автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Усовершенствование структурных покрытий типа «Кисловодск»

Центральный паучпо-исследопательскал, проектный п копструкторс::о-~ехнолэгнчески11 шстптут легких металлических конструкций

На правах рукописи

БАРАНОВ Станислав Михаил"""«

Усовершенствование структурных покрытий типа «Кисловодск»

(специальность 05.23.01 — «Строительные конструкции,

здания и сооружения»)

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

1996

Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском, проектном п конструкторско-технологическом институте легких металлических конструкций.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Москалев Николай Сергеевич Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Глазунов Юрий Николаевич кандидат технических наук Беляев Владислав Федорович

Ведущее предприятие —

АО «Корпорация «Монтажспецстрон»

Защита диссертации состоится « Р

уе>Ц1996г.

.часов на заседании диссертационного Совета К 100 01. 01. в институте ЦНИИПпроектлегконструкция по адресу: 123022, Москва, ул. Красная Пресня, 30.

С диссертацией можно ознакомиться •ЦНИИПпроектлегконструкция.

в библиотеке

Автореферат разослан «.

Ученый секретарь диссертационного Совета К 100 01. 01. кандидат экономических наук

.1996 г.

И. А. Апарин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.

Современное развитие строительных конструкций, в особенности легких, обусловленное появлением легких и легчайших утеплителей произвело, образно говоря, подлинную революцию, еще не вполне осознанную обществом.

Действительно, если, например, одноэтажное здание 30x30 м в плане с кирпичными стенами и покрытием из сборного железобетона с традиционным утеплителем из керамзита имеет массу около 7 тысяч тонн, ке считая веса фундаментов, то такой же по размеру модуль "Кисловодск" весит всего 77 тоня, т.е. в 22-25 раз меньше. Это значит не только колоссальное повышение транспортабельности всего сырья, требуемого для изготовления здания на завозе, и не только резкое улучшение доставки всех его элементов иа кесто возведения и облегчения монтажа, но, кроме того выявляет огромные преимущества на всех стадиях изготовления. Одно дело перерабатывать 2 тысячи тонн, другое - всего 77. Этим и объясняется развитее многочисленных конструкций и появление заводов, производящих здания комплектной поставки.

Структурные ксжсфукгшш покрытий "Кнсловодск'ЧМАРХН. "ЦП И ИСК" и другие получили дицнжос применение не только благодари ошей исключи ильной легкое ш. но ерштетно с рамными карка-сямн, например. р.чм "< '¡х-к". "Канск", ферм "Молодечио", но и благодаря сборшк-ш. и несколько рт попьишшиисй их ^ишеиортабедь-

1НЧМ1. - |Н'|к'1Чмка П\ ООПкЧЧИ.ПП'К'Я ОГДС.'ШПММИ е1ГрЖИЧМН.СобрНН-

нылш в ношшшные пакеты. Возможность плотного пакетирования позволяет снизить требуемый транспорты» объем по сравнению с обычными фермами в 4-5 раз (считая отношение транспортного объе! перевозимых коиструкщш к единице перекрываемой плошадн здгшн

Однако, многие вопросы производства структур типа " Кисловодск" , а тахке их коиструкщш настолько требуют дальнейшего усовершенствования, что и явилось темой нашего исследования.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ.

Подучены новые более рациональные конструктивные формы структур типа "Кисловодск". При этом были решены следующие прэбдшы:

- 1. Предложена методика определения транспортабельности гзоеструкшт. Введен показатель отношения транспортсго обьема конструкций к единице площади здания.

J. Поятсер»деяо преимущество применения замкнутых профиля* в csarmx сгсрхдаях ¿егкнх конструкции. Доказано, что при одно: а тоаз se кшффгадкате продольного изгиба, минимальное сжатие в трубчатом проф;ш.' мозстбыть в 313 раза меньшим, чем в угояко-вш. Чгзз кеаызе ocesaa сила снимающая «терясиь, тегл расход епш в открытая профилях больше, чем а трубчатых (от 15 до 2/> раз).

3. Тогпоша стеаок применяемых трубчатых профилей может бьт» унеяьшяга до 0,01-0,015 диаметра, что позооляст уменьшить мессу сетных сгер-агаей ло 18-25%.

