Имитация бруса дизайн: Имитация бруса в интерьере – особенности применения

Содержание

Что такое имитация бруса? — Дизайн и ремонт в квартире и доме

Имитация бруса является распространенным материалом. В принципе, это обычная вагонка. Она отличается сравнительно большой шириной и таким материалом можно имитировать внешний вид стен дома, который создает картину из целого бревна.

Изготавливается имитирующий материал из сосны, лиственницы, ели и других знатных пород деревьев. Особое предпочтение отдается сосне, так как она имеет срок длительной эксплуатации, отличные технические параметры. Отсюда и невысокая ценовая категория.

Технические характеристики лиственницы много лучше. Это оправдывается ее долговечностью, не имеет способностей к гниению, является огнеупорной. Ценовая политика этого материала высокая.

Имитация бруса из липы пользуется спросом при строительстве бани, так как она влагоустойчивый материал. Липа не выделяет смолу, поэтому не следует бояться ожогов. Она способна выделять очень приятный сладковатый запах.

Бани, отделанные липовым брусом, рекомендуют посещать людям, страдающих болезнями печени. Если верно проводить уход за таким видом бруса, срок службы будет долгим, однако и стоимость такого имитирующего материала достаточно высока.

Перечисленные выше виды имитации бруса, позволяют остановить выбор варианта материала из сосны. Фасад дома, имитирующий цельность бревна имеет параметры, которые зависят от: ширины и толщины.

От сорта имитирующего материала, посредством которого создается внешний вид.

Производство качественного монтажа, который обусловлен скрытием креплений, стыковку панелей, а главное точным перпендикуляром основания.

Если вы хотите имитацию бруса купить, для этого необходимо получить информацию о сортах материала. Поскольку оптимальным вариантом для отделки внешнего вида дома или стен внутри, демократичной стоимости, остается возможность приобретения имитации бруса из сосны, то нужно знать и о свойствах сортов.

Высшим сортом данного материала является сорт «Экстра». Он представляется, совершенно, чистыми досками без наличия всяческих сучков. На них не должно быть никаких дефектов, в том числе и отсутствовать смола.

Сорт А. Он подразумевает наличие 2-3 сучков, не способных к выпадению. Здесь тоже не должно быть недостатков в виде трещин, смолы. Необходимо знать, что отечественные производители не производят имитацию бруса сорта «Экстра». Класс А относится, именно, к высшему сорту.

Фасад, оформленный имитацией под брус, всегда будет радовать своей оригинальностью и прослужит долгие годы.

вагонка, доска пола, брус, имитация бруса, блок-хаус

Новая коллекция GIRA Event Clear сочетает в себе прозрачность и блеск. Прозрачный материал,имеющий цветовую основу, в комбинации с блестящей поверхностью создает трехмерный оптический эффект. Дизайн приборов становится соответствующим их инновационной технологической сути, он предсказуемо лаконичен, но в то же время необычайно выразителен.

Добиться такого сочетания удалось за счет опыта предыдущих премиальных коллекций и привнесения нового подхода в использовании передовых материалов.

Новые цветовые варианты рамок прозрачной серии Event Clear — черный, белый, зеленый, темно-фиолетовый, коричневый и песочный. Столь разнообразные колористические оттенки дают возможность гармонично комбинировать рамки со вставками четырех цветов: белого глянцевого, кремового глянцевого, «антрацита» и «алюминия». Выбор цветовых решений способен удовлетворить практически любой вкус и подойти под самый разный дизайн интерьера. Неизменным остается одно — GIRA Event Clear, не отвлекая на себя чрезмерного внимания, остается акцентом интерьера, определяющим уровень дизайна интерьера и вкуса его обладателя.

GIRA Event Clear дает свободу фантазии, позволяя составлять бесчисленные комбинации в самых различных стилях. Кроме этого, как и всю продукцию GIRA, эту серию отличает функциональное разнообразие. GIRA Event Clear располагает более чем двумястами тридцатью изделий, входящих в концепцию System 55 — от розеток и выключателей, светодиодной подсветки и домофонной системы до изделий «умного дома» системы Instabus KNX / EIB («Умный дом»), а также радиошинной системы.

Серия GIRA Event Clear получила еще большее международное признание, чем ее предшественница GIRA Event. В 2009 году «прозрачная серия» была удостоена целого ряда престижных международных премий в области дизайна — Red Dot Award, iF Product Design Award и Plus X Award.

Неповторимость форм, большое разнообразие цветов и богатая функциональность изделий серии побуждают нас создать вокруг себя истинный комфорт, ту индивидуальную среду, которая формирует настроение и ощущения человека.

   

сорта, преимущества и особенности использования

Спрос на экологичные и натуральные материалы растёт. И одним из наиболее популярных и востребованных материалов для облицовки коттеджей и домов является имитация под брус. Этот вид сырья выбирают не только для изготовления мебельных конструкций, производства окон и дверей, но и для внутренней или внешней отделки помещений.

В статье вы сможете ознакомиться с особенностями этого материала и узнать, где приобрести качественную продукцию оптом или в розницу.

Технологии производства

Имитацию под брус производят из различных пород дерева. Преимущественно основой для данного вида строительного сырья служат сосна, лиственница и кедр. Для производства пиломатериалов используются высокоточные станки и инновационные обрабатывающие комплексы. Специальное оборудование позволяет строго соблюдать параметры, не допуская отклонений от действующих стандартов.

Натуральное сырьё перед обработкой подвергается тщательной сушке. Это позволяет исключить вероятность гниения. Из древесины уходит вся влага, она становится более прочной. Сухие доски вручную сортируются и разрезаются. В зависимости от вида, наличия дефектов или производственного брака продукция делится на категории.

Существует три сорта имитации бруса:

  • Первый (А) – продукция не имеет изъянов и характеризуется высоким показателем плотности;
  • Второй (В) – на поверхности могут быть незначительные несовершенства (сучки, неравномерный оттенок). Такой вид продукции нуждается в обязательном покрытии лаком;
  • Третий (С) – изделия с явными изъянами. Присутствуют шероховатости, трещины, сучки, неравномерный оттенок. Доски требуют черновой обработки и обязательной пропитки антисептиком.

В зависимости от сорта панелей определяется их вид и качество материала. Эти факторы необходимо учитывать при выборе пиломатериалов для отделки помещений и других декоративных или строительных работ.

Области применения и преимущества

Имитация бруса широко используется для облицовки стен. Это натуральное сырьё подходит для помещений различного типа и назначения. Основными сферами применения такого строительного материала являются:

  • отделка беседок, коттеджей, дачных домов;
  • облицовка стен и потолков жилых построек;
  • внутренняя отделка бань, саун.

Естественный внешний вид материала обеспечивает привлекательный дизайн. Но эстетичность – это не единственное его достоинство. Имитация бруса является одним из самых востребованных облицовочных материалов благодаря своим первоклассным характеристикам.

