CC BY
41
Вестник Евразийской науки / The Eurasian Scientific Journal https://esj.today 2018, №6, Том 10 / 2018, No 6, Vol 10 https://esj.today/issue-6-2018.html URL статьи: https://esj.today/PDF/08SAVN618.pdf Статья поступила в редакцию 25.09.2018; опубликована 16.11.2018 Ссылка для цитирования этой статьи:
Нагрузова Л.П., Решетова Е.С. Анализ работы конструктивных элементов высокопрочного монолитного перекрытия по профнастилу // Вестник Евразийской науки, 2018 №6, https://esj.today/PDF/08SAVN618.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.
For citation:
Nagruzova L.P., Reshetova E.S. (2018). Analysis of behaving structural elements of high-strength monolithic flooring on corrugated board. The Eurasian Scientific Journal, [online] 6(10). Available at: https ://esj. today/PDF/08SAVN618.pdf (in Russian)
УДК 692.522.2
Нагрузова Любовь Петровна
ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» Хакасский технический институт, Абакан, Россия
Профессор
Доктор технических наук, доцент E-mail: [email protected]
Решетова Екатерина Сергеевна
ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» Хакасский технический институт, Абакан, Россия
Магистрант
E-mail: [email protected]
Анализ работы конструктивных элементов высокопрочного монолитного перекрытия по профнастилу
Аннотация. Проведен глубокий анализ монолитного перекрытия по профилированному настилу, раскрыты его области применения, выявлены на основании исследований основные преимущества принятого конструктивного решения. Проведено обследование строящегося здания многофункционального административно-торгового комплекса «Ролби», строящегося на территории города Абакана с применением профилированного листа в качестве несъемной опалубки. Проведены эксперименты совместной работы материалов бетона с профилированным настилом с помощью методов численного моделирования в программа ELCUT и SCAD Office. В программе ELCUT просчитано несколько узлов опирания монолитного перекрытия по профнастилу, выявлены слабые места - «мостики холода». Для устранения дефектов в узлах предложен теплоизоляционный материал RE-THERM. В программе SCAD Office продемонстрированы зависимости прогибов пяти моделей монолитного перекрытия с бетонами классов: В25, В30, В40, В50, В60 с учетом различных сечений высотой 160, 150, 140 мм. Зависимость прогибов плиты отражена в виде графиков построенных по итогам расчетов SCAD Office.
Ключевые слова: устройство монолитного перекрытия; профилированный настил; ELCUT; SCAD Office; высокопрочный бетон
Основная сфера применения профилированного листа - строительство. Профилированный лист является универсальным строительным материалом область его применения достаточно широка: торговые, административные, промышленные здания, а также использование при строительстве жилой частной собственности. В настоящий момент профилированный лист используется в качестве: кровельного материала, ограждающих и несущих конструкций, для облицовки стен, а также в качестве несъемной опалубки при устройстве монолитного перекрытия. Основные преимущества профнастила - это высокая несущая способность, долговечность, коррозийная стойкость, легкость монтажа, малый вес, экономическая эффективность.
Стальной профилированный настил, используемый в строительной отрасли, в качестве несъемной опалубки при устройстве монолитного перекрытия позволяет снизить трудозатраты в 1,5-1,8 раза и сократить время возведения зданий. В связи с появлением новых технологий бетона, в частности высокопрочного бетона, данная конструкция требует совершенствования. Состав бетона принят в соответствии [1].
Целью научной работы стало экспериментальное исследование монолитного перекрытия по профнастилу с помощью методов численного моделирования в программах ELCUT и SCAD Office для уменьшения сечения перекрытия, как следствие: определения деформативности и уменьшения используемых материалов при возведении объектов строительства.
Поставлено две задачи:
1. испытать совместную работу материалов в программе ELCUT;
2. подобрать сечение в программе SCAD Office.
