автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Блок-фермы на основе древесины для покрытий зданий

с^ #

^ ^ Государственный комитет Российской Федерации ^ , по высшему образованию

Новосибирская государственная академия строительства

На правах рукописи

ИНЖУТОВ Иван Семенович

УДК 624.072.2:692.4

БЛОК-ФЕРМЫ НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСИНЫ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ ЗДАНИЙ

05.23.01 — Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Новосибирск — 1995

l\-i(>or;i выполнена в Красноярском пнженср>1 о- с гронтедьном . институте

официальные оппоненты.

- доктор технических наук, профессор, В. И. Травуш чл..-Kopp РЛСН

- доктор технических наук, профессор Р. Б. Орлович

- доктор технических наук, профессор Г. И. Гребенюх чл.-корр. международной All B1U России

Ведущая организация - Центральный научно-исследовательский институт легких конструкций (ЦНИИлегконструкция).

Защита состоится ______1У96 г. в часов

на заседании диссертационного Совета л 064.04.0 1 по присуждению ученой степени доктора технических наук в Новосибирской Государственной академии строительства по адресу: й.яооон, г. Новосибирск, ул. Ленинградская, 113, учебный корпус, аудитория 406.

Совет направляет Вам для ознакомления данный реферат и просит ваши отзывы и замечания в 2-х экземплярах, заверенные печатью, направить по указанному выше адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в (жЬлитеке НГАС.

Автореферат разослан ___Г2Х____14 9 6 г

Ученый секретарь диссертационного Совета, -чцидат технических наук, доцент

•4 /

А. А Колъзеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. современным чтап строи i [ с.льс тин ха-

рах)ери чуется все более во чрас lawnjeu нсоОхолпмост ьм V1 кч а peí гио-

нам.них условий, лес сибнрн м Дальнего Востока - елит ■ i не и II и и но-

чобновляемын природный ресурс. представляющий собой нал кII си ш 1111 ис-

ГОЧНИК сырья для СТроИТелЬСТВа.

однако, существующая элесь база по произволетву с I рои телышх конструкций ориентирован:!, главным образом, на их выпуск из желе-юбетона и стали. Расположенные здесь деревообрабатывающие заводы и комбинаты имеют возможность изготавливать конструкции только из цельной древесины. Следует чаметить, что в последние <"ли резко снизилась поставка строительству пиломатериалов с большими размерами поперечных сечении. Это негативно отразилось на применении известных, зарекомендовавших себя в практике, плоское тих деревянных конструкций.

Одним из путей преодоления указанных трудностей является создание и применение в строительной практике индустриальных пространственных конструкций блочного типа.

Отечественный и зарубежный опыт в области разработки новых эффективных типов покрытий зданий н сооружений имеет четко ныра-женную тенденцию на создание облегченных конструкций, совмещающих несущие и ограждающие функции, в том числе комплектов таких конструкции на здание или сооружение. Применение совмещенных конструкций покрытия позволяет существенно снизить трудоемкость монтажа и уменьшить расход основных строительных материалов.

Требованиям снижения массы и материалоемкости конструкций покрытий средних и больших пролетов, а также индустриализации их изготовления и монтажа укрупненными блоками отвечают пространственные совмещенные блок-фермы, имеющие верхние пояса в виде плит с деревянными, каркасами. Для средних пролетов такие конструкции могут быть запроектированы и выполнены из обычных пиломатериалов недефицитных сечений. Кроме зтого, блочные конструкции позволяют существенно сократить сроки строительства, упростить конструктивную схему зданий, улучшить условия труда линейных строительных рабочих.

Негативным фактором, тормозящим применение блочных конструкций. является отставание конструкторских н научных исследований в

•> |ОМ направлении. Например. хорошими ГСХКПКО- ^КОНОИНЧССКНМИ показателями обладают конструкции, « которых комбинируется фанера I целмюлеренинные элементы - крупноразмерные клеефанерные плиты I блоки на их псионе. Однако, сушествующие методы их расчет;! недостаточно достоверно отражикп условия совместной работы упомянуты) элементом Во многих случаях это приводит к несоответствию расчетных моделей реальному поведению конструкции при воздействии эксп-луа тационных нагрузок.

В связи с изложенным назрела необходимость в разработке принципов проектирования конструкции блочного типа на основе древесины, в усовершенствовании практического метода расчета крупноразмерных клеефанерных плит, поскольку в нормативных документах отсутствует сведения об их проектировании, в проведении конструкторской работы по созданию блоков При этом важное значение имеет накопление экспериментальных данных о фактической работе таких конструкции, их элементов и узлов, выполненных в натуральную величину. Последнее определено еще и необходимостью отработки и совершенствования технологии сборки и монтажа.

Таким образом, актуальность проблемы обусловлена:

I ) отсутствием системного полхода к формообразовании) и конструированию блок-ферм на основе древесины;

2) малочисленностью технических решении блок-ферм:

3) экономической эффективностью таких конструкций особенно для восточных регионов России;

4) необходимостью развития инженерного метода расчета крупноразмерных клеефанерных плит, в которой учитывались бы в комплексе силовые, геометрические и упругие физические параметры конструкции н материалов ее элементов.

Настоящее диссертационное исследование проведено автором в рамках планов научно-исследовательских работ Госстроя и Минвуза СССР: 0. Ц. 031, задание 03.0 1.07, -СТРОИТЕЛЬСТВО", а также госбюджетной научно-исследовательской работы кафедры строительные конструкций Красноярского инженерно-строительного института в соответствии с единым заказ-нарядом НИР Госкомвуза РФ.

Целью работы являлось- формулировка основных принципов системного подхода к формообразованию и конструировании! блок-ферм на основе древесины, их реализация в создании конкретных конструкций. развитие пето, а практического расчета блок-ферм с

5-

Верхними 11 ( 1 Я С ; I M 11 H НМЛС К [)у НПО |Ui'.íkU' pHUV к ле с фа lit |)1| UX ПЛИТ H il tlil H' полуаналнти чески x mcïoaoh u мксис риме m им ио-теоре ni чески x нсслс-лона H il il

I! рамках p;ic-1-мл гринаемой проблемы потребовалось решить следующие 3¡IA¡I4II.

I сформулировать принципы формообразования и конструирования блок-ферм на основе древесины, визирующиеся на анализе концепции создания комбинированных пространственны* конструкций из древесн-ны, железобетона, стали.

2. Разработать основные положения но реализации упомянутых принципов.

S. Выполнить опыiно-конструкторские разработки блок-ферм на основе как цельной, так и клееной древесины с различными техническими решениями верхних поясов и узловых соединений элементов лля пролетов от 12 до 96м.

4. Базируясь на принципе многоуровневой декомпозиции, провести численные исследования напряженно-деформированного состояния [>лок-фермы, как дискретно-континуальной ( пластинчато-стержневой ) системы.

5. Провести численные исследования напряженно-деформирован-юго состояния фанерной обшивки крупноразмерных плит с деревянным каркасом; изучить влияние свободной длины плиты, шага основных и вспомогательных ребер, толщины и степени ортотропности обшивки, :оотношения изгибающих моментов и продольных сжимающих сил на неравномерность распределения нормальных напряжений в обшивке. Обработать полученные результаты и представить их в виде графиков и фостых расчетных формул, удобных для практического применения.

6. Разработать метод практического расчета блок-ферм с верх-шми поясами Б виде крупноразмерных клеефанерных плит.

7. Провести комплексные экспериментальные исследования натур-|ых конструкций блок-ферм; изучить действительный характер их ра->оты.

Научная новизна:

- обоснована необходимость и сформулированы принципы систем-ого подхода к формообразованию и конструированию блок-ферм на ос-ове древесины; предложены способы реализации указанных принципов;

-f)-

- выполнены опытно-конструкторски!: разработки блок-ферм для широком) диапазона пролетов (от 12 до У(>м). иллюстрирующие технические решения узлов и элементов в зависимости от назначения конструкции п возможностей производственной базы;

- установлены закономерности влияния геометрических параметров конструкции, упругих свойств фанеры, а также вила напряженного состояния крупноразмерных клеефанерных плит на степень вовлечения о()Шпнки в оОшую работу;

- предложен прикладной метол расчета полного изгибающего момента в клеефанерных плитах, загруженных поперечной равномерно распределенной нагрузкой и эксцентрично приложенными продольными сжимающими силами;

- предложен экспериментально обоснованный метод многоуровневого практического расчета блок-ферм с верхними поясами в виде крупноразмерных клеефанерных плит;

- получены экспериментальные данные, отражающие действительную работу блок-фери, с различными конструктивными решениями верхних поясов.

Достоверность результатов работы подтверждается согласованностью данных о напряженно-деформированном состоянии блок-ферм, полученных в результате экспериментов,с основными положениями численных исследований, комплексным характером диссертации, пкеплуатационной пригодностью возведенных конструкций.

Практическое значение работы состоит Е том, что разработаны и апробированы в экспериментальном строительстве эффективные конструкции блок-ферм покрытий, предназначенных для отапливаемых и неотапливаемых зданий; разработан метод практических расчетов крупноразмерных клеефанерных плит, пригодный для создания блочных конструкций.

Внедрение результатов, объединением "Крас-ноярсккрайсельстрой" построены в Красноярском крае по переработанным институтом "Красноярскгипросовхоэс'грой" с применением блок-ферм типовым проектам тп 805-1-8 "Склад минеральных удобрений емкостью i south" одно здание пролетом 12м в Каратузском районе и лв< овчарни пролетом 18м по ТП 803-111 "Овчарня на 800 овцематок" i Новоееловском районе, в киси построен склад лаборатории строитель-

iiijx конструкции нроле lull 12м с покрытием 11 1 блок-ферм В красноярском политехническом институте при реконструкции учебшч о корпуса покрытие выполнено из блок-ферм с пролетами от 7. 5 ло 1- ^м

Инс тп гут а мп "К pa с ноя рек турист проект ■ и " Красноярск i и про сон-кочетрои" при привязке осуществлена переработка проектов с применением Покрытий из блок-ферм: "Столовая на lío мест с пищеблоком на 401) человек" и Til Х06-2-7 "Здание для основного стала и молодняка нутрий на IIHIX клеток". ЛО " Красноярс клеспроектстрой" ведется строительство лесопильного цеха.в нос. Высокогорский, в котором предусмотрено покрытие из трехгранных блок-ферм. Рабочие чертежи конструкций - переданы по запросам ЦНИИЭПонцепрому, объединениям "Целиноградсельстрой" и 'Томскоблсельстрой ", ЛО "Красноярскагро-промстрой". Предложения по совершенствованию раздела СНиП, регламентирующего проектирование элементов из древесины и фанеры, переданы в Ш1ИИСК им. В. А. Кучеренко.

Студентам специальности 29. 03 "Промышленное и i ражданское строительство" КИСИ автор читает специальный курс "Индустриальные блочные конструкции на основе древесины".

Апробация работы, основные положения н полученные результаты докладывались на семинарах и научно-техничеких конференциях кафедр строительной механики и- Строительных конструкций Красноярского ИСИ, кафедры конструкций из дерева и пластмасс Новосибирской государственной академии строительства /1981-1944 г г /, на научно-технических конференциях "Прогрессивные пространственные конструкции и перспективы их применения" /Свердловск, 1485 г. /, "Состояние, перспективы развития и применения пространственных конструкций" /Свердловск, 1989г./; на международной конференции "Дерево в строительных конструкциях" /Братислава-Кочевцы, 1 989 г. /, на международном симпозиуме "Проблемы развития пространственных конструкций из металла и дпепесины" /Одесса, 1995/.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано í's работы, в том числе одно авторское свидетельство, 12 информационных листков. Имеется 6 рукописных отчетов о научно-исследова-тельскон работе, зарегистрированных в отделе научно-технической информации. Подано три заявки на предполагаемое изобретение.

объем диссертации; диссертация состоит из введения, семи разделов, основных выводов, списка литературы и

приложений общим объемом 2К1 страница, и число которых входит 150 страниц машинописного текста, 133 рисункон. 12 таблиц, список литературы ,п:< 15.3 наименований, 2 1) страниц при\оженин.

На защиту выносятся:

1. Принципы формообразования и конструирования пространственных совмещенных блок-ферм на основе древесины и способы их реализации и практике проектирования.

2. Конструктивные решения блок-ферм на основе как цельной, так и клееной древесины, разработанные автором

3. Расчетные зависимости для определения козффициента приведения ширины фанерной обшивки крупноразмерных плит к расчетной величине.

4. Результаты численных исследований напряженно-деформированного состояния крупноразмерных клеефанерны* плит.

5. Рекомендации по проектированию блок-ферм с верхними поясами из крупноразмерных клеефанерных плит.

6. Результаты зкепериментальных исследований натурных образцов предлага емих блок-ферм.

7. Основные выводы, сделанные по результатам конструкторских н экспериментально-теоретических исследований, а также апробирования блок-ферм в строительной практике.

