Содержание к диссертации
прврюловиЕ ...?'
1. ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ И ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ ПРИШШДО МЕТАЛЛИ ЧЕСКИХ ОГРАЙЩШЩИХ КОНСТРУШ^ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ В РАЙОНАХ С СУРОВЫМ ШМАТОМ ІЗ
1.1. Специфика районов строительства и требования, предъявляемые к ограждающим конструкциям 13
1.2. Ввды металлических ограждающих конструкций, применяющихся при строительстве в районах с суровым климатом 19
1.2.1. Профилированше листы .21
1.2.2. Стеновые ограждения 27
1.2.3. Покрытия зданий .49
Выводы 60
2. ДШСТВЙТЕЖЙАЯ РАБОТА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОГВДЩЩХ ШНСВРУКЦЙЙ ЗДАНИЙ В РАЙОНАХ. С СУРОВЫМ ШПАТОМ (ПО РЕЗУЛЬТАТАМ НАШЩЫХ/ОШЛЩВАЙЙЙ) 62
2.1. Общее состояние и герметичность кровельных ограждений 63
2.2. Общее состояние стеновых ограждений 79
2.3. Несущая способность кровельных и стеновых панелей 96
2.4. Состояние стыков стеновых панелей 97
2.5. Воздухопроницаемость стыков стеновых панелей 102
2.6. Нагрев металлических ограждающих конструкций под воздействием солнечной радиации 107
2.7. Температурные деформации панелей 119
2.8. Температурний режим панелей и оконных проемов. 121
2.9. Коррозия ограждащих конструкций 131
3. ТЕОРШЧЖЖЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТИ И ДЕШРМАТШНОСТЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОГРАВДЩЙХ КОНС1РУВЦЙЙ ПРИ НАГРУЗКАХ И ШПЕРАОТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ, СВОЙСТВЕННЫХ РАЙОНАМ С СУРОВЫЙ КЛИМАТОМ . 140
3.1. Условные обозначения 143
3.2. Профилированные листы 147
3.2.1. Исследование металлических профилированных листов методом конечных элементов (МКЭ) 153
3.2.1.1. План численного исследования, ввтбор типа профилированных листов и схемы разбивки на конечные элементы ,..,., 157
3.2.1.2. Результаты исследования 159
3.3. Двухслойные панели # 179
3.3.1. Исследование прочности двухслойных панелей 184
3.3.1.1. Упругая стадия 184
3.3.1.2. Упруго-пластическая стадия 185
3.3.1.3. Оптимальные параметры двухслойных панелей 194
3.4. Трехслойные панели 194
3.4Д. Исследование прочности и деформативности трехслойных панелей при статической нагрузке и температурных воздействиях 201
3.4.1.1. Усилия и прогибы в панелях при изгибе статической равномерно распределенной нагрузкой .205
3.4.1.2. Усилия и прогибы в панелях при температурных воздействиях * 219
3.4.1.3. Объемное напряженное состояние среднего конструкционного полимерного слоя и влияние его неоднородности на прогибы и напряжения в панелях. 226
3.5. Обоснование. •- .величины расчетного сопро тивления оцинкованных стальных листов 238
Выводы 245
4. ТШРЕТМЧЕСШЕ ЙСШЩОВАНЙЯ УСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОМВДЩИХ ШНСЇРУЩИЙ, РЕКОМЕНДОВАННЫХ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В РАЙОНАХ С СУРОВЫМ КЛИМАТОМ 249
4.1. Устойчивость прикрепленных пластинок, сжатых в одном направлении 251
4.1.1. Шарнирное опирание продольных кромок .252
4.1.2. Жестокое опирание (защемление) продольных кромок,256
4.2. Устойчивость подкрепленных пластинок с продольными ребрами при сжатии в одном направлении 263
4.8. Устойчивость подкрепленных пластинок при неравно мерном сжатии 268
4.4. Устойчивость подкрепленных пластинок при действии касательных напряжений .275
4.5. Устойчивость подкрепленных пластинок при действии сосредоточенных нагрузок 281
4.6. Устойчивость подкрепленных пластинок при совместном действии нормальных напряжений от изгиба и местного давления, а также касательных напряжений 288
Выводы 290
5. ЭНСПЕРИМЕНТАЛЬННВ ИССЛЕДОВАНИЯ ОГРАЖДАЮЩИХ Н0НСТРУЙЦЙЙ29І
5.1. Задачи исследования 291
5.2. Методика экспериментальных исследований 293
5.3. Результаты исследований 313
5.3.1. Профилированные листы и двухслойные панели. 313
Оптимальная величина и положение уступов на нак лонных гранях и ширина опирання профилированных листов 313
Деформативность контура поперечного сечения профилированных листов 314
Прогибы 318
Нормальные напряжения в поперечных и продольных сечениях . 328
Устойчивость граней профилированных листов .339
Разрушающие нагрузки 345
Напряженно-деформативное состояние двухслойных панелей при длительной статической нагрузке 348
5.3.2. Трехслойные стеновые панели с закладшм утешштелем351
Эффективная ширина гофрированных обшивок .351
Коэффициенты жесткости связей сдвига 353
Напряженно-деформированное состояние натурных панелей при статической нагрузке 359
Работа панелей при температурных воздействиях. 375
Работа панелей при испытаниях пульсирующей агрузкой* имитирующей ветровую 378
