Вплив ексцентриситету на роботу стиснутих елементів в каркасі будівлі з ЛСТК Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 624.014: 693.977

М. В. САВИЦЬКИЙ, О. Г. З1НКЕВИЧ (Придншровська державна академiя будiвництва i архiтектури, Дншропетровськ), А. М. З1НКЕВИЧ (Д11Т)

ВПЛИВ ЕКСЦЕНТРИСИТЕТУ НА РОБОТУ СТИСНУТИХ ЕЛЕМЕНТ1В В КАРКАС БУД1ВЛ1 З ЛСТК

Отримаш залежносп характеристик редукованих перер1з1в сталевих тонкостшних профшв ввд величини ексцентриситету прикладення стискаючого зусилля. Виконано оцшку значимосп впливу додаткового екс-центриситету (виникаючого внаслвдок змщення центральних осей перер1зу при редукуванш) та можлив1сть його врахування для певних задач шляхом введення коефщенту.

Ключовi слова: каркаси з легких стальних конструкцш, стальш тонкостшш холодногнут профш, реду-кування перер1з1в

Вступ

Застосування легких сталевих тонкостшних конструкцш (ЛСТК) дозволяе отримати доста-тньо ефективш ршення з1 зведення малоповер-хових бущвель та надбудов завдяки високш технолопчност та заводськш готовносп, малш трудомюткост1. Немалозначним фактором е невелика власна вага конструкцш (для стш { перекритпв 40...90 кг/м2), що найбшьш важли-во для надбудов при реконструкцп будинюв.

Зважаючи на це, в Укра!ш все бшьше виро-бниюв пропонують на ринку досить широку номенклатуру сталевих тонкостшних холодно-гнутих оцинкованих профшв.

Проте, ряд фактор1в заважае широкому впровадженню ще! технологи. Зокрема, вщсут-шсть в достатнш кшькосп нормативно! та до-вщково! шформаци, необхщно! проектувальни-ку для розрахунку таких конструкцш, а також, висока вартють спещал1зованого програмного забезпечення.

Постановка проблеми

Найчаспше каркаси з1 сталевих тонкостш-них холодногнутих профшв утворюються 1з шаршрно з'еднаних елемент1в - вузлов1 момен-ти не виникають, але, у той же час, у бшьшосп випадюв стискаюч1 зусилля в стшових елемен-тах прикладаються з ексцентриситетами або д1ють разом з поперечними навантаженнями, яю викликають у перер1зах згинальш моменти. Елементи працюють як позацентрово стиснут або стиснуто згинальш.

Норми проектування [1] передбачають роз-рахунок редукованих характеристик перер1зу в залежност вщ розподшу напружень в його елементах. Це в свою чергу передбачае ¡тера-цшний процес, на кожному крощ якого змшю-

ються характеристики перер1зу 1 в1дпов1дно ро-зподш напружень.

Оскшьки при позацентровому прикладенш навантаження напруження по перер1зу розпод1-ляються нер1вном1рно, тсля редукування пере-р1з С-профшю втрачае симетричшсть щодо по-чаткового центру ваги. При несиметричнш змь ш геометричних характеристик перер1зу вщбу-ваеться змщення центральних осей перер1зу (рис. 1), що у свою чергу призводить до появи додаткового ексцентриситету { згинаючого моменту. Врахування додаткового ексцентриситету вимагае значного збшьшення кшькосп ¡те-рацш для оцшки геометричних характеристик редукованого перер1зу.

Рис. 1. Змщення центральних осей редукованого перер1зу при позацентровому стиску

Розрахунок елеменпв конструкцш з такими особливостями роботи без застосування спеща-л1зованих програмних комплекс1в являеться достатньо гром1здкою задачею.

Мета роботи

Мета роботи полягала у виявленш залежно-стей змши геометричних характеристик реду-

© Савицький М. В., Зшкевич О. Г., Зшкевич А. М., 2012

кованого перер1зу в1д величини ексцентрисите-ту. Оцшювалась значимють впливу додатково-го ексцентриситету та можливють його враху-вання для певних задач (розрахунок елеменпв каркасу малоповерхових буд1вель) шляхом вве-дення коефщ1енту, що дало б можливють зме-ншити трудомюткють розрахунюв без викорис-тання спещал1зованого програмного забезпе-чення.

