Главная >> Определение несущей способности листового стекла

Удлинение

Предположим, что стеклянная призма длиной 1 м жестко закреплена в верхней части. Сила, растягивающая этот образец в длину, вызовет в нем напряжение и удлинение. У обычных строительных материалов, как и у стекла, такое изменение длины очень незначительно. Относительное удлинение выражается отношением удлинения к исходной длине.
Сила, действующая на образец, вызывает в нем внутренние напряжения.
Для стекла справедлив закон Гука, по которому нагрузка и напряжение прямо пропорциональны удлинению.
Рассмотренное напряжение точнее следует называть нормальным напряжением, так как сила действует по оси образца. Если нагрузка направлена перпендикулярно оси образца, то она вызывает в нем не удлинение, а изгиб. Это напряжение называют напряжением при изгибе; чтобы определить напряжение на краях сечения балки, необходимо вычислить изгибающий момент, который характеризуется работой пары внутренних сил.

Модуль упругости

Чтобы более точно определить несущую способность и деформации какого-либо элемента, важно знать его модуль упругости, т. е. напряжение, необходимое для удлинения растягиваемого образца на его исходную длину, когда еще действует закон Гука. Наряду с этим принято составлять графики зависимости напряжений от удлинения различных строительных материалов.
При сравнении их видно, что для стекла характерна прямая пропорциональная зависимость между напряжением и удлинением во всем диапазоне работы стекла.
У других строительных материалов за областью упругих деформаций, как правило, следует область пластических деформаций, характеризующаяся нелинейной зависимостью между напряжениями и удлинениями. Если довести эти материалы до области пластических деформаций, то при снятии нагрузки они уже не примут свою исходную форму. Стекло сохраняет упругие свойства вплоть до разрушения. Модуль упругости стекла Е = 750 000 кгс/см2. Поэтому допускаемое напряжение для стекла значительно ниже его границы разрушения.

Надежность

Известно, что предел прочности стекла при растяжении значительно меньше, чем при сжатии. Поэтому в качестве допускаемого напряжения в стекле принимают напряжение
растяжения при изгибе.
Надежность определяют как отношение разрушающего напряжения растяжения к напряжению, возникающему от действия эксплуатационных нагрузок.
деформаций, характеризуется также величинами деформаций, возникающих в процессе их эксплуатации. Механизм хрупкого разрушения стекла обусловливает однозначность понятия его эксплуатационной надежности, которая не может быть повышена за счет пластических деформаций. Правда, допускаемое напряжение может быть изменено в соответствии с видом нагрузки. Так как несущая способность стекла при длительной нагрузке снижается, то и допускаемое напряжение при длительно действующей нагрузке нужно принимать меньшим, чем для кратковременно действующей. Если при разрушении стекла жизни человека не угрожает или почти не угрожает опасность, можно допускать более высокое значение напряжения.

Страницы: 1 2

Статическая работа стекла и допускаемые напряжения

Линейная теория расчета пластин исходит из того, что их прогиб не превышает толщины. Однако прогиб больших оконных стекол под нагрузкой в несколько раз больше их толщины. Несмотря на это, до сих пор при всех расчетах оконного стекла исходили из линейной теории, причем условно считали, что действительные прогибы малы. При расчете стекол, которые прогибаются незначительно, используют дифференциальное уравнение, которое в литературу о стекле вошло под названием формулы Баха. Его решение для расчета оконных стекол на ветровую нагрузку не представляет собой трудности. Однако если учесть бесспорный факт, что прогиб оконного стекла довольно большой, то простое дифференциальное уравнение переходит в систему дифференциальных уравнений в частных производных, решение которых значительно сложнее и требует определения изгибных и мембранных напряжений. Исследования в этой области были проведены в 1973 г. Эгнером. Опубликованные им данные учтены в последующих рассуждениях. Поскольку стекло подвержено хрупкому разрушению, то время действия нагрузки оказывает значительное влияние на его прочность при изгибе и растяжении. Из сравнения  периодов времени видно,что стекло, испытавшее нагрузку в течение длительного времени, обладает значительно более низкой несущей способностью.

