Структурна металева конструкція покриття з новою формою просторової чарунки

Размещено на http://www.allbest.ru/

СТРУКТУРНА МЕТАЛЕВА КОНСТРУКЦІЯ ПОКРИТТЯ З НОВОЮ ФОРМОЮ ПРОСТОРОВОЇ ЧАРУНКИ

Сіянов О.І., к.т.н., доцент (Вінницький національний технічний університет, м. Вінниця)

Запропоновано раціональне технічне рішення структурної металевої конструкції покриття, складовим компонентом якого є нова форма просторової чарунки. На конкретному прикладі досліджено поведінку запропонованого варіанта конструкції покриття і отримані практичні дані про параметри і закономірності напружено-деформованого стану для цієї системи. Виконано аналіз отриманих результатів, на підставі якого зроблено припущення про можливість застосування такої конструкції в реальній практиці будівництва.

Завдяки позитивним якостям, до яких відноситься міцність, легкість, економічність і архітектурна виразність, структурні металеві конструкції покриття застосовуються для будь-яких об'єктів, де потрібне перекриття великих площ. Це і промислові і цивільні і сільськогосподарські будівлі значних розмірів у плані, для яких просторові конструкції покриття є оптимальним варіантом в порівнянні з плоскими конструктивними рішеннями. При цьому вибір тієї чи іншої форми просторової конструкції повинен бути обгрунтований на підставі даних проведених досліджень з обов'язковим виділенням основних факторів, які впливають на отримання оптимального варіанта. Іншими словами в кожному конкретному випадку потрібен ретельний аналіз всіх можливих конструктивних форм, які рекомендуються для широкого застосування на практиці. У зв'язку з цим виникає серйозне питання про вибір правильної форми конструкції покриття із великої кількості наявних варіантів.

Значний внесок у розвиток теорії формоутворення структурних металевих конструкцій покриттів, що пов'язано з великим обсягом теоретичних і експериментальних досліджень, зроблено цілою кагортою відомих учених. Серед них особливої уваги заслуговують роботи Є.І. Беленя, Я. Брудки, В.М. Гордєєва, Є.В. Горохова, М.М. Жербіна, І.М. Лебедича, Л.Н. Лубо, М.П. Мельникова, В.О. Пермякова, В.І. Трофімова, І.С. Холопова, В.М. Шимановського 1-5 та ін.

Практично кожна з цих робіт передбачає використання нових матеріалів, профілів, видів вузлових з'єднань, форм просторових чарунок, що пов'язано із зменшенням всіх видів витрат.

Однак вагомим фактором в отриманні економічного варіанта являється правильний вибір оптимального конструктивного рішення укрупненого компонента - модуля, який визначає місця розташування елементів в системі покриття і формує розподіл матеріалу, а відтак істотно впливає на витрати і вартість покриття.

Під час розробки такого варіанта технічного рішення ставилась мета знизити матеріалоємкість, а відповідно і вартість об'єктів в порівнянні з існуючими типовими проектами. На конкретному прикладі планувалось дослідити поведінку запропонованого варіанта конструкції покриття і отримати та проаналізувати дані про параметри і закономірності напружено-деформованого стану системи, що можливо дасть підстави рекомендувати такі конструкції для використання в реальній практиці будівництва.

В даній статті запропонована структурна металева конструкція покриття, складовою частиною якої є укрупнений компонент - модуль 6 (рис. 1).

Таке рішення (далі нова форма просторової чарунки) може з успіхом застосовуватись в конструкціях прямолінійного і криволінійного обрису в плані у вигляді великих плоских структурних або опуклих (угнутих) поверхонь, що може бути використано для покриттів над трибунами стадіонів, а також для перекриття виставкових залів, павільйонів, торгових центрів, ангарів, критих стоянок автотранспорту.

Особливо слід відмітити можливість застосування нової форми просторової чарунки для конструкцій стін будівель і споруд, як окремим елементом, який покривається облицювальним матеріалом, так і заповнювачем поверхні стінової огорожі.

Для опису запропонованого конструктивного рішення надана інформація про геометрію, місця розташування елементів і особливість їх з'єднань в системі покриття.

В загальному вигляді нова форма просторової чарунки структурної металевої конструкції покриття являє собою правильну призму, в вертикальних гранях якої поставлені розкоси, які послідовно сходяться в двох верхніх і двох нижніх вузлах. Елементом підкріплення призми є внутрішній розкіс, який з'єднує верхній і нижній пояса. Послідовне з'єднання чарунок в потрібних напрямках утворює просторову конструкцію покриття для будь-яких малих, середніх чи великих архітектурних форм.

Розрахунок такої конструкції покриття виконується з використанням відомих прикладних програмних продуктів 7-12 на підставі попередньо підготовлених даних про елементи, вузли, навантаження і умови опирання. Оцінка експлуатаційних якостей покриття здійснюється на підставі отриманих параметрів і закономірностей напружено-деформованого стану конструкції за спеціально розробленою методикою (рис. 2).

Для ілюстрації роботи покриття, утвореного шляхом використання нової форми просторової чарунки проведений розрахунок конкретного варіанта, який застосовується на практиці для об'єкта АЗС (рис. 3).

Система, яка прийнята до розгляду, встановлена на шести опорах і дозволяє перекривати площу розміром 27,18,9 м. Конструкція складається із 96-ти просторових чарунок, 40 з яких безпосередньо прилягають до осей симетрії в поздовжньому (28) і поперечному (12) напрямках, а інші 56 чарунок, які зосереджені в чвертях покриття заповнюють решта площі конструкції. Чарунки, які розташовані на краях поперечного напрямку і біля осей симетрії у зв'язку з прив'язуванням до опор, істотно зменшені. Опори поставлені в шаховому порядку на деякій відстані від контура і орієнтовані уздовж довгої сторони покриття (рис. 4).