Один из строящихся объектов на территории города Абакана стал примером для исследования монолитного железобетонного перекрытия по профнастилу -Многофункциональный административно-торговый комплекс «Ролби» (рисунок 1а). На территории стройплощадки исследовано устройство монолитного железобетонного перекрытия по профилированному настилу (рисунок 1б). При строительстве используется профилированный лист ГОСТ 24045-2010, оцинкованная сталь ГОСТ 14918-80, размер и обозначение Н75-750-0,7. Исследовано несколько узлов посредством расчета в программе ELCUT с целью определения «мостиков» холода» (рисунок 2, 3).
Рисунок 1. а) Внешний вид монтируемого многофункционального административно-торгового комплекса «Ролби»; б) Устройство монолитного железобетонного перекрытия по профилированному настилу (составлено автором)
В настоящий период времени благодаря высоким технологиям, имеется широкий выбор компьютерных вычислительных программ, с помощью которых выполняется моделирование отдельных строительных конструкций методом конечных элементов.
Исследованием устройства монолитного перекрытия по профилированному настилу занимались Анпилов С.М. [2], Воронова Л.И. [3], Айрумян Э.Л. [4], Комлев А.А. [5], Арутюнян С.Н. [6], Харламов И.В. [7], Тамразян А.Г. [8], Санников И.В. [9].
После анализа научных работ авторов, которые занимались исследованиями в программных комплексах SCAD, ANSYS, ELCUT создана модель опирания монолитного железобетонного перекрытия по профнастилу в программе ELCUT. В частном случае слабыми местами являются узлы соединения перекрытий с ограждающими конструкциями, которые могут являться «мостиками холода» (рисунок 2а,б,в).
В этой связи необходимо исследовать узлы соединения перекрытия с ограждающими конструкциями.
Далее в программе ELCUT просчитаны узлы с учетом нормативной литературы: СП 131.13330.2012 «Строительная климатология», СП 118.13330.2012 «Общественные здания и сооружения», СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия», СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции». Исходные данные по теплопроводности используемых материалов сведены в таблицу 1, который составлены автором.
Таблица 1
Теплопроводность используемых материалов
№ Материал Теплопроводность, Вт/м* 0С
1 стальная балка 45
2 монолит 1,7
3 бетон В25 1,2
4 гидроизоляционная шпонка ПВХ 0,15
5 сэндвич-панель 0,019
6 техноруф В60 0,038
Итоги расчета теплопередачи и расчета теплового потока обозначены на рисунке 3, а изменение температуры в материалах согласно шкале цветовой градации.
Рисунок 2а. Узел опирания монолитного железобетонного перекрытия по профнастилу в процессе монтажа (составлено автором)
Рисунок 2б. Узел 1 (составлено автором)
Рисунок 2в. Узел 1 (составлено автором)
б
а
в г
Рисунок 3. Расчет узла опирания в программном комплексе ЕЬСиТ. Узел 1: а, в) расчет теплопередачи; б, г) расчет теплового потока (составлено автором)
Вывод: благодаря эффективному экспериментальному методу численного моделирования с применением программы ELCUT при использовании исходных материалов, заданных параметров, климатических условий согласно нормативным документам были рассчитаны узлы опирания двумя случаями: по теплопередачи и тепловому потоку. На рисунке 3 а и 3в расчет теплопередачи конструкция обеспечивает совместную положительную работу материалов используемых при строительстве, во втором случае, на рисунке 3б и 3г расчет теплового потока показал, что с западной стороны строящегося здания данная конструкция не обеспечивает надлежащим образом совместную работу материалов, от этого в узле выявлены слабые места - «мостики холода» (рисунок 3б,г). Для устранения дефектов узлов, которые являются проводниками холода рекомендуется покрыть жидким эффективным теплоизоляционным материалом RE-THERM [10].
