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

Центральный паутао-нсслсдовагельскнй, проактпьш п Еояструктореко-технологяческий институт легких металлических копструкдай

Го ОД На правах рукописи

1 ¡и;Р БАРАНОВ Станислав Михайлович

Усовершенствование структурных покрытий типа «Кисловодск»''

(специальность 05.23.01 — «Строительные конструкции, здания и сооружения») '>

АВТОРЕФЕРАТ'

диссертация на соискание. ученой . степени кандидата технических наук

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

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Москалев Николай С ер гее сип Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Глазунов Юрий Николаевич кандидат технических наук Беляев Владислав Федорович Ведущее предприятие —

| АО «Корпорация «Монтажспецстрой»

Защита диссертации состоится « » о^хр^/ьХ шрйг

в —'-Л.--—часов на заседании диссертационного Совета

К 100 01. 01. в институте ЦНИИПпроектлегконструкция по адресу: 123052, Москва, ул. Красная Пресня, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДНИИПпроектлегконсгрукция.

Автореферат разослан у^ ¿и.

Ученый секретарь диссертационного Совета К 100 01. 01.

кандидат экономических наук И. А. Апарин _

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.

Совремеоное развитие строительных конструкций, в особенности легких, обусловленное появлением легких и легчайших остшггелей произвело, образно говоря, подливную революцию, ще не вполне осознанную обществом.

Действительно, если, например, одноэтажное здание 30x30 i в плане с кирпичными стенами и покрытием из сборного железобе-она с традиционным утеплителем из керамзита имеет массу около 1, ысяч тонн, не считая веса фундаментов, то такой же по размеру одуль "Кисловодск" весит всего 77 тонн, т.е. в 22-25 раз меньше, то значит не только колоссальное повышение транспортабельности ?его сырья, требуемого для изготовления здания аа заводе, и не )ль:со резкое улучшение доставки всех его элементов ва кесто воз-¡деиия и облегчения монтажа, но, кроме того выявляет огромные «имущества на всех стадиях изготовления. Одно дело перерабаты-1ть 2 тысячи тонн, другое - всего 77. Этим и объясняется разви-е многочисленных конструкций и появление заводов, производящих ания комплектной поставки.

Структурные конструкции покрытий " Кисловодск",МДРХИ, ЦНШСК" и другие получили нпцкжос применение не только благода-своей исключи амыюй легкое т. но ершшепню с рамными каркали. например, ¡ihm "< )j>ck". " ICuhck", "Молодсино". ко и бд«-üipa сбориосш. и несколько рш попы шакиней и* цкмкчмртабель-

•11, - 1К-)КЧН>'/Л'! 1П (1П ПИЧ'П\.ПК-|Х-« OTVUMI.NI.IMII С1СрЖ)ШМ|1, с^рян-

цымн в компшлвдде пакеты. Возможность плотного пакетирования позголягт снизить требуемый транспортьш объем по сразигкию с обычными фгр&ами в 4-5 раз (считая отпошсние транспортного объвг. псрсаозкмых конструкций к едапзще перскрызазмом площади зданш

Однако, многие вопросы производства структур топа "Кисловодск", а также »к конструкция настолько требуют дальнейшего усовершенствования, что и явилось темой нашего исследования.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ.

Получены новые более рациональные конструктивные формы структур ита "Кисловодск". При этом были решены следующие прзбток

- 1. Предяозааа методика определения транспортабельности кшхтрукщй. Введен показатель сгсяошгник траяспоргого обьема комсфухшш и единице площади здания.

Подтверггдгао преимущество применения замкнутых профилей & егшх сгфгетгх легких копструкцяи. Доказано, что при од:зо с том иг итффаизеяте продольного изгиба, минимальное сжатие в тратта; профавс мояггт быть в 313 Р&за меиыииы, чем в угелко-Еоа. Чеьг ишьезз осс&гя сила ехзтааюедаа сгерг:еиь, тен расход спи о отггртия проектах больше, чем в трубчатых (от 13 до 2.5 раз).

3. Толазша спвок приметою*ыя трубчатых профилей мо«гт б&т> зтзыоея« 29 0,01-0,015 днзздтгря, что пеззохмтт у мскыннть массу схатах стершей зо 13-25%.

4. Дшггаккэ, что рагигшои сшовшсй прпстродгпьшь :>)

груктуры покрытия на параллельные складки позволяет: ■ в несколько раз уменьшить число стержней, угловых соединений и массы структур;

• применение керазрезкых кровельных прогонов позволяет увеличить шаг складок до 9-15 метров, все евде используя гнутые сплоцкгосгенчдтые балки; позволяет обойтись без заутренних кологск; позволяет проектировать здания с п-;б::им планов«, варьируя ширину от 18 до 30 и и яе ограничивая длину.

