CC BY
31
13. Максимов Ю.С., Остриков Г.М. Современные конструкции металлических каркасов многоэтажных зданий для сейсмических рай-онов. Обзор. -М.:ВНИИИС, 1983.-60 с.
14. СНиП 11-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2003. - 90 с.
15. СНиП РК 5.04-23-2002. Стальные конструкции. Нормы проектирования. - Астана, 2003. - 118 с.
©Куркчи О.О., 2022
УДК 62
Куркчи О.О.
Аспирант БГТУ им. В. Г. Шухова, г. Белгород, Россия
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БАЛОК С ГОФРИРОВАННЫМИ СТЕНКАМИ
Аннотация
С середины тридцатых годов прошлого столетия балки с гофрированной стенкой начали применяться в строительстве как самостоятельные несущие конструкции покрытий. Изначально их изготавливали из древесины, а позже появились и стальные балки с гофрированной стенкой, и стали называться гофро-балками. Отличительная особенность гофро-балок - это гофрированная тонкая стенка, гофры представлены как поперечные ребра жесткости, обеспечивающие местную устойчивость стенки.
Ключевые слова
Балка, сечение, каркас, сталь
Как показывает строительная практика, способы гофрирования стенок могут быть с треугольным, волнистым, трапециевидным, прямоугольным или другой повторяющейся формы профилем (рис. 1). Пояса таких балок могут быть изготовлены из прокатной стали, гнутых профилей, электросварных труб, железобетонных элементов.
Рисунок 1 - Балка с гофрированной стенкой
Обычно в стальных гофро-балках применяется волнистое (ротационное) гофрирование стенок. Замена плоской стенки в балках на гофрированную позволяет существенно сократить расход стали на конструкции из-за применения тонколистового проката и уменьшения количества поперечных ребер жесткости, которые устанавливаются только в опорных сечениях и в местах приложения сосредоточенных нагрузок. Даже несмотря на непредвиденные трудозатраты при выполнении поясных сварных швов, которые соединяют гофрированную стенку с поясами, общая трудоемкость их
изготовления на 12-15% меньше трудоемкости изготовления составных сварных двутавровых балок эквивалентного сечения с плоской стенкой.
Применение первых конструкций с гофрированной стенкой прослеживается на русских броненосцах типа «Бородино» в 1901 г., это была переборка с прямоугольными гофрами. Кромки отдельных гофров соединялись внакрой двумя рядами заклепок. Испытав такие переборки водой под давлением выяснили, что экономия в весе достигала 20%, испытания показали достаточную их прочность и жесткость [1].
В авиастроении используются крыла с гофрированной стенкой, называемые лонжероны с середины 1950-х гг. [2, 3, 4, 5, 6], а в частности, лонжероны с трапециевидно гофрированными стенками применены на летательных аппаратах «Спейс Шаттл» (1979 г.), и отечественный «Буран» (1984 г.), где применены лонжероны с волнистым закрытым профилем гофрирования.
Широкое распространение (БГС) балки с гофрированной стенкой получили и в мостостроении. Первым из них в 1986 году стал автомобильный мост «Cognac bridge», построенный во Франции (рис.2). Над проектом такого моста работала французская компания «Campenon Bernard» [7, 8, 9, 10]
В сечении имеет трапециевидную коробчатую форму с поясами из железобетона и гофрированными стенками, наклоненными к поясам под углом. Мост состоит из трех предварительно напряженных пролетных строений, с длиной 107,82м.
Рисунок 2 - Поперечное сечение пролетного строения моста «Cognac bridge» (Франция)
В 1987 г. был построен мост под названием - «Val de Maupre Viaduct» через реку Шаранту [7, 8, 9, 10]. Пролетное строение моста в поперечном сечении (рис. 3) имеет треугольную форму с двумя наклонными волнисто гофрированными стенками, которые были приварены к нижнему поясу из стальной трубы, и заполнены бетоном, верхний пояс изготовлен в виде железобетонной плиты. Общая длина моста 324,45м, и у него семь предварительно напряженных пролетных строений.
Рисунок 3 - Поперечное сечение пролетного строения моста «Val de Maupre Viaduct» (Франция)
Следом за ним в 1989г. вблизи Парижа возводится второй мост «Parc Asterix Bridge» через автодорогу А1 [7, 8, 9, 10]. Его поперечное сечение из двух двутавровых стальных балок с трапециевидно гофрированными стенками, объединяет их верхний пояс в виде плиты из железобетона. Состоит из двух пролетных строений. Длина моста составляет 74,8 м.
А третий - получил название «Dole Bridge», и был завершен в 1995 г. [7, 10, 11]. Поперечное сечение пролета «Dole Bridge» представляет собой трапециевидное сечение с поясами из железобетонных элементов и двух стальных трапециевидно гофрированных стенок, с переменной высотой и толщиной. Мост разделен на восемь пролетных строений.