Личный вклад автора заключается в постановке исследования, формулировке и разработке всех основных положений, определяющих научную новизну работы, а также практическую значимость, непосредственном участии в проведении всех этапов исследований, руководстве ими и внедрении полученных результатов. Часть экспериментальных и расчетных результатов получена при участии студентов, сотрудников кафедры Строительные конструкции Красноярского иси. Ввиду необходимости одновременного сбора и обработки достаточно большого объема данных при проведении натурных экспериментов, а также отработки технологических операций к испытаниям привлекались преподаватели - Шапошников Б. н. , Аастовка А. В. , Пету-хова и. Я. , Куликов м. Е. , Хорошавин Е. А. , студенты - Хороший В. И. , Авсеев А. Л. , Знрка В. Г. / 1, 2, 4, Ю /. Ряд численных экспериментов по различным программам для ЭВМ проводили студенты Хороший В. И. , Авсеев А. л. . Занодова Н. Н. /II), 13. ы -

Комментарий о личном вкладе ангора и соанюров н опубликованных работах помешен и приложении диссер!апии

Автор благодари I профессоров, докторов технических наук II А. Дмитриева (Новосибирская строительная академия), осуществлявшего научное руководство, и Л и. [-нлжиевского (Красноярским инжеперно-строительный ипститут| за ценные замечания и консулы ании во время и од гот овки лис се рта ни и.

СОДЕРЖАНИЕ

Во введении обоснована актуальность темы и изложено краткое содержание работы.

Первый раздел посвящен анализу состяння проблемы разработки пространственных совмещенных блочных конструкций на основе древесины и формированию проблемы исследований.

Показана объективная необходимость в разработке системного подхода к проектированию блочных конструкций из древесины и древесных материалов. Приведен обзор конструктивных решений плит "на пролет', блок-арок, блок-ферм для покрытий здании, блок -секций зданий.

Рациональное и полное использование древесного сырья диктует необходимость применения в блочных конструкциях цельной и клееной древесины, фанеры, цементно-стружечных плит, древесноволокнистых пластиков и т. п. Важную роль в развитии зтого направления играют 1рулн отечественных ученых А.Б.Губенко, Ю. М. Глазунова 11 А. лмит-риев-а, А.А.Журавлева, Е.М.Знаменского, И.М.Иванова, Г.Г.Карлсена, л. м. Ковальчука, в. П. Коцегубова, И. И. линькова, Р. Б. орлсшнча, А, с. Прокофьева, К. П. Пятикрестовского, К. А. Роценса, Е. II. Сие гозаровой, Е.Н.Серова, Ю. П. Слнцкоухова, Ю.Ю.Славика, В. И. Травушн, С. Б. Тур-ковского, А. С. Фрейлина. П. М. Хрулева, А.М.Чистякова. А. К Шенгелия, Г. N. Шутова и других.

Отмечаются основные пути совершенствования блочных конструкций, подчеркивается экономическая целесообразность применения таких конструкций в строительной практике.

Основным конструктивным элементом блоков являются крупноразмерные плиты. Их техническое решение: клеефанерные, каркасные с обшивкой из плоских асбестоиементных листов, металлических профилированных листов, досок или деревянные стержневые - определяется

возможное 1 «in производственном базы. назначением гммшш и другими условиями При пом. с точки зрения экономии древесины наиболее рациональны плшы с деревянным каркасом и фанерной обшивкой, в которых эффек П1 нио используется совместность работы этих элементов

Ii пи *енернон практике расчет клеефанерных плит выполняется по упрощенно!! схеме 1'еальная конструкции заменяется условным стержнем дну i auponoi о или та про tun о сечения со стенкой из ребер плиты и полками (полкой) из фанерных обишпок При этом в расчет вводится не коне грук I икная, а уменьшенная ширина обшивки. Пе называют эффективной (полезной, приведенной, редуцированной) шириной обшивки

К первым работам, посвященным изучению эффективной ширины обшивки ребристых плит, относятся труды Т. Кармана (Th. Кагиап), X. кокса (II. сох). Мещера (Metzer ). ландквнета ( Lan(JKui-4t )■ I'- И.Тимошенко, 1. I" гостовцева, С Г. лехницкого, А. Б. Губенко. Ii. Н. Быковского, Ь г Соколовского. Дальнейшее развитие этот вопрос применительно к крупноразмерным плитам получил н исследованиях профессоров, д. т.н. П. л Дмитриева, в. Ц. Коцегубова и их учеников, И. М. линькова, С. П. Гвоэдецког о и других. Однако, до настоящего времени не разработана методика определения приведенной ширины фанерной обшивки ребристых крупноразмерных плит, в которой одновременно учитывались бы влияние напряженного состояния (изгиб, сжатие с изгибом) конструкции; геометрических параметров: величины пролета, шага ребер, толщины пошивки, степень ортотропностн материала обшивки. Негативным следе шием этого является, с одной стороны, недостаточная надежность проектирования (точных конструкций, а, с другой стороны, неполное испочьзование свойств материалов их элементов, отмечается малочисленность технических решений, в частности, блок-ферм.

Автор считает, что назрела потребность в создании системного подхода к лонструнрованию блок-ферм на основе древесины для покрытий здашп; метода их практического расчета, а также в разработке таких конструкции, базируясь на принципе региональности.

На основе изложенного формулируются пйль и задачи исследований.

Второй раздел посвяшен формулировке и способам реализации принципов формообразования и конструирования блок-ферм на основе древесины Приводится классификация и основные схемы (табл I) конструкций, излагается перечень материалов для их изготовления.

С научно-технической литературе имеется достаточно большое ко-

личес сво трудов. пш'ияиснни* нопросам формообразования и конструирования рачимпшу видов конструкции ш лренесини. ме талла, желею-herniia ('рели них наиболее ближнчн к p;H4,u.n\wiv,itmw проблеме являются полхоли профессоров II л. лмнтриекн. U. И. Пирюлена, 11.11 Лбовс-KOI о. Л. Г Т р> ПН' H.t

При проведении опытно- комет рук i орских разработк ()лок-ферм, по мнению автора. ем'лует исколись ич необходимости и целесообразности:

учнтына 11, нршшип peí кокильное i и конструкции: сложившиеся транспортные коммуникации;

- руководствоваться принципом системного подхода;

- проектировать блок-фермы как пространственные совмещенные пластинчато-стержневые конструкции, ониезируя и развивая в них лучшие свойства сонремечиых плоскостних ферм, куполов, структур и т. п. ;

- руководствоваться принципом упрощения конструктивной формы;

- руководствоваться принципом обеспечения максимальной долговечности блок-ферм и покрытий п целом;

- обеспечивать взаимозаменяемость н унифицированность элементов, сборность (а при необходимости и разборность) узловых сопряжений;

- эффективно использовать свойства применяемых материалов, в том числе и в комбинированных конструкциях;

- обеспечивать высокую технологичность изготовления и макси-ча\ьпую заводскую готовность конструкции.

- учитывать требования транспортабельности и крупноблочного монтажа.

4>ахтор региональное™ обусловливает необходимость изучения спроса потребителей на тот, или иной вил блок-ферм; их исполнение; генеральные геометрические размеры; сложившееся соотношение цен на строительные материалы в данном регионе; уровень развития строительной индустрии н т. и.

Системный подход определяет потребность в рассмотрении вопро-:ов функциональности конструкций, анализа систем - прототипов с 1елью синтеза наилучших свойств, комплексной экономической оценки федлагаемых технических решений.

Автор выделяет два способа формообразования блок-ферм. Первый гпособ заключается в блокировке двух плоскостных ферм по сжатым 1лементам решетки связями, а по верхним поясам-кровельными щитами.

- I 2-

Таблнца I

Возможные коне I рук I ишше схемы блок-ферм

Коне груктпвная схема

Пролет I., м

о 1носитсльная высота 11/1.

1 На основе цельной древесины

¡п

Г5

ь. . 9 1 / (> 1 ; 8

9. 1 2 1 / 6. . . 1 / 8

9. . 12 1 / 5. . . 1 /X

9. . 1 5 1 / в. . . 1 /X

9. . 1 2 1 / 4. . . 1/8

12. . 24 1 / 6. . 1/10

18. . 21 1 /8. . 1-10

1 5. . 24 1 / 5. . .1/8

12. . 24 1/6. . . 1 /8

2. На основе клееной древесины

12... 18

1/ 6. . 1/8

Продолжение таблицы I

Коне ipvк i Инн а я схема Пролег !.. M O l iioein i' M.navt нысота II:!.

12... 24 1 / r. . 1 ; 11>

IS... 1ft 1/6 1/10 1 / К. . . 1/10

1 - ¿ 1 18... 3 6

í---------- k-i 18. 3 6 1/6. 1/10

18. . . 36 1/5 . 1/8

18. . . 3 6 1/0 . . 1/10

з. Большепролетных бл ок-ферм

pssssa®^:-.^! 3 <>. .60 1 / S- 1 ' 1 0

3 6. . . I 01) 1/8. .1/10

3 6. . . 60 1 / 6. . . 1/10

il 36. . . 48 1/8. .1/10

t. -......ii 36. . . 48 1/6. .1/10

Продолжение таблицы I

конструкт и нная схема Пролет 1 , м относительная высота Н/1_

48. . 4 0 1 /X. . . 1/10

л 60 . . 12 0 1 /8. . . 1/10

При зтом конструктивными приемами обеспечивается совместность ра-(юты всех элементов системы. Второй способ базируется на использовании своеобразного конструктора, включающего в себя набор крупноразмерных нлит, стержневых элементов решетки. Пластинчатых или стержневых элементов нижнего пояса, вариантность сочетаний которых позволяет наделять конструкцию требуемыми свойствами.

Формообразование поперечного сечения зависит от назначения покрытия (утепленное, неутепленное), конструктивной схемы здания (каркасное, с несущими стенами), применяемых материалов, способа формообразования блок-ферм в целом.

Основные типы поперечных сечений блок-ферм показаны на рис. 1.

Пространственная работа конструкций блок-ферм обеспечивается путем включения элементов ограждения (обшивок, второстепенных ребер, обрамленнн и т. п. ) н связей в общую работу конструкций, как пластинчато-стержневых систем. При этом верхние (а в ряде случаев и нижние пояса), а также элементы решетки целесообразно конструировать как пластинчатые или оболочечные злементы, работающие совместно со стержневыми злементами. При проектировании следует стремиться совместить различные функции в элементах.

Простота конструктивных форм определяется прежде всего выбором конструктивных схем, при использовании которых обеспечивается: работа элементов конструкции на усилия одного знака, равномерное распределение усилий по длине поясов, небольшие величины усилий в элементах решетки. Упрощение формы достигается также уменьшением количества узловых соединений н элементов.

Простота конструкций обеспечивается путем использования в их

- I 5-

соелннениях наиболее Iсхнологичных и наложных кренленин - лобовых упоров. иагс-л г. II и нагельных (юлит, гвоздем. не i а \ хических пластин с зубьями из дюбелей-I позлей, деревянных полушек и им подобных.

И мелях упрощения конструкции рационально проекi и ропать зле-Mcniu верхних поясов как ребристые плиты с одной верхнем обшивкой. Такое техническое решение обеспечивает простоту выпохнення узловые соединений конструкций, повышает долговечное iь покрытии из блок- ферм.

В целях наиболее полного использования механических свойств

материалов в сжатых и сжато-изгибаемых элементах блок-ферм следует применять древесину, древесные пластики (например, фанеру). плоские асбестоцементные листы, а в сильно напряженных растянутых элементах конструкции - круглую или профилированную сталь

Кроме этого, полнота использования упругих и прочностных свойстн материалов и при одном и том же виде напряженного состояния (например, при сжатии с изгибом) достигается применением соответствующих типов соединений Так, сопряжение элементов из фанеры и древесины, имеющих практически одинаковые температурно-ылажностные н длительные деформативные свойства, рекомендуется осуществлять на клее, обеспечивающем их надежную совместность работы. для соединения деревянных элементов с обшивкой из плоских асбестоцементных листов применяются шурупы, при этом используется вязкость такого соединения.

длй ряда зданий и сооружений нижние пояса большепролетных блок-ферм целесообразно выполнять из отдельных стержней (прокатных или хололногнутых профилей) или стальных листов.

Рациональность распределения материалов в блок-фермах обеспечивается и использованием известных конструктивных приемов уменьшения изгибающих моментов в верхних поясах. При этом для ряда блок-ферм необходимость уменьшения изгибающих моментов может быть обусловлена поставкой пиломатериалов с небольшими размерами поперечных сечений. С этой целью в опытно-конструкторских разработках предлагается использовать три способа:

- при блокировке плоскостных ферм обеспечивать передачу поперечных усилий с крупноразмерных плит в узлы верхних поясов ферм; таким образом исключается появление дополнительного момента. возникающего за счет работы продольных усилий в процессе деформирования

ребер (К пом случае пояса ферм работают па центральное сжаше,

а ре!>ра нлит - на поперечный изгиб):

- коис. I руирова п, узлы верхних поясов так, чтобы передача продольных усилий в них осуществлялась с эксцентриситетом, создающим раэгруж.отипи эффект;

- уменьши1Ь Iрузовую площадь поперечной нагрузки на основные ребра плит верхних поясов за счет продольной постановки второстепенных ребер и «тирания их на диафрагмы, выполняющие функции бортового элемента, передающего силовой ноток непосредственно на узлы верхнего пояса ( тс- есть, в этом случае исключается передача межуз-ловоп поперечной нагрузки на основные ребра с большей части поверхности плиты).

. Клеефанерные плиты верхних поясов ь пределах определенных пролетов блок-ферм можно запроектировать и выполнять как взаимозаменяемые. Таким образом, оказывается возможным собирать из стандартных однотипных плиг верхние пояса блок-ферм с изменяющимися в достаточно широких пределах пролетами (при незначительных технических изменениях). Идея стандартизации верхних поясов может быть использована и при типизации блок-ферм сегментного очертания.

При проектировании блок-ферм, по мнению автора, следует отдавать предпочтение сборно - разборным узлам соединения элементов. В этом случае легко обеспечить взаимозаменяемость элементов решетки, применить различного рода кондукторы при их изготовлении, тем самым повысить качество исполнения.