4. Дшшмао, *го росчжвевт сплошной простраястоеяной

руктуры покрытия на параллельные складки позволяет в несколько раз уменьшить число стержней, узловых соединений и массы структур;

применение неразрезных кровельных прогонов позволяет увеличить шаг складок до 9-15 метров, все еще используя гнутые спло шн ослеп чптьге балки; позволяет обойтись без внутренних колош; позволяет проектировать здания с гибким планом, варьируя ширину от 18 до 30 м и пе огранитогася длину.

Предложено новое кокпектаое решение каркаса с прииеяеги-I большепролетной хребтовой балки-складки, устанавливаемой по юдолыюи оси здания. Такая компановка позволяет поперечные рамы (и фермы заменить двухиролетньши кровельными прогонами, опнраю-импся на стойки фахверка и в середине на хребтовую балку. Метал-■елжость , трудоемкость изготовления, транспортабельность и могь ж при таком решении оказываются выгоднее традиционных решений.

А

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ.

1. Значительно сократить 'тело элементов структуры - п дельных случаях стержней с 700 до 72 штук и коннекторов с 220 | 29 штук. Это во много раз снижаеттрудоег.«когп>изготопле:яга ¡»исход стали на элементы структуры,

2. Увеличение пртьлгтоп щювслъпых П[нчччп>н приводит к ¡сличении» их «>бтсй массы. <)диако. !гри перизрезтчгтн многопр«-пн.1\ н|н)( <>|{<)11, уно.чичгние н\ массы меньше, чей снижение се я

структуре. В результате общее уменьшение расхода стали в конструкции шатра достигает 28-35 %.

Поскольку прогошл изготавливаются сплопшостгнпатьши из гнутых профилей, прокатываемых из тонколистовой стали, трудоемкость их изготовления на единицу площади здания оказывается меньшей, чем при изготовлении структуры.

3. Расчленение сплошной прострайегееккои структуры на отдельные складки, пересекающиеся ме»ду собой или параллельные друг другу, позволяют придавать гибкость плану здания (любую желаемую форму), располагать колонны в наиболее удобных местах. Возможно пристенное распологеанс колонн, остазлян всго площадь поля "чистым".

4. Для зданий протяженного типа оказалась васьмн целе-сосбразяой предложенная компановка шатра с "хребтовой" балкон, а^шесеааой над покрытием и слуаащи! каркасом длй фонаря.

Тское решение позволяет снизить высоту здания более чем два жтра, что соответственно уменьшает площадь стеновых на-еыеЯ, умс&ыаотг о&ъа* здания.

5. В итоге улучшается транспортабельность конструкции

гз «елоэа, сокращается транспортный объем, зашшаггаый конструкция •а рвстето ая единицу площади здания.

6. Обличается мовтаж, поскольку сокращается число от-,~УЯЫ№-Ц эдемштоа м узловых соединений.

1. Преяяоаюш два новых вармшгге узловых сс«ц:-наиий -т-аершых, с пластическим суженным концом трубчатого стерши; ао-вторых, ашогадоавием его (гоеда®, Оба варианта шумю г избежал» саярки труби со втулкой - шш&мее утшшого *к:еп; в узле.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Во введении излагается общая направленность работы, проблемы, которые необходимо было решить.

Глава 1. Структурные покрытая - открывается обзором современного состояния проблемы. Кратко излагается история возникновения структур, легких конструкций, зданий комплектной поставки. Упоминаются ученые и исследователи, труды которых были использованы в работе над диссертацией. В том числе, русские ученые: Трофимов В.Н., Власов В.З., Мельников Н.П., Вельский Т.Е., Пименов Н.Л.,Москалев Н.С., Третьякова Э.В. и другие. Из зарубежных ученых, труды которых были использованы - Менгерингхаузен -один из основателей структур, как подобие пространственных кристаллических решеток, Шуман Л., Сехлер Е., Брудка, Хофер М., Ван Бинст, Парву. Использовались также труды Кличина А.З., много работавшего над разработкой структур. Приведется схема плиты "Кисловодска" (рис. 1).

Надо сказать, что большинство авторов мало уделяли внимания вопросу снижения расхода стали и трудоемкости изготовления, определению транспортабсл»лосш.

