|
|||||
1 стр. из 1 Традиционно в строительстве применялись стекла сравнительно небольших размеров, которые крепились по четырем сторонам (за исключением, пожалуй, витрин магазинов). Развитие архитектуры, доступность и улучшение качества стекла стали причиной увеличения размеров применяемого остекления [1]. Желание разнообразить архитектурный облик зданий тоже является причиной того, что стали применяться различные способы крепления стекол: по двум, трем, четырем сторонам, с помощью различного количества спайдеров. При этом очень часто не задумываются над тем, что разные способы закрепления стекол приводят к разным напряжениям и прогибам в них при эксплуатации. Недооценка роли способа крепления в обеспечении устойчивости конструкций может вызвать их разрушение. При проектировании рост напряжений и прогибов приходится компенсировать увеличением толщины стекол или уменьшением их размеров (на что архитекторы обычно не соглашаются). Увеличение толщины стекол, в свою очередь, приводит к увеличению нагрузки на строительные конструкции и росту цены остекления (что вызывает негативную реакцию заказчиков). Поэтому вопросы размеров стекол и способов их закрепления должны обсуждаться на начальном этапе проектирования остекления, а лучше — на начальном этапе проектирования здания, чтобы строительные конструкции гарантированно выдержали нагрузки от остекления. Для понимания сути вопросов, сильно упрощая теоретические выкладки [2], следует отметить, что напряжение в стеклянной пластине можно приближенно считать прямо пропорциональным расчетной нагрузке и квадрату линейного размера пластины. Также оно обратно пропорционально квадрату толщины стекла. Прогиб же стекла пропорционален четвертой степени линейного размера пластины и обратно пропорционален кубу толщины стекла. Коэффициенты пропорциональности при этом зависят от способа крепления и соотношения сторон пластины. Под линейным размером понимается длина незакрепленной стороны, если мы говорим о прямоугольном стекле. В случае закрепления по всем сторонам всегда имеется в виду длина меньшей стороны. Приняв во внимание хотя бы эти соображения, мы можем сделать первый вывод: стекла, не имеющие незакрепленных или не-опертых сторон, подвержены гораздо меньшим напряжениям и прогибаются гораздо меньше. Также очень важно, из тех же соображений, чтобы длины незакрепленных сторон были наименьшими, если полное опирание невозможно. Таким образом, различные способы крепления стекла неравноценны с точки зрения устойчивости конструкции. Проиллюстрируем это на примере остекления с использованием стеклопакета размером 3 x 2 м (этот размер лежит в самом популярном на сегодня диапазоне — перекрывает всю высоту этажа и всю ширину окна). Для расчета мы выбрали пакет с дистанционной рамкой шириной 16 мм (самая удобная рамка с точки зрения теплотехники). Точечные крепления размещались в 100 мм от краев пакета. Рассмотрим структуру расчетной нагрузки. Главными компонентами нагрузки являются: В соответствии с ГОСТ 111-2001 [7] справочное значение напряжения на изгиб для листового стекла составляет 15 МПа, что при данной конструкции стеклопакета и размерах стекол соответствует допустимому напряжению в стекле (в случае использования флоат-стекла) 30,7 Н/мм2. Аналогично в случае использования закаленного стекла: по ГОСТ 30698-2000 [8] — 120 МПа, что соответствует 80,7 Н/мм2. Допустимый прогиб стекол в соответствии с BS 6180 [9] (не более 1/250 узкой стороны) равен 8 мм. Следует отметить, что проектировщики часто пренебрегают ограничениями на величины прогибов, считая их несущественными из-за отсутствия в отечественных нормативных документах. На самом деле это чрезвычайно важное ограничение по нескольким причинам: выполняемые прочностные расчеты основаны на предположении, что лист стекла находится в условиях упругой деформации, а при больших прогибах стекло переходит в зону хрупкого разрушения, где прочность стекла существенно падает, и разрушение происходит лавинообразно; при прогибах листа стекла он отклоняется от вертикали и появляется дополнительная нагрузка от собственного веса стекла, увеличивающая напряжение в стекле, что обычно не учитывается при расчетах вертикального остекления; при больших прогибах стекол в стеклопакетах возможно их разрушение из-за удара друг об друга, и так далее. Для исследования точечных креплений мы использовали разработанные программы моделирования [2]. Следует отметить, что наша модель позволяет получить не только значение максимального прогиба и напряжения, но и распределение этих величин. Однако получаемые с ее помощью значения, как можно заметить, не совсем корректно сравнивать с расчетами по prEN, так как последние не явно содержат некоторый запас (учитывающий, в частности, разброс прочности материалов конструкции) и предполагают, что каждое из стекол пакета находится в наихудших для него условиях. Наша модель более «физична», но вычисления по ней чрезвычайно ресурсоемки. Кроме того, погрешность расчета напряжения довольно велика, что связано с математическими особенностями решаемой задачи. Поэтому мы приводим только величины прогибов. На приведенных иллюстрациях можно видеть, что наибольший прогиб внешнего стекла достигается в геометрическом центре, а внутреннего — в краевых зонах для 4-точечного крепления. Размещение в этих зонах еще двух узлов крепления существенно улучшает ситуацию: прогибы уменьшаются в 2–3 раза. Наибольшие напряжения при точечном креплении наблюдаются вблизи узлов крепления и на максимальном удалении от них — в середине стекла. Расчеты показывают, что для устойчивости остекления имеет значение как выбор способа закрепления, так и порядка расположения стекол в стеклопакете. При проектировании полезно помнить, что стоит рассмотреть вариант стеклопакета из стекол разной толщины. Оказывается также, что для остекления большой площади закрепление по двум сторонам или при помощи 4 точек часто нецелесообразно, ведь для обеспечения надежности требуется слишком тяжелая и дорогостоящая конструкция. Поэтому мы рекомендуем увеличивать число точек крепления до 6–8, если площадь элемента превышает 3–4 м2, и располагать их, разумеется, вдоль длинной стороны или по всем сторонам.
Дата: 14.08.2006 А. Г. Чесноков "СтройПРОФИль" 5 (51)
«« назад Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации! |
|||||