+ 7 (981) 109-72-16
+ 7 (812) 956-74-39

 

Заказать обратный звонок

Расчет и проектирование системы теневых парусов

20 мая 2016


НЕМНОГО О РАСЧЕТАХ…
 

 

Данную статью мы хотим посвятить расчетам системы теневых парусов, рассказать основные принципы, этапы и важные моменты. Описать расчет не с точки зрения инженера, а объяснить понятным языком.

 

 

 

 

 

     Важнейшим этапом создания проекта тентового сооружения являются расчеты. Именно расчеты в совокупности с качественным проектированием, использованием качественных материалов,  современной технологии сборки обеспечивают надежность системы и её долговечность.

     Система теневых парусов на первый взгляд, кажется, простой с точки зрения прочности, устойчивости и жесткости, но на самом деле все намного сложнее. Присутствуют основные расчетные факторы, которые напрямую влияют на безопасную эксплуатацию системы:

1) Ветровая нагрузка;

2) Нагрузка от воды;

3) Снеговая нагрузка;

4) Силы предварительного натяжения на опорах;

 

Рассмотрим данные факторы более подробно:
 

Фактор 1. Ветровая нагрузка

     Ни для кого не секрет, что ветровая нагрузка является основным параметром при расчете системы теневых парусов. Скоростной напор ветра для различных регионов различается в несколько раз, дополнительно учитывается ориентация площадки застройки, высота над уровнем земли и наличие по направлению ветрового воздействия препятствий и барьеров, способных уменьшить ветровую нагрузку.

     Так, например по СП 20.13330.2011 «Свод правил. Нагрузки и воздействия» нормативное значение ветрового давления составляет:

- для г. Москва –  0,23 кПа (23 кг/м2), что соответствует скорости ветра 23 м/сек;

- для г. Санкт-Петербург – 0,30 кПа (30 кг/м2) соответствует скорости ветра 26 м/сек;

- для г. Туапсе –  0,48 кПа (48 кг/м2) соответствует скорости ветра 33 м/сек.
 

     Приведенные значения скоростей ветра вычислены на основании нормативного ветрового давления и могут незначительно отличаться ввиду различной плотности воздуха.

     Конечно, мы понимаем, что максимальные значения ветровых нагрузок и скоростей ветра по регионам соответствуют штормовым условиям, которые могут наступить в среднем 1 раз в 50 лет. Поэтому мы заботимся и о стоимости системы, принимая в расчеты скорость ветра ниже ввиду сезонного использования сооружения и срока службы, составляющего до 10 лет.

     Система теневых парусов рассчитана на скорость ветра 20 м/сек, что соответствует нормативному значению ветрового давления 0,17 кПа (17 кг/м2), этого достаточно для большинства регионов России. Например, возможно проследить статистику скоростей ветра на основании общедоступной информационной справки Гидрометеоцентра России, размещенной в сети интернет на веб-ресурсах http://www.atlas-yakutia.ru или https://www.gismeteo.ru/diary.

     Как видно из данных источников, скорость ветра за 10 лет (включая порывы) для Санкт-Петербурга не превышает расчетную скорость ветра для системы теневых парусов равную 20 м/сек.

     При расчете системы на ветровую нагрузку дополнительно учитываются пульсационная составляющая ветрового давления, различные направления ветрового воздействия на сооружение, а также геометрия сооружения, в зависимости от которой меняются аэродинамические коэффициенты.

     Обязательное требование свода правил по проектированию и расчету – это применение коэффициента надежности по ветровой нагрузке, который составляет не менее 1,4, т.е. в расчете учитывается запас 40%.
 

Фактор 2. Нагрузка от воды

     Теневой парус представляет собой плоскость, образованную тентовой тканью, но не имеющую жесткость. Каждая точка на данной плоскости перемещается под действием различных нагрузок – это нормальное состояние работы системы, т.е. на парус действует ветер – он как бы надувается и поднимается, под дождем он опускается.

     При дожде возможно образование «водяных линз», которые в объеме могут достигать нескольких десятков, а иногда и сотен литров. Соответственно, если высчитать массу воды линзы например в 100 л, то она будет равна 100 кг. За счет естественного растяжения ткани линза будет расти дальше, увеличиваясь в размерах и соответственно в массе.

     Для исключения подобных «водяных линз» используется несколько методов, которые планируются на этапе проектирования. Основной метод – это задание проектом требуемого уклона для отвода воды таким образом, чтобы вода утекла в низшую сторону до образования вогнутой линзы.
 

