CC BY
77
REFERENCES
1. Bernshteyn M. L. Termomekhanicheskaya obrabotka metallov i splavov : ucheb [v 2 t.]. / M. L. Bernshteyn. - M. : Metallurgiya, 1968. - 1172 s.
2. Bernshteyn M. L. Termomekhanicheskaya obrabotka metallov i splavov: ucheb. / М. L. Bernshteyn, V. A. Zamovskiy, L. М. Kaputkina. - M. : Metallurgiya, 1983. - 480 s.
3. Bolshakov V. I. Uprochnenie stroitelnykh staley: ucheb. / V. I. Bolshakov. - D. : Sich, 1993. -332 s.
4. Starodubov K. F. Termicheskoe uprochnenie prokata: ucheb. / K. F. Starodubov, I. G.Uzlov, V. Ya. Savenkov i dr. - M. : Metallurgiya, 1970. - 368 s.
BidoMocmi про автора:
Ткач Татьяна Вадимовна, аспирант кафедры материаловедения и обработки материалов ПГАСА, e-mail: [email protected].
УДК 624.014 : 693.977
АНАЛ1З ОСОБЛИВОСТЕЙ ОБ'СМНО-ПЛАНУВАЛЬНИХ ТА КОНСТРУКТИВНИХ Р1ШЕНЬ КАРКАС1В МАЛОПОВЕРХОВИХ БУД1ВЕЛЬ З ЛСТК
О. Г. Зткевич, к. т. н., доц.
Ключовi слова: каркаси малоповерхових будiвель, ЛСТК, обшивка каркаса, дiафрагми жорсткостi, просторова жорстюсть каркаса
Постановка проблеми. Малоповерхове бущвництво займае значш обсяги в бущвельнш галузь Зпдно з прогнозами, будiвництво iндивiдуальних малоповерхових житлових будинюв в Укра!ш (1...3 поверхи) складатиме до 30 % вщ загального обсягу бущвництва житла [1].
Сьогодш у св^овш практищ та в бущвельнш галузi Укра!ни застосовуеться цший ряд технологш зведення малоповерхових житлових будинюв iз рiзних матерiалiв. Однiею з найбiльш ефективних i розповсюджених е каркасна технологiя, iсторiя використання яко! нараховуе близько 4 000 роюв.
Каркасна технологiя досить гнучка з погляду забезпечення необхщно! енергоефективностi огороджувальних конструкцiй - мшмальне насичення несучими елементами створюе значний об'ем для розмщення теплоiзоляцiйних матерiалiв рiзних типiв i товщини. Таке ршення дозволяе широко впроваджувати технологи екожитла - застосування мiсцевих еколопчно чистих, вiдновлюваних матерiалiв (солома - для зведення стш; очерет, торф - для по^вл^ [2].
Необхщно зазначити, що в Укра!ш зведення житлових будинкiв на основi дерев'яного каркаса з подальшим заповненням мiсцевими матерiалами практикувалося майже у вшх регiонах. Тобто технологи екожитла для Укра!ни не е принципово новими, а скорше забутими.
Одшею iз широко розповсюджених каркасних технологш е зведення малоповерхових бущвель на основi каркаса з легких сталевих тонкостiнних конструкцiй (ЛСТК) [3; 4]. Конкурентноздатшсть каркаса з ЛСТК порiвняно з дерев'яним каркасом значно зростае для тих кра!н або територш, де деревина не е промисловим матерiалом.
Незважаючи на запровадження в Укра!ш деяких нормативних документiв, що встановлюють правила проектування каркасiв будiвель з легких сталевих тонкостiнних конструкцш [5], нормативне забезпечення недостатне.
Так, наприклад, у багатьох кра!нах, де таю технологи набули поширення, розробляються рекомендацiйнi матерiали, якi значно спрощують оцiнку можливостi реалiзацil певних об'емно-планувальних рiшень або !х коригування та розробку конструктивних рiшень [3; 6; 7].
Для поширення технологи каркасного бущвництва з ЛСТК в Укра!ш необхщна розробка рекомендацiй, що вщображають особливостi конструкцiй такого типу на основi дiючих нормативних документ.