Предложено новое ког,:пит?ос решение каркаса с применепн-! большепролетной хребттз сой балки-складки, устанавливаемо)! по юдольиом оси здания. Тякяя компановка позволяет поперечные рдггы !И фермы заменить дБухпролетаъпги кровельными прогонами, опираю-шяся на стойки факверка и в середине на хребтовую балку. Метал-еккость, трудоемкость изготовления, транспортабельность н моя-зк при таком решении оказываются выгоднее традиционных решений.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ.

1. Значительно сократить «тело элементов структуры - в дельных случаях стержней с 71 К) до 72 штук и конвекторов с 220 29 штук. Это «о мно| о ра» снижает трудоемкость изготоалегага шехол стали на члемсигм структуры.

2. Увеличение и|»оле1\*» к|>опсльпых проптов приводит к мшчениш ич оОнн н массы. I Однако. при нершрешости многопро-in.iv покончи, увеличение н\ массы меньше, чем снижение се в

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

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

3. Расчленение сплошной пространственной структуры ка отдельные складки, пересекающиеся между собой или параллельные друг другу, позволяют придавать гибкость плану здания (любую желаемую форму), располагать колонны в наиболее удобных местах. Возможно пристенное расположение колони, оставляя всю площадь пола "чистым".

4. Для зданий протяженного типа оказалась весьма целесообразной предложенная компановка шатра с "хребтовой" балкой, выдосеазой вад покрыгтаем и служащая каркасом для фонаря.

Тйхое решение позволяет снизить высоту здания более чем ,иа даа шпра, что соответственно уменьшает площадь стеновых иа-вааей, уыеяьшяегю&ъш здания.

5. В итоге улучшается транспортабельность шиструкции вгйаш.сокрааимгтся траздоюртсшй обьгы, занимаемый кокструкцш & ра£«®те ка единицу шгошады адазмгя.

4 Обхгупжггаз воатаа, поскольку сокращается чзжло от* Зашали зжэштяз и уэмтьгх сседявсиий.

7. Щадаотиол от цоеых варнаити у меьых <х«днаггц:й -егка^кшг, с шзсткчеаен»« сузшшьш концом трубпдтого сгеринк; зо-вгш^ых»сяивоаошаюмш1 его кскио*. < Йз варианта ювс диг бгшпъешфкм трубы со втулкой - уязлнзаога к-ссга э уиа.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

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

Глава 1. Структурные покрытия - 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 - Менгериигхаузен -один из основателей структур, как подобие пространственных кристаллических решеток, Шуман Л., Сехлер Е., Брудка, Хофер М., Ван Б»»1ст, Парту. Использовались также труды Клячина А.З., много работавшего над разработкой структур. Приводится схема плиты "Кисловодска" (рис. 1).

Надо сказать, что большинство авторов мало уделяли внимания вопросу снижения расхода стали и трудоемкости изготовления, определению трансгоодгопбельмосп).

Глина заканчивается формуднроякой (Кли и задач исследования, коюрме сводятся к следующему:

1(елью и»»листея - усопертонспипттк- структур - снижение массы с шли. уи|н>ик»«»е темкинчии. ом.ктчггою лоспи»ки. монтажа,

СОКрИПК'ИНС СЦК«1ИМ1Ш)1» высот.

О

- Знание--------

из одяоа С£нции СО структурными СП27-ЗООА, СЛ27-35-ОЯ

щ

О* &AttiÁ « XoCJr&óoСУЪЛ X-

Из этой цеди 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 возможности:

- снижения веса;

- придания покрытию крутого уклона (ската);

- изменить существующую расстановку колонн;

- убрать внутренние колонны;

- расширить плаяировочные возможности здания, отойти от квадратного плана к любому требуемому;

- исследовать возможности рясчлекекиа структурной плиты на отдельные складки.

Глаза 2. Начинается с ¡исследования йь1годяостм структурах сборных конструкций по сравнению с традиционными - фермами, юамн, изготовляемы?.!« tin заводе з виде боаьшегабярнтных изделий, сновные И5«»»му щестйа сйодЯтта к следующему:

1. Однотипность боль шок» числа сзер*неП и элементов, что )зволястмаксимально ме\аии «1|4о»ап, ш изготовление.

