Снеговые нагрузки
|
Речь идет о стальном перекрытии производственного здания, собранного из легких стальных конструкций. Несущей конструкцией покрытия служат сварные стропила, соединенные попарно в трехшарнирные фермы. Стропила заанкерены в кирпичной кладке и железобетонных балках-перемычках боковых стен. В первом и последнем пролетах балок в плоскости покрытия установлены ветровые связи. Для восприятия сдвига покрытия применены растянутые стержни. Строительный материал - сталь марки St37. Связи сварные и на болтах. Кровля выполнена из волнистых асбестоцементных листов по деревянным прогонам. Фундаменты столбчатые и ленточные. Каменные стены и стойки изготовлены из пустотелых блоков, швы армированы стальными стержнями, уложенными заподлицо, и залиты бетоном. Основные размеры: площадь застройки 324 м2 (17,70x18,30 м), пролет 17,40 м, высота до карниза 3,50 м, уклон кровли 10°, максимальное расстояние между стропилами 1,50 м, строительный подъем 1,60 м. толщина стен 0,30 м.  Полезные нагрузки: в расчет включена снеговая нагрузка 150 кгс/м2 (в результате консультаций с квалифицированными специалистами строительного контроля). Давление ветра 50 кгс/м2 (соответствует скорости ветра 283 м/с). Монтаж выполнялся подрядчиком и собственными силами (рабочие-строители) под наблюдением специалиста монтажной фирмы. Сборная конструкция покрытия под давлением слоя снега толщиной около 60 см прогнулась (см. рис. 9.2-9.12) и обрушилась внутрь здания. Обрушение началось на юго-западном участке опирания из-за перенапряжений и недопустимых деформаций. При этом разрушились отдельные стержни и шарниры ферм, которые увлекли за собой стойки ферм, как показано на рисунках. На основе внешнего осмотра можно сделать следующие выводы: а) имеются сжатые подкосы стропил и ветровых связей, потерявшие устойчивость; ряд растянутых подкосов в стропильных фермах вырван из гнезд (разрушены сварные швы в узловых соединениях); видны оторванные незакрепленные шарниры; б) имеются лопнувшие перемычки и стойки в разрушенной юго-западной стене. При этом установлено, что стойки полностью отделились от фундаментов и перемычек и не связаны с ними арматурными стержнями или закладными деталями (гладкие неповрежденные поверхности); в) видны вырванные опорные анкеры (у каждой стропильной ноги имеется два анкера из полосовой стали сечением 30x5 мм, участок сцепления длиной 2x11,5 см) без всяких признаков сопротивления -места соприкосновения с бетоном и сами полосовые анкеры совершенно чистые и гладкие; г) заметны горизонтальные и вертикальные трещины в кладке северо-восточной стены; перекос вблизи проема для ворот (отклонение от вертикали на 10 см). Следует отметить, что значительные перенапряжения, ставите причиной разрушений, сами частично являются результатом дефектов конструкции.   Разрушения могли быть вызваны следующими причинами: неправильной конструкцией; ошибочным статическим расчетом; дефектным монтажом (монтажные требования должны выполняться до заливки опорных анкеров) ; несоответствием марок материалов (исследование качества материалов — стали, железобетона, каменной кладки - в рассматриваемом случае не проводилось).  Конструкция в виде решетчатых балок с затяжкой и шарниром в коньке в принципе возможна, проверена и допущена к применению органами строительного контроля. Однако необходимо помнить, что при уклоне покрытия 10° и ниже влияние арочного распора становится очень незначительным. Ознакомление с расчетом балочных стропильных ног (без дополнительной проверки) позволяет сделай, заключение, что включенная в расчет снеговая нагрузка 150 кгс/м2 не соответствует фактическим условиям. Если в основу расчета положить собственный вес мокрого снега 0,500 тс/м3, то при толщине снежного слоя 60 см возникает нагрузка 0,300 тс/м2, т.е. 300 кгс/м2 вместо 150 кгс/м2.   Кроме того, необходимо иметь в виду, что рассматриваемый район (Инцель) относится к наиболее богатым снегом районам, и городские власти Мюнхена во многих случаях предлагают снеговую нагрузку принимать равной 100-150 кгм/м2. Решетчатые балки со шпренгельным нижним поясом. Рекомендуется при практических расчетах не учитывать влияние горизонтального сдвига H на балку и рассчитывать ее любым способом как статически определимую систему (рис. 9.13 и 9.14). Однако, чтобы избежать повреждений в стойках или стенах, для них необходимо учесть величину Н, не принимая во внимание поворот фундамента (d = 0). Здесь определяются два предельных случая и принимается наиболее неблагоприятный.   Расчет горизонтального распора для вертикальной нагрузки (рис. 9.15 и 9.16) выполняется следующим образом. Из практических соображений для двухшарнирной рамы с затяжкой принимают предельные значения с/f - 0,10; 0,25; 0,50. Горизонтальный распор  Здесь H - горизонтальный сдвиг, тс; So - усилие в стержне в случае H=O, тс; S - усилие в стержне в случае H = -1, тс; S- длина стержня, м; h - высота стоек, м; bo - ширина фундамента, м; do - длина фундамента, м; Fh - приведенное поперечное сечение стержней балок, м2; F- поперечное сечение отдельных стержней балок, м2; Js - момент инерции стоек, м4; Jq - момент инерции основания фундаментов, м4; например Jq = bo*do/12; Eh - модуль упругости деревянных балок (1 000 000 тс/м2); Es - модуль упругости: стальных стоек -21 000 000 тс/м2; железобетона - 2 100 000 тс/м2 и кирпичной кладки - 250 000 тс/м2; Еo - модуль упругости строительного основания (гравийный песок - от 10 000 до 20 000 тс/м2; плотный песок — от 5000 до 8000 тс/м2; полужесткая глина - от 1000 до 2000 тс/м2). В результате проведенных исследований выяснились следующие основные причины разрушений: 1) снеговая нагрузка 150 кгс/м2, включенная в расчет (вместо 300 кгс/м2), оказалась на 100% ниже фактической, что привело к значительным перенапряжениям в стальных конструкциях; 2) неполный и неточный статический расчет на всех этапах строительства; 3) неправильное конструктивное решение и исполнение опорных массивных конструкций: дефектная заливка анкеров, отсутствие необходимых соединений стоек с фундаментами и перемычками. В заключение можно указать, что все покрытия с легкими кровлями должны находиться под постоянным наблюдением владельцев земельных участков, особенно при больших толщинах снегового покрова. В опасных случаях необходимо сбрасывать снег.  |
