СТРУКТУРНІ ПОКРИТТЯ 2

11

12

1.КОМПОНУВАННЯ СТРУКТУРНИХ ПОКРИТТІВ

2.ВИЗНАЧЕННЯ НАВАНТАЖЕНЬ НА СТРУКТУРНІ ПОКРИТТЯ

На структурні покриття, що використовуються для громадських і спортивних будівель, діють навантаження від власної ваги покрівлі; від конструкцій, що навішуються на покриття та снігового покриву в зимовий час. Збір навантажень проводиться згідно ДБН В.1.2-2:2006 «Навантаження і впливи». Оскільки стержневі структурні плити зазвичай використовуються плоскими або з невеликим ухилом, а також за умови, що бічне огородження конструкцій виконане із консольними фахверковими колонами, вітровим навантаженням на покрівлю для порівняльних розрахунків можна знехтувати. Так само приймається, що температурні навантаження сприймаються огороджувальними конструкціями, і не роблять внесок у напружено-деформований стан структурного покриття.

Норми виділяють два основних граничних стани - при настанні яких експлуатація конструкції, будівлі чи споруди в цілому недопустима, пов'язана з труднощами або недоцільна. Настання першого граничного стану означає повну втрату працездатності або придатності до експлуатації конструкції – вона втрачає міцність або стійкість і виключається з роботи, чи втрачає здатність забезпечувати свою основну функцію. Другий граничний стан пов'язаний з труднощами нормальної експлуатації, в основному внаслідок виникнення неприпустимих переміщень, прогинів конструкції. Значення переміщень обмежується через конструктивні, функціонально-технологічні, а також естетико-психологічні причини.

Навантаження і впливи мають імовірнісну природу. Ми не знаємо наперед, який випаде сніг або буде вітер у конкретному місці у певний період. Не знаємо також наскільки нерівномірно буде вкладений по покрівлі утеплювач або відхилення по товщині бетонної підлоги. Певна річ, що знати це заздалегідь не можливо. Через це у нормах знайшов застосування напівімовірнісний підхід, коли можливі зміни навантажень зафіксовані у вигляді частинних коефіцієнтів надійності.

Для розрахунку спочатку обчислюють характеристичне значення навантаження.

Характеристичне значення навантаження відображає теоретичну силову дію на конструкцію того чи іншого фактора без урахування його імовірнісного розподілу.

Помноживши характеристичне значення навантаження на коефіцієнт надійності γ fe

отримують експлуатаційне розрахункове значення навантаження яке використовується для перевірки другого граничного стану (прогини та переміщення), а шляхом перемноження характеристичного значення навантаження на коефіцієнт

надійності γ fm обчислюють граничне розрахункове значення навантаження, яке використовується для перевірки першого граничного стану (міцність і стійкість).

Також слід враховувати коефіцієнт надійності за відповідальністю, який визначається згідно ДБН В.1.2-14-2009 та залежить від класу відповідальності будівлі в цілому, а також категорії відповідальності кожної окремої конструкції. Клас відповідальності будівлі призначається технічним завданням на проектування в залежності від серйозності можливих наслідків від настання того чи іншого граничного стану будівлі або споруди - небезпека для здоров'я і життя людей, обсяг можливого економічного збитку тощо. Розрізняють три класи відповідальності - СС1, СС2 та СС3 (табл. 2.1).

Таблиця 2.1.

13

Значення γn , які використовуються у розрахункових усталених ситуаціях

Якщо у нормах проектування певних типів будівель або споруд не наведено конкретних рекомендацій щодо розподілу конструкцій за категоріями відповідальності відповідно класів наслідків (відповідальності), дозволяється їх відносити до категорії Б.

Таблиця 2.2.

Класифікація елементів структурних покриттів за призначенням, напруженим станом та умовами роботи

Класифікація конструкцій за напруженим станом визначає недопустимість розвитку пластичних деформацій – І категорія, а також можливість часткової (ІІ категорія) або повної (ІІІ категорія) пластифікації перерізу, що враховуєтсья відповідними формулами ДБН В.2.6-163:2010 «Сталеві конструкції».

Коефіцієнти умов роботи γс залежать від характеристик і призначення елемента в системі конструкції і визначаються за таблицею 2.2.

14

Навантаження за тривалістю дії в основному розподіляють на постійні (вага несучих та огороджувальних конструкцій тощо), змінні тривалі (навантаження на перекриття від складованих матеріалів тощо) та змінні короткочасні навантаження (снігові та вітрові навантаження з граничними чи експлуатаційними розрахунковими значеннями тощо). Також існують квазіпостійні та епізодичні навантаження – сейсмічні, вибухові та тому подібні, застосування яких визначається спеціальними документами.

