За счет чего обеспечивается пространственная жесткость панельных зданий
Перейти к содержимому

За счет чего обеспечивается пространственная жесткость панельных зданий

  • автор:

Обеспечение устойчивости и пространственной жесткости зданий

Устойчивость — способность здания противодействовать усилиям, стремящимся вывести его из исходного состояния статического или динамического равновесия.

Пространственная жесткость — способность отдельных элементов и всего здания не деформироваться при действии приложенных сил, сохранять геометрическую неизменяемость формы.

В бескаркасных зданиях пространственная жесткость обеспечивается устройством внутренних поперечных стен и стен лестничных клеток, связанных с продольными (наружными) стенами, а также междуэтажных перекрытий, связывающих стены между собой и расчленяющих их на отдельные ярусы по высоте.

В каркасных зданиях пространственная жесткость обеспечивается за счет: многоярусной рамы, образованной пространственным сочетанием колонн, ригелей и перекрытий и представляющей собой геометрически неизменяемую систему; стенок жесткости, устанавливаемых между колоннами (на каждом этаже); стен лестничных клеток и лифтовых шахт, связанных с конструкциями каркаса; плит-распорок, уложенных в междуэтажных перекрытиях (между колоннами); надежного сопряжения элементов каркаса в стыках и узлах.

ТЕСТЫ ПО ТЕМАМ 3.1; 3.2

• Задание 1. Дополнить предложение:

Горизонтальные конструктивные элементы, разделяющие здания на этажи и передающие нагрузки на стены или колонны, называются _.

• Задание 2. Дополнить предложение:

Светопрозрачные ограждения, предназначенные для освещения и проветривания помещений, называются_.

• Задание 3. Дополнить предложение:

Конструктивные элементы, предназначенные для связи между этажами, называются_.

• Задание 4. Установить соответствие

Характеристики здания: Способность здания:

1. Прочность А. Сохранять свою форму

под воздействием нагрузок

2. Пространственная жесткость Б. Воспринимать нагрузки

без разрушения В. Сохранять равновесие под нагрузкой

• Задание 5. Дополнить предложение:

Пространственная система, состоящая из колонны, балок, ригелей и других элементов, называется_.

• Задание 6. Дополнить предложение:

Вертикальные ограждения, разделяющие смежные помещения, называются_.

• Задание 7. Дополнить предложение:

Завершающая часть здания и защищающая его от воздействия внешней среды называется_.

• Задание 8. Дополнить предложение:

Пространственное сочетание несущих элементов здания характеризуют его_.

• Задание 9. Установить соответствие:

Конструкции стен зданий Воспринимают нагрузку

  • 1. Несущие А. Только от собственного веса
  • 2. Самонесущие Б. От собственного веса

и опирающихся на них конструктивных элементов

  • 3. Навесные (несущие) В. От собственного веса
  • (в пределах этажа) и передают ее на перекрытие Г. От опирающихся на них элементов

Обеспечение пространственной жесткости каркасных зданий

Пространственная система, состоящая из колонн, подкрановых балок и несущих конструкций покрытия называется каркасом одноэтажного промышленного здания.

Сборный каркас

Состоит из поперечных рам: колонна — стропильная конструкция — колонна;

Продольных: колонна — подкрановая балка — подстропильная конструкция — колонна.

Поперечные рамы

Воспринимают нагрузку от покрытия, снега и кранов.

Продольные рамы

От ветра, торможения кранов и обеспечивают устойчивость поперечных рам.

В поперечном направлении устойчивость здания обеспечивается

  • жестким креплением колонн с фундаментами;
  • жестким диском покрытия.

В продольном направлении устойчивость здания обеспечивается

  • дополнительными стальными связями, установленными по всем рядам между колоннами и опорами стропильных конструкций.

Связи располагают между колоннами в середине температурного отсека в пределах надземной высоты колонн. В здании с мостовым краном — в пределах подкрановой части здания.

Стальные связи бывают

  • крестовыми;
  • портальными.

Крестовые связи устанавливают при шаге колонн 6 метров.
Портальные — при 12 м.

В зданиях с тяжелыми опорными кранами вертикальные связи между стропильными конструкциями устанавливают в крайних шагах и в середине температурного отсека.

Основу каркаса одноэтажного здания составляют поперечные рамы. Между собой их шарнирно связывают стропильные конструкции. Что касается поперечной жёсткости, то её обеспечивают ключевые элементы — колонны. Они жёстко защемляются в фундаменте посредством диска покрытия.

Если кровля здания состоит из железобетонных плит, уложенных на сплошной настил, то отдельные рамы несут гораздо меньшую нагрузку благодаря тому, что такая «жёсткая» кровля частично передаёт вес смежным рамам.

Если же кровельные плиты укладываются по прогонам, то условия получаются не такими благоприятными. Ведь местные нагрузки на рамы могут оказаться чрезмерными и деформировать их, а из-за этого могут нарушиться и эксплуатационные качества всего здания в целом.

Именно поэтому проектирование высотных бескрановых зданий или использование мостовых кранов большой грузоподъёмности должно предусматривать в верхних поясах стропильных конструкций наличие продольных связей. Благодаря этому, поперечная работа рам будет в некоторой мере объединена.

Только при бескрановом возведении зданий обеспечение продольной жёсткости лишь посредством колонн оказывается экономически выгодным. Для этого длина пролёта не должна превышать 24 метров, а высота — 8,4 метра, либо длина пролёта должна составлять 30 метров, а высота — не более 7,2 метра. Конструкция зданий с мостовыми кранами и высотных зданий должна включать наличие вертикальных связей в продольном направлении для обеспечения жёсткости. Эти связи устраиваются как между колоннами, так и, при необходимости, в самом покрытии здания.

Можно передавать ветровую нагрузку на вертикальные связи и колонны, разгружая таким образом посредством кровли торцевые стены, но это актуально лишь для зданий с определённой длиной пролётов и высотой. Если пролёты слишком велики, а высота — более или менее значительна, то при использовании такой кровли стропила будет труднее крепить к колоннам. Конструкции, которые призваны обеспечивать устойчивость покрытий, будут более сложными, а в некоторых случаях спроектировать их таким образом вообще не получится, не нарушив целостность кровли и, следовательно, прочность её связи со стропильными конструкциями.

Этот материал впервые был опубликован 7 ноября 2013 года. Актуальность информации подтверждена 16 января 2024 году.

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ МНОГОЭТАЖНОГО КАРКАСНОГО ЗДАНИЯ НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСИНЫ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ЖЕСТКОСТЬ / КАРКАСНОЕ ДЕРЕВЯННОЕ ДОМОСТРОЕНИЕ / CLT-ТЕХНОЛОГИЯ / СИСТЕМА ЖЕСТКОСТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ / КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА ЗДАНИЯ / СТВОЛЬНАЯ СИСТЕМА / SPATIAL RIGIDITY / FRAME WOODEN HOUSING CONSTRUCTION / CLT TECHNOLOGY / SYSTEM OF RIGID ELEMENTS / BUILDING STRUCTURAL SCHEME / TRUNK SYSTEM

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Рожков Александр Федорович, Лавров Александр Алексеевич, Пикулева Инга Владимировна, Поливанов Денис Александрович

