CC BY
423
ИНЖЕНЕРНЫЙ РАСЧЁТ РЕБРИСТЫХ ПЛИТ ПОКРЫТИЯ С ОБШИВКАМИ ИЗ ДРЕВЕСНО-КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Лабудин Б.В., Мелехов В.И., Хохлунов А.Н. (АГТУ, г. Архангельск, РФ)
The results of engineering calculation of ribbed slab roofs with skin plates of plywood and OSB.
Трёхслойные ребристые плиты и панели с обшивками из фанеры в течение продолжительного времени в России используют при строительстве промышленных и сельскохозяйственных зданий и сооружений. Сборные элементы в виде ребристых плит и панелей являются универсальными ограждающими конструкциями и могут использоваться в качестве покрытия, перекрытия, стенового заполнения.
Плиты покрытий выполняют одновременно функции прогонов, настила, подшивки, обеспечивают теплозащиту сооружения. Их отличает высокая степень готовности к эксплуатации; заводской контроль прочностных, звуко- и теплоизолирующих свойств; малый вес, благодаря чему снижаются затраты на устройство фундаментов зданий.
Следует отметить, что стоимость фанеры возрастает за счёт роста стоимости сырья и низкого коэффициента полезного выхода готовой продукции. Альтернативой фанеры при производстве плит покрытия и других клеефанерных конструкций могут стать плиты OSB - продукт глубокой переработки древесины. Стоимость плит OSB ниже стоимости фанеры, так как сырьём для OSB являются преимущественно недорогие мягколиственные породы.
Ниже представлен расчёт плит покрытия производственного здания, расположенного в г. Архангельске. Конструкция плит принималась по аналогии с имеющимися типовыми. Приняты следующие условные обозначения:
S плита «П-1» - ребристая плита с 3-мя продольными рёбрами и обшивками из фанеры;
S плита «П-2» - ребристая плита с 4-мя продольными рёбрами и обшивками из фанеры;
S плита «П-3» - ребристая плита с 3-мя продольными рёбрами и обшивками из OSB;
S плита «П-4» - ребристая плита с 4-мя продольными рёбрами и обшивками из OSB.
Основные материалы плит покрытия. Продольные рёбра плит выполняются из древесины хвойных пород I сорта по ГОСТ 24454-80*. Размеры поперечного сечения рёбер назначались с учётом острожки. Высота продольного ребра принималась выше толщины утеплителя на 50 мм с целью обеспечения нормальной циркуляции воздуха. Толщина продольных ребёр зависит от их количества и действующих на плиту нагрузок.
Обшивками для плит «П-1» и «П-2» являются листы фанеры марки ФСФ по ГОСТ 3916.2-96; для плит «П-3» и «П-4» - по европейскому стандарту EN300.
Теплоизоляция плиты покрытия выполняется твёрдыми плитами из экструдированного пенополистирола Styшfoam 300 A (Roofmate SL-A). Толщина теплоизоляционного слоя определялась теплотехническим расчётом в соответствии со СНиП 23-02-2003.
Расчётные характеристики материалов. Расчётные сопротивления древесины продольных рёбер и фанерной обшивки определялись по СНиП П-25-80 "Деревянные конструкции". Расчётные характеристики плиты OSB/4 при изгибе принимались по европейскому стандарту EN300. Остальные расчётные сопротивления OSB, используемые для проверки прочности плит покрытия, считали равными аналогичным показателям для фанерных плит. После получения более полной информации о физико-механических свойствах OSB, конструкция плит покрытия «П-3» и «П-4» может быть скорректирована.
Исходные данные к расчёту плит покрытия. Место строительства - г. Архангельск (расчётная снеговая нагрузка - 2,4 кН/м2). Шаг несущих конструкций (клееные двускатные балки) производственного здания - 4,5 м. Угол ската а< 100. Внутренние климатические параметры: = 180С, <р-тХ= 70%. Температурно-влажностные условия эксплуатации - А-2.
