Імовірнісний опис снігового навантаження на покрівлі будівель із перепадами висот - Автореферат

Тому, створення імовірнісної моделі накопичення снігу в місцях перепадів висот будівель допоможе зменшити навантаження від надмірних сніговідкладень, забезпечивши при цьому достатній рівень надійності конструкцій, допоможе уникнути небажаних підсилень існуючих будівель та сприятиме економії матеріалів при будівництві нових. Крім того, потребує вирішення важлива проблема захисту конструкцій існуючих будівель і споруд від перевантаження внаслідок впливу снігових мішків у місцях перепадів висот, що утворюються при добудові більш високих нових корпусів до існуючих будівель. розробити імовірнісну модель накопичення снігу в місцях перепадів висот будівель, на її основі оцінити навантаження від снігових мішків, регламентоване нормами ДБН, та отримати коефіцієнти сполучення для ваги надлишкових снігонакопичень; розробити інженерні засоби захисту від надмірного снігового навантаження в місцях перепадів висот будівель при реконструкції та новому будівництві; вперше розроблено імовірнісну модель накопичення снігу в місцях перепадів висот будівель («снігових мішків»);У першому розділі дисертаційної роботи проаналізовано фізичні властивості кристалів снігу, простежено еволюцію вітчизняних норм проектування по сніговому навантаженню, розглянуто нормування снігового навантаження за кордоном та методи його досліджень, визначені фактори, що впливають на підвищені снігонакопичення в місцях перепадів висот будівель. Аналіз результатів проведених на сьогодні досліджень показав, що значний вплив на формування надлишкових сніговідкладень в місцях перепадів висот будівель мають наступні фактори: фізичні властивості кристалів снігу, кількість твердих опадів, вітровий режим місцевості, підтавання та зсипання снігового покриву. Однак у вітчизняних та закордонних нормах проектування до сих пір зберігся детерміністичний підхід у визначенні надлишкового снігового навантаження в місцях перепаду висот будівель, при цьому не враховується інтенсивність здування снігу вітром. Обробка даних замірів густини снігу дозволила підтвердити близькість їх закону розподілу до нормального та отримати середню густину снігу на дахах (0,19 г/см3), що приблизно рівна аналогічній величині, регламентованій ДБН «Навантаження і впливи», та є більшою від густини снігу на поверхні землі (0,17 г/см3) і пояснюється процесами підтавання снігу завдяки тепловтратам через покрівлю. Таким чином, сніговий мішок представляє собою трапецію з основами ? та ?1 і висотою b=2h, а рівнодійна від підвищеного снігового навантаження в районі перепаду становитиме: (2) сніговий навантаження покрівля будівля де, - снігове навантаження на поверхні землі.Досить частим є явище утворення на поверхні снігу льодяної кірки внаслідок замерзання дощових опадів, що унеможливлює процес перенесення снігу вітром. Вітер грає ключову роль у формуванні надлишкового снігового навантаження в місцях перепадів висот будівель. Доведено, що в зону снігового мішка зноситься від 20 до 50% снігу з нижнього та верхнього покрить. Взагалі ж, фактичні параметри надлишкових сніговідкладень у місцях перепадів висот відповідають рекомендованим ДБН за виключенням того, що діючі норми на 10-40% занижують рівень снігового навантаження в зоні поза сніговим мішком. При збільшенні снігового навантаження на поверхні землі на 48% вага снігового мішка може як збільшуватися на 27-81%, так і зменшуватися до 19% у випадку заповнення всього перепаду висоти снігом.

Основний зміст роботи

У дисертації вирішена актуальна наукова задача імовірнісного оцінювання навантаження від надлишкових снігонакопичень в місцях перепадів висот будівель та введення понижуючих коефіцієнтів сполучення для ваги снігових мішків. Проведені експериментальні та теоретичні дослідження дозволяють зробити наступні висновки.

1. Експериментальні дослідження показали, що снігове навантаження на дахах будівель формується під впливом метеорологічних та фізичних факторів. Досить частим є явище утворення на поверхні снігу льодяної кірки внаслідок замерзання дощових опадів, що унеможливлює процес перенесення снігу вітром. Підтаванню снігу також сприяють тепловтрати покрівель. Вітер грає ключову роль у формуванні надлишкового снігового навантаження в місцях перепадів висот будівель. Доведено, що в зону снігового мішка зноситься від 20 до 50% снігу з нижнього та верхнього покрить. Взагалі ж, фактичні параметри надлишкових сніговідкладень у місцях перепадів висот відповідають рекомендованим ДБН за виключенням того, що діючі норми на 10-40% занижують рівень снігового навантаження в зоні поза сніговим мішком.

2. Встановлено, що не існує чіткої залежності між навантаженням від снігових мішків, розрахованим за СНИП та ДБН для одних і тих же покрівель. При збільшенні снігового навантаження на поверхні землі на 48% вага снігового мішка може як збільшуватися на 27-81%, так і зменшуватися до 19% у випадку заповнення всього перепаду висоти снігом. Виявлено, що вага снігових мішків, обрахована за стандартами ДБН та Eurocode-1, різниться на 15-30% як у меншу, так і в більшу сторону, а самі європейські норми відрізняються спрощеністю та занадто узагальненим підходом, малою кількістю розрахункових схем. У порівнянні з вітчизняними нормами, норми США ASCE 7-10 можуть значно завищувати (до 55%) вагу надлишкових снігонакопичень для перепадів висот до 3 м, та занижувати (до 58%) її для перепадів від 3 до 8 м.

