Определение оптимальных геометрических параметров шпренгельных балок из LVL с двумя наклонными стойками | Статья в журнале «Молодой ученый»

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

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Архитектура, дизайн и строительство

Опубликовано в Молодой учёный №21 (311) май 2020 г.

Дата публикации: 25.05.2020

Статья просмотрена: 8 раз

Библиографическое описание:

Шестаков, И. С. Определение оптимальных геометрических параметров шпренгельных балок из LVL с двумя наклонными стойками / И. С. Шестаков, А. Б. Шмидт. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 21 (311). — С. 582-585. — URL: https://moluch.ru/archive/311/70327/ (дата обращения: 09.07.2020).



Статья затрагивает одну из актуальных проблем в индустрии деревянного строительства, в частности использование шпренгельных балок из LVL как несущих конструкций зданий и сооружений. Процесс исследования включал в себя создание различных расчетных схем и их последующий расчет в программном комплексе SCAD. Было проведено вариантное проектирование шпренгельных балок с двумя наклонными стойками различных конфигураций, а также проведен их сравнительный анализ. Цель работы — поиск оптимального варианта расположения шпренгельных стоек относительно верхнего пояса балки.

Ключевые слова: шпренгельная балка, деревянные конструкции, клееный брус, шпренгельная тяга, статический расчет, LVL.

Использование шпренгельных систем позволяет решать ряд конструктивных задач в современном строительстве, например перекрытие пролетов различной длины, усиление существующих конструкций путем превращения их в шпренгельные системы, а также оптимизация различных вариантов конструктивных схем зданий и сооружений. Одной из особенностей шпренгельных балок является их многообразие и вариативность.

В основу данной статьи легли исследования шпренгельных балок состоящих из комбинации деревянных и металлических элементов, основным конструктивным материалом которых является брус из многослойного клееного шпона (LVL), а расчетная схема представляет собой систему состоящую из верхнего пояса, двух наклонных шпренгельных стоек и шпренгельных тяг. Основной задачей исследования является поиск рациональной геометрической схемы для шпренгельной балки с двумя наклонными стойками.

Для проведения расчета и анализа полученных результатов были созданы три расчетные схемы шпренгельной балки с различными геометрическими характеристиками с помощью программного комплекса AutoCAD и произведен их дальнейший экспорт в расчетный комплекс SCAD, в котором были выполнен линейный статичный расчет.

Исходные данные для всех трех балок:

– Пролет балки — 10 000 мм

– Поперечное сечение верхнего пояса (LVL) — 90х200 мм

– Поперечное сечение шпренгельный стоек (LVL) — 90х120 мм

– Шпренгельная тяга — сталь круглая d39 мм

– Нагрузка от снега — 1 т/м

– Нагрузка от собственного веса конструкции

Рис. 1. Балка № 1, геометрическая схема

Рис.2. Балка № 1, Эпюра изгибающих моментов от комбинации нагрузок

В данном варианте, при равных расстояниях между точками крепления стоек к поясам, в пролетах балки и на опорах возникают моменты, сильно различающиеся по модулю, что не является оптимальной работой шпренгельной системы.

Разница моментов в центральном пролете и на прилегающих опорах стоек равна:

ΔМ1 = 1,005 / 0,397 = 2,531

Рассмотрим следующий вариант, с иным расположением шпренгельных стоек:

Рис. 3. Балка № 2, геометрическая схема

Рис. 4. Балка № 2, Эпюра изгибающих моментов от комбинации нагрузок

Второй вариант балки показывает более равномерное распределение изгибающего момента в центральном пролете и на прилегающих точках крепления стоек.

ΔМ2 = 1,142 / 0,876 = 1,30

Промежуточным итогом может быть следующий вывод — шпренгельные стойки следует располагать таким образом, чтобы центральный пролет был больше, чем боковые, что приведет к более равномерному распределению изгибающего момента в верхнем поясе шпренгельной балки. В частности, для балки пролетом 10 000мм, оптимальным вариантом будут пролеты 3000 мм; 4000мм; 3000мм.

В рамках данного исследования также был проведен анализ схемы, в которой было уменьшено расстояние между верхним поясом шпренгельной балки и затяжкой. Рассмотрим такой вариант:

Рис. 5. Балка № 3, геометрическая схема

Рис. 6. Балка № 3, Эпюра изгибающих моментов от комбинации нагрузок

Получив величины изгибающих моментов в балке № 3, можно наблюдать еще более равномерную работу шпренгельной системы.