Глапа зоканчивиепи формулировкой пели и задпч нсслсдо-впния, ко«\>(»ые сводяч*я к слсдукипему:

1 К'льн» иплме IV« - у«т1>р11Н'»10пн>ти»1к> структур - снижение массы скит. уп^тичто техно.«»«ин. облегчение достш«ки, монтажа,

СОКрИРи ННО С 1]*Ч1 И'Л1.Н|1П кмеопд.

AMA, ГЖ71

из одной секции СО слрухщрнымц яшмами C/727-ZÛ04, СЛ¿7-3*0 4

€00

rirC. /

Из этой цели вытекают задачи.

1. Исследовать экономичность перехода на сборные легкие конструкции , пакетируемые на заводе.

2. Исследовать сравнительную эффективность профилей для стержней структуры легких покрытий.

3. Разработать и исследовать узловые соединения структур.

4. Усовершенствовать существующую структуру "Кисловодск".

Найти возмоаяост:

- снижения веса;

- придания покрытию крутого уклона (ската);

- изменить существующую расстановку колонн;

- убрать внутренние колонны;

-расширить планировочные возможности здан.чя, отойти от квадратного плана к любому требуемому;

- исследовать возмоЛшсти расчленения структурной плиты на отдельные складки.

Глава 2. Начинается с исследования шЗгодяосги структурах сборных конструкции по срЕВйеиию с традиционными - фермами, ямами, изготовляемыми tía заводе в виде болыиегябяриткых изделий. Нгшткые преимущества сводятся к следующему:

2. Однотипность большого числа стержней и элементов. Что озволяет максимально мехами <н|х>нап, их Изготовление.

2. Колымой mtCiup сс'чснми стержней поНюляет На (начать и\ cipyKiyjK' в cOnnu'ivntitii с расчеты*«! усилиями. Например, a rh>-ciix структуры intiliit'iuit, pauliiic uociVuuiim ctvpacHii i» ишнснчости i и 1ЛЮЖ-И1Ш pacivitiiiiv ii.iiiii.'">m> ноиииягг спкрапгп. массу cia-II i» cU|t>KUMV ttoikolt И |1'|IICIKH, 4iu ipy.tfuH- сделан, н ох'ржиях

легких ферм, смеши поясов, у которых назначается по шикюшь-ной силе и сохраняется постоянном не всю длшшу фермы или ригеля рамы.

3. Выгодность перевозки структу рных элементов. Обычные фермы, ригели, решетчатые колонны легких конструкций каркаса имея малую массу, сохраняют те же габариты, что и тяжелые конструкции. Следовательно, они не могут загрузить транспортное средство, например вагон, до его расчетной грузоподъемности. Так, при перевозке полуферм "Молодечно" 60-ти тонная платформа загружается всего на 8-12 %. Чем легче ферма, тем больше возится "воздух". Другое дело стержни структур, перевозимые россыпью или собранные в пакеты. В таком виде их можно загрузить в вагон, используя почти половину его грузоподъемности. Тоже можно сделать с балками, силошвостсиными прогонами. Проведенные расчеты позволяют принта к выводу, что в зависимости от вида транспорта, стоимости тарифа перевозки н дальности расстояния, структуры становятся выгоднее других конструкций , несмотря на большую стоимость изготовления на заводе и более трудоемкого монтажа на месте строительства. Обшяя методика расчета позволяет определить расстояние доставки, определяющая рентабельность того или другою вида конструкций.

В следующем разделе определяется рациональность направления усилий, возникающих в конструкции шатра от нагрузки по кратчайшему расстоянию к опорам. Показано, что для большинства зданий любого очертания в плане несущие конструкции выгоднее направлять на опоры по кратчайшему рассгоятию. При точечных опорах-колошшж они должны напрямую стремиться к этим точкам - всякое Другое напри ir«w, например, система ортогональных балок - мера-

даоннльна. При линейно протяженных опорах, например, стенах иди подстропильных балках, опирающихся на опоры, система ортогональных 5алок становится более рациональной, хотя сами подстропильные залки будут причиной дополнительного расхода стали. Огсфгяне ортогональной системы ферм, рай или структурной плиты становится бессмысленной при зданиях протяженного типа. Направление балок, }>ерм или ригелей рам вдоль здания может быть оправдано наличием юдвесного транспорта или какой-либо тяжелой нагрузки на покры-не, которая могкет менять место расположения. В остальных случаях !вправление конструкций - балок, ферм, рам разумнее поперек наи-(еньшего размера здания.

