Покрытие-оболочка с ребрами из цельнодеревянных элементов составного сечения Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 539.3.6; 624.011

ПОКРЫТИЕ-ОБОЛОЧКА С РЕБРАМИ ИЗ ЦЕЛЬНОДЕРЕВЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СОСТАВНОГО СЕЧЕНИЯ

1 9

© А.А. Клюкин1, К.П. Пятикрестовский2

Московский государственный строительный университет, 129337, Россия, г. Москва, Ярославское шоссе, 26.

Описаны расчет конструкции и предварительное проектирование узлов покрытия-оболочки из цельнодеревянных элементов составного сечения. На первом этапе проектирования выбраны конструктивная схема сечения элементов и технология покрытия здания. Расчет конструкции и ее элементов на нагрузку от собственного веса, веса покрытия и двух вариантов распределения снеговой нагрузки выполнен по упруголинейной схеме. Ил. 5. Табл. 1. Библиогр. 5 назв.

Ключевые слова: пространственные деревянные конструкции; цельнодеревянные элементы; покрытие -оболочка; меридиональные ребра; опорное кольцо.

SHELL WITH THE EDGES OF BUILT-UP SECTION WOODEN ELEMENTS A.A. Klyukin, K.P. Patikrestovskiy

Moscow State University of Civil Engineering, 26 Yaroslavskoe Shosse, Moscow, 129337, Russia

The article describes structure calculation and preliminary design study of the modules of the shell structure made of solid wooden elements of built-up section. The first stage of the work includes the selection of structural design, element sections and a building covering technology. The calculation of the structure and its elements for gravity load, weight of covering and two variants of snow load distribution is performed by a linear-elastic scheme. 5 figures. 1 table. 5 sources.

Keywords: three-dimensional wooden constructions; elements of solid wood; covering shell; meridional edges; bearing key.

Описываются предварительные результаты проектирования покрытия в виде шатровой оболочки из цельной древесины с соединениями элементов ребер на наклонно ввинчиваемых стержнях согласно предложению В.И. Линькова [1].

Конструкция предназначается для использования в покрытиях различного назначения: в первую очередь в местах, богатых лесом, но удаленных от заводов клееной древесины. Ее сборка отличается простотой, она может изготавливаться в условиях обычных деревообрабатывающих предприятий. Конструкция подходит для покрытия общественных, производственных зданий и объектов многоцелевого назначения.

Для предварительного проектирования был принят шатер, имеющий следующие характеристики: диаметр опорного кольца - 24 м, высота - 6 м, диаметр верхнего кольца - 2 м. Сечения меридиональных и кольцевых ребер приняты на основании линейного расчета в программном комплексе ЛИРА 9.6 R8 и равняется 150x450 и 150x200 мм соответственно. Основной материал конструкций - цельная древесина, сосна. Условия эксплуатации рассмотрены по СНиПу [4]. Б2 в нормальной зоне. Сечение меридиональных ребер шатра - составное, из трех брусьев сечением 150x150 мм, сплачиваемых при помощи ввинчиваемых стержней диаметром 16 мм по методу, представ-

ленному в статье [1]. Технология изготовления такой конструкции намного проще по сравнению с конструкциями из клееной древесины.

Меридиональные ребра представляют собой стержни ломаного очертания. Длина прямолинейных элементов ребер составляет 6,4 м. Между собой прямолинейные элементы сращиваются под углом 155°, при этом шатер достаточно близко вписывается в сферическую оболочку, и изгибающие моменты, вызванные перегибом, сравнительно невелики. Между собой меридиональные ребра соединяются кольцевыми с шагом 3,2 м вдоль поверхности ребра (рис. 1).

Элементы оболочки выполнены из досок сечением 150x40 мм и располагаются на кольцевых меридиональных ребрах по черепным брускам. Брус сечением 100x100 мм прикреплен к боковым граням меридиональных ребер. Сечения элементов приняты на основании линейного расчета по методике [2; 3] в программном комплексе LIRA 9.6 R8. В качестве покрытия используется гибкая черепица Ruflex с подкладочным ковром Kerabi 2200.