ΔМ3 = 1,103 / 1,08 = 1,02

Проведя анализ всех трех балок, можно сделать ряд выводов о зависимостях между геометрическими характеристиками и распределением внутренних усилий в конструкции и сформировать их в виде рекомендаций к проектированию данного типа балок с пролетом до 10–12 метров:

  1. Расстояния между точками крепления шпренгельных стоек и опорами рекомендуется принимать меньше, чем центральный пролет балки.
  2. Шпренгельная стойка должна быть установлена по биссектрисе угла, образованного в точке пересечения шпренгельных тяг.
  3. Расстояние между верхним и нижним поясом рекомендуется принимать равным 1/10 от длины всей балки.

Одной из важнейших задач изучения шпренгельных систем является поиск оптимальных геометрических и жесткостных характеристик данных систем для дальнейшего создания надежных и унифицированных шпренгельных балок. Такие системы подойдут для решения множества задач в современном строительстве, реконструкции и усилении существующих зданий и сооружений. Балки такого типа требуют более глубокого изучения, дополнительных исследований для их эффективного использования в индустриальном строительстве.

Литература:

  1. СП 64.13330.2017 Деревянные конструкции Актуализированная редакция СНиП II-25–8.
  2. Шмидт А. Б., Дмитриев П.А, Атлас строительных конструкций из клееной древесины и водостойкой фанеры», Учебное пособие./ М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2002,-292-с.
  3. И. М. Гринь, В. В. Фурсов, Д. М. Бабушкин и др., Проектирование и расчет деревянных конструкций: Справочник. Изда-во Будивэльнык, 1988. — 240с
  4. Е. Н. Серов, Ю. Д. Санников, А. Е. Серов. Проектирование деревянных конструкций. СПб.: Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2010. 534 с.
Основные термины (генерируются автоматически): LVL, шпренгельная балка, балок, SCAD, верхний пояс, комбинация нагрузок, центральный пролет, геометрическая схема, стойка, Поперечное сечение.


Ключевые слова

деревянные конструкции, шпренгельная балка, клееный брус, шпренгельная тяга, статический расчет, LVL

Похожие статьи

Расчет однопролетной балки | Статья в журнале «Молодой ученый»

2) Изобразить расчетную схему балки в соответствии с вариантами закрепления и

Расчет однопролетной балки. Ремонт наклонных плоскостей надрессорной балки вагонов.

Расчётный пролёт балки l0 принимаем равным. (1). где l — длина балки, м; l’ — величина заделки балки...

Расчет двух балок, лежащих на упругом неоднородном основании...

Рассмотрен приближенный метод расчета шарнирно связанных двух балок, лежащих на упругом неоднородном основании при действие произвольной распределенный нагрузки. С помощью прерывателей Герсеванова распределённая нагрузка представлена в самом общем...

Сопряжение пластинчатых элементов по шарнирной схеме

Использование вычислительных программных комплексов играют первостепенную роль в развитии методик расчёта [1], а так же экономической эффективности проектирования [2]. Однако при их использовании могут возникнуть ряд проблем...

Совершенствование методики расчёта пологих железобетонных...

Данная статья посвящена особенностям расчёта пологих железобетонных сводов, опирающихся на металлические балки. В ней приведены основные причины ошибок при проектировании подобных конструкций, ведущие, в дальнейшем, к их неоправданному усилению. Кроме того...

Применимость программного комплекса SCAD для расчета...

Проведен анализ прогрессирующего разрушения каркасно-панельного производственного здания с применением вычислительного комплекса SCAD, обладающего осевой симметрией при удалении одного элемента из группы эквивалентных элементов. Формула определения...

Исследование работы железобетонных балок с пролетом среза...

Опытные образцы коротких балок проектировались прямоугольного сечения с размерами 25х40 см

Схема и общий вид установки для испытаний показаны на рис. 1. Нагружение балок

По результатам экспериментальных исследований коротких железобетонных балок с пролетом...

Определение преднапряженного состояния гнутоклееной балки...

