10.1.3. Расчет стальных профилированных листов

Постоянные нагрузки от кровли для определения несущей способности профилированных листов принимают в зависимости от конструктивного решения кровельного настила.

В покрытиях с прогонной компоновкой при шаге прогонов 3 м профилированные листы или бескаркасные панели на их основе работают по двух-, трех- и четырехпролетной неразрезной схеме. В типовых беспрогонных конструкциях покрытия при шаге ферм 4 м рекомендуется применять неразрезную трехпролетную схему работы. В зонах действия снеговых мешков шаг прогонов уменьшают до 1,5 м. При шаге несущих конструкций покрытия 6 м можно использовать беспрогонное решение с панелями или настилом из профилированных листов с высотой гофра 114 мм. В структурных конструкциях с ячейкой верхнего пояса 3 × 3 м

468

профилированный настил рекомендуется раскладывать по четырехпролетной схеме.

Для покрытий в зданиях без перепадов высот, а также без повышенных участков, включая светоаэрационные фонари, выбор типа стальных листов можно производить по табл. П 7.4.

Тип стальных профилированных листов и их размеры для пониженных участков покрытий с перепадами высот, вызывающих образование снеговых мешков, и для настилов с расчетными схемами работы, отличающимися от указанных в табл. П.7.4, выбирают профилированные листы в каждом конкретном случае отдельно с проверкой прочности, деформативности и местной устойчивости сжатых полок и стенок гофров. Расчет в этом случае выполняют по формулам (8.15)...(8.18) [1]. При этом прогиб настила определяют по формуле f = (fP + а), где fP - прогиб настила, см, от нормативной равномерно распределенной нагрузки, определяемый для полосы шириной 1 м как для балки с соответствующей расчетной схемой; а - корректирующая добавка к прогибу: а = 0,2 см - для неразрезных схем, а = 0 - для однопролетных схем. Прогиб настила не должен превышать предельного значения, равного 1/150 l при пролете 3 м и f < 1/200 l при l > 3м. Прочность крепления настила проверяют по формулам (8.20), (8.21) [1].

Для покрытий с нагрузками, вызывающими необходимость повышения несущей способности настила по условиям местной устойчивости стенок гофров на опорах, рекомендуется проводить усиление надопорных участков настила с помощью вкладышей из отрезков профилей такой же марки, как и усиливаемый профиль, длиной по 300 мм в обе стороны от опоры. Местное критическое напряжение при этом можно определить по формуле (8.19) [1].

Варианты опирания кровельных настилов показаны на рис. 10.4.

В неотапливаемых зданиях профилированные листы применяют при уклонах кровли i = 5...12 %. Настил укладывают по прогонам при их шаге 3...6 м и крепят к ним через специальные Z-образные столики за верхние полки гофров короткими самонарезающими винтами или с помощью длинных винтов с l до 150 мм непосредственно за прогоны через один гофр (см. рис. 10.4, а). Вдоль гофров листы объединяют между собой с помощью комбинированных заклепок 3К с шагом 500 мм. Большая сдвиговая жесткость профилированного настила вдоль гофров позволяет в этом случае отказаться от установки тяжей по прогонам.

В теплых покрытиях профилированный настил можно использовать при беспрогонной компоновке шатра (см. рис. 10.4, б), если шаг рам или других несущих конструкций не превышает 4 м. При использовании

