CC BY
33Конструктивное решение покрытия с включением в совместную работу профилированного настила и стропильных ферм
Бажин Григорий Михайлович
старший преподаватель, кафедра металлические и деревянные конструкции, ФГБОУ ВО НИУ Московский Государственный Строительный Университет, gbajin@mail.ru
В общем объеме затрат на покрытия приходится их существенная часть - примерно 50% по материалоемкости и около 40% по трудоемкости. Поэтому развитие конструктивных форм покрытий в значительной степени определяет прогресс во всей строительной отрасли. При этом особое значение имеет проблема снижения их материалоёмкости. Один из путей решения указанной проблемы - разработка и использование эффективных облегчённых пространственных конструкций на основе стандартного металлического профилированного листа, в которых в полной мере используются прочностные свойства материала за счёт совмещения ограждающих и несущих функций. В данной статье изучается конструктивное решение покрытия из стропильных ферм и прогонов, с включением в совместную работу с ними профилированного тонкостенного стального листа.
Учет включения в совместную работу с прогонами и стропильной фермой стального тонкостенного профилированного листа позволяет снизить напряжения в верхнем поясе и общие перемещения в узлах фермы Такой результат дает основания для проведения дальнейших исследований в этой области, целью которых является достижение оптимальных параметров строительных конструкций покрытия с применением в качестве ограждения профилированных листов. Для этого необходимо разработать надежные узлы крепления тонкостенных листов к несущим прогонам покрытия, а также выбрать оптимальную форму поперечного сечения прогона.
Ключевые слова: профилированный лист, тонкостенные стальные листы, совместная работа профилированного листа с покрытием из стропильных ферм
В УГТУ-УПИ Голубчиковым A.B. были разработаны и исследованы предварительно напряжённые за счёт деформирования профлиста в направлении гофров решетчатые плиты покрытия [1], состоящие из двух продольных ферм с криволинейным верхним и нижним поясом, поперечных прогонов из гнутых швеллеров, и стального профилированного настила, прикреплённого к поперечным прогонам и верхним поясам продольных ферм (рис. 1).
Рис. 1 Конструктивная схема решетчатых плит покрытия из профлиста с криволинейной фермой, пролетом до 24 м
Испытания плит показали, что в расчёте верхний пояс может быть представлен как сжато-изогнутый стержень составного сечения, состоящий из профнастила и верхнего пояса фермы, скреплённых между собой упругоподатли-выми связями сдвига. Показано, что учёт совместной работы ферм с настилом может повысить теоретическую несущую способность верхнего пояса до 30 %. Напряжения по ширине настила распределялись равномерно и достигали 0,6 Яу (расчетного сопротивления). Разрушение произошло вследствие потери местной устойчивости верхнего пояса продольной фермы и прикрепленного к нему профилированного настила в околоопорной зоне. И хотя в рассмотренном блоке прочностные свойства настила исполь-
X X
о го А с.
X
го m
о
ю 2
М О
зуются не полностью, такие конструкции по металлоемкости более эффективны по сравнению с плоскими.
Учитывая важность, с точки зрения материалоемкости, разработки новых современных покрытий с применением профилированного тонкостенного листа включенного в совместную работу с прогонами и стропильными фермами в МГСУ на кафедре Металлические и деревянные конструкции ведутся научные исследования в этой области.
Так в модели с профилированным настилом напряжение в нижнем поясе составило 28,61 МПа, а в модели без учета профилированного настила 26,6 МПа, разница составляет 7%. Перемещения в центральном узле фермы (рис. 5) в модели с учетом профилированного настила составили 6,68 мм, а в модели без учета профилированного настила
15,17
Рис. 2 Общий вид конструктивной схемы покрытия
Рис. 4 Сравнение напряжений при разных условиях работы покрытия
о>
о
CS
CS Ol
О Ш
m
X
3
<
m О X X
Для исследования принята конструктивная схема покрытия здания из стропильных ферм с параллельными поясами, пролетом 24...36 м., выполненная из спаренных равносторонних уголков (рис.2). По верхнему поясу ферм устраиваются двутавровые прогоны длинной 6 м., жестко закрепленные к верхнему поясу стропильных ферм через трапециевидное опорное ребро (рис.3). К прогонам прикрепляется тонкостенный профилированный лист через высокопрочный строительный клей типа 81каАех-554, с прочностью на растяжение около 3,0 Н/мм2, на сдвиг 2,0 Н/мм2.
Рис. 3 Фрагмент прогона с торцевой опорной пластиной
Результаты предварительного анализа показали схожий по значению эффект с исследованиями A.B. Голубчикова. Так напряжения в верхнем поясе фермы составили 30,27 МПа и 15,17 МПа соответственно в моделях без включения в работу профилированного листа и с включением (рис. 4). Разница составляет 49,89% в значениях напряжений. Напряжения в нижнем поясе при этом почти не отличаются.
