Главная|Контакты
ПОСЛЕДНИЕ ЗАПИСИ
Памятники культуры могут разрешить передавать между учебными заведениями

Памятники культуры могут разрешить передавать между учебными заведениями

Учебные заведения, находящиеся в признанных культурным наследием зданиях, возможно смогут...

06.09.16  В Королеве в октябре будет открыта пешеходная зона в технологическом стиле

31.08.16  Корпорация Технониколь открыла новый завод по производству минваты в Хабаровске

31.08.16  Отреставрированный корпус РЭУ им. Плеханова открыт

29.08.16  На строительство нового терминала аэропорта на Камчатке претендуют 4 инвестора

29.08.16  ЦАГИ включен в список объектов культурного наследия

28.08.16  На Северном Кавказе к 2017 году будет введен в экусплуатацию индустриальный комплекс

26.08.16  Жилой комплекс со спортивной инфраструктурой будет построен в Казани

26.08.16  В усадьбе "Константиново" откроется детский хоспис

25.08.16  Перинатальный центр на северо-западе Москвы в скоро времени будет построен

24.08.16  В ходе реставрации метро "Сокол" будут восстановлены исторические элементы

ТОП СТАТЕЙ
Опубликовано : 10.02.15 | Категория: Современные стальные конструкции
Уникальные большепролетные сооружения должны воспринимать любые виды нагрузок, определенные «Техническим заданием на проектирование», включая неравномерно распределенные временные нагрузки, статические и динамические нагрузки в виде грузов — сосредоточенных, полосовых, распределенных на небольшой площади, в случае необходимости и динамические воздействия, в том числе сейсмические.
Зачастую большепролетные покрытия находятся под действием только собственного веса, нагрузок от снега и ветра. К ним могут добавляться: предварительное натяжение, монтажные нагрузки, вызывающие дополнительные усилия, суммирующиеся с эксплуатационными нагрузками, гололедные и температурные воздействия, технологические нагрузки (от оборудования, подвесных потолков и т. п.), для которых необходимо учитывать возможное их увеличение в процессе длительной эксплуатации, реконструкции или модернизации сооружения. Некоторые большепролетные покрытия (например, висячие) имеют относительно небольшую собственную массу и незначительную изгибную жесткость. В этом случае неравномерные снеговые и ветровые нагрузки могут вызвать достаточно большие локальные, в том числе кинематические, деформации покрытия, привести к потере его устойчивости или к расстройству кровли. Это требует достаточно точного учета распределения и величин климатических нагрузок.
Разработка рекомендаций по определению климатических (снег, ветер) нагрузок на основании продувок модели сооружения в аэродинамической трубе. Для большепролетных покрытий с пространственной формой поверхности в нормативных документах в большинстве случаев отсутствуют данные по климатическим нагрузкам. В то же время этому вопросу посвящено достаточно много специальной литературы, где представлен значительный опыт теоретических, экспериментальных и натурных исследований нагрузок на пространственные покрытия разнообразной формы.
Для таких сооружений в большинстве случаев необходима разработка рекомендаций по определению снеговых и ветровых нагрузок на основании продувок модели сооружения в специализированной аэродинамической трубе. Анализ современных данных по этому вопросу показывает, что величина и распределение аэродинамических характеристик сооружения существенно зависят от характера и структуры набегающего потока (пограничного слоя атмосферы). Поэтому испытания следует проводить в аэродинамических установках, позволяющих моделировать действительные ветровые воздействия. Это требование отражено в современных нормах большинства стран.
Подобные аэродинамические трубы должны обладать длинной горизонтальной рабочей частью. Например, труба AT-17,5/3 фирмы УНИКОН (г. Новосибирск) имеет длину рабочей части 17,5 м, а выходное прямоугольное сечение сопла 2*1,5 м (высота). При необходимости рабочая часть может быть открыта на длине 3,1 м. Наличие длинной рабочей части позволяет моделировать структуру реальных ветровых режимов, в том числе изменение средней скорости ветра по высоте, структуру и масштаб турбулентности пульсационной составляющей скорости ветра. Поток в трубах с длинной горизонтальной частью формируется за счет тех же механизмов, что и ветер в естественных условиях, в результате взаимодействия с поверхностью пола трубы и за счет обтекания расположенных на ней препятствий (городская застройка, лесные массивы и т. п.). Меняя размеры и взаимное расположение элементов шероховатости на полу трубы, можно получать различные градиентные потоки, в том числе и соответствующие местностям типа А, В или С (по классификации СНиП 2.01.07-85).