Покрытие ячеек между ребрами может выполняться из светопрозрачных материалов (профлисты из пластиков, акрила, оргстекла и т.д.) для дополнительного освещения. Возможна установка зенитных фонарей (рис. 2).

1Клюкин Александр Александрович, аспирант, тел.: 89030385694, e-mail: mgsu58@mail.ru Klyukin Alexander, Postgraduate, tel.: 89030385694, e-mail: mgsu58@mail.ru

2Пятикрестовский Константин Пантелеевич, доктор технических наук, профессор кафедры конструкции из дерева и пластмасс, тел.: 89250609106.

Pyatikrestovskiy Konstantin, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Wooden and Plastic Structures, tel.: 89250609106.

Рис. 1. Схема шатровой конструкции

Рис. 2. Устройство настила

В случае устройства утепленной кровли рекомендуется применять двойную обшивку.

Разработаны следующие узлы: нижний опорный узел; узел сращивания меридиональных ребер, узел фонарного кольца. Рассмотрим два варианта крепле-

ния меридионального ребра к верхнему кольцу на болтовом соединении: с использованием специальной стальной детали и с помощью стального башмака (рис. 3).

а) б)

Рис. 3. Конструкция примыкания меридиональных ребер к верхнему кольцу: а - вариант 1; б - вариант 2

Узел примыкания к опорному кольцу выполнен в виде стального башмака с замоноличиванием зазора между торцом ребра и башмаком безводным раствором [2; 3]. Металлическое опорное кольцо может изготавливаться из стальной пластины толщиной 10 мм (рис. 4).

Проектирование узла соединения элементов меридиональных ребер выполнено на основании работы [1]. Принципиальное решение представлено в двух вариантах на рис. 5.

Сращивание элементов ребер выполняется с применением ввинчиваемых металлических стержней. Длина стержней - 350, 500 мм, диаметр - 16 мм

Стержни ввинчиваются под углом 45°. Предусмотрены выпуски данных стержней на верхнюю и нижнюю грани ребер для последующей сварки их с металлической соединительной деталью.

Верхнее кольцо выполняется из полосы Ь = 10 мм или швеллера по ГОСТу 8240-97.

Коэффициенты ^ и для определения величины расчетного снегового давления на покрытие шатра определялись по своду правил [5].

Имеется специфика распределения снеговой нагрузки по разрабатываемым конструкциям, поэтому приведем подробно ее определение в таблице.

пластина

_/ ]/

(колонна, стена)

Рис. 4. Конструкция примыкания меридиональных ребер к опорному кольцу

а) б)

Рис. 5. Узел соединения элементов меридиональных ребер: а - вариант 1; б - вариант 2

Определение снеговой нагрузки

Показатель Значение

М 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

02 0,00 0,04 0,14 0,31 0,50 0,70 0,87 0,98 1,00 0,92 0,72 0,41 0,00

z 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Cr2 1,73 1,73 1,73 1,73 1,73 1,73 1,73 1,73 1,73 1,73 1,73 1,73 1,73

r 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12

ß 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180

Sinß 0 0,259 0,500 0,707 0,866 0,966 1,000 0,966 0,866 0,707 0,500 0,259 0

Sg, кг/м2 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180

So"1, кг/м2 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180

S0"2, кг/м2 0,0 6,73 25,99 55,13 90,03 125,52 155,93 175,72 180,06 165,39 129,95 73,99 0,00

Рассмотрим три вида загружения:

1. Собственный вес конструкции.

2. Собственный вес плюс односторонняя снеговая нагрузка по всей поверхности покрытия.

3. Собственный вес плюс неравномерно распределенная снеговая нагрузка на половине поверхности покрытия.

При симметричной нагрузке максимальное значение сжимающего продольного усилия N оказалось в опорных частях меридиональных ребер (= -5,0 тс); максимальное значение перерезывающей силы Qz - в опорной части (= -1,2 тс) и в узле сращивания элементов меридиональных ребер (= ±0,7 тс); максимальное значение изгибающего момента My - в узле сращивания (= -0,75 тс-м).