Аналiз публiкацiй. Особливостi конструктивних ршень каркасiв з ЛСТК розглянутi у працях Е. Л. Айрумяна [4], Я. Брудки [8], B. W. Schafer [9], W. W. Yu [10] та ш.
У низщ праць наведено результати дослщжень та експериментальних випробувань сталевих тонкостiнних профшв, розкрiплених листовою обшивкою, та жорсткосп вузлiв !х з'еднання (O. Iuorio [9], T. Pekoz, A. Simaan, B. W. Schafer, G. Winter та ш.).
Пiд час проектування каркасiв будiвель з ЛСТК важливо забезпечити !х просторову жорсткiсть. В окремих рекомендащях iз проектування таких будiвель [3; 6; 7] наводяться вказiвки щодо ефективного розташування дiафрагм жорсткосп, якими виступають зовнiшнi та внутршш стiни, перекриття.
Питанням взаемоди конструктивних елементiв у просторовiй системi присвячеш працi П. Ф. Дроздова [11], А. Р. Ржанщина, Е. С. Огалова, В. W. Schafer [9], 8. I. Turston [12] та ш.
Мета статтi. На основi аналiзу особливостей об'емно-планувальних та конструктивних ршень, поширених у свiтовiй практищ каркасного будiвництва малоповерхових будiвель з ЛСТК, видшити сукупнiсть основних впливових факторiв, якi необхiдно враховувати, розробляючи методики рацiонального проектування будiвель такого типу.
Виклад матерiалу. Об'емно-планувальт ршення. Щд час вибору об'емно-планувальних ршень може вирiшуватися цiла група питань. Наприклад, зменшення енергоспоживання, що досягаеться вибором енергозбер^аючо1 форми, блокуванням бущвель тощо.
Вибiр об'емно-планувального рiшення будiвлi, виконано! на основi каркаса з ЛСТК, значно залежить також вщ його конструктивних особливостей. Оскiльки в бшьшост випадкiв просторова жорсткiсть будiвлi забезпечуеться стiнами, що виконують функщю дiафрагм, установлюються деякi обмеження планувальних рiшень - крок внутрiшнiх стш (дiафрагм), обмеження в розташуваннi i кiлькостi прорiзiв [6].
Ще одним фактором, що впливае на вибiр об'емно-планувального рiшення, е спрощення конструкцiй каркаса при обмеженнi вшьних просторiв будiвлi (прольотiв, кроку стш, що виконують функщю дiафрагм жорсткосп). Наприклад, при невеликих прольотах для конструкцш перекриттiв (покриттiв) можливе використання балок (виходячи з номенклатури сортаменту), при бшьших прольотах застосовуються легю ферми [13] (значне збiльшення трудомюткосп виготовлення).
Таким чином, прийняття об'емно-планувальних ршень малоповерхових будинкiв i надбудов iз ЛСТК може виконуватись, виходячи з необхщносп одержання вiльного планування примiщень, рацiонального використання перерiзiв елемеш!в, зменшення витрат на виготовлення конструкцш.
Конструктивш ршення. За конструктивним ршенням каркаси бущвель iз ЛСТК можна вщнести як до дрiбно каркасних, так i до дiафрагмовостiнових (з урахуванням забезпечення просторово! жорсткостi стшами^афрагмами при шарнiрному з'еднаннi основних конструктивних елеменпв).
Залежно вiд використано! технологи конструкцп стiн можуть зводитися з елеменпв iз розрiзанням на поверх або повно! висоти.
Найбiльш поширене рiшення конструкцп стiни - використання як несучих стiйок С- або П-профшв (орiентованих площиною бшьшо1 жорсткосп перпендикулярно площинi стiни), якi обшиваються листовим матерiалом. Як правило, зовшшня обшивка виконуеться з орiентовано-стружкових плит (ОСП), внутршня - з декшькох шарiв гiпсокартонних (ГКЛ) або гшсоволокнистих листiв (ГВЛ). Також як листи обшивки для каркаса з ЛСТК можуть застосовуватися магнезитовi та цементно-стружковi плити. Необхщна товщина внутршньо! обшивки з ГКЛ може тдбиратися виходячи з вимог до вогнестшкоси конструкцil [14].