Отмечаются такие преимущества, как:

  • Небольшой вес. Способ обивки стен или потолка имитацией бруса позволяет исключить дополнительную нагрузку на конструкцию;
  • Низкая теплоотдача. В помещениях удаётся поддерживать оптимальный температурный режим в течение летнего и зимнего сезонов;
  • Долговечность. Имитация бруса в течение длительного срока службы сохраняет свои эстетические и технические качества;
  • Экологичность. Использование натурального сырья исключает вероятность образования и выделения опасных и вредных веществ.

В зависимости от сортности изделий варьируется и цена на материалы. Покупатели могут подобрать варианты, отвечающие запланированному бюджету.

Качественная продукция от производителя

Компания «Стройассортимент» специализируется на производстве пиломатериалов различных сортов и продаже изделий оптом и в розницу. Вся продукция является экологичной и безопасной, отвечает международным стандартам качества, характеризуется прочностью и прекрасными эксплуатационными свойствами.

Клиенты отмечают такие преимущества компании, как скорость оформления заказов, оперативная доставка, консультации специалистов, различные способы оплаты и большой ассортимент строительных материалов. Подробнее с особенностями сотрудничества можно ознакомиться на сайте компании.

Источник: stroyassortiment.ru

Компания

SOM испытывает композитную систему из массивной древесины для многоэтажного строительства и исследует вариант из стали

Предоставлено Бентоном Джонсоном / SOM

Одна из причин, по которой массовое деревянное строительство по-прежнему отсутствует в высотном строительстве в Соединенных Штатах, заключается в том, что система остается в значительной степени непроверенной в отношении производительности и прочности. Усилия, возглавляемые Skidmore, Owings & Merrill (SOM) и Бентоном Джонсоном, младшим директором и инженером-конструктором из офиса SOM в Чикаго, неуклонно разрушали многие неизвестные структуры древесины в рамках своего исследовательского проекта Timber Tower Research Project, который началась в 2012 году и предложила гибридную деревянно-бетонную композитную систему для существующего 42-этажного здания.(Продолжающаяся работа была отмечена наградой ARCHITECT R + D Awards 2014).

Сегодня компания выпустила два новых исследования в области проектирования и строительства высоких деревянных конструкций. «Отчет о физических испытаниях №1: Испытания композитных деревянных полов в Университете штата Орегон» рассматривает и документирует цели, настройку, протокол и результаты программы испытаний, завершенной в 2016 году на полномасштабных образцах древесины и бетона. Во втором отчете «Система стальных и деревянных конструкций для высотных жилых зданий Американского института стальных конструкций (AISC)» исследуется, может ли система, в которой используются колонны и балки из конструкционной стали с композитной поперечно-клееной древесиной (CLT) и система бетонного пола, быть конкурентоспособными на рынке многоэтажного жилья.

«Сталь, древесина и бетон имеют естественные преимущества и недостатки», — говорит Джонсон. «Устойчивые конструкции стремятся использовать минимальное количество материалов и минимизировать углеродный след. В гибридных конструкциях каждый материал используется там, где он наиболее эффективен, что снижает общий расход. Гибридный / композитный подход часто является наиболее экономичным решением как с точки зрения затрат, так и с точки зрения выбросов углекислого газа. В этих отчетах признается этот факт и исследуется, как деревянные конструкции могут получить выгоду от комплексного подхода.”

Основные характеристики: Система композитного деревянно-бетонного пола
Как ранее сообщал ARCHITECT, SOM и Университет штата Орегон разработали программу испытаний для изучения структурного поведения и возможностей композитной системы деревянно-бетонного пола с типичный размер отсека 20 футов на 24 фута, который можно использовать в многоэтажном жилом здании. Проект частично финансировался Советом по пиломатериалам хвойных пород.

Предоставлено Бентоном Джонсоном / SOM Типовая визуализация зоны обрамления в модельной массивно-деревянной конструкции

Команда исследовала различные методы моделирования поведения составной системы на основе общих методов анализа, уже используемых для обычных систем, включая анализ методом конечных элементов и программное обеспечение SAP2000.В отчете также задокументирована установка и оборудование группы для физических испытаний.

При оценке различных механизмов соединения сдвига между бетонным перекрытием толщиной 2,25 дюйма и полом из CLT глубиной 6,75 дюйма — чтобы композитная система соответствовала своему названию — команда обнаружила, что перфорированный металл HBV и эпоксидные пластины обеспечивают « наибольшая степень сложного действия при небольшом сдвиговом скольжении ». Наклонные цилиндрические винты VG также были приемлемы. Команда также провела испытания для оценки двусторонней жесткости, длительного прогиба и грузоподъемности.

Предоставлено Бентоном Джонсоном / SOM Типичная деталь перекрытия из массивного деревянного композитного материала Предоставлено Бентоном Джонсоном / SOM Типовая деталь композитной балки из массивной древесины

Последнее из этих испытаний было проведено на полномасштабной панели пола размером 8 футов в ширину и 36 футов в длину. Образец разрушился при весе примерно 82 000 фунтов, что в восемь раз превышает нагрузку на проектные услуги. В результате команда ожидает, что прочность не будет ограничивающим фактором при использовании композитных панелей пола, за исключением случаев, когда требуется «обугливание древесины» для повышения огнестойкости системы.

Предоставлено Бентоном Джонсоном / SOM Нагрузочное испытание полномасштабной системы деревянного композитного перекрытия с приложенной нагрузкой, в восемь раз превышающей расчетную служебную нагрузку.

Как и большинство научных исследований, исследование SOM порождает больше исследовательских вопросов, которые включают уточнение аналитических методов изучения композитных систем CLT-бетонных полов, разработку руководящих принципов проектирования и положений кодекса для гибридных систем полов, а также более структурные и неструктурные испытания, которые необходимо ответить, прежде чем подход «может быть принят кодексами проектирования и использован на рынке без ограничений.

Основные моменты: исследование стали и древесины. Первоначальный исследовательский проект Timber Tower компании SOM
показал «жизнеспособность» конструкционной стальной системы с композитной системой перекрытий для использования «превосходных возможностей перекрытия» стали и «легких свойств» композитная система массово-деревянный пол. В исследовании, финансируемом AISC, SOM изучило влияние использования этой системы на эталонный девятиэтажный жилой проект, который фирма разработала и недавно завершила в Калифорнии.

Фирма смоделировала систему с использованием асимметричных стальных балок с широкими полками, на которые панели CLT будут вставляться и сидеть на нижних фланцах балок, чтобы создать плоский потолок внизу (панели CLT будут иметь выемки, чтобы обеспечить стальные фланцы и грани панели сидят заподлицо). Предполагалось, что пересечение бетонного покрытия, плиты и стали создает сложное действие системы, но «потребуются испытания, чтобы подтвердить это поведение». В то время как эталонное здание, в котором используется 8-дюймовая плоская бетонная плита, подвергнутая пост-натяжению, имеет типичный пролет колонн 27 футов 6 дюймов на 32 фута, смоделированная композитная система предполагает типичный пролет колонн 27 футов 6 дюймов на 24 фута 3. дюймов, максимальный пролет композитной деревянной системы с 10.Глубина системы пола 5 дюймов. Согласно отчету, размер отсека смоделированной составной системы все еще больше, чем требуется на многих рынках.

