Жесткий диск покрытия из профлиста

Обновлено: 05.05.2024

Настоящий стандарт организации (далее - СТО) устанавливает требования, необходимые при проектировании, изготовлении и монтаже стальных профилированных настилов для покрытий зданий и сооружений, и распространяется на профилированные настилы из оцинкованной стали, включенные в ГОСТ 24045-94.

СТО не распространяется на профилированный настил покрытий, находящийся в особых условиях эксплуатации (в зданиях, подвергающихся интенсивным температурным воздействиям или воздействиям агрессивных сред), а также в покрытиях специальной конструкции (предварительно напряженных, пространственных, висячих).

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 380-94* Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки

ГОСТ 24045-94 Профили стальные листовые гнутые с трапециевидными гофрами для строительства. Технические условия

ГОСТ Р 52146-2003 Прокат тонколистовой холоднокатаный и горячекатаный оцинкованный с полимерным покрытием с непрерывных линий

СНиП II -23-81* Стальные конструкции, Москва, 1991

СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия, 2003

Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП II -23-81*)

СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии

В настоящем стандарте применены следующие термины:

3.1 стандарт организации; СТО: Стандарт, утвержденный и применяемый организацией для разработки проектной и иной документации на стальные профилированные настилы покрытия зданий;

3.2 стальной профилированный настил (далее настил): Гофрированные листовые профили, соединенные между собой по продольным краям и закрепленные на опорных конструкциях покрытия, расположенных поперек гофров настила

3.3 редуцированная площадь сечения профиля: Рабочая расчета площадь сечения настила, определяемая с учетом потери местной устойчивости продольно сжатых участков профилей настила в закритической стадии его работы при поперечном изгибе;

3.4 продольное ребро жесткости: Дополнительный продольный риф в полках профиля, повышающий их рабочую ширину в закритической стадии;

3.5 уступ на стенках профиля: Продольное ребро эквивалентной жесткости, обеспечивающее устойчивость стенок гофров в надопорных зонах настила;

3.6 диафрагма из профилированного настила: Настил, выполняющий функцию горизонтальных связей покрытия в плоскости его закрепления на опорах. В диафрагмах настил должен крепиться на опорах в каждой волне, причем соединения профилей настила между собой и на опорах являют расчетными;

3.7 самонарезающий винт (болт): Метиз для крепления настила к стальным конструкциям. Этот метиз может устанавливаться в просверленное отверстие меньшего диаметра или в сплошной металл, благодаря самосверлящей конструкции винта;

3.8 дюбель: Стальной гвоздь с шайбой для крепления настила к стальным, бетонным и каменным конструкциям с помощью пристрелки специальным пистолетом;

3.9 комбинированная заклепка: Метиз для соединения профилей настила между собой внахлест, состоящий из алюминиевого или стального корпуса и стального стержня.

4.1 Профилированный настил допускается применять без дополнительного защитного покрытия только в неагрессивной среде.

В слабоагрессивной среде настил должен иметь защитное лакокрасочное или полимерное покрытие в соответствии с ГОСТ Р 52146.

В среднеагрессивной среде профилированный настил применять не допускается.

4.2 Перечень основных профилеразмеров настила с трапециевидными гофрами по ГОСТ 24045 и ширина заготовок для их изготовления приведены в таблице 1.

4.3 Применение профилей одной марки, но разной толщины в настиле покрытия одного здания не допускается.

1.1. Предлагаемые рекомендации распространяются на проектирование легких металлических конструкций одноэтажных производственных зданий с покрытием, включающим стальной профилированный настил. При проектировании этих зданий учитывается, что профилированный настил кроме основных функций ограждающей конструкции выполняет функцию горизонтальных связей на отдельных участках покрытия, называемых диафрагмами жесткости.

Примечание . Данные рекомендации не распространяются на здания с уклоном кровли более 10°.

1.2. Проектирование конструкций каркаса и покрытия осуществляется в соответствии с главами СНиП II-В.3-72 "Стальные конструкции. Нормы проектирования", СНиП II-А.12-69 "Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования", требованиями "Руководства по применению гофрированных профилей (стального оцинкованного профилированного настила) в утепленных покрытиях производственных зданий" и "Руководства по проектированию одноэтажных и многоэтажных производственных зданий со стальным каркасом в сейсмических районах" с учетом публикуемых Рекомендаций.

1.3. Диафрагмы жесткости должны воспринимать приходящуюся на них часть расчетных горизонтальных нагрузок, действующих на здание в продольном и поперечном направлениях и заменять (частично или полностью) горизонтальные связи покрытия.

В связи с этим в пределах диафрагмы должны соблюдаться следующие требования:

а) расчет соединения профилированных листов настила между собой и с несущими элементами покрытия с учетом срезающих усилий, определяемых в соответствии с указаниями пп. 4.2 - 4.5 ;

б) узлы опирания прогонов, к которым крепится профилированный настил, должны обладать повышенной жесткостью на кручение и проектироваться с учетом указаний по п. 5.3 ;

в) расчет несущих элементов покрытия (прогонов, ригелей, верхних поясов ферм) с учетом дополнительных продольных усилий, вызванных в результате совместной работы этих элементов и профилированного настила при горизонтальных нагрузках.

