Брудка - Стальные складчатые конструкции в строительстве

Брудка Я. и др.

Б89 Стальные складчатые конструкции в строительстве

Я. Брудка, Р. Гарнцарек, К- Милачевски; Пер. с пол. Л Б. Шаринова.— К- : Будиаэльнык, 1989.— 152 с: ил. ISBN 5-7705-0144-8.

 

В книге специалистов ПНР освещены вопросы проектирования и расчета стальных складчатых конструкций (профилированных настилов), используемых для повышения несущей способности каркаса, в качестве стеновых и кровельных ограждений производственных зданий и  сооружений. Приведены примеры расчета конструкций как пространственных систем, выполнения работ и результаты испытаний.

Для специалистов, занятых проектированием и изготовлением  стальных конструкций с применением профилированного листа, а также может быть использована студентами вузов.

 

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ПРОФИЛИРОВАННЫХ НАСТИЛОВ

1.1. РОЛЬ ПРОФИЛИРОВАННЫХ НАСТИЛОВ В ЗДАНИИ

Стальные складчатые (профилированные) листы, главным  образом с трапецеидальными, ячеистыми или рифлеными гофрами, стали важным элементом формообразования производственных  зданий, а также инженерных сооружений. В современном  строительстве с использованием легких стальных каркасов широко  применяются профилированные настилы, которые благодаря их  функциональным и конструктивным свойствам одновременно выступают в  качестве ограждающих и несущих элементов. Традиционно  профилированные настилы прежде всего служат ограждениями (кровля,  перекрытие или стена). В новейших конструктивных системах кроме этого их используют для увеличения общей жесткости,  устойчивости зданий или включают в совместную работу с элементами стального каркаса по передаче или распределению нагрузок.

При традиционных методах проектирования для зданий со стальным каркасом принимается, что все нагрузки передаются системой рабочих или второстепенных стержней, работающих  независимо и взаимосвязанных только требованиями устойчивости и последовательной передачи усилий (нагрузок) до уровня  фундамента. Однако элементы каркаса, покрытия и перекрытий соединены панелями ограждений или перегородок и не могут работать  независимо друг от друга. Профилированные настилы, жестко  закрепленные на несущем каркасе, изменяют его физико-статические свойства, в свою очередь влияющие на распределение усилий,  размер деформаций и колебаний, а также на поведение ограждающих элементов.

О совместной работе элементов несущих и ограждающих  конструкций инженеры-строители знали давно. В конструкциях, где между1 элементами каркаса имелись жесткие и прочные заполнения в виде обшивок, кирпичных стен, перекрытий, настилов и прочих элементов, в отдельных случаях учитывалась совместная  пространственная работа. В этой связи можно отметить повышение  несущей способности трубчатых опор, заполненных бетоном,  уменьшение прогибов обетонированных стальных балок, повышение устойчивости балок путем объединения их с плитой перекрытии или покрытия, устранение связей жесткости в оранжереях, а  также многолетнюю эксплуатацию кровель без продольных связей.

Совместная работа элементов несущей конструкции и ограждения существует независимо от того, учитывают ее в расчете или не учитывают, и проявляется по-разному: может произойти  перераспределение нагрузок, .действующих на отдельные конструкции, что приведет к уменьшению прогибов, повышению устойчивости; может вызвать перегрузку отдельных стержней, разрушение  соединений между несущими элементами и ограждением, трещинообразование материалов заполнения или обшивки. Учет этих факторов способствует повышению прочности отдельных элементов, надежности конструкции в целом, уменьшению расхода стали в здании.

Совместная работа ограждения с несущей конструкцией может быть учтена в расчете в том случае, если:

а) прочностные характеристики и конструктивная схема ограждения обеспечивают высокую сдвиговую жесткость;

б) соединения элементов ограждения с несущей конструкцией характеризуются совместностью деформаций (подобно соединениям в узлах и стыках несущей конструкции);

в) гарантирована неизменяемость ограждения и соединений в процессе эксплуатации.

