Разработка методики расчета кровельных покрытий из профлиста по криволинейным скатам | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 18 июля, печатный экземпляр отправим 22 июля.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №20 (310) май 2020 г.

Дата публикации: 18.05.2020

Статья просмотрена: 16 раз

Библиографическое описание:

Янушпольский, П. Г. Разработка методики расчета кровельных покрытий из профлиста по криволинейным скатам / П. Г. Янушпольский, И. А. Кракович. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 20 (310). — С. 161-166. — URL: https://moluch.ru/archive/310/70263/ (дата обращения: 10.07.2020).



В современном строительстве все чаще используются кровли с криволинейными скатами. При создании криволинейных скатов часто прибегают к использованию продольно-гнутого профлиста, сортамент которого ограничен, а прочностные характеристики вынуждают применять малый шаг прогонов и несущих конструкций, что неэкономично. В данной статье рассматриваются особенности создания методики расчета прямолинейного профлиста (как отдельной конструкции) уложенного по криволинейным скатам. Описана методика расчета и учета монтажных напряжений, возникающих в профлисте. Также рассмотрены особенности учета воздействий профлиста, оказываемых им на нижележащие конструкции.

Ключевые слова: продольно-гнутый профлист, криволинейные скаты, покрытие криволинейных скатов

Keywords: longitudinally bent roofing profile, curved slopes, roofing of curved slopes

Профилированный стальной лист широко применяется при создании утепленных и неутепленных кровель по металлическим или деревянным прогонам. Кровельные материалы таких конструкций подбираются по расчету исходя из требований прочности и жесткости, продиктованных действующими сводами правил (СП). В тех случаях, когда профлист укладывается на прямолинейную кровлю, его расчет сводится к расчету многопролетной неразрезной балки, опирающейся на прогоны [1]. Этот расчет может быть выполнен в короткие сроки и с высокой точностью, что позволит произвести выбор оптимального сечения профлиста из сортамента, и поспособствует сокращению стоимости и увеличению надежности устраиваемой кровли. В тех случаях, когда необходимо уложить профлист по криволинейной кровле, возникают сложности с подбором оптимального сечения профлиста без лишних трудозатрат, поскольку не существует разработанной методики расчета профилированных листов, уложенных по такой кровле.

Для создания покрытий криволинейных кровельных конструкций прибегают к двум методам их организации: методу использования заводского гнутья профлиста в продольном направлении до требуемой кривизны (продольно-гнутый профлист) или методу укладки прямолинейного листа с гнутьем в момент монтажа.

На строительном рынке Российской Федерации присутствуют два вида продольно-гнутых профилированных настилов: С18ПГ и С44ПГ, — где «С» указывает на тип настила — стеновой, числа 18 и 44 — высота профиля в миллиметрах, а «ПГ» — указывает на продольно-гнутую форму профлиста. Сортамент продольно-гнутых профилированных листов ограничен двумя позициями по двум причинам: станки для гибки профлиста не могут одновременно работать со всеми его марками, а массовая потребность в продольно-гнутом профлисте не высока.

В тех случаях, когда прочностные характеристики представленных на рынке продольно-гнутых профлистов не удовлетворяют проектным требованиям, для укладки по криволинейному скату можно использовать прямолинейный профлист, сортамент которого гораздо более полный [2]. В таком случае в профлисте будут возникать монтажные напряжения, которые будут понижать несущую способность профлиста и в то же время оказывать комплекс воздействий на нижележащие несущие конструкции.

При строительстве большепролетных сооружений перед инженерами встает вопрос об оптимизации рабочих сечений различных конструкций кровли. Оптимизация эта необходима для того, чтобы сократить расход материала, уменьшить количество структурных элементов до оптимального значения, и тем самым сократить затраты на производство, доставку и монтаж кровельных конструкций.

Основной вклад в стоимость большепролетного покрытия вносит количество несущих конструкций, другими словами — их шаг, и количество прогонов, поддерживающих кровельные материалы. После подбора оптимального шага несущих конструкций начинается расчет методом «перебора» как указано на схеме на рис. 1.

Рис. 1. Схема последовательности расчета покрытия

Зачастую, в ситуациях создания таких криволинейных покрытий подбор сечения несущего покрытия производится приблизительным расчетом или по опыту проектирования, что может привести к удорожанию проекта на стадии строительства или к возникновению аварийных ситуаций на стадиях эксплуатации. Для решения вопросов, касающихся надежности и экономичности возводимых конструкций, необходимо разработать метод расчета кровельного покрытия из прямолинейного профлиста уложенного по криволинейному скату.

Решение данной задачи сводится к созданию методики учета монтажных напряжений, вызванных выгибанием профлиста в процессе его монтажа. А также учета нагрузок на несущие конструкции, возникающих в результате стремления профлиста разогнуться и принять исходное прямолинейное состояние.