В условиях заводского изготовления в блок-фермах можно применять клееные и клеефанерные элементы. Использование таких элементов позволяет расширить ассортимент и конструктивные формы блок-ферм. При этом достигается экономия древесины "в деле", поскольку можно изготовить ребра с достаточно небольшой шириной и развитой высотой поперечного сечения (например, при их соотношении 1/4... 1/6). отмечаются широкие возможности, которые предоставляет конструктору использование клееной древесины при создании блок-ферм.

Так, применение клееной древесины позволяет укрупнить плиты верхних поясов, увеличить длину их панелей, уменьшить количество узловых соединении, упростить сборку конструкций. При укрупнении плит верхннх поясов легко обеспечить их неразрезность и, таким образом. увеличить жесткость конструкции в целом. Благодаря использованию гнутоклееных элементов, верхннм поясам можно придавать ра-

шкшалыии; «Ч1-|ч ¡шис, -по в частности, обусловливает уменьшение у с п лпи и члемен 1 а V решетки н приводит к упрощению их креплений к ноя сам

По мнению ангора, использование упомянутых возможностей и приемов конструировании, свойственных клееным конструкциям, определяет техническую реальность разработок блок-ферм для пролетов I он и (шлее метров Это имеет особое значение, так как конкурентная способность н чкономичность клееных конструкции возрастает с увеличением перекрываемых ими пролетов. Использование клеевых соединений в узлах блок-ферм расширяет возможность экономии металла. Благодаря таким соединениям и растянутые элементы могут быть запроектированы и выполнены из клееной древесины, в том числе и в большепролетных конструкциях.

В некоторых конструкциях можно реализовать принцип склады-ваеиости, когда соединение решетки с верхним поясом запроектировано шарнирным, позволяющим путем поворота относительно продольной оси сложить решетку и нижний пояс с плитой. На строительной площадке при таком техническом решении ускоряется укрупнительная сборка блок-ферм.

При усилении опорных бортовых элементов, упомянутых ранее, шпренгелями появляется возможность соединить две блок-фермы в единый монтажный блок с шириной 6 (или более) метров. При этом отпадает необходимость в подстропильных конструкциях как отдельных элементах каркаса здания. Очевидным следствием этого, как ожидает автор, явится ускорение монтажных работ по устройству покрытий.

. Эффективность монтажа может быть повышена и при использовании в блок-фермах укрупненных уже на стадии проектирования в самостоятельные сборочные блоки элементы решетки. Например, в трехгранных конструкциях раскосы, расположенные в одном поперечном сечении можно объединить в такой блок.

Третий раздел посвящен опытно-конструкторским разработкам блок-ферм на основе как цельной, так и клееной древесины, иллюстрирующим конкретную реализацию принципов формообразования и конструирования, изложенных выше.

Блок-фермы из цельной древесины можно использовать в утепленных . и неутепленных покрытиях зданий с пролетами от 6. . . 9 до 2 4м. изготовление таких конструкций может быть организовано как на существующих ДОЗ или ДОК, на заводах по производству фанеры, так и в

мастерски* линейных строительных организаций.

Применение блок-ферм из цельной древесины обусловливает снижение стоимости строительства по сравнению со зданиями, в покрытиях которых используются плоскостные несущие и ограждающие конструкции. это достигается преимущественно уменьшением трудоемкости монтажных и верхолазных работ по устройству покрытий.

Цельподеревянная блок-ферма (ПСЛФ-12-3-л5 ) треугольного очертания разработана для теплых покрытий (рис. 1, а). Она имеет размеры в плане зх!2м при высоте в осях поясов 1. 5м (1/8 пролета).

Конструкция состоит из двух шарнирно соединенных в коньке утепленных плит, образующих верхний пояс, двух деревянных затяжек нижнего пояса и элементов решетки в виде четырех сжатых раскосов и двух растянутых стоек из круглой стали.

Плиты верхнего пояса имеют сечение 'два Т". И* каркас состоит из двух основных продольных ребер, образованны* спаренными досками, поперечных ребер и дощатых обрамляющих элементов. Плиты имеют консольные свесы по 7 50мм. обшивка запроектирована из плоских ас-бестоцементных листов, прикрепленных к каркасу шурупами.

Утеплитель из минераловатных прошивных матов приклеен к обшивке на горячей битумной мастике. Волнистые асбестоцементные листы кровли укладываются по поперечным ребрам плит верхнего пояса после монтажа конструкции.

Узловые соединения поясов между собой и с раскосами запроектированы на стальных цилиндрических нагелях.

Предлагаемую конструкцию можно выполнить и с обшивками из водостойкой Спанеры, приклееной к основным и вспомогательным ребрам каркаса верхнего пояса. В результате включения обшивки (6=8мм) в обшую работу верхнего пояса достигается уменьшение сечения его основных ребер п экономия пиломатериалов до 10%. '

Интерес представляет, по мнению автора, использование в узловых соединениях цельнодеревянных блок-ферм металлических зубчатых пластин (ИЗП). Наиболее пригодны для этого случая МЗП с зубьями из дюбелей, обладающие повышенной несуиен способностью по сравнению с аналогичными штампованными. В качестве примера приведена цельноде-ревянная складывающаяся блок-ферма (ПСДФ -12-ЗАС) треугольного очертания, размеры блок-фермы в плане 3x12м при высоте в осях поясов, равной 2м (1/6 пролета).

РИС. ]

Конструктивные репення блок-ферм средних пролетов марок: ПСДФ-12-ЗА5 (а), ЛСЛМФ-18-ЗА2 (б), ПСДМФ-18-ЗФ2 (в), БФ <Т- 1 8— 3 (Г), ЛБФ- 1 8— 3 Ф2 (д), ЛБФ-15-ЗТ (е)

отлнчительными особенностями конструкции являются: шарнирные соединения плоскостных цн-угольных ферм (с узлами на МЗП) с кровельными щитами; разъемность соединении, использованных в коньке; сьемность средних панелей нижнего пояса, стыки которого на МЗП выполнены как монтажные соединения на болтах. Это позволяет разъединить конструкт!» на дне части в удобные для перевозки пакеты.

После развертывания блок-фермы в проектное положение щиты должны быть объединены с плоскими фермами таким образом, чтобы обеспечивалась их совместная работа. Это соединение выполнено так, что щиты работают на изгиб, а верхние пояса плоскостных ферм - только на сжатие, при помощи промежуточных деревянных прокладок.

Конструкция трехгранной деревянной блок-фермы, предназначенной

парал-нижним поясам имеют

обрамляющих ребер, подкрепляющих обшивку из плоских асбестоцементных листов, и расположенные снизу продольные ребра. Последние имеют фрезерованную по наклонной поверхности нижнюю кромку, позволяющую прикрепить щиты к верхним поясам наклонно поставленных полуферм при помощи стальных накладок и шурупов.

деревометаллическая блок-ферма треугольного очертания (ПДМФ-12-.il) предназначена для покрытий неотапливаемых зданий пролетом 1 2м.

Конструкцию (>лок-фермы образуют верхний пояс, состоящий из двух плит, нижний пояс в виде металлических затяжек, стальные подвески.

Каждая из стержневых плит состоит из четырех продольных брусчатых ребер, уложенной по ним обрешетки и связей, подшитых к ребрам снизу. Кровля запроектирована из волнистых ;асбестоцементных листов. Ветви нн.пего пояса из круглых стержней имеют V - образные разветвления по концам для сопряжения с верхним поясом.

Конструкция имеет размеры в плане ,1x12м и высоту в осях поясов 2м, что составляет 1/6 пролета. Без принципиальных изменений она пригодна и для тентовых покрытий.

Деревометаллическая блок-ферма треугольного очертания (ПСДМФ-

для утепленных покрытий, образована четырьмя полуфермами с лельными поясами, объединенными в пространственный блок по поясам стальными болтами и гнутыми пластинами, а по верхним - кровельными щитами и распорками (затяжками) Узлы ферм техническое решение, подобное узлам ПС'дф- 1 2-3АС.

Кровельные щиты включают в себя каркас из поперечных и

-2 I -

! H - л л 2 ) представляет собой объемный бло к (рис t. h 1 с' V азмерами

в плане ЗхШч и высотои в середине пролета 2 . 4 M 1 1 ; ! > от проле-

та) Не верхний пояс сое юн г нэ четырех m apniipiH 1 с о ели цен 1 п.!х мея-

ду собой утепленных плит. .-Злементы нижнего пояс; 1. р ,1 ст я и у тые рас-

коси н подвески предлагается выполнять и з Kpyi "ЛШ1 С 1 и л и Сжатые

элементы решетки запроектированы из парных стоек, ра спи тих днаго-

нальными связями.

Основные продольные ребра плит выполпе вы из с и а реи пых лосок.

Плиты имеют поперечное сечение типа "два T". Обшив к и ИЗ плоских

прессованных асбестоцементных листов при креплены к к а рка сам плит

на шурупах.

Сопряжения растянутых раскосок и нижнего пояса с верхним за-конструированы с использованием сварных Т - образных узловых элементов на болтах.

Разработан вариант аналогичной блок-фермы с верхним поясом из утепленных клеефанерных плит марки ПСЛМФ-1 К-ЗФ2 (рис 1,в).

Конструкцию каждой из плит образуют четыре основные ребра из обычных брусьев с сечением 100x144мм, поставленные с шагом 750мм, обшивка из листов водостойкой фанеры толщиной 8мм, поперечные ребра и обрамляющие элементы, расположенные сверху обшивки. Шаг поперечных ребер принят равным 75омм. Плиты имеют свесы по 375мм. Фанерные обшивки приклеены к каркасам плит с гвоздевой запрессовкой и, таким образом, вовлечены в совместную работу с их элементами.

Блок-ферма включает в себя также нижний пояс в виде двух гибких- стальных затяжек, четыре раскоса из круглой стали и два сжатых плоскостных элемента рамного типа. Последние образованы двумя стойками, соединенными по верху обвязкой из бруса, и диагональными связями.

Необходимо отметить, что такое техническое решение элементов рамного типа, отвечает принципу укрупнения.

Пространственная трехгранная деревометаллическая блок - ферма (БФТ-18-3) предназначена для устройства покрытий неотапливаемых зданий. Конструкция (рис. 1,г) имеет размеры в плане 3x18м и строительную высоту в осях узлов 2. 962м (примерно 1/6 пролета).

Двухскатный верхний пояс образован шестью шарнирно соединенными между собой стержневыми плитами, имеющими П-образное поперечное

сечение Каждая из плит включает в себя лва основных продольных ребра из бруса, поставленные на расстоянии 2. 8м друг от друга, и прикрепленный к ним сверху гвоздями кровельный щит шириной Зм.

Пятипанельный нижний пояс запроектирован из стальных стержней с круглым сечением. Аля соединения стержней нижнего пояса между собой и с раскосами предлагается использовать сварную крестовину, состоящую из гнутой пластины (базы), приваренных к ней сверху ребер жесткости и X -образно расположенных фасонок. Стержни нижнего пояса снабжены наконечниками в виде парных фасонок и крепятся к базе болтами.

Раскосы из бруса запроектированы взаимозаменяемыми. К их концам прикреплены на дюбелях-гвоздях сварные столики.

Для соединения раскосов с верхним поясом и технического решения стыка плит в коньке и в пролете использован сварной стальной башмак, прикрепляемый к основным ребрам плит нагельными болтами.

линзообразная деревоиеталлическая трехгранная блок-ферма (ЛБФ-18-3) предназначена для утепленных покрытий зданий. Конструкция (рис. 1,д) имеет размеры в плане 3x18м и строительную высоту зм (1/6 пролета).

Верхний пояс, узлы которого расположены по дуге окружности, состоит из четырех клеефанерных плит П-образного поперечного сечения. Каждая плита образована двумя брусчатыми продольными ребрами, двумя диафрагмами из бруса, поставленными в торцах плиты, и клеефанерным щитом.

С целью уменьшения изгибающих моментов в основных ребрах, второстепенные ребра поставлены вдоль пролета плиты и оперты на диафрагмы. При этом диафрагмы выполняют функции бортовых элементов и передают реакции от поперечной нагрузки, минуя основные ребра, непосредственно на узлы верхнего пояса.

Геометрическое расположение узлов нижнего пояса рассчитано из условия равенства длин раскосов конструкции, что позволило запроектировать их взаимозаменяемыми. Раскосы снабжены по концам сварными столиками, прикрепленными к брусу стальными шпильками. Для

-2 3-

исключения иснбхолимос-ш сверления отверстии и фасовках по месту, фасонки присоединены к полке столика со смешением друг относительно друга.

Нижний пояс запроектирован из круглой стали. Узловой элемент,в котором соединяются раскосы и панели нижнего пояса, закоиструирован с использованием гнутой пластины (Сазы) и V- образных сварных фа-сонок, присоединенных к ней электросваркой и усиленных двумя треугольными диафрагмами. Крепление указанных выше элементов к узлу производится болтами.

для пролетов 12, 15, 18 и 21м разработаны блок-фермы марки ЛБФ-12 (-21) -ЗТ, главной отличительной особенностью которых от ЛБФ-18-3 является конструкция узлового элемента нижнего пояса.

Узловой элемент состоит из отрезка Трубы, приваренных к нему фасонок и расходящихся от продольной оси коротких стержней из круглой стали, для крепления ветвей нижнего пояса на концах стержней имеются фасонки с отверстиями под болты. Элемент средней панели нижнего пояса закоиструирован из парных круглых стержней, соединенных по концам электросваркой с короткими стержнями, имеющими резьбовую нарезку. Указанные стержни пропускаются через трубы узловых элементов и фиксируются при помоши гаек и шайб. Таким образом в процессе эксплуатации конструкции обеспечивается возможность подтяжки ее нижнего пояса.