2. Больна»! набор W-uiinii cicpfciieii поШоляст нанимать их сфукчу|Ю n okinii'ivunm с рас'ичйыИи усилиями. I Ьифимер, s jk>-ач. структуры типична, рин1ые но ссчен«й»с1ерл;нн и ишненшч."«« и lMi-iK-HiiH |'ac»ietlii:i\ Hit.inii. >m по моляеч cojqntnm. чносу оя-

I н ciqiAiiH\ finvii-oli u {«eiiiviKH, 4i\i ipy.l'ii'eсделай, л civjiaomx

легких ферм, сечение поясов, у которых назначается по максимальной силе и сохраняется постоянной на всю длинну 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. Следоаательяо, osa as 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, сшюшностецными прогонами. Проведенные расчеты позволяют прийти к выводу, что в зависимости от вида транспорта, стоимости тарифа перевозки н дальности расстояния, структуры становятся выгоднее арупрс конструкций, несмотря на большую стоимость изготовления на заводе и более трудоемкого монтажа на месте строительства. Обсши методика расчета позволяет определить расстояние доставки, определяющая рентабельность того иди другого вида конструкций.

В следующем разделе определяется рациональность направ-лавя усилий, возникающих в конструкции шатра от нагрузки по кратчайшему расстоянию к опорам. Показало, что для большинства зданий любого очертания » плане несущие конструкции выгоднее направлять и опори по кратчайшему расстоятию. При точечных опорах-коловвах от должны напрямую стремиться к этим точкам - всякое другое агпраадотмг, моример. система ортогональных балок - вера-

даональна. При линейно протяженных опорах, например, стенах или подстропильных балках, опирающихся на опоры, система ортогональных Залок становится более рациональной, хотя сами подстропильные >алки будут причиной дополнительного расхода стали. Опирание ортогональной системы ферм, рам или структурной плиты становится бессмысленной при зданиях протяженного типа. Направление балок, крм или ригелей рам вдоль здания может быть оправдано наличием юдвесного транспорта или какой-либо тяжелой нагрузки на покрьь ие, которая может .менять место расположения. В остальных случаях аправленне конструкций - балок, ферм, рам разумнее поперек наи-(еньшего размера здания.

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

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

Третий раздел рассматривает вопрос повышения возможнос-I использования прочности стали в сжатых стержнях, имеющих ряэ-гшую форму сечения.

Как известко, в структурных покрытиях больше половины ержнсЛ скиты, т.е. подвержены гцкэдолыюму изгибу. В связи с им раесматрииосп'я «олможносгь сохранить максимально высокий »ффмийент ирододыкмх» нчиГш ирк минимальной силе сжатия.

В<мк*|жь1Х, пи дос тмимо» цен1}ч«{м>»анием силы сжатия, пранлетшс се и доли 'оси си-ркин. Далее, форму «хчснка (профиль)

желательно пригашать симметричным относительно обеих осей сечения, дабы избежать изгнбночгрутильного эффекта.

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

мы хотим сохранить высоким. (Здесь R-расчетное 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 «р.

В связи с тгим было проведено теоретическое исследование некоторых применяемых профилей и определены минимальные значения сил N , при которых eme возможно сохранение ои|>сдслс1шы ммячений Kf/зффиниента ф.

Для тгой цели была использована формула < 'НиИ 23-11 -N1

Здесь t - толщина стенки; Ь - ширина грани; 7] - коэффициент равный -для свободной полки уголка, дву гав-я-ЕЕглгера -2.5: длв стенки коппйки, двутавра, швеллера -Л.69 ;

для стенки круглой трубы - 0.1592 ; Е-модуль упругости.-Исполыуя формулу (1). получаем минимально« значение

площади:

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

Далее находим значения минимальных знамений ширины граней и радиусов инерции ¡. П наконец, величину минимальной силы N. В таблице 2.2 приведены минимальные шамення силы N для данных значений коэффициента <р , расчетного сопротивления стали Я и длины стержня 1. В р«*ультине определены весьма важные ишисимос-ти между ллиной I. гибкостью Я . силон N и коэффициентом ф .

(2)

/ = А/ = тХ

I Е

(3)

Л)п'±!Ьи± ^А

(4)

ТАБЯВДА 2 »2.