Страницы: 1 2 3 4 5 6

Ветровая нагрузка

При определении эксплуатационных нагрузок следует руководствоваться DIN 1055; при этом всегда стремятся учесть их неблагоприятное сочетание. Стандарт переработан с учетом накопленного ранее опыта по расчету возможных нагрузок. Было бы ошибкой считать, что при учете неблагоприятного сочетания
нагрузок в определении нагрузок, как правило, остаются нераскрытые резервы.
Указания о расчетных нагрузках содержатся в DIN 1055 (л.4), которые были разработаны для расчетов строительных деталей с большим весом. В DIN 1055 динамическая ветровая нагрузка заменена статически действующей нагрузкой, распределенной по поверхности. Однако ветровая нагрузка — это прежде всего пульсирующая нагрузка. Поэтому проблематично применять общие положения, изложенные в DIN 1055, к тем строительным деталям, которые склонны к вибрации.
Динамический напор рассчитывают по уравнению Бернулли.
Силу ветра определяют по таблице, составленной Бофором. Если подставить в уравнение скорость ветра v = 42 м/с, получим нагрузку ветра.

Страницы: 1 2 3 4 5 6

Нагрузка от скопления людей

Оконные стекла, особенно стекла витрин, могут испытывать нагрузку вследствие скопления людей. В DIN 1055 применительно к этому случаю содержатся указания о расчете стекла. Соответствующие рекомендации изложены в DIN 18056, где речь идет об оконном стекле, основание которого располагается вблизи от земли и которое может подвергаться воздействию нагрузки от скопления людей. Во всех последующих расчетах размеров стекла нормируется горизонтальная линейная нагрузка, прикладываемая на высоте 1 м над.Для таких конструктивных элементов зданий, как ограждения и перила лестниц, балконов и веранд, расчет следует производить на горизонтальную линейную боковую нагрузку. В жилых зданиях она составляет 50 кгс/м, в общественных — 100 кгс/м.

Нагрузка от собственного веса и снеговая нагрузка

Согласно DIN 1055 («Проектные нагрузки для строения») снеговую нагрузку следует рассчитывать в зависимости от наклона кровли- Горизонтальные поверхности рассчитывают на снеговую нагрузку 75 кгс/м2. Чем круче кровля, тем меньше принимаемая снеговая нагрузка; при уклоне кровли 60° нагрузку принимают 30 кгс/м2 в горизонтальной проекции. Кровли с уклоном более 60° считаются бесснежными. В снежных районах при вероятности образования снеговых мешков снеговые нагрузки принимают в 2—3 раза больше.
Нагрузки от снега и собственного веса стекла действуют в течение длительного времени; для них принимают более низкие значения допускаемых напряжений.

Страницы: 1 2 3

Способы усиления стыков между стеклами

Основные положения. Приведенные рассуждения о выборе назначения размеров оконных стекол позволили сделать вывод, что нецелесообразно закреплять стекла с двух сторон. Предпочтение следует отдать закреплению стекол с четырех сторон по всему периметру. Вертикальные края стекол можно закреплять в металлических стойках. Преимущество такого закрепления состоит в ограничении габарита конструкции. Можно воспользоваться также другими способами усиления с помощью стекла. Различные виды соединений с применением
стеклянных ребер жесткости
1) Без металлического профиля
2) С металлическим профилем
3) С нащельником
4) Двойных ребер жесткости
5) Одного ребра жесткости, смещеного по отношению к углу ограждения
Простейшее решение: установить две стеклянные полосы (ребра жесткости), расположенные перпендикулярно стеклу. Соединение обеспечивается с помощью стеклоцемента или полимерного материала.