Предлагаемые конструкции запроектированы в трех исполнениях, различающихся техническими решениями кровельных щитов: для неутепленных покрытий предназначены стержневые шиты под кровлю из волнистых асбестоцементных листов; для утепленных покрытий - щиты с обшивками из фанеры или плоских асбестоцементных листов и каркасами из поперечных вспомогательных ребер и элементов обрамления, предназначенных также под кровлю из листовых материалов.

Автор отмечает, что блок-фермы разработаны с учетом региональных условий строительства в Красноярском крае. В частности, в конструкциях использованы пиломатериалы (поставляемые здесь строительным организациям), характеризующиеся небольшими поперечными сечениями. Последнее определило относительно небольшую экономию древесины "в деле" по сравнению с покрытиями из плоскостных конструкций. Однако, в случае применения в тех же блок-фермах клеедо-шатых элементов с развитой высотой и небольшой шириной поперечного

-24-

И'ЧСННЯ чкштиня древесины будет существенно LlblUlt*.

( целью иллюстрации возможности использования системного подхода к разработке большепролетных конструкций приведены технические решения блок-ферм с пролетами 60 и Уь м. Па их примере автор стремился продемонстрировать эффективность и предоставляемые широкие возможности конструирования и формообразования за счет ис-поль швання клееной древесины. Оценивая в целом конструкторские разработки большепролетных блок-ферм на основе древесины, представляется небходимым отметить следующее. Такие конструкции предназначены, главным образом, для уникальных, особо ответственных сооружений. )то обусловливает потребность в проведении дополнительных исследования!!. Так, например, предметом самостоятельного изучения должно стать напряженно-деформированное состояние мембранного нижнего пояса в области сопряжения с бортовыми элементами. а также в зонах распределительных элементов решетки. Вполне очевидна необходимость в численных и физических экспериментах (например, с крупномасштабными моделями), имеющих целью уточнить де-формативность большепролетных конструкций при длительных нагрузках. а также при температурно-влажностных изменениях среды и т.п.

в заключении раздела приводится область применения предлагаемых конструкций и показатели расхода основных материалов, необходимых для изготовления блок-ферм.

В четвертом разделе обсуждаются результаты численных исследований напряженно-деформированного состояния блок-ферм с верхними поясами б виде крупноразмерных клеефанерных плит.

отмечается, что пространственные совмещенные блок - фермы с Точки зрения строительной механики являются пластинчато-стержневыми системами Главная их особенность заключается в наличии верхних поясов, представляющих собой пластинчатые системы (ребра, подкрепленные обшивкой), работаюиие, в большинстве конструкций, н? сжатие с изгибом.

В связи с бурным внедрением электронной вычислительной техники в инженерную практику различия между расчетной схемой и реальной конструкцией быстро сокращаются. Однако, усложнение математического аппарата зачастую уменьшает наглядность расчетов Авто| считает, что наряду с созданием и развитием программных средст)

-25-

на оспине аналитических методов очень важно разрабатывать упрошенные. экспериментально-теоретические методы. I) этом случае нельм является получение достаточно простых формул и коэффициентов, отражающих специфику работы конструкции и позволяющих осуществить адекватный переход от пространственной системы к плоскостной, это может быть достигнуто решением ряда задач с поочередно меняющимися "главными" факторами; сравнением и уточнением, при необходимости, с экспериментальными результатами; последующей аппроксимацией результатов решений простыми, удобными в обращении формулами. Упрошенный инженерный метод расчета позволяет в сравнительно простои форме получать и анализировать результаты. Необходимость в нем обусловлена, например, спецификой вариантного' проектирования.

Расчет блок-ферм предлагается производить, основываясь на принципе многоуровневой декомпозиции. При этом на первом уровне статический расчет конструкции осуществляется в два этапа, обеспечивающие учет деформаций податливости в узловых соединениях, с целью более точной оценки соотношения длительно действующих и кратковременных нагрузок автор предлагает распространить действие коэффициента пдл (регламентируемого СНиП 11-25-80) на модуль упругости древесины и фанеры.

На втором уровне расчету подлежит плита верхнего пояса, ни третьем уровне решаются вопросы устойчивости обшивки и т. д.

Отмечается, что статические расчеты блок-ферм необходимо производить итерационными циклами, используя на каждом уровне программные средства и методы, обеспечивающие возможность наиболее точного моделирования работы конструкции и их элементов.

В качестве примера многоуровневой декомпозиции приводятся результаты расчетов блок-фермы ПСДМФ-18-ЗФ2, прошедшей испытания кратковременными и длительными нагрузками. На первом уровне с использованием программного комплекса "ЛИРА" (НИИАСС) при относительно редкой сетке конечных элементов рассчитывали блок-ферму, как пространственную систему. Моделирование производили с применением ортотропных прямоугольных оболочечных конечных элементов и стержней. На втором уровне с сохранением граничных условий при более густой сетке конечных элементов исследовалась клеефанер-ная плита верхнего пояса.

Прогиб конька, вычисленный с учетом деформаций податливости в

узловых соединениях элементов и кратковременности действия нагрузки, составил 45. 7 6мм. а его экспериментальное 'значение (согласно кратковременным испытаниям; при расчетном значении нагрузки) равно 4 2, 1(>мм. Значения прогибов конька с учетом длительного действия нагрузки составили, соответственно, 61. 14мм и б().07мм. Сравнение прогибов позволяет сделать вывод о приемлемости использования линейных упругих зависимостей строительной механики в сочетании с методом учета податливости в узловых соединениях конструкции для расчета блок-ферм.

Задачей численных исследований являлось, прежде всего, изучение влияния геометрических параметров плиты и обшивки (свободной длины конструции; шага основных ребер; толщины обшивки); степени ортотронности фанеры, характеризующейся отношением модулей упругости вдоль и поперек волокон крайних шпонов; силовых факторов (соотношения сжимающих плиту сил и изгибающих моментов) на характер распределения нормальных напряжений по ширине сечения обшивки.

Сопоставление теоретических и экспериментальных эпюр нормальных напряжений в фанерной обшивке плиты верхнего пояса блок-фермы ПСЛМФ-1К-ЗФ2 показало их удовлетворительное совпадение (рис.2).

В инженерной практике для определения напряжений в конструк-

Рис. 2

РИС. 3

иях, аналогичных плитам верхних поясов блок-ферм. обычно принято ействительную ширину обшивки заменять уменьшенной с таким асчетом, чтобы при использовании элементарных теорий изгиба и жатия значения наибольших напряжений для преобразованного и ден-гвительного сечений оказывались равными. Как известно, эту умень-тную ширину обшивки называют приведенной (к расчетной величине), ^я удобства расчетов ее принимают такой, чтобы при равномерном определении нормальных напряжений обеспечивалась та же доля |астия обшивки в работе всей плиты, какую она имеет при действи-льном, неравномерном распределении напряжений. То есть, чтобы ммарное усилие в действительной обшивке было равно суммарному или» в уменьшенной. Эту зависимость можно записать в виде:

0-ажвпрб=р=е£ °*У< (1)

где О - нормальные напряжения п точке расчетного сечения; Н -действительная ширина обшивки между ребрами, °га-,х ~ максимальное напряжение в обшивке, Впр - приведенная ширина обшивки; б - толщина обшивки; Р - суммарное усилие, воспринимаемое обшивкой. Отсюда

ВПР= £ /0-ах=ВК- (:1

где К - коэффициент приведения ширины обшивки к расчетной величине (редукционный, коэффициент неравномерности распределения нормальных напряжений)

Предварительное изучение напряженного состояния плит с различными значениями пролетов Ц шагов основных ребер а, толщинь фанерной обшивки б показало, что значение редукционного коэффициента К зависит от перечисленных геометрических параметров. Кроме этого, автор пришел к выводу, что упомянутый коэффициент зависит также от вила напряженного состояния (сжатие, изгиб или совместное действие сжимающих и изгибающих воздействий) и величинь соотношения силовых факторов.

С целью установления закономерности влияния геометрических т статических параметров на редукционный коэффициент проведены статические расчеты плит, в которых варьировали: Ь=3. ..12м; а=0. 75. . . 3. Ом; 6=8. ..15мм и е =N/11=0. .. 25 (Н -сжимающее усилие, Ы - максимальный изгибающий момент). По результатам численных исследований были построены эпюры нормальных напряжений в расчетных сечения) плит и найдены соответствующие им редукционные коэффициенты п< формуле

К=| 0йу/(В0вах). (3

На рис. 3 показаны характерные картины распределения нормальных напряжений в обшивках в расчетных сечениях плит.

для установления общей зависимости коэффициента приведена ширины фанерной обшивки к расчетной величине от перечисленных выш< параметров построены диаграммы изменения коэффициентов коррекцш (поправочных коэффициентов) (рис.4), вычисленных по формуле

кр=К(Р)'Кбаз (4

Здесь К(I*) - -.значение редукционного коэффициента при одном неременном параметре I* - I., а, £> или е-1; Кбаэ ~ РелУк1В10нный коэффициент фанерной обшивки базовой плиты.

-1

В качестве базовой автором принята изгибаемая (е =()) плита с размерами в плане 3x.1м, имеющая шаг основных ребер а=0. 75м и обшивку толщиной 6=0. 008м. По мнению автора, в блочных конструкциях плиты с меньшими геометрическими параметрами использовать нецелесообразно. Редукционный коэффициент обшивки базовой плиты о. 44. лля удобства обращения коэффициенты аппроксимированы простыми формулами

В результате автор предлагает для вычисления редукционного коэффициента фанерной обшивки в ее докритической стадии работы следующую формулу

К—0. 44к( какдк ( 5 )

е

где коэффициент коррекции по величине пролета ь, м

к. =0. 67 + 0. 3 3 v L/L_ , ( 6 )

L. Ь

4=3. ОМ ;

коэффициент коррекции по величине шага основных ребер а, м:

к =1. 08-0. 08а/а_ , (7)

а Ь

аБ=0. 7 5М ;

коэффициент коррекции по величине толщины обшивки б, и:

kg=0. 82+0. 1Я У , (8)

0 =0. 008м; ь

коэффициент коррекции по величине сжимающей плиту (суммарной) силы N (кН) и изгибающего максимального момента !4 (кНм):

k _ t = 1+0. 125» СП/U , (9)

е

с = 1 м

Основываясь на результатах экспериментально-теоретических исследований клеефанерных панелей с криволинейной осью, выполненных проф. , л. т. м. В. П. Коцегубовым и к. т. н. В. П. Герасимовым, автор предлагает учитывать степень ортотропностн фанеры в обшивках по-

а

к,=к(г.ук

кд-К(а)/Кь

1=3,on; е=о;

баз

^Soi = 0'Da8Ni

krK(6)/K&j

to ш 2.о до да

1.0

J_ 1 -1-

4-1

- у/ -fttrH

1.2 1/ IS 1,8 2,0 ^

1АЖ,

ё-ц/м

Рис. 4

правочным коэффициентом (рис. 5)

к =0. 089^ —0. 391V +1. 388, Е ЕЕ'

гле Еу И Ех

ни* слоев.

(Ю) (П)

модули упругости фанеры вдоль и поперек волоки наруж-

С целью оценки критических напряжений в обшивке автором выполнены расчеты клеефанерной плиты верхнего пояса блок-фермы ПС'ДМФ -1Х-ЗФ2, имеющей размеры в плане 3. 0*4. 5м, обшивку из фанеры толщиной 10мм, продольные ребра, расставленные с шагом 750мм. Расчеты производили с использованием программы для ЭВМ "ИЕШВ", разработанной к. т. н. , доцентом Марчуком Н. и. под руководством проф , д. т.

кЕ=К(г>)/К

Е,5оЗ.

1,00

а,аадг£ -цздЦ * 4,388

/Е

Е а/ X

н. л. В. Енджцевского (КрИСИ). В основу этой программы положена техническая теория тонких криволинейных стержней Кирхгофа-Клебша.

Лля решения геометрически нелинейной задачи, каковой является проверка устойчивости, используется вариационно-разностный метод в форме МКР в сочетании с методом последовательных загружений. Проверку устойчивости обшивки производили для шагов поперечных ребер Ь= 1 500, 1 225 и 750мм при постоянном шаге продольных ребер а=750мм. В качестве расчетной схемы для обшивки приняты изотропные (Е=9000 мпа, (1=0.035) пластинки при парнирио-неподвижном закреплении по двум сторонам (по месту соединения с основными ребрами) и свободном опнрании в противоположном направлении (вдоль которого приложена сжимавшая нагрузка), для расчета из плиты вырезали наиболее напряженный и прилегающий к нему отсеки. Распределение нагрузок взяты по результатам расчетов по программе ■ЛИРА". Вычисления производили методом последовательных нагружений с шагом нагрузки о. о 1 Ррасч(Ррасч=кс; кс " расчетное сопротивление фанеры сжатию). Процесс расчета при шаговом нарастании нагрузки вели до тех пор, пока не обращался в нуль или становился близким к нему определитель текущей матрицы жесткости. Как известно, эта нагрузка прибли-

-3 2-

зительио равна критической.

Основываясь на полученных данных, сделан вывод, что при шаге поперечных ребер, равном или меньшем отношения пролета обшивки к ее толшине '-оби/^о^'00 обеспечивается, устойчивость обшивки при воздействии эксплуатационных нагрузок.