Эти требования не распространяются на конструкции покрытия, расположенные за пределами диафрагм жесткости.

1.4. Поперечные диафрагмы жесткости располагаются в крайних шагах стропильных ферм или поперечных рам здания (отсека) длиной не более 72 м. При длине здания (отсека) более 72 м между крайними диафрагмами равномерно располагаются промежуточные диафрагмы аналогичной конструкции через каждые 36 - 60 м.

Продольные диафрагмы жесткости в зданиях с числом пролетов не более трех располагаются вдоль крайних рядов колонн, в зданиях с числом пролетов более трех, также и вдоль средних рядов колонн с таким расчетом, чтобы расстояние между смежными диафрагмами не превышало двух пролетов.

1.5. Вертикальные связи в зданиях (отсеках) с диафрагмами жесткости проектируются так же, как в зданиях с горизонтальными связевыми фермами.

Поперечные и продольные связевые фермы по верхним поясам стропильных ферм или ригелей поперечных рам, а также по фонарям в зданиях (отсеках) с диафрагмами жесткости не предусматриваются.

Поперечные и продольные связевые фермы по нижним поясам стропильных ферм в зданиях (отсеках) с диафрагмами жесткости устанавливаются в следующих случаях:

а) при опирании фахверковых стоек стен в уровне нижних поясов стропильных ферм;

б) в зданиях (отсеках) с подвесными кранами;

в) при крановых горизонтальных нагрузках, превышающих допустимое значение (см. п. 1.9 ).

1.6. Размеры поперечных диафрагм жесткости в плане рекомендуется принимать с учетом условия

где L и В - пролет и ширина диафрагмы соответственно.

Пролет поперечных диафрагм равен пролету стропильных ферм или поперечных рам, ширина этих диафрагм принимается кратной шагу стропильных ферм или поперечных рам (рис. 1 ).

Рис. 1. Расчетная схема здания (отсека) с продольными и поперечными диафрагмами.

Продольные диафрагмы, ширина которых принимается кратной пролету настила, но не менее 6 м, следует выполнять на всю длину здания (отсека). Настил покрытия фонарей выполняется с учетом требований к продольным диафрагмам жесткости.

1.7. Применение диафрагм жесткости из профилированного настила можно предусматривать в тех случаях, когда технически и экономически целесообразно выполнять следующие условия:

а) повышать жесткость здания (отсека) при горизонтальных нагрузках, объединяя несущие конструкции каркаса в единую пространственную систему;

б) уменьшать количество элементов горизонтальных связей в составе шатра здания;

в) обеспечивать устойчивость конструкций в процессе их монтажа без применения дополнительных связей;

г) повышать надежность эксплуатации зданий в особых условиях.

1.8. Примерами зданий, в которых применяют диафрагмы жесткости из профилированного настила, являются:

а) здания с типовыми конструкциями покрытия, в том числе предусматривающими конвейерную сборку и блочный монтаж;

б) здания с каркасом из поперечных рам типа "Плауэн";

в) здания с вертикальными поперечными диафрагмами в виде стенового заполнения или связей, расположенными не более, чем через 72 м;

г) здания с покрытием из пространственных решетчатых плит (структур).

1.9. Диафрагмы жесткости из профилированного настила можно предусматривать для восприятия следующих горизонтальных нагрузок:

а) сил торможения кранов легкого и среднего режимов работы, если значения этих сил составляют не более 50 % от полной расчетной нагрузки в том же направлении;

б) ветровых нагрузок для I - V районов;

в) сейсмических нагрузок при расчетной сейсмичности 7 - 9 баллов;

г) монтажных нагрузок, в том числе при крупноблочном монтаже;

д) любой местной нагрузки, вызывающей взаимный сдвиг несущих элементов в плоскости закрепления настила.

При расчете диафрагм принимается, что эти нагрузки действуют на конструкции покрытия статически и независимо друг от друга.

1.10. Горизонтальные нагрузки, действующие в плоскости закрепления настила в продольном или поперечном направлении здания (отсека), распределяются между параллельными диафрагмами жесткости равномерно.

1.11. В зданиях (отсеках) со свободными торцами совместная работа поперечных рам, связанных продольными диафрагмами, учитывается при сосредоточенной или неравномерной горизонтальной нагрузке в поперечном направлении.

При равномерно распределенной горизонтальной нагрузке в поперечном направлении совместная работа поперечных рам, связанных продольными диафрагмами, учитывается только в зданиях (отсеках), отвечающих требованиям п. 1.8в. В утепленных покрытиях взаимный сдвиг соседних несущих элементов, к которым крепится профилированный настил, не должен превышать 10 мм в пределах диафрагмы жесткости.

2.1. В диафрагмах жесткости допускается применять настил из стальных гофрированных профилей, выпускаемых по ТУ 67-199-78, ТУ 36-1929-76 и ТУ 34-13-5914-79.

