CC BY
9Расчет конструкций
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
УДК 624.156.31
DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-11-36-40
В.А. СМИРНОВ, канд. техн. наук ([email protected]), Д.К. АНУФРИЕВ, бакалавр, А.А. САЛАМАТОВ, бакалавр
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)
Поведение несущей балки многопролетного складского помещения при различных способах загружения
Работа посвящена анализу поведения главной паллетной балки сигмообразного профиля, воспринимающей нагрузку от единиц хранения поддонов с товарами. В работе рассмотрены различные варианты загружения, моделирующие поведение главной паллетной балки многопролетного складского помещения, имеющей непосредственное влияние на несущую способность высотного многопролетного склада. Расчеты выполнены с применением сертифицированных программных комплексов МКЭ. Рассмотрены следующие варианты загружения: полное загружение балки нагрузкой от паллет максимальной массы; неполное загружение балки: загружено два соседних из трех пролетов нормативной нагрузкой от паллет максимальной массы (нагрузка от грузовой тележки без учета второй паллеты на тележке); сочетание нагрузок № 1: полное загружение балки нормативной нагрузкой от паллет максимальной массы плюс ненормативная нагрузка от вил крана; сочетание нагрузок № 2: полное загружение балки нормативной нагрузкой от паллет максимальной массы плюс ненормативная нагрузка от вил крана при полном их опирании; сочетание нагрузок № 3: полное загру-жение балки нормативной нагрузкой от паллет максимальной массы плюс ненормативная нагрузка от вил крана на балку.
Ключевые слова: паллетная балка, высотное складское помещение, складские здания, стеллажные конструкции, предел текучести, металлический профиль, сочетание нагрузок.
Для цитирования: Смирнов В.А., Ануфриев Д.К. Саламатов А.А Поведение несущей балки многопролетного складского помещения при различных способах загружения // Жилищное строительство. 2019. № 11. С. 36-40. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-11-36-40
V.A. SMIRNOV, Candidate of Sciences (Engineering), ([email protected]), D.K. ANUFRIEV, Bachelor, A.A. SALAMATOV, Bachelor National Research Moscow State University of Civil Engineering (26, Yaroslavskoe Highway, Moscow, 129337, Russian Federation)
Behavior of the Bearing Beam of a Multi-Span Warehouse under Different Loading Methods
The work is devoted to the analysis of the behavior of the main pallet beam of sigma-shaped profile, perceiving the load from the storage units of pallets with goods. The paper considers various loading options that simulate the behavior of the main pallet beam of a multi-span warehouse, which has a direct impact on the bearing capacity of a high-rise multi-span warehouse. The calculations were performed using certified software systems FEM. The following loading options are considered: full load of the beam by the load from the pallet of maximum weight; partial loading of the beam: two adjacent of the three spans are loaded, normative load from the pallets of maximum weight (load from the truck without regard to the second pallet on the truck); combination of loads No. 1: full loading of the beam with normative load from the pallets of maximum weight plus a non-normative load of the crane forks; load combination No. 2: full load of beam with normative load from the pallets of maximum weight plus a non-normative load from the crane forks at their full support; load combination No. 3: full loading of the beam with normative load from the pallets of maximum weight plus a non-normative load from the forks of the crane on the beam.
Keywords: pallet beam, high-rise warehouse, warehouse buildings, rack structures, yield strength, metal profile, combination of loads.
For citation: Smirnov V. A., Anufriev D. K., Salamatov A.A. Behavior of the bearing beam of a multi-span warehouse under different loading methods. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2019. No. 11, pp. 36-40. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-11-36-40
В современном мире в крупных городах с постоянным ростом населения увеличивается и количество единиц потребляемых товаров, следовательно, остро встает вопрос о хранении и складировании больших объемов товаров народного потребления макси-
3б| —
мально экономным образом при обеспечении безопасности зданий и сооружений, предназначенных для этих целей [1]. Исследование данного вопроса широко освещено в [2-8]. Строительство многопролетных высотных складских зданий помогает решить
^^^^^^^^^^^^^ И1'2019
Научно-технический и производственный журнал
Structural calculations
Рис. 1. Общий вид многоуровневого склада
Рис. 2. Схема несущих конструкций склада в продольном направлении
Рис. 3. Внешний вид паллетной балки сигмообразного профиля
Рис. 4. Модель с пролетами для загружения
данный вопрос, рационально расходуя земельные ресурсы [8-10]. Современное развитие производства и хранения товаров различного назначения требует повышения плотности единиц хранения на 1 м2 склада, что повышает нагрузку на несущие конструкции складских зданий и помещений.
