Определение несущей способности элементов покрытия надземной площадки отдыха Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Строительство и архитектура

УДК 624.046:692.4:688.77

Коняшкина О. А., к.т.н. Псюк В. В., к.т.н. Николаева Е. К. (ДонГТИ, г. Алчевск, ЛНР, oksakon17@mail.ru)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ПОКРЫТИЯ НАДЗЕМНОЙ ПЛОЩАДКИ ОТДЫХА

Выполнен сопоставительный анализ нагрузки на плиту покрытия до и после реорганизации. Приведены результаты оценки несущей способности элементов эксплуатируемого покрытия с устройством площадки отдыха.

Ключевые слова: эксплуатируемая кровля, несущая способность, многопустотная плита, проверочный расчет.

Функциональная целесообразность обустройства эксплуатируемой кровли обеспечивается следующими положениями:

- создание условий для отдыха горожан в природном окружении;

- обогащение архитектурно-художественного облика города;

- экономия энергии на отопление и кондиционирование за счёт улучшения теплотехнических характеристик совмещённого покрытия.

В качестве объекта эксперимента по внедрению мировой и отечественной практики озеленения и эксплуатации плоских крыш в ДонГТИ выбрана крыша входной части лабораторного корпуса (рис. 1), что объясняется её небольшой высотой (4 м) и доступностью (выход на нее расположен в

торце коридора второго этажа лабораторного корпуса) [1]. Кроме того, существующее конструктивное решение покрытия лабораторного корпуса ДонГТИ категорически не удовлетворяет требованиям энергосбережения, поскольку Rо меньше

Ят более чем в 2,5 раза [1]:

„2 оГ 2 оГ

Яо = 1,131м-—С < ЯГ = 3,03 м ' С

Вт

Вт

Тогда как приведенное сопротивление теплопередаче предлагаемой эксплуатируемой кровли с двумя слоями экструзивного пенополистирола по 40 мм [2] составит:

2о

R0 = 3,504

».2 ог

м • с Вт

> Rp = 3,03—

С

Вт

Рисунок 1 Входная зона лабораторного корпуса ДонГТИ

Строительство и архитектура

Выбранный для эксперимента объект обеспечит ещё ряд дополнительных к вышеизложенным преимуществ:

- значительное улучшение вида, открывающегося из окон главного корпуса за счёт замены непрезентабельной асфальто-во-чёрной плоскости покрытия входной зоны лабораторного корпуса на территорию, хоть и небольшую, но гармонично сочетающую такие природные элементы, как камень, дерево, земля;

- формирование для студентов направлений обучения «Дизайн архитектурной среды» и «Строительство» наглядного примера по созданию природоориентиро-ванной архитектуры.

Создание эксплуатируемых покрытий связано с увеличением нагрузки на несущие конструкции и получением разрешения в строительных и архитектурных органах местного самоуправления. В идеале решение об организации эксплуатируемой кровли необходимо принимать ещё на этапе планирования всего здания. В этом случае возможно проведение всех расчётов возможных нагрузок на фундамент и элементы несущей конструкции. Но вполне реален монтаж зелёной эксплуатируемой кровли на этапе функционирования здания. В этом случае порядок работ при устройстве площадки отдыха на крыше эксплуатируемого здания будет следующий:

- обследование плоской крыши;

- разработка проектного решения и получение разрешения на его строительство;

- теплотехнический расчёт покрытия;

- усиление несущей конструкции крыши (при необходимости);

- устройство конструктивных слоёв эксплуатируемой крыши;

- устройство вегетационных слоёв крыши;

- обустройство площадки.

В данной статье авторами была поставлена задача оценить несущую способность элементов покрытия при устройстве площадки отдыха на крыше входной зоны лабораторного корпуса ДонГТИ.

Для решения поставленной задачи необходимо провести следующие исследования:

- выполнить проверочный расчёт несущих элементов покрытия;

- в случае необходимости разработать вариант усиления несущей конструкции покрытия.