Для выполнения работ изготавливается модель исследуемого сооружения с соблюдением геометрического подобия. Модель делается из дерева, листового полистирола, поливинилхлорида и оснащается датчиками, позволяющими измерять среднюю составляющую давления. Датчики (приемники давления) устанавливаются с учетом симметрии сооружения.
В пространственных большепролетных покрытиях возможно местное накопление снега, образование снеговых мешков, нагрузка от которых может в несколько раз превышать нормативные величины. Моделирование переноса снега в аэродинамической трубе дает возможность получить качественную характеристику возможных отложений снега на покрытиях сложной формы при разных направлениях ветра. Модель здания покрывается равномерным слоем имитатора снега — древесной мукой толщиной порядка 1 мм и устанавливается под различными углами в рабочей части трубы. После этого осуществляется ее продувка при скоростях потока, плавно возрастающих от нуля до 3-4 м/с. Скорость воздушного потока, соответствующая началу отрыва и переносу частиц модельного материала, зависит от его качества и формы покрытия. При влажности древесной муки порядка 7 %, размере частиц 0,1-0,2 мм перенос «снега» возникает, при скоростях ветра 2-2,5 м/с, что определяется визуально. Продувка продолжается при постоянной скорости воздушного потока до стабилизации «снегоотложений». Далее скорость ветра увеличивается на
0,25-0,5 м/с и указанные выше операции повторяются. Обычно при скоростях потока до 3+4 м/с, удается выявить наиболее неблагоприятные условия: снос «снега» с отдельных участков покрытия, зоны и величину его возможного накопления. В сочетании с расчетом переноса снега и сопоставления с известными условиями формирования снеговых нагрузок эта методика позволяет при различных углах направления потока уточнить интенсивность сноса снега с наветренных участков покрытия и повышенных отложений (снеговых мешков) в области падения скоростей ветрового потока, где действует ветровой отсос. Типичная несимметричная схема нагружения покрытия, когда на наветренной стороне «снега» мало, а на заветренной он остается в значительном объеме.
Известно, что интенсивность переноса снега по покрытию пропорциональна кубу скорости ветра (v3), а количество перемещаемого снега по различным направлениям — пропорционально повторяемости ветров (mv3). Учитывается, что зимы по количеству выпадающего и переносимого по покрытию снега в различных регионах весьма неоднородны. Например, в центральных областях количество выпадающих за зиму твердых осадков колеблется от 0,5 до 2,0 кПа (50+200 кгс/м2), а переносимых по поверхности покрытия — от 10 до 70 %. Ориентация модели по отношению к направлениям «ветра» выбирается с учетом наиболее вероятных ветровых потоков в зимнее время.
Снеговые нагрузки. Для климатических условий России снег зачастую составляет существенную долю в суммарных нагрузках на покрытии. Это тем более характерно для большепролетных оболочек. Расчетные значения веса снегового покрова, превышаемые один раз в 25 лет, принимаются по СНиП 2.01.07-85. Для обеспечения повышенной надежности конструкций большепролетных покрытий в расчетах рекомендуется учитывать коэффициент надежности по ответственности. При γn= 1,2 такая нагрузка соответствует количеству снега, выпадающего один раз в 100 лет с учетом 15% сноса с покрытий малых уклонов (фактический снос составляет 30-40%).
При определении снеговой нагрузки используется коэффициент μ для перехода от веса снегового покрова на земле к нагрузке на покрытии, учитывающий возможное перераспределение массы снега на покрытии в зависимости от его формы. Здесь следует обратить внимание, что, несмотря на пространственную форму покрытия (в ряде случаев провисающую форму), суммарная нагрузка на таких покрытиях не может быть выше, чем на уровне земли при той же площади поверхности.
