Дослідження конструктивних варіантів структурних покриттів

Дослідження конструктивних варіантів структурних покриттів

Доц. Паустовський С.В., студент Тульговець В.М., каф. Б.К., СНАУ.

Під час занять в наукових гуртках, а також при виконанні дипломних робіт магістрів, студенти кафедри будівельних конструкцій будівельного факультету СНАУ займаються дослідженням варіантів злегшених просторових покриттів будівель. Ці дослідження проводяться як на математичних моделях з допомогою комп’ютерних програм і відповідної обчислювальної техніки, так і, в міру обмежених матеріальних можливостей кафедри, - на фізичних, виготовлених власними руками, моделях.

Так, в 2004 – 2005 навчальному році студентом 5-го курсу Тульговцем В.М. в співпраці і під науковим керівництвом доцента кафедри будівельних конструкцій Паустовського С.В. були досліджені на математичних моделях декілька конструктивних варіантів структурної плити покриття віртуального проекту виставкового павільону  - експоцентру СНАУ.

Метою досліджень було виявлення оптимального варіанту товщини (висоти) структурної плити з гнутозварних тонкостінних  квадратних труб, з кроком вузлів прямокутних верхньої і нижньої сіток такої плити 3,0м ,  з розмірами плити в плані 9,0 х 18,0м;  висота (товщина) плити була прийнята  1,5м, і кут нахилу стержнів решітки структури, таким чином, склав приблизно 35^о. Навантаження від покриття  і снігу передавалось на структуру через прогони у вузли верхньої сітки. (див.рис.1).

В результаті статичного розрахунку цього варіанту були одержані і проаналізовані значення зусиль в елементах верхньої і нижньої сіток структури, а також в розкосах решітки.  Найбільші значення цих зусиль такі: поздовжні стержні верхньої сітки – від мінус 75,5кН до мінус 31,25кН;

поздовжні стержні нижньої сітки – від плюс 99,4кН до  плюс 47,2кН;

опірні розкоси – від мінус 45,2кН до     мінус 6,3кН.

В поперечних стержнях верхньої і

нижньої сіток  зусилля досягали величин від   мінус 12,9кН до плюс 9,2кН.

Рис.1.Варіант структурної плити товщиною

 (висотою) 1,5 м.

У другому варіанті була збільшена висота плити до 2,6м, всі ж інші параметри, включаючи навантаження, зосталися без змін. В результаті          

компьютерного статичного розрахунку цього варіанту плити були визна -

  чені і проаналізовані зусилля в її елементах. В порівнянні з попереднім варіантом зусилля у поздовжніх стержнях нижньої сітки збільшились і стали дорівнювати від 126,1кН до 49,5кН; у поздовжніх стержнях верхньої сітки  зусилля стиску досягли величин від мінус 87,8кН до мінус 41,7кН; в опірних розкосах зусилля змінились відповідно від мінус 73,7кН до мінус 5,2кН. В поперечних стержнях верхньої і нижньої сіток структури зусилля змінились незначно.

 Висновок з цього порівняння

 Рис.2. Варіант плити висотою 2,6м      однозначний: зі збільшенням висоти  .                      структурної плити більше оптимальної зусилля в поздовжніх і опірних розкісних стержнях цієї плити  - збільшуються.

Подальше дослідження провадилося з метою виявлення впливу попереднього напруження плити на розподіл зусиль в елементах структури.  

Для цього в чотирьох середніх  точках нижньої сітки були встановлені стійки довжиною 750мм, пов’язані знизу квадратною діафрагмою, а до цих стійок з кутових точок нижньої сітки протягнуті стержні  з фаркопфами (талрепами), які б дозволяли натягнути ці стержні (тяжі) до величини приблизно 80кН. При навантаженні цієї системи через прогони у вузли верхньої сітки  навантаженням такої ж величини, як і на попередні дві схеми, був виконаний комп’ютерний статичний розрахунок системи, який виявив наступне.

В порівнянні з першим варіантом,       зусилля стиску у стержнях               верхньої    сітки   зменшились,    і   стали

Рис.3Варіант3 – попередньо  напружена система.     дорівнювати       відповідно  від   мінус

27.0 кН до мінус 6.0кН;    Зусилля у поздовжніх стержнях нижньої  сітки

теж значно зменшились – до величин від +3,3 кН до +6,4 кН.

Таким чином, завдяки конструктивним змінам і застосуванню попереднього напруження структурної плити елементарною системою тяжів з боку її нижньої площини було досягнуто значне зменшення зусиль в найбільш напружених стержнях, зусилля в елементах структури розподілились більш рівномірно, плита стала більш жорсткою, тобто значно зменшились деформації прогину, і в результаті все це дозволило зменшити поперечні перерізи елементів, зменшити загальну вагу конструкції і здешевіти об’єкт в цілому.

Висновок.

В кожному конкретному випадку проектування легких покриттів будівель і споруд великих прогонів, зокрема – структурних плит, проробка і  аналіз декількох конструктивних варіантів з комп’ютерним розрахунком об’ємних математичних моделей може сприяти досягненню значного економічного ефекту.

Резюме.

В каждом конкретном случае проектирование легких покрытий зданий и сооружений  больших пролетов , в частности – структурных плит, проработка и анализ  нескольких конструктивных вариантов с компьютерным  расчетом объемных математических моделей может способствовать достижению значительного  экономического эффекта. 

Summary

In each concrete event designing light covering the houses and buildings greater stairwell , in particular - structured captive, working and analysis several constructive variants with computer calculation of the three-dementional mathematical models can promote the achievement of the significant economic effect.