Содержание к диссертации
СОДЕРЖАНИЕ 2
ВВЕДЕНИЕ 4
1. СОСТОЛНИЕ ВОПРОСА, ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАИИЙ
1Л. Совмещенные плиты покрытия с длиной на пролет здания 12
1.1.1. Плиты с фанерной обшивкой 12
1.1.2. Плиты с дощатой обшивкой
1.2. Результаты экспериментальных и теоретических исследований напряженного деформированного состояния плит с обшивкой, вовлеченной в общий изгиб
1.3. Цели и задачи исследований 32
2. ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИЕ РАЗРАБОТКИ КРУПНОРАЗМЕРНЫХ РЕБРИСТЫХ ПЛИТ С КОМБИНИРОВАННОЙ ОБШИВКОЙ
2.L Общие положения, принятые при разработке конструкции 34
2.2. Новые конструктивные решения 38
2.2Л Плиты с постоянной по их длине высотой поперечного 38 сечения
2.2.2 Плиты с переменной по их длине высотой поперечного 49 сечения
2.3. Область применения 52
2.4. Выводы 54
3. ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ РЕБРИСТЫХ ПЛИТ С КОМБИНИРОВАННОЙ ОБШИВКОЙ
3.1. Цели численных исследований и формулировка задач 55
3.2. Методика численных экспериментов 56
Оценка эффективности включения элементов обрамления в совместную работу с основными ребрами каркаса плит
3.6 Выводы 75
4. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 76
4.1 Цели и задачи экспериментальных. исследований 76
4.2 Методика физического эксперимента 76
5. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ 86
5.1 Испытание плиты кратковременной статической нагрузкой 86
5.2 Испытание плиты длительной статической нагрузкой 91
5.3 Выводы 97
6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО КОНСТРУИРОВАНИЮ, РАСЧЕТУ И ИЗГОТОВЛЕНИЮ КРУПНОРАЗМЕРНЫХ РЕБРИСТЫХ ПЛИТ С КОМБИНИРОВАННОЙ ОБШИВКОЙ И ИХ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
6Л Общие положения 98
6.2 Расчет 101
6.3 Оценка технико-экономической эффективности 106
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 117
ЛИТЕРАТУРА 119
ПРИЛОЖЕНИЯ 137
Введение к работе
Задачи повышения технического уровня и качества "конструкции и сооружений, увеличения эффективности их использования, снижения материалоемкости и его и мости во все времена остается важнейшей целью строительного производства.
Для массового малоэтажного строительства, в том числе и производственных зданий, очевидный интерес представляют крупноразмерные плиты и панели. В Сибирском федеральном округе деревянное домостроение занимает в обшей структуре около Ї4 %. Деревянные дома зарекомендовали себя весьма положительно в условиях вечной мерзлоты и повышенной сейсмики. Дома, здания и сооружения представляющие собой большепролетную каркасно-панельную конструкцию, с использованием каркаса в составе плит и панелей из клееной древесины, снабженных обшивками из фанеры, древесных плит и т.п., обладают повышенной заводской готовностью.
Использование последней конструктивной схемы для массового домостроения в Красноярском крае особенно актуально и экономически перспективно по следующим причинам. По запасам высокосортной деловой древесины лесной потенциал Нижнего Приангарья, осваиваемого в настоящее время, в два раза превосходит потенциал Швеции и в три раза Финляндии. В ближайшие годы в г. Сосновоборске Красноярского края будет завершено строительство фанерного завода, подобных которому нет ни в России, ни в Европе. Его максимальная мощность составит 500 тыс. куб. м фанеры в год.
Благодаря высокой прочности и относительно малому объемному весу древесины и фанеры оказывается возможным и экономически оправданным перекрывать крупноразмерными плитами достаточно большие пролеты, до 24 м., существенно ускоряя строительство, по сравнению с
плоскостными конструкциями (несущими балками, фермами и ограждающими плитами).
_. Накопленные экспериментальные и теоретические данные о напряженно-деформированном состоянии элементов этих конструкций свидетельствуют о возможности совершенствования их конструкции в частности, рационально комбинируя в обшивке фанеру с другими материалами, размещаемыми на слабонагруженных участках обшивки, Благодаря такому приему оказывается возможным усилить эффективность крупноразмерных клеефанерных плит за счет уменьшения длины клеевых швов, присоединяющих фанерную обшивку к каркасу, снижения трудоемкости изготовления конструкции в целом. Однако в нормативной и научно-технической литературе отсутствуют указания и рекомендации по конструированию и расчету плит, у которых в обшивке комбинируется фанера с другими мате риалами.