В качестве первого варианта во всех случаях принимается равномерное распределение снега всей площади покрытия с интенсивностью нагрузки, определяемой коэффициентом μ=1. Это значение коэффициента μ определяет нагрузку в условиях малых скоростей ветра с минимальным сносом снега с покрытия. Такое загружение в большинстве случаев обеспечивает эксплуатационную прочность конструкции покрытия.
В ряде публикаций для большепролетных покрытий предлагается принимать увеличенную, по отношению к СНиП 2.01.07-85, расчетную снеговую нагрузку. В частности, в Московском регионе эту нагрузку рекомендуется увеличить до 3 кПа (300 кг/м2). Ошибка этого предложения состоит в том, что одну из четырех возможных условных интерполяционных зависимостей максимумов веса снегового покрова используют как экстраполяционную на 100-летний период, с применением статистических параметров, полученных по данным 50-летних наблюдений. Использование других зависимостей и параметров уменьшает результаты в 1,5-4 раза. Это предложение противоречит физической сущности назначения климатических нагрузок, не отвечает результатам многолетних статистических наблюдений, не соответствует никаким российским или зарубежным техническим документам. Такой формальный подход на основе приближенных математических зависимостей не может считаться научно обоснованным.
При проектировании большепролетных покрытий необходимо учитывать возможность сползания снега. Пространственные покрытия зачастую имеют уклон во внешнюю сторону порядка 10 градусов и выше и поверхность с низким коэффициентом трения (менее 0,02 в паре снег—покрытие), при оттепелях этот коэффициент снижается до нуля. Сползание снега с покрытия может создавать угрозу для находящихся вблизи сооружения людей. В связи с этим рекомендуется устройство низкопрофильного барьера по краю покрытия высотой не менее 0,3 м с устройством просвета 7-10 см между барьером и кровлей. Для провисающих покрытий сползание снега к его центру приводит к необходимости рассматривать схемы снеговой нагрузки с коэффициентом р, равным нулю по периметру покрытия, а в средних зонах этот коэффициент, определяемый исходя из равенства суммарного объема снега, может достигать значений, равных двум и более.
Ветровые нагрузки. Знание ветровых нагрузок при проектировании, необходимо в первую очередь для обеспечения общей устойчивости сооружения, а также при расчете отдельных конструктивных элементов. В ЦНИИСК им. Кучеренко проанализированы результаты испытаний ряда моделей пространственных покрытий, даны рекомендации по значениям аэродинамических коэффициентов.
При расчетах большепролетных покрытий в большинстве случаев должна учитываться динамическая составляющая ветровой нагрузки, вызываемая пульсациями скоростного напора и приводящая к колебаниям всей конструкции. В некоторых случаях не менее опасной может оказаться нагрузка, вызываемая пульсацией срывающихся вихрей, частота срыва которых может оказаться близкой к частоте собственных колебаний конструкции. При наступлении «ветрового резонанса» амплитуды колебания покрытия резко возрастают. Кроме того, при определенных скоростях ветра может возникнуть аэродинамическая неустойчивость (галлопирование или флаттер), при которой частота колебаний также совпадает с собственной частотой конструкции, а их амплитуда непрерывно возрастает с повышением скорости потока. Рассмотренные выше явления весьма сложны и мало изучены, требуют дальнейшей разработки, особенно в части экспериментальных исследований.
Усилия и перемещения от действия пульсационной составляющей wg ветровой нагрузки, как правило, должны определяться численным динамическим расчетом сооружения с использованием соответствующих методик расчета и программных комплексов. Кроме того, в этих целях могут быть использованы результаты соответствующим образом организованных модельных аэродинамических испытаний сооружений.
На предварительных стадиях проектирования пульсационную составляющую ветровой нагрузки, действующей в горизонтальном направлении, допускается определять по формуле
Нагрузки и воздействия при проектировании большепролетных зданий и сооружений

