Силикатный кирпич в фасадных системах с воздушным зазором
Расчет на действие ударной волны
В расчете на действие ударной волны используются нагрузки, представленные в СНиП II-11-77* «Защитные сооружения гражданских зданий» и в методических указаниях М. Г. Годжелло «Расчет площади легкосбрасываемых конструкций для зданий и сооружений взрывоопасных производств».
Для высоты сооружения более 1,5 м динамическая нагрузка на стену определяется по формуле:
Р4=∆р+2,5∆р2(∆р+7,2),(16)
где: ∆р — давление на фронте ударной волны.
При взрыве горючих газов и жидкостей в среде окислителей понижается создающееся избыточное давление до допустимых нагрузок на ограждающие конструкции (0,05 — 0,15 кг/кв. см) увеличением расчетной площади легкосбрасываемых конструкций до практически возможных пределов. Ограждающие конструкции делают более прочными и устойчивыми, чем легкосбрасываемые ослабленные элементы, в том числе и с застекленными проемами. Если не удается понизить избыточное давление до допустимых нагрузок, то эти конструкции рассчитывают на ударный импульс взрывной волны. Мы же имеем дело с жилым домостроением, где площади легкосбрасываемых конструкций достаточно для того, чтобы на ограждающую стену пришлось давление не более 0,15 кг/кв. см.
Таким образом, ∆р=0,15 кг/кв. см.
Для перехода от динамических нагрузок к статическим используем коэффициент kдин=1,2 — при расчете на изгибающий момент, kдин=1,32 — при расчете на поперечную силу.
Тогда:
Р4=0,15+2,5·0,152/(0,15+7,2)=0,158 кг/кв. см;
РрасчМ=1,2·0,158=0,19 кг/кв. см;
РрасчQ=1,32·0,158=0,21 кг/кв. см.
Из уравнений равновесия найдем значения:
- реакции на опорах:
Rа= Rб=Р·b·l\2=0,21·14·100\2=147 кг,
- максимальный момент:
М=Р·b·l2/8=(0,19·14·1002)/8=3 325 кг·см,
- максимальное значение поперечной силы:
Q=147 кг.
Подставим полученные значения в формулу (7):
3 325 кг·см<20·4·4·(10–2)+3 600·0,126·(10–2)=12 589 кг·см.
Неравенство выполняется.
При расчете на поперечную силу используем формулы (12) и (13):
z=10–2=8 см;
147 кг < 2,5·14·8=280 кг.
Неравенство выполняется, следовательно, установка поперечной арматуры не требуется.
Армирование кирпичной стенки выполняется конструктивно в виде сетки с ячейкой 8х8 см арматурой АI, диаметр продольной и поперечной арматуры — 3 мм.
Прочностные расчеты системы
Прочностные расчеты включают проверку прочности и деформаций металлических профилей, анкерных болтов и деталей, несущих нагрузки от их собственной массы, массы облицовочных плит, утеплителя и от давления ветра, креплений к основным несущим конструкциям здания.
Физико-механические характеристики материалов профилей, их соединений и крепежных элементов следует принимать по СНиП II-23-81*.
Нагрузки от собственной массы облицовочных плит и утеплителя принимаются по паспортным данным предприятий-изготовителей. Временные нагрузки от ветра принимаются по СНиП 2.01.07-85, в данном случае для II-го ветрового района Санкт-Петербурга.
Усилия — изгибающие моменты, поперечные и продольные силы; прогибы определяются с использованием основных положений сопротивления материалов и строительной механики. Коэффициенты надежности по нагрузкам γf, а также единый коэффициент надежности по ответственности γп = 0,95 принимаются по СНиП 2.01.07-85.
Характеристики материалов
Расчетные сопротивления стальных профилей(МПа) на растяжение, сжатие и изгиб Ry=230; на сдвиг Rs=133; на смятие Rlp=175; модуль упругости Е=21·104. Коэффициент условий работы γc = 1.
Расчетные сопротивления стальных болтов и заклепок (МПа) на растяжение Rвt=170; на срез Rвs=150. Коэффициент условий работы γв=0,8.
Тип, конструкция и допускаемое усилие на 1 болт с дюбелем подбираются по каталогам фирм с учетом материала и состояния стены.
В качестве утеплителя применяются минераловатные плиты плотностью γ=90 кг/куб. м, толщиной δ=180 мм.
Расчетные схемы и нагрузки
Направления координатных осей приняты следующие:
- ось х — горизонтальная в плоскости стены;
- ось у — горизонтальная по нормали к стене;
- ось z — вертикальная в плоскости стены.
Болтовые соединения профилей к перекрытиям рассчитываются на действие усилий среза от вертикальных нагрузок.
Горизонтальные нагрузки от ветрового давления приняты условно для высоты Н = 80 м (25-этажное здание); нормативное значение ветрового давления для II-го ветрового района w0=0,3 кПа; коэффициент «К» для зданий высотой 80 м, для типа местности «В» К=1,45; коэффициент γр=1,3, учитывающий пульсационную составляющую ветровой нагрузки, и коэффициент γm — 1,2 увеличения средней величины ветрового давления.