469

Рис. 10. 4. Варианты узлов опирания кровельных настилов при прогонной и беспрогонной компоновке шатра: а - опирание стальных профилированных листов на прогоны; б - на верхний пояс стропильных ферм при кровлях полистовой сборки и беспрогонной компоновке шатра; в - двухслойных бескаркасных панелей при рулонном гидроизоляционном ковре; г - двухслойных бескаркасных панелей с отдельно укладываемым гидроизоляционным слоем из стального профилированного листа; д - двухслойных бескаркасных панелей с гидроизоляционным слоем из рулонных материалов по жесткой минераловатной плите; е - двухслойных каркасных панелей с гидроизоляционным слоем из профилированного листа; 1 - самонарезающие винты; 2 - стальной профнастил; 3 - заклепка типа 3К; 4 - прогон; 5 - графитный защитный слой; 6 - гидроизоляционный ковер из 4...5 слоев рубероида; 7 - минераловатный плитный утеплитель; 8 - верхний пояс стропильной фермы; 9 - легкий эффективный утеплитель ППУ, вспененный на стальном профлисте; 10 - нижняя обшивка панели из гладкого или рефленого тонкого стального листа; 11 - верхний и нижний слои каркасной панели из стального профлиста; 12 - длинный самонарезающий винт; 13 - легкий припененный утеплитель; 14 - корытообразный опорный профиль из листа толщиной 1 мм; 15 - термоизолирующая прокладка из самоклеющейся рулонной резины; 16 - жесткая минераловатная плита; 17 - гидроизолирующий слой из толстой полиэтиленовой пленки; 18 - минераловатный прошивной утеплитель, завернутый в полиэтиленовую пленку; 19 - Z-образный опорный столик из листа толщиной 4 мм и шириной 40 мм; 20 - поперечные ребра (тетива) каркасной панели; 21 - теплоизолирующая прокладка из водостойкой фанеры (укладывается под полки опорного столика и на них)
Рис. 10. 4. Варианты узлов опирания кровельных настилов при прогонной и беспрогонной компоновке шатра:
а - опирание стальных профилированных листов на прогоны; б - на верхний пояс стропильных ферм при кровлях полистовой сборки и беспрогонной компоновке шатра; в - двухслойных бескаркасных панелей при рулонном гидроизоляционном ковре; г - двухслойных бескаркасных панелей с отдельно укладываемым гидроизоляционным слоем из стального профилированного листа; д - двухслойных бескаркасных панелей с гидроизоляционным слоем из рулонных материалов по жесткой минераловатной плите; е - двухслойных каркасных панелей с гидроизоляционным слоем из профилированного листа; 1 - самонарезающие винты; 2 - стальной профнастил; 3 - заклепка типа 3К; 4 - прогон; 5 - графитный защитный слой; 6 - гидроизоляционный ковер из 4...5 слоев рубероида; 7 - минераловатный плитный утеплитель; 8 - верхний пояс стропильной фермы; 9 - легкий эффективный утеплитель ППУ, вспененный на стальном профлисте; 10 - нижняя обшивка панели из гладкого или рефленого тонкого стального листа; 11 - верхний и нижний слои каркасной панели из стального профлиста; 12 - длинный самонарезающий винт; 13 - легкий припененный утеплитель; 14 - корытообразный опорный профиль из листа толщиной 1 мм; 15 - термоизолирующая прокладка из самоклеющейся рулонной резины; 16 - жесткая минераловатная плита; 17 - гидроизолирующий слой из толстой полиэтиленовой пленки; 18 - минераловатный прошивной утеплитель, завернутый в полиэтиленовую пленку; 19 - Z-образный опорный столик из листа толщиной 4 мм и шириной 40 мм; 20 - поперечные ребра (тетива) каркасной панели; 21 - теплоизолирующая прокладка из водостойкой фанеры (укладывается под полки опорного столика и на них)

470

настила с высотой гофра 114 мм и относительно небольшой нагрузке на покрытие шаг несущих конструкций может быть увеличен до 6 м.

Пример 10.1. Подобрать профнастил для покрытия двухпролетного отапливаемого здания с пролетами 2 × 24 м и перепадом высоты кровли между пролетами h = 3 м. Кровля здания плоская, уклон кровли 2,5 %. Строительство ведется во втором снеговом районе. По теплотехническим требованиям для кровли принят утеплитель фенольный плитный типа ФРП-1 толщиной 50 мм. Гидроизоляционный слой выполнен из полимерной армогидробутиловой пленки АК-7. Профилированный лист принят по ГОСТ 24045-94, материал-сталь С 255 (по ТУ 4-1-3432-82) с Ry = 29 кН/см2 и Rs = 16,5 кН/см2.