Цель. В статье рассматривается проблема обеспечения жесткости каркасного деревянного многоэтажного здания и способы достижения необходимой пространственной жесткости с учетом требований сохранения внутреннего объема и свободного пространства. В целях повышения экономической эффективности проекта предусмотрен случай избытка пространственной жесткости и меры ее оптимизации. Метод. Более простым и менее трудоемким методом является первоначальная оценка площади сечения жесткостных элементов, которые будут воспринимать ветровую нагрузку. Авторами предложен способ предварительного вычисления жесткости здания с последующей корректировкой в расчетной схеме Результат. Составлена расчетная схема каркаса здания в программном комплексе Scad Office с целью учета влияния собственного веса конструкций, перераспределения усилий и перемещений за счет пространственной работы каркаса, с последующей корректировкой сечений жесткостных элементов. Вывод. Наиболее рациональным и наименее трудоемким методом численного расчета жесткости является первоначальная оценка площади сечения системы жесткостных элементов. С его помощью возможно избежать избытка пространственной жесткости здания и сократить время и трудозатраты на подбор и выбор места расположения жесткостных элементов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Рожков Александр Федорович, Лавров Александр Алексеевич, Пикулева Инга Владимировна, Поливанов Денис Александрович

Технологические особенности возведения многоэтажных жилых зданий из CLT-панелей
Современный опыт строительства многоквартирных деревянных домов в зарубежных странах
Этапы формирования мирового многоэтажного деревянного строительства
ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ В ОБЛАСТИ ОГНЕСТОЙКОСТИ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ДЛЯ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ
Особенности пожарной опасности зданий из деревянных конструкций
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PROVIDING THE SPATIAL RIGIDITY OF A MULTI-STORY WOOD-BASED FRAME BUILDING

Objective. The article deals with the problem of ensuring the rigidity of a frame wooden multi-story building and ways to achieve the necessary spatial rigidity, taking into account the requirements ofpreserving the internal volume and free space. The case of excess spatial rigidity and measures to optimize it are provided to increase the economic efficiency of the project. Methods. A simpler and less time-consuming method is the initial estimation of the cross-sectional area of the rigid elements that take the wind load. The authors propose a method for the preliminary calculation of building stiffness with subsequent adjustment in the calculation scheme. Results. The design scheme of the building frame is made in the Scad Office software package to take into account the influence of the own structure weight, the redistribution of forces and movements due to the spatial work of the frame, with subsequent adjustment of the cross-sections of rigid elements. Conclusion. The most rational and least time-consuming method for numerical calculation of stiffness is the initial estimation of the cross-sectional area of the system of rigid elements. With its help, it is possible to avoid an excess of spatial rigidity of the building and reduce the time and labor costs for selecting the location of rigid elements.

Текст научной работы на тему «ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ МНОГОЭТАЖНОГО КАРКАСНОГО ЗДАНИЯ НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСИНЫ»

Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. Том 47, №4, 2020 Herald of Daghestan State Technical University. Technical Sciences. Vol.47, No.4, 2020 _http://vestnik.dgtu.ru/ISSN (Print) 2073-6185 ISSN (On-line) 2542-095Х_

Для цитирования: А.Ф. Рожков, А.А. Лавров, И.В. Пикулева, Д.А. Поливанов. Обеспечение пространственной жесткости многоэтажного каркасного здания на основе древесины. Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2020; 47 (4):151-161. DOI:10.21822/2073-6185-2020-47-4-151-161 For citation: A.F. Rozhkov, A. A. Lavrov, I.V. Pikuleva, D.A. Polivanov. Providing the spatial rigidity of a multi-story wood-based frame building. Herald of Daghestan State Technical University. Technical Sciences. 2020; 47(4):151-161. (In Russ.) DOI: 10.21822/2073-6185-2020-47-4-151-161

СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА BUILDING AND ARCHITECTURE

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ МНОГОЭТАЖНОГО КАРКАСНОГО ЗДАНИЯ НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСИНЫ А.Ф. Рожков, А.А. Лавров, И.В. Пикулева, Д.А. Поливанов

Сибирский федеральный университет, Инженерно-строительный институт, 660041, г. Красноярск, проспект Свободный, 79, Россия

Резюме. Цель. В статье рассматривается проблема обеспечения жесткости каркасного деревянного многоэтажного здания и способы достижения необходимой пространственной жесткости с учетом требований сохранения внутреннего объема и свободного пространства. В целях повышения экономической эффективности проекта предусмотрен случай избытка пространственной жесткости и меры ее оптимизации. Метод. Более простым и менее трудоемким методом является первоначальная оценка площади сечения жесткостных элементов, которые будут воспринимать ветровую нагрузку. Авторами предложен способ предварительного вычисления жесткости здания с последующей корректировкой в расчетной схеме Результат. Составлена расчетная схема каркаса здания в программном комплексе Scad Office с целью учета влияния собственного веса конструкций, перераспределения усилий и перемещений за счет пространственной работы каркаса, с последующей корректировкой сечений жесткостных элементов. Вывод. Наиболее рациональным и наименее трудоемким методом численного расчета жесткости является первоначальная оценка площади сечения системы жесткостных элементов. С его помощью возможно избежать избытка пространственной жесткости здания и сократить время и трудозатраты на подбор и выбор места расположения жесткостных элементов.

Ключевые слова: пространственная жесткость, каркасное деревянное домостроение, CLT-технология, система жесткостных элементов, конструктивная схема здания, ствольная система

PROVIDING THE SPATIAL RIGIDITY OF A MULTI-STORY WOOD-BASED FRAME

A.F. Rozhkov, A. A. Lavrov, I. V. Pikuleva, D.A. Polivanov

Siberian Federal University, Civil Engineering Institute, 79 Svobodny Ave., Krasnoyarsk 660041, Russia

Abstract. Objective. The article deals with the problem of ensuring the rigidity of a frame wooden multi-story building and ways to achieve the necessary spatial rigidity, taking into account the requirements ofpreserving the internal volume and free space. The case of excess spatial rigidity and measures to optimize it are provided to increase the economic efficiency of the project. Methods. A simpler and less time-consuming method is the initial estimation of the cross-sectional area of the rigid elements that take the wind load. The authors propose a method for the preliminary calculation of building stiffness with subsequent adjustment in the calculation scheme. Results. The design scheme of

the building frame is made in the Scad Office software package to take into account the influence of the own structure weight, the redistribution of forces and movements due to the spatial work of the frame, with subsequent adjustment of the cross-sections of rigid elements. Conclusion. The most rational and least time-consuming method for numerical calculation of stiffness is the initial estimation of the cross-sectional area of the system of rigid elements. With its help, it is possible to avoid an excess of spatial rigidity of the building and reduce the time and labor costs for selecting the location of rigid elements.

Key words: spatial rigidity, frame wooden housing construction, CLT technology, system of rigid elements, building structural scheme, trunk system

Введение. В настоящий момент деревянное многоэтажное домостроение постепенно теснит другие виды многоэтажного строительства. Данный факт легко объясним относительной доступностью проектов, экологичностью сырья и альтернативой ограниченности в создании различных архитектурных и конструктивных форм, а также стойкостью к сейсмическим воздействиям. Наглядным подтверждением последнего выступает 7-этажное здание, изготовленное по каркасной технологии, протестированное на современном сейсмологическом оборудовании. В результате эксперимента строение восприняло 14 сейсмических толчков магниту-дой 7,5 баллов без критических повреждений конструкций [1, 2].

Постановка задачи. Появление новых композитных материалов на основе древесины и высокотехнологичных систем, преимущественно комбинированных, простимулировало возрождение деревянного строительства. Одним из основных внешних мотивирующих факторов, наиболее привлекающих внимание к изделиям на основе древесины в жилищном строительстве, является господдержка рынка деревянного домостроения, мерами рассмотрения и утверждения законопроектов о финансовой поддержке, льготных ипотечных программ [3, 4]. Таким образом, в настоящее время появляется и набирает обороты направление популяризации культуры жизни и строительства финансируемых проектов в городской среде с применением древесины в качестве основного материала. За последние 10 лет уже появилось множество успешных проектов высотных зданий на основе древесины. «Stadthaus» (рис. 1) — одно из первых многоэтажных строений, в котором CLT-элементы используются как основной конструктивный материал [5, 6].