5.3.3. Трехслойные панели со средним слоем из пеноплас та 381
Напряженно-деформированное состояние панелей при кратковременной статической нагрузке 381 Прогибы и напряжения в панелях при температурных воздействиях 395
Напряженно-деформативное состояние панелей при длительной статической нагрузке 398
Выводы 402
6. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ШСЛЩОВАІІШ НОВЫХ ВВДОВ МЕТАЛЛИ ЧЕСКИХ ОГМДАЩЙХ КОНСТРУКЦИЙ 407
6.1. Оптимальная толщина утеплителя в металлических ограждатощих конструкциях 407
Влияние теплопроводных включений и теплоизолирующих прокладок на температурный режим оградления 411
6.3. Теплотехнические свойства панелей поточного из готовления с обшивками из специальных профилиро ванных листов 422
7. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛВДОВАНИЯ И НОВЫХ ВВДОВ ШМЛИЧВШК ОГРАЩЮЩЙХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ СТРОШЛЬСТBE В РАЙОНАХ С СУРОВЫМ КЛИМАТОМ 428
7.1. Внедрение результатов исследования в нормативные документы 42В
7.2. Разработка, организация опытного и серийного изготовления и внедрение новых видов металлических ограждающих конструкций в практику строительства 429
7.2.1. Стеновые ограждения из трехслойных панелей с закладным несгораемым утеплителем . 430
7.2.2. Покрытия зданий из трехслойных и двухслойных комплексных панелей 450
7.3. Использование результатов исследования для определения и уточнения несущей способности серийно изготавливаемых и перспективных ограждающих конструкций 462
7.4. Разработка и внедрение прогрессивных крупноблочных методов монтажа стеновых панелей 464
7.5. Экономическая эффективность применения металлических ограждающих конструкций 468
Выводы 476
ОСНОВНЫЕ ВЫВОда 478
ЛИТЕРАТУРА 486
ПРШШШШ 506
Введение к работе
Развитие экономики нашей страны как в настоящее время, так и в будущем во многом зависит от степени освоения и использования огромных природных богатств, сосредоточенных на больших и ещё малообжитых территориях Среднего и Северного Урала, Сибири и Крайнего Севера. Поэтому развитию производительных сил этих районов в последние годы уделяется большое внимание.
Освоение природных богатств новых районов связано с крупным промышленным строительством, которое требует высокоэффективных ограждающих конструкций. В условиях сурового климата наиболее перспективными являются лёгкие металлические ограждающие конструкции максимальной заводской готовности с эффективными утеплителями.
Учитывая потребности народного хозяйства, на основе работ, выполненных в ЩИЙСК им. В. А. Кучеренко, ЩИЙпромзданий, ЩИИпроектсталь -конструкция им.Н. П. Мельникова, ВДИЙлегконструкция и ряда других организаций, в Советском Союзе создана отрасль промышленности по изготовлению лёгких металлических ограждающих конструкций. Дальнейшему развитию этой отрасли способствует постановление Совета Министров СССР от 20 сентября 1986 г №1119 "О дополнительных мерах по развитию строительства зданий из лёгких металлических конструкций комплектной поставки" [і].
Внедрение металлических ограждающих конструкций в районах с суровым климатом требует проведения больших дополнительных исследований, направленных на изучение их действительной работы в натурных условиях, создания новых ещё более прогрессивных видов конструкций и совершенствования методов расчёта с учётом специфики районов строительства. Этому и посвящена данная диссертация.
Целью работы является решение важной: комплексной народно-хозяйственной проблемы повышения эффективности строительства в районах с суровым климатом путём создания научных основ проектирования, разработки и внедрения новых прогрессивных металлических ограждающих конструкций промышленных зданий.
Для достижения цели было необходимо решить следующие задачи:
- изучить особенности районов строительства и сформулировать основные требования, которым должны удовлетворять ограждающие конструкции зданий; выявить виды конструкций наиболее полно удовлетворяющие этим требованиям;
- провести обследования, конструкций с целью изучения особенностей их работы, формулирования задач теоретических и экспериментальных исследований, а также дальнейшего совершенствования;
- выполнить ряд теоретических и экспериментальных исследований прочности, жёсткости, устойчивости, а также теплотехнических свойств, необходимых для создания практических методов расчёта и программ для ЭВМ;
- разработать на основе результатов исследований и натурных обследований новые экономичные виды металлических ограждающих конструкций, внедрить их в строительство и организовать опытное и серийное изготовление.