Несущие конструкции покрытия выполнены из сплошностенчатых рам, установленных с шагом 6 м. Компоновка прогонная, предварительно назначен шаг прогонов - 4 м.

Сбор нагрузок:

А. Постоянные нормативные:

  • 1) гидроизоляционный слой из полимерной пленки - 0,014 кН/м2;
  • 2) утеплитель (толщина 5,0 см; γ = 80 кг/ м3) - 0,04 кН/м2;
  • 3) пароизоляция из одного слоя рубероида - 0,04 кН/м2;
  • 4) стальной профилированный настил - 0,12 кН/м2;
  • 5) суммарная постоянная нагрузка ∑gn = (0,014 + 0,04 + 0,04 + 0,12) ≈ 0,214 кН/ м2.

Расчетная постоянная:

g = (0,014 · 1,2 + 0,04 · 1,2 + 0,04 · 1,2 + 0,12 · 1,05) ≈ 0,232 кН/м2.

Б. Снеговая:

Снеговая нагрузка для второго снегового района: S0 = 0,7 кН/м2.

Для повышенного участка покрытия

SN = S0μk = 0,7 · 1,0 · 0,8 = 0,51 кН/м2, где в соответствии с указаниями норм [6] (приложение 3 пп. 1; 8) μ = 1, k = 1,2 - 0,1 v = 1,2 - 0,1 · 4,0 = 0,8, где v - средняя скорость ветра за три наиболее холодных месяца. Принимаем по нормам v = 4,0 м/с. Расчетное значение снеговой нагрузки для повышенного участка покрытия s = SNγf - 0,51 · 1,6 = 0,816 кН/м2, где в соответствии с указанием [6] γf = 1,6. Суммарная расчетная нагрузка на профнастил повышенного участка покрытия: (g + s)= 0,232 + 0,816 = 1,048 кН/м2.

Для повышенного участка покрытия при шаге прогонов 4 м профилированный лист длиной 12 м работает по трехпролетной схеме. По табл. П7.4 принимаем профнастил Н57-750-0.8 с предельной несущей способностью 3,71 кН/м2, что больше проектной нагрузки, равной g + s = 1,048 кН/м2.

Для пониженного участка покрытия нормативное значение снеговой нагрузки определяем по указаниям п. 8а приложения 3 [6]. Интенсивность снегового мешка составляет max μ0 = 1 + 1/h (m1l1,1 + m2l2,1). где l1,1 и l2,1 - пролеты повышенного и пониженного участков; т1 и m2 принимаются равными 0,5 при уклоне кровли менее 10°; h = 3 м - перепад покрытия. Тогда: max μ0 = 1 + 1/3 (0,5 · 24 + 0,5 · 24) = 9 > 4, поэтому принимаем max μ = 4. Протяженность снегового мешка b = 2h = 2 · 3 = 6 м, μ0 = 2h / s0 = 2 · 3 / 0,7 = 8,6 > 4. Тогда максимальная ордината нормативной снеговой нагрузки у перепада высоты покрытия max S0 = 0,7 · 4 = 2,8 кН/м2. В соответствии с указаниями п. 5.5 [6] снижение снеговой нагрузки у перепадов высот на участке покрытия длиной bне учитывается.

Значение снеговой нагрузки после снегового мешка (х > b) определяется с коэффициентом μ = 0,5 (приложение 3, п. 8а [6]). Тогда min SN = 0,7 · 0,5 = 0,35 кН/м2. Соответствующие расчетные значения: max s = 2,8 · 1,6 = 4,48 кН/м2; min s = 0,35 · 1,6 = 0,56 кН/м2.

471

Суммарная нагрузка: нормативная: max (gn + max sn) = 0,214 + 2,8 = 3,014 кН/м2, min (gn + min sn) = 0,214+ 0,35 = 0,564 кН/м2; расчетная: max (g + max s) = 0,232 + 4,48 = 4,712 кН/м2, min (g + min s) = 0,232 + 0,56 = 0,792 кН/м2.

