авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

Проблемы теории снеговых нагрузок на сооружения

-- [ Страница 3 ] --

Модификации СНиП. В новой редакции СНиП число снеговых районов увеличено с шести до восьми; уточнены границы снеговых районов в новой карте районирования территории России по расчетным снеговым нагрузкам . Впервые рекомендуется период между превышениями весом снега уровня , равный в среднем 25 годам. Наконец, увеличены величины расчетных снеговых нагрузок в границах прежних снеговых районов (табл. 4).

Основная характеристика снеговой нагрузки – расчетное значение – определяется как наибольшее из значений за период не менее 20 лет наблюдений, т. е.

(24)

Звездочки (**) указывают, что значение (24) вычислено в конкретной географической точке и оно отличается от значения , которое равно средней величине значений по всему снеговому району (см. табл. 4).

Нормативное значение снеговой нагрузки на грунт определяется по формуле

(25)

Если полагать, что накопление снега – это СП с независимыми приращениями (гл. 2), то период повторяемости при заданном значении равен

(26)

Недостатки модификации СНиП. 1. Районирование территории России по расчетным снеговым нагрузкам на основании формулы (24) не учитывает в полной мере изменчивость снеговой нагрузки в пространстве. Например, значения (24) в Москве, Санкт-Петербурге, Рощино, расположенных в третьем снеговом районе, имеют периоды повторяемости T их превышения весом снега, которые изменяются от 8 до 149 зим (табл. 5).

2. На основании только ежегодных максимумов веса снега невозможно получить научно обоснованную кривую распределения вероятностей веса снега на грунте в любую из декад периода снегонакопления. Отсутствие такой кривой приводит к следующим отрицательным последствиям:

во-первых, невозможен единый подход к определению расчетного и нормативного значений веса снега, как уровней, превышаемых весом снега с заданным периодом T;

во-вторых, при оценке надежности сооружения невозможно научно обоснованное сочетание снеговой нагрузки с другими воздействиями на сооружение.

3. При проверке эксплуатационной пригодности и долговечности конструкции важными являются не только значения величины нагрузок, но и продолжительность их действия. В СНиП нет методики определения продолжительности превышения снеговой нагрузкой некоторого заданного уровня x.

Предлагаемая методика определения расчетных и нормативных значений снеговой нагрузки на грунт. Расчетное и нормативное значение снеговой нагрузки предлагается определять на основании снегосъемок «в лесу» в течение зим наблюдений на участке, который защищен от воздействия ветром. При этом толщина снежного покрова может быть определена как по стационарным снегомерным рейкам, так и по результатам маршрутных снегосъемок.

Вначале по опытным данным определяют: число декад устойчивого снежного покрова, величины , а также сценарий процесса накопления снега, т. е. наличие (или отсутствие) стационарной фазы в период устойчивого снежного покрова.

Расчетное значение снеговой нагрузки на грунт рекомендуется принять равным

(27)

где – уровень, который превышается весом снега в среднем один раз за 25 зим, является корнем уравнения

(28)

Звездочки (***) указывают, что значение вычисляется в конкретной географической точке по предлагаемой методике и превышается весом снега в среднем один раз за T зим (см. табл. 5).

Нормативное значение снеговой нагрузки – уровень, превышаемый весом снега в среднем один раз за 5 зим, является корнем уравнения

(29)

На основании расчетов из табл. 5 можно сделать следующие выводы:

1. По СНиП для Москвы и Санкт-Петербурга расчетная снеговая нагрузка равна 1,8 кПа, для Рощино – 2,4 кПа (см. табл. 4). В Москве превысит на 14 %, а в Рощино – на 5 %. В Санкт-Петербурге наоборот, будет меньше на 9 %.

2. В зарубежных нормах период между превышениями весом снега расчетного значения рекомендуется принимать равным 30 зимам. Однако увеличение периода 25 до 30 зим привело бы к росту расчетных нагрузок на 1–2 %, т.е. на пренебрежимо малую величину.

3. Проектировщику ответственного сооружения в Москве или Санкт-Петербурге важно знать величину наибольшей снеговой нагрузки за 100 зим. При увеличении периода с 25 до 100 лет уровни возрастут всего на 8–10 %. Небольшой рост уровней обусловлен стабилизирующим влиянием детерминированной компоненты (9), которая остается неизменной при любом периоде повторяемости T.

4. Разница между значениями и , приведенными в табл. 5, изменяется от 7 до 38 %, а отношение составляет 0,84–0,87, т. е. больше коэффициента 0,7. Поэтому для расчета нормативных значений снеговых нагрузок имеются достаточные основания вместо формулы (25) использовать формулу (29).