Научная новизна исследования, защищаемая автором, заключается в выявлении особенностей работы металлических ограждающих конструкций в натурных условиях, создании научных основ проектирования и их реализации в новых методиках расчёта и программах для ЭВМ, разработке и экспериментальном исследовании новых индустриальных и экономичных видов конструкций, удовлетворяющих условиям строительства и эксплуатации в районах с суровым климатом.
I. На основе всесторонних натурных исследований полносборных металлических стеновых и кровельных ограждений 16 крупных промышленных зданий и комплексов, построенных в районах Урала,
Сибири и Крайнего Севера, выявлены и систематизированы основные отказы, установлены закономерности распределения повреждений наружных и внутренних обшивок, изучено влияние различных конструктивных решений на температурный режим ограждений при низких температурах и разработана методика определения величины нагрева наружных обшивок при действии солнечной радиации, выявлены наиболее надежные и рациональные виды полносборных металлических ограждений.
2. Теоретически и экспериментально исследованы прочность, жесткость, устойчивость и теплотехнические свойства металлических ограждений, применяемых при строительстве в районах с суровым климатом:
- установлено, что тонкостенные металлические профилированные листы, включая и листы с уступами на наклонных гранях, работают как пространственные складчатые конструкции с геометрически нелинейным характером работы и с этих позиций разработана методика расчета листов; даны рекомендации по определению оптимальных параметров листов;
- исследована работа и предельная несущая способность подкрепленных профилированных листов (двухслойных панелей) в упругой и упруго-пластической стадии работы материалов; даны рекомендации по определению оптимальных параметров поперечного сечения листов;
- изучено объемное напряженное состояние среднего конструкционного полимерного слоя трехслойных панелей с учетом влияния его неоднородности и изменения деформационных свойств при одностороннем нагреве и охлаждении;
- разработана универсальная методика расчета одно и многопролетных трехслойных панелей с конструкционным и неконструкционным утеплителем и профилированными обшивками;
- исследована местная устойчивость тонкостенных профилей обшивок двухслойных и трехслойных панелей, подкрепленных упругим слоем, сложная работа которого описывается моделью с двумя коэффициентами "постели";
- получены аналитические зависимости температуры внутренних обшивок металлических трехслойных панелей в зоне расположения ребер в зависимости от конструкдаи ребер, толщины утеплителя, коэффициента теплопроводности и толщины теплоизолирующих прокладок;
- экспериментально выявлены при различных видах загружения и температурных воздействиях, характер исчерпания несущей способности и предельные состояния конструкций, рекомендованных к применению в районах с суровым климатом.
3. С учетом результатов натурных обследований, теоретических и экспериментальных исследований разработаны и внедрены индустриальные панели и конструкции стен и покрытий зданий, новизна которых подтверждена авторскими свидетельствами.
Практическая ценность работы состоит в том, что полученные результаты и выводы послужили научной основой для разработки :
- нормативных документов, практических рекомендаций и программ по расчету и проектированию металлических профилированных листов, двухслойных и трехслойных панелей с конструкционным и неконструкционным утеплителем;
- новых конструктивных форм панелей полносборных стен и покрытий гражданских и производственных зданий, удовлетворяющих условиям строительства в районах с суровым климатом.
Результаты работы использованы:
- при составлении нормативных документов для проектирования: СНиП 2.03.06-85. Алюминиевые конструкции; Рекомендаций по
расчету металлических профилированных листов (1974 г.); Рекомендаций по применению трехслойных панелей с металлическими обшивками и средним слоем из пенопласта (1978 г.); Рекомендаций по проектированию металлических трехслойных панелей с неконструкционным утеплителем (1988 г.) и ряда технических условий на новые виды конструкций;
- при разработке альбомов чертежей "Стены производственных зданий из трехслойных панелей с профилированными обшивками и минераловатным утеплителем" (шифр 168-07-01/3 и 168-07-02), "Стены и покрытия производственных зданий из трехслойных панелей
с профилированными металлическими обшивками и минераловатным утеплителем" (шифр 168-07-60); "Стены металлические из трехслойных каркасных панелей с теплоизоляцией из минераловатных плит и прошивных матов" (шифр 211-87); "Стены из каркасных панелей с наружным металлическим листом, теплоизоляцией из минераловатных плит и прошивных матов и внутренней обшивкой из плоских асбесто-цементных листов и цементно-стружечных плит.(шифр 212-87);
- при организации опытного и серийного изготовления металлических, ограждающих конструкций на заводах НПО "Союзстройконст- рукция" и строительных трестах Минуралсибстроя СССР, а также ВПО
, "Сибкомплектмонтаж" Миннефтегазстроя СССР;
- при строительстве блюминга "1500", универсально-балочного стана и кислородно-конвертерного цеха НТМК им. В.И.Ленина, компрессорных станций в г.йвделе шести газовых магистралей "Западная Сибирь - Европа", ряда цехов Северского, Синарского и Перво I уральского трубных заводов, блочно-комплектных устройств нефтяной и газовой промышленности Тюменской области, ряда спортивно-оздоровительных комплексов, универсамов и других объектов;
- в составленном автором и изданном учебном пособии "Металлические ограждаюілие конструкции".