З'еднання елементiв виконуються, як правило, самонарiзальними гвинтами або за допомогою заклепок, що встановлюються з певним кроком [15].
Для зовшшшх стш iз метою зменшення впливу мютюв холоду на енергоефективнють конструкцil як несучi стiйки можуть застосовуватися «термопрофш» з перфорованою стшкою, простiр мiж внутрiшньою i зовшшньою обшивкою заповнюеться ефективним теплоiзоляцiйним матерiалом [16] (рис. 1).
Жорсткiсть стшово1 панелi у сво1й площинi може забезпечуватися хрестовими зв'язками (рис. 2, а) або, при значних горизонтальних навантаженнях, розкiсними решiтками (рис. 2, б).
Також жорстюсть конструкцil у свош площинi може забезпечуватись листами обшивки з урахуванням податливосп вузлiв !х з'еднань з елементами каркаса [9; 10; 12; 17].
Як i для стшових елементiв, у конструкщях перекриттiв (покриттiв) виконуеться обшивка листовим матерiалом (два листи ОСП по верхньому поясу, два листи ГКЛ по нижньому). Для перекритпв як обшивку по верхньому поясу можна використовувати сталевий профшьований настил.
Рис. 1. Енeргоeфeктивнi огороджувальт конструкцп каркасних бyдiвeль з ЛСТК
Для з'едтання елемешгв стш i перекритпв (покриття) можуть 6ути використaнi двa рiшення:
1) передaчa нaвaнтaження вiд елементa перекриття по осi стiйки стiни (з «випaдковим» ексцентриситетом);
2) передaчa нaвaнтaження вщ елементa перекриття нa стiйкy стши з «конструктивним» ексцентриситетом (з'eднaння з полицею стiйки).
Першa схемa вiдповiдae технологiï монтaжy кaркaсa укрупненими елементaми (пaнелями) з розрiзaнням нa поверх i з використaнням як елеменпв перекриття ферм (рис. 3, а).
Друга схемa зaбезпечye спрощений монтгж кaркaсa з використaнням бaлок як елеменпв перекриття, особливо y рaзi поелементного монтaжy стiйок нa всю висоту кaркaсa (рис. 3, б). В той же 4a^ приклaдення нaвaнтaження з ексцентриситетом вимaгae його врaхyвaння пiд чaс розрaхyнкiв.
Рис. 2. Забeзпeчeння жорсткостi стiновоïконструкцп хрeстовими зв'язками (а),
розюсною рeшiткою (б)
Hесyчa системa бyдiвлi утворюеться вертикaльними несучими констрyкцiями, об'eднaними в едину просторову систему горизонтaльними несучими конструкщями перекриттiв i покриття [11]. Haйвaжливiшою якiстю тaкоï системи е зaбезпечення нaдiйного опору горизонтaльним нaвaнтaженням (вiтровим, сейсмiчним) [3; б].
Рис. 3. З'еднання елемент1в cmiu i nepeKpummieу каркас nid час передачi навантаження: по oci сттки стти (а); з ексцентриситетом (б)
Особливост конструкцш каркаса з ЛСТК (найбшьша технолопчшсть вузлiв з'еднань елементiв, що вщповщають шарнiрнiй cxeMi; складний НДС тонкостшних профiлiв при жорсткому з'eднаннi) передбачають використання в бiльшостi випадкiв шаршрних з'еднань елементiв. Конструктивнi рiшення, що забезпечують жорсткi (рамнi) вузли, значно ускладнюють конструкцiю i трудомiсткiсть 11 виготовлення, тому застосовуються згiдно з вщповщним обгрунтуванням.
Таким чином, просторова жорстюсть будiвлi забезпечуеться за в'язевою схемою - будiвля розглядаеться як просторова несуча система конструктивних елеменпв - дiафрагм (стiн, перекриттiв), з'еднаних мiж собою зв'язками, що сприймають зсув.
Урахування жорсткостi всiх складових елементiв може виконуватись пiд час розрахунку каркаса будiвлi iз застосуванням методу скiнчених елементiв (МСЕ). При цьому необхщне створення достатньо детально! модел^ що спричинюе значнi витрати часу на стади розробки об'емно-планувального рiшення i попереднього призначення конструктивних параметрiв елементiв каркаса будiвлi.