Проектное предложение благоустройства крыши представлено на рисунке 2. Предлагаемое композиционное решение основано на асимметричной композиции, состоящей из двух взаимодополняющих частей: зелёных насаждений и мощения [1].

В соответствии с требованиями [2] нал 2

грузка на 1 м многопустотной плиты до реорганизации покрытия приведена в таблице 1.

Рисунок 2 Проектное предложение благоустройства крыши

Строительство и архитектура

Таблица 1

Нагрузка на 1 м2 многопустотной плиты покрытия до реорганизации покрытия

№ п/п Вид нагрузки Нормативная нагрузка, кН/м2 Коэффициент надёжности по нагрузке Расчётная нагрузка, кН/м2

Постоянная:

1 Собственный вес плиты Р' Игеа — 22' 0,121 2,662 1,1 2,928

2 Утеплитель Р'8 — 8' 0,15 1,2 1,3 1,56

3 Цементно-песчаная стяжка Р'8 —18' 0,02 0,36 1,3 0,468

4 Трехслойный рубероидный ковёр Р'8 — 6' 0,012 0,072 1,3 0,094

Итого постоянная: пн =4 294 бпост gp = 5 05 пост

Временная:

5 Снеговая нагрузка II 5 1,4 Sp = 0,7

Итого полная: g}t = 4,794 gp = 5,755

Приведенная толщина плиты:

И — И _ ^' ^ Потв

4

b

(1)

hred = 220 --

3,14 • 159

2

4

1200

= 121 мм.

Нормативное значение снеговой нагрузки на вертикальную проекцию покрытия:

Рн — Ро ' с, (2)

где Ро — 0,5 кПа — вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли, район строительства — г. Комму-нарск (I снеговой район) [2];

с — коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие [2].

Снеговую нагрузку на покрытие возле парапета следует принимать по следующей схеме (рис. 3), если И > -Р°.

При И — 0,25 — — — 0,25 с — 1.

2

Рн — 0,5' 1 — 0,5 кПа.

Б=2Ь

Рисунок 3 Снеговая нагрузка на парапет

При / р0 — 4,294/0,5 — 8,59 > 1

коэффициент перегрузки равен 1,4.

На основании натурных замеров и имеющейся документации установлено, что в качестве несущих элементов покрытия применены многопустотные плиты ПК60.12 (серия 1.141-1.63). Такие плиты изготавливались с рабочей арматурой 4010Ат^ (площадь напрягаемой арматуры Азр — 3,14 см2 ) (рис. 4).

В соответствии с требованиями [3] нагрузка на 1 м2 многопустотной плиты после реорганизации покрытия приведена в таблице 2.

6

Строительство и архитектура

Рисунок 4 Армирование многопустотной плиты

Таблица 2

Нагрузка на 1 м многопустотной плиты покрытия после реорганизации покрытия

№ п/п Вид нагрузки Нормативная нагрузка, кН/м2 Коэффициент надёжности по нагрузке Расчётная нагрузка, кН/м2

Постоянная:

1 Собственный вес плиты р- hred = 22 • 0,121 2,662 1,1 2,928

2 Керамзитовый гравий: Рпл • hred = 4 • 0,02 0,08 1,3 0,104

3 Цементно-песчаная стяжка р-5 = 18 • 0,04 0,72 1,3 0,936

4 Техноэласт ЭПП 0,0495 1,3 0,064

5 Утеплитель экструзивный пенополистирол XPS CARBON 35-300 СТАНДАРТ р-5 = 0,45 • 0,08 0,036 1,2 0,043

6 Керамзитовый гравий р-5 = 4 • 0,04 0,16 1,3 0,208

7 Пергамин: р • 5 = 6 • 0,0015 0,009 1,2 0,011

8 Цементно-песчаная стяжка р5 = 18 • 0,03 0,54 1,3 0,702

9 Плитка клинкерная 0,27 1,2 0,324

Итого постоянная: пн = 4 482 бпост gP = 5 374 пост

10 Временная — зона отдыха Vн = 2 1,2 Vp = 2,4

Итого полная g11 = 6,482 gP = 7,774

Существующая многопустотная плита покрытия была рассчитана на нагрузку, равную 6 кПа (с учетом собственного веса плиты).

