1.Терміни і визначення.
3.Ісходние дані до розрахунку.
4.Расчет вертикального імпоста за методом граничних станів 1-ої групи.
4.1. Розрахунок міцності імпоста від вітрового навантаження.
5.Расчет вертикального імпоста за методом граничних станів 2-ї групи.
6. Використана література.
1. Терміни та визначення.
Вікно - світлопрозора конструкція, що встановлюється в підготовлені отвори стін будівель і споруд і призначена для забезпечення природного освітлення внутрішніх приміщень, можливості їх провітрювання, а також ізоляції від зовнішніх впливів.
Сучасна архітектура пред'являє високі вимоги до віконних конструкцій, особливо для житлових будівель:
-збільшуються розміри вікна;
-стираються межі між вікном і вітражем;
-завдяки інноваціям в фурнітурі з'являються нові типи відкривання стулок;
-збільшується розмір самих стулок.
Тому статика для віконної конструкції наблизилася до статиці фасадних конструкцій.
рама вікна - стаціонарна контурна обв'язка;
вертикальний імпост - нерухомий елемент, що розділяє отвір в рамі вікна по вертикалі;
горизонтальний імпост - нерухомий елемент, що розділяє отвір в рамі вікна по горизонталі;
стулка - відкривається елемент вікна;
переміщення - величина зміни положення будь-якої точки елемента віконного блоку в напрямку нормалі до площини вироби під впливом навантаження;
прогин - величина, яка визначається як різниця переміщення точки, розташованої в центральній точці елемента віконного блоку (найбільш переміщуваної точки під впливом навантаження), і напівсуми переміщення кінців цього елемента;
граничний прогин - максимально допустимий прогин елемента віконного блоку, що встановлюється в нормативної документації.
Згідно ГОСТ 27751-88 «Надійність будівельних конструкцій і основ» всі будівельні конструкції повинні бути запроектовані з достатньою надійністю при зведенні та експлуатації. Будівельні конструкції слід розраховувати за методом граничних станів, основні положення якого спрямовані на забезпечення безвідмовної роботи конструкцій з урахуванням мінливості властивостей матеріалів.
Граничні стани підрозділяються на дві групи:
-перша група включає граничні стани, які ведуть до повної непридатності до експлуатації конструкцій або до повної (часткової) втрати несучої здатності;
-друга група включає граничні стани, що утруднюють нормальну експлуатацію конструкцій або зменшують їх довговічність у порівнянні з передбаченим терміном служби.
Граничні стани першої групи характеризуються:
-руйнуванням будь-якого характеру (наприклад, пластичним, тендітним, втомним);
-втратою стійкості форми, що приводить до повної непридатності до експлуатації;
-якісною зміною конфігурації;
-іншими явищами, при яких виникає необхідність припинення експлуатації (наприклад, надмірними деформаціями в результаті пластичності, зсуву в з'єднаннях, розкриття тріщин, а також утворенням тріщин).
Граничні стани другої групи характеризуються:
-досягненням граничних деформацій конструкцій (наприклад, граничних прогинів, поворотів);
-втратою стійкості форми, що приводить до утруднення нормальної експлуатації;
-іншими явищами, при яких виникає необхідність тимчасового обмеження експлуатації будівлі або споруди через неприйнятного зниження їх терміну служби.
Виконання статичного розрахунку алюмінієвих конструкцій ставить собі за мету:
-визначення внутрішніх зусиль і переміщень в елементах;
-визначення необхідних геометричних характеристик перетинів з подальшим підбором профілів по каталогу.
3.Ісходние дані до розрахунку.
Вихідними даними для розрахунку є та необхідна інформація про об'єкт, на основі якої проводиться розрахунок.
1.Географіческіе координати об'єкта, на якому планується встановлювати і експлуатувати конструкцію визначаються по картах районування СНиП 3.01.07-85 * «Навантаження і впливи».