Для расчета внутренних напряжений, возникающих в профлисте, составим расчетную схему. Лист укладывается на прогоны, расположенные с определенным шагом, с таким условием, что опорных участков будет 3 и более. Таким образом, расчетная схема профлиста, уложенного по прогонам, будет представлять собой многопролетную неразрезную балку с зонами концентрации напряжений в пролетах и на внутренних опорных участках. Чтобы численно рассчитать эти напряжения, перевернем расчетную схему и представим, ее в виде неразрезной балки загруженной сосредоточенными силами опорных реакций прогонов, которые задают ей некоторый прогиб (кривизну), требуемый для принятия проектного положения. Расчетную схему профлиста уложенного по криволинейным скатам и расчетную схему для определения значений опорных реакций, возникающих при монтаже, можно увидеть на рис. 2.

Возникающие монтажные напряжения можно определить из статического расчета методами строительной механики по схеме Г, рис. 2. В данном случае сосредоточенные нагрузки будут производить деформирование профлиста до достижения им требуемой формы, необходимой для закрепления.

Рис. 2. а) прямолинейный лист профлиста до монтажа, б) профлист уложенный по криволинейным скатам с шагом прогонов 1/3 длины листа, в) расчетная схема профлиста по криволинейным скатам, г) расчетная схема для определения опорных реакций прогонов, f — величина прогиба профлиста, P — опорная реакция прогона, l –расстояние между крайними опорами

Конструкция, покрываемая профлистом, имеет определенную кривизну , где — коэффициент кривизны, который равен отношению угла между касательными (), проведенными в начале и конце дуги, к длине дуги (). Использую эту геометрическую характеристику проектируемой конструкции можно определить требуемую величину прогиба, которую необходимо задать листу определенной длины для придания ему требуемой кривизны. Прогиб вычисляется геометрически, как высота треугольника, построенного по трем точкам: двум крайним опорным точкам профлиста и по точке, разделяющей этот профлист пополам.

Узнав прогиб, мы производим расчет внутренних монтажных напряжений с целью их последующего учета при расчете по прочности и деформативности не только профлиста, но и несущих конструкций. Характер напряжений, максимумы и минимумы монтажных, расчетных и суммарных напряжений можно оценить на рис. 3.

Рис. 3. Сверху вниз: Расчетная схема профлиста уложенного по криволинейным скатам, эпюра моментов от монтажных усилий, эпюра моментов от расчетных усилий, эпюра моментов от суммы расчетных и монтажных усилий.

Из анализа расчетной схемы (В, рис. 4) видно, что на крайних опорных участках будут возникать опорные реакции, стремящиеся оторвать лист от прогона (рис. 4). Эти же напряжения будут стремиться оторвать прогон от нижележащих несущих конструкций и оказывать силовое воздействие на сами несущие конструкции. Учет этих дополнительных напряжений необходим при проектировании элементов несущих конструкций и соединительных узлов.

Рис. 4. Схема монтажных опорных реакций в четырехпролетной схеме

Монтажные напряжения буду также оказывать заметное влияние на загруженность прогонов, разгружать крайние и загружать центральные, тем самым увеличивая и уменьшая их несущую способность соответственно. Влияние этих монтажных напряжений необходимо учитывать в расчете прогонов по их прочности и деформативности. При расчете прочности, к расчетной распределенной нагрузке воспринимаемой прогоном будет добавляться силовое воздействие от профлиста, которое может достигать 150–200 кг на погонный метр. При расчете деформативности прогона к нормативным нагрузкам обязательно прибавляются силовые воздействия от профлиста, которые также оказывают ощутимое воздействие на величину прогиба, получаемого прогоном при эксплуатации.

Немаловажным условием удачного проектирования криволинейного покрытия с использованием профлиста является обеспечение достаточной надежности соединений прогонов и основных несущих конструкций, поскольку воздействие от профлиста может привести к разрушению этих соединений.

Результаты разработки методики расчета покрытий из профлиста позволит инженерам экономить время при проведении расчетов, а так же позволит потребителям без строительного образования применять профлист при реализации личных строительных проектов. Также в у прорабов появится возможность быстро и своевременно проверить на соответствие проекту имеющийся в наличии профлист.

Литература:

  1. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 2. Конструкции зданий: Учеб. Для строит. вузов/В. В. Горев, Б. Ю. Уваров, В. В. Филиппов, Б. И. Белый и др.; Под ред. В. В. Горева. — 3-е изд., стер. — М.: Высш. шк, 2004. — 528 с.: ил.
  2. ГОСТ 24045–2016. Профили стальные листовые гнутые с трапециевидными гофрами для строительства. Технические условия. М., 2016
Основные термины (генерируются автоматически): профлист, конструкция, расчетная схема, Расчетная схема профлиста, продольно-гнутый профлист, прогон, напряжение, несущая, эпюр моментов, прямолинейный профлист.


Ключевые слова

продольно-гнутый профлист, криволинейные скаты, покрытие криволинейных скатов

Похожие статьи

Применение перекрытий со стальным профилированным настилом

При выполнении перекрытия со стальным профилированным настилом выполняется укладка бетона с применением несъемной опалубки, таким образом, что профлист может являться готовым потолком, который не требует облицовки или выполнения дополнительных работ.

