Спросить
Войти
УДК 624.01
DOI: 10.30838/J.BPSACEA.2312.070720.83.644
ТЕХН1ЧНЕ ОБСТЕЖЕННЯ I РОЗРАХУНОК КОНСТРУКЦ1Й СПОРУДИ
З УРАХУВАННЯМ УЛАШТУВАННЯ НА ПОКР1ВЛ1 СОНЯЧНИХ ПАНЕЛЕЙ
РОМАНЕНКО С. М.1 , ст. виклад., АНДРШВСЬКА Я. П.2, асист.
Анотащя. Постановка проблеми. Ситуащя з використанням енерги Сонця у свт рухаеться вперед швидкими темпами. Всього за 10 рошв (з 2010 по 2019 р.) сонячна енергетика в Укра!ш перетворилася з екзотичного захоплення дек1лькох багатих бiзнесменiв на економiчну галузь, що бурхливо розвиваеться. До 2030-2035 року Украша увiйде в число кра!н, що покривають до чвертi необхвдно! потреби в енерги за рахунок альтернативних джерел. Наразi постае ефективним ршення для суб&ектiв тдприемницько! дiяльностi та виробництва встановлення сонячних електростанцiй на дахах будiвель та споруд. У зв&язку iз цим будiвельнi конструкцп покриття будiвель та споруд потребують перевiрки несно! здатностi та експлуатацшно! придатностi. Аби визначити можливiсть використання iснуючих конструкцiй в подальшому, виконуеться обстеження iснуючих конструкцiй i перевiрнi розрахунки для з&ясування несно! здатносп елементiв каркаса в результатi зростання навантаження (крiплення сонячних панелей). Конструкцп, як не задовольняють вимогам перевiрних розрахунк1в, можуть бути посиленi з вщновленням !х працездатностi i щдвищенням несно! здатностi за рахунок спещальних заходiв або замiненi на новь Наведено результати обстеження споруди та перевiрнi розрахунки iснуючих конструкцiй навюу. Мета до^дження - для оцшки несно! здатностi металоконструкцiй каркаса спорудження покрiвлi виконати розрахунок металево! ферми в програмному комплексi <^ра САПР 2013», який е комп&ютерною системою для структурного аналiзу i проектування. Розрахунок ферми виконати в такш послiдовностi: визначення та збiр навантаження; встановлення розрахунково! схеми ферми; визначення розрахункових зусиль в елементах ферми; пiдбiр поперечних перерiзiв розтягнутих i стиснутих елементiв. Висновок. Розрахунок прогону покриття i колони показав, що iснуючi перетини колони i прогону не задовольняють вимогам i потребують посилення або повно! замiни. Прийнято рiшення, що експлуатацiя споруди тсля установки на даху елементiв джерел альтернативно! енерги можлива за умови розроблення спецiального проекту на посилення або замшу колон поперечно! рами навюу.
Ключовi слова: колона; ферма; прогт; пiдсилення; навантаження; перемiщення
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ СООРУЖЕНИЯ С УЧЕТОМ УСТАНОВКИ НА КРЫШЕ СОЛНЕЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ
РОМАНЕНКО С. Н.1 , ст. препод., АНДРИЕВСКАЯ Я. П.2, ассист.