5. Карта «Районирование территории Российской Федерации по расчетному значению веса снегового покрова земли» в СНиП была составлена на основании анализа выборок максимальных снеговых нагрузок на грунт. СНиП предостерегают, что значения (24), полученные на основании местных данных Росгидромета, могут существенно отличаться от расчетного значения снеговой нагрузки из табл. 4. Это предупреждение в неявном виде фактически предлагает субъектам Российской Федерации провести более детальное районирование своих территорий по снеговым нагрузкам для обеспечения надежности строительных конструкций покрытий. Действительная изменчивость снежного покрова грунта в пространстве имеет большой размах. Например, расстояние между Санкт-Петербургом и Рощино Ленинградской области составляет 60 км. Разница между расчетными снеговыми нагрузками равна 58 %, а по упомянутой выше карте – 33 %. Поэтому предлагается уточнить по расчетным значениям, определяемым по формуле (28). границы снеговых районов на территории России.

Результаты исследований отражены в работах [3, 4, 11,12, 14, 25, 35, 36].

ГЛАВА 4. НАБЛЮДЕНИЯ ЗА СНЕГОВЫМИ НАГРУЗКАМИ

НА ПОКРЫТИЯ ЗДАНИЙ И ИХ ОБРАБОТКА

Отсутствие четкого представления об особенностях НДС покрытия здания под действием снеговой нагрузки может привести к неправильным проектным решениям и стать причиной аварии. В главе приведены примеры обрушения покрытий из-за ошибок при выборе расчетных снеговых нагрузок.

В результате действия ветра на снежный покров происходят процессы сноса и отложения снежных частиц. С открытых и возвышенных мест снег сдувается, а на участках так называемой ветровой тени происходит усиленное отложение снежных частиц. На плоских участках поверхности земли одновременно происходят и снос, и отложение снега, принесенного с соседних участков земли. Снег, переносимый ветром по земле, не попадает на покрытия зданий. Поэтому многочисленные исследования снегопереноса по поверхности земли не могут быть использованы для расчета снегосноса с пологих крыш.

Во второй половине ХХ века для покрытий общественных и промышленных зданий начали широко использовать различного рода пространственные системы. Уменьшение собственного веса конструкций в случае применения таких систем приводит к существенному увеличению относительного вклада снеговых нагрузок в суммарную нагрузку на покрытие. Наблюдения за снеговыми нагрузками на сооружения дают статистическую информацию, на основании которой можно оценить прочность сооружений в реальных условиях их эксплуатации. Поэтому представляется важным уточнение величин снеговых нагрузок и характера их распределения по покрытиям пространственного типа.

Сносу снега ветром с пологих и пространственных покрытий посвящены работы В. А. Отставнова, Л. С. Розенберга, Н. К. Жуковой и других исследователей. В частности, на основании проведенных исследований снеговую нагрузку на пологое покрытие было рекомендовано определять умножением снеговой нагрузки на грунт на коэффициент

В нормах проектирования расчетные снеговые нагрузки на пологие покрытия рекомендуется определять по формуле

(30)

Здесь – расчетное значение снеговой нагрузки на грунт, которое назначается в зависимости от снегового района; – коэффициент перехода от веса снежного покрова грунта к снеговой нагрузке на покрытие, учитывающий разные схемы распределения снеговых нагрузок по покрытию. Коэффициент принимается по строительным нормам в зависимости от вида местности и высоты здания; – ширина покрытия, принимаемая не более 100 м.

На основании наблюдений за снеговыми нагрузками на пространственные покрытия зданий сделаны следующие выводы:

1. Снос снега ветром с пространственных покрытий больших размеров в плане можно не учитывать.

2. Средняя величина снеговой нагрузки на пространственные покрытия неотапливаемых зданий может быть до 20 % больше веса снега на грунте. Это превышение возникает, по-видимому, под влиянием двух следующих факторов. Во-первых, во время оттепелей температура воздуха внутри неотапливаемого здания ниже, чем снаружи. Поэтому снег на таком покрытии тает медленнее, чем на грунте. Во-вторых, жидкие осадки, выпадающие в виде дождя или мокрого снега, задерживаются в снеге на покрытии неотапливаемого здания, а в снеге, лежащем на грунте, вода просачивается сквозь толщу снега и впитывается грунтом.

3. Схема нагружения равномерно распределенной снеговой нагрузкой круговых в плане покрытий (типа Дворца спорта «Юбилейный» или Спортивно-концертного комплекса в Санкт-Петербурге) является вполне оправданной. В результате действия снеговой нагрузки на покрытие Дворца спорта «Юбилейный» возникли деформации, не учтенные в проектных расчетах, и воронки для отвода талой воды оказались не в самых низких точках покрытия. Поэтому талая вода частично оставалась на покрытии и превращалась в лед.

4. Снеговая нагрузка на покрытия отапливаемых зданий из-за таяния снега в 3–4 раза меньше, чем на покрытия неотапливаемых зданий. Для уменьшения потерь тепла необходимо увеличение термических сопротивлений покрытий отапливаемых зданий [3, 17, 28, 29, 31–33].