При такой проектной расчетной нагрузке принимаем по табл. П 7.1. и табл. П 7.4 профилированный лист марки Н75-750-0,8 по ГОСТ 24045-94 с геометрическими характеристиками на 1 м ширины Jx = 114,9 см2 и Wx = 25,8 см2 при сжатых узких полках; Wx = 28,5 см - при сжатых широких полках. Лист укладываем на прогоны широкими полками вверх для удобства размещения плитного утеплителя.

Расчетный максимальный изгибающий момент на средней опоре, ближайшей к перепаду высоты, при работе профнастила как трехпролетной неразрезной балки шириной 1 м [11]

Мmax = -0,100 s1l2 - 0,067 seql2 = -0,1 · 0,792 · 42 - 0,067 · 7,84 · 42 = -9,67кН·м,

где s1 = (g + min s); seq = s01/2(max μ - min μ)lγf = 0,7 · 0,5 (4 - 0,5) 4 · 1,6 = 7,84 кН/м2.

Расчетный момент в крайнем пролете под снеговым мешком: Мmах = 0,077 s1l2 + 0,092 · seql2 = 0,77 · 0,792 · 42 + 0,092 · 7,84 · 42 =12,52 кН·м, что больше момента в опорном сечении.

Условие прочности для опорного сечения (сжаты узкие полки)

σ = 9,67 · 102 / 25,8 = 37,4 кН/см2 > 1,05 · 29 = 30,5 кН/см2

не выполнено, поэтому принимаем шаг прогонов на пониженном участке покрытия 3 м. Профнастил теперь работает по четырехпролетной схеме. Тогда Mmax = -0,107s1l2 - 0,062 · seql2 = -0,107 · 0,792 · 32 - 0,062 · 7,84 · 32 = -5,14 кН·м; в крайнем пролете: Мmax = 0,077s1l2 + 0,09 seql2 = 0,77 · 0,792 · 32 + 0,09 · 7,84 · 32 = 6,94 кН·м. Условие прочности для опорного сечения σ = 5,14 · 102 / 25,8 =19,92кН/см2 < 1,05 · 29 = 30,5 кН/см2. Для пролетного сечения (сжаты широкие полки) σ = 6,94 · 102 / 28,5 = 24,35 кН/см2 < 1,05 · 29 = 30,5 кН/см2. Прочность профнастила по нормальным напряжениям обеспечена. Поперечная сила на крайней опоре

Qmax = 0,399 s1l + 0,438 seql = 0,399 · 0,792 · 3 + 0,438 · 7,84 · 3 = 11,24 кН.

На одну стенку гофра приходится (в профиле Н75-750-0,8 на ширине 1 м 10 стенок гофров) Q1 = 11,24 / 10 = 1,124 кН; тогда τ = 1,124 / (7,5 · 0,08) = 1,87 кН/см2 < 1,05Rsγc = 1,05 · 6,5 кН/см2. Прочность сечений обеспечена.

Прогиб под снеговым мешком f = (fP + a); f = 5(gn + min sn)l4 / (384EJ) + 0,2 = 5 · 2,02 · 10-2 · 34 · 108 / (384 · 2,1 · 104 · 114,9) + 0,2 = 1,08 см; f / l = 1,08/300 < 1/150. Условие жесткости обеспечено.

Местную устойчивость стенки проверяем по формуле (8.18) [1]. При этом σ = 24,35 кН/м2; V = 1,124 кН; (для прогона из I24 b = 11,5 см, r = 0,3 см) lef = b+2r = 12,1 < 1,5h; σlос = 1,124 / (0,08 · 11,25) = 1,25 кН/см2;

σcr = 2,92 · 1(1000 · 0,08/6,74)2 = 41,13 кН/см2; σloc cr = 25,8 · 0,12 = 5,4 кН/см2; 24,35/41,13 + 1,25/5,4 = 0,82 < 1. Местная устойчивость обеспечена.

472

Rambler's Top100
Lib4all.Ru © 2010.