Виходячи з цього, рекомендаци з проектування повиннi дозволяти виконання спрощено! ощнки розподiлу горизонтальних зусиль мiж вертикальними дiафрагмами, враховуючи спiввiдношення жорсткостей вшх елементiв каркаса. Крiм того, пошбники i рекомендаци з проектування легких каркасних бущвель [3; 6; 7; 12; 17] установлюють вимоги до складових дiафрагм для певних конструктивних ршень та силових впливiв i не можуть бути поширенi на дiафрагми з довiльними конструктивними ршеннями.
Висновок. Проаналiзовано особливостi об'емно-планувальних та конструктивних ршень, поширених у св^овш практицi каркасного будiвництва малоповерхових будiвель з ЛСТК. Однiею з основних особливостей проектування каркасiв з ЛСТК е необхщшсть урахування взаемоди елеменпв каркаса з обшивкою мало! жорсткосп через податливi з'еднання. Це дозволить приймати бшьш ефективнi проектнi ршення, оскiльки обшивка може виконувати двi конструктивнi функцi!: а) розкрiплення елеменпв каркаса для зменшення гнучкостi стержня (або його елеменпв) у площиш меншо! жорсткостi або виключення кручення перерiзiв; б) формування з елементами каркаса дiафрагм, що забезпечують просторову жорстюсть будiвлi.
ВИКОРИСТАНА Л1ТЕРАТУРА
1. Савицкий Н. В. Перспективы развития каркасной технологии малоэтажного строительства жилых зданий в Украине [Електронний ресурс] / Н. В. Савицкий, Е. Л. Юрченко, Е. А. Коваль, И. И. Перегинец. - Режим доступу до статп: http://dostupne-
zhitlo.com.ua/stati/stroitelstvo-segodnya-i-zavtra/stattja-perspektivi-razvitija-karkasnoj-tehnologii-maloetazhnogo -stroitelstva.html.
2. Савицький М. В. Св^овий досвiд енергоефективного будiвництва з мюцевих матерiалiв та доцiльнiсть його використання в умовах Украши / М. В. Савицький, Ю. Б. Бендерський, G. Л. Юрченко, I. I. Перегшець, О. О. Коваль, М. М. Бабенко // Строительство. Материаловедение. Машиностроение. - 2011. - Вып. № 61. - C. 375 - 382.
3. Residential structural design guide: 2000 Edition [Text] - W. : PATH, 2000. - 434 p.
4. Айрумян Э. Л. Легкие стальные каркасы из оцинкованных гнутых профилей для одноэтажных зданий массового применения / Э. Л. Айрумян, В. Ф. Беляев, А. А. Каганов, И. А. Румянцева // Промышленное и гражданское строительство. - 2003. - № 6. - C. 23 - 24.
5. Настанова з проектування конструкцш будинюв i3 застосуванням сталевих тонкостшних профшв : ДСТУ-Н Б В.2.6-87:2009. - К. : Мшрегюнбуд Украши, 2010. - 55 с.
6. APA, Wall bracing and the codes, APA-The Engineered Wood Association, Licensed Architect. 2nd Quarter. - 2007. - Vol. 11. - № 2. - Р. 35 - 40.
7. IRC Wall Bracing: A Guide for Builders, Designers and Plan Reviewers. Copyright. - 2007. -Version 1.0. - 34 р. - Режим доступу до сайту: www.foamsheathing.org
8. Брудка Я. Легкие стальные конструкции / Я. Брудка, М. Лубиньски. - М., Стройиздат, 1974. - 342 с.
9. Schafer B. W. Notes on AISI Design Methods for Sheathing Braced Design of Wall Studs in Compression [Електронний ресурс] / B. W. Schafer, L. Vieira, O. Iourio // Progress Report to AISI-COFS Project Monitoring Task Group, 2008. - 30 p. - Режим доступу: http://www.ce.jhu.edu/bschafer/sheathedwalls/
10. Wei-Wen Yu. Cold-form steel design - 3rd ed / Wei-Wen Yu // John Wiley and Sons, 2000. -767 p.
11. Дроздов П. Ф. Конструирование и расчет несущих систем многоэтажных зданий и их элементов. [Учебное пособие для вузов]. Изд. 2-е, перераб. и доп./ П. Ф. Дроздов. - М., Стройиздат, 1977. - 223 с.