Поэтому необходим расчет плиты на нагрузку после реорганизации покрытия, равную 7,774 кПа.

По степени ответственности здание лабораторного корпуса относится к классу II, коэффициент надежности по назначению

уп = 0,95 [4]. Плита изготовлена из тяжелого бетона класса по прочности на сжатие В15: Rb = 8,5МПа уЬ2 = 0,9 [5]. Продольная арматура изготовлена из стали класса Ат^: Rs = 680 МПа; Я,^ = 785 МПа [5].

Расчетный пролет плиты:

4 4

1р = 1к -- 1ор = 5,98---0,12 = 5,82 м,

3

Строительство и архитектура

где 10р —120 мм — глубина опирания

плиты на стену.

Расчетная нагрузка на 1 м при ширине 1,2 м с учетом коэффициента надежности по назначению здания уп — 0,95:

Ч — ЕР ' Ьпл 'Уп, (3)

Ч — 7,774' 1,2' 0,95 — 8,862 кН/м.

Изгибающий момент в середине пролёта и поперечное усилие на опоре от полной расчетной нагрузки:

M =

gp-K

(4)

M =

8,862-5,82

2

8

= 37,52 кНм.

Для расчета сечение многопустотной плиты приведено к тавровому высотой И — 220 мм, толщиной сжатой полки

I I

И^ — 30 мм, шириной полки bf — 119 см,

шириной ребра Ь = 19,5 см (рис. 5).

Начальное предварительное напряжение арматуры принято из условий:

ор — 0,75Я^ег — 0,75' 785 — 589 МПа, что меньше

Rs ser - p = 785 - 90 = 695 МПа,

но больше

0,3Rs ser = 0,3 • 785 = 236 МПа,

где

360 360

p = 30 +-= 30 +-= 90 МПа .

66

195

Рисунок 5 Расчетное приведенное сечение плиты

Рабочая высота сечения:

И0 — И _ а — 22 _ 2,5 — 19,5 см,

где а — 2,5 см — защитный слой. Относительная высота сжатой зоны бе тона:

а

Cr =

1 +

°SR

f

1 -

Cr =

^sc,u V

0,789

1 +

392 500

f

1 —^

0,789

C |

U ) = 0,646,

(5)

1,1

где с — характеристика сжатой зоны бетона

с= а-0,008• Rb -yb2, (6)

с = 0,85 - 0,008 -8,5-0,9 = 0,789.

°SR — напряжение в предварительно напрягаемой арматуре:

°SR = Rs + 400 - °sp - , (7)

oSR = 680 + 400 - 589 - 99 = 392 МПа;

Avsv = 1500

sp R

sp

-1200,

(8)

Act™ = 1500- —

sp 680

-1200 = 99 МПа;

о8 си — 500 МПа — предельное напряжение в арматуре сжатой зоны.

Ак — ^-(1 _ 0,5' ^ ), (9)

АЯ — 0,646' (1 _ 0,5 ' 0,646) — 0,437. Условие прочности изгибаемого элемента:

I I

М <Mf — Я 'Уь2 ^bf ■Иf х

<(h -0,5-hf),

(10)

Mf = 8,5-0,9-1,19-0,03- (0,195 - 0,5-0,03) = = 0,04097 МНм = 40,97 кНм.

M = 39,5 кНм <Mf = 40,97 кНм.

8

Строительство и архитектура

Условие выполняется, следовательно, нейтральная ось проходит в пределах сжатой полки таврового сечения, и расчет выполняется как для прямоугольного сечения

I

шириной, равной Ь = bf = 119 см. Определяем:

М

А =

Rb -7b2 •bf Л

(11)

А =

37,52 • 10'

-3

= 0,108.

8,5 • 0,9 • 1,19 • 0,195 А = 0,108 < Ar = 0,437.