Это утверждение не относится к конструкциям, вынесенным 1ад покрытием, например, к хребтовым балкам. Их направление вдоль 1егкого здания выгодно благодаря их большой собственной высоте, озмоягнэсти заменить часто расположенные фермы или рамы легкими ровельными прогонами.

Изучение этого вопроса показало ошибочность утверждения том, что пространственные системы всегда лучше плоских.

Третий раздел рассматривает вопрос повышения возмоиное-и использования прочности стали в сжятых стержнях, имеющих раэ-ичную фо|ту сечения.

Как ижгстпо, а структурных иокрьтгех больше половины гержней сянпы, т.е. подвержены продольному изгибу. В свят с п«м рнссмнтршшеи'я ношожтюъ сохрияить мнкошялын) высокий > >ффш01С!п и(н1, (1 мынчх) изгиба при минимальной силе сжатия.

Во-исрных. пи доспи истся иешртфопанпсм силы сжатия, шргшлснш- со идол!» снржим. Дллсе, форму ссчгнпя (приф1183»)

желательно принимал» симметричным относительно обеих осей сечения, дабы избежать изгнбио-крутильного эффекта.

Кроме того, гибкость стержня, т.е. отношение его расчетной длины к радиусу инерции Л сократить до величины соответствующей высокому значению коэффициента (р (0,7-0,9). Соблюдая эт условия в совокупности, можно максимально использовать прочность стали, даже повышенной. При выборе профиля сечения следует еоот-вететвешю увеличить радиус 1 при сохранении площади сечения. С уменьшением силы сжатая N площадь сечшга А должна тоже про-пропорциональво уменьшаться, поскольку коэффициент <р,

кы хотим сохранить высоким. (Здесь Н-р&счеТное сопротивление). Это возможно за счет уменьшения толщины стенок профиля. Но при этом необходимо сохранить местную устойчивость каждой грани или полки, что ограничивает возможность профиля сохранить высокий коэффициент ф.

В связи с этим было проведено теоретическое исследование некоторых применяемых профилей и оп}»е делены минимальные-значения сил N , при которых еще ютзможло сохранение он^-деленны* значений коэффициента 9.

Для пой цели была использована формула < 'Ии11 23-11-Я1

<рК

И)

Здесь I - толщина стенки; Ь - ширина грани; ■ц - коэффициент равный -для свободной полки уголка, двутав-

цля стенки круглой трубы - 0.1592; Е - модуль упругости.-Используя формулу (1). получаем минимальное значение

площади:

Здесь п - число граней. Для уголка п = 2, для коробки - 4. для круглой трубы - 3,14.

Далее находим значения минимальных значений ширины граней и радиусов инерции I I! наконец, величину минимальной силы N. В таблице 2.2 приведены миним'ьп.иые значения силы N для данных значений коэффициента ф , расчетного сопротивления стали Я н длины стержня I. В (нму льпие определены весьма важные зависимости между длиной I. гибкостью А. . силой X и коэффициентом ^ ,

ллера -2.5; для стенки коробки. двутавра, швеллера -0.69;

/ = М -тл.

\ .V : Е

(3)

(4)

ШйШ 2.2.

Возможности использования стали ори осевой csasaz: (

|тс/си^И лi>

I i

Фо^ыа сеченая

«Я

Ii. ! 1

Ч>

£

П = 2. m = 0,2.

ZAS

3,4.

О, S 0,5 0,4 0,5 0,4 0,3

107 137 90 104 _ 120

^ - 2,5 0,0764

0,6038

0,0542

0,0711

0,0636

0,0534

П = 2

fi » 0,1528« " 0,1276 " " 0,1084 " 0,1422 " " 0,1272 " " 0,1068

2,45

0,5 0,4

107 137

? »2,0 0,0483

0,0436

П = 2 " 0,0966 "

" 0,0872 "

2,45

ми

0,8 0,5 0,4

61 107 137

Р = 0,69 . 0,0211

' 0,0167

0,0149

П =-4 " 0,0844 "

• 0,0668 "

" 0,0596 "

2,45

0,9 0,8 0,5

38 61 107

£ - 0,1532 0,005168

0,004928

0,00324

П » .3,14 " 0,0162

" 0,01515"