Однако, при больших шагах поперечных ребер или при их отсутствии, проверка устойчивости фанерной обшивки крупноразмерных плит необходима. Как известно, СНиП 1 1-25-80 допускает работу обшивки и в закритической стадии. Ее особенность заключается в уменьшении работающей части обшивки за счет выключения потерявшей устойчивость области

а =а(Кк, ), (12)

расч ' кр'

где к^р - коэффициент коррекции ширины обшивки в закритической области ее работы)

к .= а /а

кр кр' пах

( 13 )

здесь °иах - максимальное напряжение в сжатой фанере, вычисленное без учета потери устойчивости; С - критическое напряжение.

Приближенное выражение критического напряжения получено автором совместно с проф. А. П. леругой (КрИСИ) при допущении, что форма потери устойчивости пластинки, заключенной между основными и вспомогательными поперечными ребрами, описывается:

(14)

Применив энергетический метод (проекционный метод Галеркина), для ортотропной пластины получили выражение критического напряжения

О =. кр

„г г

о

1бЬ

за*

(15)

где К - редукционный коэффициент фанерной обшивки, определяемый по формуле (5) с учетом (10) между основными ребрами "в свету количества полуволн.

К=0. 44к^акбке-1кЕ

а0 _ расстояние

Ь - шаг поперечных ребер; п

I

-лз-

Цилпндрическне жесткости определяются.

О'

12(1-1-1,1^)

2°ху=

Е»5 гб3

Л-

где Ей Е - модули упругости вдоль и поперек волокон наружных У *

слоев фанеры; о - модуль сдвига фанеры.

В большинстве случаев верхние клеефанерные пояса блок-ферм работают на восприятие поперечной равномерно распределенной нагрузки н внецентренно приложенных (в узлах) сжимающих усилий. Как мы отметили выше, в практических расчетах плиту удобно моделировать условным стержнем.

Моделируя плиты комбинированными стержнями, загруженными поперечной равномерно распределенной нагрузкой и эксцентрично приложенными по концам сжимающими силами, автор решает задачу о деформированном состоянии упругой оси. Тогда расчетные схемы плит в зависимости от типа поясов будут соответствовать рис. 6.

дифференциальное уравнение изогнутой оси условного стержня в разрезном поясе имеет вид

2 2 Е1 =-Ч(Ь х-£_)+Н(е-«) ,

(17)

<3х

2

где Е - модуль упругости древесины или фанеры, в зависимости от приведения характеристик ; I - приведенный момент инерции тавроаого сечения; q - интенсивность равномерно распределенной поперечной нагрузк!', I. - пролет плиты (длина панели разрезного верхнего пояса); И - сжимающая (узловая сила); е - эксцентриситет приложения силы а по отношению к главной оси таврового сечения.

В результате его решения находим выражение стрелы прогиба при х=Ь/2

, 2

а2 я

1

СО.? (С11./2)

8Н

1

1

соя(<ХЬ/2)

(18)

I)

_ с

-34-

СГШШШШШз/

Я

Е

"х Тип. -----ь

и.

иу

Рис.6. Расчетные схемы плит в разрезных (а) и неразрезных (б)

поясах

а момента н

—'— -I "К [н1

^л -

2 \Н,

Не

(19)

И |Ц сов—— 1

для практического проектирования более удобно вычислять изгибающий момент в деформированном стержне с помощью максимального момента при поперечном изгибе такого стержня Мо и коэффициента í, учитывающего дополнительный момент от продольной силы, то есть

£=мя/ио , (20)

где для балки, загруженной равномерно распределенной нагрузкой,

(21)

мо=аь /8 .

С учетом (21) получаем выражение для определения коэффициента £

£= — 1

Л

-1 -

Не м

0. 8 "э

-1

к (1Г "о 1С пг н 1С ПГ

лк созлк ^лк

э

Не 1

Ы„ 1С |Ц-О СОЯ—I —

22)

Введя обозначения

С = Яэ/Н = АР6рКс/(,Л2)

-Л " - И

бр С

где X - гибкость стержня в плоскости изгиба, вычисляемая с

радиуса инерции приведенного таврового сечения в плоскости изгиба; Р^р - приведенная площадь поперечного сечения; Ес - расчетное сопротивление (древесины или фанеры) сжатию вдоль волокон; А - коэффициент, принимаемый в зависимости от материала, к которому приводятся характеристики, равный Л=3000 - для древесины и Л=2500 -для фанеры.

Получаем выражение

5 = О. 8 С (9-1) - 0Яе/Мо . (24)

Условие, при котором разгрухаюций эффект эксцентричного приложения схимаюших сил компенсирует дополнительный момент, обусловленный прогибами стержня (Г/Г =1), мохет быть записано как

С _ зг мпА.г '

и V

_о_

АРбА

то есть в этом случае

АРбркс

0.8С2-^ . (25)

-1

мд = мо = чь2/8 ' (26)

Для большинства блок-ферм средних пролетов с неразрезными

верхними поясами на стадии вариантного проектирования в целях упрощения расчетных зависимостей целесообразно пренебречь деформациями обжатия (удлинения) эквивалентной плоскостной фермы, учитывая лишь узловые деформации податливости б.

Дифференциальное уравнение изогнутой оси, в этом случае имеет

вид:

ах'

Е1Г_!1 = -0.x + -И- - НЯ + Не , (27)

о,г * •

где о = ч!. + __ - поперечное усилие в сечении на шарнирной

- 1 опоре.

После его реиения получаем максимальное значение прогиба

ч

..^(.-^(ь^ь-ца-а.),

[2аЬ - ЗЬ2 + е] - «л! , (28,

I 2Н 2 J ЧН

5Д.п(СЦ)/д) • —2 в^СИ-Н I 2Н 2

а максимальный изгибающий момент равен 2

М = £а_ - Не + □ах

йГГе - —5—1 Г1 - с0!£°А - яЬ®»] +

24 |Л анЛ 2д 2 я }

я1п(О0^/д) ГОдЬ _ д!-2 , Д sinai.Fi [гн 2

Заключает раздел методика проектирования блок-ферм с верхними поясами из клеефаперных крупноразмерных плит.

Пятым раздел посвящен результатам экспериментов.

С целью изучения действительной работы элементов и соединений разработанных блок-ферм, а также выявления степени достоверности результатов численных исследовании и проверки принятых расчетных предпосылок были проведены статические испытания конструкций марок ПСДФ-12-ЗА5 (пролет 12м), ПСЛМФ-18-ЗА2 (пролет 18м), ПСДМФ-18-ЗФ2 (пролет 18м), БФТ-18-3 (пролет 18м), ЛБФ-18-3 (пролет 18м) и ЛБФ-15-ЗТ (пролет 15м), изготовленных в натуральную величину.

Блок-ферма ПСДМФ-18-ЗФ2 была подвергнута испытаниям кратковременной статической нагрузкой, а затем, после "отдыха", испытаниям длительно действующей нагрузкой. Остальные конструкции исследовались при воздействии кратковременных статических нагрузок.

В процессе подготовки блок-ферм к экспериментам проверяли: технологичность изготовления элементов и узлов; отрабатывали операции сборки; технологию монтажа.

В процессе выполнения эксперементов предполагалось исследовать: напряженно-деформированное состояние элементов и конструкций в целом и сопоставить его с теоретическим; работу узловых соединений; прочность, жесткость и надежность блок-ферм; оценить степень участия обшивки и второстепенных элементов в работе верхних поясов.

опытные конструкции монтировали на железобетонные или решетчатые стальные опоры. При этом обеспечивали горизонтальную подвижность опорных узлов одной из коротких сторон блок-ферм для соответствия статической расчетной схеме.

1. Испытания блок-ферм с клеефанерным верхним поясом

Блок-ферму 18x3м (ПСДНФ-18-ЗФ2) нагружали тарированным по весу железобетонными балками равномерно по всему пролету. В испытаниях кратковременной статической нагрузкой получены следующие результаты.

При нормативной нагрузке деформативность конструкции характе-

он I

-.4 7-

N

ризовалась следующими показателями. Наибольший прогиб конька составил ззмм (1/545 пролета), горизонтальное перемещение подвижной опоры - 2. 5мм, перемещение узла "соединения плит верхнего пояса в четверти пролета - 33мм. Зависимость изменения перемещений от величины нагрузки практически линейная. При загружении блок-фермы расчетной нагрузкой (4 ступень) относительный прогиб конька был равен примерно 1 /375 пролета. Наибольший прогиб основного

ребра плиты при нормативной нагру- зке (2 ступень) составил 8. 12мм или 1 / 569 длины, а при расчетной - 17.82мм ( 1 / 2 56 длины). Прогибы обшивки между поперечными ребрами в центре наиболее напряженного отсека изменялись пропорционально нагрузке. Это свидетельствует о том, что при принятом соотношении пролета обшивки (т. е. шага подкрепляющих обшивку элементов) к ее толщине, не превышающем 100, обеспечивается ее устойчивость.

Работу обшивки под нагрузкой изучали по изменениям в ней нормальных сжимающих (растягивающих) напряжений, для чего из полных напряжении выделяли нзгибные н сжимающие (растягивающие) составляющие. При этом предполагалось, что изменение нормальных напряжений по толщине обиивки происходит линейно. Неравномерность распределения напряжений по ширине обшивки (или степень ее включения в совместную работу с основными ребрами) оценивали редукционным коэффициентом, вычисляемым по формуле:

п ср пах i пах

к = Е су ау =2 оу Д^/(в оу >, (зо)

i=i

где О - значение нормального сжимающего напряжения в i-ой точке;

Лх^ - ширина участка обшивки между точками тензометрии; В - конструктивная ширина обиивки; - максимальное значение нормального напряжения, возникающего в месте присоединения обшивки к основному ребру.

Эксперементальные эпюры нормальных сжимающих напряжений в обшивке в исследуемых сечениях плиты приведены на рис. 7 На участке "обрамляющее ребро - крайнее основное ребро* центр тяжести эпюры смешеи в сторону крайнего ребра, а на участке "крайнее ребро-среднее ребро" в сторону- второго. Это явление, как считает автор, обусловлено тем, что обрамляющие элементы, включаясь в пространственную работу плиты, разгружают, главным образом, крайние основ-

-38-

ные ребра, об этом же свидетельствует и разница в 14% между краевыми сжимающими напряжениями в среднем и крайнем основных, ребрах.

Картины распределения нормальных сжимающих напряжений по шири-яе обшивки в обоих сечения* качественно совпадают. На этих же рисунках пунктирными линиями показаны уровни теоретических напряжений. для расчетной нагрузки фактическое максимальное напряжение в обшивке над средним ребром (8. 84 мпа) отличается от установленного расчетом по программе "ЛИРА" (7. 89 МПа) на 12%, а те же напряжения над крайним ребром - на 41Ь (7.58 и 7.26). Расхождение эспериментальных и теоретических значений напрягений в поле обшивки не превышает 8%, что свидетельствует о хорошей сходимости результатов.

опытная блок-ферма, была испытана нагрузкой интенсивностью в 1. 5 расчетной и затем разгружена. В ходе эсперимеитов не было отмечено каких-либо нарушений в работе соединений элементов конструкции, расслоения фанеры, отрыва обшивки, скалывания древесины и т. п.

После разгрузки ПСДМФ-12-ЗФ2 и выдержки (отдыха) ее в течение месяца были начаты длительные испытания конструкции расчетной наг-

-3 9-

рузкой.

Рост горизонтальных перемещений подвижной опоры блок-фермы прекратился по истечении трех суток, максимальное значение горизонтального перемещения зарегистрировано равным 9. змм. Наиболее интенсивное нарастание прогибов конька наблюдалось в первые 18 суток, а в последние 45 суток испытаний значения их практически не изменялись. Максимальный прогиб конька за период наблюдений составил приблизительно 1 /300 пролета (60. 07мм). Характер изменения во времени перемещений остальных точек верхнего пояса блок-фермы был идентичен характеру изменения упомянутого прогиба, ползучесть прогибов плиты имела установившийся характер в период испытаний с 3-х по 40-е сутки, а в последующее время - ограниченный. Качественно картины прогибов по ширине плиты в исследуемых сечениях совпадали. Графики перемещений точек плиты свидетельствуют об устойчивости обшивки: не наблюдается различия в скорости деформирования обшивки в середине наиболее напряженного отсека и основных ребер в том же сечении.

Максимальное значение прогиба основного ребра плиты составило 1/222 длины (20. 76мм). Пересчитанное максимальное значение прогиба для нормативной нагрузки равно 1/285 длины плиты.

Опытная конструкция была выдержана под нагрузкой 2. 98 кПа в течение 90 суток. За время лаблюдений каких-либо признаков разрушения элементов и соединений блок-фермы не обнаружено. В целом характеристики деформативности конструкции не превысили предельно допустимых значений, отмечается надежная работа блок-фермы при воздействии длительнолействующих нагрузок.

Блок-ферма 1Sx3h (Л0Ф-18-3) отличается от предыдущей конструкции, прежде всего, техническим решением клеефанерной плиты верхнего пояса, она включает в себя два брусчатых открыто расположенных ребра; фанерную обшивку, приклеенную к ним сверху; .пять продольных вспомогательных ребер и два поперечных элемента обрамления из досок; две брусчатые диафрагмы, выполняющие функции бортовых элементов, поставленные в торцах плиты между основными ребрами.

Блок-ферму нагружали кирпичем, укладываемым на дополнительный пастил из досок, равномерно по всему пролету.

При нормативной нагрузке прогиб конька составил 29.26мм (1/615 тролета), а при расчетной - 52. 48ми ( 1/3 43 пролета), прогиб основ-

-4 0-

ного ребра клеефанерной плиты отмечен равным соответственно 6. 48мм ( 1 / 7 2 2 длины) И 10.41ММ ( 1 / 4 50 длины).