Воэютакяи нсоодьзованщ стал spa освво« схваш: ( ^J)

cÄ jwJ 'Y \л Iftff-i fí*njl*c*2 î • t î î 1

Ni -4— ÂÀ t \ m = 0.2 « • « 3,4 n It 0,5 0,5 0,4 0,5 0,4 0,3 su. 107 137 90 104 ^ 120 }> =2,5 0,0764 0,6038 0,0542 0,0711 0,0636 0,0534 /7 =2 й- * 0,1528 Ь " 0,1276 " " 0,1064 " 0,1422 " " 0,1272 " " 0,1068

2,45 1« 0,5 0,4 107 137 ? 2,0 0,0483 ' . 0,0436 П =2 " 0,0966 " " . 0,0872 "

i> ч ' -y- 4 2,45 m . m 0,8 0,5 0.4 61 107 137 } = 0,69 . 0,0211 ' 0,0167 0,0149 П =• 4 " 0,0844 " " 0,0668 " ■ " 0,0596 "

/ /г •Sr J ■ W 2,45 « Я 0.9 0,8 0,5 38 !61 107 V » 0.1592 0,005158 0,004828 0,00324 .П - .3.14 - 0,0162 " 0,01515" - 0,01017"

• — t î 3,4 ■ • 0,9 0,6 0,5 33 53 90 Ь » 0,1592 ' 0.006077 0,00573 0,00453 Я - 0,0191 " " 0,0180 " ! " 0,0142 "

л

":ТГГ Û \ /ы» ЫШЫ I i _ í » *JSJU cas

Hit 1-JlCM tírtt rrj Jckf { ёмм j ÍMU i см

2,5581/7" 1 = 0,2¿ 0,355^ ! =22,296)^/7 181 92,4 246 18,8 4,92-

2,877 " 0,520 'i " 55,627 " 29,1 23,7 140 8,5 2,8 .

3,037 " 0,674 " " 84,12 " 12,7 13,0 109 6 2,19

2,65 " 0,406 " " 36,6 " 64,2 163 11,6 3,26

2,804 " 0,480 " " 50,0 n 36,0 26,5 144 9,2 2,89

3,058 " 0,5055" " 72,67 " 17,0 16,7 125' 6,7 2,5

3,219 " ¿ = a,28¿ Q,8I4$f " 87,09 11,9 9,7 100 ' 4,8 2,8

i,386 " 0,958 " "131,21 » 5,23 5,3 78 3,4 2,19

¡,444 i =0,403¿ Г,004/7 n 67,12 ^T 19,98 10,19 no 2,3 4,49

1,873 " 1,423 " "152,8 " 3,85 '3,14 69 I.I 2,81

i,095 " 1,683 " "231,22 " 1,68 1,72 54 0.8 2,15

',857 я i iO,3ñA¿ 1,673^ « 71Д7 « 17,76 8,056 223 ! 1,15 7,89

1,1244" 2,054 M "125,31 " 5,73 2 |S2 139 ! 0,67 4,92

,914 3 222 " "344,74 " 0,78í 0.633 79 ; 0,23 2,31

.454 ,385 ■i t^át/ÍT imiïï w ла *>л m " 84,80 " "204,83 • rin CT 12,52 2,14 ТЛ rtrt 4,60 l 1,25 25ô ISO ч 1,5ь ! G,91 I O.« : - Vi t i 5,se: ! 1 3,33

Здесь m - отношение минимального радиуса i профиля к ширине полки Ь. Для уголка ш = 0,2, трубы ш = 0,354.

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

Если Vi =çi и h = ii , то (4) приобретает вид:

л = ityWx А

m\nj]r 2 (5)

Это найденное соотношение между минимальными силами и площадями сечений вс зависит ни от марки стали, пи от длины стеря ни от коэффициента ç, а только от характеристик сравниваемых пр филей. Так, если профиль 1 - равнополочный уголок, а профиль 2 -круглая труба, то

0,354* - 2-2,5 _313i 4 0,22-3,14.0,1592 ' (6)

это удивительно большое число показывает, что для сохранения коэффициента ç данной величины сила N, и площадь ссчсшиг А, у уголка должна быть в 31,34 раза большим чем у трубы. Так, для J = 3 м и 1 = 4 м при ç = 0,8 и R = 2,45 т.с./см для уголка N =181 и 322 т.е., а для трубы N = 5,78 и 10,27 т.е.

Это сравнение двух профилей показывает колоссальное пре~ имушество трубчатых ссчсний. Причем, чем меньше uai jivîtca на стс жень и больше его длина, тем »(мгимутегшо становится разительное Эгам докашнаегеи нерациональность применения ферм. рам. ci]>> к : со стержнями из одиночных уголкои i aie усиленно щ-ои.п ¡ш/иф.нмм

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

Кролю того, трубчатые профили позволяют рационально, не снижая коэффициента <р применять в легких конструкциях стали повышенной прочности - классов С345, С375, что позволит существенно сократить массу, конструкций.