Для моделирования в программном комплексе SCAD Office было взято 3 сечения с различной высотой Н = 160, 150, 140 мм (рисунок 4а,б). Для дальнейшего поиска и подбора сечения монолитного перекрытия приняты 5 моделей плит размерами 1000х6000 мм. Условия опирания и нагружения соответствовали расчетной схеме шарнирно-опертой балки, загруженной равномерно распределенной нагрузкой. Для первичного эксперимента испытания моделей назначены исходные данные по таблице 2, которые разработаны автором.
Таблица 2
Исходные данные испытуемых моделей
Наименование Модель 1 Модель 2 Модель 3 Модель 4 Модель 5
Бетон В25 В30 В40 В50 В60
Арматура Продольная А400 010 А400 010 А500 010 А600 010 А600 010
Поперечная Вр-I 05 Вр-I 05 Вр-I 05 Вр-I 05 Вр-I 05
Тип нагрузки - кратковременная; вид нагрузки - полная нагрузка на перекрытия общественных зданий; коэффициент - 1,3; нагружения от 0,15 до 1,0 Т/кв. м, с интервалом 0,5.
Страница 5 из 11
08SAVN618
Рисунок 4. а) Расчетное сечение модели по профнастилу 160, 150, 140 мм; б) Модель перекрытия по профнастилу (разработано автором)
Эксперимент послужил сравнительным итоговым данным, приведенным на рисунках 5, 6, 7, 8, в зависимости от толщины сечения.
Зависимость прогибов плиты перекрытия В25, В30, В40, B50, B60 с высотой сечения 160 мм
^ 20,00
о а В
10,00 5,00
B25; А400 В30; А400 В40; А500 В50; А600 В60; А600
Рисунок 5. Зависимость прогибов плиты сечения H = 160 мм; S = 0,118 кв. м (разработано автором)
Согласно таблице 19 (СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия) при длине пролета l = 6 м (Вертикальные предельные прогибы 1/200 = 6/200 = 0,03 = 30 мм. Согласно рисунку 5, при нагружении плиты 0,90 Т/кв. м модель 1 превышает имеет максимально допустимый прогиб 28,48 мм. Остальные модели при заданных максимальных нагружениях не имеют превышений.
Зависимость прогибов плиты перекрытия В25, В30, В40, B50, B60 с высотой сечения 150 мм
45,00
40,00
35,00
J! 30,00
§
»О 25,00
S
- О 20,00
a
В 15,00
10,00
5,00
B25; А400 В30; А400 В40; А500 В50; А600 В60; А600
Рисунок 6. Зависимость прогибов плиты сечение H = 150 мм; S = 0,118 кв. м (разработано автором)
При сечении плиты Н = 150 мм; Б = 0,118 кв. м каждая из моделей превышает значение прогиба при различных нагружениях: модель 1 при 0,75 Т/кв. м - 28,80 мм; модель 2 при 0,80 Т/кв. м - 28,40 мм; модель 3 при 0,90 Т/кв. м - 28,82 мм; модель 4 и модель 5 при нагружении 1,0 Т/кв. м не превышают предельный прогиб.
Зависимость прогибов плиты перекрытия В25, В30, В40, B50, B60 с высотой сечения 140 мм
60,00
B25; А400 В30; А400 В40; А500 В50; А600 В60; А600
Рисунок 7. Зависимость прогибов плиты сечение H = 140 мм; S = 0,108 кв. м (разработано автором)
При сечении плиты Н = 140 мм; Б = 0,108 кв. м каждая из моделей превышает значение прогиба при различных нагружениях: модель 1 при 0,60 Т/кв. м - 29,91 мм; модель 2 при 0,65 Т/кв. м - 29,96 мм; модель 3 при 0,70 Т/кв. м - 29,10 мм; модель 4 при 0,75 Т/кв. м -28,75 мм; модель 5 при 0,80 Т/кв. м - 29,91 мм.