Эффективность использования сталежелезобетонной плиты...

Расчетная схема перекрытия и эпюры изгибающих моментов и поперечных сил приведены на рисунке 1.б.

На стадии бетонирования плиты, стальной профилированный настил выполняет функции опалубки и является несущей конструкцией, работающей на поперечный изгиб.

Расчет однопролетной балки | Статья в журнале «Молодой ученый»

2) Изобразить расчетную схему балки в соответствии с вариантами закрепления и обозначить на ней величины нагрузки и размеры

Рассчитав методом конечных элементов однопролетную балку, мы построили эпюры перерезывающих сил и изгибающих моментов для нее.

Сталежелезобетонные перекрытия по профилированному...

Дан обзор истории развития сталежелезобетонных конструкций. Проанализированы основные преимущества и недостатки применения сталежелезобетонных конструкций в современном строительстве.

Исследование напряженно-деформированного состояния гнутых...

Для реализации расчетной схемы в М. К. Э. необходимо было правильно задать условия, что

Расчетная нагрузка определялась из условия прочности по краевым напряжениям в

шарнирная рама, SCAD, расчетная схема, эпюр усилий, погонная нагрузка, Собственный вес...

Исследование статической работы клееных рам

Расчетная схема определена как система с признаком 5. Это означает, что рассматривается система общего вида, деформации которой и ее основные неизвестные представлены линейными перемещениями узловых точек вдоль осей X, Y, Z и поворотами вокруг этих осей.

Расчет напряженно-деформированного состояния рамы навесного...

Рис. 1. Расчетная схема плуга. Расчет выполняли методом конечных элементов при помощи программного комплекса ANSYS.

В результате расчета при статическом действии нагрузки были получены численные значения и эпюры внутренних силовых факторов, действующих в...

Устройство двускатной кровли | Статья в журнале...

Рис. 1. Схема двускатной крыши.

Использование конструкционной стали марки S350, а также оптимальная конфигурация сечения профиля обеспечивают высокую несущую способность и малый вес конструкций, тем самым сокращают стоимость и сроки строительства.

Особенности проектирования С-образных профилей на изгиб...

Для изготовления несущих конструкций каркасов зданий используют стандартные гнутые профили поперечным

Где и h — расчетная длина и высота сечения балки; — момент инерции сечения при кручении

Продольно-поперечный изгиб стержней переменного...

Похожие статьи

Применение перекрытий со стальным профилированным настилом

При выполнении перекрытия со стальным профилированным настилом выполняется укладка бетона с применением несъемной опалубки, таким образом, что профлист может являться готовым потолком, который не требует облицовки или выполнения дополнительных работ.

Эффективность использования сталежелезобетонной плиты...

Расчетная схема перекрытия и эпюры изгибающих моментов и поперечных сил приведены на рисунке 1.б.

На стадии бетонирования плиты, стальной профилированный настил выполняет функции опалубки и является несущей конструкцией, работающей на поперечный изгиб.

Расчет однопролетной балки | Статья в журнале «Молодой ученый»

2) Изобразить расчетную схему балки в соответствии с вариантами закрепления и обозначить на ней величины нагрузки и размеры

Рассчитав методом конечных элементов однопролетную балку, мы построили эпюры перерезывающих сил и изгибающих моментов для нее.

Сталежелезобетонные перекрытия по профилированному...

Дан обзор истории развития сталежелезобетонных конструкций. Проанализированы основные преимущества и недостатки применения сталежелезобетонных конструкций в современном строительстве.

Исследование напряженно-деформированного состояния гнутых...

Для реализации расчетной схемы в М. К. Э. необходимо было правильно задать условия, что

Расчетная нагрузка определялась из условия прочности по краевым напряжениям в

шарнирная рама, SCAD, расчетная схема, эпюр усилий, погонная нагрузка, Собственный вес...

Исследование статической работы клееных рам

Расчетная схема определена как система с признаком 5. Это означает, что рассматривается система общего вида, деформации которой и ее основные неизвестные представлены линейными перемещениями узловых точек вдоль осей X, Y, Z и поворотами вокруг этих осей.

Расчет напряженно-деформированного состояния рамы навесного...

Рис. 1. Расчетная схема плуга. Расчет выполняли методом конечных элементов при помощи программного комплекса ANSYS.

В результате расчета при статическом действии нагрузки были получены численные значения и эпюры внутренних силовых факторов, действующих в...

Устройство двускатной кровли | Статья в журнале...

Рис. 1. Схема двускатной крыши.

Использование конструкционной стали марки S350, а также оптимальная конфигурация сечения профиля обеспечивают высокую несущую способность и малый вес конструкций, тем самым сокращают стоимость и сроки строительства.

Особенности проектирования С-образных профилей на изгиб...

Для изготовления несущих конструкций каркасов зданий используют стандартные гнутые профили поперечным

Где и h — расчетная длина и высота сечения балки; — момент инерции сечения при кручении

Продольно-поперечный изгиб стержней переменного...

Задать вопрос