§ 7. Покрытия промышленных и общественных зданий

Пример 6. Светопроницаемая плита для покрытия промышленного здания

Задание. Разработать конструкцию светопроницаемой плиты покрытия здания модельного цеха в соответствии с прилагаемым поперечным разрезом указанного цеха и планом покрытия (рис. 43). Расстояние между прогонами 3 м. Место строительства - г. Краснодар. Здание отапливаемое.

Выбор материалов и конструкции. На рис. 43 дана кривая освещенности здания при светопроницаемости конструкций равной 50%. Минимальная освещенность вполне допустима. В связи с этим принимаем обшивки плит из волнистых листов полиэфирного стеклопластика 75/20 (длина волны 75 и высота 20 мм) при толщине 1,5 мм. Обшивки соединяются на клею с трубами, которые являются продольными ребрами плиты (21]. Диаметр труб наружный 15 см, толщина стенки 3 мм. Шаг ребер 45 см. Трубы изготовлены также из полиэфирного стеклопластика способом намотки на дорн. Волнистые листы обшивок и трубчатые ребра хорошо сопрягаются между собой, таким образом обеспечивается достаточная площадь для склеивания, а также простота производства работ. Как положительную черту надо отметить также достаточную жесткость и устойчивость ребер трубчатой формы. Размер плиты принимаем 298×270 см (рис. 44).

Рис. 43. Здание модельного цеха: а - поперечный разрез; б - план покрытия: 1 - светопроницаемые плиты размером 270×300 см

Для уменьшения пролета верхней обшивки при работе на местный изгиб и для уменьшения ее расчетной длины при продольном изгибе вводятся поперечные диафрагмы, состоящие из отрезков труб. Отрезки труб в диафрагмах склеиваются между собой, а также с обшивками и ребрами. Для склеивания предусматривается применение полиэфирного клея на смоле марки ПН-1.

Нагрузки. Основным сочетанием нагрузок, действующих на плиту, является снег и собственный вес.

Снеговая нагрузка для 1 района (СНиП П-А. 11-62) составляет 50 кГ/м² плана плоского покрытия, а с учетом образования снеговых мешков 1,4×50 = 70 кГ/м².

На 1 м длины расчетной полосы шириной, равной расстоянию между продольными трубами 45 см, нормативная снеговая нагрузка составляет 0,45×70 = 31,5 кГ/м.

Продолжительность снеговой нагрузки для 1 района принимаем равной 45 суткам (приложение 3).

Собственный вес плиты вычисляем исходя из принятых размеров элементов и объемного веса материала труб 1600 кг/м³ и обшивок 1400 кг/м³

Вес трубы-ребра при наружном диаметре 15 см и толщине стенки 3 мм, вес поперечных диафрагм из тех же труб, располагаемых по длине плиты через 75 см, вес прокладок и стекложгута между гребнем волны и ребром и вес двух обшивок из волнистого стеклопластика на 1 м длины пролета выделенной полосы составляет

Рис. 44. План, фрагмент и поперечное сечение светопроницаемой плиты покрытия с обшивками из стеклопластиковых волнистых листов и ребрами из труб (ПП-Т): 1 - обшивка из волнистого стеклопластика; 2 - трубчатое ребро из стеклопластика; 3 - диафрагма из отрезков стеклопластиковых труб; 4 -прерывистые подкладки из стекложгута; б - продольный стык листов обшивок; 6 - накладка из стеклопластика

Вычисленные нагрузки приводим к кратковременным путем деления их на деформационный n_вр и прочностной k_дс временные коэффициенты. По кривым рис. 96 находим, что для собственного веса конструкции из полиэфирного стеклопластика при изгибе n_вр = 0,5 и k_дс = 0,22. Для труб принимаем приближенно те же значения коэффициентов, что и для неориентированного полиэфирного стеклопластика. Для снеговой нагрузки, продолжительностью 45 суток, находим по кривым рис. 96 n_вр = 0,57 и k_дс = 0,32. Подсчеты сводим в таблицу.

Определение прогиба и несущей способности плиты при изгибе. Расчет плиты производим по схеме свободно опертой ребристой трехслойной плиты при расчетном пролете 298-5 = 293 см. На рис. 45 приводится расчетная схема плиты.

Рис. 45. Расчетная схема трехслойной плиты ПП-Т

Вычисление прогиба. Прогиб вычисляем по формуле (16).

Модуль упругости полиэфирного стеклопластика 60 000 2, а модуль упругости материала труб 40 000 кГ/см². Момент инерции сечения выделенной полосы определяем с учетом разных модулей упругости материалов.

Отношение пролета плиты к расстоянию между ребрами составляет 293:45 = 6,5.

Согласно графику для коэффициента неравномерности (рис. 18) для стеклопластика k = 0,9 приведенная ширина выделенной полосы составит 45×0,9 = 40,5 см.

Приведенный момент инерции обшивок относительно нейтральной оси плиты

Момент инерции трубы из стеклопластика

Расчетный момент инерции выделенной полосы, приведенный к материалу обшивок

Учитываем также коэффициент снижения модуля упругости при эксплуатации в атмосферных условиях для южных районов страны m = 0,8 (табл. 6). Сравниваем вычисленный прогиб с допускаемым (приложение 4).

Проверка прочности. 1) По нормальным напряжениям в обшивках.