2.Тіпи місцевості, на якій знаходиться об'єкт, встановлюється відповідно до СНиП 3.01.07-85 * «Навантаження і впливи».
3.Висота установки вікна над поверхнею землі; за висоту установки приймається відстань від рівня землі до верхньої позначки конструкції.
4.Типи скління: склом в одну нитку або склопакетом.
5.Расчётная висота вертикального імпоста Lp, см.
6.Расчётний крок вертикальних імпостів tc. см.
7.Расчётний крок горизонтальних імпостів tp. см.
4. Розрахунок вертикального імпоста за методом граничних станів 1-ої групи.
Даний розрахунок проводиться для визначення відповідної реакції конструкції на вплив зовнішніх сил, а саме визначення якісних змін конфігурації і настання руйнування матеріалу. Основний параметр розрахунку на міцність - геометрична характеристика елемента - момент опору Wх, см3.
4.1. Розрахунок міцності імпоста від вітрового навантаження.
Критерій розрахунку - напруга від згинального навантаження імпоста має бути менше розрахункового опору матеріалу на розтяг і вигин. В якості зовнішнього впливу на конструкцію приймається нормативне значення середньої складової вітрового навантаження по СНиП 2.01.07-85 *.
σ - напруження, що виникає від згинального навантаження, кгс / см2
M - згинальний момент, кгс. см.
Wх - момент опору перерізу профілю по осі Х, см3
Jt = 1,4 - коефіцієнт надійності по вітровому навантаженню прийнятий відповідно до п. 6.11, СНиП 2.01.07- «Навантаження і впливи»;
R = 1250 кгс / см2, - розрахунковий опір розтягування, стиснення і вигину для алюмінієвого сплаву АД31 Т1 (таб. 6, СНиП 2.03.06-85).
Jc = 1,0 - коефіцієнт умов роботи, приймається по таблиці 15, СНиП 2.03.06-85.
Wm - нормативне значення середньої складової вітрового навантаження, яке визначається по СНиП 2.01.07-85 * «Навантаження і впливи» ;.
tc - ширина навантаження, що впливає на вертикальний імпост, см, (показано на рис. 1)
L - довжина вертикального імпоста, см.
5. Розрахунок вертикального імпоста за методом граничних станів 2-ї групи.
Вертикальний імпостний профіль вікна вибирається по необхідному моменту інерції перерізу в напрямку дії зовнішніх сил. Основний параметр розрахунку на деформацію і гнучкість - геометрична характеристика елемента - момент опору, I см4. Необхідний момент інерції профілю визначається для 3-х розрахункових випадків. Для простоти розрахунку у всіх трьох випадках прийнята схема закріплення стійки як шарнірно-обпертих однопрогоновою балки.
Момент інерції профілю повинен задовольняти умові:
Iкат - момент інерції профілю по каталогу;
Iрасч - необхідний розрахунковий момент інерції профілю.
Розрахунковий момент інерції профілю визначається по залежності:
де I1; I2; I3 - розрахункові моменти інерції по першому, другому і третьому розрахунковим випадків відповідно.
6. Розрахунок вертикального імпоста на деформацію від вітрового навантаження.
Розрахунок вертикального імпоста в залежності від вітрового навантаження проводиться за умовою жорсткості (1-ий розрахунковий випадок). Застосовується для всіх вертикальних імпостів. Критерій розрахунку - забезпечення фактичного прогину імпоста менше допускається. В якості зовнішнього впливу на конструкцію приймається нормативне значення середньої складової вітрового навантаження по СНиП 2.01.07-85 *. Розрахункова схема наведена на рис. 1.
Умова працездатності за даним критерієм може бути записано у вигляді:
Fфакт - фактичний прогин імпоста від дії зовнішнього навантаження, який може бути визначений за формулою:
q - розподілене навантаження на імпост від дії нормативної вітрового навантаження;
Е - модуль пружності алюмінію, який приймається за таблицею 3 обов'язкового додатку 1 CНіП 2.03.06-85 в залежності від температури експлуатації.
