Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ С т р о и т е л ь н ы й ф а к у л ь т е т СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТОВ И ОБСЛЕДОВАНИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ Материалы 67-й студенческой научно-технической конференции Минск БНТУ 2011 Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Строительный факультет СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТОВ И ОБСЛЕДОВАНИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ Материалы 67-й студенческой научно-технической конференции 27 апреля 2011 года Минск БНТУ 2011 УДК 624.014+624.011.1(06) ББК 38.5я43 С 56 Редакционная коллегия: А.Н. Жабинский – канд. техн. наук, зав. кафедрой «Металлические и деревянные конструкции»; Ю.И. Лагун – акад. степень магистра техн. наук, преподаватель кафедры «Металлические и деревянные конструкции» Рецензенты: Т.М. Пецольд – д-р техн. наук., профессор кафедры «Железобетонные и каменные конструкции»; Ю.С. Мартынов – канд. техн. наук, профессор кафедры «Металлические и деревянные конструкции»; И.В. Башкевич – канд. техн. наук, доцент кафедры «Металлические и деревянные конструкции» Сборник содержит материалы 67-й студенческой научно-технической конференции «Современные методы расчетов и обследований металличе- ских и деревянных конструкций». В издании освещены материалы пле- нарного заседания, исследующие проблемы проектирования, конструиро- вания и обследования металлических и деревянных конструкций. Издание предназначено для научно-педагогических работников, сту- дентов, магистров и аспирантов ISBN 978-985-525-722-7 БНТУ, 2011 3 СОДЕРЖАНИЕ Шарикова М.А. Особенности проверки местной устойчивости по касательным напряжениям по ТКП EN 1993-1-5-2009. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Трасковский Д.Г. Деревянная синагога XVII века в д. Волпа Волковысского района. . . 10 Тарасов В.С., Высоких А.С. Реконструкция купольного покрытия надвратной башни замка Радзивиллов в поселке Любча. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 Специан В.С., Новицкий А.В. Использование объектного программирования на VBA для проектирования на примере расчета обшивки и расстановки стрингеров сегментного гидротехнического затвора. . . . . . . . . . . . .19 Самсонова Д.В., Серенкова А.П. Особенности определения несущей способности соединений на стальных цилиндрических нагелях по национальным и зарубежным нормативным документам. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25 Маркевич М. Особенности компоновки стальных каркасов ТЭС и АЭС. . . . . . . .30 Лихимович М.А. Перекрытие штаб-квартиры национального олимпийского Комитета. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33 Киеня С.А. Энергопассивный дом. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39 Каленто М.Г Результаты натурного обследования несущих строительных конструкций покрытия крытого рынка в г. Мозырь. . . . . . . . . . . . . 45 Древило Н.Н. Оценка эффективности использования различных типов покрытия.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Гриценко О.О., Хремли Е.А. Изгиб и кручение тонкостенных стержней. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4 УДК 624.014.2 Особенности проверки местной устойчивости по касательным напряжениям по ТКП EN 1993-1-5-2009 Шарикова М.А. (Научный руководитель – Надольский В.В.) Белорусский национальный технический университет, Минск, Беларусь 1 Введение С января 2010г. в Республике Беларусь на альтернативной осно- ве введены Технические кодексы установившейся практики по про- ектированию строительных конструкций, идентичные соответству- ющим Европейским нормам. Интересен вопрос анализа и сравнения методик расчета по различным нормативным документам. Большой интерес представляет расчет на местную устойчивость, в частности, проверка по касательным напряжениям по Европейским нормам. Целью настоящей работы является выявление особенностей и со- ставление алгоритмов расчета по ТКП EN 1993-1-5-2009. 2 Краткая характеристика методики расчета на местную устойчивость по касательным напряжениям В ТКП EN 1993-1-5 реализован метод, известный как «вращае- мая область напряжения», основанный на принципе суперпозиции прочности до и после критического состояния при потере местной устойчивости от касательных напряжений. После потери устойчивости стенки, сжимающие напряжения не могут больше увеличиться, в то время как растягивающие напряже- ния все еще могут увеличиваться, пока не достигнут временного сопротивления. При таких условиях равновесие требует «вращения области напряжения». 3 Определение несущей способности по ТКП EN 1993-1-5 Определение несущей способности на сдвиг осуществляется по формуле: , , , 13 yw w b Rd bw Rd bf Rd M f h t V V V η = + ≤ γ , где Vbw,Rd – составляющая несущей способности стенки; Vbf,Rd – составляющая несущей способности поясов; 5 fyw, fyf – расчетное сопротивление материала стенки и поясов со- ответственно; η – коэффициент, который учитывает увеличение несущей спо- собности на сдвиг: η = 1,2 для S235-460 и η = 1,0 для > S460. Значение коэффициента η больше чем 1, подтверждаются в ис- пытаниях на балках с коренастыми стенками, т.к. предельная несу- щая способность на сдвиг достигает 0,7 до 0,8 предела текучести при растяжении. Одна из причин для этого – упрочнение стали, ко- торое может быть использовано, так как не возникает чрезмерных деформаций, т.е. присутствует стесненное развитие пластических деформаций. Другая причина – положительный эффект поясов на несущую способность стенки, но соответствующие вклады от упрочнения стали и от поясов не могут быть легко отделены, и этот эффект на сегодняшний день не был изучен подробно. Нет никаких результатов испытаний, подтверждающих этого увеличения для более высоких классов сталей, чем S460. При выполнении следующих условий: / 72 /wh t ≤ ε η – для не- укрепленных стенок, / 72 /wh t kτ≤ ε ⋅ η – для поперечно укреп- ленных стенок местная устойчивость по касательным напряжениям считается обеспеченной. 3.1 Составляющая стенки Определение несущей способности стенки на сдвиг осуществля- ется по формуле: , 13 w yw w bw Rd M f h t V χ = γ . Понижающий коэффициент χw несущей способности на сдвиг только стенки, зависящий от ее гибкости, приводится в таблице 1. Вычисление значения условной гибкости стенки wλ представле- но на рисунке 1. Могут быть использованы жесткие и гибкие ребра жесткости:  ребра жесткости являются жесткими, когда они предотвра- щают поперечное перемещения стенки панели вдоль линии соеди- нения стенка – ребро жесткости и остаются устойчивыми в закри- тической стадии работы стенки; 6  гибкие ребра жесткости увеличивают и несущую способность, и жесткость стенки, но они теряют устойчивость вместе с ней. Таблица 1 – Несущая способность стенки на сдвиг wλ Жесткая опорная стойка Гибкая опорная стойка 0,83 /wλ < η η η 0,83 / 1,08wη ≤ λ < 0,83 / wλ 0,83 / wλ 1,08wλ ≥ 1,37 / (0,7 )w+ λ 0,83 / wλ Рисунок 1 – Определение коэффициента χw Значение коэффициента потери устойчивости при сдвиге kτ вы- числяется по Приложению А.3 ТКП EN 1993-1-5 для следующих двух основных случаев (рисунок 2):  пластины с жесткими поперечными элементами жесткости;  продольно укрепленные пластины между жесткими попе- речными элементами жесткости. Не предоставлено никакой информации для пластин, усиленных гибкими поперечными элементами жесткости. Для стенок с поперечными ребрами жесткости только на опорах Для стенок с поперечными реб- рами жесткости на опорах и с про- межуточными поперечными и/или продольными элементами жесткости Условная гибкость стенки 0,76 yww cr f λ = τ Коэффициент χw 86,4 w w h t λ = ε 37,4 w w h t kτ λ = ε 7 Рисунок 2 – Определение коэффициента kτ 3.2 Составляющая поясов Определение несущей способности поясов на сдвиг осуществля- ется по формуле: 22 , 1 , 1f f yf Edbf Rd M f Rd b t f M V c M   ⋅ ⋅  = −    ⋅ γ    . Расчетная модель определения составляющей несущей способ- ности поясов на сдвиг представлена на рисунке 3. Рисунок 3 – Модель определения составляющей несущей способности поясов на сдвиг Коэффициент потери устойчивости при сдвиге kτ 3 w 4 3 w 3 2 w h I t 2,1 ht I a h9k slslτsl ≥           = Для пластин с жесткими поперечными элементами жесткости и с продольными элементами жесткости ( ) 1a/hk/ah4,005,34k w2w ≥++= приτslτ ( ) 1a/hk/ah5,344,00k w2w <++= приτslτ 8 Расстояние c может быть аппроксимировано следующей формулой: 2 2 1,6 0,25 f f yf w yw b t f c a t h f  ⋅ ⋅ = +  ⋅ ⋅  . Несущая способность на сдвиг Vbf,Rd, обеспеченная поясами, может быть вычислена на основании пластического механизма в поясах: 2 , , , 1 4 pl f Rd f f yf bf Rd M M b t f V c c ⋅ ⋅ ⋅ = = ⋅ γ . Составляющая поясов может быть добавлена к несущей способ- ности на сдвиг стенки панелей только, когда пояса не полностью используются по изгибающему моменту: MEd ≤ Mf,Rd, где , , 0/f Rd f k MM M= γ – расчетное значение несущей способности поперечного сечения по изгибающему моменту при учете только эффективных поясов. Согласно допущению, что изгибающему моменту МEd сопротив- ляются только пояса, влияние изгибающего момента, учитывается коэффициентом понижения: 2 , 1 Ed f Rd M M     −       . При наличии продольного усилия NEd, которое, как предполага- ется, воспринимают только пояса, Мf,Rd должен быть соответственно понижен коэффициентом: 1 2 0 1 ( ) / Ed f f yf M N A A f   −  + ⋅ γ  . Обычно составляющая поясов является малой величиной и мо- жет не учитываться. Она важна только, когда используются мощ- ные пояса, которые полностью не используются по изгибающим моментам, что может иметь место в опорных сечениях. 