Следующее, где стали использовать гофрированные стенки оказались подвесные мосты, первый из них «Yahagigawa bridge» (рис. 4). Ширина его пролетного строения - 43м, представляет собой коробчатое
Гофрлр( стенка
сечение с поясами из железобетонных элементов и семи стальных трапециевидно гофрированных стенок, пролет равен 235м, переменная высота [12].
Рисунок 4 - Общий вид подвесного моста «Yahagigawa bridge» (Япония)
Впервые использование БГС в качестве несущих элементов зданий начато в Швеции в 1966 году [13, 14, 10]. Начали выпускать двутавровые балки трапециевидного сечения, со стенкой из профилированного листа.
Выпуск стальных двутавровых балок с гофрами волнистого типа был освоен в Болгарии ближе к 1985 г., обладающие большей устойчивостью, чем треугольные и трапециевидные [13].
Ближе к 1987 году появляются типовые отечественные конструкции сварных балочных элементов двутаврового сечения с тонкими гофрированными стенками. Стальные конструкции системы «Алма-Ата», представляли собой рамные каркасы одно- и двухпролетных одноэтажных зданий. В однопролетных рамах конструкции гофро-балки выступают в качестве ригеля, а стойки - из двутавров с параллельными полками (рис. 5а). В двухпролетных ригели выполнены из гофро-балок с поперечным гофрированием стенок, стойки выполнены из сварных двутавров с продольно гофрированной стенкой (рис. 5б).
Рисунок 5 - а) поперечная рама каркаса однопролетного здания, б) поперечная рама каркаса
двухпролетного здания
Для колонн применение сварных двутавров с продольно гофрированной стенкой благоприятствует эффективной работе стенки на восприятие продольных усилий. В то же время, обширное применение находят рамные конструкции, где гофро-балки с поперечным гофрированием стенки используются как для ригелей, так и для стоек несущих рам (рис. 6).
Рисунок 6 - Поперечные рамы каркаса с ригелем и колоннами из гофро-балок с поперечным гофрированием стенки
Конструкция покрытия с использованием стропильных балок с гофрированными стенками впервые в нашей стране была произведена и создана в 1982 г. в Казахском отделении ЦНИИПроектстальконструкции, ее разработали для здания производственного корпуса завода 20 лет Октября в г. Алма-Ате. Конструкция покрытия (рис. 7) включала в себя стропильные балки двутаврового сечения, прогоны из горячекатаных профилей, а также вертикальные и горизонтальные связи. С применением стропильных БГС, появляется возможность упростить систему связей и снизить металлоемкость на 15%, а сметную стоимость - на 18%, при условии, если сравнивать их с покрытием по стропильным фермам из парных уголков позволило [16, 17].
Рисунок 7 - Покрытие здания производственного корпуса завода 20 лет Октября в г. Алма-Ате (Казахстан)
При внедрении применения балок с треугольно гофрированными стенками в 1982 г., появилась возможность сэкономить 210 т стали [15, 16, 17, 18].
В период с 1982 по 2006 гг. в Казахском отделении ЦНИИПроектстальконструкции разрабатывалось и осуществлялось большое количество разного рода проектов с использованием конструкций с гофрированными стенками, среди них: аэропорт в г. Ашхабаде, административный корпус мясокомбината, подкрановые балки на складе цементного завода, пролетные строения эстакады для трубопроводов, купол над офисным зданием (рис. 8), здание торгового центра, каркас жилого девятиэтажный дом в г. Алматы (рис. 9).
Рисунок 8 - Купол покрытия одиннадцатиэтажного здания бизнес-центра в г. Алматы (Казахстан)
Рисунок 9 - Каркас девятиэтажного жилого дома в г. Алматы (Казахстан) в процессе строительства
Полностью автоматизировали производство двутавровых балок с волнистой гофрированной стенкой в 1993 г. австрийская фирма «Zeman» [18, 19]. Управлять линией начинает компьютер, что безусловно сказывается на непрерывном гофрировании стенки, а ее приварка к поясам балки достигает до почти невозможных 2 м/мин.
В 2006 г. такие автоматизированные линии «Zeman» появляются на заводах в разных городах: Самаре на заводе «Метаком», в г. Санкт-Петербурге (ОАО «Аэропортстрой») и в г. Москве («РСП-Модуль»). А до этого линии уже успешно работают в Финляндии, Польше, Чехии и Турции много лет. При строительстве офисных зданий, складских помещений, автомобильных парковок, торговых центров обращались именно к конструкциям, произведенные по технологии фирмы «Zeman».
