МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

(ННГАСУ)

Кафедра металлических конструкций

Выпускная квалификационная работа по направлению 270100 – строительство, профиль – «Информационные технологии в строительстве».

Тема:

«Проектирование выставочного комплекса со светопрозрачным покрытием»

Студент 4 курса гр.154______________________________________ Крылова М.Д.

(подпись, дата)

Научный руководитель________________________________________ Колесов А.И.

(оценка, подпись, дата)

Нижний Новгород – 2013

Содержание:

1.Современное состояние вопроса по применению

стветопрозрачных покрытий ……………………………………………….3

1.1 Материалы для светопрозрачного покрытия……………….……..4

1.2 Металлический каркас…………………………………………..…18

2. Архитектурное решение………………………………………………….29

2.1 Дизайнерское решение…………………………………………...…29

2.2 Градостроительное решение…………………………………….…30

2.3 Объемно-планировочное решение………………………………….31

2.4 Конструктивное решение……………………………………………33

3. Cбор нагрузок………………………………………………….…………..39

3.1 Расчет прогонов..…………………………………………………..…39

3.2 Снеговая нагрузка……………………………………………………..41

3.3 Ветровая нагрузка……………………………………………………..44

3.4 Постоянная нагрузка в узлы фермы…………………………………..48

3.5 Расчетные схемы……………………………………………………….49

4. Статические расчет……………………………………………….…………50

5. Конструктивный расчет……………………………………………….…….53

5.1Подбор элементов сечения арочной части крайних колонн….………54

5.2 Подбор сечения средней колонны……………………………………..55

5.3 Подбор сечения балочной части………………………………….……60

5.4 Расчет узла соединения балки с крайней колонной……………….….63

Список литературы…………………………………………………………..….69

1.Современное состояние вопроса по применению стветопрозрачных покрытий

Светопрозрачная кровля — наиболее перспективный и быстроразвивающийся сектор строительства. Благодаря появлению на рынке новых материалов и технологий архитекторы получили поистине безграничные возможности в создании любых типов светопропускающих кровель.

В настоящее время интерес к светопропускающим конструкциям значительно возрос. Это вызвано стремлением к использованию всех уголков здания реконструкции старых зданий, а также новыми веяниями в области дизайна и архитектуры.

Основным назначением светопрозрачной кровли является максимальное использование естественного света для освещения внутренних помещений зданий и сооружений, что приводит к существенной экономии электроэнергии (особенно в зимний период), а также к улучшению условий труда работающего там персонала.

Существует три системы естественного освещения помещений: верхнее, боковое и комбинированное. Так как светопропускающие конструкции являются ограждающими, они могут быть как “теплыми”, так и “холодными” в зависимости от назначения и предъявляемых требований. Кроме того, такие конструкции должны обеспечивать статическую прочность, гидроизоляцию, пароизоляцию, теплоизоляцию и звукоизоляцию.

Среди материалов, используемых для изготовления светопрозрачных кровель, особое место занимают пластики. Среди всего многообразия светопрозрачных полимерных кровельных материалов можно выделить три основных группы пластиков: листовые, которые делятся на: канальный поликарбонат и профилированный ПВХ, а также рулонный материал — полиэстер, армированный стекловолокном. Неоспоримым достоинством этих материалов по сравнению со стеклом является их малый вес в сочетании с высокой прочностью и гибкостью.

1. 1. Материалы для светопрозрачного покрытия Канальный поликарбонат

Плиты из канального поликарбоната (ПКП) являются самыми распространенными

материалами, применяемыми для создания светопрозрачных кровель в строительной индустрии.

Канальный поликарбонат представляет собой полые плиты, в которых две стенки соединены между собой продольными ребрами жесткости, образуя воздушные каналы. Благодаря такой структуре главным достоинством ПКП является высокая теплоизоляция (коэффициент теплопередачи К — от 3,9 до 1,5 Вт/м2°С).

Рисунок 1. Канальный поликарбонат

Плиты из канального поликарбоната производятся стандартных размеров: ширина — 2100 мм, длина — 6000 мм. В зависимости от версии исполнения ширина может быть 980 мм, 1050 мм, 1200 мм, 1250 мм. Длина же листов может быть до 13 метров. Толщина производимых плит — 4 мм; 4,5 мм; 6 мм; 8 мм; 10 мм; 16 мм; 20 мм; 25 мм и 32 мм. Соответственно чем больше толщина плиты, тем больше жесткость материала. Минимальный радиус изгиба до 800 мм (для толщины 4 мм). Возможные цвета: молочный, белый, прозрачный, бронзовый, графитовый, синий, зеленый, бирюзовый, желтый и красный.