Фактор 3. Снеговая нагрузка

     Основное использование любых тентовых сооружений, а в частности и теневых парусов, это период с весны по осень, в то время когда отсутствует снеговой покров и температура воздуха комфортна для пребывания людей на улице, например в летнем кафе.

     Массовые и популярные тентовые конструкции, шатры не предназначены для зимы и не способны выдержать снеговую нагрузку.

     Что касается теневых парусов, мы не говорим, что они не способны выдержать снег – они способны выдержать снеговую нагрузку равную 50 кг/м2.
 

     Что это за нагрузка давайте разберемся. 

     На основании общедоступных справочников плотность снега в зависимости от состояния составляет от 160 до 480 кг/м3. Состояние снегового покрова можно охарактеризовать как: свежевыпавший снег и слежавшийся снег. Возьмем для примера среднюю плотность 320 кг/м3 и рассчитаем в толщину снежного покрова на плоскости теневого паруса.

H = S / P = 50 / 320 = 0,16м = 16см

     Таким образом, эксплуатация парусной системы в зимний период возможна, но при определенных условиях. Толщина снежного покрова на тентовом парусе не должна превышать в среднем 16см.

     Этих 16см вполне достаточно на случай, если по каким-либо причинам не произведено снятие тентового покрытия и подготовка системы к зимнему периоду. Например, Вы находитесь в отпуске, вдали от места, где установлена тентовая система, по возвращению из отпуска Вы успеете снять паруса. Крепление натяжного мембранного покрытия к стойкам или к зданиям позволяют с легкостью и без специального инструмента производить снятие.
 

Фактор 4. Силы предварительного натяжения на опорах

     Для задания правильной формы, для исключения провиса полотна, обеспечения требуемого уклона необходимо создать натяжение теневого паруса. Предварительное натяжение производится системой креплений. Сила натяжения передается на стойки и соответственно на фундамент, и обязательно учитывается при расчете данных конструкций.
  

Про нагрузки рассказали, расскажем про расчет конструкций

     Мы постарались рассказать Вам об основных нагрузках, действующих на сооружение и учитываемых в расчете.

     Система теневых парусов рассчитана как на действие этих нагрузок, так и на действие нескольких нагрузок одновременно (расчетные сочетания нагрузок), т.е. одновременно возможно действие ветра и дождя, ветра и снега и т.д.

     Усилия от теневого паруса передаются через крепления на стойки, затем на фундаменты. Стойки при этом находятся в сложнонапряженном состоянии, т.е. одновременно в стойках возникают следующие усилия: моменты в 2-х плоскостях, продольная и поперечная силы.

     Стойки рассчитываются по специальной методике с использованием положений и формул СП16.13330.2011 «Свод правил. Стальные конструкции».

     Для нашей системы неслучайно выбран винтовой фундамент с малыми лопастями и спиральной резьбой. Так как основной нагрузкой, которую воспринимает фундамент, являются моменты и поперечные силы в 2-х плоскостях в уровне оголовка, наиболее эффективным, экономически оправданным и технологичным вариантом является устройство вертикальных свай, передающих основную горизонтальную нагрузку от фундамента на грунт. Расчет основания и фундаментов выполняется по специальной методике с использованием положений и формул СП16.13330.2011 «Свод правил. Стальные конструкции», СП 50-101-2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений», СП 50-102-2004 «Проектирование и устройство свайных фундаментов».

Система теневых парусов рассчитывается с использованием сертифицированных программно-вычислительных комплексов, из них ПВК «ЛИРА-САПР». Расчет некоторых узлов, а также дополнительные расчеты и проверки производятся «вручную» с использованием формул и положений сводов правил и иной нормативной документации, учитывается опыт зарубежных производителей и информация из иностранной научной литературы.

 

В данной статье мы рассказали Вам о расчетах системы теневых парусов, постарались объяснить основные этапы и важные моменты.

Конечно, мы не можем сделать наши расчеты общедоступными и выложить их в интернет, т.к. расчеты составляют конфиденциальную информацию и коммерческую тайну, но покажем Вам несколько скриншотов и видео, с основными этапами расчета.

 

Расчет системы теневых парусов - 1 Расчет системы теневых парусов - 2

Расчет системы теневых парусов - 4

Расчет системы теневых парусов - 3
   

 « Назад