9 3.3 Проверка несущей способности на сдвиг Проверка несущей способности на сдвиг выполняется по следу- ющему выражению: 3 , 1,0Ed b Rd V V η = ≤ , где VEd – расчетное значение поперечной силы, включающее попе- речную силу, вызванную возможным крутящим моментом. 3.4 Основные характеристики метода вращаемой области напряжения  Метод применим для малых, а так же панелей сдвига с боль- шим отношением сторон, что не имеет место для других моделей области растяжения, которые обычно дают хорошие результаты для коротких панелей и очень консервативные результаты для длинных.  Метод применим не только для неукрепленных, но также и для поперечно и/или продольно укрепленных стенок.  Помимо составляющей стенки также учитывается составляю- щая несущей способности на сдвиг поясов. ЛИТЕРАТУРА 1. ТКП EN 1993-1-5. Еврокод 3. Проектирование стальных кон- струкций. Часть 1-5: Пластинчатые элементы конструкций. 2. Commentary and worked examples to EN 1993-1-5, 2007 г. 10 УДК 624.074 Деревянная синагога XVII века в д. Волпа Волковысского района Трасковский Д.Г. (Научный руководитель – Иванов В.А.) Белорусский национальный технический университет Минск, Беларусь Сведений о строительной истории здания сохранилось крайне мало. Предположительно оно было построено на рубеже XVII–XVIII веков, некоторые исследователи считают, что во второй половине XVIII века. Не сохранилось или пока не обнаружены документы, отражающие за- казчиков строительства, имена зодчих и мастеров, получение разреше- ния и ход строительства. Известно, что в 1781 году был произведен ремонт кровли. В конце 30-х годов 20 века здание уже не использова- лось по назначению и постепенно начинало разрушаться. Деревянная синагога в Волпе была сожжена немецко-фашистскими захватчиками во время Великой Отечественной войны. Однако сохранились фотографии, сделанные в 20–30-х годах XX столетия, которые позволяют реконструировать внешний вид и объемно-пространственное решение синагоги. Привлекало здание своей необычностью и красотой польских и немецких краеведов, этнографов, исследователей архитектуры, которые составляли опи- сания синагоги, приводили в своих работах сведения о конструк- тивных особенностях, зарисовки синагоги. Важное значение имеют материалы исследований, проведенных польскими учеными из Варшавского политехнического института в 1924 году. Ими были выполнены архитектурные обмеры строения, фотофиксации внеш- него облика и конструкций здания, составлены планы и разрезы здания. Множество фотографий было сделано членами Общества любителей науки при Виленском университете в 20-х годах. Все эти материалы в настоящее время хранятся в архивах Польши и Лету- вы. В послевоенное время польские исследователи Ян и Мария Пехет- ковы издали первый фундаментальный труд «Деревянные синагоги» (1957 г.), в котором содержатся графические материалы, фотографии и синагоги в Волпе. Материалы довоенных исследований и анализ архи- тектурных и конструктивных особенностей рассматриваемого здания можно найти и у англоязычных авторов Кэрола Крински («Синагоги 11 Европы: архитектура, история, значение», 1996 г.), Томаса Губки («Ве- ликолепные синагоги», 2003 г.) и др. Среди белорусских исследователей, которых привлекало еврей- ское архитектурное наследие, в том числе и Волпянская синагога, можно назвать В.А. Чантурия («История архитектуры Белорус- сии»), А.И. Локотко («Архитектура европейских синагог»). Таким образом, на основании сохранившейся информации о си- нагоге в Волпе, можно с большой достоверностью восстановить ее внешний облик и строение. Прежде чем перейти к рассмотрению здания, хотелось бы оста- новиться на функциональном назначении и его влиянии на объём- но-планировочные и конструктивные решения. По определению, синагога – это дом молитвы, дом собраний и дом суда. Синагога являлась центром религиозной и общественной жизни еврейской общины. Этому назначению соответствовало здание центрической композиции, которое заметно бы выделялось среди местечковой застройки своими размерами и формами. По особенностям еврей- ской религии женщины молятся отдельно от мужчин, для них пред- назначались небольшие помещения, открытые узкими окнами в главный молитвенный зал, что вызвало появление низких пристро- ек, окружавших главный объем синагоги. Обязательным принци- пом, вытекающий из традиций синагогального строительства, был высокий молитвенный зал. Это было очень важно для евреев, из- вестны случаи, когда при невозможности устроить высокие пере- крытия в синагогах, опускали уровень пола на 1 – 1,5 м (например, синагоги во Львове и Вильне). Для устройства высокого перекры- тия зала использовали купольно-сводчатые конструкции, которые, в свою очередь, обуславливали значительную по высоте многоярус- ную крышу. Итак, синагога в Волпе представляла собой деревянное строение на каменном фундаменте. Размеры здания в плане – 17х20 м, высота до конька кровли – 16 м. Высокий главный объём был обрамлен с трёх сторон более низкими пристройками. Последние вдоль про- дольных стен имели пологую односкатную кровлю. Со стороны главного фасада пристройки создавали самостоятельную архитек- турную композицию с башнями под высокими двухъярусными 12 крышами. Особенностью башен являлся галерейный балкончик с резными балясинами. Основной объем выделялся высокой трехъярусной кровлей, ак- центом которой был барочного абриса фронтон. Первые два яруса были четырехскатные, а верхний двухскатный, края ярусов кровли были приподняты наподобие восточных пагод. Высота крыши от карниза до конька составляла 9 м. Стены синагоги были сложены из дубового бруса сечением 180х180 мм и горизонтально обшиты, углы рублены в чистый угол без остатка (так называемый «немецкий угол»). Во избежание де- формации стен («выпучивания») были предусмотрены «лисицы» – парные вертикальные стойки, установленные по обе стороны стены и стянутые с помощью болтов. Главный объем здания, формировавший молитвенный зал, был перекрыт восьмиугольным перспективным куполом. Переход от квадратного плана к восьмиугольному куполу осуществлялся при помощи парусов. Парус представлял собой плоский конструктив- ный элемент треугольного очертания, устраиваемый по верхним углам зала, который также придавал всей конструкции большую жесткость. В центре зала располагались четыре стойки, образуя опорную крипту для арочных сводов. Деревянные арочные своды были устро- ены в три яруса, каскадом расположенные один над другим. Каждо- му излому сводчатого перекрытия соответствовал новый ярус кров- ли, однако форма крыше не повторяла форму внутреннего купола. В самом верху между стойками располагался восьмигранный неболь- шой купол, скрытый в конструкции верхнего яруса кровли. По пери- метру сводов располагались выносные балконы с резными балясина- ми. Основу сводов создавали отдельные криволинейные элементы – дощатые кружала, подвешенные к стропильным конструкциям, а своды нашивались из досок. Принцип устройства сводов на сконцен- трированной системе опор присущ только синагогальному строи- тельству и не встречается в других типах здания этого периода. Между колоннами размещалась бима – возвышенная кафедра, с которой читались раввином молитвы. Бима являлась и конструк- тивным элементом – ее верхние обвязки служили связями, обеспе- чивающими устойчивость колонн. В подпольном пространстве бы- ли скрыты каменные опоры и закрепление к ним стоек. 