При температурі експлуатації від -40 до + 50С модуль пружності Е = 0,71 • 10 6 кгс / см2.
Fдоп - дозволений прогин імпоста, що визначається за таблицею 42 CНіП 2.03.06-85, і рівний:
- для одинарного скління:У разі скління одним склопакетом по всій висоті вертикального імпоста, що допускається прогин імпоста повинен бути не більше 8 мм.
Прирівнюючи в нерівності (3) фактичний прогин до допустимому прогину, і використовуючи співвідношення (4), (5) отримуємо формулу для визначення розрахункового моменту інерції імпоста у разі одинарного скління:
Аналогічно отримуємо формулу для визначення розрахункового моменту інерції імпоста при склінні склопакетами:
Розподілена навантаження на імпост при відомому кроці визначається за формулою:
Jf = 1,0 - коефіцієнт надійності по навантаженню, прийнятий відповідно до п. 1.3 СНиП 2.01.07-85 * «Навантаження і впливи»;
Wm - нормативне значення середньої складової вітрового навантаження, яке визначається по СНиП 2.01.07-85 * «Навантаження і впливи»; формула (6).
W0 - нормативне значення вітрового тиску, приймається по таблиці 5 СНиП 2.01.07-85 * в залежності від приналежності об'єкта до вітрового району;
з = 0,8 - аеродинамічний коефіцієнт для фронтальної конструкції;
з = 2,0 - аеродинамічний коефіцієнт для кутовий конструкції;
k - коефіцієнт, що враховує зміну вітрового тиску по висоті, по таблиці 6 СНиП 2.01.07-85 *, в залежності від типу місцевості і висоти вітража над поверхнею землі;
10 -4 - коефіцієнт перекладу wm з [кгс / м 2] в [кгс / см 2].
Згідно СНиП 2.01.07-85 * «Навантаження і впливи» вітрове навантаження слід визначати як суму середньої та пульсаційної складових.
Wр --норматівное значення пульсаційної складової вітрового навантаження визначається за формулою 8 СНіП 2.01.07-85.
ζ - коефіцієнт пульсацій тиску вітру, що приймається за табл. 7 СНиП 2.01.07-85 в залежності від висоти і типу місцевості.
ν - коефіцієнт просторової кореляції пульсацій тиску вітру, що визначається за таблицею 9 СНиП 2.01.07-85 в залежності від розмірів розрахункової поверхні.
При цьому в розрахунках багатоповерхових будівель заввишки до 40 м і одноповерхових виробничих будівель висотою до 36 м при відношенні висоти до прольоту менше 1,5, що розміщуються в місцевостях типів А і В (див. П.6.5 СНіП2.01.07-85), пульсаційну складову вітрового навантаження допускається не враховувати.
Більш детально розрахунки розглянуті на прикладах в архітектурних каталогах на алюмінієву систему Gutmann (Німеччина). Для ознайомлення з прикладами можна скачати каталоги ось тут. У них присутні такі розрахунки:
- розрахунок імпоста за умовою гнучкості;
- розрахунок імпоста на деформацію від зосередженого навантаження;
- розрахунок горизонтального імпоста за методом граничних станів 1-ої групи;
- розрахунок міцності імпоста від вітрового навантаження;
- розрахунок міцності імпоста від навантаження склом;
- розрахунок горизонтального імпоста за методом граничних станів 2-ї групи;
- розрахунок імпоста на деформацію від вітрового навантаження;
- розрахунок імпоста на деформацію від навантаження склом;
- розрахунок на деформацію від зосередженого навантаження.
7. Використана література.
СНиП 2.01.07-85 * «Навантаження і впливи».
CНіП 2.03.06-85 «Алюмінієві конструкції»
ГОСТ 27751-88 «Надійність будівельних конструкцій і основ»