Расчетное сопротивление для материала обшивки на изгиб (табл. 5), работающего в атмосферных условиях (табл. 6)

Вычисляем максимальные нормальные напряжения в обшивках и сравниваем их с расчетным сопротивлением

где

2) По срезу стенок трубы в нейтральной плоскости плиты. Расчетное значение поперечной силы над опорой

Статический момент одной из обшивок относительно нейтральной оси

Статический момент половины сечения трубы относительно нейтральной оси

где

таким образом

Расчетный статический момент сдвигаемой части сечения относительно нейтральной оси, приведенный к материалу обшивок

Расчетное сопротивление на срез стенки трубы принимаем как для неориентированного полиэфирного стеклопластика (табл. 5) с учетом работы в атмосферных условиях (табл. 6)

Напряжения среза в стенке трубы сравниваем с расчетным сопротивлением срезу

3) По скалыванию клеевого шва между обшивками и трубой. Ширину клеевого шва в месте примыкания обшивки к трубчатому ребру принимаем с учетом непроклеек равной b_ш = 4 мм. Примененный полиэфирный клей ПН-1 имеет расчетное сопротивление (табл. 23) 60 кГ/см², а с учетом повышения в летних условиях температуры до 80° аналогично эпоксидному клею (табл. 24) — 18 кГ/см². Различием коэффициентов длительного сопротивления стеклопластика и полиэфирного клея при этом пренебрегаем.

Расчет производим по формуле

Определение прогиба и несущей способности элементов плиты при местном изгибе. Расчет на местный изгиб верхней обшивки производим на снеговую нагрузку, собственный вес листа обшивки не учитываем. Обшивку рассматриваем как четырехпролетную не разрезную балку. Пролет обшивки при местном изгибе равен расстоянию между поперечными диафрагмами l₁ = 75 см. Расчетную ширину полосы оставляем прежней, равной 45 см. Нормативная приведенная снеговая нагрузка равна (см. выше) 55 кГ/м, расчетная — 138 кГ/м.

Вычисляем прогиб обшивки

где момент инерции обшивки относительно собственной оси (см. приложение 5) при числе волн в расчетной полосе, равном шести,

Производим проверку нормальных напряжений в обшивке при местном изгибе. Наибольший изгибающий момент при загружении первого, второго и четвертого пролета равен

Момент сопротивления сечения обшивки относительно собственной оси

Нормальные напряжения при местном изгибе обшивки

Поскольку направления расчетных пролетов при местном и общем изгибе совпадают, напряжения от них складываются. Над средним ребром напряжения от местного изгиба при полном загружении равны

В этом же сечении напряжения от общего изгиба плиты равны 136 кГ/см². Всего получаем

В сечении над вторым поперечным ребром

Рис. 46. Продольный стык и заделка торца плит ПП-Т: а - продольный стык; б - заделка торца: 1 - волнистый стеклопластик; 2 - труба из стеклопластика; 3 - диафрагма из отрезкоз труб; 4 - прерывистая прокладка из стекложгута; 5 - половина трубы из стеклопластика; 6 - накладка из стеклопластика на клею; 7 - мастика на полимерном связующем; 8 - стеклоткань или алюминиевая фольга

Рис. 47. Фрагмент продольного стыка плит ПП-Т: справа - элементы до стыкования; слева - стык в собранном виде

Сопряжение плит между собой и с железобетонной кровлей.

Продольный стык плит между собой показан на рис. 46 и 47. Для обеспечения плотного примыкания стыкуемых плит одно из крайних ребер выполняется из половины трубы, которая при стыковании надвигается на трубчатое ребро соседней плиты. Дополнительно продольный стык плит перекрывается накладками из волнистого стеклопластика.

Герметизация плит с торцов достигается наклейкой нескольких слоев стеклоткани или слоя алюминиевой фольги и заделкой мастикой (см. рис. 46, б).

Рис. 48. Опирание светопроницаемых плит покрытия: 1 - светопроницаемая плита из стеклопластика ПП-Т; 2 - железобетонный прогон; 3 - верхний пояс фермы; 4 - утепленная глухая панель . покрытия; 5 - накладки из волокнистого стеклопластика; 6 - пластинка из стеклопластика; 7 - проволока; 8 - закладные детали; 9 - утеплитель из минваты; 10 - мастика на полимерном связующем

Плиты опираются на железобетонные прогоны и крепятся к ним как это показано на рис. 48. Здесь же приводится вариант сопряжения светопроницаемых плит с глухой железобетонной частью покрытия.

Заключение. Расход материалов на разработанный вид плиты ПП-Т невелик. Приведенная толщина составляет несколько миллиметров, а вес 15 кГ/м².

Общий вид плиты показан на рис. 49. Ввиду исключительной легкости плиты перед укладкой могут быть собраны в блоки значительной ширины.

Как показывает выполненный расчет, пролет может быть значительно увеличен и достигать 4,5÷6 м. Для этого надо усилить клеевой шов между обшивками и продольными трубчатыми ребрами, прочность которого в данном случае оказалась решающей.

При отсутствии стеклопластиковых труб они могут быть заменены антисептированными фанерными трубами или ребрами сплошного сечения из других легких и долговечных материалов (см. пример 7).

Рис. 49. Светопроницаемая стеновая плита размером 100×300 см, изготовленная из стеклопластиковых листов и труб