2.1. НАВАНТАЖЕННЯ ВІД ВЛАСНОЇ ВАГИ КОНСТРУКЦІЙ

Конструкції покрівлі складаються з несучого каркасу структурного покриття, прогонів (за необхідності) та настилу, на який спирається система покриття, що виконує огороджувальну функцію. При виконанні курсової роботи покриття визначене завданням. В реальному проектуванні склад покриття призначається згідно архітектурних рішень будівлі, а товщина утеплювача підбирається за теплотехнічним розрахунком.

За тривалістю дії навантаження від власної ваги конструкцій є постійним. Для постійних навантажень коефіцієнт надійності γ fe за експлуатаційним розрахунковим значенням навантаження є рівним 1,0.

Коефіцієнт надійності γ fm за граничним розрахунковим значенням навантаження

для несучих і огороджувальних конструкцій залежить від густини матеріалів, з яких вони виготовлені і способу їх виготовлення (див. табл. 2.3). Для корисних навантажень

коефіцієнт надійності γ fm = 1,2.

Табл. 2.3.

Таблиця 5.1. ДБН В.1.2-2:2006

Приклад 1. Стержнева плита покриття спортивно-демонстративної зали з трибунами на 1300 місць із пентаедрів.

Зала для ігрових видів спорту із трибунами має розміри в плані у осях колон 60х60 м. Структурна плита покриття сформована із пентаедрів з чарунками поясів 3х3 м та висотою плити 3 м ( l / 20 ). Крок колон по контуру – 6 м, колони без розподільчих

15

капітелей. Ухил покриття – 20. Місце будівництва – м. Київ. Капітальний термін експлуатації будівлі – 100 років. Сталь основних конструкцій структурного покриття із труб – 16Г2АФ, другорядних (прогонів, настилу) – С245. Слід розрахувати та законструювати шатро покриття зали на стадії «Проект», застосувавши систему типу «МЕРО-ТСК».

Рис.2.1. Поперечний розріз будівлі, що проектується

Визначення зведеного навантаження на 1м2 покриття.

Оскільки згідно завдання періодично на об’єкті можуть перебувати до 1300 чоловік водночас, клас наслідків згідно ДБН В.1.2-14-2009 є найвищий - СС3. Відтоді коефіцієнт надійності за відповідальністю, який використовується в усталених розрахункових

ситуаціях, згідно табл. 2.1. становить для конструкцій категорії А: γn1 = 1,25 для першої групи граничних станів та γn2 = 1,0 - для другої групи граничних станів. Відповідно для конструкцій категорії Б γn1 = 1,2 та γn2 = 1,0.

При попередньому проектуванні вважається, що структурні покриття сприймають лише навантаження від власної ваги конструкцій, корисні навантаження від обладнання (системи вентиляції, освітлення тощо), які вважаються рівномірно розподіленими по покриттю та навантаження від снігового покриву.

Приклад 1.1. Визначення постійного навантаження

При розмірі чарунки по верхньому поясу структурного покриття зі стороною 3 м для системи типу «МЕРО-ТСК» застосовують прогонне вирішення спирання профільованого настилу, щоб не допустити згину у болтах приєднання до вузлів.

Табл.п.1.

Підрахунок навантаження від власної ваги покрівлі

16

---

Постійні навантаження приймаємо як такі, що діють від власної ваги огороджувальних та несучих конструкцій покриття, а також від корисного навантаження, яке є невід’ємним від основної функції будівлі. Підрахунок постійних навантажень здійснений у таблиці п.1. Вага несучих конструкцій покриття на попередньому етапі приймається за даними аналогів.

2.2. ЗМІННЕ СНІГОВЕ НАВАНТАЖЕННЯ

Снігове навантаження розраховується згідно ДБН В.1.2-2:2006 «Навантаження і впливи» (далі – ДБН).

Експлуатаційне розрахункове значення снігового навантаження обчислюється за формулою

Se = γ feS0C,

де S0 — характеристичне значення снігового навантаження (в Па), що визначається згідно Додатку Е до ДБН В.1.2-2:2006 «Навантаження і впливи». Характеристичне значення снігового навантаження S0 (в Па) дорівнює вазі снігового покриву на 1

квадратний метр поверхні ґрунту, яке може бути перевищене у середньому один раз за 50 років.

17

Коефіцієнт надійності за експлуатаційним розрахунковим значенням снігового навантаження γ fе визначається за табл. 8.3 ДБН залежно від частки часу η, протягом якої можуть порушуватися умови другого граничного стану

Табл.2.4. (Таблиця 8.3 ДБН) Коефіцієнти надійності за експлуатаційним значенням снігового навантаження

Для об’єктів масового будівництва допускається приймати η = 0,02.

