CC BY
94
Принимая во внимание условие о независимости состояний элементов сети, количество информации для неработоспособного состояния можно определить также и по выражению:
H^) = H1L- H(pE) = 0.0532 - 0.0073 = 0.0459.
Из расчёта видно: сопоставление значений И ^^) и H (pz) указывает на то, что H ^ )> H (pE )■ Это свидетельствует о том, что структура сети не относится к высоконадёжной, так как отказ любого элемента сети приводит к нарушению электроснабжения для потребителя. Для представленной сети (см. рис. 1) только одно состояние является работоспособным: когда все девять элементов находятся в работоспособном состоянии.
гр „ „ N
Такое состояние, хотя и существует с высокой долей вероятности, равной ^р = 0 995, тем не менее имеем
1=1
незначительное количество информации по отношению к H(). Все остальные состояния являются смешанными, когда отказ любого из элементов разрывает связь источника с потребителем. Следовательно, преимущественно присутствуют состояния отказа, которые несут значительное количество информации о неработоспособности сети.
Заключение. Количественная оценка информации, содержащейся в электрической распределительной сети с учётом отдельно рассчитываемых противоположных состояний, является полезным инструментом для анализа её надёжности и структурного содержания. Так, с ростом уровня надёжности сети соотношение информации возрастает в пользу работоспособного состояния и, наоборот, увеличение количества информации неработоспособного состояния указывает на снижение уровня надёжности сети, что позволяет отслеживать процесс старения элементов и всей сети в целом. Такие расчёты могут быть полезны для отдельных участков распределительных сетей и их сопоставления при анализе структурной надёжности.
Библиографический список
1. Воропай, Н. И. Концепция обеспечения надёжности в электроэнергетике / Н. И. Воропай, Г. Ф. Ковалёв, Ю. Н. Кучеров. - М.: ООО ИД «ЭНЕРГИЯ», 2013.
2. Пухальская, О. Ю. О повышении надёжности электроснабжения потребителей сельскохозяйственного назначения / О. Ю. Пухальская, А .В. Сычов // Вестник Гомельского технического университета им. П. О. Сухого. - 2009. - № 4. - С. 80-86.
3. Дулесов, А. С. Эквивалентирование количества информационной энтропии в структуре технической системы / А. С. Дулесов, Н. Н. Кондрат // Фундаментальные исследования. - 2015. - № 6. - Ч. 1. - С. 14-19.
4. Дулесов, А. С. Определение количества информационной энтропии в структуре технической системы методом перебора состояний / А. С. Дулесов, Н. Н. Кондрат // Фундаментальные исследования. - 2015. - № 7. - Ч. 4. - С. 745-748.
© Дулесова Н. В., Домовских И. Н., 2015
УДК 693.827:624.014.2
СИСТЕМЫ ЛЁГКИХ СТАЛЬНЫХ ТОНКОСТЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ: ПРИМЕНЕНИЕ ПРОФИЛЕЙ ПРОКАТА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Н. Н. Королькова, А. Н. Потылицын
Хакасский государственный университет им. Н. Ф. Катанова
В статье рассмотрены традиционные и современные профили проката их способы применения.
Ключевые слова: профили, прокаты, двутавры, конструкции, лёгкие стальные тонкостенные конструкции.
Наряду с традиционными профилями проката, такими как швеллеры, двутавры и уголки (рис. 1), в современном строительстве всё активнее применяются стальные тонкостенные холодногнутые профили или лёгкие стальные тонкостенные конструкции (ЛСТК), которые давно популярны на Западе и теперь уверенно завоёвывают отечественный рынок (рис. 2).
швеллеры двутавры уголки
Рис. 1. Традиционные профили проката 7
Рис. 2. Лёгкие стальные тонкостенные конструкции
Технологии строительства из ЛСТК позволяют возводить здания и сооружения как для коммерческого, так и для индивидуального использования (рис. 3, 4). Построить можно практически любое сооружение, к тому же со значительной экономией и в максимально сжатые сроки.
Каркас ЛСТК обладает точными геометрическими размерами и высокой прочностью (рис. 4). Для исключения «мостиков холода» в ограждающих конструкциях применяются термопрофили (рис. 5). Стенки термпоро-филей сделаны с перфорацией - это продольные сквозные канавки, выполненные в шахматном порядке.
Рис. 3. Каркас здания системы ЛСТК
Рис. 4. Монтаж элементов ЛСТК
Рис. 5. Термопрофили
С внутренней и внешней стороны ЛСТК конструкции обшиваются листовым материалом. Затем снаружи монтируется вентилируемый фасад на подсистеме из различных фасадных панелей, винилового сайдинга, кирпича, искусственного камня (рис. 6).