Предоставлено Бентоном Джонсоном / SOM Система композитного перекрытия из массивной древесины со стальной конструкцией Предоставлено Бентоном Джонсоном / SOM Соединение пола с колонной и балкой

После прохождения различных сценариев подключения и предположений относительно объема работ, условий нагрузки и соображений планирования в отчете было обнаружено, что «жизнеспособность [предлагаемой составной] системы будет зависеть от ее способности поддерживать рыночные и обслуживаемые жилые единицы, эффективность строительство, и общая стоимость проекта. Кроме того, команда обнаружила, что здание из стали и массивной древесины можно было бы построить быстрее, чем здание с бетонным каркасом, если бы гибридные элементы были сборными, и что здание весило бы на 65 процентов меньше, чем сопоставимое здание с бетонным каркасом, что «снижает затраты на фундамент, сейсмические нагрузки и время строительства ». В исследовании также делается вывод о том, что два типа зданий могут быть сопоставимы по стоимости — в пределах 10 процентов друг от друга — в зависимости от специфики проекта и текущих рыночных условий.

Соображения экологического дизайна для систем деревянно-бетонных композитных полов

В последние несколько десятилетий растет интерес к использованию низкоуглеродистых материалов для снижения воздействия строительной отрасли на окружающую среду. Появление массовых деревянных панелей (MTP), таких как перекрестно-клееная древесина (CLT), позволило инженерам-строителям указать низкоуглеродистый материал для различных дизайнерских соображений. Тем не менее, проблемы с эксплуатационной пригодностью, такие как вибрация и прогиб, ограничивают строительство систем деревянных полов с более длинными пролетами и способствуют развитию систем деревянно-бетонных композитов (TCC).Использование бетона отрицательно скажется на углеродном следе системы пола TCC и должно быть сведено к минимуму. Целью этого исследования было изучить влияние на воплощенный углерод в системе TCC, когда соотношение древесины и бетона варьировалось для конкретных пролетов перекрытия. Были рассмотрены два продукта MTP: CLT и клееный брус (GLT). Полы были спроектированы с учетом конструктивных, акустических и вибрационных критериев, и результаты были представлены в виде таблиц пролета. Было обнаружено, что использование более толстого MTP вместо добавления толщины бетона для удовлетворения конкретных требований к пролету может привести к более низким значениям содержания углерода.Увеличение толщины бетона для систем перекрытий с большим пролетом привело к уменьшению допустимого пролета перекрытия, поскольку критерий вибрации был определяющим параметром конструкции. Увеличение толщины древесины также привело к более высокому соотношению прочности и жесткости к весу, что будет способствовать уменьшению размеров систем и фундаментов, устойчивых к поперечной нагрузке, что приведет к дальнейшему уменьшению содержания углерода во всей конструкции.

1. Введение

В последние годы использование древесины в многоэтажных жилых и коммерческих зданиях увеличилось во всем мире, в первую очередь благодаря осознанию того, что древесина является основным конструкционным материалом [1, 2].Деревянные конструкции обычно связаны с более низким уровнем заключенного углерода из-за более низких выбросов во время производства деревянных изделий и процесса строительства. Кроме того, некоторые методы учета жизненного цикла позволяют включать углерод, улавливаемый из атмосферы во время роста деревьев, который улавливается древесными продуктами в течение всего срока их службы [3, 4]. Следовательно, древесина в строительстве может снизить выбросы парниковых газов (ПГ) в атмосферу, которая является основным фактором глобального потепления. Новое поколение спроектированных массовых деревянных изделий, известных как массовые деревянные панели (MTP), например, клееный брус (GLT) и поперечно-клееный брус (CLT), имеет конструктивные возможности, которые можно использовать в качестве низкоуглеродистой альтернативы стали и бетон для систем сопротивления гравитации и поперечной нагрузке в конструкциях.

Строительство из массивной древесины происходит примерно на 25% быстрее, чем аналогичное строительство из бетона на месте. Также требуется на 90% меньше строительного трафика и на 75% меньше рабочих, что дает гораздо более тихую рабочую площадку [5].Более легкий вес и меньшая жесткость деревянных полов могут сделать их более восприимчивыми к предельным состояниям эксплуатационной пригодности, таким как вибрации и чрезмерные прогибы, при соблюдении требований к прочности. Поэтому в системах перекрытия из древесно-бетонных композитов (TCC) поверх деревянных балок или массивных деревянных панелей (MTP) наносится структурный бетонный верхний слой. Два компонента соединены механическими соединителями, как показано на рисунке 1, такими как дюбели (например, саморез (STS)), выемки или проприетарные соединители (например.г., вклеенная в пластину / пластину HBV). Добавленный бетон увеличивает массу и жесткость пола, что впоследствии снижает вибрации и проблемы чрезмерного прогиба [6–8].

В конструкции TCC бетонная плита выдерживает напряжение сжатия, в то время как древесина в первую очередь сопротивляется растягивающему напряжению, создаваемому изгибом вне плоскости. В конструкции из железобетона пределом прочности бетона на растяжение часто пренебрегают, и устанавливают стальную арматуру, чтобы выдерживать растягивающие напряжения, вызванные изгибом.В расчете по предельному состоянию бетон, как предполагается, растрескивается примерно на 2/3 своей глубины при изгибе [9]. В TCC эта область трещин заменяется поперечным сечением древесины. В TCC минимальная стальная арматура предусмотрена только для контроля и ограничения растрескивания. Механический соединитель передает поперечное усилие между деревом и бетоном, чтобы обеспечить желаемое частичное композитное действие. Использование деревянных панелей вместо деревянных балок в конструкции TCC создает более длинные пролеты, которые также могут уменьшить высоту пола, если они используются в качестве плоской плиты, и предпочтительно в строительстве средней и высокой этажности [10].Помимо структурных характеристик и эксплуатационных характеристик, TCC обеспечивает улучшенные характеристики по сравнению с деревянными полами, включая изоляцию от воздушного шума, огнестойкость и тепловую массу [9, 11, 12]. Поскольку бетон более углеродоемкий, чем древесина, но обеспечивает больший вклад в жесткость и прочность в расчете на единицу объема, должно быть оптимальное соотношение бетона и древесины с точки зрения заключенного углерода для конкретной конструкции. Изучение различных параметров пола, которые влияют на это оптимальное соотношение бетона и древесины, является основной целью данного исследования.