Рис.1. Девятиэтажный «Stadthaus» в Лондоне (2008 год) Fig.1. Nine-story «Stadthaus» in London (2008)

«Life Cycle Tower ONE» (рис. 2) является представителем деревянного комбинированного строительства — здание высотой в 8 этажей с железобетонными фундаментом и центральным ядром жесткости, деревянными клееным колоннами и композитными плитами пролетом 9 метров [5]. Древесина плит горизонтальных перекрытий покрыта бетонным слоем по верхней поверхности и боковым краям и выходит наружу только на нижних поверхностях, образующих потолок [7, 8]. Таким образом, основная структура модулей здания спроектирована из дерева, а бетон и сталь использованы в качестве усиления всей конструкции.

Рис. 2. Деревянное модульное здание «Life Cycle Tower ONE» в Дорнбирне (Австрия) Fig. 2. Wooden modular building «Life Cycle Tower ONE» in Dornbirn (Austria)

«TREET» — современное 14-этажное деревянное строение, высотой 45 метров относительно уровня бетонного основания, уникальной особенностью которого является включение железобетонных «силовых этажей» после каждых четырех этажей из древесины (рис. 3) [5, 9, 10]. Вертикальную нагрузку воспринимают клееные деревянные вертикальные фермы, а из CLT-панелей выполнены лестницы, лестничные и лифтовые шахты, стены и перекрытия.

Рис. 3. «Treet» 14-этажное деревянное здание в Бергене (Норвегия) Fig. 3. «Treet» 14-storey wooden building in Bergen (Norway)

Проект 6-этажного здания, высотой 27,5 метров инновационного центра проектирования на основе древесины в Британской Колумбии полностью выполнен из древесины. Конструктивное решение заключается в использовании полносборных деревянных элементов и исключении использования бетона выше фундамента [5, 11]. Проект самого высокого деревянного офисного здания в Северной Америке призван акцентировать внимания на преимуществах древесины как экологически чистого, доступного во всем мире строительного материала, демонстрируя эстетические и конструктивные возможности многоэтажного строительства из древесины.

Рис.4. 29,5-метровое офисное здание в городе Принс-Джордж в провинции Британская Колумбия Fig.4. 29.5-meter office building in Prince George, British Columbia Однако самым высоким деревянным зданием в мире стало 18-этажное здание общежития Канадского университета Британской Колумбии «Brock Commons», высота которого составляет 53 метра (рис.5). Каркас здания составляют 16 панелей перекрытия, выполненных по CLT-технологии, точечно-опирающихся на клееные колонны, а также два железобетонных жесткостных ствола, воспринимающие ветровые и сейсмические воздействия и обеспечиваю-

щие устойчивость строения [12-14]. Замысел проекта студенческого общежития заключается в создании массового деревянного строительства, стоимость которого будет наравне с себестоимостью железобетонной высотки в условиях точечной застройки. «Brock Commons» является наглядным доказательством целесообразности деревянного домостроения на рынке высотного строительства.

Рис.5. 53-метровое здание студенческого общежития Канадского университета Британской Колумбии «Brock Commons» Fig.5. The 53-meter building of the student residence of the Canadian University of British Columbia

Методы исследования. При проектировании многоэтажных зданий на основе древесины следует соблюсти соответствие множеству условий эффективности и безопасности, таких как: обеспечение долговечности здания мерами согласования конструктивного и технологического аспектов проекта с целью исключения возможности увлажнения и перегрева деревянных конструкций, восприимчивых к воздействию температурно-влажностных факторов; обеспечение пространственной жесткости и устойчивости конструкций, мерами устройства и постановки соответствующих жесткостных систем/элементов, с учетом технико-экономической оценки эффективности и рациональности конструктивного решения.

Вопрос классификации систем многоэтажного каркасного деревянного строительства неоднократно становился предметом научно-прикладных исследований. Вариации технологий каркасного строительства на основе древесины разнятся в зависимости от материала основы каркаса.

Первый вариант — это деревянный каркас, состоящий исключительно из деревянных элементов. Каркас дома выполнен из деревянных балок, изготовленных из клееного бруса, способного противостоять биологическим процессам, установленных под разными углами между колоннами связей, придающих каркасу, а, соответственно, и всему строению дополнительную жесткость. Важным нюансом каркасного дома выступает отсутствие металлических элементов крепления, все стыковки бруса и связей выполняются деревянными шкантамии нагелями [15].

Второй вариант — это металло-деревянный каркас, рабочим элементом которого является металлический термопрофиль [16]. Такой вариации деревянного каркасного домостроения характерен высокий показатель сейсмоустойчивости: каркас способен сохранять первоначальную геометрическую форму при действии силы землетрясений с магнитудой до 9 баллов по шкале Рихтера благодаря малому весу конструктивных элементов, упругим свойствам каркаса, которые обеспечиваются болтовыми узловыми соединениями и симбиотической работой металла и дерева [17]. Однако, данная конструкция обладает большой металлоемкостью и сложностью узловой сборки. Пространственная жесткость металло-деревянного каркаса обеспечивается надежными узловыми соединениями, металлическими элементами жесткости, целостной конструкцией панели и соединением панелей, и металлических рам металлическими элементами. Современным и наиболее прогрессирующим представителем бескаркасной панельной технологии строительства на основе древесины является «CLT-технология». Бесспорное преимущество данной инновации заключается в возможности использования CLT-плит в мало- и многоэтажном, большепролетном строительстве, такие панели активно используются во многих европейских странах.

Безусадочность и непромерзаемость изделий, высокая межэтажная звукоизоляция до-

полняют жесткость CLT-панелей, создающую эффективную систему сопротивления сейсмическим воздействиям [18,19]. Пространственная жесткость каркаса обеспечивается многослойной структурой панелей, продольная и поперечная — вертикальным и горизонтальными ламелями плиты и жестким соединением колонн и балок с помощью стальных коннекторов. К тому же, CLT-элементы обладают возможностью перераспределять напряжения от касательных нагрузок при распространении сквозных трещин в панели до момента возникновения критического состояния элемента [20-22].

В зависимости от способа обеспечения пространственной жесткости здания можно выделить 3 конструктивные схемы: рамную, связевую, рамно-связевую.

В рамной схеме устойчивость и прочность пространственной системы создается жестким защемлением ригеля с колонной — рамным узлом. Рамная система каркасных зданий обеспечивает надежность в восприятии нагрузок и равномерность деформаций рам, расположенных в здании, в продольном и поперечном направлениях, а также система создает максимальную свободу планировочных решений.

При гибком соединении ригеля с колонной узел является шарнирным, а каркас — связе-вым. В связевой схеме устойчивость обеспечивается симбиотической работой вертикальных и горизонтальных связей и диафрагм жесткости, воспринимающих усилия от горизонтальной нагрузки. В рамно-связевой каркасной системе вертикальные и горизонтальные нагрузки совместно воспринимают вертикальные диафрагмы жесткости и рамный каркас. За счет этой комбинации достигаются минимальные перемещения конструкции здания [23].

В случае, когда каркасной жесткости недостаточно, возможно комбинированное решение, которое представляет собой комбинацию конструктивных приемов обеспечения жесткости стеновой и ствольной систем. Вследствие этого, составная конструктивная система обладает наибольшей конструктивной гибкостью в части возможности распределения воспринимаемых усилий за счет варьирования жесткости элементов основы каркаса. Существует проблема обеспечения жестокости многостержневого каркаса, решением которой служит поиск наиболее эффективной, экономически рациональной конструктивной схемы здания. При проектировании каркаса необходимо учитывать условие обеспечения целостности объемно-пространственной структуры здания, путем сохранения единства внешнего и внутреннего объемов.