2.2. Применение гофрированных профилей разной высоты или толщины в составе одной диафрагмы не допускается.

2.3. В диафрагмах крепление профилированного настила к несущим конструкциям покрытия рекомендуется выполнять самонарезающими болтами по ОСТ 34-13-016 -77 или ТУ 269-79. Между собой профили соединяются вдоль гофров комбинированными заклепками по ОСТ 34-017-73 или ТУ 67-74-75.

2.4. В диафрагмах покрытия зданий в несейсмических районах допускается пристрелка профилированного настила дюбелями типа ДГПШ 4,5×30Ц×р (по ТУ 14-4-794-77) к несущим элементам из стали класса С38/23 толщиной не менее 5 и не более 12 мм.

2.5. Применение сварки для крепления настила на опорах и укрупнения настилов в карты разрешается в соответствии с "Инструкцией по сварке стального оцинкованного профилированного настила для облегченной кровли" .

Сварные соединения настила в диафрагмах рекомендуется применять только при заводском изготовлении панелей покрытия и конвейерной сборке монтажных блоков, осуществляя при этом повышенный контроль качества соединений.

3.1. Жесткость диафрагмы из профилированного настила характеризуется величиной сдвигающей силы, вызывающей единичное смещение рассматриваемого прямоугольного участка настила по линии ее действия. Эта жесткость называется сдвиговой, обозначается С и имеет размерность кгс/мм или тс/см (рис. 2 а).

Рис. 2. К расчету параметров жесткости диафрагмы (а) и поперечной рамы (б)

3.2. Расчетная сдвиговая жесткость профилированного настила определяется при следующих допущениях:

а) значение С изменяется прямо пропорционально расчетной длине рассматриваемого участка настила, параллельной направлению сдвигающей силы, и обратно пропорционально его ширине;

б) сдвиговая жесткость настила не зависит от направления действия сдвигающей силы (вдоль или поперек гофров);

в) настил, прогоны и их соединения работают упруго при одновременном и раздельном действии сдвигающих сил в плоскости диафрагм и вертикальных нагрузок на покрытие;

г) поперечная нагрузка на настил не влияет на его сдвиговую жесткость.

3.3. Сдвиговую жесткость участка настила рекомендуется рассчитывать по формуле

где С₀ - сдвиговая жесткость прямоугольной панели-эталона из профилированных листов рассматриваемого настила (см. п. 3.4 );

b₀ и a₀ - соответственно ширина и длина эталонных панелей, на которые разбивается рассматриваемый участок диафрагмы;

a и b - расчетные размеры рассматриваемого участка настила, параллельные сторонам панели-эталона a₀ и b₀ соответственно и определяемые с учетом п. 5.5 ;

K₀ - коэффициент, учитывающий тип опорных креплений настила: для самонарезающих болтов и дюбелей - K₀ = 1; для сварных электрозаклепок - K₀ = 1,2;

α₀ - коэффициент, учитывающий характер сдвигающей силы: при ветровых нагрузках α₀ = 1,0; при крановых и сейсмических нагрузках α₀ = 0,8;

β₀ - коэффициент, учитывающий конструкцию покрытия и принимаемый по табл. 1 .

Настоящие Рекомендации содержат требования к стальному профилированному настилу, который способен частично или полностью заменить горизонтальные связи в покрытиях одноэтажных производственных зданий, методику расчётной оценки его сдвиговой жёсткости и её учёта в пространственной работе лёгких металлических конструкций этих зданий при горизонтальных нагрузках, включая сейсмические.

Основным требованием к такому настилу является расчётная проверка прочности соединений профилированных листов между собой и с несущими конструкциями при сдвигающих нагрузках в плоскости его закрепления на опорах. Это требование относится только к тем участкам покрытия, на которых настил должен выполнять функцию исключённых горизонтальных связей, а на остальной части покрытия прочность соединений настила на срез проверять не требуется.

Первая редакция Рекомендаций разработана в отделе стандартизации и исследования профилей ЦНИИпроектстальконструкции под руководством к.т.н. Айрумяна Э.Л. при участии к.т.н. Беляева В.Ф., инженеров Парчевского Н.М., Григорьевой И.А., Усачёвой Т.М. Были использованы результаты исследований, проведённых в ЦНИИПСК, Казахском Промстройниипроекте и ВНИПИпромстальконструкции.

Рекомендации предназначены для проектировщиков и инженерно-технических работников строительно-монтажных организаций.

Отзывы и предложения направлять по адресу: 117393, г. Москва, Новые Черемушки, квартал 28, корпус 2,

СОДЕРЖАНИЕ

1.1. Предлагаемые рекомендации распространяются на проектирование лёгких металлических конструкций одноэтажных производственных зданий с покрытием, включающим стальной профилированный настил. При проектировании этих зданий учитывается, что профилированный настил кроме основных функций ограждающей конструкции выполняет функцию горизонтальных связей на отдельных участках покрытия, называемых диафрагмами жёсткости.