Воплощенный углерод (EC) определяется как углеродный след материала. Он учитывает количество выбросов парниковых газов, которые выбрасываются по всей цепочке поставок материала или продукта, включая все операции по добыче, транспортировке, переработке и производству материала или продукта на этапах от колыбели до ворот или от колыбели до объекта. . От колыбели до ворот относится к частичному жизненному циклу продукта, связанному с воплощенным углеродом, который учитывает все действия от добычи ресурсов (колыбель) до заводских ворот (т.е., перед транспортировкой к потребителю). Cradle-to-site расширяет результаты от Cradle-to-Gate, включая транспортировку материала или продукта к месту его использования [13–15]. Воплощенный углерод отличается от углеродного следа тем, что воплощенный углерод может быть связан только с материалами или продуктами, тогда как углеродный след может также измерять выбросы парниковых газов в течение срока службы материала, например, при эксплуатации здания. На воплощенные выбросы углерода в секторе строительства зданий приходится почти 11% годовых глобальных выбросов парниковых газов [16].Оценка жизненного цикла (LCA) — это метод расчета воздействия продукта на окружающую среду, будь то углеродный след или общий углеродный след [17].

Несмотря на продолжающиеся исследования в области деревянных конструкций, большинство стандартов на древесину во всем мире, включая Северную Америку, не имеют стандартизированного метода проектирования систем полов TCC. Среди нескольких предложенных методов, гамма-метод, основанный на Приложении B Еврокода 5 [18], обычно используется для учета частичного комбинированного воздействия [9, 19].Решение закрытой формы гамма-метода, обычно используемое инженерами-проектировщиками, было получено на основе предположения о синусоидальной распределенной нагрузке и размытом соединении между бетоном и деревом. Недавно была разработана более общая аналитическая модель [20] для прогнозирования несущей способности для конечного предельного состояния на основе возможных режимов отказа [21] и эффективной жесткости на изгиб для предельного состояния эксплуатационной пригодности с реакцией на прогиб [22] пола TCC. системы с механическими соединителями.Эта новая модель не имеет тех же ограничений по загрузке и подключению, что и метод гаммы. Гамма-метод наиболее подходит для систем с жестким механическим и клеевым соединением, но считается менее точным в случае гибких соединителей [9]. Принимая во внимание линейно-упругое поведение, гамма-метод не способен прогнозировать отказ системы, если система демонстрирует нелинейное поведение при отказе [23].

Поскольку структурная целостность системы TCC в первую очередь зависит от межслойных механических соединителей, были также разработаны аналитические модели для прямого расчета прочности [24] и жесткости [25] соединения бетон-древесина на основе свойств компонента.Эти модели соединений позволяют рассчитать свойства соединения древесины и бетона, необходимые для проектирования системы TCC, без необходимости проведения испытаний соединения.

При проектировании полов TCC принято выбирать толщину бетонного слоя на основе нескольких требований стандарта проектирования бетона, таких как анкеровка крепежа, пределы дробления бетона, минимальное покрытие для армирования, звукопроницаемость и минимальная толщина. для действия диафрагмы. Как правило, на практике используется бетон толщиной от 75 до 100 мм, хотя в прошлых исследованиях учитывалась толщина всего 30 мм (плюс 20 мм прослойка древесины) с саморезами [26], легкий бетон 50 мм с саморезами. винты [26], 57 мм с наклонными саморезами [27] и 48 мм с пазами и дюбелями с армированием стальным волокном для снятия требований к крышке [28].Ультратонкие покрытия толщиной всего 12,5 мм, испытанные в [29], показали значительное снижение как жесткости, так и прочности по сравнению с сопоставимыми соединениями с наклонными саморезами в более толстых слоях бетона. Несмотря на это, было обнаружено, что топпинг эффективен в снижении восприятия вызванных человеком вибраций за счет увеличения собственной частоты [29]. Кроме того, высокопрочный бетон дает возможность уменьшить толщину бетонной плиты в ТСС, обеспечивая более высокую несущую способность [30].Однако жесткость соединителей в высокопрочном бетоне обычно ниже, чем в бетоне с нормальным весом [31].

Исследования показали, что подходящими показателями реакции человека на вибрацию пола являются основная собственная частота пола и прогиб пола под действием сосредоточенной нагрузки в центре пола [9, 19]. Hamm et al. [32] предложил метод проверки вибрационных характеристик полов из ТСС на основе собственной частоты и статического прогиба под нагрузкой 2 кН в центре пола.Hu et al. [33] предложил критерий вибрации для полов из ТСС, основанный на собственной частоте и статическом прогибе под нагрузкой 1 кН в центре пола. По результатам их исследования, диапазон контроля вибрации также может быть рассчитан непосредственно из эффективной жесткости на изгиб и массы на единицу длины полосковой балки TCC шириной 1 м. Кроме того, CSA O86 [34] обеспечивает основанное на вибрации ограничение допустимого пролета для полов из CLT без адекватного учета потенциального поведения композитных материалов. В предыдущем исследовании [35] изучали воплощенный углерод системы TCC с CLT до 7 слоев с использованием гамма-метода [18] и удовлетворение критерия вибрации, предложенного Hamm et al. [32] для перекрытий. Исследование пришло к выводу, что более низкие показатели содержания углерода могут быть обнаружены при использовании более толстых панелей CLT, а не при добавлении бетонного покрытия. Кроме того, было обнаружено, что влияние свойств соединителя на требования к конструкции TCC ограничено за пределами умеренной степени композитного воздействия. В этом исследовании изучаются аспекты устойчивости системы TCC с использованием более детального метода проектирования TCC со всеми возможными толщинами CLT (до 9 слоев) и клееного бруса (GLT).Критерий вибрации, предложенный Hu et al. [33] используется при разработке перекрытий наряду с удовлетворением других требований к конструкции, удобству обслуживания и акустическим характеристикам.

2. Методология

Как указано выше, цель данного исследования — изучить влияние на выбор конструкции в отношении основных компонентов пола из ТСС, а именно, бетона и дерева, для конкретных требований к пролету на воплощенный углерод системы. . Допустимый пролет для системы перекрытий TCC может быть разработан с учетом всех предельных состояний, связанных с древесиной, бетоном и соединителями, работающими на сдвиг, а также предельных состояний эксплуатационной пригодности, связанных с прогибом и вибрацией.Требования к пределу прочности и эксплуатационной пригодности для полов из ТСС с различными сочетаниями материалов, размеров и характеристик соединения были оценены на основе [20]. Хотя долговременное поведение систем TCC, такое как прогиб при ползучести, может быть критичным, это не рассматривалось, поскольку позже будет показано, что критерии краткосрочной пригодности к эксплуатации, такие как вибрация, как правило, определяют конструкцию [19, 33].

2.1. Окончательное предельное состояние

В предельных состояниях система перекрытия может выйти из строя из-за дробления бетона, дробления древесины или деформации шурупов, когда требуемое напряжение превышает допустимую нагрузку на бетонный слой, слой древесины и соединительные элементы, работающие на сдвиг, соответственно. Наименьшая пропускная способность, связанная с этими режимами отказа, будет определять допустимый пролет перекрытия. В разработанной аналитической модели [21, 22] составная балка МТПК разделяется на две подсистемы при равномерно распределенной нагрузке. В первой подсистеме (подсистема 1) соединение разъединяется и рассчитывается прогиб неподключенной балки под приложенной нагрузкой. Во второй подсистеме (подсистема 2) соединители заменены избыточным усилием сдвига. Согласно [21] скольжение на промежуточном слое подсистемы 1 и подсистемы 2 можно рассчитать следующим образом:

Здесь L — пролет, — равномерно распределенная нагрузка, а n i относится к на расстояние каждого симметричного ряда винтов от середины пролета.Исходный материал и геометрические параметры указаны ниже; h : глубина, A : площадь поперечного сечения, I : момент инерции, E : модуль упругости и b : ширина поперечного сечения бетонной плиты, изоляции и MTP с индексы c , i и t соответственно.