12. Thurston S. J. Evaluation method EM3. Determination of bracing ratings of bracing walls / S. J. Thurston. - New Zealand : BRANZ, 2004. - 27 p. - Режим доступу: http: //www .branz.co.nz/cms_show_download.php
13. Steel Construction. System Cross-Section and Details [Електронний ресурс] / Режим доступу: www.badecelik.com.tr
14. Семко В. О. До питання вогнестшкост конструкцш iз легких сталевих тонкостшних елеменлв в житловому бущвнищга / В. О. Семко, А. А. Орлшовський, Д. А. Прохоренко // Ресурсоекономш матерiали, конструкцп, будiвлi та споруди. - Рiвне : Вид-во нац. Ун-ту водного господар. та природокорист. - 2011. - Вип. 21. - С. 532 - 537.
15. Куражова В. Г. Виды узловых соединений в легких стальных тонкостенных конструкщях / В. Г. Куражова, Т. В. Назмеева // Инженерно-строительный журнал. - 2011. -№ 3. - С. 47 - 52.
16. Савицкий Н. В. Ограждающая конструкция с каркасом из термопрофилей / Н. В. Савицкий, А. А. Несин // Строительство, материаловедение, машиностроение. - 2009. -№ 50. - С. 479 - 482.
17. Cold-Formed Steel Walls with Fiberboard Sheathing - Shear Wall Testing. Research report RP 05 - 3. - 2005. - Режим доступу: www.steelframing.org/PDF/research/RP05-3.pdf/
SUMMARY
For low-rise buildings frame technologies have got significantly widespread. One of the directions is using lightweight steel thin-wall constructions (LSTC).
To promote this technology in Ukraine it's necessary to develop guidelines that reflect the structural features of this constructions type based on existing codes. For this purpose, analyzes of space-planning and design decisions features used in international practice is carried out.
Feature of such frames is that in most cases all connections of structural elements are pivot-hinged. Thus, the main influence on building's spatial rigidity under the lateral forces is taken by diaphragms (horizontal - floors and vertical - shear walls).
This work allows to developed the simplified method of estimating influence of major constructional peculiarities of shearwalls on their rigidity, enabling definition of requirements to the
BicHHK njAEA
construction on the preliminary stage of forming space-and-planning decisions for frame building of LSTC.
The considered questions affect to definition of lightweight steel framing elements' carring ability. The considered elements are braced by low rigidity sheathing through spring stiffness fasteners. Also, the stress strain state of the lateral force resisting system's main elements - shear walls, consisted of thin-walled steel structures braced by sheathing, was investigated.
Additionally, this work allows to develop the simplified design approach allowing to take into account influence of bracing parameters on framing elements' carrying ability, to set the value of any configuration's shear wall stiffness linking its parameters with correspondent parameters of the standard shear wall, to estimate lateral force's distribution between shear walls in view of an all frame's elements' stiffness ratio.
REFERENCES
1. Savitskiy N. V. Perspektivy razvitiya karkasnoy tehnologii maloetazhnogo stroitel'stva zhilyh zdaniy v Ukrainye [Electronnyy resurs] / N. V. Savitskiy, E. L. Yurchenko, E. A. Koval', I. I. Pereginets. - Rezhym dostupu: http://dostupne-zhitlo.com.ua/stati/stroitelstvo-segodnya-i-zavtra/ stattj a-perspektivi-razvitija-karkasnoj -tehnologii-maloetazhnogo-stroitelstva.html.
2. Savyts'kyy M. V. Svitovyy dosvid energoefektyvnogo budivnytstva z mistsevyh materialiv ta dotsil'nist' yoho vykorystannya v umovah Ukrayiny / M. V. Savytskyy, Yu. B. Benders'kyy, E. L. Yurchenko, I. I. Pereginets, O. O. Koval', M. M. Babenko // Stroityel'stvo. Materialovedeniye. Mashinostroeniye. - 2011. - Vyp. № 61. - S. 375 - 382.