На рис. 8 показаны эпюры нормальных напряжений в расчетном сечении обшивки, построенные по результатам тензометрии. Напряжения по ширине обшивки распределяются неравномерно, причем с увеличением нагрузки неравномерность возрастает. Эпюры характеризуются знакопереиенностьв, выявлены сжатые и растянутые области обшивки.

При расчетной нагрузке максимальное сжимающее напряжение в обшивке отмечено над основным ребром 5. 97 МПа, а максимальное растягивающее напряжение, равное 5. 61 ИПа, - под центральным вспомогательным ребром. Напряжения в обшивке равны нулю на расстоянии 3 52мм от кромки основного ребра.

Эпюры свидетельствуют о вовлечении обшивки в совместную работу на общий изгиб как с основными, так и вспомогательными ребрами, для оценки указанного участия вычисляли редукционные коэффициенты ширины обшивки:

а) по фактической длине сжатой (растянутой) области обшивки

п

к = 2о / о = £ о. я/ го х), | л )

ср аах 1 1 пах '

1=1

где О. - среднее значение нормальных сжимающих (растягивающих) с р

напряжении; ~ максимальное сжимающее (растягивающее) напря-

жение; п - количество тенэорезисторов и сжатой (растянугон) области обшивки; О. - напряжение в точке тензометрии; X - графически установленная длина сжатой (растянутой) области сечения обшивки; , б) по конструктивной ширине обшивки

_ п

к =-2, а.э/(О в), (зг)

а=1 1 * вах

где II - конструктивная ширина обшивки

Лля расчетной нагрузки получены следующие значения редукционных коэффициентов: для сжатой области к =0.435 и К =о. 130. лля

^ __ с с

растянутой области Кр=°- +" н Кр=в-

Таким образом, при продольной постановке вспомогательных ребер обеспечивается совместность работы всех конструктивных элементов клеефанернон плиты верхнего пояса. Для количественной оценки участия вспомогательных ребер в общем изгибе плиты проведены дополнительные эксперименты с моделями плит.

2. Испытания блок-ферм с верхними поясами в виде плит

с обшивками из плоских асбестоцементных листов Блок-ферму 12x3м (ПСДМФ-12-ЗЛ5) загружали бетонными блоками (средний вес 1. 15 кН) равномерно по всему пролету.

При нормативной нагрузке максимальный относительный прогиб конька составил 1/750 пролета, а верхнего пояса - 1/314 свободной длины основного ребра. При расчетной нагрузке (3 кПа) указанные характеристики деформативности были равны 1/52 1 и 1/268, соответственно. коэффициент приведения ширины обшивки оказался равным 0. 44. . о 46. отметим, что максимальные, напряжения в обшивке на ребрах на всех ступенях загруження были меньше соответствующих краевых нормальных напряжений в ребрах.

При расчетной нагрузке краевое сжимающее напряжение в основном ребре оказалось равным 9. 2 МПа, а в обшивке - 6. 53 МПа, то есть последнее меньше на 29%. Теоретическое значение напряжения в ребре, определенное с учетом податливости соединения с обшивкой с

введением в расчет редукционного коэффициента к=о. 46, равно II. л МПа, а в обшивке - о. 2 МПа.

Разрушение конструкции началось с разрыва волокон древесины основного ребра плиты в зоне соединения с раскосом II произошло хрупко. Конструкция выдерживала разрушающую нагрузку (176. 73 кН) в течение 2 7 минут. Требуемый коэффициент безопасности блок-фермы Ктр=2. 27, а экспериментальный коэффициент безопасности кн=2- 22-что несколько меньше. Принимая во внимание, что наличие сучка в растянутой зоне сечения величиной в половину высоты ребра является превышением требований к порокам для пиломатериалов 2 сорта, несущую способность опытной <мок-фермы можно считать удовлетворительной.

Блок-ферма 18хЗи (ПСДМФ-18-ЗЛ2) характеризовалась во время испытаний следующими показателями, относительной прогиб конька при нормативной нагрузке составил приблизительно 1/560 пролета, а при расчетной - 1/314. вертикальное перемещение узла соединения плит верхнего пояса в четверти пролета блок-фермы изменялось идентично прогибу конька. Горизонтальное перемещение подвижной опоры нарастало пропорционально до нагрузки пятой ступени, а далее - по нелинейной зависимости. Максимальный прогиб прнопорной плиты верхнего пояса при нормативной нагрузке был равен 1/640 ее длины, а при расчетной - 1/360. Наибольший прогиб обшивки при нормативной нагрузке был равен 1/230 шага поперечных ребер, что свидетельствует о ее достаточной жесткости.

Проведенное испытание показало, что, как и в предыдущем эксперименте, асбестоцементная обшивка включается в совместную работу с основными ребрами. Коэффициент приведенной ширины обшивки меняется для ступеней загружения в пределах от о. 46 до о. 42.

В испытанных конструкциях значения приведенной ширины асбесто-цементной обшивки больше величины, определенной в соответствии с указаниями сниП 2. 03. 09-85. Этот факт, по мнению автора, объясняется более благоприятными условиями работы блок-ферм в экспериментах: кратковременность нагрузки, стабильность температурно-влажностных условий. Существенное влияние оказал вил напряженного состояния плиты: сжатие с изгибом (в СНиП 2.03.09-85 регламентируется только изгиб)

Разрушение конструкции произошло при суммарной нагрузке 5. 05

- 4 .3 -

кГ1а. Его причиной явился ра зрыв стержня приопорного элемента ветви нижнего пояса в сечении, ослабленном электросваркой (пережег). Коэффициент запаса опытной конструкции по отношению к расчетной нагрузке составил I. 68. Перед разрушением наблюдалось нарастание прогибов конька и горизонтальных перемещений.подвижной опоры. Последнее обусловлено, как считает автор, образованием пластических деформаций в опасном сечении (сечении разрыва) ветви нижнего пояса.

3. Испытания блок-ферм с верхними поясами в виде стержневых плит

Блок-ферму 18x3м (БФТ-18-3) нагружали тарированнымн по весу (средний вес 1. 15 кН) бетонными блоками, которые укладывали на дополнительный настил из досок. В процессе испытаний установлены следующие характеристики деформативности конструкции: прогиб конька прн нормативной нагрузке равен 22. 5мм (1/791 пролета), а при расчетной - 58. 2мм (1/306 пролета); прогиб основного ребра верхнего пояса при нормативной нагрузке составил 8. 11мм (1/382 длины плиты), а при расчетной нагрузке - 21.3мм (1/143 длины плиты). После приложения 6 ступени прн суммарной нагрузке 209. 52 кН (3.88 кпа) произошло разрушение конструкции. Его причиной явился срез сварного соединения в крайнем элементе нижнего пояса. Запас несущей способности опытной блок-фермч по отношению к расчетной нагрузке составил 1. 62.

Блок-ферму 15x3м (ЛБФ-15-ЗТ) испытывали односторонней нагрузкой, прикладываемой в четвертях длины плит ската при помощи балочных клеток из составных двутавров и гидравлических насосных станций.

При нормативной нагрузке деформативность, опытной конструкции характеризовалась следующими величинами. Прогиб конька составил 19. 12мм ( 1 / 785 пролета), вертикальное перемещение узла верхнего пояса в четверти пролета при той же нагрузке было равно 15. 9мм, а прогиб основного ребра крайней плиты - 9. 64мм (1 /394 длины). Установленные характеристики значительно меньше предельных (СНиП II-2 5-80) для случая действия кратковременных нагрузок и свидетельствуют о высокой жесткости конструкции.

Прн расчетной нагрузке прогиб конька был равен 28. 7бмм (1/521 тролета), а прогиб основного ребра крайней плиты - 20. 5 5мм (1/185

-44-

длнны) Горизонтальное перемещение подвижной опори при той же на-I рузке составило IX. 33мм. Во время эксперимента каких-либо признаком разрушения не за регистрировано.

В шестом разделе излагаются результаты экспериментов е моделями клеефан&рных плит.

В процессе испытаний моделей (М 1:2. 5) клеефанерных плит предполагалось- I ) установить напряженное состояние фанерной обшивки в зависимости от ориентации и шага подкрепляющих ее ребер, вида нагрузки, 2) определить степень вовлечения вспомогательных ребер в работу плиты на общий изгиб.

Испытаниям кратковременной статической нагрузкой были подвергнуты плиты, имеющие размеры в плане I. 2x2. 4м, рассчитанные иод нагрузку до 3 кПа.

К экспериментам было подготовлено четыре модели: две плиты с продольными вспомогательными ребрами щита ограждения, поставленными с шагом зоо и 600мм, и две плиты с поперечными вспомогательными ребрами, поставленными также с шагом 300 и 600мм. Опытные конструкции имели по два открыто расположенных снизу основных дощатых ребра и, таким образом, П - образное поперечное сечение.

В ходе экспериментов меняли схему приложения нагрузки: а) загружая равномерно все вспомогательные ребра; б) загружая только основные ребра.

В результате обработки тензометрии были построены эпюры нормальных напряжений в расчетных сечениях моделей плит (рис. 9). По полученным эпюрам нормальных напряжений в основных ребрах графическим способом устанавливали положение нейтральной оси поперечного сечения плит.

Эксперименты показали, что шаг вспомогательных поперечных ре-Стер практически не влияет на степень участия фанерной обшивки в работе плиты на общий изгиб. Редукционные коэффициенты обшивки оказались равны 0,383 (для шага 600мм) и 0. 385 (для шага 300мм). Отмечается, что характер распределения нормальных напряжений в обшивках плит с продольными вспомогательными ребрами зависит как от шага ребер, так и от схемы приложения нагрузки. Сжимающие напряжения, возникающие в обшивке вследствие ее включения в совместную работу с основными ребрами, накладываются на растягивающие напряжения, обусловленные совместной работой обшивки с вспомогательными

-4 5-

3)

6 MiU

б.мПв'.

nnilnü Iii vi rrri-ü

JJ5 ??ä...JJ».i?5. ij?s.. 57 5 15^1 _255jSM

j

Рис. 9

продольными ребрами.

Сравнение эпюры п обшивке модели с эпюрой натурной конструкции ЛБФ-18-3 покапывает хорошее качественное совпадение характера распределения напряжений.

Для оценки участия обшивки в совместной работе как с основными, так и со вспомогательными ребрами вычисляли редукционные коэффициенты ширины обшивки: по фактической длине сжатой (растянутой) области К (31) и по конструктивной ширине обшивки К (32)

а) плита, имеющая шаг вспомогательных ребер 600мм: принагруже-нии только основных ребер для сжатой области Кс=0.-349 и *с=0. 308, а для растянутой Кр=0- 630 и ПРИ эагружении всех ребер для сжатой области Кс=0. 347 и Кс=0. 118, а для растянутой Кр=0. 40 1 И Кр=0. 109;

б) плита, имеющая шаг вспомогательных ребер 300мм: при нагруже-нии только основных ребер для сжатой области Кс=о.357 и Кс=0. 115; для растянутой Кр=0.411 и К^=0. 278; при приложении нагрузки ко всем ребрам для сжатой области Кс=0. 523 и Кс=0. 148, а для растя-

ну i (iii К =(). 723 ii К -О. 1 1 5.

1> Р

Таким образом, с уменьшением шага подкрепляющих ребер наблюдается тенденция к некоторому выравниванию распределения напряжении по сжатой и растянутой областям. Заметим 1акжс. что этот же факт установлен и при приложении нагрузки только к основным ребрам.

Нейтральная ось в плите с поперечными bciiomoi ательнымн ребрами расположена ниже, чем в плитах с продольными вспомогательными ребрами Как полагает автор, зто обстоятельство обусловлено влиянием продольных ребер на напряженное состояние конструкции

г целью количественной оценки указанного влияния участие вспомогательных ребер предлагается учесть коэффициентом Т| Тогда выражение для нейтральной оси примет следующий вид

VW|0- 5F«_,VT1|;B(ho+0 5\>+б>+Еф<*свб>/Ед<Ьо+0 56)1'

|Р()+Т)Кв+Еф(.СсВб)/Ед1. (33)

где S^ и F - приведенные к древесине статический момент относительно нижней кромки плиты и плошадь поперечного сечения плиты; Fq и 1;в - суммарные плошали основных и вспомогательных ребер; Ед и Еф - модули упругости древесины и фанеры вдоль волокон; hD и Ьв -высоты поперечных сечений основных и вспомогательных ребер; (Ксвб) - расчетная плошадь поперечного сечения обшивки; 5 - толщина обшивки.

Использовав экспериментальные значения у и К^, решив (33) относительно коэффициента Т) , получили его значения, приведенные в табл 2.

На основании полученных результатов испытаний моделей клеефа-нериых плит автор счел возможным сделать следующие выводы.

При вычислении статических геометрических характеристик приведенного сечения клеефанерных плит с продольными вспомогательными ребрами с целью упрощения расчета следует учитывать область обшивки, находящуюся между основным и ближайшим к нему вспомогательными ребрами. При этом ширина обшивки должна быть введена в расчет с редукционным коэффициентом, принимаемым условно, как для плиты, не имеющей продольных подкрепляющих обшивку ребер.