Примечание. Данные рекомендации не распространяются на здания с уклоном кровли более 10°.

1.2. Проектирование конструкций каркаса и покрытия осуществляется в соответствии с главами СНиП II -В.3-72 "Стальные конструкции. Нормы проектирования", СНиП II -А.12-69 "Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования", требованиями "Руководства по применению гофрированных профилей (стального оцинкованного профилированного настила) в утеплённых покрытиях производственных зданий" и "Руководства по проектированию одноэтажных и многоэтажных производственных зданий со стальным каркасом в сейсмических районах" с учётом публикуемых Рекомендаций.

1.3. Диафрагмы жёсткости должны воспринимать приходящуюся на них часть расчётных горизонтальных нагрузок, действующих на здание в продольном и поперечном направлениях и заменять (частично или полностью) горизонтальные связи покрытия.

В связи с этим в пределах диафрагмы должны соблюдаться следующие требования:

а) расчёт соединения профилированных листов настила между собой и с несущими элементами покрытия с учётом срезающих усилий, определяемых в соответствии с указаниями пп. 4.2 - 4.5;

б) узлы опирания прогонов, к которым крепится профилированный настил, должны обладать повышенной жёсткостью на кручение и проектироваться с учётом указаний по п. 5.3;

в) расчёт несущих элементов покрытия (прогонов, ригелей, верхних поясов ферм) с учётом дополнительных продольных усилий, вызванных в результате совместной работы этих элементов и профилированного настила при горизонтальных нагрузках.

Эти требования не распространяются на конструкции покрытия, расположенные за пределами диафрагм жёсткости.

1.4. Поперечные диафрагмы жёсткости располагаются в крайних шагах стропильных ферм или поперечных рам здания (отсека) длиной не более 72 м. При длине здания (отсека) более 72 м между крайними диафрагмами равномерно располагаются промежуточные диафрагмы аналогичной конструкции через каждые 36-60 м.

Продольные диафрагмы жёсткости в зданиях с числом пролётов не более трёх располагаются вдоль крайних рядов колонн, в зданиях с числом пролётов более трёх, также и вдоль средних рядов колонн с таким расчётом, чтобы расстояние между смежными диафрагмами не превышало двух пролётов.

1.5. Вертикальные связи в зданиях (отсеках) с диафрагмами жёсткости проектируются так же, как в зданиях с горизонтальными связевыми фермами.

Поперечные и продольные связевые фермы по верхним поясам стропильных ферм или ригелей поперечных рам, а также по фонарям в зданиях (отсеках) с диафрагмами жёсткости не предусматриваются.

Поперечные и продольные связевые фермы по нижним поясам стропильных ферм в зданиях (отсеках) с диафрагмами жёсткости устанавливаются в следующих случаях:

а) при опирании фахверковых стоек стен в уровне нижних поясов стропильных ферм;

б) в зданиях (отсеках) с подвесными кранами;

в) при крановых горизонтальных нагрузках, превышающих допустимое значение (см. п. 1.9).

1.6. Размеры поперечных диафрагм жёсткости в плане рекомендуется принимать с учётом условия

где L и В - пролёт и ширина диафрагмы соответственно.

Пролёт поперечных диафрагм равен пролёту стропильных ферм или поперечных рам, ширина этих диафрагм принимается кратной шагу стропильных ферм или поперечных рам (рис. 1).

Продольные диафрагмы, ширина которых принимается кратной пролёту настила, но не менее 6 м , следует выполнять на всю длину здания (отсека). Настил покрытия фонарей выполняется с учётом требований к продольным диафрагмам жёсткости.

1.7. Применение диафрагм жёсткости из профилированного настила можно предусматривать в тех случаях, когда технически и экономически целесообразно выполнять следующие условия:

а) повышать жёсткость здания (отсека) при горизонтальных нагрузках, объединяя несущие конструкции каркаса в единую пространственную систему;

б) уменьшать количество элементов горизонтальных связей в составе шатра здания;

в) обеспечивать устойчивость конструкций в процессе их монтажа без применения дополнительных связей;

г) повышать надёжность эксплуатации зданий в особых условиях.

1.8. Примерами зданий, в которых применяют диафрагмы жёсткости из профилированного настила, являются:

б) здания с каркасом из поперечных рам типа "Плауэн";

г) здания с покрытием из пространственных решётчатых плит (структур).

1.9. Диафрагмы жёсткости из профилированного настила можно предусматривать для восприятия следующих горизонтальных нагрузок:

а) сил торможения кранов лёгкого и среднего режимов работы, если значения этих сил составляют не более 50 % от полной расчётной нагрузки в том же направлении;

б) ветровых нагрузок для I - V районов;

в) сейсмических нагрузок при расчётной сейсмичности 7-9 баллов;

г) монтажных нагрузок, в том числе при крупноблочном монтаже;

д) любой местной нагрузки, вызывающей взаимный сдвиг несущих элементов в плоскости закрепления настила.

При расчёте диафрагм принимается, что эти нагрузки действуют на конструкции покрытия статически и независимо друг от друга.