Нормативная ветровая нагрузка qyn = wn = 0,3 · 1,45 · 1,3 · 1,2 = 0,68 кПа = 680 Н/кв. м. Расчетная нагрузка при коэффициенте надежности по нагрузке γf = 1,4: qy = 680 · 1,4 = 952 Н/кв. м.
Расчет вертикального профиля
Расчет вертикального профиля производился с помощью программного комплекса SCAD 11.1.
Общие характеристики:
- группа конструкции — 2;
- сталь — C345K, лист 4–10 мм;
- расчетное сопротивление стали —Ry= 3,4 Т/кв. см;
- коэффициент условий работы — 1;
- коэффициент надежности по ответственности — 0,95;
- предельная гибкость для сжатых элементов — 210–60 α;
- предельная гибкость для растянутых элементов — 400;
- высота стойки — 3 м;
- коэффициент расчетной длины — 1.
Коэффициент использования 0,650 604 — предельная гибкость в плоскости XoZ.
Результат подбора эквивалентного сечения
Подобранное сечение выглядит следующим образом:
Проверка жесткости вертикального профиля
Проверяется прогиб по нормали к стене, от действия нормативной ветровой нагрузки рn = 0,068 т/м = 0,68 Н/мм, с изгибающим моментом Мгn =0,0765 т·м = 765·103 Н·мм.
Расчет кронштейна (геометрические характеристики при-опорных сечений)
Кронштейн представляет собой металлическую пластину шириной 100 мм, толщиной 3 мм, размером по горизонтальной оси в 24 см.
в=100 мм; t= δ =3 мм; А = в·δ = 100·3 = 300 мм2; J = 100·33/12 = 225 мм4; W = 100 ·32/6 = 150 мм3; S = 100·1,52/2 = 113 мм3.
Вертикальное расчетное усилие, создаваемое весом утеплителя Nz=9,7 кг. Изгибающий момент: М=3 420 Н·мм. Максимальная поперечная сила Qz=75,0 Н.
Проверка прочности приопорных сечений кронштейна на растяжение (сжатие) с изгибом производится по формуле (M/W)·γn ≤ R·γс;
(3 420/150)·0,95 = 22,7 МПа < 120 МПа.
Прочность на растяжение (сжатие) с изгибом обеспечивается.
Проверка прочности кронштейна на сдвиг (срез) ее осуществляют по формуле:
от вертикальной нагрузки
(75,0·113·0,95)/(225·3)=11,9 МПа < 75 МПа.
Прочность на сдвиг (срез) обеспечивается.
Расчет крепления профиля к перекрытию
Крепление производится одним стальным болтом ∅ 12 мм с расчетным диаметром 9,7 мм и расчетной площадью сечения Аn = 73,9 мм2;
Wn=πr3/4=0,785·4,853=89,6 мм3. Расчетные сопротивления — Ny=0,102 т = 1020 Н.
Этот расчет ведут по формуле: ;
< 170·0,8 = 136 МПа;
По формуле Qz·γnn ≤ Rвs·γв·An = Nв;
71,2·0,95=68 Н < 150·0,8·73,9=8 868 Н;
Прочность болтов на срез обеспечивается.
В результате всего изложенного можно сделать следующие выводы.
В ходе исследования доказано, что совместное действие частей разрабатываемой конструкции обеспечивает необходимую прочность по I и II предельному состоянию; уменьшение толщины кирпичной стены существенно не влияет на теплотехнические характеристики конструкции в целом. Аксонометрический вид конструкции представлен на рисунке 2.
Уменьшение толщины кирпичной стенки приводит к снижению общей стоимости материалов, затрат на производство СМР, что, ввиду изменения объемов работ, ведет к уменьшению сроков выполнения работ, а также увеличению полезной площади здания.
Варьируя численные значения основных показателей объекта исследования, можно анализировать экономическую целесообразность совокупности основных параметров, не превышающих предельные значения, оговариваемые нормами и правилами РФ, включенных в тепломеханическую и конструктивную часть.
Экономия на стоимости материалов и СМР при переходе толщины стенки в один кирпич на стенку в полкирпича на 1 кв. м площади фасада составляет 688 руб. На 1 погонный метр периметра здания одного этажа (при средней высоте этажа 3 м) эта сумма составляет 688х3=2 064 руб.
Увеличение общей площади помещения вдоль фасада составляет 0,13 м на погонный метр. При средней стоимости 1 кв. м жилья 68 500 руб. увеличение площади приносит 0,13х68 500=8 905 руб. Итого экономический эффект, приходящийся на 1 погонный метр периметра здания, составляет 2064+8 905=10 969 руб. При среднем соотношении периметра к общей площади здания в численном значении 1 м: 8 кв. м экономический эффект на 1 кв. м общей площади составит 1 371 руб., что составляет 2 % средней стоимости 1 кв. м.
Литература
1. Машенков А. Н., Чебурканова Е. В., Ершов В. А., Щедров А. В. «Тепловлажностный расчет фасадных систем с воздушным зазором: Метод указания». Н. Новгород, 2005 г.
2. «Рекомендации по проектированию навесных фасадных систем с вентилируемым воздушным зазором для нового строительства и реконструкции зданий». М, 2002 г.
| Автор: Н. И. Ватин, И. С. Голуб, Н. Ю. Нечаева Дата: 10.09.2008 Журнал Стройпрофиль 6-08 Рубрика: конструкционные материалы для стен Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |  |