C - коефіцієнт, що визначається за формулою

C = μCeCalt ,

де Ce - коефіцієнт, що враховує режим експлуатації покрівлі. За відсутності теплових процесів всередині будівлі, які б істотно сприяли таненню снігу та спеціальних заходів із його прибирання, Ce = 1,0.

Calt - коефіцієнт географічної висоти, що враховує висоту H (у кілометрах) розміщення будівельного об’єкта над рівнем моря при його розміщення у гірській місцевості. При розміщенні будівлі у місцевості із висотою над рівнем моря H що дорівнює 500 м і менше, приймається Calt = 1,0.

μ — коефіцієнт переходу від ваги снігового покриву на поверхні ґрунту до снігового навантаження на покрівлю, який залежить від форми покрівлі. У рамках курсової роботи прийнято, що будівля не має на покрівлі устаткування та інших перешкод, що могли б сприяти утворенню снігових мішків.

Для плаского абрису покрівлі будівлі при використанні стержневих плит застосовний варіант №1 снігового навантаження за схемою 1, дод. Ж до ДБН

«Навантаження і впливи» (рис.2.2).

Рис. 2.2. Варіант 1 Схеми 1 дод.Ж до ДБН, «Будинки з односхилими та двосхилими покриттями

Граничне розрахункове значення снігового навантаження на горизонтальну проекцію покриття конструкції обчислюється за формулою (8.1) ДБН «Навантаження і впливи»:

Sm = γ fm S0C .

18

Коефіцієнт надійності за граничним значенням снігового навантаження γ fm , визначається згідно Табл.2.4. в залежності від встановленого терміну експлуатації будівлі.

Табл.2.5. (Таблиця 8.1 ДБН)

Для об’єктів масового будівництва допускається середній період повторюваності T приймати таким, що дорівнює встановленому строку експлуатації конструкції Tef.

Термін експлуатації будівлі призначається зазвичай згідно технічного завдання. Орієнтовно термін експлуатації громадських будівель, виставкових та спортивних залів, які перекривають структурні покриття, становить 50…100 років.

Приклад 1.2. Визначення снігового навантаження

Для заданого міста Київ характеристичне значення снігового навантаження дорівнює S0 = 1,55 кПа. Приймаємо Ce = 1,0 а коефіцієнт переходу від ваги снігового покриву на

поверхні ґрунту до снігового навантаження на покрівлю m = 1 при куті нахилу покрівлі a

= 2о < 25о.

Враховуючи, що спортивна зала, яку ми проектуємо, не є конструкцією масового будівництва, можна прийняти η = 0,02 а коефіцієнт надійності за експлуатаційним

розрахунковим значенням снігового навантаження γ fе = 0,49.

Отже Se = γ feS0C = 0,49×1,55×1×1×1 = 0,76 кH/м2.

Для заданого строку експлуатації будівлі Tef = 100 років коефіцієнт надійності за граничним значенням снігового навантаження γfm = 1,14.

Отже граничне розрахункове значення снігового навантаження становить

Sm = γ fm S0C =1,14×1,55×1×1×1 =1,77 кH/м2.

3. ПІДБІР СТАЛЕВОГО ПРОФІЛЬОВАНОГО НАСТИЛУ ПОКРИТТЯ

Профільований настил являє собою тонкостінний поперечно гофрований профіль, який суміщає у собі несучу та огороджувальну функцію. Навантаження на метр квадратний профільованого настилу при помірних ухилах складатиметься тільки з постійного з урахуванням власної ваги та снігового, вважається що обладнання кріпиться не до настилу а безпосередньо до структурної плити. Розрахункова ширина прольоту профільованого настилу між прогонами дорівнює розміру чарунки структурного покриття b .

19

З метою обслуговування на покрівлі влаштовуються спеціальні ходові плити, які спираються безпосередньо на прогони або структурне покриття. Якщо їх не передбачено, профільований настил додатково рахують на навантаження від можливого розміщення робітника із інструментами. Характеристичне значення змінного корисного зосередженого навантаження при цьому p =1,5кН , а коефіцієнти надійності за

навантаженням γ fе =1,0 ,γ fm =1,2 . Утеплювач в такому випадку обов’язково приймають із жорсткої мінеральної повсті.

При розрахунку профільованого настилу використовують зазвичай нерозрізну 2-х, 3-х або 4-х прольотну схему, коли один лист настилу завдовжки 12 м спирається одразу на кілька прогонів (табл. 3.1).

Таблиця 3.1.

До розрахунку багатопрольотних балок з рівними прольотами та рівномірно розподіленим навантаженням