При проектировании вспомогательных ребер в запас несушей способности расчет можно вести по приведенным характеристикам (по аналогии с клеефанерной плитой, имеющей только нижнюю обшивку),

- 4 7-

Габлина _>

Значения коэффициента участия вспомогательных продольных ребер в работе плиты на общий изгиб

Функция вспомогательных продольных ребер Шаг вспомогательных продольных ребер

а / 2 а / 4

Подкрепление фанерной обшивки Прогон 1). 3(>6 0. 411 0. 273 1). 193

Примечание: 1) а - шаг основных ребер плиты; 2) при других

шагах вспомогательных ребер допускается устанавливать значения 1] интерполяцией.

учитывая в вычислениях только участок обшивки, расположенный между этими ребрами (С введением упомянутого выше редукционного коэффициента )

Седьмой раздел посвящен опытному строительству производственных зданий в Красноярском крае с покрытиями из блок-ферм Построен склад минеральных удобрений пролетом 12м. две овчарни с пролетами 18м, хозсклад КИСИ пролетом 12м. Ведется строительство лесопильного цеха пролетом 18м с покрытием из трехгранных блок-ферм. Приводятся технические решения монтажных приспособлений

В результате экспериментального строительства указанных зданий с покрытиями из блок-ферм была подтверждена их экономическая эффективность. Причем большая ее доля была получена за счет резкого сокращения сроков устройства покрытии.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ известных конструктивных решений блочных конструкций на основе древесины, а также изучение концепции создания пространственных комбинированных конструкции, в частности, из стали и

железобетона, позволили сформулировать принципы формообразования и конструирования пространственных совмещенных блок-ферм на основе лревесины, предназначенных для покрытии здании, а также предложить способы реализации принципов в проектной практике. Предложены классификация и основные конструктивные схемы блок-ферм.

2. с базированием на принципе региональности (как главном, определяющем) разработаны применительно к условиям строительной индустрии Красноярского края комбинированные блок-фермы на основе древесины для покрытий производственных и гражданских зданий с пролетами от 12 до 2 4м.

В зависимости от назначения здания (отапливаемое или неотапливаемое), возможностей предприятия-изготовителя предлагаемые блок-фермы имеют верхние пояса в виде стержневых деревянных плит или плит с каркасами из древесины и обшивками из фанеры, плоских асбестоцементных листов. Установлено, что наиболее экономичны по расходу древесины конструкции с клеефанерными верхними поясами.

3. Пространственные совмещенные блок-фермы на основе древесины характеризуются следующим:

- эффективными показателями расхода металла и дерева;

- сборностью и взаимозаменяемостью большинства элементов;

- легкостью;

- возможностью использовать не только клееные, но и цельные деревянные элементы, в том числе недефицитных сечений;

- индустриальностью и технологичностью, позволяющей в минимальные сроки освоить выпуск на существующих ДОЗ и ДОК;

- возможностью сборки и монтажа конвейерно-блочным методом на стройплощадке;

- совмещением несущих и ограждающих функций;

-4 7-

- уменьшением трудоемкости верхолазных работ при устройстве покрытий.

4 Разработанные в соответствии с упомянутыми выше принципами блок-фермы для пролетов М) и 76м. подтверждают их пригодность для

создания большепролетных блок-ферм на основе древесины

5. Показана эффективность использования многоуровневой декомпозиции в расчетах (С помощью ЭВМ) блок-ферм, как дискретно-континуальных (пластинчато-стержневых) систем, по деформируемой схеме с учетом длительности действия нагрузки и деформации податливости в узловых соединениях.

л. Существующая методика расчета клеефанерных плит не достаточно точно отражает действительную работу крупноразмерных ребристых плит из древесины и фанеры. Показана необходимость учета таких факторов, как соотношение сжимавших плиту сил и изгибающих моментов; толщина обшивки; степень ортотропностн фанеры.

7. В результате численных исследований напряженно-деформированного состояния крупноразмерных ребристых клеефанерных плит установлены закономерности влияния геометрических параметров, свободной длины плиты, шага основных ребер, толщины обшивки; степени ортотропностн фанеры; силовых воздействий на степень неравномерности распределения нормальных напряжений по ширине расчетного сечения обшивки.

х. Предложен прикладной метод расчета блок-ферм с верхними поясами в виде крупноразмерных плит.

9. Получены формулы для вычисления по деформированной схеме полного изгибающего момента в стержне, загруженном равномерно распределенной поперечной нагрузкой и эксцентрично приложенными по концам продольными сжимающими силами.

- ."¡fi-

ní. Укий-ршсистмшаи практический метод расчета крупноразмерных клееефане рных плит с учетом работы обшивки в док pin ическон или за к риiнчс скоп стадии.

II Комплексными экспериментальными исследованиями натурных конструкции блок-ферм и моделей плит, охватывающими стадии работы при кратковременных и длительных нагрузках, подтверждены основные положения разработанного расчетного метода, а также достоверность теоретических данных, принятых при проектировании, и обоснованность способов реализации принципов конструирования и формообразования

12. Опытное строительство зданий с покрытиями из блок-ферм подтвердили экономическую целесообразность применения таких конструкций в строительной практике, экономический эффект от строительства трех зданий общей площадью 4176 кв. м составил в ценах 1984 года - 2 5 1 5 2 руб., или в перерасчете на цены 1 995 года - 1 06896 тыс руб. , что соответствует уменьшению стоимости на 16. . . 18«..

1.1. Результаты выполненных исследований являются основой для совершенствования раздела действующей главы СНиП, посвященного расчету клеефанерных плит. Материалы исследований использованы при разработке и проектировании новых конструкций, в экспериментальном строительстве, учебном процессе.

Основной экономический эффект достигается за счет полноценного использования физико-механических свойств материалов блок-ферм и ускорения строительства.

-at-

Осковные положения диссертации опубликованы в работах:

1. ПросI ранствениые деревометаллические конструкции покрытия пролетом 12м для неотапливаемых с/х здании Красноярского кр'ая // Пространственные конструкции в Красноярском крае/ КПИ. Красноярск, 1 980. -С. 113-142. (Соавторы Куликов М. Е. , Травин Е Л. ).

2. Рекомендации по изготовлению и монтажу панельной металло-деревянной конструкции покрытия на пролет 12x3м в условиях Красноярского края, составленные на основании опытного строительства // Пространственные конструкции в Красноярском крае: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / КПИ Красноярск, 1 982. -С. 134-1 43. (Соавторы Куликов М. Е. , Хорошавин Е. А. ).

3. пространственные совмещенные фермы покрытий // Пространственные конструкции в Красноярском крае: Межвуз. темат. сб. научн. тр. / кпи. Красноярск, 1985. - с. 164-1 68. (Соавторы Дмитриев П. А. . Шапошников Ii. (1. , листовка А. В. ).

4. Натурные испытания пространственной совмещенной деревянной фермы покрытия марки ПСДМФ-12-ЗА5 //Пространственные конструкции в Красноярском крае: Межвуз. темат. сб. научн. тр. /КПИ. Красноярск,

1 98 5. - с. 169-171. (Соавторы Шапошников в. Н. , ластовка A.B. ).

5. Пространственные деревянные фермы покрытий// Прогрессивные пространственные конструкции и перспективы их применения в строительстве: Тез локл Всесоюзн. конф. - Свердловск, 1 98 5,- С. 68-70 (Соавтор Дмитриев П. А. ).

6. Пространственные совмещенные деревометаллические блок-фермы покрытий // На стройках России, 1986, N10. - С. 52-54. (Соавтор Дмитриев II. А. ).

7. Методические указания по конструированию, расчету и изготовлению пространственных совмещенных блок-ферм на основе древесины для покрытий производственных сельскохозяйственных зданий. -Красноярск, 1 986. - 2 9 с.

8. Пространственные совмещенные блок-фермы на основе древесины для покрытий зданий // Изв. вузов. Стр-во и архитектура, 1 987, N1. - С. 22-27. (Соавторы Дмитриев П. А. , Стрижаков Ю. д. ).

9. Цельнодеревянные блок-фермы с креплениями на металлических пластинках с зубьями-дюбелями // Пространственные конструкции в Красноярском крае: Межвуз. темат. сб. науч. тр. /КИСИ. Красноярск,

19S7 - (Л 103-109. (Соавторы Дмитриев II А.. Пуртоп и 13., ОСИПОВ К). К- ).

10. К практическому расчету клеефанерных конструкций// Облегченные металлические и деревянные конструкции Межвуз темат. сб. науч. тр. / КХТИ. Казань, 1988.- С. 70-75. (Соавторы Жаданов В. И. , Хороший В. И. ).

11. Пространственные индустриальные конструкции для покрытий зданий // Изв. вузов, стр-во и ахитектура, 1989, N2.- С. 23-27. (Соавторы Дмитриев ПЛ., Стрижаков Ю. Д. , Жаданов В И. ).

12. Быстровозводимые совмещенные блок-фермы покрытий и складывающихся блок-секций зданий на основе древесины // Дерево в строительных конструкциях: Тез. докл. IV междунар. симпозиума, 5-7 сентября 1989,- ЧССР, Братислава, 1989.- С. 11-21. (Соавторы Дмитриев П. А. , стрижаков ю. д. , хороший В. И. ).

13. Численные исследования редукционного коэффициента фанерной обшивки //Состояние, перспективы развития и применения пространственных конструкций: Тез. докл. Всесоюзн. конф. - Свердловск, 1 989 -С 28 (Соавторы Авсеев А. л. , Заводова H.H. ).

14. к практическому расчету клеефанерных плит// изв. вузов, стр-во и архитектура, 1990, N2.-С. 130-132. (Соавторы Хороший В. И. , Авсеев А. Л. , Заводова Н. Н. ).

15. A.C. 654776 СССР. Пространственная предварительно напряженная ферма /НИСИ им. В. В. Куйбышева; авт. иэобрет. II. А. Дмитриев, ы. д. стрижаков, И. С. инжутов, В. И. Хороший. Опубл. в Б. И. 1991, N12.

16. пространственные конструкции блочного типа на основе древесины // изв. вузов. Стр-во и архитектура, 1 992, N2. -с. 14-19. (Соавторы Хороший В. И. , Авсеев А. л. , зирка В. Г. ).

17. испытания натурных образцов трехгранных деревометалличес-ких блок-ферм покрытий// Изв. вузов. Стр-во и архитектура, 1994, N3. - С. 14-18. (Соавтор Енджиевский A.B. ).

18,19. Новосибирский ЦНТИ / информ. листки: N382-84 (Соавторы Дмитриев п. а. , Шапошников В. Н. ); N253-86 (Соавтор Дмитриев п. А. ).

20-30. Красноярский ЦНТИ / Информ. листки: N115-85 (Соавторы Дмитриев п. а. , Шапошников в н. ); N199-85 (Соавтор Дмитриев п. А. ); N86-16 (Соавтор Дмитриев П. А. ); N22-87 (Соавторы Дмитриев пл., Пуртов В В., Хороший В. И. ); N562-88 (Соавторы Дмитриев П. А. , Авсеев A.A. ); N49-90 (Соавторы Петухова И. Я. , Зирка В. Г. , Авсеев

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

НОВОСИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

БЛОК-ФЕРМЫ НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСИНЫ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ ЗДАНИЙ

Диссертация

на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.23. 01 - строительные конструкции,

здания и сооружения

Новосибирск - 1995

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................6

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ВОПРОСАМ КОНСТРУИРОВАНИЯ

И РАСЧЕТА БЛОЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСИНЫ. .......... 14

1. 1. Опытно-конструкторские разработки ..................... 14

1. 1. 1. Плиты "на пролет" ....................................14

1. 1. 2. Блок-арки .............................................24

1. 1. 3. Блок-фермы ...............................................30

г

1. 1. 4. Блок-секции быстровозводимых и сборно-разборных

зданий.................................................40

1. 2. Экспериментальные и теоретические работы по оценке

напряженно-деформированного состояния клеефанерных

плит................................................ . . . 50

2. ПРИНЦИПЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ И КОНСТРУИРОВАНИЯ БЛОК-ФЕРМ. ...... 56

2. 1. Общие положения .................................................................56

I

2. 1. 1. Классификация ......................................56

2. 1. 2. Материалы и изделия, применяемые в конструкциях ........................................................57

2. 2. Формулировка принципов формообразования и конструирования ..........................................................62

2. 3. Способы реализации принципов ............................................63

2. 3. 1. Региональность конструкций и системный подход . . 63

2. 3. 2. Формообразование блок-ферм ..................... 63

2. 3. 3. Пространственность работы и совмещение функций . 65

2. 3. 4. Простота конструктивных форм ................... 65

2. 3. 5. Обеспечение максимальной' долговечности ......... 68

2. 3. 6. Эффективность использования свойств материалов . 69 2. 3. 7. Взаимозаменяемость и унифицированность элемен-

тов, сборность узловых соединений .............. 71

2. 3. 8. Обеспечение технологичности изготовления и повышенной заводской готовности .................. 72

2. 3. 9. Учет требований транспортабельности и крупно-

блочного монтажа ............................... 75

3. ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИЕ РАЗРАБОТКИ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ

СОВМЕЩЕННЫХ БЛОК-ФЕРМ НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСИНЫ .................. 77

3. 1. Блок-фермы с элементами из цельной древесины.......... 77

3. 1. 1. Цельнодеревянные блок-фермы .................... 78

3. 1. 2. Деревометаллические блок-фермы . ................ 84

3. 2. Блок-фермы с элементами из клееной древесины .......... 99

3. 3. Область применения........................................................110

3. 4. Выводы................................................115

4. ТЕОРИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА КРУПНОРАЗМЕРНЫХ КЛЕЕФАНЕРНЫХ