При равномерно распределённой горизонтальной нагрузке в поперечном направлении совместная работа поперечных рам, связанных продольными диафрагмами, учитывается только в зданиях (отсеках), отвечающих требованиям п. 1.8в. В утеплённых покрытиях взаимный сдвиг соседних несущих элементов, к которым крепится профилированный настил, не должен превышать 10 мм в пределах диафрагмы жёсткости.

2.1. В диафрагмах жёсткости допускается применять настил из стальных гофрированных профилей, выпускаемых по ТУ 67-199-78, ТУ 36-1929-76 и ТУ 34-13-5914-79.

2.2. Применение гофрированных профилей разной высоты или толщины в составе одной диафрагмы не допускается.

2.3. В диафрагмах крепление профилированного настила к несущим конструкциям покрытия рекомендуется выполнять самонарезающими болтами по ОСТ 34-13-016-77 или ТУ 269-79. Между собой профили соединяются вдоль гофров комбинированными заклёпками по ОСТ 34-017-73 или ТУ 67-74-75.

3.1. Жёсткость диафрагмы из профилированного настила характеризуется величиной сдвигающей силы, вызывающей единичное смещение рассматриваемого прямоугольного участка настила по линии её действия. Эта жёсткость называется сдвиговой, обозначается С и имеет размерность кгс/мм или тс/см (рис. 2а).

3.2. Расчётная сдвиговая жёсткость профилированного настила определяется при следующих допущениях:

а) значение С изменяется прямо пропорционально расчётной длине рассматриваемого участка настила, параллельной направлению сдвигающей силы, и обратно пропорционально его ширине;

б) сдвиговая жёсткость настила не зависит от направления действия сдвигающей силы (вдоль или поперёк гофров);

г) поперечная нагрузка на настил не влияет на его сдвиговую жёсткость.

3.3. Сдвиговую жёсткость участка настила рекомендуется рассчитывать по формуле

где С ₀ - сдвиговая жёсткость прямоугольной панели-эталона из профилированных листов рассматриваемого настила (см. п. 3.4);

в ₀ и а ₀ - соответственно ширина и длина эталонных панелей, на которые разбивается рассматриваемый участок диафрагмы;

а и в - расчётные размеры рассматриваемого участка настила, параллельные сторонам панели-эталона а ₀ и в ₀ соответственно и определяемые с учётом п. 5.5;

K ₀ - коэффициент, учитывающий тип опорных креплений настила: для самонарезающих болтов и дюбелей – K ₀ = 1; для сварных электрозаклёпок - K ₀ = 1,2;

β₀ - коэффициент, учитывающий конструкцию покрытия и принимаемый по табл. 1.

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Голотайстрова Е.Ю.

К конструкциям покрытий и перекрытий современных зданий предъявляются повышенные требования по несущей способности и архитектурной выразительности. В статье рассмотрены конструктивные решения покрытия здания с использованием легких перекрестных ферм. Пространственная работа такого покрытия , обеспечивается связями, расположенными в двух направлениях фермами, воспринимающих внешнюю нагрузку. Повышение жесткости покрытия приводит к снижению усилий в отдельных элементах покрытия . Это позволяет использовать тонкостенные стальные профили с меньшим расходом стали на покрытие в сравнении со сплошностенчатыми прокатными балками. Предложено использовать различные варианты компоновки пространственных блоков: 18х18, 24х24, 24х18 и др. Общая устойчивость конструкции обеспечивается тем, что в покрытии создается несколько таких пространственных блоков по периметру. Проведенные расчеты позволили получить оптимальные размеры и количество ячеек на которые условно можно разделить диск покрытия .

Hard drive cover of cross of light steel trusses

To the design of roofs and ceilings of modern buildings have high requirements on the bearing capacity and the architectural expression. The article considers a constructive solution to the coating of the building with light cross farms. The spatial work of such coverage is provided by bonds arranged in two directions farms, perceiving external load. The increase in hardness of the coating leads to a decrease in effort in some parts of the coverage. This allows the use of thin-walled steel profiles with less consumption of steel to cover in comparison with splenomegalie rolling beams. It is proposed to use various options of the arrangement of spatial units: 18x18, 24x24, 24х18, etc. the Overall structural stability is ensured by the fact that the coverage is created a few of these spatial blocks around the perimeter. The calculations allowed us to obtain the optimal size and number of cells on which it is conditionally possible to divide the disk coating .

Текст научной работы на тему «Жесткий диск покрытия из перекрестных легких стальных ферм»

Жесткий диск покрытия из перекрестных легких стальных ферм

Е.Ю. Голотайстрова Донской государственный технический университет

Аннотация: К конструкциям покрытий и перекрытий современных зданий предъявляются повышенные требования по несущей способности и архитектурной выразительности. В статье рассмотрены конструктивные решения покрытия здания с использованием легких перекрестных ферм. Пространственная работа такого покрытия, обеспечивается связями, расположенными в двух направлениях фермами, воспринимающих внешнюю нагрузку. Повышение жесткости покрытия приводит к снижению усилий в отдельных элементах покрытия. Это позволяет использовать тонкостенные стальные профили с меньшим расходом стали на покрытие в сравнении со сплошностенчатыми прокатными балками. Предложено использовать различные варианты компоновки пространственных блоков: 18х18, 24х24, 24х18 и др. Общая устойчивость конструкции обеспечивается тем, что в покрытии создается несколько таких пространственных блоков по периметру. Проведенные расчеты позволили получить оптимальные размеры и количество ячеек на которые условно можно разделить диск покрытия.