Можно уменьшить массу стали применяя сквозные сечения, например, стержни, сечение которых состоит из двух тонкостенных швеллеров или четырех уголков соединенных планками. Это повысит коэффициент ф , но при этом увеличится трудоемкость изготовления, увеличится поверхность окраски, уменышгтся антикоррозионная и противопожарная стойкость.

В главе 3 рассматриваются возможности усовершенствования узловых соединений стручстур.

Изучеш>е аварии имевших место при эксплуатации зданий со структурными покрытиями яоззоладо прийти к выводу, что частой причиной их служит разрушение узлрпых соеднпений, т.е. отрыв торцевых втулок от труб из-за искусственной сварки, ллбо р-.ирыи высокопрочных болтов, соединяющих стсрэсни с узловым! коннекторами.

Разрушения самих труб обычно не п|юнсходит. Т.е. узловые с<х'динс1!ия оказываются менее прочными, чем сани стержни.

Прс>блсмп («ищется п двух вариантах. Во-первых, плясти-•кч'кмм сужением трубчап.|\ стержней 1>од<*бн<> горлышку бугылкп. На ппу фегнен иоиермк V!!! горла парс а-« ¡кчьба, п котирую !>п:ш-

чивается болт. Такое соединение не требует сварки. Для его осуществления изобретен и изготовлен станок, который успешно работает. В настоящее время на Выксувском 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 каждачлсй бумаги. Проведенные эксперименты показали, что прокладка повышает коэффициент трения до 0£-1Д . Число узловых болтов сокращается в три раза. Коннектор отсутствует. В настоящее время на ВЗЛМК производится доводка и освоение этого сравнительно простого узла.

Расчет узда разработан по методике прнмешггедьиой к расчету фрикционных соединений на высокопрочных болтах. При этом ксгиы стсрггасй решетки, подхода стгркшш пояса под углом передают уаивве пг только за счгт тргакз, кс н за счет перегиба конца снаюЕ^вого участка.

Гласа 4 посзащеаа вотожваепш усовершенствования структурных покрытий.

РассмЕтргшаютхлг слалушили способы;

1. Переход <ш стас» поо*,исиихой прочности.

2. Уаетыаекке ходлазгы ешзш трубчатых стераз«й и уае-¿анчсц*®: даамегрк.

05а сг^асоба возногхш. Уеслгшаяе диамггра позгю.таег уве~ .ш^дти ксгуффшвгшлг иройолысто кзшЗа. Утончгяие стеаок ее кргшо-

-IS-

Рис . Z Узел соединения "бутылочных" стержней.

Vnc.B, Уз®я соедмнгкчя

CXV&SÎSHHUX CTífEJ^G.

дит к потере местной устойчивости для толщин стенок, равных 0,01 диаметра трубы. Однако, эти меры заставляют повысить расчетное сопротивление сварных швов, опеднняюпшу стержень с концевой вту. 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 неразрезные, т.е. под-

А/-2(1 М = &

бирать сечение по моменту ЛЯ — или 1 ^^

вместо ^ 0 , увеличивая общую массу прогонов всего о

на 10-15 % можно и пролет увеличить до 5.2 или до 6 м. 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 ва станках ВЗЛМК. При этом, 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, заменив ее складкой, состоящей из трех поясов - двух нижних ■ одного верхнего. Такая складка может быть вынесена над кровлей и служить каркасом фонаря (рис. 4). Решение оказывается пригодным да здания ширин«« до 30 м, в том числе протяженного типа. Хребтовая балкв-складхя, идущая по оси здания оказалась мсьия уместаой, поскольку снижает высоту боле« чем на два метра щ» той же полезаой чистой высоте от пол* до низа конструкций.