» 0,01017"

9,4

8 —

0,9 0,8

3,5

33 S3 90

Ъ » 0,1522 0,006077

0,00573

0,00453

" 0,0191 ' " 0,0180 ' " 0,0142

-A4-

л

";Т7Г 1 ! i g Л \ , ! upE и — ЗСи См

t*« 1 i CM

558 ff 877 " 037 " 65 » 804 " 058 " i = 0,2¿ 0,520 » 0,674 " 0,406 " 0,480 " 0,6055" \ =22,296 " 55,627 " ■ 84,12 " " 36,6 " " 50,0 " " 72,67 " 181 29.1 12^7 64.2 3S,0 I?,0 92.4 23,7 13,0 Щ, ? 26.5 16,7 . 246 140 109 163 144 125' 18,8 8,5 6 11,6 9,2 6,7 4,922,8 . 2,19 3,26 2,89 2,5

219 " 386 " I = 0,28¿ 0,814]5Г 0,958 " •• 87,09 {f( "131,21 » 11,9 5,23 9,7 5,3 100' 78 4,8 3,4 2,8 2,19

444 878 " 095 и ¿ =0,408ê i,mtïï 1,428 " 1,688 я " 67,12 fif "152,8 " "231,22 - 19,98 3,85 1,63 10,19 •3,14 1,72 ПО 69 54 2,3 1,1 0,8 4,49 2,81 2,15

857 и 1244" 914 i 40,354£ 1,873^7 2,054 " 3.222 - " 71,17 -"125,31 " "344,74 - 17,76 S,73 0,783 8,056 2,92 0,638 223 139 79 1,15 0,67 0,25 i 7,69 4,92 2,81

239 454 365 Цбоо^ " 43,34 " - 84,80 -"204,89 » 33.51 12.52 2,14 12,SS 4,50 î 1,25 L !__-1 ¿к» 9,Û9i ISO 1 0,91 1 5,se; S4 ¡ 0,43 i 3,39

Здесь zn - отношение минимального радиуса i профиля к ширине полки Ь.'Для уголка m = 0,2, трубы m = 0354.

Формула (4) - универсальна для сравнения друг с другом профиля 1 с профилем 2.

Если =9i и h = ij , то (4) приобретает вид: л = А

тЪип, 2 (5>

X Л. - —

Это найденное соотношение .между минимальными силами i; площадями сечеякй пс зависит :;и от марки стали, ни от длины стер; ни от хо>фф>жиеата ? , а только or характеристик сравнлзаеуы.х л> филей. Tax, если профиль 1 - раамополочкьш уголок, а профиль 2 -круглит труба, то

4 0,3542 ♦ 2 • 2,5

4 0,2* -3,14-0,1592 <6)

это удж-ггельяо большое число показыпает, что ;йля сохранении коэффициента е длиной величины сила N.;; площадь сечсшга Л, у утожа должна Сьггь в 31,34 раза большим чем у грубы. Ii«, для 1 = Ь м м I = 4 м при <? = 0,8 и R = 2,45 т.е./см ЯЛ2 у/ояка N =181 з: 322 т.е., а доя трубы N - 5,78 и 1027 т.е.

Это сражение двух профилен показывает колоссальное пг«е-дауиоп»ipjfiiaTiK течений. Причем, чем кевьпк нагрузка га сте Tzenh к Go.ii.uH- его длина, тем »¡»сяиущест'по становится разительнее Элш доказики:.-!«. нераштналыю'.ть примснсаня ферм. гчрук C« CäCpiKiiass« ич одиночных yt илкон i уа/.чегт» n[.-<ir,:ii нклн.г.гм; i

некоторыми конструкторами. Так, если бы в структуре "ЦНИИСК" иди "Москва" стержни из одиночных уголков заменить трубчатыми, то можно было бы сократить расход стали почта в двое.

Kpo.we того, трубчатые профили позволяют рационально, не снижая коэффициента ç применять в легких конструкциях стали повышенной прочности - классов С345, С375, что позволит существенно сократить массу.копетрукцим.

