11005

Результаты расчета показали малые величины поперечных сил и изгибающих моментов, поэтому в дальнейшем они не принимаются в расчет. Полученные максимальные продольные усилия, максимальные перемещения и собственный вес для каждой из рассмотренных конструктивных схем представлены в таблице 1.

42

Расчет конструкций показал, что из первых двух конструктивных схем более рациональной является схема с введением связей по верхним поясам. Максимальные осевые усилия купола со связями по обоим поясам получились большими при незначительных в обоих случаях перемещениях. Это объясняется следующими соображениями.

В обеих схемах максимальные осевые усилия появляются в ребрах, соединенных крестовыми связями, что можно объяснить их более активным восприятием нагрузки, как более жесткими по сравнению с остальными. При связях по верхним и нижним поясам разница в жесткости и восприятии нагрузки возрастает, делая ребра, не соединенные связями, еще менее эффективными. Увеличение общей жесткости конструкции дает незначительно меньшие перемещения и большие осевые усилия. Расход стали на купол со связями по обоим поясам получился выше.

Купол системы Шведлера, по сравнению с ребристо-кольцевым куполом, воспринимает нагрузку более равномерно, вследствие расположения крестовых связей в каждой ячейке и лучшего включения их в работу. Перераспределение усилий в элементах конструкции влечет за собой уменьшение максимальных осевых усилий в 1,5 раза. При этом из-за увеличения числа стержней происходит повышение массы купола. Кроме того, расход стали на купол системы Шведлера получился самым большим.

Однако при большем собственном весе купол системы Шведлера вызывает более равномерно распределенные, без скачков на отдельных опорах, реакции. При реставрации, если несущая способность старых конструкций мала, этот фактор может быть решающим. При новом строительстве уменьшение передаваемых нагрузок может сыграть решающую роль при проектировании купола вместе с нижележащими конструкциями. При этом сооружение купола системы Шведлера заведомо является наиболее трудоемким из рассмотренных типов куполов, вследствие большего количества элементов и их соединений, большего количества сложных узлов крепления крестовых связей к поясам.

Стоит отметить, что собственный вес любого из рассмотренных куполов, выполненных из ППЖ, в 10-15 раз ниже веса металлических конструкций купола, возведенного над собором изначально, масса которого по предварительной оценке составляет около 100 т.

Более детальный анализ отдельных элементов, выполненный в программе SolidWorks, показал, что максимальные напряжения сосредотачиваются в узлах купола, поэтому нами проводено численное исследование НДС узлов при различных типах соединений.

Были сконструированы и заданы в SolidWorks (рис.3) узловые элементы купола на фасонках с использованием соединений на болтах класса точности А, класса прочности 4.6 и соединений на самосверлящих самонарезающих винтах (ССВ). Для облегчения применения ССВ толщина фасонки была принята 4 мм, что оказалось возможным из-за низких

43

напряжений в ней, полученных в ходе исследований.

С целью имитации действия на стержни их отсеченных частей, для учета совместной работы пары профилей и для центрирования усилий в узле на концах рассматриваемых частей стержней были заданы передающие нагрузку жесткие пластинки. Закрепление узлов принималось в пересечении осей стержней, что в максимальной степени изображает работу узла, находящегося в равновесии.

На данный момент получены результаты для слабонагруженного узла (рис.4). Максимальные напряжения и максимальные перемещения в узле для различных видов соединений представлены в таблице 2.

Из результатов видно, что НДС узла при болтовом соединении и соединении на ССВ практически одинаково. В обоих случаях максимальные напряжения появляются в зоне смятия стержня самонарезающим винтом или болтом, максимальные перемещения имеют крайние точки полок профилей.

В дальнейшем планируются исследования более нагруженных узлов.

Выводы

1.Применение ребристо-кольцевого купола со связями по верхним поясам через каждые четыре ребра дает меньший расход стали.

2.Несмотря на низкий вес, повышенные опорные реакции могут быть препятствием для применения этой схемы при реставрации в случае низкой несущей способности нижележащих конструкций.

44

3.В случае низкой несущей способности нижележащих конструкций возможно применение купола системы Шведлера, имеющего большую массу, но более равномерную, без скачков, передачу нагрузок. Однако возведение купола Шведлера является более трудоемким.

4.Узловые элементы могут с одинаковым успехом быть выполнены на болтовых соединениях или на соединениях на ССВ.

Литература

1.СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2001.

2.Рекомендации по проектрованию, изготовлению и монтажу конструкций каркаса малоэтажных зданий и мансард из холодногнутых стальных оцинкованных профилей производства ООО «БалтПрофиль». Под ред. Э.Л. Айрумяна. – М., 2004.