Аннотация. Постановка проблемы. Ситуация с использованием энергии Солнца в мире движется вперед быстрыми темпами. Всего за 10 лет (с 2010 по 2019 г.) солнечная энергетика в Украине превратилась из экзотического увлечения нескольких богатых бизнесменов в бурно развивающуюся экономическую отрасль. К 2030-2035 году Украина войдет в число стран, покрывающих до четверти необходимой потребности в энергии за счет альтернативных источников. На сегодняшний день эффективным является решение для субъектов предпринимательской деятельности и производства установить солнечные электростанции на
крышах зданий и сооружений. В связи с этим строительные конструкции покрытия зданий и сооружений требуют проверки несущей способности и эксплуатационной пригодности. Для определения возможности использования существующих конструкций в дальнейшем выполняются обследование и расчеты для проверки несущей способности элементов каркаса в результате роста нагрузки (крепление солнечных панелей). Конструкции, которые не удовлетворяют требованиям проверочных расчетов, могут быть усилены с восстановлением их работоспособности и повышением несущей способности за счет специальных мероприятий или заменены на новые. Приведены результаты обследования сооружения и проверочные расчеты существующих конструкций навеса. Цель работы - для оценки несущей способности металлоконструкций каркаса сооружения кровли выполнить расчет металлической фермы в программном комплексе «Лира САПР 2013», который является компьютерной системой для структурного анализа и проектирования. Расчет фермы выполнить в такой последовательности: определение и сбор нагрузки; установление расчетной схемы фермы; определение расчетных усилий в элементах фермы; подбор поперечных сечений растянутых и сжатых элементов. Вывод. Расчет прогона покрытия и колонны показал, что существующие пересечения колонны и пролета не удовлетворяют требованиям и нуждаются в усилении или полной замене. Принято решение, что эксплуатация сооружения после установки на крыше элементов источников альтернативной энергии возможна при условии разработки специального проекта на усиление или замену колонн поперечной рамы навеса.
STRUCTURAL SURVEY AND ANALYSIS OF THE BUILDING WITH ROOF SOLAR PANELS
ROMANENKO S.M.1 , Assist. Prof., ANDRIEVSKAYA Ya.P.2, Assist.
Abstract. Problem statement. The situation with using the solar energy in the world is moving forward at a fast pace. The solar power in Ukraine has been transformed from an exotic hobby of several wealthy businessmen into a booming economic industry over just 10 years - from 2010 into 2019. By 2030-2035, Ukraine will be among the countries that could cover up a quarter of the required energy demand from alternative sources. Nowadays an effective solution for business entities and production plants is to installation solar panels on the roof of buildings and structures. Thus, it requires the assessment of load-bearing capacity and serviceability of buildings. The possibility of using structures is subsequently performed by an examination of existing structures and structural analysis to determine the load-bearing capacity of the frame elements as a result of load (solar panel mounting). Constructions that do not meet structural requirements can be reinforced to renew and increase their bearing capacity due to special measures or their replacement with new ones. The results of the survey of structures and structural analysis of existing buildings are presented in the article. Purpose. To estimate the load-bearing capacity of metal structures of the roof, a calculation of a metal girder was performed in a software complex for structural analysis and design "Lyra CAD 2013". Calculation of the girder was implemented in the following stages: determination and collection of load; establishment of the girder&s settlement scheme; determination of design effort in girder elements; selection of cross sections of stretched and compressed elements. Conclusion. The analysis and calculation of the roof bearer and the column showed that the existing section of the column and the roof bearer does not meet the requirements and needs to be reinforced or completely replaced. It was decided that the installation of the elements of alternative energy on the roof is possible, provided the development of a special project to reinforce or replace the column of the cross frame.
Постановка проблема. Одне iз першочергових завдань Стратеги сталого розвитку «Украша - 2020», схвалено! Указом Президента Украши вщ 12 ачня 2015 року № 5/2015 - реашзащя програми енергонезалежносп, основна мета яко&1 полягае у забезпеченш енергетично! безпеки
i переходу до енергоефективного, енергоощадного використання та споживання енергоресурав з
упровадженням шновацшних технологий.
Створення свщомого та енергоефективного сустльства - одна з цшей та ирюритетсв Енергетично!& стратеги Украши
на перiод до 2035 року «Безпека, енергоефективнiсть, конкурентоспроможшсть», схвалено&1 розпорядженням Кабiнету Мiнiстрiв Украши вiд 18 серпня 2017 року № 605-р.
Попит на енергш досягае безпрецедентного рiвня внаслiдок швидкого зростання швидко!& урбашзаци та шдустрiалiзащi. Для задоволення цього попиту необхiднi бшьш високi рiвнi технологiчних та нетехнолопчних iнновацiй, як на виробничiй сторош рiвняння енерги (альтернативнi джерела, новi передовi технологи енергозбереження), так i на сторонi споживання.
