Пример 7. Светопроницаемая трехслойная плита для покрытия здания общественного назначения [1968 Иванов А.М., Алгазинов К.Я., Мартинец Д.В., Мартемьянов В.И. - Строительные конструкции с применением пластмасс]

Задание: Разработать конструкцию светопроницаемой части покрытия здания научно-исследовательской лаборатории в соответствии с прилагаемым планом (рис. 50). Ширина светопроницаемой части 12 м, материал - волнистый стеклопластик и антисептированная древесина. Район строительства - г. Харьков.

Выбор материалов и конструкции. В соответствии с заданием назначаем размеры плиты 6×1 м. В качестве обшивок используем светопроницаемый волнистый стеклопластик 125/35 мм (шаг волны 125 мм, высота 35 мм) толщиной 1,5 мм при содержании стекловолокна 20% (рис. 51).

Обрамление выполняется из деревянных антисептированных досок 25×3,5 см. Поперечные ребра - диафрагмы принимаются из таких же досок, но сечением 18×3,5 см; они располагаются через 1 м по длине плиты. Диафрагмы скрепляются с ребрами винтами или гвоздями. Под частью волн на диафрагмах устанавливаются деревянные подкладки. Крепление обшивок к поперечным диафрагмам осуществляется с помощью шурупов, под головки которых подкладываются стальные шайбы и упругие прокладки.

Рис. 50. Расположение светопроницаемых плит из стеклопластика в покрытии здания (план)

Рис. 51. Светопроницаемая плита покрытия с обшивками из волнистых листов стеклопластика и ребрами из древесины: а - план; б - поперечное сечение; в - продольный стык плит; 1 - обшивка из волнистого стеклопластика; 2 - деревянное ребро; 3 - деревянная поперечина; 4 - деревянные подкладки; 5 - шурупы с шайбами и упругими прокладками; 6 - гвозди или винты; 7 - накладка из волнистого стеклопластика на клею

Элементы плиты соединяются при ее изготовлении полиэфирным клеем на смоле ПН-1.

Нагрузки. Снеговая нормативная нагрузка для второго района по СНиП П-А. 11-62 Р₀ = 70 кГ/см². Продолжительность ее (см. приложение 3) -60 суток. При ширине 1 м на погонный метр плиты приходится 70 кГ.

Собственный вес вычисляем также на 1 м плиты.

Вес двух обшивок из волокнистого стеклопластика, имеющих по 8 волн, вес двух ребер и вес диафрагмы составляют:

Проверка прогиба и несущей способности плиты при изгибе.

Рассчитываем плиту, как ребристую, свободно опертую, при расчетном пролете 593 см.

Вычисление прогибов. Прогиб определяем как сумму прогибов от собственного веса плиты, являющейся длительно действующей нагрузкой, и от снеговой нагрузки, действующей в течение 60 суток.

Определим приведенный момент инерции сечения плиты с учетом разных модулей упругости материала обшивки и ребер, а также неравномерности распределения нормальных напряжений по ширине обшивки.

Приведенная ширина обшивок плиты из стеклопластика при отношении пролета плиты к расстоянию между ребрами

составит B_пр = kB = 0,88×100 = 88 см, где коэффициент неравномерности k = 0,88 определен по рис. 18.

Приведенный момент инерции обшивок относительно нейтральной оси

где момент инерции волны относительно собственной оси I_в = 3,2 см⁴ определен по приложению 5.

Приведенный к материалу обшивок момент инерции сечения плиты с учетом разных длительных модулей деформаций обшивок (табл. 5, 6, рис. 96) и ребер при постоянно действующей нагрузке от собственного веса конструкции

где E_дл = mn_врE = 0,85×0,50×60 000 = 25 500 кГ/см² - длительный модуль деформаций полиэфирного стеклопластика с учетом его работы в атмосферных условиях в средней полосе нашей страны; 0,8E₁ = 0,8×100 000 = 80 000 кГ/см²- модуль деформаций древесины по СНиП П-В. 4-62 при воздействии только постоянной нагрузки.

Приведенный к материалу обшивок момент инерции сечения с учетом разных временных модулей деформаций обшивок и ребер при снеговой нагрузке продолжительностью 60 суток (приложение 3):

где E_вр = mn_BPE = 0,85×0,55×60 000 = 28 000 кГ/см² - временной модуль деформаций стеклопластика (пвр определен по рис. 96, m = 0,85 учитывает работу в атмосферных условиях); Е = 100 000 кГ/см - модуль упругости древесины по СНиП Прогиб плиты от снеговой нагрузки равен

Суммарный прогиб плиты от собственного веса конструкций и снега f = f_I + f_I = 0,37 + 1,25 = 1,62 см, относительный суммарный прогиб

Проверка прочности. 1) По нормальным напряжениям в обшивках.

Находим расчетную нагрузку, приведенную к кратковременной

Расчетное сопротивление для стеклопластика на изгиб (табл. 5), работающего в атмосферных условиях средней полосы страны (табл. 6)

Определяем расчетный момент инерции сечения при нагрузках, приведенных к кратковременным с учетом разных модулей упругости обшивки и ребер

Максимальное нормальное напряжение в обшивках

2). По напряжениям скалывания в ребрах. Получаются также благоприятные результаты (см. пример 3, стр. 75).

Проверка прогиба и несущей способности обшивок при местном изгибе. Расчетная схема — многопролетная неразрезная балка. Нормативная приведенная нагрузка

где I_x' = 8I_B = 8×3,2 = 25,6 см⁴ - момент инерции обшивки относительно собственной оси.

Определяем нормальные напряжения при местном изгибе обшивки

Поскольку направления расчетных пролетов при местном и общем изгибе совпадают, напряжения от них складываются.

В сечении над средним ребром напряжения от местного изгиба равны

В этом же сечении напряжения от общего изгиба плиты равны 104 кГ/см². Общее суммарное напряжение

Рис. 52. Светопроницаемая плита покрытия 100×300 см с волнистыми обшивками из стеклопластика и ребрами из древесностружечной плиты, усиленной стеклопластиком

Остальные сечения не проверяем ввиду очевидного запаса их прочности.

Сопряжение плит. На рис. 51, в показан продольный стык панелей, стык перекрывается накладками из волнистого стеклопластика. К несущим нижележащим конструкциям светопроницаемые плиты могут крепиться способом, описанном в примере 6.

С торцов плиты герметизируются с помощью мастики и стеклоткани на полиэфирном связующем.

Заключение. Конструкция плиты ПП-Р весьма экономична. Расход материалов по весу составляет всего 17 кГ/м². Стоимость плит при массовом механизированном производстве может быть ниже стоимости устройства световых проемов в покрытиях из стеклоблоков или световых фонарей.

Применение сравнительно высоких устойчивых ребер позволяет значительно увеличить высоту плит и тем самым обеспечить большую жесткость и несущую способность конструкции. Ребра

могут быть выполнены не только из древесины, но и из других материалов (например, из стеклопластиковых профилей). В качестве примера на рис. 52 показана плита покрытия пролетом 3 м и шириной 1 м с ребрами из древесностружечной плиты, усиленной стеклотекстолитом.