Работа направлена на решение вышеуказанной проблемы.
Таким образом, актуальность работы обусловлена:
— ростом объемов работ по строительству малоэтажных зданий разнообразного назначения, потребностью комплексной, рациональной переработки древесины и необходимостью разработки новых эффективных конструкций; мало изученностью напряженно-деформированного состояния крупноразмерных плит с комбинированной обшивкой;
— отсутствием нормативных документов и рекомендаций по расчету, конструированию и изготовлению такого типа конструкций.
Все это послужило основанием для включения темы в план госбюджетных научно-исследовательских работ кафедры строительных конструкций Сибирского федерального университета и ЕЗН Федерального агентства по образованию (регистрационный проекта 1С-07 - «Исследование напряжённо-деформированного состояния крупноразмерных клеефанерных плит. Развитие методов расчёта»). Учитывая вышеизложенное, целью работы является разработка и исследование крупноразмерных ребристых плит с комбинированной обшивкой, развитие метода расчета и составление рекомендаций по их проектированию.
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:
— обобщить и проанализировать опыт конструкторских разработок в направлении предпринятых автором исследований, сформулировать рабочие гипотезы;
— разработать конструкции крупноразмерных ребристых плит с постоянной и переменной высотой поперечного сечения, в которых в обшивке комбинируется фанера с другими материалами — плоскими асбестоцементными листами, OSB, досками и др.;
— провести численные исследования напряженно-деформированного состояния клеефанерньгх плит с варьированием геометрических и конструктивных параметров с использованием программных комплексов «SCAD» и «ЛИРА» с целью проверки правильности гипотез, положенных в основу конструкторских разработок;
— провести экспериментальные исследования натурных образцов крупноразмерных ребристых плит на кратковременную и длительную статические нагрузки с целью проверки достоверности численных исследований;
— разработать рекомендации по конструированию и расчету крупноразмерных ребристых плит с комбинированной обшивкой.
Научная новизна работы:
— новые конструктивные решения крупноразмерных ребристых плит с постоянной и переменной высотой поперечного сечения, в которых в обшивке комбинируется фанера с другими материалами;
— форма и минимально необходимые размеры участков, на которых обшивка выполняется из фанеры, вовлеченной в совместную работу с деревянным каркасом на общий изгиб; положение о зависимости эффективности вовлечения элементов обрамлением в совместную работу с основными ребрами каркаса от их размещения"в поперечном сечении плиты;
— результаты экспериментального изучения НДС плит, в том числе при длительных нагрузках.
Практическая значимость работы заключается в том, что плиты, предложенной конструкции, обладают рациональным расходом материалов, экономической эффективностью, меньшей трудоемкостью изготовления и могут применяться в малоэтажном, в том числе жилом домостроении.
Практическую ценность имеют:
— новые конструкции крупноразмерных ребристых плит с комбинированной обшивкой, разработанные на стадии альбомов рабочих чертежей;
— технико-экономическая оценка предлагаемых конструкций;
— рекомендации по проектированию крупноразмерных ребристых плит с обшивкой, комбинированной из фанеры и других материалов.
На защиту выносятся следующие положении и результаты:
— конструктивные решения крупноразмерных ребристых плит пролетом 9...24 м., в которых в обшивке комбинируется фанера с другими материалами;
— результаты теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния крупноразмерных клеефанер-ных плит с обшивкой, приклеенной на части длины конструкции, различающихся по техническим решениям;
— закономерности формы и минимально необходимых размеров участков фанерной обшивки в плитах с постоянной и переменной высотой поперечного сечения, которые вовлечены в совместную работу с деревянным каркасом на общий изгиб; положение о зависимости эффективности вовлечения элементов обрамления в совместную работу с основными реб — рами каркаса от их размещения в поперечном сечений плиты,
Внедрение результатов работы:
- предложенные совмещенные конструкции ребристых плит с комбинированной обшивкой нашли применение в проектах: малоэтажных жилых домов, зданий и сооружений сельскохозяйственного назначения, складов и стоянок (всего 6 объектов);
- материалы исследований и альбомы рабочих чертежей разработанных конструкции переданы по запросу Правительству Красноярского края для внедрения в малоэтажном строительстве;
- результаты опытно-конструкторских разработок используются в курсовом и дипломном проектировании студентами специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство».