Рис. 2. Расчетная схема балки и поперечное сечение. Расчет производился в упругой стадии с использованием вычислительного комплекса «Лира».

Применимость программного комплекса SCAD для расчета... Оба метода расчета позволяют, как проверить, так и подобрать сечение...

Теоретические исследования напряжено-деформируемого...

Расчет балки выполнен в программном комплексе SCAD v11.5, в качестве конечного элемента используется прямоугольный конечный элемент плиты 11 типа, модель построена в соответствии с расчетной схемой, показанной на рис 1. При создании модели использовались...

Анализ деформаций нагелей в карнизном узле трехшарнирной...

В статье проведен анализ распределения напряжений в поле карнизного узла трехшарнирной рамы из LVL на металлических нагелях, расставленных по концентрическим окружностям. Составлена конечно-элементная модель полурамы, проведен численный эксперимент, в...

Влияние сдвига при расчете усиления с помощью...

Шаг балок — 150 см, пролет в чистоте 800 см. В качестве элементов усиления принимаем устройство бетонной плиты по верхним полкам балок, толщиной 10 см из бетона В25. (Рис. 1). Совместная работа плиты и балки обеспечивается конструктивными мероприятиями.

Похожие статьи

Расчет однопролетной балки | Статья в журнале «Молодой ученый»

2) Изобразить расчетную схему балки в соответствии с вариантами закрепления и

Расчет однопролетной балки. Ремонт наклонных плоскостей надрессорной балки вагонов.

Расчётный пролёт балки l0 принимаем равным. (1). где l — длина балки, м; l’ — величина заделки балки...

Расчет двух балок, лежащих на упругом неоднородном основании...

Рассмотрен приближенный метод расчета шарнирно связанных двух балок, лежащих на упругом неоднородном основании при действие произвольной распределенный нагрузки. С помощью прерывателей Герсеванова распределённая нагрузка представлена в самом общем...

Сопряжение пластинчатых элементов по шарнирной схеме

Использование вычислительных программных комплексов играют первостепенную роль в развитии методик расчёта [1], а так же экономической эффективности проектирования [2]. Однако при их использовании могут возникнуть ряд проблем...

Совершенствование методики расчёта пологих железобетонных...

Данная статья посвящена особенностям расчёта пологих железобетонных сводов, опирающихся на металлические балки. В ней приведены основные причины ошибок при проектировании подобных конструкций, ведущие, в дальнейшем, к их неоправданному усилению. Кроме того...

Применимость программного комплекса SCAD для расчета...

Проведен анализ прогрессирующего разрушения каркасно-панельного производственного здания с применением вычислительного комплекса SCAD, обладающего осевой симметрией при удалении одного элемента из группы эквивалентных элементов. Формула определения...

Исследование работы железобетонных балок с пролетом среза...

Опытные образцы коротких балок проектировались прямоугольного сечения с размерами 25х40 см

Схема и общий вид установки для испытаний показаны на рис. 1. Нагружение балок

По результатам экспериментальных исследований коротких железобетонных балок с пролетом...

Определение преднапряженного состояния гнутоклееной балки...

Рис. 2. Расчетная схема балки и поперечное сечение. Расчет производился в упругой стадии с использованием вычислительного комплекса «Лира».

Применимость программного комплекса SCAD для расчета... Оба метода расчета позволяют, как проверить, так и подобрать сечение...

Теоретические исследования напряжено-деформируемого...

Расчет балки выполнен в программном комплексе SCAD v11.5, в качестве конечного элемента используется прямоугольный конечный элемент плиты 11 типа, модель построена в соответствии с расчетной схемой, показанной на рис 1. При создании модели использовались...

Анализ деформаций нагелей в карнизном узле трехшарнирной...

В статье проведен анализ распределения напряжений в поле карнизного узла трехшарнирной рамы из LVL на металлических нагелях, расставленных по концентрическим окружностям. Составлена конечно-элементная модель полурамы, проведен численный эксперимент, в...

Влияние сдвига при расчете усиления с помощью...

Шаг балок — 150 см, пролет в чистоте 800 см. В качестве элементов усиления принимаем устройство бетонной плиты по верхним полкам балок, толщиной 10 см из бетона В25. (Рис. 1). Совместная работа плиты и балки обеспечивается конструктивными мероприятиями.

Задать вопрос