В статье рассматриваются особенности расчета конструкций высотного многопролетного склада каркасного типа, выполненного из металлического профиля. Такие конструкции находят все более широкое применение для решения задач складирования больших объемов продуктов [2, 8, 9, 11-12]. Расчет выполняется на действие проектных и непроектных воздействий для оценки общей несущей способности и устойчивости несущей системы склада. Рассматриваемый вопрос является актуальным в связи с тем, что большинство таких конструкций рассчитывается в соответствии с зарубежными нормами и коэффициент использования материала несущих элементов в них близок к единице [8, 11].
Склад организован по рамно-связевой схеме. Шаг рам в продольном направлении 4,13 м. Внутренние рамы состоят из вертикальных стоек, имеющих поперечное сечение ñ-образной формы шириной 140/120 мм и швеллерных связей, крепящихся к стойкам болтовым соединением. Крепление колонн к фундаментной плите производится стальными анкерами. Общий вид склада представлен на рис. 1.
Балки опор для поддонов длиной 12 390 мм на четырех опорах в торцевых частях с консолью длиной 1150 мм выполнены из С-образных профилей, которые обладают большим сопротивлением на скручивание. Для размещения поддонов принят сигмообразный профиль CS200X60X2. К вертикальной стойке балки крепятся болтами М10 класса 8.8. Класс стали балок S350GD c расчетным сопротивлением 3500 кг/см2.
В направлении поперечных осей конструкция сделана из рам в виде ферм на болтовом соединении. На эти рамы опираются главные (продольные) балки, как показано на рис. 2. Паллеты устанавливаются непосредственно на главные (продольные) балки.
Устойчивость стеллажных конструкций обеспечивается за счет совместной работы рам стеллажных конструкций в поперечном направлении и вертикальных связей в продольном направлении. Количество связевых блоков составляет по два блока в начале и в конце каждой стеллажной галереи, в продольном направлении. Блок связей представляет собой объемный конструктивный элемент с вертикальной и горизонтальной жесткостью. Применены горизонтальные блоки связей на отдельных ярусах в продольном направлении в плоскостях межбалочного пространства.
112019
37
Расчет конструкций
------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 5. Эпюры моментов: а — полное загружение балки паллетами; б — полное загружение двух пролетов балки паллетами
Таблица 1
Результаты расчета по случаю № 1
Максимальное нормальное напряжение, МПа Минимальный предел текучести, МПа Коэффициент загрузки
1.1 В пролете 143,4 350 0,41
В месте опоры 179,4 350 0,51
1.2 В пролете 131,5 350 0,38
В месте опоры 209 350 0,6
Таблица 2
Результаты расчета по случаю № 2
Рис. 6. Распределение нагрузки на балку при полной загрузке и дополнительной нагрузке от вил крана
Рис. 7. Эпюра моментов при полной загрузке балки паллетами и дополнительной нагрузке от вил крана
Максимальное нормальное напряжение, МПа Минимальный предел текучести, МПа Коэффициент загрузки
2.1 В пролете 303,7 350 0,87
В месте опоры 294,3 350 0,84
Таблица 3
Результаты расчета по случаю № 3
Максимальное нормальное напряжение, МПа Минимальный предел текучести, МПа Коэффициент загрузки
3.1 В пролете 385,4 350 1,101
В месте опоры 348,1 350 0,995
Таблица 4
Результаты расчета по случаю № 4
Максимальное нормальное напряжение, МПа Минимальный предел текучести, МПа Коэффициент загрузки
4.1 В пролете 425 350 1,21
В месте опоры 371 350 1,06
Расчеты балки паллетного стеллажа выполнены с использованием программного обеспечения ЛИРА-СОФТ (лицензия № ЛСМ10617000251, сертификат соответствия № RA.RU^86.H00985 № 0896570, срок действия с 02.02.2017 по 01.02.2020) исходя из условий общего загружения главной паллетной балки, без учета воздействия внешних факторов [13-15]. Также в расчетах в частных случаях учтена нагрузка от опирания крана-штабелера на балку, в данных случаях рассматривается ситуация, возможная при аварии крана [10, 15]. Общий вид балки представлен на рис. 3, схематическая модель деления на пролеты для загружения на рис. 4.
Рассмотрим возможные, штатные варианты нагрузки на паллетную балку при различных расчетных ситуациях в исследуемом складе.
1. Загружение балки нормативной нагрузкой от паллет максимальной массы.
Моделируем стандартную ситуацию:
1.1 Загружены все три пролета балки, как показано на рис. 5, б.
1.2 Загружены два пролета балки, как показано на рис. 5, а.
38| -
В обоих случаях нагрузка, действующая на 1 п. м, принята равной 450 кг, направление нагрузки аналогично и в случае 1.1 и 1.2 - ось Z (рис. 5). Результаты расчетов представлены в табл. 1.
На основании результатов выполненных расчетов (табл. 1) видно, что нормальные напряжения в балке не превышают предела текучести. Максимальный коэффициент отношения напряжения к пределу текучести составляет 60%.
2. Расчет схемы с загружением от грузовой тележки крана с вилами, лежащими на двух балках.
В данном случае вилы крана-штабелера весом по 600 кг без паллет ложатся на уже загруженные паллетами 1, 2 и 3-й пролеты балки: вес от паллет составляет 450 кг/п. м (рис. 6). Результаты расчетов представлены в табл. 2, эпюра моментов на рис. 7.
Результаты расчетов (рис. 7, табл. 2) показывают, что нормальные напряжения в балке не превышают предела текучести для материала балки. Максимальный коэффициент отношения напряжения к пределу текучести составляет 87%.
3. Расчет схемы с загружением от грузовой тележки крана с вилами и паллетой, лежащими на двух
^^^^^^^^^^^^^ И1'2019
Научно-технический и производственный журнал
Structural calculations
Рис. 8. Распределение нагрузки на балку при полной загрузке и дополнительной нагрузке от вил крана с паллетой
Рис. 9. Эпюра моментов при полной загрузке балки паллетами и дополнительной нагрузке от вил крана с паллетой
Рис. 10. Эпюра моментов при полной загрузке балки паллетами и дополнительной нагрузке от каретки крана с вилами и паллетой, ложащимися только на одну балку
балках с учетом второй паллеты, расположенной на грузовой тележке.
В данном случае все три пролета загружены полностью и принимают на себя вес, равный 870 кг, от вил крана с одной паллетой, опущенной на балки (рис. 8). Нагрузка на балку от паллет равна 450 кг/п. м. Результаты расчетов представлены в табл. 3, эпюра моментов на рис. 9.
Результаты расчетов (рис. 8, табл. 3) показывают, что нормальные напряжения в пролете балки составят величину выше минимального предела текучести, а в месте опоры - величину, максимально приближенную к пределу текучести. Максимальный коэффициент отношения напряжения к пределу текучести составляет 110%. В рассматриваемых сечениях образуется пластический шарнир, что приводит к существенному нарастанию деформаций и изменению расчетной схемы с последующим разрушением.
4. Расчет схемы с загружением от каретки крана с вилами и паллетой, ложащимися только на одну балку.
В этой ситуации вилы каретки крана с паллетой опираются только на одну балку, при этом три пролета загружены полностью. Значение нагрузки от вил в данном случае составит 1000 кг, а значение нагрузки от паллет составит 450 кг/п. м. Результаты расчетов представлены в табл. 4, эпюра моментов на рис. 10.
11'2019 ^^^^^^^^^^^^^
Результаты расчетов (рис. 10; табл. 4) показывают, что нормальные напряжения в балке составят величину выше минимального предела текучести. Максимальный коэффициент отношения напряжения к пределу текучести составляет 121%. В рассматриваемых сечениях образуется пластический шарнир, что приводит к существенному нарастанию деформаций и изменению расчетной схемы с последующим разрушением.
На основании анализа результатов расчетов № 1-4 показано: 1.1 - расчетное загружение трех пролетов балки паллетами; 1.2 - расчетное загружение двух пролетов балки паллетами; 2.1 - загружение трех пролетов балки паллетами и грузовой тележкой крана с вилами, лежащими на двух балках, не приводит к развитию предельных состояний рассматриваемой паллетной балки. Варианты загружений 1.1; 1.2 и 2.1 не приводят к деформациям балок и, следовательно, обрушению склада.
Варианты загружений 3.1; 4.1 расчетной модели показывают, что в рассматриваемом элементе возникают и развиваются пластические деформации с последующей потерей устойчивости и разрушением элемента (аварийная ситуация). Ухудшающим фактором может служить возникновение продольных сил внутри балки от совместной работы секции стеллажей как многоэтажной многопролетной рамы, что также не учитывается в расчете (аварийная ситуация, прогрессирующее обрушение).
Возможные варианты решения проблемы потери балкой несущей способности:
- рассмотрение возможности использования при проектировании в качестве стоек более жестких элементов не омегообразной формы, а, например, прямоугольных труб замкнутого сечения;
- устройство большего числа блоков вертикальных связей с большей жесткостью;
- использование крана-штабелера с возможностью переноски двух паллет одновременно может сыграть немаловажную роль в аварийной ситуации. Использование модификаций кранов с возможностью переноса одной паллеты минимизирует риски какой-либо аварии из-за ослабления балок, так как прочностных характеристик паллетных балок склада достаточно для восприятия нагрузки при нештатной ситуации, опирании телескопических вил на балки с данной нагрузкой. Это подтверждает одна из расчетных моделей.
Список литературы / References
1. Федеральный закон Российской Федерации от
30 декабря 2009 г. № 384-Ф3 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».
- 39
Расчет конструкций
Ц M .1
Научно-технический и производственный журнал
1. Federal Law of the Russian Federation No. 384-FZ of 30 December 2009 «Technical Regulations on the Safety of Buildings and Structures». (In Russian).
2. Warehouse Modernization and Layout Planning Guide", Department of the Navy, Naval Supply Systems Command, NAVSUP Publication 529, March 1985, pp. 8-17.
3. Park J.Y., Park B.C., Foley R.D. Carousel system performance. Journal of Applied Probability, 40(3):602-612, September 2003.
4. Bartholdi J.J., Gue K.R. The best shape for a cross-dock. Transportation Sci., 38(2):235-244, 2004.
5. Bengu G. An optimal storage assignment for automated rotating carousels. IIE Transactions, 27(1):105-107, 1995.
6. Frazelle E.H. World-Class Warehousing and Material Handling. McGraw Hill, New York, New York, 2002.
7. Gue K. R., Meller R. D. Aisle configurations for unit-load warehouses. IIE Transactions, 41(3):171-182, 2009.
8. Bartholdi J.J., Hackman S.T. Warehouse & Distribution Science. 2014, 323 p.
9. Murtinho Vitor & Ferreira, Helder & Correia, Antonio & Silva, Luis & Gervasio, Helena & Santos, Paulo. (2010). Architectural concept of multistorey apartment building in light steel framing. Conference: In-
ternational Symposium "Steel Structures: Culture & Sustainability 2010", At Istanbul.
10. Ibragimov А., Danilov A. Free space-planning solutions in the architecture of multi-storey buildings. E3S Web of Conferences 33, 01035 (2018).
11. Muller C., Oppe M. Conceptual design and design examples for multi-storey buildings. Brussels, 18-20 February 2008 - Dissemination of information workshop.
12. Plunkett C. Guide to Building Multi-Story Self-Storage Facilities. ISS, 2016.
13. Пособие по обследованию строительных конструкций зданий. М.: ОАО «ЦНИИПромзданий», 2004. (In Russian).
13. Manual for examination of building structures of buildings. M.: OAO «TsNIIPromzdanii», 2004.
14. Обследование и испытание зданий и сооружений / Под ред. В.И. Римшина. М.: Студент, 2012. 669 с.
14. Obsledovanie i ispytanie zdanii i sooruzhenii. Pod red. V.I. Rimshina [Survey and testing of buildings and structures. Edited by V.I. Rimshina]. Moscow: Student. 2012. 669 p.
15. Курбатов В.Л., Римшин В.И. Практическое пособие инженера-строителя. М.: Студент, 2012. 742 с.
15. Kurbatov V.L., Rimshin V.I. Prakticheskoe posobie inzhenera-stroitelya [Practical manual of the engineer-builder]. Moscow: Student. 2012. 742 p.
Защита деревянных конструкций
А.Д. Ломакин
М: ООО РИФ «Стройматериалы», 2013. 424 с.
Рассмотрены вопросы конструкционной и химической защиты деревянных конструкций, используемых в малоэтажном домостроении, при строительстве зданий и сооружений гражданского и промышленного назначения, в том числе, с химически агрессивной средой, а также открытых сооружений (автодорожных и пешеходных мостов, опор ЛЭП и др.). Освещены вопросы защиты от эксплуатационных воздействий и возгорания несущих конструкций из клееной древесины и ЛВЛи приведено краткое описание наиболее эффективных средств и способов их защиты. Описаны методы оценки защитных свойств покрытий для древесины, методика и результаты натурных климатических испытаний покрытий на образцах и фрагментах конструкций. Приведены методика и результаты мониторинга влажностного состояния несущих клееных деревянных конструкций в процессе эксплуатации.
Грызлов В. С. Каптюшина А. Г. Петровская А. А. Поварова О. А.
История и методология строительной науки и производства: учебное пособие
Рассмотрены исторические аспекты строительного материаловедения и развития технологий изготовления и применения основных строительных материалов и изделий. Большое внимание уделено научному вкладу выдающихся ученых мирового уровня в развитие и создание материаловедческой основы, освещены крупные открытия строительной науки. Приводятся конкретные примеры и иллюстрации мировых шедевров и памятников архитектурного наследия.
Для студентов, обучающихся по направлению «Строительство», а также специалистов в области производства и применения строительных материалов и изделий.
ИСТОРИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬНОЙ НАУКИ И ПРОИЗВОДСТВА
40
112019