Применяя условие совместимости смещения на границе раздела, избыточная сила сдвига в соединителях с числом строк соединителя r вдоль пролета может быть получена на основе следующего матричного выражения [21] как

Здесь f = 1/ k — гибкость соединения, а k — жесткость соединителя, работающего на сдвиг.

Затем метод наложения может быть реализован для определения вертикального отклонения [22] следующим образом:

Здесь r — количество рядов соединителей вдоль пролета, а X r — сумма поперечные силы во всех соединениях между серединой пролета и краем панели, которые равны результирующей нормальной силе в данном поперечном сечении.

Линейно-упругая эффективная жесткость на изгиб [22] композитной системы MTPC может быть записана как

После податливания каждого соединителя проверяются напряжения в бетоне и древесине, чтобы определить, не выходит ли из строя какой-либо из них (например. g., сжатие бетона, растяжение древесины и / или сдвиг) перед податливостью следующего соединителя.

Согласно [21], осевое напряжение в элементах можно записать как

И напряжение изгиба в элементах каждой подсистемы можно записать как

Здесь M t и M c — изгибающий момент, а S t и S c — модуль упругости древесины и бетона соответственно.Следовательно, результирующее осевое напряжение в элементах из-за изгиба в положении поперечного сечения будет следующим:

Распределение напряжений подсистем и фактической системы показано на рисунке 2.


Крайнее напряжение волокон древесины не должна быть больше, чем его приведенная к коэффициенту прочность на изгиб, как указано ниже:

Здесь f b — заданная прочность древесины на изгиб.

Напряжение сдвига в деревянном элементе можно рассчитать следующим образом:

Здесь V — приложенная сила сдвига в месте соединения из-за внешней нагрузки, y t — расстояние до нейтрального положения. ось древесины к растянутой кромке, и является заданным пределом прочности древесины на сдвиг (сдвиг прокатки для CLT).

Верхнее предельное напряжение волокна в бетоне при сжатии не должно быть больше, чем его факторная прочность на сжатие, а нижнее крайнее напряжение волокна в бетоне при растяжении не должно быть больше, чем его факторный модуль разрыва, как показано ниже:

Здесь бетон указанная прочность на сжатие, а λ — коэффициент модификации плотности бетона.

2.2. Предельное состояние по пригодности к эксплуатации
2.2.1. Вибрация

Hu et al. [36] представили следующее уравнение для контролируемого вибрацией пролета ТСС перекрытий: где м L — масса на единицу длины полосы ТСС шириной 1 м (кг / м), L — пролет (м), а EI eff — эффективная жесткость пола на изгиб (Нм 2 ).

2.2.2. Прогиб

Прогиб можно рассчитать на основе комбинации нагрузок, связанной с предельным состоянием эксплуатационной пригодности в CSA O86 [34]. Прогиб при указанной нагрузке должен быть в пределах L / 180 и может быть рассчитан следующим образом: где — равномерно распределенная нагрузка (Н / м).

2.2.3. Требования к акустике

В соответствии с требованиями NBCC [37], уровни шума или звуковой контроль должны быть адекватными в здании. Класс звукопередачи (STC) является основным параметром для оценки акустических характеристик напольных покрытий.Тем не менее, определение точной STC пола по-прежнему вызывает большие трудности с использованием методов моделирования, в то время как лабораторные испытания считаются наиболее точным способом. Шмид [38] предлагает математическую модель для оценки уровня воздушного шума, которая согласуется с STC. Согласно [38], в диапазоне удельной массы поверхности от 30 кг / м 2 до 800 кг / м 2 , закон масс практически применим к влиянию чернового пола и бетона следующим образом: где м — общая масса на единицу площади (кг / м 2 ).

На основе описанной методологии были разработаны допустимые пролеты для различных систем перекрытий TCC, построенных с использованием MTP (как на Рисунке 3), удовлетворяющих всем требованиям, изложенным ранее. Геометрические и механические свойства, использованные при проектировании таблицы пролетов TCC с MTP, представлены в таблице 1. Бетон нормального веса с прочностью на сжатие 35 МПа в течение 28 дней был принят с модулем упругости 26600 МПа и плотностью 2300 кг. / м 3 . GLT из No.При расчете учитывались пиломатериалы Ель-Сосна-Пихта 2 сорта и CLT из пиломатериалов SPF 1950Fb-1.7E в продольном слое и пиломатериалы SPF №3 / Шпильки в поперечном слое для ширины 1 м, соответственно. согласно CSA O86 [34]. Плотность пиломатериалов составила 420 кг / м 3 3 . Соединитель представлял собой самонарезающий винт с полной резьбой диаметром 11 мм с углом врезания 45 ° к древесине и длиной проникновения 100 мм. Жесткость и прочность соединения рассчитывались на основании [24, 25] соответственно и представлены в таблице 2.В соответствии с требованиями Национального строительного кодекса Канады (NBCC) [37] были рассмотрены соответствующие сочетания нагрузок. Статические нагрузки были получены из собственного веса элементов и дополнительной наложенной нагрузки в 1 кПа, в то время как временная нагрузка 2,4 кПа рассматривалась для коммерческого использования.


9022 9022 9022 9022 9022 9022
9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022

Толщина (мм) Модуль упругости (МПа) Прочность на изгиб (МПа) Прочность на сдвиг (МПа)

Бетон 50, 75, 100 26600 35
GLT 89, 140, 186 1100229 902 9028 1,3
CLT 105, 175, 245, 315 11281 28,2 0,5

MTP Акустический слой (мм) Жесткость (кН / мм / винт) Предел текучести (кН / винт)

GLT 15,34
CLT 0 14,00 16,19
GLT 5 7,34 14,66

Программное обеспечение MATLAB использовалось для выполнения повторяющихся вычислений на основе аналитических уравнений, представленных в [21, 22]. Допустимый пролет для конкретной комбинации параметров перекрытия был получен на основе самого короткого пролета, который соответствует всем предельным состояниям конструкции и эксплуатационной пригодности.В таблице 3 представлены допустимые пролеты перекрытий из ТСС с учетом всех соответствующих проектных критериев. Было обнаружено, что все пролеты перекрытия регулируются вибрацией для заявленных сочетаний приложенных нагрузок, что в целом согласуется с общепринятой практикой [35]. В таблице 3 шаг соединителя по размеру пролета составил 250 мм. Анализ был повторен для различных толщин MTP, как показано в таблице 3. Системы TCC с толщиной бетона 50, 75 и 100 мм для каждого MTP включены в таблицу 3.Здесь 50 мм представляет собой практическую нижнюю границу, а 100 мм — типичную верхнюю границу, встречающуюся на практике. Значения STC для конфигураций пола также представлены в таблице 3. На основании этого влияние толщины бетона на эффективную жесткость на изгиб TCC, допустимый пролет перекрытия и проектное решение для TCC посредством оптимизации вибрации и требований STC обсуждаются ниже.