Ключевые слова: Покрытие, перекрестная система, тонкостенный, расчет, сравнение

К конструкциям покрытий и перекрытий современных зданий предъявляются повышенные требования по несущей способности и архитектурной выразительности. Большепролетные покрытия общественных и промышленных зданий, спортивных залов и дворцов спорта, торговых и логистических площадей, развлекательных центров и концертных площадок можно перекрывать сквозными пространственными перекрестными системами. [1 - 4]

В статье рассмотрены конструктивные решения покрытия здания с использованием легких перекрестных ферм. Его сущность заключается в том, что фермы из тонкостенных профилей, закрепленные из плоскости по нижнему поясу горизонтальными связями, а по верхнему прогонами образуют жесткий диск покрытия, который обеспечивает пространственную работу каркаса здания. Такое покрытие возможно выполнить односкатным, двускатным или четырехскатным, в зависимости от выбранного архитектурного решения.

Рис. 1. - Односкатное покрытие здания с применением перекрестных

Пространственная работа такого покрытия, обеспечивается связями и расположенными в двух направлениях фермами, воспринимающими внешнюю нагрузку. Нагрузка, приложенная в произвольном месте покрытия, вызывает противодействие всей системы в целом, благодаря чему повышается несущая способность и жесткость конструкции, снижается материалоемкость.

Повышение жесткости покрытия приводит к снижению усилий в отдельных элементах покрытия. Это позволяет использовать тонкостенные стальные профили с меньшим расходом стали на покрытие в сравнении со сплошностенчатыми прокатными балками. [5 - 7]

Рис. 2. - Сравнение расхода стали в зависимости от пролета

Фермы, образующие перекрестную систему могут быть треугольного, трапецевидного и прямоугольного очертания.

Рис. 3. - Типы ферм для перекрестного перекрытия: а - с параллельными поясами, б, в - с восходящим верхним поясом, г - с

восходящим верхним и нижним поясом Решетка ферм принимается раскосной.

Фермы выполнены из гнутых тонкостенных профилей. Сечения элементов могут быть различными, но наиболее широкое распространение получили с-образные профили, одиночные для элементов решетки и спаренные для поясов фермы.

Рис. 4. - Сечения а - одиночных и б - спаренных профилей Так как фермы воспринимают только нагрузки, приложенные в плоскости, то необходимо закрепить их из плоскости. Верхние пояса ферм из плоскости закреплены прогонами, несущими элементами кровли. Для закрепления нижнего пояса, восприятия горизонтальных нагрузок, обеспечения совместной работы рам каркаса предусмотрено устройство

горизонтальных связей в уровне нижних поясов. Данное сочетание конструктивных элементов образует пространственный устойчивый блок.

Проведенные расчеты позволили получить оптимальные размеры и количество ячеек на которые условно можно разделить диск покрытия. Предложено использовать различные варианты компоновки пространственных блоков: 18х18, 24х24, 24х18.

Грани блока образуют вертикальные фермы, расположенные по ортогональным направлениям, горизонтальные связи, расположенные по нижнем поясам ферм и несущие элементы кровли по верхним поясам.

Поскольку поперечное сечение такого блока замкнуто, потеря его общей устойчивости невозможна, в связи с его большой жесткостью при кручении и изгибе в поперечном направлении. [3]

Общая устойчивость конструкции обеспечивается тем, что в покрытии создается несколько таких пространственных блоков по периметру. К этим жестким блокам крепятся остальные фермы, что препятствует горизонтальному перемещению поясов ферм и обеспечивает их устойчивость. [2]

С целью обоснования применения покрытия из легких перекрестных ферм выполнены расчеты и сравнение расхода стали варианта с использованием перекрестных прокатных балок. Расчеты, выполненные по конечно-элементной схеме, выявили значительную экономию металла при использовании легких ферм в покрытии.

2. Кудишин Ю.И., Беленя Е.И., Игнатьева В.С. Металлические конструкции - 10 изд. - М.: Издательский центр "Академия", 2007. 688 с.

4. Хромец Ю.Н. Совершенствование объемно-планировочных решений промышленных зданий. - М.: Стройиздат, 1986. - 314 с.

5. Беленя Е.И., Балдин В.А., Ведеников Г.С., Под ред. Беленя Е.И. Металлические конструкции - 6 изд. - М.: Стройиздат, 1986. 560 с.

6. Власов В.З. Тонкостенные упругие стержни. М.: Физ-матгиз, 1959. 566 с.