13 Несущим остовом крыши являлась каркасная конструкция – си- стема стропил, стоек и многочисленных элементов жесткости, вы- полненных из деревянных элементов прямоугольного сечения. Внешняя сторона подстропильных рам, расположенных одна над другой в соответствии с ярусами сводов и кровли, служила для упора стропил ярусов кровли, а к внутренней подшивались своды. Верх- нюю двухскатную часть крыши образовывали треугольные фермы, опорами для которых служили подстропильные рамы второго яруса. Фермы работали по принципу висячих стропил с затяжкой. Основными типами соединений элементов деревянных кон- струкций в синагоге являлись лобовая врубка, контактное опирание стоек, нагельные соединения. Таким образом, каркасная конструкция крыши исполняла три функции: воспринимала нагрузку от собственного веса кровельного по- крытия, снеговую и ветровую нагрузку; поддерживала несущие элементы и подшивку сводов; воспринимала нагрузку от консольных балконов в подкупольном пространстве. Отличительной особенностью строительства деревянных синагог являлась опорно-стропильная система с устройством внутренних сводов и уклонов кровель на общей конструктивной основе. Такие решения являлись существенным достижением в деле плотницкого мастерства, усовершенствования деревянных конструкций и разви- тия применения древесины как универсального строительного ма- териала, изучения и применения свойств древесины в различных условиях. Важным достоянием синагог также являлась разработка системы равномерной передачи в деревянном здании нагрузки на стены от крыши и подвешенных конструкций свода с помощью специальной балочной конструкции, погашавшей распорные усилия. Короткая подбалка жестко защемлялась в верхнем венце сруба и служила опо- рой для подстропильной рамы и стропил. Подкосы, поддерживаю- щие балку, всегда вырезались изогнутыми и служили основой для мощных карнизов. Снаружи такой карниз шел в основании крыши, а в интерьере создавал переход от стены к сводчатому перекрытию. 14 Следует отметить, что оригинальной и специфической архитек- турой выделялись деревянные синагоги Восточной Европы (терри- тории современных Беларуси, Польши, Литвы, Украины), в то вре- мя как в Центральной и Западной Европе их особенности не приоб- ретали такого яркого проявления. Синагога в Волпе была одной из самых необычных и впечатляющей из них, на что неоднократно указывали различные исследователи. Несмотря на общность форм и тектоники с другими деревянными синагогами, волпянская облада- ла индивидуальными чертами и не имела аналогов. Практически все деревянные синагоги Восточной Европы были разрушены во время войны. На территории Беларуси сохранилось че- тыре деревянные синагоги XIX – нач. XX вв. (в Ивенце, Любани, Ле- пели и Бутькавичах Столбцовского района). В Беларуси не предпри- нимались попытки воссоздания синагог, подобных Волпянской. Одна- ко, найдутся заинтересованные лица в воссоздании яркого примера белорусского народного зодчества – деревянной синагоги в Волпе. Рисунок 1 – Модель синагоги, выполненная в 1997 г. сотрудниками Идишского книжного центра в Амхерсте (США). 15 УДК. 624.074 Реконструкция купольного покрытия надвратной башни замка Радзивиллов в поселке Любча Тарасов В.С., Высоких А.С. (Научный руководитель – Згировский А.И., консультант – Ильючик В.В.) Белорусский национальный технический университет Минск, Беларусь Любча – городской поселок в Новогрудском районе Гроднен- ской области Беларуси. Расположен на левом берегу реки Неман, в 26 км на северо-восток от Новогрудка. Любчанский замок – один из последних памятников традиционного замкового строительства в Беларуси – возник в 80-е годы XVI века на высоком левом берегу Немана. С трех сторон квадратное замчище окружал оборонительный ров шириной до 30 м и глубиной 7–10 м. По документам и графическим материалам XVII века, в Любчан- ском замке было 4 башни, каждую из которых украшали флюгеры с гербами Радзивиллов. Из четырех башен замка сохранились две. Башни сложены из кирпича и валунов (рисунок 1). Главная башня, в основании квадрат размером 9,8x9,8 м, при- близительно с половины высоты переходит в восьмигранник, кры- тый шатром. Башня имела четыре яруса боя. На первом ярусе было восемь ружейных бойниц, на втором – двенадцать, на третьем – во- семь пушечных бойниц. Под крышей башни в каждой из восьми стен находились по две мушкетные бойницы. Башня прорезана ар- кой въезда. В прошлом только через нее можно было попасть во внутренний двор. Такой прием замкнутой пространственной компо- зиции был типичным для большинства дворцово-замковых ансам- блей XVI–XVII вв. По своей объемно-пространственной композиции она очень сходна с башнями в Мирском, Новогрудском и Витебском замках. Смешанная готико-ренессансная кладка позволяет сделать вывод, что башня была 16 возведена в конце XVI в. Фундамент ее из больших валунов уходит в землю почти на 4 м. Внутри здания находилась тюрьма. Вначале это была единственная каменная башня в деревянном замке. Рисунок 1 – Общий вид замка Любча – весьма символическое место для белорусской истории. Именно в Любче первый и единственный король Великого княже- ства Литовского Миндовг был обращен в христианскую веру. Здесь же, на берегу Немана, согласно легенде он встретил свою любимую. От этого и появилось такое нежное и чувственное название местеч- ка – Любча. Этот небольшой городок в Гродненской области неоднократно становился подарком венценосных особ своим приближенным. Вначале Миндовг подарил местечко киевскому боярину Кияну, ко- торый спасался в Новогрудке, тогдашней столице Великого княже- ства Литовского, от нашествия татар. В 1428 году Витовт преподнес Любчу своей супруге Ульяне. А в 1499 году великий князь Алек- сандр вручил «двор Любч» подскарбию Федору Хрептовичу. Владевший впоследствии Любчей Ян Кишка построил здесь протестантский храм, при котором действовала школа, и небольшой белорусский городок стал одним из центров протестантского дви- жения в Великом княжестве Литовском. Радзивиллы благоустроили замок, возведенный Яном Кишкой, и саму Любчу. Крыштоф Радзивилл был сторонником либерального течения протестантского движения – кальвинизма. Бывший храм в 17 замке был переосвящен в кальвинистский сбор. Под защитой мощ- ного замка, действовала крупнейшая типография кальвинистов, ко- торая выпустила сотни религиозных и светских изданий. В 1640 году новым хозяином Любчи стал виленский воевода и ве- ликий гетман литовский Януш Радзивил, сын Крыштофа. В 1655 го- ду многочисленный казачий отряд И.Золоторенки захватил местеч- ко и приступом взял замок. Большая часть жителей Любчи была убита или уведена на поселение в Россию, храмы и типография раз- граблены, а замок частично взорван. А сам Ян Радзивилл был отравлен наемными убийцами. После Радзивиллов замком владе- ли графы Витгенштейны, потом кня- зья Гогенлое. Но значение Любчи в общественной жизни этих мест оста- лось в прошлом. Лишь во второй по- ловине XIX века на территории ста- рого полуразрушенного замка нача- лось очередное строительство. Его инициаторами стали очередные хозя- ева Любчи Фальц-Фейны. Они хотели вписать свою новую европейскую резиденцию в архи- тектуру древнего ренессансного замка. В 1864–1870 годах на месте старого деревянного хозяйского дома появился новый белокамен- ный дворец в стиле английской неоготики. По воспоминаниям со- временников, внутренние интерьеры дворца выделялись своей изящной лепниной и резьбой, каминами с изразцами с оригиналь- ным орнаментом, со вкусом подобранной мебелью в стиле модерн. Перестроили и уцелевшие башни, превратив брамную в жилую, сделав на месте бойниц прямоугольные окна. Установили на фасаде куранты и построили небольшой павильон с декоративными угловыми башенками для гостей, соединив его с башней крытой галереей. Вокруг дворца тогда же был разбит небольшой, но очень уют- ный парк, с тенистыми аллеями полукругом охватывающими замок. На склонах оборонительных валов разбили цветники. Рисунок 2 – Общий вид надвратной башни 18 Сегодня замково-парковый комплекс XVII–XIX веков считается памятником истории и культуры республиканского значения. В настоящее время на благотворительные средства проводится реконструкция въездной башни. Уже восстановлены стены, для че- го используется кирпич из разбираемых или разрушенных старых домов XIX века. Начиная с 2003 года, каждое лето в замке собираются волонтеры со всей Беларуси. В настоящее время силами белорусских волонтё- ров, создавших фонд Любчанского замка, ведутся работы по вос- становлению древних башен и превращению исторической досто- примечательности в объект международного туризма. Группа студентов совместно с сотрудниками строительного и архитектурного факультетов БНТУ разрабатывает деревянное ку- польное покрытия шатра башни (рисунок 3). Рисунок 3 – Трехмерная модель купольного покрытия башни 19 УДК 624.014.2 Использование объектного программирования на VBA для проектирования на примере расчета обшивки и расстановки стрингеров сегментного гидротехнического затвора Специан В.С., Новицкий А.В. (Научный руководитель – Новиков В.Е.) Белорусский национальный технический университет, Минск, Беларусь В статье рассматривается автоматизация проектирования сегмент- ного гидротехнического затвора средствами VBA. Расчет и рисование затвора выполняется в среде Excel с использованием AutoCAD. 