Можно умрдьгтЛггь мяссу стали применяя сквозные сечеикя. яглр(5мер, стержни, сечеяие которых состоит из двух топкостенных швеллеров или четырех уголков соединенных плгэтса.чи. Это повысит ;сх<ффццкеят ф , по при этом увеличится трудоемкость изготовления* увеличится поверхность окраски, уменьшится пвтккоррозиопнаа к вротапопозсзридя егойкссть.

3 rjase 3 рассматриваются возмотяюсти усовершенсгзовя-гп-л угловых соединений структур.

Изуи-няс хвзр/т имевших место при згссплугттацин злами: i со структуршлми покрытая»» позволило прийти к выводу, то ихтой «ритаяой пх служит рэтрушемю узловых седилсаяй, т.е. отрыв торцевых втулок от труб из-за г^кггхтгети'й enspte». ."мСк* разрыв высокспрочсих болтов, соедшглющих стгркпи с узловыми коя-fwrrjpmm.

Разрушении самих труб обычно ue происходит, ?.?. узловые ст-диискмя оказываются •Д(.:>кч' ;цюч«ымн, чем сямн стержни.

П{;< >G;:c\i:i fïe/iîiîCTCH » двух :iui-n:nm:\. Во-перимх. imîicth-wi.wi сужением ipyfi'i;« un, ciciœnoii imrjivfiiK» Tov.ti.uiixy бушлкл. Ha

НИУ niflt!U'ii IIOHCpMI« К-П1 I (1J1.1U li:i) VK» !VK ¡H' iï i* l !» i'KlV'rY-O 'WUÎl-

чивается болт. Такое соединение не требует сварки. Для его осуществления изобретен и изготовлен станок, который успешно работает. В настоящее время на Выксунском заводе ЛМК происходит освоение и испытание этого вида узлового соединения (рис. 2).

Во-вторых, концы трубчатых стержней сплющиваются и соединяются друг с другом внакладку (рис. 3). Сплющенные концы труб собираются в пакет и снижаются высокопрочным болтом, который создает силы трения между контактными поверхностями. Для увеличения коэффициента трения между контактными поверхностями вводятся фрикционные прокладки из наждачной бумага. Проведенные эксперименты показали, что прокладка повышает коэффициент трения до 03*1 Д ■ Число узловых болтов сокращается в три раза. Коннектор отсутствует. В настоящее время на ВЗЛМК производится доводка и освоений этого сравнительно простого узла.

Расчет узла разработан по методике пр1 именительной к расчету фршо&гоиных соединений на высокопрочных болтах. При этом %ОЕИМ скря&гй решетки, подходя к стергагам покса под углом пере-дгцот усилие ие только за счгг трешш, по и за счет перегиба конца сплзощесааго участка.

Глш%4 посаащеца возмозсаосгом усовершенствования структурам* похршнй.

Р&еошпрмшиотсз следующие способы:

1. Переход на стала» повышешюй прочности.

2. Умщ^шеше толпашы стшя трубчатых стершей и ун«-«11ш« далметра..

Ооа сш*сба иокаоази. Уог»:ч«шг днамотра позволяет увр-гзгшь кот^фзшэкат орозад&шго тгнба. Утокчгккс спнаис 8« «рнзо-

-1S-

Рие.З. Уггл ct«3*«»isia 'еигэкншг стсркнвй,

дат к потере местной устойчивости дли толщин «пенок, равных 0,01 диаметра трубы. Однако, эти меры заставляют повысить расчетное сопротивление сварных швов, соединяющих стержень с концевой BTyj кой. Расход стали может быть уменьшен на 18-25 %.

Большой эффект может дать расчленение пространственной плиты на отдельные складки. Расчеты показали, что если заменить свободно опертые прогоны пролетом 3 м на перазрезные, т.е. под-

_ 411 д/ - slL

бнрать сечение по моменту М ~ "JJ7 или ~ ^^ ,

U-ЧЦ-

вместо ~~ g , увеличивая общую массу прогонов всего

на 10-15 % можно и пролет увеличить до 5,2 или до 6 и. Но даже увеличение пролета до 12 м для легких кровель еще позволяет использовать в качестве прогонов гнутые тонкостенные балочные профили зетообразного или сигмаобразного сечения, изготовляемые на станках ВЗЛМК. При тгом, расход стали на прогоны, как показали расчеты и проведенные испытания не превышают 3-5 кг/м в зависимости от класса стали и снеговой нагрузки.

