Пропозиції щодо нормування коефіцієнта умов експлуатації покриття та їх вплив на сумарну навантаженість несучих конструкцій дахів

  (1)

Результати такого моделювання були описані й узагальнені в роботі [12]. Аналіз територіальної мінливості одержаних коефіцієнтів та їх залежності від термічного опору покриття RП дозволив отримати аналітичний вираз для обчислення коефіцієнта режиму експлуатації:

 . (2)

Як видно, залежність є досить простою й включає параметри, які обов’язково визначаються при проектуванні, а тому може бути рекомендована для введення в Державні будівельні норми України [10].

Для того, щоб оцінити економічний ефект застосування коефіцієнта Се, визначеного за формулою (2), доцільно виконати розрахунок конструкцій реальних покриттів з урахуванням висунутих пропозицій та за діючим ДБН [10]. Як приклад, розглянемо 3 характерні варіанти покриття з різними теплотехнічними характеристиками:

1. Сталеві оцинковані профільовані листи, RП = 0, 00002 Вт/ (м2•°С)

2. Залізобетонні ребристі плити з утеплювачем із керамзиту 100 мм та трьома шарами руберойду, RП = 0, 55 Вт/ (м2•°С)

3. Сендвіч-панель товщиною 100 мм, RП = 1, 56 Вт/ (м2•°С).

Для цих покриттів за формулою (2) знайдемо значення коефіцієнтів експлуатації в умовах усіх снігових районів України і обчислимо навантаження на конструкції з урахуванням отриманих коефіцієнтів. Результати розрахунку представлено в таблиці 1.

 

Таблиця 1

Значення коефіцієнта режиму експлуатації Се залежно від термічного опору покриття та снігового району

 

Із табл. 1 видно, що із зростанням характеристичного значення снігового навантаження коефіцієнт експлуатації покриття зменшується. Таким чином, він дозволяє істотно знизити снігові навантаження в районах із значними сніговідкладеннями, що мають властивість накопичуватися протягом зими. Для місцевостей, де накопичення снігу практично не спостерігається, а його випадання часто супроводжується поперемінними відлигами, ефект підтавання снігу за рахунок тепловтрат приміщень є мінімальним.

Для цих варіантів покриття для випадків усіх снігових районів з умов міцності підберемо сталеві кроквяні балки прольотом 15 м, що встановлені з кроком 6 м, і визначимо їх масу [13]. Результати розрахунків наведено в таблиці 2.

 

Таблиця 2

Розрахунок балок несучої конструкції покриття

 

Оцінювання впливу застосування коефіцієнта експлуатації покриття, розрахованого за формулою (2) на зусилля в несучих конструкціях та загальну масу сталі порівняно з класичним розрахунком виконано в табл. 3.

 

Таблиця 3

Ефективність застосування уточненого коефіцієнта експлуатації покриття

 

Середнє зменшення згинального моменту та економія сталі по кожному сніговому району показано на рисунку 1.

 

Рис. 1. Середнє зменшення внутрішнього зусилля та економія сталі для снігових районів України

 

Як видно з рисунка 1, найбільший ефект від застосування уточненого коефіцієнта експлуатації спостерігається в VI сніговому районі, де встановлено найбільше характеристичне значення снігового навантаження. Оскільки при розрахунках використовувалися прокатні профілі з певним кроком, то в окремих випадках зниження снігового навантаження виявилося недостатнім для зміни профілю, що викликало відсутність економії. Для другого варіанту покриття із значною власною вагою роль снігу в загальному навантаженні була незначною, відповідно витрати сталі залишилися незмінними. Для важкого залізобетонного покриття ефект від застосування уточненого коефіцієнта експлуатації покриття став помітним лише для VI снігового району, де характеристичне значення снігового навантаження є найбільш суттєвим порівняно з власною вагою покриття. При розрахунку легких покриттів, власна вага яких є значно меншою від величини снігового навантаження, роль коефіцієнта експлуатації є найбільшою, а застосування уточненого значення Се може дати економію витрат сталі від 5 до 30%.

Висновки. Коефіцієнт експлуатації покриття може бути знайдений за простою аналітичною формулою (2), придатною для включення до норм проектування. Запропонований підхід дозволяє диференціювати значення коефіцієнта Се залежно від термічного опору покриття, а в ряді випадків – істотно зменшити розрахункові значення снігових навантажень і дати суттєву економію сталі.

 

1. Нагрузки и воздействия на здания и сооружения / В. Н. Гордеев, А. И. Лантух-Лященко, М. А. Микитаренко, В. А. Пашинский, А. В. Перельмутер, С. Ф. Пичугин; Под общей редакцией А. В. Перельмутера. – К. : Издательство «Сталь», 2005. – 500 с.

2. Отставнов В. А. Прогнозируемые снеговые нагрузки на покрытиях отапливаемых зданий с учетом таяния на них снега / В. А. Отставнов // Вопросы надежности и совершенствования строительных конструкций. – Якутск: ЯГУ, 1996. -С. 23 – 30.

3. Снеговые нагрузки на покрытия зданий в условияхСевера (на примере Якутии) / В. В. Филиппов, А. Т. Копылов, Т. А. Корнилов и др. – М. : Наука, 2000. – 246 с.

4. Ледовской И. В. Проблемы теории снеговых нагрузок на сооружения: автореферат дис.... на соискание науч. степени доктора техн. наук: специальность 05. 23. 17 «Строительная механика» / И. В. Ледовской; ГОУ ВПО «СПбГАСУ». – СПб. : СПГАСУ, 2009. – 34 с.

5. Окулов П. Д. Анализ совместного воздействия нагрузок от подвесных кранов и снега на металлические конструкции покрытия промышленных зданий: Автореф. дис.... канд. техн. наук. – М. : МИСИ, 1984. – 17 с.

6. ASCE/SEI 7-10. Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures. – American Society of Civil Engineers, 2010. – 658 р.

7. National Building Code of Canada 2005. – National Research Council of Canada, 2005. – 1167 р.

8. EN 1991-1-3. Eurocode 1. Actions on Structures. – Part 1-3: General Actions. Snow Loads. – Brussels: CEN, 2003. – 56 p.

9. ISO 4355. Bases for design of structures – Determination of snow loads on roofs. – Switzerland: ISO, 1998. – 31 p.

10. ДБН В. 1. 2-2: 2006. Навантаження і впливи: чинний з 2007-01-01. – К. : Мінбуд України, 2006. – 59 с.

11. Пашинський В. А. Статистичне моделювання снігового навантаження на покриття опалюваних будівель / В. А. Пашинський, І. В. Молька, Б. А. Кутний // Збірник «Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди». – Вип. 22. – Рівне: НУВГП, 2011. – С. 686 – 691.

12. Пашинський В. А. Нормування коефіцієнта підтавання снігу на покриттях опалюваних будівель / В. А. Пашинський, І. В. Молька, Б. А. Кутний // Науковий вісник будівництва – № 66. – ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2011. – С. 164 – 172.

13. Лихтарников Я. М. Расчет строительных конструкций / Я. М. Лихтарников, Д. В. Ладыженский, В. М. Клыков. – [2-е изд., перераб. и доп. ]. – К. : Будівельник, 1984. – 368 с.