1. Общие сведения о VBA VBA (Visual Basic for Applications) – это диалект языка Visual Basic, расширяющий возможности Visual Basic, предназначенный для работы с приложениями Microsoft Office и другими прило- жениями от Microsoft и третьих фирм. VBA – самый удобный язык для работы с приложениями. Главная причина проста – язык VBA встроен в приложения Office (и не только), и исходный програмный код на языке VBA можно хранить внутри документов приложений Office – документах Word, книгах Excel, презентациях PowerPoint и т.п. Также этот код можно запускать оттуда на выполнение, пос- кольку среда выполнения кода VBA встроена внутрь этих прило- жений. В настоящее время VBA встроен во все главные приложения MS Office – Word, Excel, Access, PowerPoint, Outlook, FrontPage, InfoPath; в другие приложения Microsoft, например, Visio и Microsoft Project; в более чем 100 приложений третьих фирм, например, CorelDraw и CorelWordPerfect Office 2000, AutoCAD, Femap и т.п. У VBA есть также множество других достоинств:  Высокая скорость создания приложений с графическим интерфейсом для MS Windows.  Простой синтаксис, позволяющий очень быстро освоить язык.  Возможность компиляции как в машинный код, так и в P-код (по выбору программиста). В режиме отладки программа всегда (вне зависимости от выбора) компилируется в P-код, что позволяет приостанавливать выполнение программы, вносить значительные 20 изменения в исходный код, а затем продолжать выполнение: полная перекомпиляция и перезапуск программы при этом не требуется.  Возможность использования большинства WinAPI функций для расширения функциональных возможностей приложения.  VBA изначально был ориентирован на пользователей, а не на профессиональных программистов (хотя профессионалы пользуются им очень активно), поэтому создавать программы на нем можно очень быстро и легко. Кроме того, в Office встроены мощные средства, облегчающие работу пользователя: подсказки по объектам и по синтаксису, макрорекордер и т.п.  При создании приложений на VBA вам, скорее всего, не придется заботиться о установке и настройке специальной среды программирования и наличии нужных библиотек на компьютере пользователя – MS Office есть практически на любом компьютере. 2. Общие сведения о гидротехнических затворах Гидротехнические затворы являются частью напорного фронта гидросооружения и предназначены для перекрытия водопропуск- ных и судоходных отверстий и регулирования расхода воды. Затво- ры подразделяют на поверхностные и глубинные. По эксплуатационному назначению затворы делят на основные, аварийные, ремонтные и строительные. Самым распространенным видом затвора является плоский за- твор, основным преимуществом которого по сравнению с другими является простота конструкции, удобство их обслуживания и ре- монта. Однако они требуют мощных приводных механизмов для преодоления собственного веса и сил трения в ходовых частях при подъеме затвора. Реже применяют сегментные затворы вследствие сложности их конструктивной формы и повышенной точности изготовления и мон- тажа. Преимуществом сегментных затворов перед плоскими является меньшее подъемное усилие, большая скорость маневрирования и вы- сокая надежность эксплуатации в зимнее время. Стоимость их изго- товления на 10–15% выше стоимости плоских затворов. 21 Рисунок 1 – Макет гидротехнического сегментного затвора Поперечное сечение пролетного строения сегментного затвора представляет собой сегмент окружности, центр которой обычно совпадает с осью вращения затвора. Сегмент опирается на ноги, че- рез которые давление передается на шарниры. Опорные шарниры закрепляют на боковых стенках водопропускного отверстия. Гидро- статическое давление воды передается на обшивку, далее на стрин- геры, диафрагмы и ригели. 3. Расчет водоудерживающей обшивки и его автоматизация Одной из задач при проектировании стального затвора является задача расчета водоудерживающей обшивки, испытывающей изгиб. Поскольку обшивка опирается на стрингеры, то ее расчет зависит от шага стрингеров, поэтому расчет обшивки и расстановку стрингеров выполняют одновременно. Так как, как часто бывает при проектиро- вании, неизвестных параметров гораздо больше, чем разрешающих уравнений, то некоторыми параметрами задаются изначально. 22 Приведем последовательность расчета обшивки (приближенно из условия прочности при цилиндрическом изгибе) и расстановки стрингеров стального сегментного гидротехнического затвора. Расчет начинают с определения генеральных размеров затвора, при этом известные исходные параметры: γc – коэффициент условий работы, γn – коэффициент надежно- сти по назначению, Ry – расчетное сопротивление стали обшивки изгибу по пределу текучести; t0 – толщина обшивки (задаются из- начально), γ ≈ 104 Н/м3 – удельный вес воды; С – превышение цен- тра вращения затвора (ц.в.з.) над уровнем воды, Н – напорный уро- вень, R – радиус затвора по внутренней грани обшивки (см. рисунок 3). Длина смоченной водой обшивки: , где , , . Равнодействующая гидростатического давления: P = P 2hor+P 2vert , где горизонтальная составляющая давления воды: . Вертикальная составляющая давления, равная Архимедовой си- ле, т.е. весу вытесненного затвором объема жидкости: Pvert = 0.5γR2   πϕ 180 + 2sinα cos β – 0.5( )sin2α + sin2β E A. Угол наклона равнодействующей гидростатического давления: . 23 Условие прочности обшивки при изгибе на i-м участке между соседними стрингерами при заданной ее толщине : , где bi – фактический пролет обшивки (или шаг стрингеров) на i-том участке, i = 1…n; bi,lim – предельный пролет обшивки на i-том участке из условия ее прочности при цилиндрическом изгибе; n – количество пролетов обшивки. Глубина погружения i-того стрингера: , где ; , . Задача расчета обшивки состоит в последовательном размеще- нии стрингеров таким образом, чтобы на каждом i-том участке вы- полнялось условие bi < bi,lim, при этом очевидно . Приведенный алгоритм реализован в среде Excel с использова- нием VBA. На листе Excel располагаются исходные данные и в таб- личном виде выводятся результаты расчета (рисунок 2). № п/п Выполнение условия bi < bi,lim 1 2 3 Рисунок 2 – Форма таблицы результатов расчета в среде Excel После расчета автоматически выполняется изображение попе- речного разреза сегментного затвора средствами VBA в AutoCAD. Т.е. программный код, находящийся в программе Excel, вызывает 24 программу AutoCAD и в соответствии со значениями параметров выполняет в нем чертеж затвора. Чертеж выполняется в соответ- ствии с заданным масштабом с автоматическим проставлением всех необходимых размеров. Изображение затвора позволяет оценить правильность его компоновки (в том числе размещения стрингеров) визуально (рисунок 3). Отметим, что расчет обшивки и размещение стрингеров в плоском затворе есть частный случай сегментного за- твора. Сегментный затвор становится плоским при его радиусе R→∞. В исходных данных Excel необходимо лишь ввести доста- точно большой радиус (фактически достаточно 107м) и C = –H/2. Рисунок 3 – Изображение поперечного сечения сегментного гидротехнического затвора в масштабе, формируемое автоматически в среде AutoCAD по результатам расчета в среде Excel 25 УДК. 624.078 Особенности определения несущей способности соединений на стальных цилиндрических нагелях по национальным и зарубежным нормативным документам Самсонова Д.В., Серенкова А.П. (Научные руководители – Фомичев В.Ф., Ильючик В.В.) Белорусский национальный технический университет Минск, Беларусь В работе рассмотрены основные положения определения несу- щей способности нагельного соединения по национальному норма- тивному документу ТКП 45-5.05-146-2009 (02250), действующему на альтернативной основе ТКП EN 1995-1-1-2009 (02250), идентич- ного Европейским нормам – EN 1995-1-1, и СНиП II-25-80. В выше перечисленных нормативных документах существуют различия в определении механических характеристик материалов, различия в делении на классы условия эксплуатации и в классифи- кации нагрузок. Выполнены расчеты растянутого деревянного стыка на стальных цилиндрических нагелях по трем методикам. Исходные данные, принятые в расчетах, приведены в таблице 1. Таблица 1 – Исходные данные № п/п Наименование документа Продольное растягивающее усилие (кН) Материал Вид нагрузки Класс условия эксплуатации Стальной нагель 1 СНиП II-25-80 120 Сосна 1-й сорт постоянная А1 С38/23, d = 16 мм 2 ТКП 45-5.05-146-2009 120 Сосна 1-й сорт постоянная 1-ый d = 16 мм 3 ТКП EN 1995-1-1-2009 120 С27 постоянная 1-ый Класс прочности 4.6, d = 16 мм 26 N N NN Рисунок 1 – Стык на стальных нагелях В соответствии с нормативным документом Республики Бела- русь ТКП 45-5.05-146-2009 расчетную несущую способность одно- го среза нагеля в симметричных соединениях (кН) принимают как наименьшее из найденных значений: 1. Расчетная несущая способность одного среза нагеля из усло- вия смятия древесины крайних элементов: ,1,1,1 akhd kdtfR ⋅⋅⋅= где khf ,1, – расчетное сопротивление древесины смятию в глухом нагельном гнезде для крайних элементов (МПа); 1t – толщина крайних элементов; αk – коэффициент, учитывающий угол между направлением усилия по отношению к направлению волокон древесины; d – диаметр нагеля. 