9. David Hui. Design of beneficial geometric imperfections for elastic collapse of thin-walled box columns // International Journal of Mechanical Sciences. - 1986. - № 3. pp. 1-12.

10. Sapountzaki E.J., Dourakopoulos J.A. Flexural-torsional postbuckling analysis of beams of arbitrary cross section // Acta Mechanica. -2010. № 209-67 pp. 11-21.

2. Kudishin Ju.I., Belenja E.I., Ignat'eva V.S. Metallicheskie konstrukcii [Metal construction]- 10 izd. - M.: Izdatel'skij centr "Akademija", 2007. 688 p.

5. Belenja E.I., Baldin V.A., Vedenikov G.S., Pod red. Belenja E.I. Metallicheskie konstrukcii [Metal construction] - 6 izd. M.: Strojizdat, 1986. 560 p.

6. Vlasov V.Z. Tonkostennye uprugie sterzhni [Thin-walled elastic rods]. M.: Fiz-matgiz, 1959. 566 p.

9. David Hui. Design of beneficial geometric imperfections for elastic collapse of thin-walled box columns. International Journal of Mechanical Sciences. 1986. № 3. pp. 1-12.

10. Sapountzaki E.J., Dourakopoulos J.A. Flexural-torsional postbuckling analysis of beams of arbitrary cross section. Acta Mechanica. 2010. № 209-67 pp. 11-21.

В зданиях из металлических конструкций, профлист кровли часто используется для создания диска жесткости, заменяющего горизонтальные связи покрытия. Методика расчета таких дисков жесткости разработана ЦНИИпроектстальконструкция им. Н.П. Мельникова и изложена в рекомендациях. При этом усилия, возникающие в плоскости профлиста определяются только от внешних горизонтальных нагрузок, а крепления листов к прогонам и прогонов к рамам рассчитываются исходя исключительно на эти нагрузки.
Однако, изгибные деформации рамных конструкций переменного сечения оказывают определенное влияние на работу профлиста покрытий. В основном это проявляется в появлении дополнительных сжимающих усилий в профлисте и срезающих усилий в узлах крепления профлиста к прогонам покрытия. Для оценки величины этих усилий рассмотрим совместную работу деформируемого элемента ригеля и прикрепленного к нему через прогоны профлиста (рис. 8).

Для дальнейших расчетов примем следующие допущения:
1. При определении деформаций элемента ригеля учитываются только изгибающие моменты. Влиянием продольных и поперечных сил пренебрегаем.
2. Влияние профлиста на деформации элемента ригел не учитывается вследствие большой разницы в жесткостных характеристиках.
3. Изгибающие моменты меняются по длине элемента ригеля согласно линейному закону.
Суммарный угол поворота опорных сечений элемента ригеля равен:

Если бы профлист отстуствовал (допущение 2), то условные консоли, соединяющие нейтральную ось сечения и места крепления профлиста к прогонам, свободно повернулись и сблизились на рас стояние ΔΣ. Ввиду малости угла поворота примем tgΘ = Θ и тогда

Здесь h0,hs — расстояние от нейтральной оси двутавра до его наружной полки и высота сечения прогона покрытия соответственно.
Усилия сжатия в профлисте, вызванные деформациями ригеля, можно найти, зная перемещения и податливость системы «профлист — узел крепления — ригель»:

Здесь Aef = S*t — расчетная площадь сечения профлиста, включаемая в работу и на ширине, приблизительно равной двум гофрам для разрезных прогонов и 3—3,5 гофрам для неразрезных прогонов с перехлестами над опорой. S — периметр сечения профлиста на расчетном участке. Остальные участки профлиста в расчет не принимаются из-за возможности свободных деформаций прогонов между рамами и взаимных сдвигов профлиста в плоскости кровли.
Податливость креплений профлиста к прогонам δ2 определим в соответствии с работой Е. Брайан:

Податливость крепления прогонов к рамам δ3 зависит от конструктивных решений этих креплений. На рис. 9 а—г приведены значения δ3 для различных типов креплений, заимствованные из работы.
При креплении прогонов к рамам через вертикальную пластину шириной t, высотой hs и толщиной ts (рис. 9 д), податливость δ3 определяется по формуле:

В качестве примера рассмотрим элемент ригеля длиной 12 м, нагруженный на концах изгибающими моментами M1= 110 тм и M2 = 50 тм. К ригелю, через прогоны, из швеллера № 20, при помощи двух самонарезающих винтов прикреплен профлист Н57—750—08. Опорный узел прогона выполнен по схеме, показанной на рис. 9 г. Размеры опорной пластины будут равны: b*hs*ts = 20x20x0,8 см.