Кроме того, были разработаны рекомендации по схеме распределения снеговой нагрузки на многоволновые покрытия зданий из оболочек положительной гауссовой кривизны. Для таких покрытий уточнен набор “элементарных нагрузок”, предложенный В. А. Отставновым;

На основании наблюдений за сносом снега с пологих покрытий неотапливаемых зданий автором в работе [26] была предложена зависимость приращений снега на покрытии от приращений снега на грунте и скорости ветра в виде

(31)

где – средняя скорость ветра за рассматриваемый i-й интервал времени должна удовлетворять условию

(32)

Моделирование сноса снега с пологого покрытия. Цели моделирования:

  • определение распределения вероятностей снеговой нагрузки на пологое покрытие в конце t-й декады периода устойчивого снежного покрова;
  • определение коэффициента сноса снега ветром с пологого покрытия в зависимости от скорости ветра.

Указанное моделирование было бы невозможно, если использовать ежегодные максимальные снеговые нагрузки. Во-первых, для описания статистики максимальных снеговых нагрузок на грунт нет универсальной теоретической кривой распределения (гл. 1). Во-вторых, не учитывается, что накопление снега на грунте и покрытии здания является не одномоментным актом, а процессом.

Для численного моделирования процесса накопления снега на плоском покрытии было использовано выражение (31). В конце t-й декады i-й зимы декадное приращение веса снега, как и величина веса снега на холодном пологом покрытии, вычислялось соответственно по формулам

(33)

(34)

где и – соответственно декадное приращение веса снега на грунте и средняя скорость ветра за t-ю декаду i-й зимы по результатам наблюдений.

Затем на основании полученных выборок были найдены числовые характеристики: выборочные оценки математического ожидания веса снега и стандартное выборочное отклонение веса снега на пологом покрытии в любую из декад периода устойчивого снежного покрова.

На основании анализа результатов численного моделирования было установлено, что

  • на покрытии здания, как и на грунте, вес снега имеет нормальную кривую распределения вероятностей;
  • ветровой снос снега с плоских покрытий только пропорционально уменьшает параметры распределения (13) веса снега на грунте в окрестностях здания, и параметры и распределения вероятностей снега на пологом покрытии определяются по формулам:

(35)

(36)

где – коэффициент сноса снега ветром, полученный в результате моделирования снеговых нагрузок на пологом покрытии в виде:

(37)

Коэффициент сноса снега ветром позволяет более реально определять снеговые нагрузки на пологие покрытия зданий, возникающие в процессе эксплуатации.

Предлагаемая методика назначения расчетной и нормативной снеговой нагрузки на пологое покрытие. 1. Расчетная снеговая нагрузка на холодное пологое покрытие – уровень , превышаемый весом снега с периодом повторяемости 25 зим, с учетом вида местности и ширины покрытия рекомендуется вычислять по формуле:

(38)

где величина определяется из уравнения (30); параметры – по действующим строительным нормам.

2. Нормативная снеговая нагрузка на пологое холодное покрытие – уровень, превышаемый весом снега с периодом повторяемости 5 зим, находится по формуле:

(39)

где величина является корнем уравнения (31).

Результаты исследований отражены в работах [2, 7, 18, 27, 29–36].

        1. ГЛАВА 5. ТАЯНИЕ СНЕГА НА ТЕПЛЫХ ПОКРЫТИЯХ ЗДАНИЙ

Потери тепла через покрытие отапливаемого здания зависят не только от термических сопротивлений кровли, но и снежного покрова покрытия здания. Поэтому рассмотрим потоки тепла и в кровле, и в снеге. Поток тепла в снеге определяется уравнением Фурье

(40)

где – коэффициент теплопроводности снега, – температурный градиент.

Теплопроводность снега изучалась Г. Абельсом, М. Янсоном, А. С. Кондратьевой, А. С. Павловым, Ц. Иосидой и другими исследователями, и до настоящего времени коэффициент теплопроводности определяется по эмпирическим формулам. Было получено свыше десятка эмпирических зависимостей от плотности снега. Они отражают большой разброс опытных данных. Были высказаны предположения, что большой разброс экспериментальных значений коэффициента при одной и той же плотности снега вызван различиями в структуре снежного покрова и вариациями диффузии пара в снежном покрове в зависимости от температуры. Для проверки этих предположений и определения границ статистического разброса значений была получена экспериментально-теоретическая формула для коэффициента теплопроводности.

Структурная модель снега и коэффициент теплопроводности. Мысленно выделим из снежного покрова представительный объем, теплопроводность которого моделируем при помощи пластинки, перпендикулярной тепловому потоку и состоящей из кубиков единичного объема (рис. 5). Полагаем, что объемные концентрации льда во всех кубиках и снежном покрове одинаковы. Теплопроводность кубика будет наибольшей, если тепловой поток проходит вдоль слоев элемента, и наименьшей, если тепловой поток проходит поперек слоев. Крайние теоретические значения теплопроводности определим при помощи моделей Фойхта и Рейсса (см. рис. 5). При направлении потока тепла вдоль слоев верхняя оценка теплопроводности имеет следующий вид:

(41)

где – теплопроводность льда (воздуха); – плотность снега (льда).

Нижняя оценка теплопроводности снега

(42)



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.