CC BY
1УДК 624.011
ТРАПЕЦИЕВИДНЫЕ ПЛИТЫ НА ДЕРЕВЯННОМ КАРКАСЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Нестеренко Максим Алексеевич, магистрант, направление подготовки 08.04.01 Строительство, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: nesterenko_m_a@mail.ru
Научный руководитель: Жаданов Виктор Иванович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой строительных конструкций, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: organ-2003@bk.ru
Аннотация. Расширение в России производственной базы клееных деревянных конструкций определяет крупномасштабное применение древесины в строительстве, особенно - в малоэтажном. Для зданий со сложным планом при панельной технологии возведения объектов требуется применение трапециевидных конструкций. Такие полносборные элементы позволяют возводить здания с высокими архитектурно-эстетическими качествами за счет конфигурации покрытий в плане в виде круга, эллипса и т. п. Но в нормативно-технической документации нет четких рекомендаций по расчету предоставленных плит, что обуславливает актуальность и новизну разработки данных рекомендаций. Экспериментальным исследованиям подвергнута трапециевидная совмещенная ребристая плита, разработанная в научно-исследовательском центре мониторинга зданий и сооружений ОГУ, с целью выявления особенности её работы под нагрузкой. Результаты экспериментальных исследований, приведенных в данной статье, свидетельствуют о том, что разработка специальной методики для расчета трапециевидных плит необходима.
Ключевые слова: трапециевидная плита, экспериментальные исследования, фанерная обшивка, основные ребра, поперечные ребра, нагрузка.
Для цитирования: Нестеренко М. А. Трапециевидные плиты на деревянном каркасе и перспективы их применения в строительстве // Шаг в науку. - 2021. - № 1. - С. 90-93.
TRAPEZOIDAL SLABS ON A WOODEN FRAME AND THE PROSPECTS FOR THEIR APPLICATION IN CONSTRUCTION
Nesterenko Maxim Alekseevich, post-graduate student, training program 08.04.01 Construction, Orenburg State
University, Orenburg
e-mail: nesterenko_m_a@mail.ru
Research advisor: Zhadanov Viktor Ivanovich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Building Structures, Orenburg State University, Orenburg e-mail: organ-2003@bk.ru
Abstract. The expansion of the production base of glued timber structures in Russia determines the large-scale use of timber in construction, especially in low-rise buildings. For buildings with a complex plan, with panel technology for the construction of objects, the use of trapezoidal structures is required. Such prefabricated elements make it possible to erect buildings with high architectural and aesthetic qualities due to the configuration of the coatings in the plan in the form of a circle, ellipse, etc. But in the regulatory and technical documentation there are no clear recommendations for calculating the provided plates, which determines the relevance and novelty of the development of these recommendations. A trapezoidal combined ribbed slab developed at the research center for monitoring buildings and structures of OSU in order to identify the features of its operation under load was subjected to experimental research. The results of the experimental studies presented in this article indicate that the development of a special technique for calculating trapezoidal plates is necessary.
Key words: trapezoidal plate, experimental research, plywood sheathing, main ribs, transverse ribs, load.
Cite as: Nesterenko, M. A. (2021) [Trapezoidal slabs on a wooden frame and the prospects for their application in construction]. Shag v nauku [Step into science]. Vol. 1, рр. 90-93.
Рост строительства малоэтажных зданий и сооружений, сопровождаемый соответствующим совершенствованием технологических процессов,
предопределяет обоснованный выбор конструкционных материалов, более эффективное использование их прочностных и деформационных ха-
рактеристик. В настоящее время особое внимание в малоэтажном строительстве уделяется деревянным конструкциям в целом и деревянным панельным технологиям в частности. К их преимуществам относится: экологическая чистота, использование крупноразмерных монтажных элементов, совмещение несущих и ограждающих функций, возможность унификации при широкой номенклатуре интересных архитектурных форм [3, 4]. Легкая унификация сборных элементов совмещенных плит покрытия по их технологическим качествам позволяет существенно снизить стоимость строительства объектов в целом [5]. При этом высокие архитектурно-эстетические качества строительных объектов диктуют нестандартные в плане конфигурации здания и сооружения - круглые, эллип-
совидные, многоугольные, с выступающими от основного габарита частями и т. п. В этих случаях появляется необходимость использовать в покрытиях и перекрытиях трапециевидные полносборные элементы [1, 2]. Однако до настоящего времени в нормативно-технической литературе нет конкретных рекомендаций по их расчёту. Ввиду этого, разработка данных рекомендаций является актуальной задачей и заключается в повышении конкурентоспособности изучаемых деревянных конструкций и расширении области их применения на практике в малоэтажном деревянном строительстве. В научно-исследовательском центре мониторинга зданий и сооружений ОГУ предложена полносборная ребристая плита на деревянном каркасе с трапециевидным планом (рисунок 1).
Рисунок 1. Предложенные технические решения полносборных плит с трапециевидным планом 1 - продольные несущие ребра; 2 - поперечные вспомогательные ребра; 3 - обшивка из OSB или фанеры; 4 - диафрагмы жесткости
Экспериментальные исследования являются основной базой при разработке проектных методов расчёта. Они позволяют проверить первоначальные гипотезы и предположения, отработать технологические аспекты, определить эмпирические зависимости и, при необходимости, поправочные коэффициенты [6]. Для исследования особенностей напряженно-деформированного состояния предложенных технических решений полносборных плит с трапециевидным планом были проведены экспериментальные исследования. К таким особенностям в сравнении с традиционными конструкциями с прямоугольным планом относятся:
- изменение погонной эксплуатационной распределенной нагрузки по закону трапеции в трапециевидных плитах по длине пролета;
- изменение высоты основных ребер по длине пролета, например, для обеспечения нужного уклона кровли;
- изменение геометрических характеристик расчетных сечений и доли участия обшивок в общей работе конструкции по длине пролета;
- учет переменности геометрических параметров в расчетах по прочности и жесткости.