где: wm — средняя составляющая нагрузки; ζ(z) — коэффициент, учитывающий изменение пульсационной составляющей давления ветра на высоте z; v = 0,65 — коэффициент корреляции пульсаций давлений; ξ, — коэффициент динамичности, определяемый в соответствии с указаниями п. 6.7,6 СНиП 2.01.07-85, в зависимости от низших собственных частот сооружения в горизонтальном направлении. Полученные таким образом расчетные значения ветровой нагрузки могут быть использованы для оценки прочности несущих конструкций сооружения, а также воздействий, передаваемых на его фундамент и основание.
При проектировании несущих конструкций покрытия рекомендуется использовать такие конструктивные решения, при которых его низшая собственная частота f1 в вертикальном направлении превышает 1,0 Гц. В этом случае пульсационную составляющую ветровой нагрузки, действующей на покрытие, допускается определять по формуле (1.1), где 1,2, а коэффициент корреляции v определяется по табл. 9 СНиП 2.01.07-85 в зависимости от грузовой площади, с которой собирается рабочая нагрузка. В случае, если частота f1≤1,0 Гц, для оценки динамической реакции покрытия в вертикальном направлении необходимо использовать специальные методы расчета. В приближенных расчетах влияние динамической составляющей ветра можно учитывать повышающим коэффициентом.
Температурные климатические воздействия. В случаях, предусмотренных нормами, учитывается перепад температуры (изменение во времени), определяемый в соответствии с требованиями разд. 8 СНиП 2.01.07-85. Температура конструкции определяется для двух случаев: для летнего периода (при необходимости с учетом ее нагрева вследствие солнечной радиации) и для зимнего периода. При неизвестной температуре замыкания пространственной конструкции учитываются экстремальные перепады температур. Различают отапливаемые и неотапливаемые (открытые) сооружения и конструкции, защищенные или не защищенные от воздействия солнечной радиации. Прирост температуры вследствие нагрева солнцем конструкций, не защищенных от солнечной радиации, определяется в зависимости от величины суммарной солнечной радиации для широты стройплощадки по табл. 4 и 5 СНиП 23-01-99, с учетом коэффициента поглощения солнечной радиации для материала наружной поверхности — по приложению 7 СНиП II-3-79; коэффициентов, определяемых видом и ориентацией поверхности и материалом конструкции сооружения, — по табл. 17 и 18 СНиП 2.01.07-85.
Гололедные нагрузки. На элементах большепролетных покрытий, в частности вантовых систем, возвышающихся над поверхностью земли на 20+50 м, могут образовываться отложения гололеда (снежно-ледовой массы с объемным весом от 0,3 до 0,8 г/см3). С точки зрения нагрузки, гололед несоизмеримо мал по сравнению с нагрузками от собственного веса конструкций и снега и в большинстве случаев не требует специального учета. В то же время отложения гололеда, например на вантах, существенно меняют их аэродинамические характеристики. При оценке надежности кровли должна учитываться возможность падения на нее кусков гололедных отложений.
В качестве примера приведем расчеты, сделанные применительно к вантовому покрытию над трибунами стадиона «Локомотив». Толщина возможных отложений гололеда на элементах подвесной системы (вантах) в соответствии с табл. 11 и 13 СНиП 2.01.07-85 для условий г. Москвы на высоте 10 м от поверхности земли составляет 5 мм, а на высоте 30 м — 7 мм. При периметре троса порядка 50 см и площади поверхности одного погонного метра 5000 см2 масса гололедных отложений примерна равна 31,5 кг, вес одного «куска» гололеда при его «отвале» с половины погонного метра — 10 кг. Учитывая приближенность указанных выше оценок, рекомендуется выполнять натурные наблюдения в период первых лет эксплуатации сооружения с выполнением дополнительных страховочных мероприятий в случае их необходимости.