ПЛИТ ВЕРХНИХ ПОЯСОВ БЛОК-ФЕРМ .............................. 116

4. 1. Характеристика подхода к расчету блок-ферм, как

дискретно-континуальных систем ............. ...........119

4. 2. Изучение НДС блок-фермы с помощью многоуровневой

декомпозиции......... ............ . .'....................128

4. 3. Исследование влияния геометрических и статических параметров на редукционный коэффициент обшивки .......... 139

4. 4. Учет влияния анизотропии на величину работающей части

фанерной обшивки каркасных плит ....................... 145

4. 5. Устойчивость фанерной обшивки крупноразмерных плит .... 149 4. 6. К практическому расчету изгибающего момента в

сжато-изгибаемой клеефанерной плите. ...................155

4. 7. Методика практических расчетов блок-ферм с клеефа-

нерными верхними поясами...........................................163

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ БЛОК-ФЕРМ, ВЫПОЛНЕННЫХ

В НАТУРАЛЬНУЮ ВЕЛИЧИНУ .....................................168

5. 1. Цели и задачи.......................................... 168

5. 2. Методика натурных испытаний...........................169

5. 3. испытания блок-ферм с клеефанерными верхними поясами . . 171 5. 3. 1. Результаты кратковременных испытаний блок-фермы

ПСДМФ-18-ЗФ2................................... 172

5. 3. 2. Результаты испытаний блок-фермы ПСДМФ-18-ЗФ2

длительной нагрузкой ..........................................182

5. 3. 3. Результаты кратковременных испытаний блок-фермы

ЛБФ-18-3 ....................................... 186

5. 4. Испытания блок-ферм с верхними поясами в виде плит с

обшивками из плоских асбестоцементных листов .......... 195

5. 4. 1. Результаты испытаний цельнодеревянной блок-фермы

ПСДФ-12-ЗА5 .................................... 195

5. 4. 2. Результаты испытаний деревометаллической блок-

фермы ПСДМФ-18-ЗА2 ............................. 205

5. 5. Испытания блок ферм с верхними поясами в виде стержневых плит .......................................... . 213

5. 5. 1. Результаты испытаний трехгранной блок-фермы

треугольного очертания БФТ-18-3 ................ 213

5. 5. 2. Результаты испытаний линзообразной трехгранной

блок-фермы ЛБФ-15-ЗТ ........................... 216

5. 6. Выводы...............................................................223

6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ОБШИВКИ МОДЕЛЕЙ КЛЕЕФАНЕРНЫХ ПЛИТ .......................... 226

6. 1. Цель экспериментов .................................... 226

6. 2. Методика испытаний.............................................................226

6. 3. Анализ результатов ......................................................231

6. 4. Выводы............................................................236

7. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ СОВМЕЩЕННЫХ БЛОК-ФЕРМ НА

ОСНОВЕ ДРЕВЕСИНЫ В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ......... 238

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................244

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ............................................. 247

ПРИЛОЖЕНИЯ ....................................................263

ВВЕДЕНИЕ

Современный этап строительства характеризуется все более возрастающей необходимостью учета региональных условий. Лес Сибири и Дальнего Востока - единственный возобновляемый природный ресурс, представляющий собой важнейший источник сырья для строительства.

1

Современный уровень лесоперерабатывающей промышленности позволяет эффективно использовать древесину в виде пиломатериалов и новых материалов на ее основе.

Однако, существующая в Сибири и на Дальнем Востоке база по производству строительных конструкций ориентирована, главным образом, на их выпуск из железобетона и стали. Расположенные здесь деревообрабатывающие заводы и комбинаты имеют возможность изготавливать конструкции только из цельной древесины. В последние годы резко снизилась поставка строительству пиломатериалов с большими размерами поперечных сечений, что негативно отразилось на применении известных плоскостных деревянных конструкций.

Одним из путей преодоления указанных трудностей является создание и применение в строительной практике индустриальных пространственных конструкций блочного типа.

Отечественный и зарубежный опыт в области разработки новых эффективных типов покрытий зданий и сооружений имеет четко выраженную тенденцию на создание облегченных конструкций, совмещающих несущие и ограждающие функции, в том числе комплектов таких конструкций на здание или сооружение. Применение совмещенных конструкций покрытия позволяет существенно снизить трудоемкость монтажа и уменьшить расход основных строительных материалов /8 9, 130/.

Требованиям снижения массы и материалоемкости конструкций покрытий средних и больших пролетов, а также индустриализации их

изготовления и монтажа укрупненными блоками отвечают пространственные совмещенные блок-фермы, имеющие верхние пояса в виде плит с деревянными каркасами. Для средних пролетов такие конструкции могут быть запроектированы и выполнены из обычных пиломатериалов недефицитных сечений. Кроме этого, блочные конструкции позволяют существенно сократить сроки строительства, упростить конструктивную схему зданий, улучшить условия труда линейных строительных рабочих.

Негативным фактором, тормозящим применение блочных конструкций является отставание конструкторских и научных исследований в этом направлении. Например, хорошими технико-экономическими показателями обладают конструкции, в которых комбинируется фанера и цельнодеревянные элементы - крупноразмерные клеефанерные плиты и блоки на их основе. Однако, существующие методы их расчета недостаточно достоверно отражают условия совместной работы упомянутых элементов. Во многих случаях это приводит к несоответствию расчетных моделей реальному поведению конструкции при воздействии эксплуатационных нагрузок.

В связи с изложенным назрела необходимость в разработке принципов проектирования конструкций блочного типа на основе древесины, в усовершенствовании практического метода расчета крупноразмерных клеефанерных плит, поскольку в нормативных документах отсутствуют сведения об их проектировании, в проведении конструкторской работы по созданию блоков. При этом важн'ое значение имеет накопление экспериментальных данных о фактической работе таких конструкций, их элементов и узлов, выполненных в натуральную величину. Последнее обусловлено еще и необходимостью отработки и совершенствования технологии сборки и монтажа.

Рациональное и полное использование древесного сырья диктует

необходимость применения в блочных конструкциях цельной и клееной древесины, фанеры, цементно-стружечных плит, древесноволокнистых пластиков и т.п. Важную роль в развитии этого направления играют труды отечественных ученых А. Б. Губенко, Ю. Н. Глазунова, П. А. Дмитриева, А. А. Журавлева, Е. М. Знаменского, Ю. М. Иванова, Г. Г. Карлсена, Л. М. Ковальчука, В. П. Коцегубова, И. М. Аинькова, Р. Б. Орловича, А. С. Прокофьева, К. П. Пятикрестовского, К. А. Роценса, Е. И. Светозаровой, Е. Н. Серова, ю. В. Слицкоухова, ю. Ю. Славика, в. И. Травуша, с. Б. турков-ского, А. С. Фрейдина, В. М. Хрулева, А. М. Чистякова, А. К. Шенгелия, Г. М. Шутова и других.

общая характеристика работы. Настоящая работа посвящена комплексному исследованию вопросов конструирования и расчета пространственных совмещенных блок-ферм на основе древесины, предназначенных для покрытий зданий. В диссертации рассматриваются:

- принципы формообразования и конструирования блок-ферм;

- способы реализации принципов;

- инженерная теория расчета блок-ферм с верхними поясами из крупноразмерных клеефанерных плит;

- действительная работа натурных конструкций блок-ферм. Актуальность проблемы обусловлена:

1) отсутствием системного подхода к формообразованию и конструированию блок-ферм на основе древесины;

2) малочисленностью технических решений блок-ферм;

3) экономической эффективностью таких конструкций, особенно для восточных регионов России;

4) необходимостью развития инженерного метода расчета крупноразмерных клеефанерных плит, в которой учитывались бы в комплексе силовые, геометрические и упругие физические параметры конст-

рукции и материалов ее элементов.

Разрабатываемая тема входит в план госбюджетных научно-исследовательских работ кафедры Строительных конструкций Красноярского инженерно-строительного института и выполнялась в соответствии с

целевой научно-технической программой Госстроя СССР, ГКНТ И Гос>

плана СССР О. Ц. 031, задание 03.01.07, республиканской научно-технической программой "Строительство".

Целью работы являлось: формулировка основных принципов системного подхода к формообразованию и конструированию блок-ферм на основе древесины, их реализация в создании конкретных конструкций, а также разработка на основе изучения действительной работы метода практического расчета блок-ферм с верхними поясами в виде крупноразмерных клеефанерных плит.

В рамках рассматриваемой проблемы потребовалось решить следующие задачи:

1. Сформулировать принципы формообразования и конструирования блок-ферм на основе древесины, базирующиеся на анализе концепций создания пространственных конструкций из древесины, железобетона, стали.

2. Разработать основные положения по реализации упомянутых принципов.

3. Выполнить опытно-конструкторские разработки блок-ферм на основе как цельной, так и клееной древесины с различными техническими решениями верхних поясов и узловых соединений элементов для пролетов от 12 до 96м.

4. Базируясь на принципе многоуровневой декомпозиции, провести численные исследования напряженно-деформированного состояния блок-фермы, как дискретно-континуальной (пластинчато-стержневой) системы.

5. Провести численные исследования напряженно-деформированного состояния фанерной обшивки крупноразмерных плит с деревянным каркасом; изучить влияние свободной длины плиты, шага основных и вспомогательных ребер, толщины и степени ортотропности обшивки, соотношения изгибающих моментов и продольных сжимающих сил на неравномерность распределения нормальных напряжений в обшивке, обработать полученные результаты и представить их в виде графиков и простых расчетных формул, удобных для практического применения.

6. Разработать метод практического расчета блок-ферм с верхними поясами в виде крупноразмерных клеефанерных плит.

7. Провести комплексные экспериментальные исследования натурных конструкций блок-ферм; изучить действительный характер их работы.

Научная новизна:

- обоснована необходимость и сформулированы принципы системного подхода к формообразованию и конструированию блок-ферм на основе древесины; предложены способы реализации указанных принципов;

- выполнены опытно-конструкторские разработки блок-ферм для широкого диапазона пролетов (от 12 до 96м), иллюстрирующие технические решения узлов и элементов в зависимости от назначения конструкций и возможностей производственной базы;

- установлены закономерности влияния геометрических параметров конструкции, упругих физических свойств фанеры, а также вида напряженного состояния крупноразмерных клеефанерных плит на степень вовлечения обшивки в общую работу;

- предложен прикладной метод расчета полного изгибающего момента в клеефанерных плитах, загруженных поперечной равномерно распределенной нагрузкой и эксцентрично приложенными продольными сжимающими силами;

-предложен экспериментально обоснованный метод практического расчета блок-ферм с верхними поясами в виде крупноразмерных клее-фанерных плит;

- получены новые экспериментальные данные, отражающие действительную работу блок-ферм, с различными конструктивными решениями верхних поясов.

достоверность результатов работы подтверждается согласованностью данных о напряженно-деформированном состоянии блок-ферм, полученных в результате комплексных экспериментов, с основными положениями численных исследований, а также эксплуатационной пригодностью возведенных конструкций.

Практическое значение работы состоит в том, что разработаны эффективные конструкции блок-ферм покрытий, предназначенных для отапливаемых и неотапливаемых зданий; разработан метод практического расчета крупноразмерных клеефанерных плит, пригодный для создания блочных конструкций; апробированы в экспериментальном строительстве новые конструктивные решения блок-ферм.

Внедрение результатов. Объединением "Крас-ноярсккрайсельстрой" построены в Красноярском крае по переработанным институтом "Красноярскгипросовхозстрой" с применением блок-ферм типовым проектам ТП 80 5-1-8 "Склад минеральных удобрений емкостью 1500тн" одно здание пролетом 12м в Каратузском районе и две овчарни пролетом 18м по ТП 803-111 "Овчарня на 800 овцематок" в Новоселовском районе. В КИСИ построен склад лаборатории строительных конструкций пролетом 12м с покрытием из блок-ферм.

Институтами "Красноярсктуристпроект" и "Красноярскгипросовхозстрой" при привязке осуществлена переработка проектов с применением покрытий из блок-ферм: "Столовая На 150 мест с пищеблоком на 300 человек" и ТП 806-2-7 "Здание для основного стада и молод-

няка нутрий на 1008 клеток". АО "Красноярскл&спроектстрой" ведется строительство лесопильного цеха в пос. Высокогорский, в котором предусмотрено покрытие из трехгранных блок-ферм. Рабочие чертежи конструкций переданы по запросам ЦНИИЭПовцепрому, объединениям "Целиноградсельстрой" и "Томскоблсельстрой", АО "Красноярскагро-промстрой", "Калининградагропромпроект".

Автором составлены и направлены ,в ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко предложения по совершенствованию раздела СНиП, посвященного проектированию плит с обшивками из фанеры.

Студентам специальности 29. 03 "Промышленное и гражданское строительство" КИСИ автор читает специальный курс "Индустриальные блочные конструкции на основе древесины".

Апробация работы. Основные положения и полученные результаты докладывались на семинарах и научно-техничеких конференциях кафедр Строительной механики и Строительных конструкций Красноярского ИСИ, кафедры Конструкции из дерева и пластмасс НИСН им. В.В.Куйбышева /1981-1994 г. г. /; на научно-технических конференциях "Прогрессивные пространственные конструкции и перспективы их применения" /Свердловск, 198 5 г. /, "Состояние, перспективы развития и применения пространственных конструкций" /Свердловск, 198 9 г. /; на международной конференции "Дерево в строительных конструкциях" /Братислава-Кочевцы, 1989 г. /, на международном симпозиуме "Современные строительные конструкции из металла и древесины" /Одесса, 1995 г. /.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 3 работы, в том числе одно авторское свидетельство, 12 информационных листков. Имеется 6 рукописных отчетов о научно-исследовательской работе, зарег