При несимметричном загружении односторонней снеговой нагрузкой максимальное значение сжимающего продольного усилия N определилось в опорной части меридионального ребра со стороны загруженной части шатра (= -2,2 тс). Второй по величине результат располагается с обратной стороны шатра, такой же - на опорной части (= -1,5 тс). В нижней части меридионального ребра со стороны загружения имеются участки со сравнительно малым по величине значением растягивающего усилия (= +0,36 тс). Значение перерезывающей силы Qz также изменилось и приняло максимальные значения в ребре, находя

щемся со стороны загружения на опоре (= -0,7 тс) и в узле сращивания (= ±0,36 тс.). Максимальная величина изгибающего момента My в узле сращивания (= -0,17 тс-м).

Выполненные расчеты конструкции следует считать предварительными. В них не учитывается совместная работа ребер с обшивками, конструкцию которых еще предстоит уточнить. Не учитывается также длительное действие нагрузки, поскольку со временем возможно появление нелинейных деформаций, вызванных ползучестью древесины, податливостью соединений и перераспределением усилий при несимметричных нагрузках.

Предполагается провести экспериментальные исследования конструкции на модели, а затем в натурных условиях при кратковременных и длительных нагрузках.

Будут варьироваться конструкции соединения элементов оболочки и оптимизироваться очертания меридиональных элементов с целью уточнения конструкции ребер, а также нагрузки, соответствующие различным условиям эксплуатации.

Планируется также исследовать предельные состояния конструкции и разработать предложения по расчету силового сопротивления на любом этапе ее эксплуатации.

Статья поступила 11.09.2014 г.

Библиографический список

1. Линьков В.И. Деформативность соединений деревянных элементов на наклонных ввинченных стержнях // Научно-технический вестник Поволжья. 2013. № 5. С. 247-251.

2. Пространственные конструкции покрытий: уч. пособие / К.П.Пятикрестовский, В.И. Колчунов [и др.]. М.: Изд-во АСВ, 2008, 214 с.

3. Пятикрестовский К.П. Пространственные конструкции

покрытий из древесины: уч. пособие. Москва: Изд-во МГСУ, 2012. 106 с.

4. СНиП II-25-80. Деревянные конструкции [Электронный ресурс]. URL: www.sudact.ru

5. СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия [Электронный ресупр]. URL: www.sudact.ru

УДК 692.232.42: 536.212.3

РАСЧЕТ И СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ГОДОВОГО ХОДА ТЕМПЕРАТУРЫ В КОНТАКТНОЙ ЗОНЕ ЗАЩИТНОГО СЛОЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ СТЕНОВОЙ ПАНЕЛИ С АНКЕРОМ КРЕПЛЕНИЯ НАВЕСНОГО ФАСАДА

© Р.А. Назиров1, Т.В. Белов2

Сибирский федеральный университет,

660041, Россия, г. Красноярск, пр. Свободный, 79/10.

Представлены результаты расчетов годового хода температуры в узлах крепления каркаса вентилируемого фасада с учетом и без учета воздушного зазора для стеновых ограждений из трехслойных железобетонных панелей с внутренним теплоизоляционным слоем. Рассчитаны основные статистические показатели и установлены особенности изменения значений температур в середине защитного слоя железобетонной панели и на его контакте с материалом анкера крепления наружного навесного фасада, ориентированного на север и юг, при положительных и отрицательных годовых температурах воздуха.

1Назиров Рашит Анварович, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой проектирования зданий и экспертизы недвижимости Инженерно строительного института, тел.: (391) 2424593, e-mail: nazirovr@rambler.ru

Nazirov Rashit, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Building Design and Real Estate Expertise of Engineering and Construction Institute, tel.: (391) 2424593, e-mail: nazirovr@rambler.ru

2Белов Тимофей Владимирович, соискатель, тел.: 89080221064, e-mail: en-ph@yandex.ru

Belov Timofei, Master of Engineering and Technology in the direction of construction of Engineering and Construction Institute, tel.: 89080221064, e-mail: en-ph@yandex.ru