2. Расчетная несущая способность одного среза нагеля из усло- вия смятия древесины средних элементов: 27 αkdtfR khd ⋅⋅⋅= 2,2,2 , где khf ,2, – расчетное сопротивление древесины смятию в глухом нагельном гнезде для средних элементов (МПа); 2t – толщина средних элементов; 3. Расчетная несущая способность одного среза из условия изги- ба нагеля: ( )2 21 , 1 1d n d nR f t d kαβ= ⋅ ⋅ + ⋅ , где nβ – коэффициент, зависящий от отношения толщины более тонкого элемента к диаметру нагеля. В соответствии с нормативным документом Российской Федера- ции СНиП II-25-80. Расчетную несущую способность одного среза нагеля в симметричных соединениях (кН) принимают как наимень- шее из найденных значений: 4. Расчетная несущая способность одного среза нагеля из усло- вия смятия древесины крайних элементов: ,8,0 daTa ⋅⋅= где а – толщина крайних элементов (см); d – диаметр нагеля (см). 5. Расчетная несущая способность одного среза нагеля из усло- вия смятия средних элементов: ,5,0 daTc ⋅⋅= где c – толщина средних элементов (см). 6. Расчетная несущая способность одного среза из условия изги- ба нагеля: 22 02,08,1 adTu ⋅+⋅= но не более 22,5 d⋅ . Согласно EN 1995-1-1 расчетную несущую способность одного среза нагеля в симметричных соединениях принимают как 28 наименьшее из найденных значений по приведенным ниже форму- лам: 7. Расчетная несущая способность одного среза нагеля из усло- вия смятия древесины крайних элементов: dtfF khkRv ⋅⋅= 1,1,,, , где kRvF ,, – нормативная несущая способность одного среза нагеля (кН); khf ,1, – нормативное сопротивление древесины смятию в глухом нагельном гнезде для крайних элементов (МПа); 2t – толщина крайних элементов. 8. Расчетная несущая способность одного среза нагеля из усло- вия смятия древесины средних элементов: dtfF khkRv ⋅⋅⋅= 2,2,,, 5,0 , где khf ,2, – нормативное сопротивление древесины смятию в глу- хом нагельном гнезде для средних элементов (МПа); 2t – толщина средних элементов. 9. Расчетная несущая способность одного среза нагеля из усло- вия изгиба нагеля , 4 )2(4 )1(2 2 5,1 ,,2 ,1, ,,1,1, ,, 1 kRax kh kRykh kRv F dtf Mdtf F +         − ⋅⋅ ⋅+⋅ ++⋅⋅ + ⋅⋅ = β ββ ββ β , 4 2 1 215,1 ,,,1,,,,, kRax khkRykRv F dfMF +⋅⋅⋅ + = β β где kRyM ,, – нормативный момент пластической деформации наге- ля, определяемый по формуле: 6,2 ,,, 3,0 dfM kukRy ⋅⋅= , где kuf , – нормативное сопротивление растяжению; β – масштабный коэффициент для нормативного сопротивления смятию древесины определяемый по формуле: 29 ,2, ,1, kh kh f f =β ; kRaxF ,, – нормативное сопротивление связи выдергиванию. В вышеприведенных формулах первое слагаемое – несущая спо- собность по теории Джохансена, а второе слагаемое, нормативное сопротивление связи выдергиванию ( 4 ,, kRaxF ) – учет эффекта нити. Второе слагаемое, учитывающее эффект нити, ограничивается по величине, в процентном отношении от несущей способности по теории Джохансена. Если величина kRaxF ,, не определена, то расчет можно вести без учета эффекта нити. В нагелях эффект нити отсут- ствует и, следовательно, kRaxF ,, принимается равным нулю. Выполненные расчеты растянутого деревянного стыка на сталь- ных цилиндрических нагелях по выше рассмотренным документам позволили сформулировать следующие выводы: 1. Размеры поперечных сечений деревянных элементов по EN 1995-1-1 больше на 33%, чем по ТКП 45-5.05-146-2009 и СНиП II-25-80. 2. Требуемое количество нагелей в соединении по EN 1995-1-1 больше на 33%, чем по ТКП 45-5.05-146-2009 и СНиП II-25-80, что приводит к увеличению длины деревянных накладок. 3. Трудоемкость выполнения расчетов растянутого деревянного стыка на стальных цилиндрических нагелях по EN 1995-1-1 в 7-10 раз больше, чем при использовании ТКП 45-5.05-146-2009 и СНиП II-25-80. 30 УДК 624. 14 Особенности компоновки стальных каркасов ТЭС и АЭС Маркевич М. (Научный руководитель – Жабинский А.Н.) Белорусский национальный технический университет Минск, Беларусь Современные производства размещаются в многоэтажных и од- ноэтажных зданиях, схемы и конструкции которых достаточно раз- нообразны. По числу пролетов одноэтажные здания подразделяют- ся на однопролетные и многопролетные. Основу любого промыш- ленного здания составляет каркас. Каркас – комплекс несущих конструкций, воспринимающий и передающий на фундаменты нагрузки от веса ограждающих конструкций, технологического оборудования, атмосферные нагрузки и воздействия, нагрузки от внутрицехового транспорта (мостовые, подвесные, консольные краны), температурные технологические воздействия. В настоящее время широкое распространение в строительстве промышленных зданий получили стальные каркасы. В промышленном строитель- стве около 70 % зданий имеют пролеты от 18 до 36 м., высоту от 10 до 20 м. По виду внутрицехового транспорта здания подразделяют- ся на бескрановые, с мостовыми кранами, с подвесными кранами, с подвесными конвейерами. На рисунке 1 показан общий вид каркаса обычного производственного здания. Рисунок 1. – Общий вид каркаса производственного здания 31 На рисунке 2 показан общий вид каркаса здания ТЭС, схожие каркасы применяются и для АЭС. Строительные конструкции ТЭС и АЭС в основном аналогичны конструкциям крупных промыш- ленных зданий и объектов. Выбор материала конструкции опреде- ляется на основе технико-экономического сравнения наиболее ра- циональных вариантов. Здания ТЭС и АЭС – это, в первую очередь, много пролетные здания с большими пролетами, разной высоты. Для покрытия используются стальные фермы, с поясами из широ- кополочных сварных или прокатных двутавров. Решетку ферм обычно проектируют треугольной с дополнительными стойками. Чтобы исключить работу верхних поясов ферм на местный изгиб при внеузловой передаче нагрузки, часто применяют фермы со шпренгельной решеткой. Колонны проектируют ступенчатыми, обычно сквозного сечения высотой 1000-2500 мм., с расположени- ем мостовых кранов, чаще всего, в двух уровнях. Мостовые краны применяются достаточно большой грузоподъемности. Ввиду боль- шой высоты на каркас действуют значительные ветровые нагрузки. Для увеличения поперечной жесткости рам и уменьшения горизон- тальных перемещений на уровне головки подкранового рельса, ря- дом с рамой устраивают жесткую этажерку с подкосом в уровне подкрановой балки. Как правило, для каркасов ТЭС и АЭС используются легирован- ные стали. При проектировании каркасов ТЭС и АЭС учитывается то, что производство является взрывоопасным, поэтому предусмат- риваются для покрытий легкосбрасываемые кровли. По степени от- ветственности производственных зданий ТЭЦ и АЭС, относящиеся к 1-му классу. Рисунок 2. – Общий вид каркаса производственного здания ТЭС 32 33 УДК 624.014.2 Перекрытие штаб-квартиры национального олимпийского комитета Лихимович М.А. (Научный руководитель – Лагун Ю.И.) Белорусский национальный технический университет, Минск, Беларусь 1 Введение В настоящий момент в Минске проектируется и строится ряд уникальный строительных зданий и сооружений. К таким уникаль- ным сооружениям можно смело отнести и здание Штаб-квартиры Национального олимпийского комитета (далее НОК). Уникальность указанного сооружения заключается: – в уникальной архитектурно-выразительной компоновке (см. ри- сунок 1); – в уникальных конструктивных решениях купольного покрытия универсального зала; – в уникальных конструктивных решениях перекрытия универ- сального зала. Целью настоящей работы является выявление особенностей напряженно-деформированного состояния перекрытия универсаль- ного зала. 2 Особенности конструктивного решения перекрытия уни- версального зала Здание олимпийского комплекса запроектировано в монолитном железобетонном каркасе с подземным и 5 надземными этажами. Пе- рекрытие – монолитное толщиной 220 мм с устройством в зоне ко- лонн капителей размерами в плане 2,1х2,1 м, общей высотой 450 мм. Сетка колонн принята от 5,5х5,5 до 8х8м. Покрытие центральной части олимпийского комплекса, выпол- ненное в виде купола, несущая конструкция которого запроектиро- вана в виде двухслойного сетчатой оболочки. Данная конструкция опирается на монолитное железобетонное перекрытие пятого этажа универсального зала. 34 Особенностью данного перекрытия являются большие пролеты между опорными ригелями и консольные выступы по краям (см. рису- нок 2). Такая особенность обусловлена круглой в плане формой пе- рекрытия и большим холлом под ним, что требует обеспечения хо- рошей освещенности и большого свободного пространства. Как следствие, в этом месте принята редкой сетка колонн. Для обеспечения прочности и жесткости в проекте приняты в ка- честве несущих конструкций стальная балочная клетка, выполнен- ная по неразрезной схеме и консольными участками. Неразрезность сопряжения балок в монтажных узлах обеспечивается «рыбами» (см. рисунок 3). По контуру перекрытия предусмотрена круговая неразрезная балка, которая воспринимает нагрузки непосредственно от купола. Для обеспечения требуемой огнестойкости несущих конструк- ций, все стальные конструкции обетонируются. 