Сучасна науково-технiчна л^ература до альтернативних джерел енергп вщносить такi 11 форми: сонячна, в^ова, енергiя морських хвиль, припливiв i вiдпливiв, енергiя бiомаси, низькопотенцiйна теплова енергiя.
Наразi бачиться ефективним ршення для суб&ектiв п^^темни^^ дiяльностi та виробництва встановлення сонячних електростанцш на дахах будiвель та споруд. У зв&язку з цим будiвельнi конструкцп покриття будiвель та споруд потребують перевiрки несно!& здатносп та експлуатацiйноi придатностi.
Анал1з публжацш. Проблему розвитку альтернативноi енергетики в Укршш розглядали Н. С. Косар, Л. I. Третякова, С. А. Рiзенко, А. В. Гриценко, В. В. Соловей, В. Г. Носач, Е. В. Скляренко.
Альтернативы джерела енергп прийнято встановлювати на дахах будiвель та споруд, що спричинюе зростання навантаження на несш конструкцп покриття i потребуе повно! або частковоi замiни чи пiдсилення юнуючих конструкцiй.
Пiдсилення конструкцiй - найбшьш поширений спосiб вiдновлення несноi здатносп i забезпечення надiйноi експлуатаци [9-15]. Використовують такi методи пiдсилення сталевих конструкцш
- збiльшення площi поперечного перерiзу окремих елементiв конструкцп;
- змша конструктивно!& схеми всього каркаса або окремих елементив;
- змша виду з&еднань елементив i конструкцiй;
- регулювання напружень.
Кожен iз цих методiв може застосовуватися самостшно або в комбшаци з шшим.
Мета досл1дження - обстеження споруди навюу для визначення несноi здатностi конструкцiй з урахуванням улаштування на покрiвлi сонячних панелей, формулювання пропозицiй щодо пiдсилення чи замши цих конструкцш, розрахунок !х конструктивних параметрiв. Дослiдження виконано iз застосуванням класичних розрахунюв будiвельноi механiки та методiв комп&ютерного моделювального експери-менту в програмному комплекс «Лiра САПР 2013», який алгоршмчно базуеться на методi кiнцевих елементiв.
Завдання дослщження:
- розрахунок прогону покриття;
- розроблення розрахунковоi моделi металевоi ферми;
- розрахунок юнуючо&! металевоi ферми;
- розрахунок колони;
- аналiз результатiв, отриманих тсля перевiрних розрахункiв.
Виклад матер1алу. Зпдно з результатами iнженерно-технiчного
обстеження будiвель та споруд фши Управлiння «Укргазтеззв&язок» у м. Боярка Кшвсько!& обласп по вул. Бiлогородська, 61, виконаного ТОВ Управляюча компанiя «Служба комунального сервiсу» м. Киева в 2018 рощ, наведено загальну характеристику адмiнiстративноi будiвлi та навiсу [1; 4; 5].
Навю у планi прямокутно&1 форми з розмiрами в осях 5,5 х 40,0 м. Конструктивна схема споруди - каркас. Основнi елементи каркаса однопрогшно!&
споруди - колони i ферми, якi утворюють поперечну раму каркаса. Поздовжнi елементи каркаса - це в^ мiж колонами i фермами, покрiвельнi прогони.
Ферма мае трикутний обрис. Трикутна система реш^ки без додаткових стоякiв. Реш^ка ферми виконана iз ГЗП квадратного перерiзу. Всi елементи ферми Ф1 - iз гнутозварного сталевого профiлю квадратного перерiзу 50 х 50 х 4 мм згiдно з ДСТУ Б В.2.6-8-95.
Прогони виконанi суцшьного перерiзу iз ГЗП квадратного перерiзу 50 х 50 х 4 мм. Прогони кршляться до верхнього поясу за допомогою зварювання.