Страница 7 из 11
08SAVN618
Зависимость прогибов плиты перекрытия В25, В60 с высотой сечения 140 мм
60,00
—В25;140 мм
—■—В60;140 мм
|ЛО|ЛО|ЛО|ЛО|ЛО|ЛО|ЛО|ЛО|ЛО
Рисунок 8. Зависимость прогибов Модели 1 и 5 с высотой сечения 140 мм (разработано автором)
На основании исследований прогибов пяти моделей, последняя модель 5, с бетоном В60 показала наиболее устойчивый результат, при наименьшем сечении плиты высотой 140 мм согласно рисунку 8 самый максимальный прогиб со значением 29,91 мм, при нагружении 0,80 Т/кв. м таким образом, модель 5 является самой эффективной из всех моделей по деформативности. В отличие от модели 1 у модели 5 уменьшается высота сечения на 2 см.
Поставленная цель выполнена, подтверждена эффективность профилированного листа в качестве несъемной опалубки с более высоким классом бетона. Данные исследования обоснованы, сечение плиты, как и деформативность уменьшены.
08SAVN618
ЛИТЕРАТУРА
1. Нагрузова Л.П. Использование отходов ферросплавных заводов при производстве бетонов заводского и монолитного изготовления / Попов Р.В. // Вестник Азербайджанской Инженерной Академии, Баку - 2015. Том 7 №2, С. 117-122.
2. Анпилов, С.М. Универсальная несъемная модульная опалубочная система, Вестник ПТО РААСН. 2016. № 19. С. 283-295.
3. Воронова, Л.И. Проблемы применения профилированного настила в качестве несъемной опалубки плит перекрытия / Л.И. Воронова // Всероссийская научно-методическая конференция «Университетский комплекс как региональный центр образования, наук и культуры». - Оренбург. - 2018. - Секция 25. - С. 2026-2030.
4. Айрумян, Э.Л. Особенности расчета монолитных плит сталежелезобетонных перекрытий по профилированному стальному настилу / Э.Л. Айрумян, Н.И. Каменщиков, И.А. Румянцева // Промышленное и гражданское строительство: Строительные конструкции, здания и сооружения. - 2015. - №9. - С. 21-26.
5. Комлев, А.А. Экспериментальные исследования работы профилированного настила арочной формы под монтажными нагрузками в перекрытиях нижней сводчатой поверхностью подземных переходов / А.А. Комлев, С.А. Макеев // Раздел Ш.Строительство и архитектура, Вестик СибАДИ. - 2017. - №4-5 (56-57). - С. 92-101.
6. Арутюнян, С.Н. К анализу совместной работы профнастила с бетоном в сталежелезобетонных плитах перекрытий / С.Н. Арутюнян // Актуальные проблемы технических наук в России и зарубежом. - Уфа. - 2016. - С. 8-11.
7. Харламов, И.В. Перекрытия из стальных профилированных листов, изогнутых по синусоиде, и монолитного пенобетона / И.В. Харламов, Н.В. Капитонов // Ползуновский альманах. - 2017. - №2. - С. 260-264.
8. Тамразян, А.Г. К учету начальных напряжений и прогибов в сталежелезобетонных плитах перекрытия по профнастилу / А.Г. Тамразян, С.Н. Арутюнян // Строительство - формирование среды жизнедеятельности. - 2016. -С. 231-233.
9. Санников, И.В. Объекты оптимизации в комплексной модели монолитной железобетонной плиты с листовой гофрированной арматурой / И.В. Санников // Строительство, материаловедение, машиностроение. - С. 209-216.
10. Архипова, А.Н. Повышение теплоэффективности ограждающих конструкций с применением теплоизоляуионного материала Re-Therm [Текст] / А.Н. Архипова, Л.П. Нагрузова // Сборник материалов XXIX Международной научно-практической конференции: «Итоги научно-исследовательской деятельности: изобретения, методики, инновации». - Москва. - 25.12.2017 г. - С. 511-512.
(РИНЦ).