3 Особенности внешних нагрузок на перекрытие универ- сального зала К особенности внешнего воздействия на перекрытие можно от- нести нагрузку от купола, которая передается в виде сосредоточен- ных сил, приложенных к внешнему круговому неразрезному риге- лю. Суммарная величина максимальной силы достигает 10 тс, что в общем случае создает значительные внутренние усилия в элементах балочной площадки, и приводит к значительным деформациям пе- рекрытия (см. рисунок 4). 4 Выводы 1) В работе проведен анализ архитектурно-конструктивных реше- ний, примененных при проектировании здания Штаб-квартиры НОК. 2) В работе проведен анализ внешних нагрузок, действующих на купольное покрытие и перекрытие универсального зала. 3) В работе проведен анализ принятых конструктивных решений стального балочного перекрытия и определены оптимальные про- ектные решения. Рисунок 1 – Фасад здания Штаб-квартиры НОК в г. Минска 35 Рисунок 2 – Разрез здания Штаб-квартиры по оси F/1 36 Рисунок 3 – Монтажные узлы сопряжения элементов балочного перекрытия 37 Рисунок 4 – Деформированная схема балочного перекрытия 38 39 УДК 728.1:005.93 Энергопассивный дом Киеня С.А. (Научный руководитель – Иванов В.А.) Белорусский национальный технический университет Минск, Беларусь Широкий резонанс и большую актуальность приобрели в по- следнее время мировые тенденции, касающиеся вопросов экологии. Не последнее место в списке подобных проблем занимает и созда- ние природного, экологически чистого жилья, в котором человек чувствовал бы себя комфортно и гармонично. Развитие энергоэффективных построек восходит к исторической культуре северных народов. Примером техники повышения энер- гоэффективности дома является русская печь, отличающаяся тол- стыми стенками, хорошо сохраняющими тепло, и оснащенная ды- моходом со сложной конструкцией лабиринтов. К современным экспериментам повышения энергоэффективности зданий можно отнести сооружение, построенное в 1972 году в городе Манчестер в штате Нью Гэмпшир (США) (рисунок 1). В 1973–1979 годах был построен комплекс «Econo-House» в городе Отаниеми, Финляндия. Рисунок 1 – Экодом в городе Манчестер в штате Нью Гэмпшира (США) 40 Пассивный дом, энергоэффективный дом или экодом – это со- оружение, основной особенностью которого является отсутствие необходимости отопления или малое энергопотребление – в сред- нем около 10 % от удельной энергии на единицу объема, потребля- емой большинством современных зданий. Материалы, из которых строятся энергопассивные дома в наше время, должны быть доступными и экологически чистыми. При их применении должны учитываться энергоемкость, экологичность и жизненный цикл. Как раз всем перечисленным характеристикам и отвечает прессованная солома (рисунок 2). Рисунок 2 – Соломенный блок Используется солома, смоченная глиняным раствором (90 % – солома и 10 % – глина). Эта «мокрая» технология обобщает четы- рехвековой немецкий опыт «фахтверкового» (каркасного) строи- тельства в природно-климатических условиях, сходных с белорус- скими (риcунок 3, 4). 41 Рисунок 3 – процесс возведения дома из соломенных блоков Рисунок 4 – соломенный экодом. Отделка фасада Солома прессуется пресс-подборщиками или вручную на специ- альных прессах. Спрессованный блок перевязывается металличе- ской проволокой, или нейлоновым шнуром. Размер блоков в сред- нем составляет 90 см в длину, 45 см в ширину и 35 см в высоту. Вес блока около 23 кг. Средняя плотность 80–150 кг/м3. Обычно ис- пользуется солома ржи, льна или пшеницы, возможно также ис- пользование сена. 42 Соломенные блоки относятся к группе горючих материалов Г4 (согласно ГОСТ 30244-94 «Материалы строительные. Методы ис- пытаний на горючесть»), имеют коэффициент дымообразования 393,91 м2/кг и согласно ГОСТ 12.1.044 «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения» относятся к группе материалов с умеренной дымооб- разующей способностью Д2. Соломенный экодом обладает рядом преимуществ:  Низкая стоимость. 1 м3 соломы стоит 140 тыс. рублей, в срав- нении 1 м3 кирпича рядового пустотелого 500 тыс. рублей;  Доступность материалов;  Малый вес. Из-за легкого веса соломенных блоков зданию не требуется тяжелый фундамент, для строительства не требуются строительные механизмы;  Теплопроводность соломы в сухом состоянии при температу- ре (18± 5) °С составляет не более 0,050-0,065 Вт/м °С, дерева 0,18 Вт/м °С и 0,7 Вт/м °С кирпича, что приводит к снижению за- трат на отопление дома. Затраты на отопление соломенного дома не превышают 20 киловатт часов в год на квадратный метр, в то время как норма для многоквартирного крупнопанельного дома по СНиП 120 киловатт часов в год на м2;  Хорошие показатели звукопроницаемости, не менее 41 дБ;  Экологичность. Солома – возобновляемый ресурс;  При полном соблюдении технологии долговечность такого дома должна быть не меньше, чем 100 лет. В идеале, пассивный дом должен быть независимой энергоси- стемой, вообще не требующей расходов на поддержание комфорт- ной температуры. Отопление пассивного дома должно происходить благодаря теплу, выделяемому живущими в нем людьми и бытовы- ми приборами. Горячее водоснабжение, также, может осуществля- ется за счет установок возобновляемой энергии: тепловых насосов или солнечных водонагревателей. Решать проблему охлажде- ния/кондиционирования здания также предполагается за счет соот- ветствующего архитектурного решения, а в случае необходимости дополнительного охлаждения за счет альтернативных источников энергии, например, геотермального теплового насоса. Для достижения энергоэффективности необходимо оптимизиро- вать следующие процессы: 43 1. Теплоснабжение. 2. Электроснабжение. 3. Энергоснабжение. Для оптимизации теплоснабжения применяются следующие тех- нологии и элементы: тепловой насос – преобразует низкопотенци- альное тепло грунта, водоемов или воздуха в тепло для системы отопления и горячего водоснабжения; солнечный коллектор – уста- новка, использующая энергию солнечной радиации для нужд отоп- ления и горячего водоснабжения; вихревой термогенератор – ин- новационное устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии в тепловую, без использования нагреватель- ных элементов; отопительные котлы; электроконвенторы. Оптимизировать электроснабжение пассивного дома позволяют следующие инновационные методы: использование ветрогенера- торов малой мощности позволяет эффективно использовать энер- гию ветра, преобразуя ее в электроэнергию; солнечные модули – предназначенные для преобразования поступающей солнечной ра- диации в электричество; гибридные системы, сочетающие в себе традиционные способы производства электроэнергии (дизельные генераторы) и инновационные. Достичь низкого энергопотребления помогает проектирование системы вентиляции с рекуперацией тепла (рисунок 5). Рисунок 5 – Схема работы рекуператора 44 Система рекуперации тепла – один из ключевых энергосберега- ющих элементов нулевого дома и ее внедрение позволяет суще- ственно повысить качество воздуха по санитарным показателям и показателям влажности. Система требует специальных планировочных и инженерных решений, поэтому может быть интегрирована в систему теплоснаб- жения только на стадии проектирования и последующего строи- тельства энергоэффективного дома. Электронная система «Умный дом» позволит эффективно кон- тролировать энергосистему дома. Система обеспечивает экономное использование энергии в соответствии с заданными параметрами, а также позволяет в случае необходимости минимизировать энерго- потребление путем включения спящего режима. С ее помощью воз- можно самостоятельно установить необходимые климатические параметры в любом помещении дома (температуру и влажность). Система контроля имеет визуальную панель управления. Имеется возможность управления умной системой дома с мобильного теле- фона или через интернет. Массовое строительство экодомов, создание экопоселений – один из перспективных путей развития будущего человечества, это эффективное средство решения многих экологических проблем, стоящих перед людьми в XXI веке. 45 УДК 624.014 Результаты натурного обследования несущих строительных конструкций покрытия крытого рынка в г. Мозырь Каленто М.