СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛАСТМАСС

Расчетные и нормативные нагрузки и воздействия

При расчете строительных конструкций с применением пластмасс расчетные и нормативные нагрузки принимают по указаниям главы СНиП Н-А.11-62 «Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования», но с учетом некоторых специфических особенностей применяемых мате­риалов и отдельных видов конструкций.

Так, например, по действующим нормам СНиП снеговая нагрузка относится к кратковременным. Однако в элементах конструкций, вы­полненных из полимерных материалов, действие снеговой нагрузки, длительность которой во многих районах измеряется несколькими ме­сяцами ежегодно, может привести к значительному снижению прочно­сти и развитию деформаций ползучести. Поэтому при расчете всех ви­дов конструкций с применением пластмасс следует относить снеговую нагрузку к временным длительным.

Особый вид конструкций с применением пластмасс — пневматиче­ские конструкции, в которых используется принцип предварительного напряжения гибкой оболочки давлением воздуха с целью придать ей стабильную заданную форму. По принятой теперь методике расчета пневматических конструкций величину постоянно действующего давле­ния воздуха в оболочке назначают исходя из величины внешних нагру­зок, главным образом ветровой. Поэтому ветровую нагрузку для пнев­матических конструкций также следует учитывать как временную дли­тельную.

Значительно сложнее вопрос о нормировании температурно-влаж­ностных воздействий, учет которых необходим при определении расчет­ных характеристик материалов (см. главу 3) и в особенности для опре­деления напряжений и деформаций трехслойных панелей.

В действующих нормативных документах значения температурных климатических воздействий даются только для целей теплотехнического расчета ограждающих конструкций. В связи с этим была проведена специальная работа по обоснованию методики нормирования темпера­турных воздействий для статического расчета конструкций с примене­нием пластмасс.

В соответствии с разработанной методикой, как указывалось в гла­ве 3, температурные климатические воздействия для конструкций с при­менением пластмасс, возникающие в процессе их эксплуатации и учи­тываемые в расчете конструкций, также подразделяются на временные длительные и кратковременные. К временным длительным относятся воздействия с расчетным периодом действия на конструкцию от не­скольких суток до нескольких месяцев, такие, как сезонные (месяч­ные) колебания температуры наружного воздуха. К кратковременным относятся воздействия с расчетным периодом действия на конструкцию в пределах 1 суток: среднесуточные температуры, суточные колеба­ния температуры наружного воздуха, тепловое воздействие солнечной радиации.

Для практических целей величину временного длительного темпе­ратурного климатического воздействия можно определить как значение среднемесячной температуры, а величину кратковременного темпера­турного климатического воздействия — как сумму экстремальных зна­чений среднесуточной температуры (/ср. сут) и амплитуды суточных колебаний температуры. Кроме того, следует учитывать температуру радиационного нагрева поверхности конструкции.

При определении нормативных и расчетных величин температур­ных климатических воздействий для статического расчета конструкций можно, ио аналогии с принципами, положенными в основу нормирова­ния ветровых и снеговых нагрузок, принимать экстремальные значения характеристик соответственно 50% (1 раз в 2 года) и 10% (1 раз в 10 лет) повторяемости, определенные из длительного ряда наблюдений (50—70 лет).

В соответствии с этим величины нормативных временных длитель­ных температурных воздействий TH принимаются равными значениям среднемесячных температур наиболее теплого (холодного) месяца года, данные ио которым приведены в табл. 1 СНиП II-A.6-62.

Величины расчетных временных длительных температурных воз­действий T могут быть приближенно найдены из следующих выражений [68]:

Для теплого периода года

+ (5.1)

Для холодного периода года

*х = £-5°. (5.1')

Используя литературные данные [7, 68, 76, 102], можно в первом приближении величины нормативных кратковременных температурных воздействий для теплого или холодного периода года THT{Yi) определить по формуле:

'?(х> = ^хГ +'тЛ(х) + Лт(х) + Р*Н Л. (5.2)

Где ^т(х)—среднемесячная температура наиболее теплого (холодного) месяца, 50% повторяемости, в °С:

^т(х)—величина отклонения среднесуточной температуры наибо­лее теплых (холодных) суток от уровня среднемесячной тем­пературы теплого (холодного) месяца, 50% повторяемости, в град

^т(х) — амплитуда суточных колебаний температуры воздуха само­го теплого (холодного) месяца, 50% повторяемости, в град Р — коэффициент поглощения солнечной радиации наружной поверхностью ограждения;

RH— сопротивление теплопередаче на наружной поверхности ог­раждения (СНиП II-A.7-62, п. 35) в м2 - ч- град/ккал JT— максимальное количество суммарной солнечной радиации, поступающее за час на поверхность конструкции, 50% пов­торяемости, в ккал/м2 • ч.