Следовательно, необходимо отказаться от связевых систем, во избежание загромождения внутреннего пространства строения, так как наклонные связевые элементы способны уменьшить внутренний объем здания, а, следовательно, и ограничить в свободной композиции интерьера, разнообразности архитектурного решения и планировки здания [18]. Но вопрос нахождения средства обеспечения геометрической неизменяемости конструкции остается открытым.

Обсуждение результатов. Рассмотрим вариант включения в работу по обеспечению пространственной жесткости каркаса многоэтажного здания ствольной системы, вертикальным несущим элементом которой является внутренний ствол, образуемый стенами лестничной клетки и лифтовой шахты. Целесообразность применения ядра жесткости в каркасном здании обуславливается дифференциацией статических функций между каркасом, воспринимающим вертикальные воздействия, и стволом, воспринимающим горизонтальные нагрузки; стойкостью восприятия сейсмических воздействий; свободой планировочных решений, поскольку пространство между стволом и наружными ограждающими конструкциями свободно от опор. Стены лестничной клетки и лифтовой шахты выполняются из массивных деревянных элементов, изготовленных по CLT-технологии. Выбор перекрестно-клееных CLT-панелей обусловлен недорогой стоимостью, легким весом конструкции и стабильной статической прочностью панелей во всех направлениях [18, 24]. Стены ядра жесткости должны соответствовать требованиям пожарной безопасности. Условие обладания требуемой огнестокостью выполняется за счет постановки массивных элементов диафрагм жесткости, пропитанных антиперенами и обшитых негорючими материалами.

Горизонтальная жесткость конструкции может достигаться введением жестких плоско-

стей — диафрагм жесткости, которые располагаются в плоскости рам каркаса и воспринимают крутящие усилия. Каркасно-ствольная система аналогична каркасно-диафрагмовой, основанной на разделении статических функций между стеновыми и стержневыми элементами несущих конструкций. На вертикальные диафрагмы жесткости передается вся или большая часть горизонтальных нагрузок и воздействий, на стержневые элементы каркаса — преимущественно вертикальные нагрузки. А также с вводом жесткостных элементов в виде диафрагм жесткости возможно применение узловых элементов ригелей и колонн, простых в изготовлении и монтаже. Диафрагмы жесткости наиболее выгодно выполнить из CLT-панелей.

Способ достижения необходимой пространственной жесткости. Наряду с недостатком жесткости и поиском способов по достижению необходимой пространственной жесткости существуют случаи ее избытка, что влечет за собой уменьшение внутреннего пространства и объема здания, перерасход материала, а, следовательно, и снижение экономической эффективности проекта. Для предупреждения и предотвращения излишка пространственной жесткости каркаса здания необходима ее оптимизация путем численного расчета, который, в свою очередь, будет универсален для различных конструктивных систем.

Более простым и менее трудоемким методом является первоначальная оценка площади сечения жесткостных элементов, которые будут воспринимать ветровую нагрузку. Выбор в пользу данного метода подбора пространственной жесткости здания обуславливается тем, что создание расчетной схемы здания в программных комплексах без предварительного учета конструктивных и архитектурных требований по размещению жесткостных элементов, а также без учета их предварительных сечений, представляется весьма времезатратным и трудоемким. С целью оптимизации времени подбора сечений жесткостных элементов предложен упрощенный вариант расчета.

Перейдем, непосредственно, к предлагаемому методу подбора жесткости здания. В качестве примера приведен расчёт на восприятие ветровой нагрузки проектируемым 6-этажным деревянным зданием. Проектируемое строение в плане имеет сложную форму, с размерами в осях 13,5^18 метров с шагом колонн 4,5 метров. Климатические характеристики приняты относительно климатического района города Красноярска.

За основу была взята формула по расчету крена k-ой диафрагмы [25]:

120 • E • I 3 • E • I k

где а — отношение интенсивностей горизонтальных нагрузок внизу и вверху здания для рассматриваемой внешней нагрузки;

q — нагрузка, приходящая на верх диафрагмы;

E — модуль упругости материала;

I — момент инерции сечения;

H — высота здания;

Mfc — момент в верхнем сечении.

Формулу (1) необходимо упростить. Так как момент в верхнем сечении равен нулю, то в правой части зануляется одно слагаемое и выражается момент инерции [25]:

I = 4 •a +11 . q. h 4, (2)

req 120 • E • f q ‘ ()

Далее с учетом геометрических параметров здания необходимо собрать ветровую

нагрузку, в соответствии с требованиями действующих нормативных документов.

Величина максимального допустимого крена здания определяется в соответствии с тре-

бованиями существующего нормативного документа по формуле:

где h — высота многоэтажного здания, равная расстоянию от верха фундамента до оси ригеля покрытия.

Следовательно, максимальный допустимый прогиб здания ^, высотой 16,8 м в верхней точке, имеет величину 33,6 мм. Учитывая эстетические требования и условие сохранения внутреннего объема и пространства, располагаем в плане жесткостные элементы, а именно лифтовой узел и диафрагму жесткости (рис.6). Следующим шагом необходимо определить требуемый момент инерции здания 1гес1.

Рис.6. Схема расположения жесткостных элементов Fig.6. Layout of stiffening elements

Учитывая принятые архитектурные и конструктивные решения, вычисляем момент инерции здания фактический ^ и сравниванием с моментом инерции требуемым Ireq. Если условие выполняется, то постановка дополнительных диафрагм жесткости не требуется. В противном случае, необходимо увеличить жесткостные характеристики здания.

В нашем случае условие выполняется, и введение дополнительных диафрагм жесткости не требуется. Следовательно, утверждаем данное расположение жесткостных элементов (рис.7 и 8).

Рис.7. Итоговый вид конструкции здания с перекрытиями Fig.7. The final view of the structure of the building with floors

Рис. 8. Конструкции, воспринимающие горизонтальные усилия Fig. 8. Structures that accept horizontal forces

Далее создаем расчетную схему каркаса здания в программном комплексе Scad Office, с целью учета влияния собственного веса конструкций, перераспределения усилий и перемещений за счет пространственной работы каркаса, с последующей корректировкой сечений жест-костных элементов. Расчетная схема здания представлена на рис. 9.

Рис. 9. Расчетная схема каркаса здания Fig. 9. Design scheme of the building frame В расчетной схеме защемление колонн и лифтового узла и диафрагмы — жесткое, соединение ригелей с колоннами — шарнирное.

По результатам расчета было установлено, что максимальное горизонтальное перемещение в верхней точке здания имеет величину 12,4 мм. Величина фактического прогиба не превышает значения предельно допустимого крена здания.

Следовательно, пространственная жесткость каркаса здания обеспечена. Деформированная схема здания представлена на рис. 10.

Рис.10. Деформированная схема каркаса здания Fig.10. Deformed building frame diagram

Однако, с целью учета работы как самих CLT-панелей, так и их соединений, необходимо ввести поправочный коэффициент, который необходимо учесть в формуле расчета требуемого момента инерции здания Ireq (2), так как его моделирование в программных комплексах затруднительно.

В заключение, выполним в ПК Scad Office два расчета, аналогичных расчету, приведенному выше, каркаса здания на воздействие ветровой нагрузки без предварительной оценки жесткостной характеристики каркаса здания.

Рассмотрим вариант конструктивной схемы здания, не включающего жесткостные элементы, каркас которого сформирован исключительно из стержневых элементов: колонн и ригелей. По результатам расчета максимальная величина горизонтального перемещения в верхней точке здания имеет величину 343,5 мм. Данное значение значительно превышает предельно допустимое. Следовательно, пространственная жесткость каркаса здания не обеспечена.