Суммарный угол поворота торцевых сечений элемента ригеля равен ΘΣ=0,021 рад; возможное перемещение крайних точек крепления профлиста ΔΣ=1,211 см. Податливости системы «профлист — крепления профлиста» (см/кг):

Суммарная податливость будет равна: δΣ = 14,2*10 -4 см/кг, а усилие сжатия, возникающее в профлисте при деформировании ригеля рамы — N = ΔΣ/δΣ = 1,211/14,2*10 -4 = 853 кг. При этом на один крепежный элемент будет приходиться усилие в 426 кг, что сопоставимо с несущей способностью дюбеля или самонарезающего винта. Предполагая, что при расчетах была допущена ошибка даже в 2—3 раза, нагрузки действующие на соединение все же имеют значительную величину.
Таким образом, при использовании профлиста в качестве жесткого диска покрытия в зданиях с каркасами из рамных конструкций переменного сечения, необходимо учитывать возможность повреждения самого профлиста и его креплений при деформировании ригелей рам. Очевидно в отдельных случаях, следует предусматривать специальные мероприятия, позволяющие повысить податливость крепления профлиста, и тем самым уменьшить дополнительные продольные усилия, что позволит одновременно уменьшить и усилия, возникающие вследствие температурных деформаций.
Вообще, к вопросу применения профлиста в качестве жесткого диска покрытия следует подойти не только со стороны потенциальных возможностей профлиста, но и целесообразности такого конструктивного решения связей покрытия.
Рассмотрим этот вопрос подробнее. Применение профлиста в качестве диска покрытия требует выполнения следующих обязательных условий:
1. Профлист покрытия должен обладать достаточной прочностью и жесткостью для восприятия вертикальных нагрузок, а также сдвиговых нагрузок от горизонтальных сил. Это достигается в основном за счет значительной, по сравнению с зарубежными аналогами, толщиной профлиста — до 0,8—0,9 мм;
2. Отдельные листы должны быть надежно скреплены между собой по длине, что достигается увеличением числа
комбинированных заклепок, которые в зоне диафрагм ставятся в 2—2,5 раза чаще чем обычно;
3. Крепление профлиста к прогонам в зоне диафрагм жесткости осуществляется в каждой волне, причем возможны случаи, когда в одну волну ставится по два самонарезающих винта или дюбеля;
4. Профлист в зоне диафрагм должен прикрепляться к прогонам в нижней волне по каждой гофре;
5. Прогоны в зоне диафрагм жесткости должны иметь специальные опорные крепления, препятствующие их повороту вокруг собственной оси и передающие сдвиговые усилия от рам на диск жесткости;
6. В диске покрытия нельзя делать отверстия под фонари, воздуховоды и др., с размерами, превышающими допустимые;
7. В соответствии с нормами, разрешается устраивать диск жесткости из профлиста в кровлях с уклоном не более 10°;
8. В зданиях с диском жесткости из профлиста покрытия сложно устраивать легкосбрасываемые кровли.
Таким образом, использование профлиста в качестве жесткого диска покрытия сопряжено с рядом проблем, а именно:
Во-первых, отверстия в нижних гофрах профлиста нарушают герметичность кровли, что для холодных кровель практически неприемлимо;
Во-вторых, из-за необходимости передачи сдвиговых усилий через профлист невозможно уменьшить его толщину до минимально необходимой из условия его несущей способности при действии вертикальных нагрузок;
В-третьих, постановка тыс. дополнительных заклепок, дюбелей и самонарезающих болтов требует значительных затрат труда и может быть дороже, чем постановка горизонтальных связей (особенно гибких);
В-четвертых, отсутствие горизонтальных связей приводит к необходимости установки временных связей и распорок при монтаже каркаса;
В-пятых, коррозия профлиста в местах повреждения его отверстиями под крепежные метизы приводит к увеличению отверстий и снижению сдвиговой жесткости диска;
В-шестых, жесткое крепление профлиста к прогонам препятствует его температурным деформациям и к появлению дополнительных усилий;
В-седьмых, наличие большого числа относительно слабых связей (дюбели, заклепки и т.д.) может привести к их локальному неконтролируемому разрушению при действии неучтенных в расчете усилий, связанных с деформированием ригелей рамы, температурным деформациям профлиста и т.д.
Как видно, использование профлиста в качестве жесткого диска покрытия, наряду с положительными, имеет и отрицательные стороны. Зарубежный и отечественный современный опыт показывает, что в большинстве случаев рационально использовать тонкий профлист (0,55—0,6 мм) и легкие крестовые связи из круглого прутка, а профлист использовать для обеспечения изгибно-крутильной устойчивости облегченных прогонов.
Разделение функций между каркасом, как несущей системой, и профлистом, как ограждающей системой, позволяет по иному подходить к проектированию зданий. Учитывая повышенную деформативность рамных конструкций, скорее всего не следует стремиться к жестким ограждающим конструкциям. Наоборот, ограждение должно быть «мягким» и податливым, подобно коже и также податливо прикрепляться к каркасу, что позволит избежать многих негативных последствий перечисленных выше.

Читайте также:

Жесткий диск покрытия из профлиста

СОДЕРЖАНИЕ

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Голотайстрова Е.Ю.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Голотайстрова Е.Ю.

Hard drive cover of cross of light steel trusses

Текст научной работы на тему «Жесткий диск покрытия из перекрестных легких стальных ферм»