Влияние радиационного нагрева на величину температуры в холод­ное время года не учитывается. При определении расчетной величины ^х(т) в Формулу (5.2) подставляют значения температур 10% повто­ряемости. Для большинства районов территории Союза наиболее хо­лодный месяц года январь, а наиболее теплый — июль.

После преобразований, позволяющих без существенных погрешно­стей упростить выражение (5.2), можно записать следующее.

Нормативная температура для холодного периода года принимает­ся равной средней температуре наиболее холодных суток THl (по табл. 1 или по п. 2.4 СНиП II-A.6-62).

Расчетная температура Tx для холодного периода принимается равной:

*х^н1-0,5Лх, (5.3)

Где Ах—суточная амплитуда температуры воздуха самого4 холодно­го месяца (табл. 2 СНиП II-A.6-62) в °С.

Нормативная температура Для теплого периода определяется по формуле:

TH _ ^ср. мес +tn + 0,5ЛТ + рRH JT , (5.4)

Где ^р. мес—среднемесячная температура наружного воздуха самого теплого месяца (табл. 1, СНиП II-A.6-62) в °С; Ц — значение отклонения среднесуточной температуры наибо­лее теплых суток от уровня среднемесячной температуры июля, принимаемое по карте рис. 5.1, в град; Ат— суточная амплитуда температуры воздуха самого жарко­го месяца (табл. 2, СНиП II-A.6-62) в град; JT— максимальная сумма тепла, поступающего за час от пря­мой и рассеянной радиации на поверхность ограждения (СНиП II-A.6-62 табл. 4), в ккал/м2 - ч.

Расчетная температура для теплого периода определяется по фор­муле:

'т = /макс+ 1,2р RHJTi (5.4')

Где /макс— максимальная температура наружного воздуха (СНиП II-A.6-62, табл. 1, графа 16) в °С;

1,2—коэффициент перегрузки для получения расчетного значе­ния Jr.

Некоторые специфические особенности трехслойных конструкций, такие, как объединение в одной панели разнородных материалов, большая величина градиента температур по толщине ограждения, использование материалов, характеризующихся повышенной деформа - тивностью от температурных и влажностных факторов (алюминий, асбестоцемент), делают весьма существенным влияние температурно - влажностных воздействий на общее напряженно-деформированное со­стояние конструкций. Небольшой вес трехслойных конструкций резко повышает долю снеговых нагрузок в общей нагрузке.

Для правильной оценки напряженно-деформированного состояния трехслойных конструкций была разработана методика[49], уточняющая расчет конструкций на сочетания нагрузок, включающие температур­ные климатические воздействия и снеговые нагрузки. Уточнение осно­вано на учете закономерностей накопления снеговой нагрузки и измене­ния температур наружного воздуха в течение зимы. Величины темпе­ратурных воздействий и снеговых нагрузок меняются в течение всего зимнего периода по разным законам и достигают экстремальных значе­ний в различные моменты: температура примерно в середине, а снего­вая нагрузка — в конце зимнего периода.

Учитывая закономерности изменения температур и нагрузок в те­чение зимы, предлагается рассчитывать конструкцию на самую небла­гоприятную за зиму комбинацию рассматриваемых факторов и опреде­лять величину температурных климатических воздействий на конструк­цию с учетом теплозащитных функций снега.

Учет теплоизоляционных свойств снега — сложная задача: эти свой­ства зависят от многих климатических факторов, в том числе и от тем­пературных воздействий [64]. Результаты анализа изменений снеговых нагрузок, температур наружного воздуха, теплофизических характери­стик снега и величин температурных воздействий, зависящих от этих характеристик, в течение всего зимнего периода позволяют в ряде слу­чаев упростить методику расчета. При расчете трехслойных плит по­крытий на сочетания нагрузок, включающие температурные климатиче­ские воздействия и снеговые нагрузки, допускается проверять их для всех районов только на действие нормативной (расчетной) снеговой на­грузки и нормативной (расчетной) температуры, равной 0°С на наруж­ной обшивке.

Следует отметить необходимость проверки конструкции на сочета­ния нагрузок в холодный период года, включающие температурные кли­матические воздействия при отсутствии снеговой нагрузки. Это сочета­ние может оказаться наименее благоприятным (например, для растяну­той обшивки предварительно напряженных панелей, см. главу 6).