Далее рассмотрим вариант конструктивной схемы каркаса здания, горизонтальная жесткость которого обеспечивается конструкцией ядра жесткости. В этом случае, по результатам расчета, максимальная величина горизонтального перемещения в верхней точке здания имеет величину 24,61 мм. Данное значение не превышает предельно допустимое. Однако, в случае воздействия ветровой нагрузки в ином направлении, возникают крутящие моменты. Таким образом, принятое ранее расположение жесткостных элементов, представленное на рис.8, обеспечивает равномерное восприятие ветровой нагрузки и минимальное кручение здания вокруг своей оси.

Вывод. Подводя итог вышесказанному, можно сделать вывод, что предлагаемый способ предварительного вычисления жесткости здания с последующей корректировкой в расчетной схеме рационален и эффективен. С его помощью возможно избежать избытка пространственной жесткости здания и сократить время и трудозатраты на подбор и выбор места расположения жесткостных элементов.

1. Перспективы деревянного домостроения [Электронный ресурс] Режим доступа: https://cvberleninka.rU/article/v/perspektivv-derevvannogo-domostroeniva. Заглавие с экрана.

2. Ведяков И. И., Мешкова Е.И. Тенденции мирового высотного строительства. Вестник волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: строительство и архитектура, 2013, 31-1 (50), 47-53 [Vedyakov I.I., Meshkova E.I. Trends of the world high-rise construction, J. Internet-vestnik VolgGASU, 2013, 31-1 (50), 47-53(in Russian)] .

3. Деревянное домостроительство получит господдержку [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.spb.kp.ru/daily/26574/3590018/ — Заглавие с экрана. [Wood housebuilding will be supported by government [Electronic resource] — Access: https://www.spb.kp.ru/daily/26574/3590018/.

4. Анализ деревянного домостроения в России за 2010 г. [Электронный ресурс] — Режим доступа: http: // market-ing.rbc.ru/news_research /23/03/2011/562949979918112.shtml — Заглавие с экрана.

5. Poirier E, Moudgil M., Fallahi A., Staub-French S., Tannert T. Design and construction of a 53-meter-tall timber building at the university of British Columbia, World Conference on Timber Engineering. Austria, 2016, 60-77.

6. Stadthaus, 24 Murray Grove, London [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://eoinc.weebly.com/uploads/3/0/5/1/3051016/murray_grove_case_study.pdf — Заглавие с экрана.

7. Zangerl M. Lct one [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://wooddesign.dgtlpub.com/2013/2013-02-28/pdf/LCT_ONE.pdf — Заглавие с экрана.

8. Tall Wood Gallery [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://www.rethinkwood.com/tall-wood-masstimber/tall-wood-gallery — Заглавие с экрана.

9. Abrahamsen R. B., Malo K.A. Structural design and assembly of «TREET» — a 14-storey timber residential building in Norway. World conference on Timber Engineering, Canada, 2014, 58-71.

10. Green M. The case for tall wood buildings [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://cwc.ca/wp-content/uploads/publications-Tall-Wood.pdf — Заглавие с экрана.

11. The Impacts of Construction and the Built Environment [Электронный ресурс] -Режим доступа: www.willmottdixon.co.uk/asset/download/9462 — Заглавие с экрана.

12. Mohammad M., Jones R., Karacabeyli E. New heights in building with wood: Canada’s tall wood buildings demonstration initiative. World Conference on Timber Engineering. Austria, 2016, 211-234.

13. Bergen N. Case study of UBC Brock Commons — construction details and methods. World Conference on Timber Engineering. Austria, 2016, 98-109.

14. Савицкий Н.В., Шехоркина С.Е., Никифорова Т.Д., Шляхов К.В. Многоэтажное деревянное домостроение: современные тенденции и будущие перспективы. Строительство, материаловедение, машиностроение, 2017, 99, 153-159 [Savyt-

skyi M. V., Shekhorkina S. Yev., Nikiforova T. D., Slyakhov K. V. Multy-story wood construction: current trends and future prospects. J. Building, material engineering, mechanic engineering, 2017, 99, 153-159 (In Ukrainian)].

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

15. Bernhard G. Mass Timber Building Systems: Understanding the Options [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://www.woodworks.org/wp-content/uploads/NE-WSF-150916-GAFNER-Mass-Timber-Building-Systems.pdf — Заглавие с экрана.

16. Чеснокова О.Г. Возможности применения системы «Элевит» в малоэтажном строительстве. Журнал Интернет-вестник ВолгГАСУ, 2013, 3 (28) [Chesnokova O.G., Potential for using the «Elevit» in low-rise housing construction, J. In-ternet-vestnik VolgGASU, 2013, 3(28) (in Russian)].

17. Stiemer S., Tesfamariam S., Karacabeyli E., Popovski M. Development of Steel-Wood Hybrid Systems for Buildings under Dynamic Loads. Conference: STESA. Santiago, Chile, 2012, 56/74.

18. Fast P., Gafner B., Jackson R., Li J. Case study: an 18 storey tall mass timber hybrid student residence at the university of British Columbia, Vancouver. World Conference on Timber Engineering. Austria, 2016, 78-97.

19. Zingerle P., Maderebner R., Flach M. System solutions for point-supported wooden flat slabs. World Conference on Timber Engineering. Austria, 2016, 277-288.

20. Popovski M., Chen Z., Gafner B. Structural behavior of point-supported clt floor systems. World Conference on Timber Engineering. Austria, 2016, 268-275.

21. Mestek P., Dietsch P. Design concept for CLT — reinforced with self-tapping screws. German Society of Wood Research. Germany, Munich, 2012, 307-318.

22. Brandner R., Flatscher G., Ringhofer A., Schickhofer G., Thiel A. Cross laminated timber (CLT): overview and development, European Journal of Wood and Wood Products, 2016, 74 (3), 331-351.

23. Воронкова Г.В., Ким Д.А. Влияние жесткостных характеристик элементов на перемещения в стержневой системе. Эффективные технологии и модели ресурсосбережения, энергосбережения и природопользования в ЖКХ и строительстве: труды международной научно-практической конференции. Волгоград: Волгоградский государственный технический университет, 2014, 69-75.

24. Boccadoro L., Frangi A., Flachdecken aus Holz. Reliable timber and innovative wood products for structures. Structural elements of wood and wood products made of beech. Switzerland, Zürich, 2013, 21-29.

25. Байков В.Н., Дроздов П.Ф., Трифонов И.А., Антонов К.К., Хлебной Я.Ф., Артемьев В.П., Рубинштейн В.С. Железобетонные конструкции. Специальный курс, М.: Стройиздат, 1981. 767 с.

1. Perspektivy derevyannogo domostroyeniya [Elektronnyy resurs] — Rezhim dostupa: https://cyberleninka.ru/article/v/perspektivy-derevyannogo-domostroeniya — Zaglaviye s ekrana. [Prospects for wooden housing construction [Electronic resource] Access mode: https://cyberleninka.ru/article/v/perspektivy-derevyannogo-domostroeniya. Title from the screen. (In Russ].

2. Vedyakov I. I., Meshkova Ye.I. Tendentsii mirovogo vysotnogo stroitel’stva. Vestnik volgogradskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel’nogo universiteta. Seriya: stroitel’stvo i arkhitektura, 2013, 31-1 (50), 47-53 [Vedyakov I. I., Meshkova E. I. Global high-rise construction trends. Bulletin of the Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering. Series: construction and architecture, 2013, 31-1 (50), 47-53 [Vedyakov I.I., Meshkova E.I. Trends of the world high-rise construction, J. Internet-vestnik VolgGASU, 2013, 31-1 (50), 47-53 (In Russ].

