В статье рассмотрен расчет светопрозрачной оболочки, основываясь на полученных результатах, разработан конструктивный узел крепления профиля рамы светопрозрачной оболочки к несущим конструкциям покрытия жилого дома.
Ключевые слова: светопрозрачные оболочки, расчетные усилия, анкерное крепление, несущая рама.
Введение
В нашей стране осуществляются большие объемы гражданского и жилищного строительства. Жилые дома, детские сады и школы чаще всего имеют скатные или плоские кровли, которые практически не используются и недостаточно выразительны с точки зрения архитектуры. Устройство свето-прозрачных оболочек на покрытиях зданий приведет к появлению дополнительных полезных площадей на зданиях с плоскими кровлями, а также к улучшению их внешнего вида.
Рационально располагать такие конструкции на плоских покрытиях зданий и создавать их из светопрозрачных материалов.
Светопрозрачные оболочки могут быть использованы, как оранжереи со своим микроклиматом, детские игровые площадки, зрительные и конференцзалы для проведения концертов и собраний, помещения для выращивания ягод и овощей в течение круглого года и помещения для отдыха жильцов дома и прогулок детей. Настоящая статья посвящена разработке конструктивных и технологических решений для создания светопрозрачных оболочек на покрытиях зданий и сооружений.
В большинстве случаев, при строительстве светопрозрачных конструкций на плоских кровлях зданий, для крепления несущих конструкций к покрытию здания устраивают бетонную подушку, к которой закрепляют несущие конструкции светопрозрачной оболочки. Недостаток этого метода состоит в том, что бетонное основание создает дополнительную нагрузку на покрытие здания.
Альтернативный вариант представляет собой анкерное крепление к несущим конструкциям здания, которое будет менее трудоемко в устройстве, и исключает дополнительную нагрузку на покрытие от бетонного основания оболочки.
Цели изадачи.
Разработка узла крепления профиля светопрозрачной оболочки к несущим конструкциям здания. Для этого необходимо выполнить следующие задачи:
− Собрать нагрузки на светопрозрачную оболочку и выполнить расчет прочности и устойчивости предлагаемой конструкции.
− На основе полученных результатов расчета подобрать сечение несущих профилей оболочки и определить габаритные характеристики элементов крепления.
Рис. 1.Схема светопрозрачной оболочки
Светопрозрачная оболочка цилиндрической формы, прямоугольная в плане, состоит из стальных рам, связующих ригелей, и профилей купольно-крышной системы ALUTECH ALT SKL50, с заполнением из двухкамерных стеклопакетов. Система ALT SKL50 предназначена для светопрозрачных покрытий зенитных фонарей, куполов и других пространственных конструкций. Каркасом несущей конструкции являются наклонные либо вертикальные стойки и горизонтальные ригели шириной 50 мм. В конструкциях серии SKL50 применяется уплотнитель FRK117, который устанавливается на всю длину соответствующих профилей, что позволяет организовывать сбор и отвод влаги со всей конструкции.
Основными элементами крепления являются опорные пластины с траверсами, крепежные анкера и гайки. Профиль несущей рамы крепится к опорной пластине на сварке.
Для определения усилий в узле крепления несущей рамы с плитой, в программном комплексе Лира САПР, был выполнен расчет плоской рамы светопрозрачной оболочки пролетом 6 м и высотой в верхней точке 3м.
Всего на раму произведено 4 загружения:
- Постоянная нагрузка, включая собственный вес от профилей несущих рам и стеклопакетов.
- Полезная нагрузка от пребывания людей и оборудования.
- Нагрузка о т снега.
- Ветровая нагрузка.
После расчета РСУ и РСН выявлены самые неблагоприятные сочетания нагрузок, с усилиями в опорном узле:
N=0.83 т, My=0.22 т*м, Q=0.25 т
Рис. 2. Эпюра N при РСН 3
По полученным усилиям подобраны сечение несущих рам и прогонов.
Для несущих рам принят профиль “Молодечно” 120*60*5, для прогонов — профиль “Молодечно” 100*60*4.
Рис. 3. Проверка по 1 ПС
Рис. 4. Проверка по 2 ПС
Рис. 5. Проверка на МУ
По полученным усилиям приняты химические анкеры — 2 анкера HIS-N8.8 M10, компании HILTI. Эффективная глубина анкеровки hef=110мм, расчетное сопротивление на растяжение N=2,67 т, на сдвиг Q=1,84 т.
Опорную платину размером 200х220х10 мм, сталь С245. К пластине и стойке рамы привариваются траверсы 100х200х10 мм, сталь С245.
Необходимо, чтобы анкерные болты располагались в зоне стыка плит покрытия, таким образом, чтобы нагрузка от конструкции рамы передавалась на несущую стену (см. рис.6а и рис.6б).
Рис. 6а. Узел анкерного крепления рамы светопрозрачной конструкции к плитам покрытия
Рис. 6б. Сечение 1–1
Исходя из данного условия размещаем светопрозрачную конструкцию с опиранием на несущие стены, согласно плану раскладке плит покрытия (рис.7).
Рис. 7. Схема расположения светопрозрачной оболочки на покрытии жилого дома
Заключение
В настоящее время актуальным вопросом является улучшение архитектурного облика и рационального использования зданий путем устройства светопрозрачных оболочеке для устройства полезных площадей. Однако это имеет отношения лишь к новому строительству, а что касается уже существующих зданий, то этот вопрос требует разработки дополнительных конструктивных решений. Одним из таких решений является устройство светопрозрачных оболочек на покрытиях зданий, путем их надежного крепления к несущим конструкциям зданий.
Литература:
- Пространственные составные конструкции / Ю. А. Дыховичный, Э. З. Жуковский, М.: Высшая школа, 1989.
- Фермы, арки, тонкостенные пространственные конструкции / Н. В. Лебедева, — М.: Архитектура-С, 2006.
- СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23–81*" (с Поправкой, с Изменением N 1)
- Абашева, Л. П. Расчет стальных балочных клеток: учеб. пособие / Л. П. Абашева, М. Н. Кочепанова. — Пермь: Изд-во перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012.
- СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07–85* (с Изменением N 1)
- Светопрозрачные профильные системы [Электронный ресурс] URL: https://alutech-group.com/about/
- Химические анкера [Электронный ресурс] URL: https://www.hilti.ru/c/CLS_FASTENER_7135/CLS_INJECTABLE_ADHESIVE_ANCHORS_7135/r4803#nav %2Fclose