Экспериментальные исследования проведены на крупноразмерных моделях пролетом L = 3,0 м с шириной 0,5 м и 1,5 м на узкой и широкой опорах соответственно. Эти модели геометрически подобны натурным конструкциям с расчетным пролетом L = 6,0 м. Такой подход вызван условиями испытательной лаборатории НИЦ МЗС ОГУ Основные размеры опытных плит составили: толщина обшивки из фанеры ФСФ сорта В/ВВ - 10 мм; толщина обшивки из OSB класса - 2-10 мм; размеры основных ребер в поперечном сечении - 46х 146 мм.
Для исключения влияния напряжений от изгиба на степень участия обшивок в общей работе системы эксперимент проводили при условии приложения внешней нагрузки только к продольным ребрам. Это было реализовано при помощи П-образных загрузочных щитов. Такой способ позволил точно определить значения редукционных коэффициентов в обшивках, характеризующих эффективность их работы под нагрузкой [7]. Экспериментальные исследования проведены для положений опытных конструкций - с обшивкой в верхней сжатой и в нижней растянутой зонах1. Общий вид образца и момент его испытания показаны на рисунке 2.
а)
б)
Рисунок 2. Опытная конструкция перед началом испытаний (а) и загружение экспериментального образца расчетной нагрузкой (б)
В результате выполненных экспериментальных исследований крупноразмерных моделей выявлены следующие факты:
1. Фактические значения редукционного коэффициента, характеризующего эффективность работы обшивки на восприятие внешних нагрузок, для фанеры (для OSB) составили: у узкого края -К = 0,72 (0,65); в середине пролета - К = 0,45 (0,40); у широкого края - К = 0,28 (0,25). Фактическую степень неравномерности распределения нормальных напряжений в обшивках необходимо учитывать
при определении геометрических характеристик расчётных сечений в методике расчета трапециевидных плит.
2. Независимо от материала обшивки доля её участия в общей работе конструкции одинакова в случае расположения обшивки как по верхней грани конструкции, так и по нижней грани основных несущих ребер (коэффициенты эффективности работы обшивок отклоняются не более, чем на 5%).
3. Экспериментальные значения растягивающих и сжимающих нормальных напряжений выявлены
Рекомендации по испытанию деревянных конструкций. М.: Стройиздат, 1976. - 28 с.
на расстоянии 0,65L от опоры в узкой части. Это является характерным отличием трапециевидных элементов от аналогичных прямоугольных конструкций, у которых такие напряжения находятся строго в середине пролета.
4. При нормативной нагрузке прогиб главных ребер в центре пролета составил 4,6 мм (трапециевидная плита с фанерной обшивкой) и 5,1 мм (трапециевидная плита с обшивкой из OSB), что составляет 1/625L и 1/588L соответственно). По-
лученные значения прогибов не соответствуют теоретическим величинам, рассчитанным по стандартной методике, приведенной в [8] (теоретические значения превышают экспериментальные величины на 22%).
5. Для объективного назначения размеров поперечных сечений несущих элементов плиты необходима разработка нормативной методики, учитывающей особенности напряженно-деформированного состояния рассмотренного типа конструкций.
Литература
1. Гребенюк Г. И. Оптимизация параметров большеразмерных ребристых плит на основе древесины / Г. И. Гребенюк, Е. В. Яньков // Проблемы оптимального проектирования сооружений: сб. докл. У-го Всеросс. семинара. - Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2005. - С. 110-119.
2. Дмитриев П. А. Новые конструктивные решения крупноразмерных плит на основе древесины / П. А. Дмитриев, Г. И. Гребенюк, В. И. Жаданов [и др.] // Вестник ОГУ - 2004. - № 2.- С. 177-181.
3. Жаданов В. И. Влияние конструктивных особенностей совмещенных ребристых деревянных плит на их напряженно-деформированное состояние / В. И. Жаданов, Е. В. Тисевич, Д. А. Украинченко // Вестник МГСУ - 2013. - № 5. - С. 35-42.
4. Жаданов В. И. Способы повышения эффективности крупноразмерных плит с деревянной обшивкой / В. И. Жаданов, А. Ф. Рожков, С. В. Деордиев // Вестник ОГУ - 2005. - № 10-2 (48).- С. 136-139.
5. Инжутов И. С. К проблеме малоэтажного домостроения в Сибири / И. С. Инжутов, А. Ф. Рожков, В. М. Никитин // Вестник ТГАСУ - 2007. - № 1. - С. 75-81.
6. Кириленко В. Ф. К вопросу экспериментального определения коэффициента приведенной ширины обшивки трехслойных ребристых панелей / В. Ф. Кириленко, И. М. Линьков // Известия вузов. Строительство и архитектура. - 1982. - № 6. - С. 127-129.
7. Ренский А. Б. Руководство по тензометрированию строительных конструкций и материалов / А. Б. Ренский, Д. С. Баранов, А. И. Кочетов // Науч-исслед. инт. бетона и железобетона Госстроя СССР. -М. - 1971. - 313 с.
8. СП 64.13330.2017 Деревянные конструкции. Актуализированная редакция СНиП 11-25-80. - М.: Стандартинформ, 2017. - 96 с.
Статья поступила в редакцию: 10.05.2020; принята в печать: 19.01.2021.
Автор прочитал и одобрил окончательный вариант рукописи.
