facades") has been solved at a new level as a result of the performed complex of research works.Очевидно, что современное проектирование и строительство уникальных зданий, сооружений и комплексов требует расчётного обоснования и глубоких всесторонних исследований поведения несущих конструкций под действием разного рода факторов. Одними из наиболее грандиозных и ответственных объектов строительства являются уникальные большепролётные сооружения. Это, в частности, стадионы, дворцы спорта и аквапарки, торгово-развлекательные комплексы, пешеходные, автомобильные и железнодорожные мосты различных конструктивных решений. В настоящей статье представлены теоретические основы и результаты математического (численного) моделирования состояния [в части анализа напряжённо-деформированного состояния (НДС), прочности и устойчивости] российских футбольных стадионов, возведённых к чемпионату мира по футболу 2018 года. Для дискретизации по пространству и решения соответствующих краевых задач строительной механики был применён самый универсальный и мощный современный численный метод механики - метод конечных элементов (МКЭ). В статье, в частности, описаны некоторые особенности создания соответствующих расчётных моделей и основные результаты расчётного обоснования механической безопасности трёхмерных большепролётных систем «грунтовое основание - железобетонные конструкции фундаментов и трибун - металлические конструкции покрытия и фасадов» указанных футбольных стадионов при основных и особых сочетаниях нагрузок. Кроме того, кратко изложены ключевые процедуры научного сопровождения при прохождении экспертизы. В целом, в результате выполненного комплекса научно-исследовательских работ на новом уровне решена социально значимая и наукоёмкая проблема обеспечения механической (конструктивной) безопасности уникальных комбинированных объектов строительства (трёхмерных систем «основание - железобетонные конструкции фундаментов и трибун - металлоконструкции покрытия и фасадов»)

Numerical simulation of loads and impacts, stress-strain state, strength and stability of unique structures, buildings and facilities. Experience of StaDyO research & engineering centre

The paper contains analytical overview of the most important unique/critical objects and the computational analysis problems of the mechanical safety, carried out by the team of Research & Development Centre StaDyO (StaDyO R&D Centre) researchers for the last two years (2016-2018). Corresponding complex coupled problems of continuum mechanics were solved with the use of contemporary methods and models of numerical modeling (nonlinear models, coupled problems, substructures, submodeling, etc.), implemented in verified software complexes. Some of these results are briefly considered and analyzed. Conclusions about the main directions of further research and development are presented as well. © Published under licence by IOP Publishing Ltd