Рис. 5 Сравнение результатов перемещений в ферме покрытия
7,46 мм, при этом в процентном соотношении разница составляет 10,45%.
Исследования проводились в среде SolidWorks Simulation (рис.6). В качестве граничных условий определены нижние грани колонн с жестким закреплением. Сетка конечных элементов создана на базе алгоритма Делано-Вороного, с автоматической адаптацией типа сетки применительно к типу геометрии.
Учет включения в совместную работу с прогонами и стропильной фермой стального тонкостенного профилированного листа позволяет снизить напряжения в верхнем поясе фермы примерно на ~50%, а общие перемещения в узлах фермы уменьшить на ~10%. Такой резуль-
тат дает основания для проведения дальнейших исследований в этой области, целью которых является достижение оптимальных параметров строительных конструкций покрытия с применением в качестве ограждения профилированных листов. Для этого необходимо разработать надежные узлы крепления тонкостенных листов к несущим прогонам покрытия, а также выбрать оптимальную форму поперечного сечения прогона.
а
Рис. 6 Конечно-элементные модели в среде SolidWorks Simulation: а) модель с учетом включения в работу профилированного листа; б) без учета включения в работу профилированного листа
Литература
1. Голубчиков A.B. Работа решетчатой плиты покрытия с применением стального профилированного настила: диссертация кандидата технических наук: 05.23.01 / Урал. политехн. ин-т. -Казань, 1989.
2. Давыдов Е.Ю., Нестеренко Н.Л., Андруше-вич Т.А. Конструктивные формы на основе тонкого металлического листа // Металлические конструкции (научная информация).- Вып. 1. - К.: АКМЕК, 1993.- 128 с.
3. Бобарыкина О.Б. Несущая способность прогонов покрытия из тонкостенных гнутых профилей с учетом влияния стального профилированного листа // Промышленное и гражданское строительство № 5, 1994
4. Григорьев СВ. Линзообразные блоки покрытия из металлического профилированного листа // Дисс. на соискание степени канд. техн. наук - Новосибирск - 1995
5. Туснин А.Р. Облегченные перекрытия многоэтажных зданий со стальным каркасом // Промышленное и гражданское строительство № 10, 2016
6. Василькин А.А. Информационная технология автоматизации поддержки поиска проектных решения стальных конструкций // Промышленное и гражданское строительство № 5, 2016
The coating design with the inclusion of the joint work of
corrugated sheets and roof trusses Bazhin G.M.
Moscow State University of Civil Engineering In the total cost of coverage accounts for a significant part of them-about 50% of the material and about 40% of the complexity. Therefore, the development of structural forms of coatings to a significant extent determines the progress in the entire construction industry. At the same time, the problem of reducing their material consumption is of particular importance. One of the ways to solve this problem is the development and use of effective lightweight spatial structures based on a standard metal profiled sheet, which fully uses the strength properties of the material by combining the enclosing and bearing functions. This article explores the design of the cover of the roof trusses and purlins, with the inclusion of joint work with them profiled thin-walled steel sheet. Taking into account the inclusion in the joint work with the girders and truss steel thin-walled profiled sheet can reduce the stress in the upper zone and the General movement in the nodes of the farm this result gives grounds for further research in this area, the purpose of which is to achieve the optimal parameters of the building structures of the coating with the use of profiled sheets as a fence. To do this, it is necessary to develop reliable fastening units of thin-walled sheets to the bearing runs of the coating, as well as to choose the optimal shape of the cross-section of the run. Keywords: bending in beams, stresses in beams, joint work with
them profiled thin-walled steel sheet References
1. Duckies A.B. Work lattice plate cover with the use of steel
profiled flooring: the dissertation of the candidate of technical sciences: 05.23.01 / Urals. Polytechnic in-t. - Kazan, 1989.
2. Davydov E.Yu., Nesterenko N.L., Andrushevich T.A. Constructive forms based on thin metal sheet // Metal structures (scientific information) .- Vol. 1. - K .: AKMEK, 1993.- 128 p.
3. Bobarykina OB The bearing capacity of the coating girders of
thin-walled bent profiles, taking into account the influence of steel profiled sheet // Industrial and Civil Construction No. 5, 1994
4. Grigoriev SV. Lenticular blocks of the coating of metal profiled
sheet // Diss. for the degree of candidate. tech. Sciences -Novosibirsk - 1995
5. Tusnin A.R. Lightweight floors of high-rise buildings with a
steel frame // Industrial and Civil Construction № 10, 2016
6. Vasilkin A.A. Information technology automation support the
search for design solutions of steel structures // Industrial and Civil Construction № 5, 2016
X X О го А С.
X
го m
о
ю 2
М О
to
б