Страницы: 1 2 3

Выбор размеров для устройства ребер жесткости

Устройство ребер жесткости требует проведения статических расчетов. Размеры ребер нельзя определить по графикам. Выполнение расчета начинается с определения ветровой
нагрузки, которая для ребер жесткости всегда приложена на высоте до 8 м, и поэтому следует принимать ветровую нагрузку равной 60 кгс/м2. В сложных условиях, т. е. на углах зданий и в подверженных воздействию ветра зонах, например, позади колонн, ветровую нагрузку следует принимать как для зданий башенного типа. Распределенную по площади нагрузку стекла при расчете ребер жесткости пересчитывают в линейную.
При использовании оконного стекла в качестве ребер жесткости, согласно приведенным рассуждениям, допускаемое напряжение принимается равным 200 кгс/см.

Профильное строительное стекло

Кроме листового оконного стекла для остекления больших площадей, в частности в тех случаях, когда не требуется сквозной видимости через светопроемы, используют профильное строительное стекло, которое благодаря профилю обладает высокой несущей способностью и жесткостью.
Каждый элемент профильного стекла представляет собой один или несколько соединенных между собой швеллеров.
При монтаже стекла следует строго соблюдать инструкции фирм-изготовителей.
Для уплотнения швов между элементами профильного стекла преимущественно используют нетвердеющий однокомпонентный силиконовый герметик. Этот уплотнитель способен распределять нагрузку шквальных порывов ветра на несколько элементов и, таким образом, повышать общую несущую способность застекленной поверхности.

Страницы: 1 2 3 4 5 6

Подвесное остекление

При подвесном остеклении нагрузка распределяется, причем собственный вес стекла смещается вверх, поскольку оно подвешено. По горизонтали стекло передает ветровую нагрузку на ребра жесткости. Поэтому оно рассчитывается как стекло, закрепленное с двух сторон. Учитывая большие размеры стекла, для устройства ребер жесткости его всегда применяют в сочетании с металлом. Для закрепления стекла используются способы подвешивания, защищенные патентами.

Термическая нагрузка

Изменение температуры — будь то равномерный нагрев всего стекла или различных его участков до различных температур —оказывает влияние в той же степени, что и механическая нагрузка от ветра, скопления людей и собственного веса.
Когда вследствие термической нагрузки стекло разрушается, напряжения достигают значений разрушающих. В основе термической нагрузки лежит деформация материала.
Основные материалы, применяющиеся для светопрозрачных ограждений, характеризуются следующими значениями температурных коэффициентов линейного расширения:
Стекло................ 8,5
Сталь................. 12
Алюминий............... 24
Полихлорвинил ............... 78
Бетон................. 11
Цинк................. 14
Древесина:
вдоль волокон.............. 35
поперек волокон............. 33
( умноженные на 10 в -6 степени )

Страницы: 1 2

Стены из стеклоблоков

Стены из стеклоблоков должны быть выполнены в соответствии с указаниями DIN 4242. При соблюдении условий,отпадает необходимость в предварительных расчетах размеров швов между стеклоблоками. Если эти параметры, превышены, то стену из стеклоблоков следует рассчитывать по ветровой и ударным нагрузкам согласно DIN 1055.
Разделение ветровой нагрузки на напор и разрежение допустимо, однако показатели напора ветра в этом случае нужно принимать на 25% больше. При выборе размеров стены необходимо руководствоваться DIN 1045; можно использовать способ выбора размеров, принятый для кирпичной кладки (DIN 1053).
Расстояние между стеклоблоками должно при размере стеклоблоков до 24x24 см составлять не менее 1 см, а при больших размерах — не более 1,5 см, однако ни при каком размере не должно превышать 3 см.

Страницы: 1 2

Стекложелезобетонные перекрытия

Стекложелезобетонные перекрытия, доступные для прохода или проезда, а также перекрытия с максимальной нагрузкой 500 кгс/см2 всегда требуют определения несущей способности. Руководствоваться при этом следует DIN 4229 и DIN 1045. Предполагается, что перекрытие закреплено по двум противоположным сторонам. При опирании по четырем сторонам (соотношение сторон конструкции до 1:2) возможно незначительное превышение указанной длины пролетов. В перекрытиях из стекложелезобетона, несущих большую нагрузку или доступных для проезда, следует применять прессованные стеклянные плитки согласно DIN 4243.
При расчете конструкции стеклянные плитки исключаются из ее статической работы (DIN 1045).