Для утворення жолобу внутрішнього водостоку в поперечному напрямку трохи змінена форма чарунок (рис. 5, а). Змінювання виконано шляхом повороту верхнього пояса в поперечному напрямку на кут 20 ^о до горизонту. Завдяки цьому створений нахил 5 %. Максимальна товщина покриття на контурі прийнята 0,8 м, а мінімальна - в вертикальних елементах чарунок, які прилягають до поздовжньої осі симетрії 0,56 м. В цьому місці нахил верхнього пояса до горизонту склав 22 %. Іншій (поздовжній) профіль прийнятий без зміни верхнього поясу (рис. 5, б).

Поведінка конструкції покриття досліджувалась для шарнірно-стержневої розрахункової моделі. Система завантажувалась повним по всій поверхні вузловим навантаженням, процес визначення якого для 28-ми вантажних площ проводився із розрахунку 3 кН/м². Первісний розрахунок передбачав всім елементам призначити трубчастий профіль однакового перерізу розміром 704 мм. Кріплення конструкції до опор забезпечувало шарнірно-нерухомий зв'язок.

Визначення параметрів і закономірностей напружено-деформованого стану проводилось на підставі отриманих мозаїк зусиль і переміщень шляхом розрахунку запропонованого варіанта конструкції покриття за програмою Лира-Windows 9.2 7.

Кольорова гама мозаїки зусиль дозволила отримати повну інформацію про завантаженість кожного елемента в системі покриття. Як і передбачалось, із оцінки конструктивної схеми, рівномірний розподіл зусиль зафіксовано на контурі. Найбільш завантаженими виявились елементи, які розташовані в середній частині покриття і по мірі наближення до країв і кутових точок контура, зусилля в елементах зменшувались. Максимально стиснутими елементами виявились стояки (), які обперті на центральні опори, а максимально розтягнутими - розкоси (), які сходяться з опорними стояками в верхніх вузлах, і хоча на значній відстані від центральних опор, але не поблизу крайніх опорних закріплень. Така картина розподілу зусиль пояснюється консольною формою конструктивного рішення і шаховим розташуванням шести опор.

металевий конструкція будівля покриття

Зміна форми конструкції покриття оцінювалась за мозаїкою переміщень. Як і очікувалось, на підставі аналізу розташування опор, значні вертикальні переміщення вузлів зафіксовані в контурних точках на довгих сторонах покриття. Причому максимальні значення прогинів знайдені в двох кутових вузлах, які розташовані по різні боки від поздовжнього і поперечного напрямків і склали Решта два кутових вузла отримали вигин, зворотний прогину зі значенням

Слід також відмітити, що великий розкид в величинах вертикальних переміщень вузлів має місце в крайніх чарунках, що пояснюється деякою віддаленістю вузлів від опорних стояків. Ближче до середини конструкції покриття спостерігається зниження подібного роду відхилень.

Отже, на підставі всього вищевикладеного можна зробити висновок про те, що картина отриманих даних про параметри і закономірності напружено-деформованого стану відображає реальну поведінку конструкції під навантаженням. Зафіксовані максимальні значення зусиль і переміщень являються цілком допустимими і відповідають прийнятому конструктивному рішенню. Запропонована форма просторової чарунки може бути з успіхом застосована на практиці у вигляді нового перспективного компонента структурної металевої конструкції покриття.

Література

1. Брудка Я., Лубинськи М. Легкие стальные конструкции.М.: Стройиздат, 1974.342 с.

2. Лубо Л.Н., Миронков Б.А. Плиты регулярной пространственной структуры.Л.: Стройиздат, 1976.105 с.

3. Мельников Н.П. Металлические конструкции за рубежом.М.: Стройиздат, 1971.399 с.

4. Трофимов В.И., Бегун Г.Б. Структурные конструкции (Исследование, расчет и проектирование).М.: Стройиздат, 1972.272 с.

5. Оптимальное проектирование пространственных решетчатых покрытий / В.Н. Шимановский, В.Н. Гордеев, М.Л. Гринберг.К.: Будівельник, 1987.224 с.

6. Патент 58064 України, МПК 7 Е04С3/08. Просторовий блок покриття / Сорочан В.Л. (Україна). № 2002097186; Заявл. 04.09.2002; Опубл. 15.02.2005. Бюл. № 2.4 с.

7. Пакет прикладных программ “Лира-Windows 9.2”.-К., НИИАСС, 2002.

8. Городецкий А.С., Медведенко Д.В. Подсистема создания чертежей стадии КМ - ЛИРА-КМ // Металлические конструкции: взгляд в прошлое и будущее: Сб. докладов VІII Украинской науч.-техн. конф.-Часть 2.-Киев: Изд-во “Сталь”, 2004.-С. 175-185.

9. Карпиловский В.С., Криксунов Э.З. Опыт использования интегрированной системы SCAD Office в расчетах и проектировании стальных конструкций // Металлические конструкции: взгляд в прошлое и будущее: Сб. докладов VІII Украинской науч.-техн. конф.-Часть 2.-Киев: Изд-во “Сталь”, 2004.-С. 161-174.

10. Beer, F.P. and Russell Johnston, E., Mechanics of materials, McGraw-Hill, 1981.

11. Hibbeler, R.C., Mechanics of materials, Second edition, Prentice Hall, 1994. 12. Shigley, J.E. and Mischke, C.R., Mechanical Engineering Design, Fifth edition, McGraw-Hill, 1989.

Размещено на Allbest.ru