Щ &
- —~
Рисунок 10 - Покрытие торгового центра с балками фирмы «Zeman» (Польша)
Список использованной литературы:
1. Васильев А.Л., Глозман М.К., Павлинова Е.А., Филиппео М.В. Прочные судовые гофрированные переборки. - Л.: Судостроение, 1964. - 316 с.
2. Мавлютов Р.Р. Концентрация напряжений в элементах авиационных конструкций. - М.: Наука, 1981. - 143 с.
3. Fraiser A.F. Experimental investigation of the strength of multiweb beams with corrugated webs. Technical note №3801. - Washington D.C., USA: National advisory committee for aeronautics, 1956. - 17 p.
4. Hsiao C., Libove C. Theoretical study of corrugated plates: Shear stiffness of a trapezoidally corrugated plate with discrete attachments to a rigid flange at the ends of the corrugations. Technical note № CR-1966. -Washington D.C., USA: National aeronautics and space administration, 1972. - 71 p.
5. McKenzie K.I. The shear stiffness of a corrugated web. Reports and Memoranda №3342. - London, UK: Ministry of Aviation. Aeronautical research council, 1963. - 13 p.
6. Peterson J.P., Card M.F. Investigation of the buckling strength of corrugated webs in shear. Technical note № D-424. - Washington, USA: National aeronautics and space administration, 1960. - 30 p.
7. Abbas H.H. Analysis and design of corrugated web I-girders for bridges using high performance steel: Ph.D. dissertation. - Lehigh University, Bethlehem, USA, 2003. - 425 p.
8. Driver R.G., Abbas H.H., Sause R. Shear Behavior of Corrugated Web Bridge Girders // Journal of Structural
Engineering. - 2006. - Vol. 132. - №2. - pp. 195-203.
9. Elgaaly M., Sheshadri A., Rodriquez R., Ibrahim S. Bridge girders with corrugated webs // Transportation Research Record. - 2000. - Vol. 1696.
10.Hoop H.G. Girders with corrugated webs. Literature study: Master thesis. - Technische Universiteit Delft, Netherlands, 2003. - 48 p.
11. Wang X. Behavior of Steel Members with Trapezoidally Corrugated Webs and Tubular Flanges under Static Loading.: Ph.D. dissertation. - Drexel University, USA, 2003. - 192 p.
12. Niwa J. World's first PC-steel composite cable-stayed bridge using corrugated steel plate webs for PC girders. Yahagigawa Bridge on the Second Tomei Expressway. Project Report. - Tokyo, Japan: Tokyo Institute of Technology, 2005. - 6 p.
13. Енджиевский Л.В., Наделяев В.Д. Каркасы зданий из легких металлических конструкций и их элементы. - М.: АСВ, 1998. - 247 с.
14.Hoglund T. Strength of thin plate girders with circular or rectangular web holes without stiffeners. Stockholm, Sweden: Royal Institute of Technology; 1970.
15. Максимов Ю.С., Остриков Г.М., Бирюлев В.В. Металлические рамные каркасы многоэтажных зданий повышенной сейсмостойкости // Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. - 1979.- №4. - С.11-17.
16. Максимов Ю.С., Остриков Г.М. Современные конструкции металлических каркасов многоэтажных зданий для сейсмических районов. Обзор. - М.: ВНИИИС, 1983. - 60 с.
17. Максимов Ю.С., Остриков Г.М. Стальные балки с тонкой гофрированной стенкой - эффективный вид несущих конструкций покрытий производственных зданий // Промышленное строительство. - 1984. - №4 - С. 10-11.
18. Siokola W., Poeter H. Fabrication tools for corrugated web I-beams // Modern Steel Construction. - 1999. -№7.
19. Zeman & Co Gesellschaft mbH. Балки с гофрированной стенкой. Техническая документация, 1993. - 13 p.
© Куркчи О.О., 2022
УДК 62
Куркчи О.О.
Аспирант БГТУ им. В. Г. Шухова, г. Белгород, Россия
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ГОФРОБАЛОК В МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЯХ
Аннотация
Применение облегченных элементов, типа гофробалок, позволят снизить металлоёмкость метал-локаркасных зданий, без снижения прочностных характеристик, уменьшить сроки монтажа и повысить эффективность строительства возможно. Уменьшить общую металлоемкость конструкций позволит использование высокоэффективных видов проката и гнуто-сварных профилей с максимальной тонкостенностью и сочетание функций несущих и ограждающих конструкций в одной системе.
Ключевые слова Металлическая балка, конструкция, устойчивость, сталь, каркас.
Каркасное строительство у нас получает всё большее распространение, давно ставшее привычным в США, Канаде и Скандинавии. Популярность каркасной технологии объясняется простотой возведения стен, дешевизной и высокими эксплуатационными качествами. На жестком каркасе, выполняющем функцию несущей конструкции, крепятся трехслойные панели, состоящие из листов обкладки