3. Residential structural design guide: 2000 Edition [Text] - W.:PATH, 2000. - 434 p.
4. Ayrumyan E. L. Lehkie stal'nye karkasy iz otsynkovannyh gnutyh profilyey dlya odnoetazhnyh zdaniy massovogo primyenyeniya / E. L. Ayrumyan, V. F. Belyaev, A. A. Kaganov, I. A. Rumyantseva // Promyshlennoye i grazhdanskoye stroitel'stvo. - 2003. - № 6. - S. 23 - 24.
5. Nastanova z proektuvannya konstruktsiy budynkiv i sporud iz zastosuvannyam stalevyh tonkostinnyh profiliv : DSTU-N B V.2.6-87:2009. - K.: Minrehionbud Ukrayiny, 2010. - 55 s.
6. APA, Wall bracing and the codes, APA-The Engineered Wood Association, Licensed Architect. 2nd Quarter. - 2007. - Vol. 11. - № 2. - P. 35 - 40.
7. IRC Wall Bracing: A Guide for Builders, Designers and Plan Reviewers. Copyright. - 2007. -Version 1.0. - 34 p. - Rezhym dostupu: www.foamsheathing.org
8. Brudka Ya. Lehkie stal'nye konstruktsii / Ya. Brudka, M. Lubin'ski // M., Stroyizdat, 1974. -342 s.
9. Schafer B. W. Notes on AISI Design Methods for Sheathing Braced Design of Wall Studs in Compression / B. W. Schafer, L. Vieira, O. Iourio // Progress Report to AISI-COFS Project Monitoring Task Group, 2008. - 30 p. - Rezhym dostupu: http://www.ce.jhu.edu/bschafer/sheathedwalls/.
10. Wei-Wen Yu. Cold-form steel design - 3rd ed / Wei-Wen Yu // John Wiley and Sons, 2000. -767 p.
11. Drozdov P. F. Konstruirovanie i raschet nesushchih sistem mnogoetazhnyh zdaniy i ih elementov. [Uchebnoe posobie dlya vuzov]. Izd. 2-e, pererab. i dop. / P. F. Drozdov - M., Stroyizdat, 1977. - 223 s.
12. Thurston S. J. Evaluation method EM3. Determination of bracing ratings of bracing walls / S. J. Thurston. - New Zealand : BRANZ, 2004. - 27 p. - Rezhym dostupu: http: //www.branz .co.nz/cms_show_download.php
13. Steel Construction. System Cross-Section and Details / Rezhym dostupu: www. badecelik.com.tr
14. Semko V. O. Do pytannya vohnestiykosti konstruktsiy iz lehkyh stalevyh tonkostinnyh elementiv v zhytlovomu budivnytstvi [Tekst] / V. O. Semko, A. A. Orlikovs'kyy, D. A. Prohorenko // Resursoekonomni materialy, konstruktsii, budivli ta sporudy. - Rivne : Vyd-vo nats. Un-tu vodnoho hospodar. ta pryrodokor. - 2011. - Vyp. 21. - S. 532 - 537.
15. Kurazhova V. G. Vidy uzlovyh soyedinyeniy v lehkih stal'nyh tonkostyennyh konstruktsiyah / V. G. Kurazhova, T. V. Nazmeeva // Inzhenerno stroityel'nyy zhurnal. - 2011. - № 3. - S. 47 - 52.
16. Savitskiy N. V. Ograzhdayushchaya konstruktsiya s karkasom iz termoprofilyey/ N. V. Savitskiy, A. A. Nyesin // Stroityel'stvo. Materialovedeniye. Mashinostroeniye. - 2009. - № 50. - S. 479 - 482.
17. Cold-Formed Steel Walls with Fiberboard Sheathing - Shear Wall Testing. Research report RP 05 - 3. - 2005. - Rezhim dostupa: www.steelframing.org/PDF/research/RP05-3.pdf/
BidoMocmi про автора:
З1нкевич Оксана Григор1вна, к.т.н., доцент кафедри зал1зобетонних та кам'яних конструкцт Придмпровськог державног академИ' буд1вництва та арх1тектури, e-mail: oks-ukr@mail. ru