9022 902 902 3,0 902 902 9022 902 902 6,4 9022 9022 902 9022 902 Класс34 9024 902 2 73 10223 на квадратный метр (кгCO 2 экв / м 2 ), полученный в результате анализа LCA с использованием средства оценки воздействия Athena для зданий [40] с учетом только бетонных и деревянных элементов. Здесь не учитываются затраты или другие воздействия на окружающую среду от выбора материала, например, эвтрофикация или подкисление, а также строительство на месте. Для целей данного исследования предполагалось, что коммерческие здания расположены в Ванкувере, Канада, поскольку в разных местах имеются эталоны для энергии и выбросов. Чтобы сосредоточиться исключительно на краткосрочных воплощенных выбросах, было исключено хранение углерода в древесном материале [41, 42]. Углеродоёмкость CLT из Афины сравнивалась с имеющимися значениями экологической декларации продукции от основных производителей CLT в Канаде [43, 44], и было обнаружено, что интенсивность завышена на 15–30%.Это означает, что результаты немного сдвинуты вверх; однако это различие не меняет общих выводов. На основе этого анализа жизненного цикла ниже обсуждается проектное решение для TCC посредством оптимизации воплощенного углерода.

3. Результаты и обсуждение
3.1. Влияние толщины MTP на жесткость на изгиб TCC

В системе TCC, как правило, эффективная жесткость на изгиб и масса на единицу площади определяют характеристики композитной системы пола. Из таблицы 3 видно, что эффективная жесткость на изгиб системы TCC незначительно увеличивается с увеличением толщины бетона, но увеличивается экспоненциально с увеличением толщины древесины. Из рисунка 4 видно, что толщина древесины имеет доминирующее влияние на эффективную жесткость на изгиб системы TCC по сравнению с толщиной бетона. Удвоение глубины бетона, кажется, не имеет большого значения для жесткости, но удвоение глубины древесины имеет значительное влияние.


3.2. Влияние толщины бетона на пролет перекрытия TCC

Также следует отметить, что на массу на единицу площади в значительной степени влияет толщина бетона из-за более высокой плотности бетона (2300 кг / м 3 ) по сравнению с древесиной (420 кг / м 3 ), а прогиб системы уменьшается с увеличением толщины бетона. Следовательно, эффективная жесткость на изгиб увеличивается с более толстым MTP, но общая масса на единицу площади увеличивается лишь незначительно, что дает больший пролет пола. Из рисунка 5 также видно, что после определенной толщины MTP (примерно 150 мм) добавленная толщина бетона оказывает незначительное и, в некоторых случаях, отрицательное влияние на длину пролета, тогда как для MTP толщиной менее 150 мм длина пролета увеличивается с увеличением толщины бетона. Таким образом, можно сделать вывод, что для пролета ТСС более 7 м толщина МТП должна быть больше 150 мм при сохранении толщины бетона в пределах 50–75 мм. Кроме того, для допустимых пролетов TCC менее 7 м требуется диапазон толщины бетона 75–100 мм, если выбран более тонкий MTP.


3.3. Проектное решение, основанное на характеристиках вибрации

При проектировании всех полов TCC использовались критерии вибрации, которые в целом соответствуют общепринятой практике. В дополнение к изменению свойств пола добавление бетона к полу из ТСС значительно увеличивает вес из-за более высокой плотности бетона по сравнению с деревом, что впоследствии может создать спрос на более крупные элементы каркаса и фундаменты из-за увеличения статические и, как следствие, сейсмические нагрузки. Влияние веса ТСС аналогично влиянию толщины бетона на допустимый пролет. Следовательно, увеличение толщины бетона приводит к уменьшению допустимого пролета перекрытия из-за уменьшения собственной частоты, что отрицательно сказывается на характеристиках вибрации.

3.4. Проектное решение, основанное на свойствах соединителя

В разработанной таблице пролета 3 все возможные толщины MTP и бетона были исследованы с постоянными свойствами соединения на расстоянии 250 мм и без акустического слоя.Таблица параллельных пролетов была также разработана для различных свойств соединителей, представленных в Таблице 4, путем добавления расстояний между винтами 500 мм, акустического слоя 5 мм и соответствующих значений STC для каждого пролета. Было обнаружено, что существует минимальная выгода от увеличения жесткости соединения сверх умеренного порога путем регулировки параметров соединения, таких как расстояние между соединителями, поскольку влияние на эффективную жесткость на изгиб невелико. Также было обнаружено, что при удвоении количества соединителей пролет ТСС в перекрытии увеличивается только примерно на 250 мм.Кроме того, поскольку конструкции TCC регулировались параметрами конструкции, связанными с жесткостью, предел текучести соединения также не влиял на результат проектирования. Вместе эти результаты показывают, что выбор соединения между деревянными и бетонными элементами имеет лишь незначительное влияние на конструкцию, превышающую пороговый уровень (умеренно частичный композит) [35] и толщину бетона, необходимую для приемлемых вибрационных характеристик для данного пролета и деревянный элемент в большей степени определяется требованиями к креплению соединителей.


MTP Толщина MTP (мм) Толщина бетона (мм) Эффективная жесткость ((10 6 ) Нм 2 22 9022 STC (дБ) Углерод, кгCO 2 / м 2 экв. 0 0.08 2,62 39 15,4 15,4 0,0
50 1,87 4,98 49 39,0 23,6 23,6 51,3 35,9
100 4,9 5,92 55 62,6 47,2
140 0 0.61 4,26 42 23,0 23,0 0,0
50 4,61 6,26 49 46,6 23,6 58,9 35,9
100 8,22 6,75 55 70,2 47,2
186 0 2. 09 5,73 45 29,7 29,7 0,0
50 8,91 7,39 49 53,3 23,6 53,3 23,6 3,80 40 11,9 11,9 0,0
50 2,7 5,47 49 35,5 23,6 47,8 35,9
100 5,88 6,21 55 59,1 47,2
175 (5 слоев) 1 5,50 44 18,2 18,2 0,0
50 8,41 7,29 49 41,8 23,6 902 902 54,1 35,9
100 12,35 7,50 55 65,5 47,2
245 (7 слоев) 0 0 0 075 6,88 47 24,6 24,6 0,0
50 19,65 9,01 49 48,2 302 902 9022 9022 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 60,5 35,9
100 24,43 8,93 55 71,8 47,2
315 (9 слоев) 02 8,16 49 31,0 31,0 0,0
50 38,35 10,63 49 54,6 6 23,6 54,6 30 23,6 66,9 35,9
100 44,07 10,37 55 78,2 47,2

