IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

В современных экономических условиях увеличивается потребность в быстровозводимых зданиях относительно невысокой стоимости. При этом большое значение имеет уменьшение материалоемкости, трудоемкости изготовления и монтажа конструкций.

Здания бескаркасного типа "Эксергия" из объемно-формованного тонколистового проката позволяют перекрывать пролет до 100м с высотой несущих стен до 6м.  Применение таких конструкций согласно [1] возможно в климатических районах Российской Федерации с расчетной темепературой эксплуатации не ниже -55°С и не выше +45°С с неагрессивным, слабоагрессивным или среднеагрессивным воздействием среды, в районах с сейсмичностью не более 5-ти баллов, в 1-4 районах по весу снегового покрова и в 1-3 районах по давлению ветра согласно [2].

Для теоретического анализа работы элементов покрытия зданий бескаркасного типа "Эксергия" было проведено математическое моделирование работы конструкций при различных снеговых нагрузках с использованием  программного комплекса «SCAD Office 11». Для моделирования была выбрана расчетная схема здания пролетом 36 м, высота несущих стен здания - 4,8 м, максимальная высота конструкции 8,678 м.   

В соответствие с [2] загружение снеговой вертикальной нагрузкой  здания можно рассматривать по двум схемам (№1, 2 приложение 3 [2]) (рис 1, 2).

В зданиях бескаркасного типа максимальный угол α = 22º.

При математическом моделировании было выполнено сравнение нескольких схем загружений:

Загружение 1. Собственный вес + равномерно распределенная снеговая нагрузка для VI снегового района (400 кг/м²) вариант 1 по схеме №1;

Загружение 2. Собственный вес + кососимметричная  снеговая нагрузка для VI снегового района (400 кг/м²) вариант 2 по схеме №1;

Загружение 3. Собственный вес + кососимметричная  снеговая нагрузка для VI снегового района (400 кг/м²) вариант 2 по схеме №2;

Загружение 4.Ссобственный вес + кососимметричная  снеговая нагрузка для VI снегового района (400 кг/м²) вариант 2 по схеме №2 + равномерно распределенная нагрузка на потолочные панели в соответствии с п.2 [2] (нормативная = 70кг/м², γ_f = 1,3, расчетная нагрузка = 70х1,3=91кг/м²);

Кроме того рассматривалась схема загружения: собственный вес + снеговая нагрузка для VI снегового района (400 кг/м²) на половине пролета (рис. 3);

Результаты расчетов при разных схемах загружения показали:

1. При загружении 1 элементы раскосной решетки покрытия работают как элементы фермы. Самые загруженные раскосы расположены по краям пролета, а при приближении к центру усилия в раскосах уменьшаются (разница между напряжениями сжатия в крайних и центральных раскосах составляет 99%).
2. При загружение 2 крайние элементы по прежнему оказались самыми загруженными, однако напряжения в центральных раскосах возросли по сравнению с загружением 1 (разница между напряжениями сжатия в крайних и центральных раскосах составляет 45%).
3. При загружение 3 наиболее загруженными оказались раскосы, расположенные в четверти пролета (разница между напряжениями в крайнем и максимально загруженных раскосах 16%) (рис. 4).
4. «Эффект кососимметричного приложения нагрузки» оказывает существенное влияние на работу элементов раскосной решетки покрытия зданий бескаркасного типа и при определенных условиях усилия в средних раскосах могут превышать усилия в крайних.
5.  Приложение дополнительной равномерно распределенной нагрузки (загружение 4) приводит к уменьшению влияния «эффекта кососимметричного приложения нагрузки». В данных исследованиях усилия сжатия в крайних раскосах больше чем в остальных (разница усилий в крайних и расположенных в четверти пролета раскосах составила 22%).

При загружение по схеме приведенной на рис. 3  максимальные усилия сжатия испытывают центральные раскосы. Крайние раскосы загружены на 80% меньше.

Для проверки теории расчета и проведенных теоретических исследований ЗАО «Эксергия» и ЦНИИСК им.Кучеренко (г.Москва) совместно с кафедрой металлических конструкций Липецкого государственного технического университета провели натурные испытания фрагмента здания бескаркасного типа пролетом 36 м.

Для проведения экспериментальных исследований были выбраны следующие схемы загружения:

• равномерно распределенная вертикальная нагрузка 400 кг/м² по всему пролету;
• равномерно распределенная вертикальная нагрузка 400 кг/м² на половине пролета, как наиболее неблагоприятная схема загружения несимметричной нагрузкой.

В результате экспериментальных исследований было установлено, что несимметричное приложение вертикальной нагрузки приводит к увеличению напряжений в средних раскосах. При определенных схемах  и комбинациях загружений усилия в раскосах приопорной зоны и средней части покрытия могут иметь близкие значения, что подтверждает теоретические расчеты. В связи с этим при расчете покрытий «Эксергия» необходимо в обязательном порядке учитывать комбинации загружений в соответствие со  схемами 1 (вар. 1, 2) и 2 (вар. 1, 2) по приложению 3 [2].  

Библиографический список

1. Стандарт организации. Здания бескаркасного типа. Проектирование, изготовление [Текст]: введ. в действие с 1.11.2007.-Москва, 2007.
2. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия [Текст]: введ. в действие с 1.01.1987.-Изд. офиц.-М.: Минстрой России, ГП ЦПП, 1996. - 44 с.