Учебный пост для упражнения 18.2
Дисклеймер: задача сделать учебное упражнение по курсу Моделирование и собранность, поэтому выводы и утверждения в области знаний по сейсмостойкости предлагается считать не соответствующими реальности.
Контекст к тематике разбора понятия Объяснение.
Имеется намерение спроектировать и построить высотное здание в сейсмическом районе. Первым приоритетом является его сейсмостойкость, вторым - стоимость.
Находим рекомендации (объяснения), что железобетонные конструкции ведут себя лучше при сейсмических воздействиях, т.к. образующиеся в бетоне трещины становятся результатом поглощения и рассеивания энергии возникающей в конструкциях от динамического воздействия грунта. При этом, мы имеем на руках результаты испытания железобетонного здания. Нас бы могло это устроить, но для нашего высотного здания в 50 этажей мы имеем проблему с доставкой бетона на высоту и длительными технологическими перерывами, поэтому, мы обращаем свое внимание на изготавливаемые на заводе металлические (из строительной стали) конструкции.
Далее, имея знание, о том, что именно стальная арматура в железобетонных конструкциях позволяет бетону рассеивать энергию при этом не теряя структурную устойчивость, предполагаем (строим гипотезу), что полностью стальная конструкция будет еще эффективней вести себя с какой-то высоты здания (с той на которую поднимать бетон уже дорого и неудобно.
Имея такую гипотезу, в рамках исследования и численных экспериментов мы выявляем, что для высоты более 100 метров мы получаем эффект экономии несмотря на то, что стальные конструкции дороже железобетонных. Выявляем, что стальной каркас суммарно легче, т.к. нижние этажи более эффективно воспринимают и распределяют нагрузки. Однако, стальной вариант имеет более худшие показатели рассеяния энергии при сейсмических воздействиях.
Здесь мы вводим дополнительную гипотезу, что улучшить рассеяние можно за счет устройства сейсмогасителей - специальных демпферов. Но при этом понимаем, что они увеличат стоимость.
Снова проводим численные эксперименты и получаем, что с учетом стоимости гасителей, стальные конструкции становятся экономически эффективнее при зданиях высотой более 140 метров.
Суммарную гипотезу уже основанную на численных экспериментах реализуем в виде 50-этажного здания и и проверяем натурными испытаниями, в ходе которых находим подтверждение экономической эффективности стальных конструкций и удовлетворяющих характеристиках затухания при динамическом воздействии. Объяснение формализуем в виде отчета о научно-технической работе.
Пройдемся теперь по критериям:
Мы заземлили утверждение, приблизившись к физическому экземпляру и отошли от утверждения про необходимость всегда использовать ж/б конструкции
Сделали прозрачнее ящик заглянув в особенности работы конструкции.
Объяснение будет действительным для зданий высотой 140-150 метров, выше этого диапазона гипотезу желательно перепроверить, ниже диапазона скорее всего данная гипотеза будет не верна.
Допущение о характере сейсмического воздействия здесь сохранилось, но мы также приняли допущение, что постава бетона на высоту более 100 метров сильно удорожает ж/б конструкции.
Старое объяснение подтвердилось для диапазона высоты здания до 100 метров, при этом выявилась проблематика для высоты более 100 метров.
Вывод: мы объяснили, что для конкретного экземпляра (проектируемого здания) лучше использовать стальные конструкции вместо железобетонных.