3. Derevyannoye domostroitel’stvo poluchit gospodderzhku [Elektronnyy resurs] — Rezhim dostupa: https://www.spb.kp.ru/daily/26574/3590018/ — Zaglaviye s ekrana. [Wood housebuilding will be supported by government [Electronic resource] — Access: https://www.spb.kp.ru/daily/26574/3590018/. [Wooden house-building will receive state support [Electronic resource] — Access mode: https://www.spb.kp.ru/daily/26574/3590018/ — Title from the screen. [Wood housebuilding will be supported by government [Electronic resource] — Access: https://www.spb.kp.ru/daily/26574/3590018/.(In Russ].

4. Analiz derevyannogo domostroyeniya v Rossii za 2010 g. [Elektronnyy resurs] — Rezhim dostupa: http: // market-ing.rbc.ru/news_research /23/03/2011/562949979918112.shtml — Zaglaviye s ekrana. [Analysis of wooden housing construction in Russia in 2010 [Electronic resource] — Access mode: http: // marketing.rbc.ru/news_research /23/03/2011/562949979918112.shtml Title from the screen. (In Russ].

5. Poirier E, Moudgil M., Fallahi A., Staub-French S., Tannert T. Design and construction of a 53-meter-tall timber building at the university of British Columbia, World Conference on Timber Engineering. Austria, 2016, 60-77.

6. Stadthaus, 24 Murray Grove, London [Electronic resource] — Access mode: https://eoinc.weebly.com/uploads/3/0/5/1/3051016/murray_grove_case_study.pdf — Screen title.

7. Zangerl M. Lct one [Electronic resource] — Access mode: http://wooddesign.dgtlpub.com/2013/2013-02-28/pdf/LCT_0NE.pdf — Title from the screen.

8. Tall Wood Gallery [Electronic resource] — Access mode: http://www.rethinkwood.com/tall-wood-masstimber/tall-wood-gallery — Title from the screen.

9. Abrahamsen R. B., Malo K.A. Structural design and assembly of «TREET» — a 14-storey timber residential building in Norway. World conference on Timber Engineering, Canada, 2014, 58-71.

10. Green M. The case for tall wood buildings [Electronic resource] — Access mode: http://cwc.ca/wp-content/uploads/publications-Tall-Wood.pdf — Screen title.

11. The Impacts of Construction and the Built Environment [Electronic resource] — Access mode: www.willmottdixon.co.uk/asset/download/9462 — Title from the screen.

12. Mohammad M., Jones R., Karacabeyli E. New heights in building with wood: Canada’s tall wood buildings demonstration initiative. World Conference on Timber Engineering. Austria, 2016, 211-234.

13. Bergen N. Case study of UBC Brock Commons — construction details and methods. World Conference on Timber Engineering. Austria, 2016, 98-109.

14. Savitsky N.V., Shekhorkina S.E., Nikiforova T.D., Shlyakhov K.V. Multi-storey wooden housing construction: current trends and future prospects. Construction, materials science, mechanical engineering, 2017, 99, 153-159 (In Ukrainian)].

15. Bernhard G. Mass Timber Building Systems: Understanding the Options [Electronic resource] — Access mode: http://www.woodworks.org/wp-content/uploads/NE-WSF-150916-GAFNER-Mass-Timber- Building-Systems.pdf — Screen title.

16. Chesnokova O.G. Vozmozhnosti primeneniya sistemy «Elevit» v maloetazhnom stroitel’stve. Zhurnal Intemet-vestnik Vol-gGASU, 2013, 3 (28) [Chesnokova O.G. Possibilities of using the «Elevit» system in low-rise construction. Journal Internet-vestnik VolgGASU, 2013, 3 (28) [Chesnokova O.G., Potential for using the «Elevit» in low-rise housing construction, J. Inter-net-vestnik VolgGASU, 2013, 3 (28) (In Russ]

17. Stiemer S., Tesfamariam S., Karacabeyli E., Popovski M. Development of Steel-Wood Hybrid Systems for Buildings under Dynamic Loads. Conference: STESA. Santiago, Chile, 2012, 56/74.

18. Fast P., Gafner B., Jackson R., Li J. Case study: an 18 storey tall mass timber hybrid student residence at the university of British Columbia, Vancouver. World Conference on Timber Engineering. Austria, 2016, 78-97.

19. Zingerle P., Maderebner R., Flach M. System solutions for point-supported wooden flat slabs. World Conference on Timber Engineering. Austria, 2016, 277-288.

20. Popovski M., Chen Z., Gafner B. Structural behavior of point-supported clt floor systems. World Conference on Timber Engineering. Austria, 2016, 268-275.

21. Mestek P., Dietsch P. Design concept for CLT — reinforced with self-tapping screws. German Society of Wood Research. Germany, Munich, 2012, 307-318.

22. Brandner R., Flatscher G., Ringhofer A., Schickhofer G., Thiel A. Cross laminated timber (CLT): overview and development, European Journal of Wood and Wood Products, 2016, 74 (3), 331- 351.

23. Voronkova G.V., Kim D.A. Vliyaniye zhestkostnykh kharakteristik elementov na peremeshcheniya v sterzhnevoy sisteme. Effektivnyye tekhnologii i modeli resursosberezheniya, energosberezheniya i prirodopol’zovaniya v zhkkh i stroitel’stve: trudy mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. Volgograd: Volgogradskiy gosudarstvennyy tekhnicheskiy universitet, 2014, 69-75. [Voronkova G.V., Kim D.A. Influence of stiffness characteristics of elements on displacements in a rod system. Effective technologies and models of resource conservation, energy conservation and environmental management in housing and communal services and construction: proceedings of an international scientific and practical conference. Volgograd: Volgograd State Technical University, 2014, 69-75. (In Russ].

24. Boccadoro L., Frangi A., Flachdecken aus Holz. Reliable timber and innovative wood products for structures. Structural elements of wood and wood products made of beech. Switzerland, Zürich, 2013, 21-29.

25. Baykov V.N., Drozdov P.F., Trifonov I.A., Antonov K.K., Khlebnoy YA.F., Artem’yev V.P., Rubinshteyn V.S. Zhelezobet-onnyye konstruktsii. Spetsial’nyy kurs, M.: Stroyizdat, 1981. 767 s. [Baikov V.N., Drozdov P.F., Trifanov I.A., Antonov K.K., Khlebnoi Y.F., Artemev V.P., Rubinstein V.S. Reinforced concrete structures. Special course, Moscow, Stroyizdat, 1981, 767 р. (In Russ)].

Сведения об авторах:

Александр Федорович Рожков, кандидат технических наук, доцент, кафедра строительных конструкций и управляемых систем, e-mail: labsfu@yandex.ru

Александр Алексеевич Лавров, магистр, кафедра строительных конструкций и управляемых систем, e-mail: lavrovdi@mail.ru

Инга Владимировна Пикулева, магистр, кафедра строительных конструкций и управляемых систем, e-mail: pikuleva.i.94@mail.ru

Денис Александрович Поливанов, магистр, кафедра строительных конструкций и управляемых систем, e-mail: frost 994@mail.ru

Information about authors:

Alexander F. Rozhkov, Cand. Sci.(Technical), Assoc. Prof., Department of Building Structures and Controlled Systems, email: labsfu@yandex.ru

Alexander A. Lavrov, Master, Department of Building Structures and Controlled Systems, e-mail: lavrovdi@mail.ru

Inga V. Pikuleva, Master, Department of Building Structures and Controlled Systems, e-mail: pikuleva.i.94@mail.ru

Denis A. Polivanov, Master, Department of Building Structures and Controlled Systems, e-mail: frost 994@mail.ru

Конфликт интересов. Conflict of interest.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. The authors declare no conflict of interest.