Nagruzova Lyubov' Petrovna
Siberian federal university Khakass technical institute (branch), Abakan, Russia E-mail: [email protected]
Reshetova Ekaterina Sergeevna
Siberian federal university Khakass technical institute (branch), Abakan, Russia E-mail: [email protected]
Analysis of behaving structural elements of high-strength monolithic flooring on corrugated board
Abstract. A profound analysis of monolithic flooring on profiled decking has been carried out, its application areas have been revealed, and main advantages of the constructive solution have been identified on the basis of the research. The survey of the multifunctional administrative and commercial complex "Rolby" being built in the city of Abakan using a profiled sheet as a permanent formwork was conducted. Experiments concerning combined behavior of concrete materials with profiled flooring were carried out using numerical modeling techniques in the ELCUT and SCAD Office program. In the ELCUT program, several nodes of supporting monolithic flooring on corrugated board were calculated, weak points - "cold bridges" were identified. To eliminate defects in the nodes, a thermal insulation material RE-THERM is proposed to apply. Dependencies of five deflection models of monolithic flooring using concrete classes: B25, B30, B40, B50, B60, taking into account different sections with height of 160, 150, 140 mm were demonstrated in the program SCAD Office. Dependence of slab deflections is reflected in the form of graphs made on the basis of SCAD Office calculations.
Keywords: arrangement of monolithic flooring; profiled flooring; ELCUT; SCAD Office; high-strength concrete
REFERENCES
1. Nagruzova L.P. Use of waste from ferroalloy plants for production of concrete in factory and monolithic manufacturing / Popov R.V. // Heland of the Azerbaijan Enjineering Academy, Baki - 2015. Vol 7 №2, p. 117-122.
2. Anpilov, S.M. Universal non-removable modular formwork system, Vestnik of the PTO RAASN. 2016. No. 19. P. 283-295.
3. Voronova, L.I. Problems of using profiled flooring as a non-removable formwork of slabs / LI Voronova // All-Russian scientific and methodological conference "University complex as a regional center of education, sciences and culture". -Orenburg. - 2018. - Section 25. - P. 2026-2030.
4. Ayrumyan, E.L. Peculiarities of calculating monolithic slabs of composite slabs over profiled steel flooring / E.L. Ayrumyan, N.I. Kamenshchikov, I.A. Rumyantseva // Industrial and civil construction: Building structures, buildings and structures . - 2015.
- №9. - P. 21-26.
5. Komlev, A.A. Experimental studies of the work of profiled flooring of the arch form under installation loads in the floors by the lower vaulted surface of underground passages / A.A. Komlev, S.A. Makeev // Section III. Construction and Architecture, Vestik SibADI. - 2017. - №4-5 (56-57). - P. 92-101.
6. Arutyunyan, S.N. To the analysis of the joint work of corrugated board with concrete in steel slabs of slabs / S.N. Harutyunyan // Actual problems of technical sciences in Russia and abroad. - Ufa. - 2016. - P. 8-11.
7. Kharlamov, I.V. Overlapping of steel profiled sheets curved along the sinusoid, and monolithic foam concrete / I.V. Kharlamov, N.V. Kapitonov // Polzunovsky almanac.
- 2017. - №2. - P. 260-264.
8. Tamrazyan, A.G. To the account of initial stresses and deflections in steel reinforced concrete slabs over the profiled sheeting / A.G. Tamrazyan, S.N. Arutyunyan // Construction - formation of the environment of vital activity. - 2016. - P. 231-233.
9. Sannikov, I.V. Optimization objects in a complex model of a monolithic reinforced concrete plate with corrugated sheet metal / I.V. Sannikov // Construction, material science, machine building. - P. 209-216.
10. Arkhipova, A.N. Increase of heat efficiency of enclosing structures using heat-insulating material Re-Therm [Text] / A.N. Arkhipova, L.P. Nagruzova // Collection of materials of the XXIX International Scientific and Practical Conference: research activities: inventions, methods, innovations. - Moscow. - 2017 - S. 511-512. (RICC).