Теплотехнический расчёт. Расчётные параметры наружного воздуха для г. Архангельска: ^ =-31° С, ^ = -4,4°С, ^ = 253 сут. Теплотехнический расчёт
выполнен в соответствии с указаниями СНиП 23-02-2003, СП 23-101-2004. Требуемая толщина теплоизоляционного слоя - 125 мм. Учитывая толщину плит Styrofoam (р = 32 кг/ м3), окончательная толщина теплоизоляции принята равной
130 мм.
Расчёт на прочность и жёсткость. Напряжения и прогибы в плитах покрытия находились по приведённым геометрическим характеристикам сечения, так как рёбра и обшивка выполнены из разнородных материалов. Приведение характеристик осуществлялось к материалу обшивок - фанере или OSB.
Размеры продольных рёбер принимались равными 196 х 50 мм. Минимальная
толщина верхней обшивки находилась из условия её прочности при изгибе от сосредоточенной нагрузки Р = 100 кг х1,2 = 120 кг. Толщина нижней обшивки
принималась не менее 6 мм. После этого производился расчёт плиты на
прочность и жёсткость (предельный прогиб плиты - ^^), и корректировалась
толщина обшивок (сечения продольных рёбер не менялись).
В табл. 1 приведены результаты расчётов, в табл. 2 - примеры конструкции плит.
Таблица 1 - Напряжения и прогибы плит покрытия
Обозначение
Коэффициент
Прогиб, см
плиты Напряжения, МПа использования прочности
обозначение значение
П-1 Сс 10,8 0,90 0,80
ср 4,04 0,48
См.и. 6,39 0,82
г кл .ш. 0,23 0,29
гР 0,36 0,20
П-2 Сс 7,07 0,59 0,77
сР 3,75 0,45
См.и. 6,66 0,85
г кл .ш. 0,15 0,18
гР 0,28 0,16
П-3 Сс 8,62 0,72 1,12
сР 5,64 0,67
См.и. 6,39 0,33
г кл .ш. 0,19 0,23
гр. 0,38 0,21
П-4 Сс 5,21 0,43 1,02
сР 5,02 0,60
См.и. 6,66 0,35
г кл .ш. 0,11 0,13
гР. 0,30 0,17
Примечание:
с с - сжимающие напряжения в верхней обшивке; сг - растягивающие напряжения в нижней обшивке; с ми - напряжения в верхней обшивке от изгиба сосредоточенной силой; ттш - напряжения в клеевом шве между рёбрами и обшивкой; г - напряжения в рёбрах по нейтральному слою от изгиба.
Таблица 2 - Конструкция плит покрытия
Марка
Схема поперечного сечения
Примечание
П-1
14 70
50 660 50 , 660 50 ,
1 И 1 *—
я м г* N0
(N1
К90
Расход материалов: древесина - 0,15 м3; фанера - 0,106 м3.
П-2
П-3
Аналогично конструкции плиты П-1
Расход материалов: древесина - 0,2 м3 ; фанера - 0,093 м3.
Расход материалов: древесина - 0,15 м3 ; OSB - 0,106 м3.
П-4
Аналогично конструкции плиты П-2
Расход материалов: древесина - 0,2 м3 ; OSB - 0,093 м3.
Результаты расчёта позволяют сделать вывод о том, что расход плит OSB/4 на обшивку плиты покрытия, отвечающей требованиям прочности и жёсткости, сопоставим с расходом на неё фанеры.
Литература
1. Рекомендации по проектированию и изготовлению клееных фанерных покрытий // ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко - М., 1971 - 33с.
2. Хохлунов А.Н., Лабудин Б.В., Мелехов В.И. Совершенствование методики расчёта ребристых плит с обшивками из древесно-композиционных материалов // Современные металлические и деревянные конструкции. - Сборник научных трудов Международного симпозиума, г. Брест, 2009. - 359-364 с.
3. Eurocode 5: Design of timber structures. Part 1.1: General rules and rules for buildings, 1995. -121 p.