3. Вивчено стохастичний характер ваги снігових мішків, який залежить не тільки від детермінованих параметрів покрівлі, але й від випадкових величин снігового навантаження на поверхні землі та швидкості вітру. Створено імовірнісну модель накопичення снігу в місцях перепадів висот будівель та на її основі проведено оцінювання ваги снігових мішків, отриманої за ДБН.

4. Імовірнісна модель снігових мішків дала змогу отримати обґрунтовані понижуючі коефіцієнти сполучення снігового навантаження в місцях перепадів висот ?sb, значення яких для території України можна у першому наближенні приймати 0,8. Це дозволяє знизити зусилля у елементах кроквяних ферм на 6-16% та зменшити розрахункове навантаження на конструкції існуючих будівель, що проектувались за СНИП.

5. Розроблені, запатентовані та впроваджені у будівництво інженерні рішення, які дозволяють зменшити навантаження від надмірного скупчення снігу в місцях перепадів висот, що виникає при добудові до існуючих будівель нових вищих корпусів. Для випадків, коли застосування снігозахисних конструкцій неможливе, запропоновано спосіб пониження покрівлі існуючої будівлі, сутність якого полягає у створенні в місці пониження простору для локалізації в ньому снігового мішка.

1. Пічугін С.Ф. Урахування підвищеного снігового навантаження в місцях перепаду висот, що створюються при добудові та реконструкції будівель / С.Ф. Пічугін, Ю.В. Дрижирук // Сб. науч.трудов. Строительство, материаловедение, машиностроение. «Инновационные технологии жизненного цикла объектов жилищно-гражданского, промышленного и транспортного назначения». - Д.: ПГАСА, 2007. - №43.- С.371-375.

2. Пічугін С.Ф. Засоби боротьби з підвищеним сніговим навантаженням на покрівлю / С.Ф. Пічугін, О.В. Семко, Ю.В. Дрижирук // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво). - Полтава : ПОЛТНТУ, 2007. - Вип.20.- С.95-100.

3. Пічугін С.Ф. Аналіз розвитку норм проектування по сніговому навантаженню / С.Ф Пічугін., Ю.В. Дрижирук // Збірник наукових праць Українського науково-дослідного та проектного інституту сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського. - К. : Сталь, 2008. - Вип.1 - С.5-15.

4. Пічугін С.Ф. Порівняльний аналіз розрахункових схем снігового навантаження біля перепадів висот будівель за нормами різних країн / С.Ф. Пічугін, Ю.В. Дрижирук // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. праць. - Рівне : НУВГП, 2009. - Вип. 18. - С.406-413.

5. Пічугін С.Ф. Натурні дослідження снігового навантаження на покрівлях з перепадами висот / С.Ф. Пічугін, Ю.В. Дрижирук // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. праць.- Рівне : НУВГП, 2009. - Вип. 19. - С.290-297.

6. Дрижирук Ю.В. Вивчення снігового навантаження біля перепадів висот / Ю.В. Дрижирук // Надежность строительных конструкций. Работа научной школы проф. С.Ф. Пичугина : сборник научных трудов. - Полтава : ООО «АСМИ», 2010. - С.112-124.

7. Пічугін С.Ф. Імовірнісна модель снігового навантаження в місцях перепадів висот будівель / С.Ф. Пічугін, Ю.В. Дрижирук // Збірник наукових праць Українського науково-дослідного та проектного інституту сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського.- К. : Сталь, 2010. - Вип.6. - С.53-63.

8. Пат. 53409 Україна, МПК (2009) Е 04 С 2/00. Несуча консольна конструкція для захисту існуючих будівель і споруд від надмірного снігового навантаження при добудові до них нових вищих будівель / заявники Пічугін С.Ф., Семко О.В., Дрижирук Ю.В.; власник Полтав. нац. техн. ун-т ім. Юрія Кондратюка. - № u 2010 02826; заявл. 12.03.2010; опубл. 11.10.2010, Бюл. № 19. - 4с. (Сформульована сутність винаходу, оформлена відповідна документація).

9. Пат. 53531 Україна, МПК (2009) Е 04 В 1/00. Несуча конструкція для захисту існуючих будівель і споруд від надмірного снігового навантаження при добудові до них нових вищих будівель / заявники Пічугін С.Ф., Семко О.В., Дрижирук Ю.В.; власник Полтав. нац. техн. ун-т ім. Юрія Кондратюка. - № u 2010 04099; заявл. 08.04.2010; опубл. 11.10.2010, Бюл. № 19. - 4с. (Сформульована сутність винаходу, оформлена відповідна документація).

10. Пат. 51596 Україна, МПК (2009) Е 04 В 1/00. Спосіб захисту існуючих будівель і споруд від надмірного снігового навантаження біля перепадів висот / заявники Пічугін С.Ф., Семко О.В., Дрижирук Ю.В.; власник Полтав. нац. техн. ун-т ім. Юрія Кондратюка. - № u 2010 00139; заявл. 11.01.2009; опубл. 26.07.2010, Бюл. № 14. - 4с. (Сформульована сутність винаходу, оформлена відповідна документація).