9022

Древесина Толщина древесины (мм) Толщина изоляции (мм) Толщина бетона (мм)
50 9024 7522 9022 9022 100 100
Расстояние между разъемами (мм)
250 500 250 500 250 500

4. 98 (+) 4,75 (+) 5,39 (++) 5,16 (++) 5,92 (+++) 5,71 (+++)
89 5 4,76 (+++) 4,54 (+++) 5,14 (+++) 4,93 (+++) 5,67 (+++) 5,48 (+++)
140 0 6,26 (+) 6,00 (+) 6,44 (++) 6,15 (++) 6,75 (+++) 6,46 (+++)
140 5 5.97 (+++) 5,75 (+++) 6,10 (+++) 5,87 (+++) 6,40 (+++) 6,17 (+++)
186 0 7,39 (+) 7,13 (+) 7,43 (++) 7,13 (++) 7,60 (+++) 7,28 (+++)
186 5 7,07 (+++) 6,86 (+++) 7,06 (+++) 6,83 (+++) 7,20 (+++) 6,96 (++ +)

CLT 105 0 5. 47 (+) 5,23 (+) 5,78 (++) 5,52 (++) 6,21 (+++) 5,95 (+++)
105 5 5,23 (+++) 5,02 (+++) 5,50 (+++) 5,28 (+++) 5,93 (+++) 5,72 (+++)
175 0 7,29 (+) 7,05 (+) 7,33 (++) 7,05 (++) 7,50 (+++) 7,20 (+++)
175 5 7.02 (+++) 6,82 (+++) 7,01 (+++) 6,79 (+++) 7,15 (+++) 6,92 (+++)
245 0 9,01 (+) 8,78 (+) 8,92 (++) 8,64 (++) 8,93 (+++) 8,62 (+++)
245 5 8,74 (+++) 8,56 (+++) 8,59 (+++) 8,39 (+++) 8,56 (+++) 8,35 (++ +)
315 0 10. 63 (+) 10,41 (+) 10,46 (++) 10,20 (++) 10,37 (+++) 10,08 (+++)
315 5 10,36 (+++) 10,20 (+++) 10,14 (+++) 9,96 (+++) 10,02 (+++) 9,82 (+++)

Примечания: «+» означает, что STC является первым уровнем акустических характеристик или не менее 45 дБ.«++» означает, что STC является вторым уровнем акустических характеристик или не менее 50 дБ. «+++» означает, что STC является третьим уровнем акустических характеристик или не менее 55 дБ.

3.5. Проектное решение, основанное на акустических характеристиках

Значение класса звукопередачи для каждого пролета также представлено в Таблице 4 вместе с пролетом для дополнительного акустического слоя толщиной 5 мм. Хотя увеличение толщины бетона может улучшить акустические характеристики композитного пола, как указано выше, добавление бетона может вызвать уменьшение допустимого пролета из-за требований к вибрации. Чтобы смягчить эту проблему, между MTP и бетоном можно поместить акустический слой, который улучшит звукоизоляцию без потенциального негативного воздействия на пролет перекрытия с контролируемой вибрацией. Было обнаружено, что за счет создания акустического слоя толщиной 5 мм ширина перекрытия из ТСС уменьшается только примерно на 300 мм. Таким образом, акустические слои могут дать дизайнерам возможность достичь более высоких значений STC и почти аналогичных пролетов (составляющих около 300 мм) без увеличения толщины бетона и, следовательно, использования углеродного волокна для устойчивого дизайна.

3.6. Проектное решение, основанное на воплощенном углероде

Количество воплощенного углерода, очевидно, увеличится, как только бетонная начинка будет добавлена ​​к MTP для образования TCC. На рис. 6 показано, как увеличение толщины древесины и бетона может привести к увеличению содержания углерода, исходя из доли древесины и железобетона. Для каждого типа MTP наибольшее увеличение содержания углерода происходит при добавлении бетонного покрытия толщиной 50 мм к голому MTP. После этого скорость увеличения заключенного углерода снижается по мере увеличения толщины бетона с шагом 25 мм до 100 мм.Рисунок 7 был нанесен, чтобы помочь проектировщикам в выборе системы TCC с учетом количества внедренного углерода для конкретных требований к пролету. Например, для пролета 6 м у инженера-конструктора есть варианты CLT-105_Бетон-100 (CLT-толщина 105 мм с бетоном толщиной 100 мм) и GLT-140_Бетон-50. Если сравнивать их воплощенное содержание углерода на квадратный метр, GLT-140_Concrete-50 является более экологически чистым по сравнению с другим вариантом. Точно так же можно заметить, что две системы, GLT-186_Concrete-75 и CLT-175_Concrete-100, обеспечивают почти одинаковые пролеты и воплощенный углерод, и то же самое относится к GLT-186_Concrete-50 и CLT-175_Concrete-75.Основываясь на этих наблюдениях, с точки зрения устойчивости, как правило, выгодно увеличивать толщину MTP в попытке достичь большего пролета, чем для увеличения толщины бетона.



4. Выводы

Используя новый подход к анализу [20] для исследования влияния бетонного покрытия на структурные характеристики и устойчивость системы TCC, можно сделать следующие выводы: (1) Увеличение в толщине бетона для достижения более длинного пролета эффективно только для систем перекрытий TCC с пролетами короче 7 м, поскольку параметры вибрации являются определяющим параметром конструкции.Это связано с тем, что добавление бетона за пределами этого пролета имеет противодействующий эффект увеличения жесткости на изгиб, но снижения собственной частоты. (2) Следуя пункту 1 выше, в целом верно, что для достижения более длинный пролет, особенно если пролет перекрытия короче 7 м, с точки зрения устойчивости. Это происходит из-за значительно большего углеродного следа бетона, чем древесины, в расчете на объем. (3) Если используются саморезы, есть основания предполагать, что параметры соединения, такие как расстояние, имеют незначительное влияние на допустимый пролет перекрытия, когда эти параметры превышают определенные пороговые уровни.Другие соединительные системы могут обеспечить большую чувствительность, но требуются дальнейшие исследования.

Это исследование было сфокусировано на воплощенном углероде как едином показателе и не учитывало затраты или другие воздействия на окружающую среду от выбора материала, например, потенциал эвтрофикации или подкисления и строительство на месте. Рекомендуется дальнейший анализ, включающий эти эффекты и учет взаимосвязи между воплощенным углеродом и стоимостью жизненного цикла.

Доступность данных

Все данные, модели и код, созданные или использованные во время исследования, появляются в представленной статье.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить Совет по естественным наукам и инженерным исследованиям Канады (NSERC) за финансовую поддержку через Кафедру промышленных исследований (IRC) в программе Engineered Wood and Building System.