£ = 1 -у/1 - 2 Л, (12)

| = 1 -у11 - 2-0,108 = 0,115,

?]= 1 - 0,5£ = 1 - 0,5-0,115 = 0,943.

Коэффициент условий работы арматуры повышенной прочности:

Ys6 = V-(V-1)'

2^— 1 ÜR

<ц, (13)

где ц = 1,2,

0,115

^ =1,2-о,21,295 >1,2

К расчету принято у86 = 1,2. Требуемая площадь сечения растянутой арматуры:

М

Атр =-SP Rs-Yse-1^0

Атр = 37,52-10-3 sp 680 • 1,2 • 0,943^0,195

= 2,5 404м2 = 2,5 см2.

Библиографический список

(14)

Поскольку требуемая площадь сечения напрягаемой рабочей арматуры, равная 2,5 см , меньше, чем площадь напрягаемой арматуры в существующей многопустотной плите ПК60.12-6АтУт (3,14 см2), то несущая способность покрытия после реорганизации обеспечена.

Выводы:

1. Сегодня озеленение крыш становится всё более и более актуальным, так как позволяет рационально использовать горизонтальную поверхность зданий, вносит весомый вклад в улучшение экологии города, обеспечивает экономию энергии на отопление и кондиционирование за счёт улучшения теплотехнических характеристик совмещённого покрытия.

2. Создание эксплуатируемых покрытий связано с увеличением нагрузки на несущие конструкции, поэтому необходимо производить расчет несущей способности строительных конструкций существующей кровли для устройства эксплуатируемого покрытия.

3. Требуемая площадь сечения напрягаемой рабочей арматуры, равная 2,5 см2, меньше, чем площадь напрягаемой арматуры в существующей многопустотной плите ПК60.12-6АтУт.

4. Исходя из результатов расчёта многопустотной плиты покрытия по первой группе предельных состояний определено, что существующая плита обеспечивает несущую способность покрытия после реорганизации.

1. Николаева, Е. К. Устройство площадки отдыха на крыше лабораторного корпуса ДонГТИ [Текст] / Е. К. Николаева, В. В. Псюк, О. А. Коняшкина // Сборник научных трудов ДонГТИ. — Вып. 26 (69). — Алчевск : ДонГТИ, 2022. — С. 50-59.

2. СНиП 11-6-74. Нагрузки и воздействия. — Введ. 1974-02-08. — М. : Стройиздат, 1976. — 59 с.

Строительство и архитектура

3. СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. — Введ.2011-05-20. — М. : Минрегион России. — 96 с.

4. ГОСТ 27751-88. Надежность строительных конструкций и оснований. — Введ. 1988-07-01. — М. : Госстрой СССР. — 6 с.

5. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции. — Введ. 1986-01-01 — М. : Госстрой СССР. — 79 с.

6. Расчет и конструирование частей жилых и общественных зданий: справочник проектировщика [Текст] /П. Ф. Вахненко, В. Г. Хилобок и др. — К. : Будивельник, 1987. — 424 с.

© Коняшкина О. А. © Псюк В. В. © Николаева Е. К.

Рекомендована к печати к.т.н., доц., зав. каф. АД и СК ДонГТИ Бондарчуком В. В.,

к.т.н., доц. каф. СиА ФЭиБ ЛГУ им. В. Даля Емец Е. В.

Статья поступила в редакцию 01.12.2022.

Koniashkina O. A., PhD in Engineering Psiuk V. V., PhD in Engineering Nikolaeva E. K.

(DonSTI, Alchevsk, LPR, oksakon17@mail. ru)

DETERMINING THE LOAD-BEARING CAPACITY OF COVERING ELEMENTS OF THE ABOVEGROUND RECREATION AREA

A comparative analysis of the load on the coating plate before and after the reorganization was performed. The results of the assessment of the load-bearing capacity of covering elements actuated with the recreation area equipment are presented.

Key words: exploited roof, load-bearing capacity, multi-hollow plate, checking calculation.