Вплив ексцентриситету на характеристики перерiзу

Вплив величини ексцентриситету на характеристики редукованого перер1зу оцшювався на приклад1 профшв КСЦ 140-1.2 [2]. Схеми перер1зу профшю без редукування та редукованого перер1зу при позацентровому стиску наведет на рис. 2.

Рис. 2. Схеми перер1зу профшю КСЦ 140-1.2 без редукування та при позацентровому стиску (товщини наведеш в мм)

Розглядалися напружеш стани перер1з1в для значення стискаючо! поздовжньо! сили N = 20 кН та декшькох значень згинаючого моменту М (прийнят зусилля характерш для елеменпв каркасу малоповерхово! буд1вл1 [3]).

Залежносп характеристик редукованого пе-рер1зу вщ величини вщносного ексцентриситету тх наведеш в табл. 1 та на рис. 3.

Таблиця 1

Характеристики иерер1зу профшю КСЦ 140-1.2 при змш1 величини згинаючого моменту

а Значення характеристик редукованого перер1зу при величин в1дносного

ист л е л ексцентриситету тх

ис р е о1 п 0 1,1 1,5 2,6

акт ар X и о с (N=20 кН, М=0 кНм) (N=20 кН, М=0,9 кНм) (N=20 кН, М=1,2 кНм) (N=20 кН, М=2,0 кНм)

АеЛ , см2 2,92 2,88 2,831 2,769 2,6

4 , 4 см 85,1 84,6 82,24 79,86 75,09

1у , 4 см 6,94 6,92 6,57 6,24 5,63

х0 , см 1,17 1,18 1,14 1,1 1,07

У0, см 6,94 6,92 6,8 6,67 6,37

Ах, см - -0,01 0,03 0,07 0,1

Ау, см - 0,02 0,14 0,27 0,57

Примггка. х0 - абсциса центру ваги, у0 - ордината центру ваги перер1зу.

0.850

хс

0.800

АеЯ |у

Wy Wz

Вплив додаткового ексцентриситету на роботу елемента каркасу

Найбшьший вплив на роботу елемента мае величина додаткового ексцентриситету, що ви-никае в площиш дп моменту (ексцентриситету прикладення зовшшшх зусиль). Залежнють величини додаткового ексцентриситету еп вщ ексцентриситету прикладення навантаження наведена на рис. 4.

Рис. 3. Залежносп змши характеристик редукованого перер1зу при змш величини вшносно-го ексцентриситету для профшю КСЦ 140-1.2:

Xп - характеристика повного перер1зу, Х^ - характеристика редукованого перер1зу

Для виявлення значимосн впливу додаткового ексцентриситету на несучу здатнють (стшкють) елеменнв каркасу анал1зувалися по-зацентрово стиснун елементи (профш КСЦ 140-1.2) з р1зною величиною ексцентри-

1.000

0.950

0.900

0.750

0.700

3

т

X

ситету прикладення навантаження (згинаючого моменту).

mx

Рис. 4. Додатковий ексцентриситет вп ввд змщення

осей редукованого перер1зу при змш ексцентриси-тету прикладення навантаження

Розглядалась робота стшки й ексцентриситет у площиш бшьшо1 жорсткосп. Передбача-еться, що в площиш меншо1 жорсткосп (площиш обшивки сини або перекриття) несуча здатшсть забезпечуеться розкршленням елеме-нту обшивкою (шдбором кроку з'еднань з обшивкою) [4].

Виявлялися гранична розрахункова довжина елемента, при якш збершаеться стшкють у ви-падку прикладення розглянутого навантаження, а також ощнювалися максимальш напруження в перер1з1 для стшки довжиною I f = 300 см

при тих же навантаженнях. Отримано залежно-сн розглянутих величин з врахуванням та без врахування виникаючого додаткового ексцент-риситету при редукуванш перер1з1в.

Отримаш залежност гранично1 розрахунко-во1 довжини та напружень в перер1з1 за результатами розрахунку профшю КСЦ 140-1.2 наведет на рис. 5 та в табл. 2.