Из существующих строительных изделий и способов их  соединений только некоторые отвечают этим требованиям. Соединения листов профилированных настилов между собой и с несущей конструкцией наиболее полно гарантируют прочность, совместность деформаций и долговечность.

Проведенные за рубежом лабораторные и натурные испытания секций павильонов свидетельствуют, что взаимодействие  профилированных настилов с элементами каркаса зависит от жесткости и конструктивного решения обрамления основных панелей,  прочности креплений листов к элементам несущей конструкции,  образующим ребра панели. Разумеется, степень использования совместной работы 

элементов несущих и ограждающих конструкций может быть разной, в зависимости от формы обрамлений и ребер панели из  складчатой листовой стали, а также взаимосвязи панелей. В связи с этим при проектировании работу следует вести в двух направлениях:

а) решение частной задачи — повышение общей устойчивости отдельных стержней и уменьшение прогибов конструкции;

б) решение более общей задачи — перераспределение усилий в стержнях несущей конструкции с учетом пространственной  работы взаимосвязанных пластинчатых и стержневых систем, что  влечет за собой изменение формы конструкции, выравнивание  внутренних усилий в ее элементах и значительное снижение  горизонтальных смещений здания.

В данной книге освещаются конструктивные и статически- прочностные вопросы применения стальных профилированных  настилов в строительстве. Температурно-влажностные, акустические и коррозионные свойства их в качестве ограждений и деталей, а также требования огнестойкости не приводятся, так как они  являются общими для всех легких ограждений и детально  рассмотрены в работе B81.

 

1.2. ПРИМЕНЕНИЕ ПРОФИЛИРОВАННЫХ НАСТИЛОВ

1.2.1. КРОВЛИ И ПЕРЕКРЫТИЯ

Широкое применение профилированных настилов в  современном строительстве обусловлено их технико-экономическими показателями. Устройство покрытий из таких конструкций отличается легкостью и быстротой, а транспортирование и монтаж  листовых элементов достаточно просты и осуществляются с помощью несложных приспособлений. По сравнению с кровлями из других материалов покрытия из стальных профилированных листов выгодно отличаются отношением несущей способности к собственному весу, что обеспечивает уменьшение расхода стали в элементах каркаса, а также объема фундаментов и снижение общей стоимости возводимого здания. При  применении стальных листов с малой высотой гофр расстояние между прогонами составляет приблизительно 3 м, пролет между опорами (например, ригелями рам) при большей высоте гофр может быть более 6 м. Складчатые панели, появившиеся недавно в странах с высокоразвитой технологией,  могут применяться в качестве  покрытий для пролетов до 10 м.

Ассортимент производимых в Польше стальных волнистых листов для кровельных 

покрытий не велик—рис. 1.1 [5]. Листы могут поставляться с  антикоррозионным покрытием — оцинкованными с одновременной пассивацией, либо с дополнительным пластиковым покрытием. Так, поверхность со стороны А изделий покрыта акриловым или полиэфирным лаком, модифицированным (или без  модификации) силиконом (цвет покрытия — белый или голубой),  поверхность со стороны В—защитным лаком (см. рис. 1.1, а).

Оцинкованные изделия металлургического завода «Флориан» (см. рис. 1.1, б) могут иметь одностороннее пластиковое покрытие (поверхность А или В) серо-белого, бежевого и светло-синего цветов, а в будущем добавятся также резедовый,  темно-коричневый, желтый, рыже-коричневый, зеленый, голубой и черный тона.

Неокрашенную поверхность покрывают защитным лаком. Возможно двустороннее пластиковое покрытие. Стальные листы с малой  высотой гофров (h = 18 или 35 мм), в основном, предназначены для стен. Для кровель (а также перекрытий) используют стальные  листы с высотой гофров 43,5—100 мм.

Ассортимент стальных профилированных конструкций,  производимых в странах с высокоразвитой технологией, отличается большим разнообразием (рис. 1.2).

Толщина стального листа для профилирования 0,75— 1,5; 2 мм (принимается  листовая сталь шести разных толщин).