Особенностью ПКП является линейное изменение размеров в зависимости от температуры. Этот процесс характеризуется коэффициентом линейного термического расширения материала, равным 0,07мм/м°С. Этот показатель необходимо учитывать при монтаже канальных плит. Минимальный допуск, рекомендуемый при креплении, составляет 3,5 мм на каждый метр длины и ширины плиты. В связи с особенностью структуры плит особое внимание нужно уделять защите воздушных каналов от проникновения влаги, пыли и насекомых. Несоблюдение этого требования приводит не только к ухудшению эстетического вида кровли в целом, но и к разрушению самих плит. Защитой каналов служат специальные паропропускающие ленты на клеевой основе. Эти ленты обладают следующими особенностями: способствуют удалению конденсата изнутри каналов и препятствуют попаданию влаги и пыли внутрь, т.е свойством односторонней проводимости.

Элементами крепления канальных плит служат специальные системы алюминиевых и поликарбонатных профилей. При монтаже ПКП с помощью алюминиевых профилей необходимо использовать резиновые уплотнители, которые предохраняют плиты от контакта как с самими профилями, так и с металлическим каркасом накрываемой конструкции. Несоблюдение этого требования ведет к короблению канальных плит и заметному снижению срока службы, т.к. термическое расширение пластика и металла значительно отличается. Кроме того, резиновые уплотнители герметизируют места соединения ПКП с конструкцией от проникновения влаги.

Рисунок 2а. Крепление канальных плит

1. Декоративная крышка

2. Профиль

3. Уплотнитель

4. Поликарбонат

5. Уплотнитель самоклеящийся

6. Саморез

7. Лента антипыльная

8. Профиль торцевой

9. Элемент подконструкции

Рисунок 2б. Крепление канальных плит

Технические характеристики:

Физические

Плотность 1.20 г/см³

Поглощение влаги:

- смоченный при 23^оС/вл.возд.50% 0.15 %

- смоченный в воде при 23^оС 0.35 %

Коэффициент преломления при 20^оС 1.586

Светопропускание (толщина листа 4 мм) 88 %

Механические

Нагрузка от собственного веса …………………….0,3767 кН/м²

Напряжение при растяжении 60

Удлинение при текучести 7 %

Прочность на разрыв 50-80 МПа

Удлинение при разрыве >60 %

Модуль упругости при растяжении 2400 МПа

Предельное напряжение при изгибе 95 МПа

Нагрузки до 2 кН/м²

Ударопрочность

- по Шарпи без надреза не ломается

- по Шарпи с надрезом ~ 10 кДж/м²

- прочность на растяжение при ударе >= 150 кДж/м²

Твердость, определяемая вдавливанием шарика 130 Н/мм²

Термические

Широкий диапазон температур эксплуатации: от —40 до +120°С

Температура размягчения по Вика 145 ^оС

Теплопроводность 0.20 Вт/мК

Коэффициент теплового линейного расширения 0.065 мм/м^оС

Максимальная рабочая температура:

продолжительно 120 ^оС

Минимальная рабочая температура - 40 ^оС

Электрические

Электрическая прочность диэлектрика 35 кВ/мм

Объемное удельное сопротивление >1016 Ом/см Поверхностное удельное сопротивление >1015

Диэлектрическая постоянная при 50 Гц Диэлектрический показатель при 50 Гц 0.0007

Применение:

Остекление крыш торговых центров, производственных и складских помещений; изготовление легковесных куполообразных сводов, прозрачных арочных крыш, скатных навесов, козырьков, маркизов; остекление оранжерей, теплиц, зимних садов, террас; в качестве прозрачной кровли спортивных объектов; остекление остановок общественного транспорта; изготовление перегородок любого типа; в качестве светорассеивающих элементов в подвесных потолках и осветительной арматуре; “плавающее” покрытие бассейнов; дополнительное остекление.

Достоинства:

• Высокая теплоизоляция

• ПКП легко подвергается всем видам механической обработки (резанию, сверлению, пилению, фрезерованию, склеиванию и т.д.).

• ПКП имеет 10-летнюю гарантию производителя от обесцвечивания и изменения своих свойств под воздействием атмосферных явлений.

• Высокая светопроницаемость.

На рисунке: а) светопропускание стеклом

б) светопропускание ПКП

Рисунок 3. Светопропускание КПК