Это открывает возможности отказаться от сплошной структуры, зшсяиа ее складкой, состоящей из трех поясов - двух ниж-скх и одного верхнего. Такая складка может бьггь вынесена над кровлей и служить каркасом фонаря (рис. 4). Решение оказывается пригодным для здания шириной до 30 м, в том числе протяженного тква. Хребтовая баясдекдадкя, идущая по оси здания оказалась ■ееьма уксстой. поскольку снижает высоту более чем на два метра П(Я1 той же полезаой чистой высоте от пол« до низа конструкции.

2У

Разработанная методика сравнения массы каркаса здания с обычной компановкой и с использованием хребтовой балки показала перспективность таких легких зд;и:н!!. Вместо часто расположенных стропильных ферм с шагом 4-6 м или рам, хребтовая балка, служащая одновременно опорой кровельных прогонов позволяет увеличить пролет осевой балки до 30-42 м, еще не увеличивая расхода стали ня к;<ркяс. Кроме того, поскольку высота прогонов (28-30 см) оказывается низсе ферм (высотой 2 м) или структуры (высотой 2.3 м), объем здания и стеновые панели будут соответственно ниже, здание будет меньше требовать расходов на отопление и вентиляцию, что весьма ценно в особенности в северных районах России.

МЕТОДИКА РАСЧЕТОВ ЛЕГКИХ НЕРАЗРЕЗНЫХ БАЛОК.

В неразрезных балках болыиня доля изгабякжнгх моментов может Сыть отвлечена из среднего участка п]х>лет» опоры. Это позволяет значительно уменьшить сечение ба.уси в этой зоне, и поскольку значение момента меняется медленно, сделать сечение постоянным. На пртюиорпмх участках моменты ]**чко нкрдсг.дат. Здесь необходимо сечение усиливать. Но т»скольку участки Т|>ебун1!нпе усиления ко|ютки. состяпляя НИ5 % от пролета. то усиление не нмчывист большою ¡пк-\одн стали. Для определения долей момента, Н|«г\одягц|»Ч1Ч1 ггя окорм и п п[*>лечг. иред.тягяетея следующий прием.

(>п]и-деляеп'я тштитплмнк' ш-дченнс суммы площадей :нк~»>-люпн.гч нелтин мимсгтж рапных инпчралу:

I

I

М& = £>

о

Для этого необходимо приравнять первую производную Б по. у нулю

пах

=о

(¡у

Для равномерно распределенной нагрузки ч это дает значение момента в середине пролета

я12

мт =

^ 32

а на опорах

. « 32

На рис. 5 приведена опора моментов минимальной площади. Протяжение участка положительных моментов равно пролета, длина балки не требующей усиления - 0,7(>91 «цюлста. Если профиль назначить симметричным относительно I орилоиталшой оси и массу стенки приравнять к массе обеих полок, чт близко еоотстствуст • (¡и>— фидю минимальной мисси, к> момент сщ^ишимеиин \Л' будет иирижпп. ся формулой:

к Ч А \ ¿ 7 ч 8

1 IN. ill N ч \

0.251 0.251

/Ус . 0.70 7 U .У»

»

ïjc.5 JriK'po. изгибающих моменгюй минимальной п<ючоЛ| on рабночер-10-[X)cripeôe/iCHic«i нагрузки. Ус-гр-юсток .требуюлиС) ^силемия 5a¿xu

Mueca шок ou иа/1ки составляет 0сего £7.5ГС масса iooodno-onepmo'i постоянного сечении.

W = -th2 3

Но т. к. 2th = А , то

масса 1 метра балки получит выражение:

3 W

G = pi = y—

Здесь у, = 0,785 - плотность стали. Для балки постоянного сечения свободно лежащей на двух опорах

G = 3rqf

Ш

Для балки постоянного сечения, заделанной на обеих опорах, изгибающий момент делится поровну между опорами и пролетом:

с _ 3дР

16/гЛ

Для балок улоасенных в "перехлест" на опорах, как ййогда практикуется за рубцом с балками Зетового профиЛй:

с; - ^

20hR

Масс» HtjKti|iiilii»ii балкЫ, pac'in ruitOoü и<» ii|iiviii<uai аёМой

методике (с учетом затрат стали ва усиление)

G = + =

32М? 29.Ш?