Несущая способность стальных  профилированных настилов  увеличивается при использовании стали повышенной  прочности и изменения формы плоских стенок листов в результате дополнительного оребрения (рис. 1.3). При этом значительно снижается расход стали. Толщина материала для профилирования листов с дополнительными элементами жесткости - 0,6, 0,7 или 0,8 мм.

Наблюдается тенденция применения складчатых панелей для беспрогонных кровель, где тонкостенный элемент пролетом от 6 до 10 м опирается непосредственно на фермы или ригели (рис. 1.4).

Перекрытия со складчатыми конструкциями до настоящего времени не получили распространения в Польше. Они являются предметом изучения и экспериментов [1], [57]; разработаны  предварительные рекомендации по их проектированию и расчету [941].

За границей их считают самыми дешевыми перекрытиями для  зданий малой этажности, благодаря легкости выполнения работ,  огнестойкости и большой несущей способности [19], [58], [74], [83]. Примером могут служить сечения стальных складчатых  конструкций системы Робертсон (США). Толщина материала 0,75— 1,5 мм, толщина исходного стального листа изменяется через каждые 0,25 мм, обеспечивая для каждого типа профиля четыре или пять размерных рядов (рис. 1.5, а). Толщина бетона,  уложенного на стальных листах, не менее 50 мм Пролет 1,5—5,5 м при эксплуатационной нагрузке 2—18 кН'м2, не учитывая случаев экономически неоправданного использования данного профиля для слишком малого или слишком большого пролетов. В последнее время введен также модифицированный тип профиля (рис. 1.5, б) с толщиной исходного стального листа 0,75, 1 или 1,25 мм. Профили стальных листов, применяемых во Франции только для бетонируемых перекрытий, показаны на рис. 1.6. При  необходимости стенки элементов подобного типа имеют дополнительные продольные либо наклонные ребра, выступы или отверстия,  увеличивающие сцепление бетона со стальным листом, в  вертикальных ребрах или в бетоне омоноличивания укладывают  дополнительную арматуру из круглых стержней.

 

1.2.2. НАРУЖНЫЕ СТЕНЫ

Применение цветных стальных профилированных листов изменило не только фасады производственных, павильонных,  многоэтажных общественных зданий, а также инженерных сооружений (башен, резервуаров и т. п.), но и объемно-планировочные  решения их, интерьеры. Профилированные настилы для стен  отличаются еще большим разнообразием форм, чем для кровель и  перекрытий [71], [78], [96]. Подтверждением этому служат сечения,  показанные на рис. 1.7—1.10.

 

1.1.3. НЕСУЩИЕ КОНСТРУКЦИИ С МЕМБРАНАМИ

С внедрением в строительство стальных профилированных настилов их начали использовать для придания жесткости  продольным элементам каркаса. Вначале это делали интуитивно или  упрощенно. Однако профилированные настилы существенно повышают значения критических напряжений прогонов или ригелей рамы при расчете устойчивости из плоскости изгиба. Подобное  наблюдается при расчете на устойчивость промежуточных стоек стен под воздействием ветровой нагрузки. Можно также значительно уменьшить свободную длину внецентренно сжатых стержней за счет исключения влияния моментов, действующих в плоскости настила.

Основные положения расчета с учетом влияния настила из  профилированных листов на работу стержней каркаса будут  рассматриваться в гл 6 Взаимодействие профилированных стальных листов и несущих конструкций было неоднократно использовано при  проектировании конструкций с применением легких стальных каркасов типа «Мостостадь».

Всесторонне оценивая преимущества пространственных  конструкций и сопровождающие их трудности конструктивного порядка и монтажа, инженер, как правило, стремится к такому  конструктивному решению несущего каркаса здания, при котором его  можно разделить на части, независимо работающие под воздействием монтажных и эксплуатационных нагрузок. Настилы из  профилированной листовой стали придают жесткость стержневым системам, в результате чего происходит перераспределение внутренних сил этих систем [8].

...