Полости стен зданий из ЛСТК заполняются теплоизоляционными материалами. В качестве теплоизоляции чаще всего применяется жёсткий минераловатный утеплитель.
Рис. 6. Фасадная отделка здания
Охарактеризуем особенности современных профилей проката:
1. Небольшой вес и низкая стоимость ЛСТК дома. Каркас здания из ЛСТК очень лёгкий. Следовательно, они не нуждаются в возведении массивного и дорогостоящего фундамента. Удельный вес готового здания составляет всего 150-200 кг/м2 Это существенно расширяет возможность строительства на пучинистых и зыбких грунтах. Малый вес материалов позволяет обходиться без грузоподъёмной техники, что значительно экономит средства.
2. Энергосбережение. В условиях сурового сибирского климата и на фоне постоянного роста цен на энергоносители строительство дома по технологии ЛСТК привлекает высокой теплоэффективностью. Для сравнения, стена толщиной всего 0,2 м защищает от холода лучше, чем стена из 0,7 м сухой древесины, что уж тогда говорить о кирпиче, бетоне и прочих материалах, которые проигрывают по этому параметру указанным строительным материалам.
3. Отсутствие усадки. Дом каркасного типа на основе панелей ЛСТК не даёт усадку, поэтому сразу готов к отделочным работам. Можно выполнять штукатурку и покраску, укладывать плитку, не боясь предательских
трещин. По технологии ЛСТК отсутствуют «мокрые процессы», поэтому по данной технологии можно строить в любое время года.
4. Экологичность зданий и сооружений. При строительстве используются гипоаллергенные материалы, которые безопасны для здоровья человека и окружающей среды.
5. Долговечность и надёжность здания. При относительно низкой цене дом из ЛСТК по внешнему виду ничем не отличается от других зданий и сооружений. При этом он легко выдержит даже сейсмические колебания силой 9 баллов по шкале Рихтера. Конструкция здания состоит из профилей, которые не подвержены влиянию коррозии. По расчёту ЛСТК могут простоять до 100 лет. При этом используются негорючие материалы, а самим зданиям присваивается класс К0 (непожароопасные).
6. Тонкостенность. Помимо общей потери устойчивости конструкции или её элемента, эта особенность ЛСТК с вероятностью может вести к местной потере устойчивости компонентов профиля (пояс, стенка, отгиб), а также к потере устойчивости формы сечения
Формы потери устойчивости изгибаемого элемента из тонкостенного хододногнутого профиля представлены на рисунке 7.
м
Г'Р
а) местная потеря устойчивости стенки
б) местная потеря устойчивости пояса
в) местная потеря устойчивости стенки и пояса
г) потеря устойчивости формы сечения
б
а
Рис. 7. Формы потери устойчивости изгибаемого элемента из тонкостенного хододногнутого профиля
Образцы перекрытий с применением в качестве несущих конструкций балок из тонкостенных холодногну-тых профилей из оцинкованной стали даны на рисунке 8.
Рис. 8. Конструкции перекрытия и покрытия
По результатам экспериментальных исследований, проведённых в Сиднейском университете (Австралия), была доработана уже существующая программа расчёта ЛСТК [1]. Проводились две серии испытаний: в первой из них в зоне наибольших изгибающих моментов были предусмотрены конструктивные мероприятия, исключающие потерю устойчивости формы сечения; во второй серии таковые отсутствовали, и профиль мог терять устойчивость формы сечения.
Одной из причин, сдерживающих развитие этой отрасли, является отсутствие в России нормативной базы для расчёта и проектирования ЛСТК, в то время как в мировой практике разработаны нормы и стандар-
10
ты для проектирования таких конструкций, например, Еврокод и американский стандарт учитываю-
щие особенности работы холодногнутых профилей из оцинкованной стали в конструкциях зданий и сооружений.
Из-за отсутствия национального стандарта для ЛСТК расчёт таких конструкций в настоящее время выполняют по зарубежным нормам или стандартам, разработанным организациями с учётом требований этих норм. Российские СНиП 23.11-23-81 «Стальные конструкции» не могут быть использованы для расчёта конструкций из тонкостенных гнутых профилей толщиной менее 4 мм, так как не учитывают некоторых существенных особенностей их работы.
Скорость возведения зданий и сооружений по технологии ЛСТК составляет максимум три месяца (конкретные сроки зависят от сложности и масштабов объекта) от периода проектирования до въезда хозяев, включая следующие этапы:
- проектирование;
- производство ЛСТК на собственном предприятии и доставка (от 4 до 10 дней);
- сборка каркаса на строительной площадке, установка окон, кровельные работы, от 10 до 30 дней. Для монтажных работ достаточно бригады из четырёх человек (если речь идёт о строительстве здания, площадь которого не превышает 250 м2);
- отделочные внутренние и фасадные работы, от 30-45 дней. Этот период существенно зависит от вида отделки и выбора строительных материалов.