Колони суцшьного i постiйного по висотi перерiзу виконаш з гнутозварного замкнутого сталевого профшю квадратного перерiзу 50 х 50 х 4 мм згiдно з
ДСТУ Б В.2.6-8-95. Крок колон у повздовжньому напрямку 4,0 м.
Дах - односхилий. Матерiал покриття -профiль оцинкований листовий гнутий iз трапецiеподiбними гофрами для будiвництва. Для покрiвлi використано профшьований лист НС35 (для настилання та стшових огорож згiдно з ДСТУ Б В.2.6-9:2008), який мае лакофарбове покриття по поверхш. Товщина профшьованого листа, зпдно з обстеженням, 0.5 мм. Кршлення прогонiв до верхнього поясу виконане за допомогою зварювання. Ухил покрiвлi 7 градусiв.
Поверхш металоконструкцш пофарбо-ванi.
Загальний вигляд навюу показано на рисунку 1, а креслення плану навюу та розрiз - на рисунках 2-4.
Рис. 1. Загальний вигляд та головний фасад навку
Рис. 2. План навку на вiдм. 0.000
Профнасгпл
+3.000
|По перечн: е&язи по колонам В с-2
Рис. 3. Розр\\з 1-1
+3.700
+3.000^ 0.000
Колона К-1 А /\\
NNS. \\\\\\ «ч ^ NSS, \\\\\\ ¡Кч \\\\\\ "\\N \\S\\ \\\\\\ \\Х\\ XN\\ \\\\\\ \\В&язи по колонам Вс-1 V. \\\\\\ \\\\ \\\\\\ NNN. ^ \\\\\\ \\\\\\ \\\\\\ \\\\ \\\\\\
Рис. 4. Головний фасад в осях 1-11
У результат1 обстеження споруди nid час експлуатаци встановлено, що для покриття даху слщ використовувати профшьований лист товщиною 0,6 мм до 0,7 мм зпдно з ДБН В.2.6-220:2017 «Покриття будiвель i споруд». Пiсля обстеження прийнято ршення про можливiсть використання iснуючих конструкцш у подальшому пiсля виконаних перевiрних розрахункiв. Конструкцп, якi не задовольняють вимогам перевiрних розрахункiв, можуть бути пщсилеш з поновленням ix працездатносп та пiдвищенням несно&1& здатностi за допомогою спецiальниx засобiв або замшеш на новi.
Результати дослщжень. Статичний розрахунок конструкцп виконувався з урахуванням виявленого фактичного стану елемент1в i з&еднань. Для оцiнення несно&1& здатностi металоконструкцiй каркаса споруди навюу фшп «Управлiння «Укргазтехзв&язок» у м. Боярка Кшвсько&1" областi по вул. Бiлогородська, 61, згiдно з нормами [6; 7] виконано розрахунок металево&1& ферми у програмному комплексi «Л!ра САПР 2013»,
що е комп ютерною системою для структурного анал1зу та проектування [2].
Розрахунок елементив навiсу
виконувався в такш послiдовностi:
- розрахунок прогонiв покриття;
- розрахунок металево&1 ферми;
- розрахунок колони.
Несш елементи покриття i каркаса розраховувалися на постшне навантаження (власну масу), сшгове i вiтрове навантаження вщповщно до вимог ДБН В.1.2-2. У перевiрних обчисленнях враховуеться коефiцiент надшносп за вiдповiдальнiстю у„ згiдно з ДБН В.1.2-14.
Розрахунок прогону покриття. Прогш покриття розраховувався з урахуванням кута нахилу до горизонту (кут нахилу покрiвлi - 7°), розрахункового навантаження вщ ваги 1 м2 покрiвлi, кроку прогонiв (0,725 м), розрахункового погонного навантаження вщ ваги прогону та розрахункового навантаження вщ ваги сонячних панелей.