3.Горев, Б.Ю. Металлические конструкции: учебник/ Под ред. В.В.Горева. – 2-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 2002.

УДК 699.844

Д.Г. Колесников

Экспериментальная оценка звукоизоляции ортотропных конструкций

Высокий уровень шума в современных городах (в гражданских и промышленных зданиях) вносит существенные коррективы в композиционное и объемно-планировочное решение этих зданий и застройки в целом. В создании акустического комфорта помещений важное место занимают мероприятия акустической изоляции ограждающими конструкциями. Многообразие типов ограждающих конструкций в их конструктивных сопряжений приводит к необходимости детального решения вопросов звукоизоляции на стадии проектирования. Возникает потребность в специальном разделе архитектурноконструктивного проектирования – разделе проектирования акустической изоляции.

На сегодняшний день всё чаще применяются легкие ортотропные ограждающие конструкции, у которых сопротивление механическим воздействиям различно для разных направлений (профилированный настил). Однако сознательному применению подобных ограждений в качестве звукоизолирующих конструкций существенно мешает отсутствие знаний об их акустической эффективности.

В целях изучения механизма прохождения звука через ортотропные конструкции, в частности для уточнения влияния массы такого ограждения на его звукоизоляцию, в лаборатории акустики ННГАСУ были проведены

45

экспериментальные исследования. Измерения проводились в малых реверберационных камерах в соответствии со стандартной методикой ГОСТ 27296 – 87.

Испытываемый образец №1 представляет собой стальной профилированный лист поверхностной массой 4 кг/м2. Образец №2 общей поверхностной массой 72 кг/м2 – тот же лист профилированного настила со слоем песка. Тем самым значительно меняется масса ограждения при сопоставимой жёсткости . Образец №3 – профлист со слоем бетона той же поверхностной массой 72 кг/м2. Образец №4 – ж/б плита поверхностной массой 72 кг/м2 и процентом армирования, равным проценту армирования образца № 3. Здесь при неизменной массе изменяется жесткость конструкции.

46

В результате проведённых экспериментов были получены частотные характеристики звукоизоляции образцов (рис. 5.).

Индекс изоляции воздушного шума профилированного настила, вычисленный в соответствии со СНиП 23-03-2003, составляет для образца №1 Rw=21 дБ, а при засыпке песком, заливке бетоном, а также у плиты (образцы №2, 3,4) Rw=41 дБ.

Рис.5. Сравнение частотных характеристик звукоизоляции образцов

Анализируя частотные характеристики, можно заключить, что присоединение массы с нулевой жесткостью повышает звукоизоляцию конструкции во всём диапазоне частот на величину от 15 до 25 дБ (рис. 5), в то время как увеличение индекса звукоизоляции составляет Rw=20 дБ. Необходимо отметить, что повышение звукоизоляции в основном обусловлено массой, что видно из рис.5. Кроме того, при засыпке конструкции песком происходит сглаживание резонансных провалов за счёт эффекта демпфирования (рис.5, 6).

Рост звукоизоляции на низких частотах (160-400 Гц) относительно закона масс обусловлен влиянием размеров ограждения. Это видно по одинаковому характеру экспериментальной кривой с кривой закона масс с учётом функции отклика.

47

Рис. 6. Разность численных значений звукоизоляции образцов

Таким образом, в результате экспериментов установлено, что основными факторами, влияющими на звукоизоляцию ортотропных ограждающих конструкций, являются масса ограждения и изгибных жёсткостей.

Рис. 7. Сравнение частотных характеристик звукоизоляции образцов

Сравнение частотных характеристик образцов № 3 и № 4 (рис.7) позволяет сделать предположение о возможности применения профилированного настила в качестве несъёмной опалубки монолитного перекрытия, что не повлечёт за собой ухудшения звукоизоляционных свойств.

На основании эксперимента можно заключить, что при равной массе конструкций индекс изоляции воздушного шума одинаков и равен 41 дБ.

48

Разница между частотными характеристиками не превышает погрешности измерений. Также необходимо отметить, что способ создания анизотропии не влияет на звукоизоляцию, так как частотные характеристики ж/б плиты и конструкции из профнастила и бетона практически совпадают. Основной параметр, который влияет на звукоизоляцию, – это масса.

Также в рамках исследований были проведены эксперименты на принцип взаимности измерения звукоизоляции ортотропных конструкций. Частотные характеристики звукоизоляции образца № 3 были построены при прямом и обратном ходе измерения – то есть в одном случае камерой высокого уровня являлась верхняя малая камера, а в другом случае – нижняя (рис. 8).

