Пример 3. Светопроницаемая однослойная стеновая панель для промышленного здания [1968 Иванов А.М., Алгазинов К.Я., Мартинец Д.В., Мартемьянов В.И. - Строительные конструкции с применением пластмасс]

Задание. Запроектировать светопроницаемую стеновую панель здании сборочных мастерских станкостроительного завода. Здание неотапливаемое, каркасно-панельное (рис. 31), размеры панели 118×298 см. Место строительства - Московская область.

Выбор материалов и конструкции. Из светопрозрачных пластмассовых материалов для промзданий заданного типа наиболее

приемлемым является полиэфирный стеклопластик, получаемый из неориентированного стекловолокна и полиэфирной смолы ПН-1 при соотношении стекла к смоле (по объему) 20 : 80. Выбираем волнистые листы 75/20 (длина волны 75 мм, высота 20 мм) при толщине 1 мм (см. рис. 7) с направлением волн вдоль пролета.

Для обрамления и поперечных ребер принимаем антисептированные сосновые бруски 7×2,5 см и 4×2,5 см.

Опирание панели осуществляется по короткой стороне путем прикрепления ее к деревянным клееным стойкам каркаса. Конструкция панели показана на рис. 32, расчетная схема приводится на рис. 33. Расчетный пролет 294 см совпадает с длинной стороной панели.

Для изготовления панели предусматривается применение полиэфирного клея, с помощью которого стеклопластик приклеивается к продольным ребрам обрамления. К поперечным ребрам стеклопластик крепится оцинкованными или кадмированными шурупами через деревянные бруски, поставленные под некоторой частью волн. Шурупы имеют металлические и герметизирующие эластичные шайбы. Диаметр отверстия для шурупов в стеклопластике превышает на 2 мм диаметр шурупа.

Рис. 31. Схема разрезки стен здания сборочных мастерских станкостроительного завода: 1 - светопроницаемые панели; 2 - глухие панели

Рис. 32. Светопроницаемая однослойная стеновая панель из волнистого стеклопластика с деревянным каркасом: а - план; б - поперечный разрез: 1 - обшивка из волнистого стеклопластика; 2 - деревянное ребро; 3 - деревянные поперечины; 4 - деревянная подкладка; 5 - шурупы с шайбами и упругими подкладками; 6 - гвозди

Рис. 33. Расчетная схема и расчетное сечение однослойной панели с деревянными ребрами

Нагрузки. Погонная ветровая нагрузка для района Москвы (СНиП П-А. 11-62, табл. 7) при ширине 118 см равна:

Расчетную продолжительность разового непрерывного действия ветровой нагрузки для района Москвы принимаем равной 3 суткам. Собственным весом панели пренебрегаем.

Определение прогиба и несущей способности панели при изгибе (рис. 33). Прогибы панели и прочность проверяем исходя из расчетной схемы ребристой панели, свободно опертой по коротким сторонам.

Вычисление прогиба. Расчет по второму предельному состоянию производим по формуле (16).

Момент инерции обшивки, содержащей 16 волн, относительно собственной нейтральной оси равен

здесь I_в - момент инерции одной волны (см. приложение 5). При отношении пролета панели к ее ширине l : B = 294 : 118 = 2,5, согласно рис. 18 коэффициент неравномерности для стеклопластика k = 0,64. Таким образом, момент инерции обшивки относительно собственной оси с учетом неравномерности распределения напряжений по ширине обшивки составляет

Определим положение нейтральной оси О-О составного сечения панели (рис. 33). Находим расчетный модуль деформаций полиэфирного стеклопластика Е. При продолжительности нагрузки трое суток по рис. 96 n_вр = 0,94. Поправочный коэффициент, учитывающий воздействие атмосферных условий средней полосы страны m = 0,85, берем из табл. 6. Таким образом

По СНиП П-В. 4-62 модуль упругости древесины при воздействии ветровой нагрузки

Приведенный статический момент сечения панели относительно оси х₁ - х₁

Определим приведенный к материалу ребер момент инерции сечения относительно нейтральной оси О-О

Проверка прочности панели.1) По нормальным напряжениям.

Наибольшие нормальные напряжения при изгибе панели возникают в нижних волокнах продольных деревянных ребер и в верхних волокнах обшивки. Максимальный изгибающий момент равен

Вычисляем максимальные нормальные напряжения и сравниваем их с расчетным сопротивлением для древесины сосны при изгибе

2) По напряжениям скалывания продольных деревянных ребер по нейтральной оси сечения панели. Расчетное значение поперечной силы над опорой

Статический момент сдвигаемой части сечения относительно нейтральной оси определяем с учетом разных модулей упругости материалов

Расчет на скалывание древесины производим по формуле

Клеевые швы между обшивками и ребрами в данном случае не проверяются, поскольку полиэфирный клей обеспечивает равнопрочное по отношению к древесине соединение.

Расчет элементов панели на местный изгиб.1) Проверка по прогибу и нормальным напряжениям в обшивке. Пролет обшивки равен расстоянию между поперечными диафрагмами. Расчетной схемой обшивки является трехпролетная неразрезная балка. Нормативная приведенная нагрузка при ее продолжительности в 3 суток

Момент инерции обшивки относительно собственной нейтральной оси I_х' = 7,2 см⁴, минимальный момент сопротивления (см. рис. 8)

Проверяем прогиб обшивки, вычисляя его исходя из расчетной схемы трехпролетной не разрезной балки по формуле

где m = 0,85 учитывает снижение модуля упругости при воздействии атмосферных условий (табл. 6)

Изгибающий момент при местном изгибе обшивки

Расчетное сопротивление обшивки изгибу с учетом атмосферных воздействий R_и = 0,75×660=495 кГ/см².

Суммарные нормальные напряжения в обшивке, возникающие при изгибе панели и при местном изгибе обшивки составляют

2) Проверка по нормальным напряжениям и прогибу поперечных ребер. Расчетный пролет l₂ = В—2b_Р=118—2×2,5 = = 113 см.

Изгибающий момент, действующий на поперечину

Заключение. На рис. 34 приводится фотография запроектированной панели. Панель легка, удобна при монтаже и эксплуатации. Для обеспечения необходимой освещенности помещений общая площадь стеклопластиковых панелей должна быть определена с учетом светопроницаемости полиэфирного стеклопластика, составляющей 0,65 [9].

Рис. 34. Светопроницаемая стеновая панель из волнистого стеклопластика с деревянным каркасом