Таблиця 2

Гранична розрахункова довжина i напруження в nepepi3i елемента довжиною 3 м при змМ вщнос-ного ексцентриситету

Lefu , м с max , MPa

M, кНсм тх, e cmax = Ry У c V = 300 см

ъ e = ex см

e = ex e = ex + en e = ex e = ex + en

20 0 0 0 7,95 7,95 85,4 85,4

20 90 1,09 4,5 6,65 6,6 159,5 161,7

20 120 1,50 6 5,4 5,25 190,6 195,2

20 200 2,60 10 2,6 2,2 285 297

а)

б)

Рис. 5. Залежносп гранично1 розрахунково1 довжини (а) i напружень в перер1з1 елемента довжиною 3 м (б) при змш ввдносного ексцентриситету для профшю КСЦ 140-1.2

Висновки

З отриманих результанв видно, що додатковий ексцентриситет, який виникае внаслщок змiщення центральних осей перерiзу при його редукуваннi, незначно впливае на несучу здатшсть (стшкють) елеменнв у розглянутому дiа-пазонi розрахункових довжин i зусиль, харак-терних для малоповерхових будинюв.

Збiльшення напружень у перерiзi елемента довжиною 3 м для розглянутих сполучень зу-силь (профш КСЦ 140-1.2) не перевищуе 5 %, що може бути враховано вщповщним знижен-ням розрахункового опору матерiалу профiлю на 5 % (коефщент 0,95).

Б1БЛЮГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК

1. Eurocode 3 Design of steel structures. EN 1993-1-3 : 2004 [Текст]: Part 1-3: General rules. Supplementary rules for cold-formed members and sheeting. Stage 34. CEN. European Committee for Standardisation.

2. ТУ У В.2.6- 27.3-02070772-001:2009 [Текст]: Профш холодногнуп з тонколистово1 оцинковано! сталг Техшчш умови.

3. Савицкий, Н. В. Анализ работы элементов каркасов малоэтажных зданий из тонкостенных хо-лодногнутых профилей [Текст] / Н. В. Савицкий, О. Г. Зинкевич, А. Н. Зинкевич // Сб. научн. тр.: Строительство. Материаловедение. Машиностроение., Вып. № 48. ч. 2. - Дн-ск: ПГАСА, 2009. - С. 214-218.

4. Савицкий, Н. В. Влияние жесткости обшивки на расчетную длину сжатой стойки каркаса из

ЛСТК между узлами закрепления [Текст] / Н. В. Савицкий, О. Г. Зинкевич, А. Н. Зинкевич // Вюник Дшпропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iM. акад. В. Лазаряна. - Вип. 32. - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2010. - С. 115-117.

Надшшла до редколеги 29.02.2012. Прийнята до друку 22.03.2012.

Н. В. САВИЦКИЙ, О. Г. ЗИНКЕВИЧ (Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, Днепропетровск), А. Н. ЗИНКЕВИЧ (ДИИТ)

ВЛИЯНИЕ ЭКСЦЕНТРИСИТЕТА НА РАБОТУ СЖАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В КАРКАСЕ ЗДАНИЯ ИЗ ЛСТК

Получены зависимости характеристик редуцированных сечений стальных тонкостенных профилей от величины эксцентриситета приложения сжимающего усилия. Выполнена оценка значимости влияния дополнительного эксцентриситета (возникающего вследствие смещения центральных осей сечения при редуцировании) и возможность его учета для определенных задач путем введения коэффициента.

Ключевые слова: каркасы из легких стальных конструкций, стальные тонкостенные холодногнутые профили, редуцирование сечений

N. SAVITSKY, O. ZINKEVYCH (Prydniprovs'ka State Academy of Civil Engineering and Architecture, Dniepropetrovsk), A. ZINKEVYCH (Dniepropetrovsk National University of Railway Transport)

ECCENTRICITY INFLUENCE ON WORK OF THE LIGHTWEIGHT STEEL FRAMING BUILDINGS' COMPRESSED ELEMENTS

Dependences of compression load eccentricity on steel cold-formed elements cross-section's reducing were received. The estimations of additional eccentricity's influence (caused by displacement of the central axes after cross-section's reducing) and an opportunity of its account by factor's introduction were carried out.

Keywords: lightweight steel framing, steel cold-formed thin gauge members, CToss-section's reduce