Ф2

Разработанная методика сравнения массы каркаса здания с обычной компановкой и с использованием хребтовой балки показала лерсяек'швность таких легких зданий. 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 !!?. каркас. Кроме того, поскольку высота прогонов (28-30 см) оказывается ниже 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 большая доля изгибающих моментов может быть отвлечена из среднего участка пролета опоры. Это позволяет значительно уменьшить сечение балуем в этой зоне, и поскольку значение момент:« меняется медленно, сделать сечение постоянным. На приторных участках моменты ]>сзко нарастают. Здесь необходимо сечение усиливать. По поскольку участки т[>ебую1цие усиленна коротки, составляя 10-15 "о от пролета, то усиление не ni.ni,тает больна» о ]>ас\ода стали. Для ««пределеимя долей момента, приходящихся на опоры и н щюлпг. П[>едлшяст\-я следующий прием,

<>::|1слелиеггя мгашмальног «тчопис суммы площадей абсо-ЛЮТНЫЧ М'ЛПЧИН !<Ж ¡ит«м\ тнмрялу:

1

I

' МОх^П

о

Для этого необходимо приравнять первую производную Э по. у нулю

Л*

¿у

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

32

а на опорах

~ 32

На рис. 5 приведена опора моментов минимальной площади. Протяжение участка положительных моментов равно <1,5 п]к»лета, дли-яа балки не требующей усиления - 0,7091 н|юлета. Если профиль назначить симметричным плммппельио триюиталыюй оси и массу стенки приравнять к массе обеих полок, ч н» близко «лннвсчстнуст п)мн фидю мниимальной массы, ю момент онцюшпленпи И' будп нмражнп, ся формулой:

jc.4 Схема aàamja с xpe5rnoûoû ck/iqökoli

JC

К

"Hi

0.S5L

0.251

,ll

0.70711

Ус

I

£ 8

"Ч

ic.!: Згньра изгибающих мсччеипов иинимапьиоО плочас*1 ол раЭномер-f>ocript-de.ieHno<i м>>грузки. Ус-1цо.сток я-р^б^пАмО усилении $а*ки

Mol со гпокои оа/1ки cocn¡a0/mem бсего 27.5Г4 mqccö uoono--onejpmo>¡ постоянного сечениа.

IV = -¿к2 3

Но т. к. 2№ = А, то

масса 1 метра балки получит выражение:

зг

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

0=ЪпГ

шг

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

ГЗ . '

С - ^

16М

Для балок уложенных в "перехлест" на опорах, как Нйогда практикуется за р^бё^гьк! с ПалкаМи Зетового ирофиЛй:

гэ

с; 3«'

20/?Д

Масс:» Ис|>;п)&Я1<>й ГтлкН, цтчн I ап нП! и> > ирс-Ли^лш лемм!

методике (с учетом затрат стали аа усиление)

32hR 29,Ш

Масса такой балки составляет всего 27,5 % 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: „

- уменьшен!™ толщины стенок трубчатых стержней и увеличения их диаметра;

- применения сталей повышенной прочности;

- применения легких яеразрезных кровельных прегоаоа рас-читанных по разработанной методике;

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

2. Уменьшено число изготовляемых элементов. Так, вместо

700 стержней структуры и 110 штук прогонов число стержней уменьшено до 350 и даже - в хребтовой складке - до 72 штук, число про» гоиов - 50-27 штук. Число узлов н узловых коннекторов - с 220 до 29 штук. Это привело к резному свиженюо массы трудооососш ппь

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 чистим.

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, ко и использовать складку как фонарного каркаса. Такое решение кроме того позволило лучше использовать оборудование Выксунс» завода JIM К, поскольку при изготовлении складки заняты станки готовляющие структуру, а для иеразре зных прогонов используют» станы, прокатывающие балочные гнутые профили.

7. Разработана методика срапнеиия рациональности различных профилей, используемых в сжатых стержнях. Докашно, ч при одинаковой доле использования щючности стали тодрстичесю необходимо в уголковом п|юфилс име н, силу сжатия в 31,3 раза большую, чем в кру| лом трубчатом и|юфилс. Чем меньше сила < ж И больше длина элемента, тем неранмоиаяыин-п. «мкрмгмч п|м»<}«» сггшошггся больше.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

L. Баранов С.М., Самсонов М.Ю. Опыт работы Выксунского завода ЛМК в новых условиях хозяйствования. Инф. сборнике "Монтажные и спец. строительные работы" - вып.2 -М, 1990, стр. 21-26. I. Довженко A.C..Баранов 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" в зданиях без внутренних опор. В сб."Изготовление металлических и монтаж строительных конструкций". -Вып.-5, М., 1S93 1. .Москалев Н.С., Баранов С.М. Усовершенствование пок^ытай структуры " Кисловодск". В «-б. "Изготовление металлических и монтаж строительных конструкций". - Вып.-4, М. 1993.

О

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 N2010094 "Блок-контейнер".

6. Патент N2015265 "Каркас -здания".

7. Патент N 2010093 "Здаяие я 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 ротациональиый станок", (для обработки концов трубчатых стержней с внутренней резьбой).