Обоснованность н достоверность положений и выводов диссертации обеспечена согласованностью данных о напряженно деформированном состоянии совмещенных ребристых плит, полученных в результате численных, проведенным с использованием апробированных и широко применяемых программных комплексов SCAD и ЛИРА, и экспериментальных исследований, выполненными на натурных конструкциях с применением дублирующих методов определения экспериментальных данных, сравнительным анализом полученных результатов работы с мате риалами других авторов.
Правильность полученных результатов подтверждается также реализацией результатов работы при проектировании малоэтажных зданий и сооружений, публикациями основных положений диссертации в рецензируемых ведущие периодических изданиях страны, рекомендованных ВАК РФ,
Личный вклад автора заключается в постановке задач настоящего исследования) проведении экспериментов, анализе и интерпретации полученных результатов, формулировке и разработке всех основных полозке , определяющих научную новизну работы и её практическую значимость.
К числу наиболее важных результатов, полученных лично автором относятся: выполнение конструкторских исследований, выявление с помощью численных исследований закономерностей формы и минимально необходимых размеров участков фанерной обшивки, вовлеченной в совместную работу с каркасом, для сохранении несущей способности плит с постоянной и переменной высотой поперечного сечения, оценка эффективности включения элементов обрамления в совместную работу с основными ребрами на общий изгиб, натурные испытания плит.
Результаты выполненных исследований докладывались на:
- научно-технических конференциях СФУ, г. Красноярск, 2007-2009 гг..
- научно технических конференциях НГАСУ (Сибстрин), г. Новосибирск, 2007, 2003гг.;
В законченном работа рассмотрена и одобрена на расширенном семинаре кафедры «Строительные конструкции» Сибирского федерального университета, г. Красноярск, 2009г;
Основные положения диссертации опубликованы в 6 работах, в том числе в 2 публикациях в центральных научных журналах, включенных в перечень ВАК РФ. Подано 2 заявки на предполагаемое изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка использованных источников из 169 наименований и приложения. Общий объем работы 138 страниц, в том числе 55 рисунков, 12 таблиц.
В первой главе дан обзор работ, соответствующих теме диссертации, рассмотрены пути совершенствования крупноразмерных плит с каркасами из древесины, фанеры и с обшивками из фанеры, досок и других материалов. Вторая глава посвящена опытно-конструкторским разработкам
крупноразмерных ребристых плит с постоянной и переменной высотой
—поперечного сечения, в которых в обшивке комбинируется фанера с другими материалами. Проиллюстрированы возможности в повышении эффективности за счет комбинаций рациональных технических решений элементов каркаса и их узловых спряжений. Показана область применения крупноразмерных плит.
Третья глава содержит задачи, методику и анализ результатов численных исследований напряжённо-деформированного состояния разработанных крупноразмерных плит с комбинированной обшивкой, при варьируемых геометрических и конструктивных параметрах. Проанализировано влияние формы и размеров фанеркой обшивки, вовлеченной в совместную работу с каркасом на общий изгиб, на несущую способность конструкций, а также дана оценка эффективности включения элементов обрамления в совместную работу с основными ребрами каркаса на общий изгиб.
Исследования проведены с помощью программных комплексов StmcmreCAD (Лицензия № 2E2DDBFB), ЛИРА (Лицензия № 521821425).
В четвертой главе представлена цель и методика экспериментальных исследований при испытаниях кратковременной и длительной нагрузками образцов плиты с комбинированной обшивкой пролетом 9,0x1,5 м, изготовленных в натуральную, величину.
Пятая глава посвящена анализу результатов физических экспериментов. Дана количественная оценка неравномерности распределения напряжений в обшивках и деревянных элементах каркаса по длине и ширине плиты при кратковременных и длительных нагрузках. Проведено сопоставление результатов физических и численных экспериментов.
В шестой главе сформулированы рекомендации по проектированию крупноразмерных ребристых плит с комбинированной обшивкой. Дан технико-экономический анализ эффективности использования разработан-ньіх конструкций.
