Введение к работе
Введение
В подавляющем большинстве светопрозрачных фасадов современных зданий в качестве заполнения используются стеклопакеты. В отличие от ранее применявшихся светопрозрачных конструкций, в стеклопакетах по причине их герметичности возникает специфическая нагрузка. В европейской строительной практике данная нагрузка получила название «климатической» или, согласно терминологии стандарта EN 13474, «внутренней нагрузки» в стеклопакете.
Климатическая нагрузка возникает из-за герметичности конструкции стеклопакета. После его изготовления стеклопакет становится подверженным изменению температуры и атмосферного давления воздуха: при нагреве/охлаждении внутренний воздух расширяется/сжимается, возникает разница между внутренним и атмосферным давлениями, деформирующая стекла пакета. Аналогичную разницу создают климатические колебания атмосферного давления, в связи с чем, данная нагрузка получила название климатической (или внутренней).
На протяжении всего срока эксплуатации с момента его герметизации стеклопакет находится в напряженно-деформированном состоянии, создаваемом климатической нагрузкой. Цикличность и знакопеременность климатической нагрузки является основным фактором, определяющим максимальный срок эксплуатации стеклопакета в 25 – 30 лет. Практически действие климатической нагрузки можно наблюдать визуально как оптические искажения на фасадной плоскости остекления из-за деформации стекол пакетов. Данный негативный архитектурный эффект в ряде случаев полностью разрушает эстетический и художественный замысел архитектора. От действия климатической нагрузки в сочетании с ветровой, деформации стекол могут превышать максимально допустимые, что может привести к разрушению стеклопакета. При проектировании структурного остекления данный фактор является важнейшим с точки зрения безопасности.
В европейской практике проектирования стеклопакетов климатической нагрузке уделяется серьезное внимание в нормативной документации, расчетным является сочетание ветровой и климатической нагрузок, и расчет ведется по I-му предельному состоянию, не учитывая нарушения архитектуры. В нашей стране в силу специфики данной нагрузки, не характерной для иных светопрозрачных конструкций (далее – СПК), климатическая нагрузка не учитывается при проектировании, информация о ней отсутствует в нормативной документации.
Актуальность работы.
Возрастающая тенденция к массовому использованию пакетного остекления в современном строительстве заставляет обратить внимание на особенности формирования напряженно-деформированного состояния в ограждающих конструкциях наружной оболочки, изучить различные составляющие внутренней нагрузки и выбрать принципы проектирования СПК с учетом сохранения архитектурного облика зданий.
Климатическая нагрузка является основным фактором, определяющим максимальный срок эксплуатации стеклопакета в 25 – 30 лет.
Климатическая нагрузка в сочетании с ветровой может привести к разрушению стеклопакета. При проектировании структурного остекления данный фактор является важнейшим с точки зрения безопасности.
Климатическая нагрузка приводит к оптическим искажениям на фасадной плоскости остекления из-за деформации стекол пакетов. Данный негативный архитектурный эффект в ряде случаев полностью разрушает эстетический и художественный замысел архитектора.
Цели и задачи работы.
Целью работы является уменьшение деформаций, искажающих архитектурный облик фасада и снижающих срок службы стеклопакета. Для этого необходимо решить следующие задачи:
-
Разработать физико-математическую модель и метод расчета стеклопакета на климатическую нагрузку;
-
Проверить достоверность предложенной физико-математической модели лабораторными экспериментами;
-
Сформулировать методику определения исходных данных для расчета климатической нагрузки;
-
Изучить зависимость деформации стеклопакета от его конструктивных характеристик и разработать рекомендации по проектированию и оптимизации конструкции стеклопакетов для снижения деформаций.
Научная новизна работы.
-
Разработана физико-математическая модель пространственной работы стеклопакета под действием климатической нагрузки;
-
Сформулирована и обоснована группа исходных данных для расчета климатической нагрузки, проведена оценка величины климатической нагрузки применительно к климатическим условиям г. Москвы;
-
Экспериментально подтверждена работоспособность физико-математической модели, установлено, что влияние воздушной прослойки в работе стеклопакета под климатической нагрузкой является основным фактором.
Практическая значимость работы.
-
Сформулирован перечень исходных данных и принцип их сочетания для расчета максимальной климатической нагрузки;
-
Предлагается инженерный метод расчета стеклопакета на климатическую нагрузку, позволяющий рассчитать деформации стекол пакета;
-
Составлены рекомендации для проектирования, позволяющие снизить деформации стекол пакета, что приведет к увеличению срока службы стеклопакета, снижению вероятности его разрушения.
На защиту выносится:
-
Физико-математическая модель пространственной работы стеклопакета под действием климатической нагрузки;
-
Метод подготовки исходных данных для расчета климатической нагрузки и различные сочетания нагрузок, учитывающие работу стеклопакета в зимнее и летнее время;
-
Результаты лабораторных и теоретических исследований;
-
Инженерный метод расчета деформаций стекол стеклопакета на климатическую нагрузку.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались на:
- Тринадцатой международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство – формирование среды жизнедеятельности», Москва (2010 г.);
- Международной научной конференции «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании» (2011 г.).
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по диссертации, библиографического списка использованной литературы. Работа имеет общий объём в 158 страниц машинописного текста, содержит 41 таблицу, 50 рисунков, библиографический список использованной литературы из 52 наименований.