Современная компьютерная программа автоматизированного расчёта ЛСТК с достаточной для инженерных расчетов точностью осуществляет автоматизированный расчёт конструкций зданий и сооружений различного назначения, что значительно снижает сроки, стоимость проектных работ, облегчая труд проектировщика [2].
Использование технологии строительства из лёгких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК) позволяет возводить здания и сооружения как для коммерческого, так и индивидуального использования (рис. 9). Построить можно практически любое сооружение, к тому же со значительной экономией и в максимально сжатые сроки.
Рис. 9. Объекты, возводимые из ЛСТК: а - жилые дома; б - коттеджи; в - ангары; г -летние кафе
Библиографический список
1. Кикоть, А. А. Программа расчёта прогибов изгибаемых элементов из стальных тонкостенных холодногнутых профилей / А. А. Кикоть,
М. Н. Корницкая, Е. В. Мурзин // Проектирование и Строительство в Сибири. - 2010. - №4.- С. 8-10.
2. Adany, S. Buckling mode classification of members with open thin-walled cross-section by using Finite Strip Method. Research Report /
S. Adany // Johns Hopkins University, 2004.
© Королькова Н. Н., Потылицын А. Н., 2015 УДК 624.01
ПОТЕРЯ ПРОЧНОСТИ, ЖЁСТКОСТИ, УСТОЙЧИВОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Е. В. Логинова, В. В. Красиков
Хакасский государственный университет им. Н. Ф. Катанова
В статье рассмотрены прочностные характеристики строительных конструкций зданий и сооружений.
Ключевые слова: аварийные ситуации, предварительное состояние, авария, потеря, прочность, жёсткость, устойчивость.
Для вывода о безопасности работы сооружения в процессе проектирования и эксплуатации зданий и инженерных сооружений обычных расчетов на прочность бывает недостаточно: также необходимо учитывать жёсткость и устойчивость конструкций, решая задачи сопротивления материалов.
Надёжность конструкций обеспечивается правильным сопряжением конструкций при совместной правильной работе элементов.
К аварийному состоянию конструкций приводит совокупность различных причин: ошибки при проектировании, нарушение технологии изготовления и монтажа строительных конструкций, низкое качество материалов, применяемых для несущих конструкций, несоблюдение правил эксплуатации зданий и сооружений - как следствие, нарушение целостности каркаса здания или сооружения.
Аварийные ситуации зачастую сопровождаются ранениями, гибелью людей и наносят значительный экономический ущерб. Аварии строительных конструкций редко происходят внезапно. Практически во всех случаях можно отследить ряд предпосылок случившегося. Если своевременно заметить признаки, возможно вовремя принять упреждающие, профилактические меры, тем самым сохранив не только материальные ценности, но и жизнь и здоровье людей.
Рассматривая термин «авария» [2], необходимо разделить понятия «предаварийное состояние» и «аварийное состояние».
Предаварийным состоянием будем называть такое состояние конструкций, когда в случае продолжения неблагоприятных воздействий (неравномерная осадка фундамента, перепады температуры, агрессивность среды и т. п.) может произойти авария конструкции. Под аварийным состоянием подразумевается такое состояние конструкции здания или сооружения, при котором с большой степенью вероятности в ближайщее время можно ожидать его аварию.
Авария строительных конструкций возможна из-за наличия в них скрытых дефектов в результате хрупкой работы конструкции, когда разрушение происходит без предварительных сильных деформаций. В этом случае установить факт наличия аварийного состояния конструкций очень сложно, но в большинстве случаев аварии конструкции предшествуют развитие больших деформаций, появление и раскрытие трещин и другие видимые признаки аварийного состояния.
В ряде пособий и инструкций по обследованию строительных конструкций рекомендуется при снижении несущей способности конструкции более чем на 50 % считать такое состояние аварийным или даже говорить об их полном разрушении. Следует заметить, что аварийное состояние зависит не только от несущей способности конструкции, но и от усилий, вызванных внешними воздействиями. Обрушение конструкции может произойти и при меньшем снижении её несущей способности. Если конструкция обрушилась, значит, она полностью исчерпала свою фактическую несущую способность [1; 2; 3].
Правильность заключения, сделанного на основании выводов по обследованию состояния конструкций, в значительной степени зависит от квалификации специалиста. Поэтому важность знаний и умений своевременно выявить признаки аварийных состояний конструкций очевидна (см. табл.).
При подготовке специалистов преподавателями, как правило, главное внимание уделяется причинам и последствиям аварийных ситуаций, в связи с этим инженерно-технические работники, встретившись даже с явным признаком аварийности конструкций, не всегда способны предупредить аварийную ситуацию.