Эксперимент подтвердил принцип взаимности измерений – выше граничной частоты диффузности расхождения в частотных характеристиках образца незначительны.

Рис. 8. Принцип взаимности измерений

Литература

1.Седов, М.С. Проектирование звукоизоляции/ М.С. Седов. - Горький: ГГУ им. Н.И. Лобачевского, 1980. - 54 с.

2.Бобылев, В.Н. Частотная характеристика звукоизоляции ортотропной пластины/ В.Н. Бобылев, В.А. Тишков, С.А.Паузин // Сб. тр. XV Сессии Рос. акуст. об-ва. – М.: ГЕОС,2004. – Т.3. – С. 157-161.

49

УДК 624.01

М.В. Колобов

К вопросу о надежности строительных конструкций

При проектировании зданий и сооружений одним из главных этапов является расчет несущих и ограждающих конструкций здания. Для определения напряжений, деформаций и перемещений в зданиях и сооружениях, подверженных воздействию постоянных и временных нагрузок, используются методы строительной механики, теории упругости, теории пластичности и т.д. Вычисленные значения напряжений, деформаций и перемещений не должны превышать допустимые нормативные значения. Исключительная важность этого этапа проектирования состоит в том, что именно здесь решается вопрос выбора достаточно надежной, долговечной и экономической конструкции. Для обоснования этого выбора и служат методы теории надежности [1].

Расчет строительных конструкций на надежность еще не имеет единого, общепринятого содержания. Нередко под этим понятием подразумевают обычный расчет конструкций на прочность и устойчивость, а в более общем смысле и любой ее расчет. В Государственном стандарте СССР 13377-75 «Надежность в технике. Термины и определения» надежность определяется как свойство объекта, заключающееся в его способности выполнять определенные задачи в определенных условиях эксплуатации, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей. Однако в более узком понимании надежность представляет собой меру сохранности необходимых свойств конструкции или объекта и способности противостоять случайным факторам разного рода, разрушающим эти свойства. Таким образом, понятие надежности оказывается связанным со случайной природой величин, характеризующих работоспособность объекта, и выявляется количественно аппаратом теории вероятности.

В качестве меры надежности можно использовать некоторую количественную отвлеченную величину, равную вероятности сохранения кондиционных свойств конструкции в течение заданного промежутка времени.

При построении теории надежности строительных конструкций целесообразно все расчетные величины разделить на две основные группы. Первую группу условно назовем параметрами прочности. Она включает в себя все характеристики, относящиеся к свойствам самой конструкции. Другую группу – параметрами нагрузки; сюда отнесем характеристики внешних воздействий на конструкцию. Такое разделение расчетных величин на две группы оправдано тем, что между ними обычно отсутствует корреляционная связь. Случаи, когда корреляционная связь существует, можно считать особыми и подлежащими отдельному рассмотрению.

50

Разделение расчетных величин на две основные группы позволяет сформулировать задачу расчета конструкций на надежность в виде требования о выполнении с некоторой достаточно большой вероятностью неравенства [2]:

производится самостоятельно, независимо одна от другой.

В общем случае нагрузка и прочность являются случайными функциями времени, но при заданном сроке службы сооружения время

~ ~

удается в большинстве случаев исключить из расчета и считать R и Q не случайными функциями, а случайными величинами с определенными законами распределения. Вероятность неравенства (1) представляет собой

невыполнение неравенства влечет за собой различные последствия, начиная от повреждения какого-нибудь элемента (с требованием небольшого ремонта) и кончая катастрофическим обрушением всего сооружения. Очевидно, что допустимая вероятность разрушения V должна

частности, для катастрофических разрушений практически равна нулю. Теоретически можно принять, что абсолютной надежности, численно

равной единице, не существует и что всегда имеется хотя бы чрезвычайно малая вероятность потери эксплуатационной способности конструкции. Это положение часто вызывает возражения, поскольку во многих случаях удается обеспечить полную надежность относительно того или иного свойства, которое становится таким образом детерминированным. При этом и расчет становится детерминированным, не нуждающимся в применении методов теории надежности. В других же случаях абсолютная надежность оказывается недостижимой из-за объективных закономерностей природного характера. Примером могут служить конструкции, воспринимающие ветровую нагрузку, статические свойства которой не ограничивают ее сверху. В этих случаях приходится мириться с каким-то достаточно малым риском выхода конструкции из строя. Часто бывает так, что полная надежность достигается в результате больших затрат, в то время как во много раз меньшие затраты создают надежность, очень близкую к единице, с практически неощутимым риском. При этом целесообразно выбирать в качестве нормативной эту последнюю надежность или же определять ее исходя из экономических соображений.