Масса такой балки составляет всего 275 % массы свободно-опертой постоянного сечения.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

Теоретические и экспериментальные исследования и проведенные на их основе разработки по усовершенствованию структурных покрытий типа "Кисловодск" позволили получить следующие результаты:

1. Снижение расхода стали - от 30 до 60 %, достигнутое за счет: ,

- уменьшения толщины стенок трубчатых стержней н увеличения их диаметра;

- применения сталей повышенной прочности;

- применения легких перазрезных кровельных прогоооа рас-ип-анных по разработанной методике;

- расчленения структурной плиты на отдельные складки, расположенные параллельно доуг другу с шагом от 9 да 15 м.

2. Уменьшено число изготовляемых элементов. Та«, вместо

700 стержней структуры и 110 штук прогонов число стержней унеаь-шено до 350 и дагае~ в хребтовой складке-до 72 штук, «мело прогонов - 50-27 штук. Число узлов к узловых коннекторов - с 220 до 29 штук. Это припело к резкому сяижсяню массы трудоемкости шго-

товлеяия, упрощения монтажа.

3. Введено понятие "транспортный объем" и отношение его

к площади здания, что позволяет определять рентабельность перевозки различных элементов конструкции.

4. Одновременно открылась возможность свободной планировки здания. Вместо квадратного в плане 30x30 м стала возможной планировка более гибкая - для зданий протяженного типа или криволинейного в плане и т. д.

5. Реализовалась возможность свободного размещения колонн - на оси' здания или, наоборот - пристенных, оставляя всю площадь пола чистым.

6. Компановка с хребтовой складкой, вынесенной над покрытием позволила снизить здание на 2,4 м при той же полезной высоте от пола до потолка, что снизило высоту стеновых панелей, но и использовать складку как фонарного каркаса. Такое решение, кроме того позволило лучше использовать оборудование Выксунск завода ЛМК, поскольку при изготовлении складки заняты станки готоаляюшие структуру, а для неразрезных прогонов используются станы, прокатывающие балочные гнутые п|«офили.

7. Разработана методика сравнения рациональности различных профилей, используемых в сжатых стержнях. Дока ш но, ч п при одинаковой доле использования прочности стали теоретически необходимо в уголковом профиле име л» силу сжатия в 31.3 раза большую, чем в кру» лом трубчаюм Н|юфилс. Чем меньше си ла ежа и больше длина элемента, чем нерамиоишнлкм-п» «мкрып.еч щюфп.и становится больше.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Баранов С.М., Самсонов М.Ю.

Опыт работы Выксуяского завода ЛМК в новых условиях хозяйствования. Ииф. сборнике "Монтажные и спец. строительные работы" - вып.2 -М, 1990, стр. 21-26. . Довженко А.С.,Ьаранов С.М., Максимов И.Г. Прогоны сигмаобразные.-В сб."Изготовление металлических строительных конструкций" -Вып. 4.5 - М .. 1993. Москалев Н.С., Баранов С.М.

Структуры "Кисловодск" а зданиях без внутренних опор. В сб."Изготовление металлических и монтаж строительных конструкции". -Вып.-5, М.. 1993 I. Москалев Н.С., Баралов С.М. Усовершенствование покрытии структуры "Кисловодск". Веб. "Изготовление металлических и монтаж строительных гсонструхции". - Вып.1993.

ПАТЕНТЫ И АВТОРСКИЕ СВИДЕТЕЛЬСТВА НА ИЗОБРЕТЕНИЯ БАРАНОВА СМ. (и другие).

1. Патент N 2010092 "Здание и рама каркаса здания".

2. Патент N 2010091 "Здание и рама каркаса здания".

3. Патент N 2010097 "Здание и рама каркаса здания".

4. Патент N 2010096 "Здание и рама каркаса здания";

5. Патент N 2010094 "Блок - контейнер".

6. Патент N 2015265 "Каркас -здания".

7. Патент N 2010093 "Здаяие и рама каркаса здания".

8. Патент N 2040645 "Здание и рама каркаса здания".

9. Автор, свид. N 166669 "Панель ограждения".

10. Автор, свид. N 4762423 "Планетарный ротациональный станок". (для обработки концов трубчатых стержней с внутренней резьбой).