Поступила в редакцию 06.11.2020. Received 06.11.2020.

Принята в печать 30.11.2020. Accepted for publication 30.11.2020.

Обеспечение пространственной жесткости покрытия в зданиях из ЛСТК Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Назмеева Татьяна Вильсовна

В работе рассматривается один из способов избежать общей потери устойчивости конструкций на основе легких стальных тонкостенных профилей — установка системы связей. Полный текст статьи: http://www.engstroy.spb.ru/index_2009_06/nazmeeva.html

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Назмеева Татьяна Вильсовна

Виды узловых соединений в легких стальных тонкостенных конструкциях

Влияние геометрических характеристик тонкостенных холодногнутых профилей на архитектуру быстровозводимых зданий

Несущая способность сжатых стальных тонкостенных элементов сплошного и перфорированного сечения из холодногнутого С-профиля

Методика проведения испытаний на сжатие стоек, выполненных из холодногнутого стального профиля
Проектирование каркасов зданий из тонкостенных холодногнутых профилей в среде «SCAD Office»
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Обеспечение пространственной жесткости покрытия в зданиях из ЛСТК»

Обеспечение пространственной жесткости покрытия

в зданиях из ЛСТК

Старший преподаватель Т.В. Назмеева*, ГОУ «Череповецкий Государственный Университет»

В настоящее время все более широкое распространение получают здания из легких стальных тонкостенных конструкций. Ферма — один из основных видов несущих конструкций покрытия в зданиях из ЛСТК. Фермы в здании применяют тогда, когда проектирование сплошных балок в качестве ригелей покрытия экономически нецелесообразно, а применение ферм становится экономически выгодным из-за замены сплошной стенки балки на решетчатую конструкцию фермы.

Фермы хорошо работают на восприятие вертикальных нагрузок, т.е. действующих в их плоскости, но они не предназначены для сопротивления горизонтальным нагрузкам (т.е. действующим извне). Фермы обладают очень малой жесткостью из своей плоскости, поэтому горизонтальная сила, приложенная к покрытию, может привести к значительным деформациям ферм из плоскости. Металлические фермы достаточно гибки (довольно узки по ширине относительно своей высоты и пролета) и легко могут потерять устойчивость под действием нагрузки.

Ферма, как и балка, работает в целом на изгиб, поэтому потеря общей устойчивости конструкции (потеря плоской формы изгиба) происходит по схеме т.н. «бокового выпучивания» (lateral buckling) в результате продольного изгиба с кручением. Для ферм из тонкостенного профиля это явление осложняется явлением местной потери устойчивости. Элементы ферм изготавливаются в основном из С-образного одиночного профиля открытого сечения с одной осью симметрии (пояса, стойки и раскосы) или составного профиля открытого сечения (элементы верхнего пояса). Согласно данным Еврокода для данного профиля местная или/и крутильная форма потери устойчивости может быть лимитирующей. Потеря общей устойчивости фермой может повлечь за собой причинение ущерба собственности или вреда здоровью людей.

Для того чтобы предотвратить потерю общей устойчивости фермы и отдельных ее элементов при действии приложенных сил, сохранить геометрическую неизменяемость ее формы, необходимо обеспечить пространственную жесткость здания.

Один из основных способов обеспечения пространственной жесткости — система связей. Кроме того, она придает устойчивость сжатым поясам ферм, воспринимает ветровые нагрузки, действующие на торец здания. Фермы опираются на систему связей устойчивости здания, чтобы перенести нагрузки из системы ферм на опорную структуру. Система связей должна работать совместно с основными элементами каркаса и повышать пространственную жесткость здания.

Материал, приведенный ниже, является обзорной информацией, которая основана на материале, взятом из мировых и американских национальных стандартов. К сожалению, в России на данный момент отсутствуют нормативные документы, посвященные расчету и проектированию ЛСТК. Поэтому при проектировании ферм из ЛСТК (CFS Truss) приходится обращаться к практике зарубежного проектирования. Фермам из ЛСТК уделено внимание в следующих международных нормативных документах:

• Международный строительный кодекс IBC 2009;

• Международный кодекс жилищного строительства IRC 2009;

• Североамериканский стандарт ферм, выполненных из холодногнутого профиля AISI S214-07.

Данный стандарт содержит не только указания по поводу расчета и проектирования ферм из холодногнутого профиля, но и положения по способу крепления связей. Следует указать, что AISI S214-07 является стандартом, на который ссылаются международный строительный кодекс IBC 2009 и международный кодекс жилищного строительства IRC 2009. Раздел 2210.3 Международного строительного кодекса включает следующие требования к дизайну ферм из холодногнутых профилей:

2210.3 Фермы. Дизайн, гарантия качества, монтаж и проверка ферм из холодногнутых профилей должны отвечать стандартам американского института чугуна и стали (AISI), в соответствии с содержащимися там ограничениями.

Система связей между фермами рассмотрена в приложении 2 для AISI S214-07 (AISI S214-07/S2-08). В разделе B 2.3 AISI S214-07/S2-08 приведены требования к проектной документации, разрабатываемой для ферм. Раздел В6 AISI S214-07/S2-08 включает положения, касающиеся проектирования системы постоянных связей между отдельными фермами и выполнения необходимых вычислений.

Летом 2009 г. в США издано «Руководство по проектированию (Design Guide) покрытий из холодногнутых стальных профилей, 2009 Edition», выпущенное AISI, в котором также уделено внимание расчету и проектированию ферм и системе связей между ними.

Назмеева Т.В. Обеспечение пространственной жесткости покрытия в зданиях из ЛСТК

Способы установки системы связей и способы ее закрепления подробно рассмотрены в североамериканских «Правилах безопасности при использовании строительных конструкций, выполненных из холодногнутых стальных профилей СРБВСБ!».

Во всех вышеуказанных документах немало внимания уделяется системе связей между фермами как способу обеспечения пространственной жесткости покрытия и здания в целом.

Связи выполняются по верхнему и по нижнему поясу ферм и подразделяются на продольные и поперечные (т.н. диагональные). Устойчивость верхнего сжатого пояса фермы из своей плоскости обеспечивается прогонами и панелями покрытия. Обеспечивать пространственную жесткость зданий из ЛСТК только установкой прогонов и панелей покрытия является недостаточным. Необходимо обязательно устанавливать полную систему связей для должного функционирования отдельных ферм в системе покрытия. Без неё вся система ферм или некоторая её часть может потерять устойчивость при нагрузках значительно меньше проектных. Дополнительно для ЛСТК-ферм предусматривают связи в плоскости решетки фермы, горизонтальные (одиночные) и диагональные, установленные под соответствующими углами. Включенные в общую работу системы связей, они обеспечивают достаточную поддержку под нужными углами плоскости фермы, так чтобы все её части находились в положениях, предусмотренных проектом. Это обусловлено особенностями работы тонкостенного профиля и доказано практикой зарубежного проектирования и монтажа зданий и сооружений из ЛСТК.

Потеря общей устойчивости фермы и потеря элементами местной устойчивости может произойти еще на стадии монтажа и повлечь за собой материальные потери и даже человеческие жертвы. Поэтому при монтаже ЛСТК-ферм в США вводят дополнительную группу связей: систему временных (монтажных) связей. Система временных связей обеспечивает поддержку ферм во время их монтажа. Система постоянных связей обеспечивает поддержку ферм во время эксплуатации здания и противостоит нагрузкам, действующим в течение этого периода. При правильном планировании большая часть системы, а может, и вся система временных связей, используемых во время монтажа фермы, может стать неотъемлемой частью системы постоянных связей, делая тем самым систему постоянных связей устойчивости здания более надежной.

