ANALYSIS OF CONSTRUCTIVE PERFORMANCE OF STANDARD MODULAR BUILDINGS

Full Text

В последнее время все чаще применяются блочно-модульные здания. Одним из активно развивающихся направлений является использование их в качестве трансформаторных подстанций при обустройстве месторождений [1-6]. За счет максимальной заводской готовности блок-модулей с предустановленным оборудованием резко сокращаются трудозатраты и сроки строительства объекта, что является основными критериями при возведении объектов в труднодоступных регионах. Однако наличие тяжелого оборудования в виде трансформаторов и необходимости учета монтажных нагрузок заставляет уделять особое внимание проектированию несущего каркаса данных зданий [7-10]. В настоящей работе рассмотрены серийно выпускаемые модульные здания трансформаторных подстанций производства ООО «Строй-Инжиниринг». С целью унификации блок-модули имеют одинаковые сечения основных элементов несущего каркаса, однако отличаются своими габаритами и вариантами компоновки в здании. Далее приводится краткое описание рассматриваемых зданий. Тип 1: модульное здание габаритными размерами 3,0 12,0 3,2(h) м скомпоновано из двух блок-модулей 3,0 6,0 3,2(h) м, состыкованных по короткой стороне. Крыша двускатная. Опирание на фундамент под стойками К1 и в серединах балок Б2 (рис. 1, а). Тип 2: модульное здание из одиночного блок-модуля размерами 3,0 6,0 3,2(h) м. Крыша двускатная. Опирание на фундамент под стойками К1 и в серединах балок Б2 (рис. 1, б). Тип 3: модульное здание габаритными размерами 4,8 6,75 2,6(h) м скомпоновано из двух блок-модулей 2,4 6,75 2,6(h) м, состыкованных по длинной стороне. Крыша плоская. Опирание на фундамент под стойками К1 и в серединах балок Б2 (рис. 1, в). Тип 4: модульное здание габаритными размерами 4,8 6,0 5,0(h) м скомпоновано из четырех блок-модулей 2,4 6 2,5(h) м, состыкованных по длинной стороне. Крыша плоская. Опирание на фундамент под стойками К1 и К2 (рис. 1, г). Соединение стоек К1 и балок Б1 и Б2 принято жестким. Крепление балок настила БН1, а также балок покрытия Б5 к балкам Б1 принято шарнирным. Для учета жесткости перекрытия в расчетную схему введены гибкие связи с шарнирным креплением к несущим элементам в уровне перекрытия и покрытия. Учет совместной работы блок-модулей 25 Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 1 В.С. Широков, А.В. Соловьёв друг с другом смоделирован путем объединения линейных перемещений угловых точек стоек К1. Все несущие элементы модулей выполнены из гнутых профилей толщиной 6 мм. При расчете зданий учитывались следующие виды нагрузок: - собственный вес модулей; - снеговые нагрузки, соответствующие V снеговому району; - ветровые нагрузки, соответствующие V ветровому району; - нагрузка от оборудования, согласно техническому заданию; - сейсмическое воздействие, соответствующее проектному землетрясению 9 баллов. Помимо расчета зданий в проектном положении, выполнен расчет модулей на момент монтажа. Для этого были составлены отдельные расчетные схемы, отличающиеся закреплением блок-модулей (рис. 2). Учитывались только нагрузки от собственного веса и оборудования, умноженные на коэффициент динамичности kд=2 как для внезапно приложенной нагрузки. В результате проведенных расчетов получены коэффициенты использования сечений элементов. Значения коэффициентов для рассматриваемых типов зданий приведены в табл. 1. Анализируя представленные результаты, видно, что для разных элементов ведущими проверками являются разные сочетания: для стоек К1 - монтажные нагрузки блока типа 1; для ригелей Б1 - монтажные нагрузки блока типа 3; для ригелей Б2 - проектное положение блока типа 1. Помимо проверки по первому предельному состоянию элементов каркаса, определены горизонтальные перемещения стоек блок-модулей (табл. 2). Максимальные перемещения всех стоек - в направлении длинного ригеля, т.е. в направлении минимальа Рис. 1. Геометрические схемы модульных зданий б в г Рис. 2. Расчетная схема блок-модуля при монтаже Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 1 26 СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ ной жесткости блок-модуля. При этом при одной и той же конструкции блока можно уменьшить перемещения стоек за счет совместной компоновки модулей друг с другом, это хорошо видно на примере модульных зданий типов 1 и 2. Также при наличии промежуточных вертикальных элементов можно повысить горизонтальную жесткость путем включения этих элементов в работу, например, устроив жесткий узел сопряжения стоек К5 и горизонтальных ригелей. Еще одним крайне важным моментом является проектирование узловых соединений элементов несущего каркаса. Наиболее ответственными являются узлы сопряжения стоек с горизонтальными ригелями, так как они должны являться жесткими для обеспечения геометрической неизменяемости конструкции. Также из-за пространственной работы блок-модуля эти узлы находятся в сложном напряженно-деформированном состоянии, так как в общем случае воспринимают изгибающие моменты в двух направлениях. При этом необходимо стремиться к компактности узлового соединения. Одними из способов конструктивного решения указанных особенностей являются: увеличение длины шва (рис. 3, а) и введение дополнительных элементов жесткости (рис. 3, б). Возможны и другие способы решения именно самой конструкции узла, например, в виде коннектора, который будет удовлетворять вышеуказанным требованиям. Таблица 1 Коэффициенты использования несущей способности сечений основных элементов блок-модулей Элемент Проектное положение Монтаж Тип 1 Тип 2 Тип 3 Тип 4 Тип 1 Тип 2 Тип 3 Тип 4 Стойки К1 0,75 0,77 0,78 0,54 0,97 0,54 0,59 0,54 Верхний ригель Б1 0,63 0,63 0,47 0,63 0,89 0,87 0,98 0,83 Нижний ригель Б2 0,93 0,79 0,85 0,44 0,73 0,73 0,55 0,83 Таблица 2 Горизонтальные перемещения стоек в пределах одного этажа Модульное здание Перемещение, мм Предельное перемещение, мм Тип 1 12,2 21,3 Тип 2 18,4 21,3 Тип 3 17,4 17,7 Тип 4 12,7 16,3 а б Рис. 3. Узловые соединения стойки с горизонтальными элементами 27 Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 1 В.С. Широков, А.В. Соловьёв Выводы. 1. При проектировании модульных зданий необходимо рассматривать максимально возможное количество сочетаний типов блок-модулей и действующих на них нагрузок, так как при одном и том же конструктивном исполнении модуля не всегда очевидно наиболее неблагоприятное сочетание нагрузок и компоновочного расположения. 2. Горизонтальные перемещения вертикальных элементов блок-модулей близки к предельным. Горизонтальную жесткость модульных зданий можно повысить за счет совместной компоновки блоков друг с другом, а также включением в работу промежуточных или дополнительных вертикальных элементов. 3. Следует уделять особое внимание проектированию узловых соединений стоек и горизонтальных ригелей, так как они должны обеспечивать геометрическую неизменяемость каркаса, воспринимать усилия в двух направлениях и быть компактными.

About the authors

Viacheslav S. SHIROKOV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Aleksey V. SOLOVIEV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files