Сейсмические воздействия. Конструкции зданий с большепролетными покрытиями, проектируемые для строительства в сейсмических районах, должны удовлетворять расчетам на особое сочетание нагрузок с учетом сейсмических воздействий. Большепролетные конструкции в большинстве случаев обладают незначительным собственным весом, при этом их работа в плоскости покрытия приближается к жесткому диску. Все это определяет сейсмостойкость рассматриваемых систем.
Как известно, сейсмические силы в пространстве могут быть направлены произвольно. Для обычных зданий они, как правило, принимаются действующими горизонтально. Большепролетные покрытия разнообразны по форме в плане и конструктивным решениям, и для них необходимо рассматривать любое возможное направление сейсмической волны по отношению к сооружению. В них, ввиду относительно малого затухания, необходимо учитывать также и вертикальную составляющую сейсмического воздействия. Динамическая расчетная модель покрытия принимается в виде системы с распределенной вертикальной нагрузкой или в виде системы дискретных масс, связанных с покрытием.
Вертикальные несущие конструкции сооружения рассчитываются на горизонтальные сейсмические нагрузки. Расчетная схема сводится, как правило, к системе с одной степенью свободы, с массой, сосредоточенной в уровне покрытия. Жесткость покрытия в горизонтальной плоскости принимается бесконечной, а колонны, стены, пилоны, связевые блоки и другие вертикальные несущие конструкции — жестко заделанными в фундаментах и шарнирно присоединенными к покрытию.
При расчете зданий пролетом более 36 м кроме горизонтальной сейсмической нагрузки учитывается крутящий момент относительно вертикальной оси здания, проходящей через центр жесткостей. Величина расчетного эксцентриситета между центрами масс и жесткостей в уровне покрытия здания принимается по фактическим данным, но не менее 0,02В, где В — размер здания в направлении, перпендикулярном действию сейсмической силы.
При выборе конструктивных решений необходимо обеспечивать снижение сейсмических нагрузок за счет уменьшения массы несущих и ограждающих конструкций. Особое внимание следует уделять обеспечению четкой передачи инерционных нагрузок с покрытия на вертикальные несущие конструкции и фундаменты, надежности работы несущих конструкций и их сопряжений, обеспечению жесткости покрытия в горизонтальной плоскости.
Учет сочетаний нагрузок. При определении расчетных величин напряжений и перемещений конструкций с учетом сочетаний нагрузок и воздействий рекомендуется руководствоваться примечанием к п. 1.12 СНиП 2.01.07-85, в соответствии с которым: в основных сочетаниях (т. е. на воздействия нагрузок от собственного веса, снега, ветра и температуры) при учете трех и более кратковременных нагрузок их расчетные значения следует умножать на коэффициенты ψ2, принимаемые для первой (по степени влияния) кратковременной нагрузки — 1,0, для второй — 0,8, для остальных — 0,6.
В этом случае неблагоприятные усилия в конструкции определятся из их расчета на нижеуказанные комбинации расчетных значений нагрузок: G — собственный вес конструкций; S — снеговые нагрузки; W — ветровые нагрузки; T — температурные воздействия. Рекомендуемые значения коэффициентов сочетаний представлены в табл. 1.1. При расчете на сочетания климатических воздействий необходимо составить реально возможные комбинации (например, в случае учета изменения температуры в летний период их нельзя сочетать со снеговыми нагрузками и т. д.).
Нагрузки и воздействия при проектировании большепролетных зданий и сооружений

Так как пространственные большепролетные конструкции относятся к системам, в которых в большинстве случаев необходимо учитывать геометрическую нелинейность, при их расчете неприменим принцип независимости действия сил, и поэтому их приходится рассчитывать на одновременное совместное воздействие различных нагрузок.
Повышенный уровень ответственности таких сооружений следует учитывать, применяя коэффициент надежности не менее 1,2.
Похожие новости