Основные требования по установке связей в фермах, выполненных из

Для обеспечения устойчивости установка связей должна

производиться во всех плоскостях фермы:

1) плоскость верхнего пояса (плоскость кровли), рис. 1;

2) плоскость элементов решетки фермы (наклонная или вертикальная плоскость относительно фермы), рис. 2;

3) плоскость нижнего пояса (плоскость потолка), рис. 3.

Шаг установки продольных связно проведен 6 та 5л. 1.1

Диагональные связи (поперечные)

Способ крепления сбязей см. рис 1.5.

Плоскость решетки условно не показана

Максимальный шаг остановки диагональный связей — о н

Шарона остановки поперечных диагональных сбязей — 2 шага ферм

Рисунок 1. Схема установки связей по верхнему поясу ферм для предотвращения общей потери устойчивости

При этом необходимо четко соблюдать расстояния между связями, угол установки и шаг связей. Основные требования по установке связей приведены на схемах и применимы ко всем видам кровельных ферм (треугольным, трапециевидным, с параллельными поясами и т.д.).

Установка продольных и диагональных (поперечных) связей в плоскости верхнего пояса является наиболее важным этапом, т.к. они прежде всего предотвращают общую потерю устойчивости фермы. Шаг установки связей приведен в таблице 1. Диагональные поперечные связи обязательно располагаются в двух крайних шагах стропильных ферм. Не стоит игнорировать установку диагональных поперечных связей, т.к. одни продольные связи не смогут противостоять потере общей устойчивости.

Назмеева Т.В. Обеспечение пространственной жесткости покрытия в зданиях из ЛСТК

Таблица 1. Максимальное расстояние между горизонтальными связями для обеспечения пространственной жесткости в плоскости верхнего пояса

Пролет фермы, м Шаг связей, м

* — для ферм пролетом более 24 м шаг связей принимается по расчету.

Максимальный шаг установки диагональный связей -ом

Диагональные связи в плоскости решетки

Некоторые части фермы цслоВно не показаны для ясности схемы

Ширина цстаноВки связей в плоскости решетки фермы — 5 шага ферм

1иагональные связи в плоскости элементов решетки устанавливаются рядом с продольными связями нижнего пояса

Рисунок 2. Схема установки связей в плоскости решетки ферм для предотвращения общей потери устойчивости

Максимальный шаг цстаноВки диагональный сВязей — о м

Способ крепления сВязеи

см. рис 1.5. Верхний пояс и решетка цслобно не показаны для ясности схемы

Диагональные сВязи (поперечные) Продольные сВязи

Ширина истаноВки поперечных диагональных сВязей — с шага ферм

истаноВки продольных сВязей-7/4 пролета Фермы. Но не долее 4,5 м для ферм пролетом дольше 18 м

Рисунок 3. Схема установки связей по нижнему поясу ферм для предотвращения общей потери устойчивости

Продольные сбязо \оо Верхнему поясц

Диагональные сбязо по берхнему поясу

Продольные сбязи оо нижнему поясц

\ Диагональные сбязи / Диагональные сбязи по нижнему поясу б плоскости решетки

Рисунок 4. Схема установки связей

Назмеева Т.В. Обеспечение пространственной жесткости покрытия в зданиях из ЛСТК

По верхнему поясу, как правило, выполняется кровельное покрытие при металлической (металлических которые с

помощи обрешетки прогонов), закреплены соответствующим Поэтому,

горизонтальные связи не мешали шагу обрешетки, их закрепляют по низу верхнего пояса (см. рис. 4).

Установка продольных и

диагональных (поперечных) связей в плоскости нижнего пояса необходима для сохранения заданного шага ферм и для закрепления группы ферм в продольном направлении. Шаг

установки связей указан на схеме. Каждый ряд продольных связей

обязательно должен быть соединен со стенами.

Установка диагональных связей в плоскости необходима, предотвратить «заваливание» устойчивости из плоскости) фермы. Шаг установки связей указан на схеме. Крепить диагональные связи желательно к вертикальным элементам (стойкам).

выполняются следующими способами.

1. Из стандартных промышленных деталей — это стандартные промышленные элементы горизонтального закрепления и детали диагонального крепления в соответствии с сортаментом, разработанные специально для обеспечения пространственной жесткости.

Однако спецификой ЛСТК в России является то, что национального сортамента на ЛСТК-профиль не существует и каждая компания выпускает свои виды профилей по своим техническим условиям.

В США существует единый сортамент на холодногнутый стальной профиль, соответствующий производственным стандартам Ассоциации производителей стальных профилей (88МА). Продукты 88МА имеют четырехзначный код, который показывает размер (глубину и ширину), форму и толщину материала. При этом разработан специальный сортамент на стандартные промышленные детали системы связей для ферм по В3.4 А181 8214-07/82-08, в соответствии с которым для связей применяют шляпообразный и С-образный профили заданного размера и толщины. Подобный профиль выпускается и производителями в России.

2. При необходимости возможна конструктивная замена, разработанная инженером-проектировщиком, стандартных промышленных деталей элементами жесткости, выполненными из обычного С-образного профиля. Проект замены и детали должны быть отражены на чертеже проекта фермы КМ и на дополнительных чертежах КМД.

3. Из элементов индивидуального изготовления, которые разрабатывается проектировщиком-профессионалом для зданий оригинальной архитектуры в соответствии с нормативной документацией.

Связи выполняются из элементов толщиной не более 1 мм.

Минимальные требования к крепежу для связей

Существуют два основных способа соединения связей между собой, которые приведены на рис. 5: тип А) «в паз»; тип Б) «внахлест». Элементы связей соединяются между собой с помощью саморезов размером не менее №10. Минимальное количество винтов на одно соединение с фермой — два.

Винты должны крепко прижать металлические поверхности профиля друг к другу, шляпки должны быть утоплены. Винты должны войти минимум на три шага резьбы в последний стальной компонент соединения.

Обеспечение пространственной жесткости элементов и конструкции в целом при монтаже и эксплуатации здания является одной из основных задач инженера-проектировщика в целях предотвращения возможных проблем в ходе эксплуатации здания. Поэтому мы рассматриваем проблему установления связей между фермами из ЛСТК как важную и актуальную.

В данной статье приведены лишь общие требования к таким связям, полученные на основе международных норм. Необходимо дальнейшее исследование этого вопроса на российской базе и внесение соответствующих изменений в отечественные нормы.

1. Айрумян Э.Л. Рекомендации по проектированию, изготовлению и монтажу конструкций каркаса малоэтажных зданий и мансард из холодногнутых стальных оцинкованных профилей производства ООО «БалтПрофиль». М., 2004.

2. Астахов И.В. Пространственная устойчивость элементов конструкций из холодногнутых профилей // Автореферат диссертации к.т.н. СПб, 2006.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3. Камынин С. В. Быстровозводимые жилые здания из ЛСТК для малоэтажного строительства // Стройпрофиль, №6 (76), 2009.

4. Металлические конструкции. В 3т: Учеб. для строит. Вузов / Под ред. В.В. Горева. М., 2004.

5. Рыбаков В.А. Современные методы расчета металлоконструкций из открытых тонкостенных профилей // Материалы Всероссийского Форума студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и инновации в технических университетах». СПб, 2007.

6. Сетков В.И., Сербин Е.П. Строительные конструкции: Расчет и проектирование: Учебник. — 2-е изд., доп. и испр. М., 2008.

*Татьяна Вильсовна Назмеева, Череповец Тел. моб.: +7(921)545-15-45; эл. почта: naztv@mail.ru Назмеева Т.В. Обеспечение пространственной жесткости покрытия в зданиях из ЛСТК

рис.1.5. L:\eiaa крепления сдязей Рисунок 5. Схема крепления связей

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *