CC BY
53
^ ^ ** - ^ Е.С.Кузина, А.А.Митрахович, Е.Г.Шестопалов
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ МЕТАЛЛОДЕРЕВЯННАЯ КОНСТРУКЦИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КЛЕЕФАНЕРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
I * * А . ' * ,
Эффективность строительства, его стоимость в значительной мере зависят от массы конструкций. Это привело к значительному увеличению доли пространственных (структурных) конструкций в качестве несущих элементов покрытий зданий и сооружений жилого, общественного и промышленного назначения. Сегодня одним из главных факторов, определяющих выбор альтернативного товара, является его цена. Строительные конструкции в этом смысле не исключение. Стоимость конструкции во многом определяет ее применяемость. Поэтому неудивительно стремление архитекторов, конструкторов, проектировщиков снизить стоимость конструкций. Снижение массы несущей строительной конструкции - задача сложная, поскольку необходимо учесть многие важные факторы, определяющие надежную работу конструкции. Решение подобной задачи можно найти при использовании современных достижений строительной науки и возможностей^ предоставляемых современными вычислительными машинами.
Любые пространственные конструкции, обладают более высокой надежностью и несущей способностью, их характеризует меньшая материалоемкость, и экономичность. Большое распространение в 80~х годах XX столетия получили решетчатые пространственные конструкции, образующие по поверхности сетчатую систему. Эти сетчатые системы регулярного строения назывались структурными конструкциями или просто структурами.
Структурные конструкции применяются главным образом в виде плоских покрытий большепролетных общественных и производственных зданий; реже применяются в криволинейных покрытиях. Эти конструкции являются геометрически неизменяемыми системами. Пространственная работа структур хорошо проявляется при действии неравномерных нагрузок. При этом перегрузка большинства стержней, исключая стержни, выход которых из работы превращает систему в механизм, не нарушает нормальной работы конструкции в целом благодаря способности системы к перераспределению усилий. Поскольку структурные плиты, обладая повышенной жесткостью, имеют небольшую собственную массу, их целесообразно применять при больших пролётах.
К положительным свойствам структурных конструкций относятся: унификация конструктивных элементов, простота их монтажа, большая пространственная жесткость, дающая возможность увеличения перекрываемого пролета, архитектурная выразительность решения, многосвязность системы, повышающая степень надежности конструкции при локальных разрушениях, простота транспортировки, снижение конструктивной высоты. Но имеются и недостатки, такие как повышенная трудоемкость изготовления и сборки.
Самыми простыми по конструктивной схеме являются структуры из пересекающихся в двух или трех направлениях клееных или клеефанерных сплошных балочных элементов. При жестком соединении балок в узлах получается пространственная статически неопределимая система. Пролет , таких структурных плит колеблется в пределах 12 -28 м. Высота балочных элементов составляет [1/16 - 1/30 пролета. Общая устойчивость системы может обеспечиваться настилом или | второстепенными балками. - ^,
I Кружал ьно-сетчатые своды представляют собой пространственную конструкцию, которая
состоит из отдельных, поставленных на ребро стандартных элементов - косяков, идущих по двум пересекающимся направлениям в образующих ломаные винтовые линии.
Преимуществами кружал ьно-сетчатых сводов являются: стандартность косяков, стимулирующая их заводское изготовление, компактность элементов и быстрота сборки. Но для получения высококачественной конструкции свода необходимо, чтобы применяемый для косяков пиломатериал был воздушно-сухим, а обработка его производилась с требуемой точностью.
Кружально-сетчатые купола возводятся из косяков, расположенных на сферической поверхности в виде сетки из нескольких ярусов с изменением в каждом ярусе длины или угла наклона косяков. Вследствие этого для возведения купола необходимо значительно больше типоразмеров косяков, чем для свода. Это затрудняет заводское изготовление конструкций и сборку купола. При возведении куполов монтаж косяков различной длины или под различными углами легче выполняется при болтовых соединениях косяков
Известно, что наиболее экономичными являются металлодеревянные конструкции. В последнее время разработано много вариантов металлодеревянных конструкций, в которых растягивающие усилия воспринимаются металлическими стержнями, а сжатые и внецентренно -сжатые стержни выполнены из древесины. Использование в структурных конструкциях древесины и фанеры дает возможность экономить металл.
Все рассмотренные выше пространственные конструкции имеют общий недостаток: постоянное сечение по всей площади приложения нагрузки, что естественно приводит к удорожанию конструкции. С нашей точки зрения, наиболее экономичной будет пространственная (структурная) конструкция со сжатыми клеефанерными элементами и растянутыми стальными. Нами разработана пространственная рамная конструкция покрытия с верхними поясами и стойками из клеефанерных элементов, дощато-клееными раскосами и растянутыми элементами из стальных тросов. Регулирование натяжения тросов осуществляется с помощью талрепов..
Конструкция может быть выполнена в виде двускатных или односкатных рам с ригелями в виде ферм покрытия со сжатыми клеефанерными элементами - верхними поясами и опорными стойками, дощато-клееными раскосами и нижними поясами - затяжками из стальных тросов, а также наклонными элементами - тяжами, изготовленными из стального троса, проходящего от конькового узла или от узла примыкания одного раскоса к верхнему поясу, - к узлу пересечения другого раскоса с нижним поясом (затяжкой). Узлы пересечения затяжек, со стойками и раскосами, располагаются примерно на равных расстояниях от плоскостей клеефанерных рам. Такое расположение этих узлов обеспечивает их геометрическую неизменяемость и пространственную работу всей конструкции. Регулирование натяжения тросов осуществляется с помощью талрепов. По предварительным расчетам эта конструкция может перекрывать пролеты свыше 14
Для экспериментальной проверки работы конструкции выполнен проект с пролетом 8,5 метров. На экспериментальном образце предполагается проведение исследований его напряженно-деформированного состояния при различных условиях опирания и действия нагрузок. Сопоставляя теоретические значения усилий и напряжений в элементах конструкции с полученными экспериментально, планируем получить практические данные о параметрах и закономерностях напряженно-деформированного состояния этой системы, на основании которых может быть сделано предположение о возможности применения такой конструкции в реальной практике строительства и методах её расчета.
При назначении размеров опытной конструкции учитывался масштабный фактор. Принимались размеры сечений элементов конструкции, необходимые для устройства покрытий существующих зданий пролетом до 12 метров. Таким образом, предполагается исследовать не только напряженно-деформированное состояние всей конструкции, но и работу узлов.
Конструкция состоит из рам, соединенных между собой раскосами, стойками, затяжками. Стойки и ригели рам выполняются из клеефанерных элементов двутаврового сечения. Геометрическая неизменяемость конструкции обеспечивается постановкой крестовых связей, изготовленных из стальных тросов, и клеефанерных распорок.
Растянутыми элементами конструкции являются затяжки, находящиеся в уровне нижнего пояса, и тяжи, проходящие от конькового узла в узел пересечения раскосов с нижним поясом. Они выполнены из стальных оцинкованных тросов.
Соединение элементов - раскосов, затяжек и стоек - осуществляется в узел в уровне нижнего пояса рам. Расстояния между узлом соединения элементов и рамами конструкции равны. Узловые соединения запроектированы из стали.
При разработке опытной конструкции с использованием проектно-вычислительного комплекса SCAD 11 были выполнены теоретические исследования конструкции, во время которых изучалось влияние условий закрепления опор и одностороннего загружения на её напряженно-деформированное состояние. Определялись также величина нагрузки, приложенной в узлы примыкания раскосов к верхнему поясу, дающая эквивалентное усилие во всей конструкции при ее равномерном загружении, а также возможность одностороннего загружения опытной конструкции.
Рисунок 1 Экспериментальная пространственная метало-клеефанерная конструкция
¡384 1385 ¡385 1385 ¡383 Ш
--'-—1---
I I ! рр2 I 1 I
Рисунок 2 Экспериментальная пространственная метало-клеефанерная конструкция, вид А
Рисунок 3 Экспериментальная пространственная метал о-клеефанерная конструкция, вид Б
Рисунок 4 Расчетная схема в ПВК 8САР 11