Г (Научный руководитель – Згировский А.И., консультант – Кеда А.Н.) Белорусский национальный технический университет, Минск, Беларусь Здание крытого рынка расположено в районе старого центра г. Мозыря на пересечении улиц Советская и Интернациональная на пл. Горького (рисунок 1). Крытый рынок был построен в 1987 году по проекту института «Белгипроторг». Здание рынка эксплуатиро- валось по назначению более 20 лет без капитального ремонта. Рисунок 1 – Общий вид крытого рынка Крытый рынок двухэтажный, с цокольным этажом сложной конфигурации в плане. Габаритные размеры здания в плане 106,25х80 м. Размеры торгового зала, перекрытого деревянными арками имеют размеры в плане 48,0х36,0 м. Высота этажей – 3,0 м, максимальная высота в торговом зале – 13,125 м. Конструктивная схема здания смешанная. Несущий каркас – же- лезобетонный, наружные несущие стены кирпичные, над торговым залом несущие клееные деревянные трехшарнирные арки пролетом 36,0 м на монолитной железобетонной раме. 46 Торговый зал перекрыт несущими клееными деревянные трех- шарнирные арками сечением 200х1360(h) мм пролетом 36 м. Арки опираются на монолитную железобетонную раму. Арки – треуголь- ные, выполненные из прямолинейных элементов из досок толщиной 32 мм. В приопорной и коньконый зонах арки попарно соединены при помощи балок распорок сечение 150х900(h) мм. В каждом про- лете, от опорного узла до коньковой части полуарок расположено по 18 прогонов сечением 150х260(h) мм. Крепление балок к полу- аркам осуществляется посредством металлических деталей – баш- маков. По аркам в уровне верхнего пояса с шагом 1,0 м расположе- ны клееные деревянные прогоны. Крепление прогонов осуществля- ется при помощи тонкостенных гнутых металлических элементов. Покрытие торгового зала выполнено из стального оцинкованного листа по деревянному настилу. Пространственную жесткость зданию крытого рынка придают распорки, расположенные по торцам клееных полуарок, прогоны и двойной дощатым косой настил. В 2005 году произошло обрушение участков покрытия рынка площадью до 54 м2 в двух пролетах. Причиной обрушения явилась пластинчатая коррозия и разрушение стальных кронштейнов. По- врежденные участки покрытия были демонтированы и выполнено новое деревянное покрытие. В 2008 году произошло частичное об- рушение прогонов. Здание на момент этого обрушения уже не экс- плуатировалось (рисунок 2). В 2010 году обрушение покрытия про- должилось. Суммарная площадь обрушения составляет более 200 м2. Рисунок 2 – Внутренний интерьер крытого рынка 47 В 2011 году были обследованы несущие клееные деревянные трехшарнирные арки покрытия крытого рынка пролетом 36 м, их опорные и коньковые узлы, а также прогоны и распорки между по- луарками в районе опорных узлов сечением. В результате обследования прогонов и элементов их крепления выявлены следующие дефекты и повреждения: 1) прогоны увлажнены в местах протечек кровли, особенно в опорных зонах; 2) выявлено разрушение защитного покрытия на отдельных участках в виде биоповреждения (мох, плесень); 3) выявлено дополнительное обрушение кровли и прогонов по- крытия; 4) разрушение защитного покрытия арок на многочисленных участках; 5) поверхностная коррозия металлических элементов крепления. Для проверки несущей способности несущих конструкций был вы- полнен статический расчет трехшарнирных арок покрытия крытого рынка с использованием программного вычислительного комплекса «Лира-Windows» в соответствии с действующими нормами [1–3]. Фактические постоянные нагрузки определены по результатам натурного обследования и контрольных вскрытий кровли. Снеговая нагрузка на покрытие принята для снегового района IБ по схемам № 1, 8 приложения 3 норм [1] при коэффициенте надеж- ности по нагрузке fγ = 1,6. Анализ данных натурного освидетельствования, а также результатов статических и поверочных расчетов несущих треугольных клееных де- ревянных арок покрытия крытого рынка на пл. Горького, 5 в г. Мозыре Гомельской области позволяет сделать следующие выводы: 1. Общее состояние несущих клееных деревянных конструкций покрытия (треугольные арки, балки-распорки и частично прогонов) является удовлетворительным. 2. Выполненные поверочные расчеты с учетом изменения нагрузки на основные элементы покрытия показали, что несущая способность несущих клееных деревянных арок покрытия доста- точна для восприятия постоянной и снеговой нагрузок. 48 3. Несмотря на увеличение расчетной нагрузки по сравнению с первоначальной расчетной, несущие деревянные конструкции по- крытия обладают достаточной несущей способностью для восприя- тия эксплуатационных нагрузок, и их усиления не требуется. 4. Дефектов и повреждений конструкций, снижающих их экс- плуатационную надежность, не обнаружено. 5. Существующие неповрежденные прогоны покрытия можно использовать для повторного применения. 6. Незначительное локальное поверхностное микологическое по- ражение деревянных конструкций произошло вследствие длитель- ного, измеряющегося годами, периодического их увлажнения, что, однако не снижает их эксплуатационную надежность. 7. Состояние кровельного покрытия неудовлетворительное. 8. Для проведения аварийно-восстановительных работ крыши зда- ния крытого рынка требуется выполнить следующий комплекс работ: - разборку существующих элементов кровли, прогонов, под- шивки, утеплителя, за исключением полуарок и распорок; - просушку деревянных элементов крыши естественным обра- зом в весенне-летний период на протяжении не менее 2-3 недель; - произвести био-, огнезащитное покрытие деревянных элементов; - антикоррозийное и огнезащитное покрытие металлических элементов; - устройство новой конструкции кровельного покрытия основно- го здания крытого рынка в соответствии с проектом. 9. Не допускается изменять схему работы несущих конструкций крытого рынка. Треугольные арки покрытия необходимо предохра- нять от перегрузки. Не допускается установка, крепление на кон- струкциях технологического оборудования, подвеска рекламных щитов, блоков, талей и других механизмов. ЛИТЕРАТУРА 1. СНиП 2.01.07−85. «Нагрузки и воздействия». 2. СНиП 2.01.07−85. «Нагрузки и воздействия» (Дополнения. Разд. 10. Прогибы и перемещения).−М.:1988. 3. ТКП-45-5.05-146-2009. Деревянные конструкции. Нормы про- ектирования. − Минск, 2009. 49 УДК 624.014.2 Оценка эффективности использования различных типов покрытия Древило Н.Н. (научный руководитель – Жабинский А.Н.) Белорусский национальный технический университет Минск, Беларусь В данной статье приведены результаты исследовательской работы, проведенной в процессе разработки дипломного проекта. Заданием на проектирование послужило здание печи, входящее в состав техноло- гической линии по выплавке полированного стекла на заводе в г. Го- меле. Пролет здания составляет 43 м, длина здания 50 м. По заданию, в качестве ригеля использовалась металлическая ферма из парных угол- ков с параллельными поясами. Высота фермы составляет 3.5 м, и она имеет строительный подъём равный 1 м (рисунок 1). Рисунок 1 – Ферма из парных уголков с параллелльными поясами Устойчивость каркаса в поперечном направлении обеспечена жестким сопряжением колонн с фермами. В продольном постанов- кой вертикальных связей. В ходе разработки дипломного проекта было принято решение дополнительно рассмотреть другие возмож- ные варианты покрытия здания. Один из них – это использовать в качестве ригеля двутавр сплошного сечения. Другой – в качестве ригеля использовать плоскую бесшарнирную арку сплошного сече- ния с затяжкой в уровне верха колонн (рисуноки 2, 3). 50 Рисунок 2 – Рама с ипользованием двутавра сплошного сечения Рисунок 3 – Арка сплошного сечения с затяжкой Проведенный статический расчет дал следующие результаты. (рисунки 4, 5). Рисунок 4 – Усилия в раме сплошного сечения: а – эпюра изгибающих моментов; б – эпюра продольных сил а б) 51 Рисунок 5 – Усилия в арке сплошного сечения с затяжкой: а – эпюра изгибающих моментов; б – эпюра продольных сил Максимальный изгибающий момент: в раме сплошного сечения составил 160 т*м., в арке с затяжкой всего 27 т*м. Максимальная продольная сила: в раме сплошного сечения 20 т, в арке 79 т., при этом в затяжке усилие составило 70 т. По расчетным усилиям были подобраны сечения элементов, определена общая масса ригелей для различных вариантов покры- тия и проведено их сравнение. 