-71.6 -65.9 -54.9 -43.9 -32.9 Загоижение1 M03QUKGN
ЕЭиницы измерения - кН
-0.715 0,715
Рис. 5. Розрахунковi зусилля eid нормативных навантажень в елементах фермы
Вавиант констоииоо6ания:Бйоиант 1 Расчет по усилиям (СНиП Н-23-8Г)
Вариант констюииоо6ания:Ваоионт 1 Расчет по усилиям (СНиП II-23-81*)
Розрахункове навантаження на юнуючий сталевий пропн з урахуванням улаштування на покрiвлi альтернативних джерел енергп складае 133,25 кг/м. Шсля визначення розрахункового моменту опору та моменту шерцл i3 сортаменту прийнято трубу гнутозварного профшю квадратного перерiзу 80 х 80 х 4 мм.
Розрахунок металевог ферми виконано у
програмному комплекс «Л!ра САПР 2013». Перевiрка несно&1 здатностi i стiйкостi конструкцш виконана вiдповiдно до дiючого нормативного документа ДБН В. 2.6-198: 2014 [8]. Розрахунок ферм виконувався у такш послщовносп згiдно з дшчими нормами:
- встановлення розрахунково&1 схеми ферми;
- визначення та збiр навантаження;
- визначення розрахункових зусиль в елементах ферми;
- пiдбiр поперечних перерiзiв розтягнених та стиснених елеменпв.
Розрахункова схема з доданими навантаженнями г перемгщень уздовж осг Z в1д розрахункових навантажень наведена на рисунках 5- 7.
Перерiз юнуючих елементiв ферми -згщно з розрахунком.
Вщповщно до таблицi 1 ДСТУ Б В.1.2-3: 2006 «СНББ. Прогин и перемщення. Вимоги проектування» граничний прогин для ферми прольотом вщ 3-6 м складае £/200. Вiдносний прогин ферми £/200 = =5500/200 = 27,5 мм. Згщно з даними статичного розрахунку прогин склав 7,87 мм. Умова виконуеться.
Розрахунок ¡снуючог колони нав1су з урахуванням улаштування сонячних панелей на покрiвлi виконувався згщно з ДБН В.2.6-163:2010 «Сталевi конструкцп».
Зусилля, яке дiе на колону при вантажнш площ^ склало N = 854,5 кг. Коефщент розрахунково! довжини колони постiйного за довжиною перерiзу у площинi вшьних i невiльних рам за жорсткого спряження ригелiв iз колонами i за однакового навантаження розмiщених в одному рiвнi вузлiв ц = 2,0. Розрахункова
довжина колони 600 см. Гранична гнучюсть за стиску для колон X = 150.
Колона розраховувалась на мщнють та стшюсть. Пюля проведених розрахунюв з&ясувалось, що iснуючий перерiз колони не задовольняе вимогам. Прийнято сталеву трубу гнутого профшю 100 х 100 х 3 мм.
Колона потребуе пщсилення або повно! замiни. Рекомендовано пщсилення сталево! конструкцп колони збшьшенням площi поперечного перерiзу шляхом установлення додатково! металево! труби. Оскiльки опорна частина (траверса та опорна плита) вщсутня, пщсилення слщ виконати шляхом установлення додаткових анкерних болтiв, яю крiпляться до колони через виносш консолi (кутики) та затягуються з напругою.
Висновок. Установлення на даху навюу альтернативних джерел енергл можливе тшьки пiсля виконання проекту на замшу чи пщсилення елемешив каркаса.
Замша сталевого прогону покриття. 1снуюча колона, виконана iз гнутозварного профшю, квадратного перерiзу
Конструкцiя ферми задовольняе вимогам i забезпечуе нормальну експлуатащю встановленому обладнанню.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
REFERENCES
cinema-concert hall "rainbow" in terms of increasing the load]. Budivelni konstruktsiyi: teoriya i praktika [Building constructions : theory and practice]. 2017, vol. 1, pp. 15-21. (in Ukrainian).
Haflmm.a go pega^&i: 17.04.2020 p.