5719 5288 10340 Ферма Арка с Рама двутавр Рисунок 6 – Сравнение общей массы ригеля Исходя из результатов сравнения общей массы ригелей видно, что максимальное количество металла расходуется на ригель сплошного сечения в виде двутавра. Следует отметить сравнение фермы и арки, арка имеет несколько меньшую массу. Так же было подсчитано число монтажных элементов каждого типа ригеля и подсчитана площадь конструкции покрытия в свету. Ферма имеет максимальное количество монтажных элементов, то- гда как арка значительно меньше. Следовательно трудоемкость из- готовления арки значительно ниже чем фермы. а б 52 86 28 6 Ферма Арка с затяжкой Рама двутавр Рисунок 7 – Сравнение числа элементов ригеля 135,7 114,2 83,2 Ферма Арка с затяжкой Рама двутавр Рисунок 8 – Сравнение площади покрытия в свету По площади покрытия в свету арка также имеет преимущество перед фермой, что для отапливаемых зданий является значимым экономическим фактором. По результатам проведенной работы можно сделать вывод о том, что использование конструктивного решения в виде арки с затяж- кой является более предпочтительным. ЛИТЕРАТУРА 1. СНиП II-23-81*.Строительные нормы и правила. Нормы про- ектирования: М. 1991. – 58 с. 2. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия / Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. – 36 с. 53 УДК 624.072.327 Изгиб и кручение тонкостенных стержней Гриценко О.О., Хремли Е.А. (Научный руководитель – Башкевич И.В.) Белорусский национальный технический университет Минск, Беларусь Основным признаком тонкостенного стержня является характер- ное отношение его геометрических размеров. В поперечном сече- нии одно из измерений (толщина) существенно меньше другого – срединной длины контура s. Последняя в свою очередь намного меньше, чем длина стержня l: Тонкостенный стержень в силу геометрических соотношений обнаруживает свойства, существенно отличающие его от стержней сплошного сечения. При некоторых видах загружения не соблюда- ется гипотеза плоских сечений, происходит так называемая депла- нация сечения за счет неравномерной деформации стержня вдоль его оси [1]. При кручении тонкостенных стержней и вообще стержней с не- круглым поперечным сплошным сечением, поперечные сечения плоские до деформации, искривляются по некоторой поверхности w(x, y, z), что называется депланацией сечения (рисунок 1). По ха- рактеру формирования депланаций сечения по длине стержня, раз- личают два типа кручения стержней: свободное и стесненное. Если депланация во всех поперечных сечениях одинакова по длине стержня или иначе w(x, y, z) = w(x, y), т.е. она является по- стоянной и не зависит от z, то такое кручение называется свобод- ным. При переменных депланациях по длине стержня кручение называется стесненным. При свободном кручении в поперечных сечениях стержня возни- кают только касательные напряжения, а при стесненном кручении, наряду с касательными возникают и нормальные напряжения. Эф- фект от неравномерной депланации сечения по его длине наиболее существенен для стержней открытого профиля. 54 δ < s < l s = h + 2b. Рисунок 1 – Тонкостенный стержень Так, например, при закручивании балки все сечение будет пово- рачиваться относительно продольной оси, а полки будут изгибаться в своей плоскости. Вследствие изгиба полок в них появятся нор- мальные напряжения, которые сведутся к двум парам, плоскости которых параллельны и расположены на расстоянии h друг от дру- га. Таким образом, система возникающих нормальных напряжений может быть характеризована величиной момента каждой пары М и расстоянием между плоскостями пар. Произведение моментов од- ной пары на расстояние между плоскостями представляет собой бимомент – система усилий, статически эквивалентная нулю, а по- этому величина его не может быть найдена из уравнения равнове- сия. Для его определения необходимо получить выражение угла закручивания Q в функции от координаты z, а это достигается инте- грированием дифференциального уравнения углов закручивания. Для учета данного явления необходимо ввести определение сек- ториальной координаты, равной удвоенной площади, очерчиваемой радиус-вектором РА при движении точки А по контуру от начала отсчета 0 до некоторого значения дуги s. Причем при движении против хода часовой стрелки площадь считается положительной, а при движении по ходу – отрицательной. При поперечном изгибе или кручении всегда существует такая точка, относительно которой момент от касательных сил, возника- ющих в поперечном сечении, равен нулю. Т. е. существует такая 55 ось, параллельная оси стержня, что произвольная система сил, дей- ствующая в любой проходящей через эту ось плоскости, не вызыва- ет кручения. След этой оси на плоскости поперечного сечения обра- зует точку, называемую центром изгиба. Для сечений, имеющих две оси симметрии, центр изгиба или центр кручения совпадают с цен- тром тяжести. Положение центра изгиба (или кручения) не зависит от действу- ющих на стержень сил, а зависит только от формы и размеров попе- речного сечения тонкостенного стержня. Эпюра ω, построенная при полюсе, в качестве которого взят центр изгиба, носит название эпюры главной секториальной пло- щади [2, 3]. Поместим радиус-вектор с началом в центре изгиба. Начинаем очерчивать контур швеллера: для определения координаты точки В движемся против хода часовой стрелки, описывая при этом прямо- угольный треугольник, удвоенная площадь которого и будет яв- ляться ординатой эпюры в точке В. Для определения координаты точки С требуется совершить уже проделанный путь со знаком «+», а затем по ходу часовой стрелки (в отрицательном направлении) переместиться в точку С, ордината которой является разностью удвоенных площадей очерченных треугольников (рисунок 2) на практике определяются в следующей порядке: 1) Выбирается положение полюса Р и строится эпюра сектори- альной площади относительно принятого полюса. 2) Определяется величина секториально-линейного момента Sω0y относительно полюса P: Sω0y = ∫ωydA. 3) Вычисляется момент инерции Ix относительно оси х-х и коор- динаты центра изгиба по формуле: ax = –Sω0y/Ix . 4) Определяется секториальная площадь относительно центра изгиба и вычисляется секториальный момент инерции по формуле: Iω = ∫ω2 dA. Своей задачей поставим определение дополнительных нормаль- ных напряжений от депланации сечения при стеснённом кручении: σw = B/Iw•ω. 56 Рассмотрим наиболее распространенный на практике случай балки на двух опорах с равномерно распределенной нагрузкой в вертикальной плоскости. Рисунок 2 – Построение эпюр секториальных координат В качестве примера рассмотрим прогон пролетом 5 м из гнутого равнополочного швеллера 400х100х8 из стали С255, для которого Ry = 250 МПа. Геометрические характеристики профиля: Ix = 9381,44 cм4; Wx = 469,07 cм3. Для двухопорной балки максимальный изгибающий момент от нагрузки q = 9,4 кН/м составит: Мрасч = (q l2)/8 = (9,40∙52)/8 = 29,3 кНм. Тогда нормальные напряжения в сечении элемента от момента составят: 57 σu = Mрасч/Wx = 0,0293 / 0,0004691 = 63 МПа. Определим секториальный момент инерции (см. алгоритм ра- нее): Iω=∫ω2 dA = 102 296 см6. Величину бимомента для балки, загруженной равномерно рас- пределенной нагрузкой, определяем по формуле: B = где α = , G = 0,79·105 МПа – модуль сдвига стали; Ik = 0,37·t3· - момент инерции сечения при свободном кручении; bi – ширина i-го элемента сечения; t – толщина элементов сечения, постоянная для всех в рассмат- риваемом случае; e = |ax + x0| = 4,6 см – эксцентриситет приложения нагрузки от- носительно центра изгиба. Тогда дополнительные нормальные напряжение, вызванное де- планацией сечения, составят: σw = (B•ω)/Iw = 176.6 МПа. Суммарные напряжения в сечении тонкостенного гнутого про- филя составляют: σ = σu+σw = 63 + 176.6 = 239,1 МПа < Ry = 250 МПа. Таким образом, нормальные напряжения от депланации могут быть в разы больше нормальных напряжений от изгибающего мо- 58 мента. Для снижения величины дополнительных напряжений от кру- чения, возможна постановка раскрепления в третях балки от смеще- ния в горизонтальной плоскости. Данное действие позволяет значи- тельно снизит величину дополнительных напряжений от кручения. ЛИТЕРАТУРА 1. Власов, В.З. Тонкостенные упругие стержни / В.В. Власов. – М.: Физматгиз, 1959. 2. Смирнов, А.Ф. Сопротивление материалов / А.Ф. Смирнов. – 3-е изд. – М.: «Высшая школа», 1975. 3. Карякин, Н.И. Основы расчета тонкостенных конструкций / Н.И. Карякин. – М.: «Высшая школа», 1960. Учебное издание СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТОВ И ОБСЛЕДОВАНИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ Материалы 67-й студенческой научно-технической конференции Технический редактор О.В. Песенько Подписано в печать 02.12.2011. Формат 60×841/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Гарнитура Таймс. Усл. печ. л. 3,43. Уч.-изд. л. 2,68. Тираж 40. Заказ 715. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. ЛИ № 02330/0494349 от 16.03.2009. Проспект Независимости, 65. 220013, Минск. Министерство образования Республики Беларусь