Ориентированный на ценность подход к проектированию оптимального длиннопролетного деревянно-бетонного композитного пола в многоэтажных деревянных жилых домах

Введение

В многоэтажных жилых зданиях с деревянным каркасом преобладают решения с открытой планировкой для модульной гибкости, которые требует больших пролетов.Из-за низкой жесткости на изгиб традиционных деревянных конструкций перекрытий невозможно выполнить критерии эффективности систем перекрытий с длинными пролетами в отношении деформаций, упругости и вибрации (Мородер и др., 2014). Согласно исследованию Ярнерё (2014), «жители жилых многоэтажных деревянных домов с обычным деревянным полом с нормальной длиной пролета уже обеспокоены вибрациями в такой степени, что ими нельзя пренебрегать». Ярнерё (2014) заключает, что «существующий критерий отклонения, т.е.е. Максимальный прогиб 1,5 [мм / кН] из-за точечной нагрузки слишком велик и требует корректировки даже для нормальной длины пролета ». Ярнерё (2014) предлагает дальнейшие исследования для улучшения критериев вибрационных характеристик с целью достижения улучшенных динамических свойств деревянных полов в жилых многоэтажных деревянных домах. Торатти и Талья (2006) предложили классификацию этажей на пять категорий: A, B, C (как базовый класс), D и E с соответствующими критериями. Предлагаемые критерии более жесткие, с более высокими предельными значениями, чем критерии, предложенные Ярнеро (2014).Предлагаемые предельные значения для максимального прогиба из-за точечной нагрузки 1 кН согласно Toratti and Talja (2006) для классов A, B, C, D и E составляют 0,12 (0,14), 0,25 (0,33), 0,5 (0,71), 1,0 и выше. 1,0 [мм] (с предельными значениями согласно Jarnerö (2014) в скобках).

Проблемы, с которыми сталкиваются традиционные полы из легкого деревянного каркаса, страдающие от чрезмерного прогиба, восприимчивости к вибрациям и недостаточной акустической изоляции, могут быть решены с использованием полов из древесно-бетонного композитного материала (TCC) (Yeoh et al.2011). Вышеупомянутые проблемы связаны с пролетом пола, т.е. более длинный пролет представляет больше проблем. Определение длиннопролетного пола различается у разных авторов, BFR (1984) предлагает в качестве предела 6–8 м, в то время как длина пролета, варьирующаяся от 8 до 10 м, может рассматриваться как длиннопролетная в соответствии с Хорсанднией, Валипуром и Брэдфордом ( 2018). Системы полов TCC могут решить проблемы проектирования обычных деревянных полов в жилых многоэтажных зданиях с деревянным каркасом. Полы TCC применяются в качестве эффективных систем перекрытий в высоких и многоэтажных деревянных зданиях, подверженных высоким горизонтальным нагрузкам, поскольку они обладают преимуществами с точки зрения как статических, так и динамических характеристик конструкции и несущей способности конструкции в поперечном направлении.Чтобы улучшить как акустические, так и вибрационные характеристики, необходимо иметь четырехсторонние граничные условия с простой опорой для систем пола TCC.

Материалы в системах полов TCC эффективно используются с точки зрения прочностных характеристик. Деревянная стенка в основном подвергается растяжению и изгибу, тогда как бетонная полка в основном подвергается сжатию, а соединительная система — сдвигу. Система подключения должна быть как экономичной, так и эффективной, чтобы можно было снизить производственные затраты (binti Arpaee, Yeoh, and Boon, 2013).По сравнению с решениями для пола, сделанными исключительно из дерева, системы пола TCC предлагают несколько преимуществ, таких как (1) повышенная жесткость на изгиб, масса и демпфирование, что приводит к меньшим вертикальным прогибам и улучшенной динамической реакции, особенно на вибрации, вызванные шагами; (2) улучшенные акустические характеристики; (3) повышенная огнестойкость (4) снижение затрат на отопление и охлаждение из-за увеличения тепловой массы (Ceccotti 2002; Gutkowski et al. 2008; Yeoh et al. 2011, 2013; Gerber 2016) и (5) сокращение до 50% глубина перекрытия, позволяющая экономно использовать высоту здания.Кроме того, по сравнению с перекрытиями с бетонными и стальными конструкциями системы полов TCC легче, что приводит к экономии в общей конструкции (Монтейро и др., 2016). Кроме того, полы из ТСС могут соответствовать бетонной плите примерно на половину веса и наполовину из углеродного волокна.

Указывая на эффективность соединения между структурными частями, структура TCC может быть обозначена как имеющая NCA, PCA или FCA, имея в виду отсутствие, частичное или полное составное действие, и большинство систем соединения TCC будут отображать PCA.

Жесткая и прочная система соединения имеет решающее значение для достижения подходящей жесткости на изгиб системы пола TCC. Следовательно, требуется минимальное относительное скольжение между нижним волокном бетонной плиты и верхним волокном деревянной балки, то есть высокая эффективность композита. Существуют различные типы крепежных элементов, которые можно использовать в качестве соединительной системы для обеспечения передачи усилия сдвига между бетоном и древесиной, например гвозди, шурупы, анкерные болты или стальные дюбели. В одном типе системы перекрытий TCC для строительства за пределами площадки бетонная плита поддерживается клееными балками, которые имеют механические крепления в качестве соединения с бетонной плитой.Системы пола TCC на клееных балках обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными системами деревянных полов с точки зрения структурных характеристик, таких как жесткость и несущая способность, вибрационные характеристики, а также огнестойкость и звукоизоляция (Naud et al., 2019).

Системы полов TCC все чаще используются в новых постройках (Yeoh 2010). Промышленность стремится производить полы из ТСС толщиной 6–9 [м], то есть полы с длинными пролетами. Максимальный предел перекрытия 9 [м] позволяет создавать офисные помещения открытой планировки и устраивать парковки между опорными колоннами, которые требуются в коммерческих зданиях.Предельное состояние эксплуатационной пригодности часто является определяющим фактором проектирования для полов TCC (Tannert et al., 2016). Еще одним преимуществом может быть возможность обеспечения конкурентоспособности с чистыми бетонными плитами в отношении толщины бетона и, следовательно, меньшего использования материала для устойчивого проектирования. Но существуют функции затрат и ограничения, обусловленные критериями эксплуатационной пригодности, стабильности и устойчивости, которые усложняют процедуру проектирования полов TCC. Следовательно, существует потребность в разработке методики для систем перекрытий ТСС с большими пролетами.Таким образом, целью данной статьи является разработка подхода к проектированию, ориентированному на стоимость (VDD), для однопролетной системы пола TCC с простой опорой шириной 6–9 [м] путем повышения как жесткости на изгиб, так и динамического отклика пола, а также уменьшения его влияние на климат. Подход VDD обеспечивает целостный взгляд на процесс проектирования и позволяет учитывать все важные количественные и качественные аспекты с точки зрения их влияния на проектирование системы (Andersson 1999).

Эксплуатационные характеристики с точки зрения прогиба, упругости и вибрации (Yeoh et al.2008), а также показатели устойчивости с точки зрения воздействия на климат, производственных затрат и комфорта человека (Movaffaghi and Yitmen 2018) были определены как наиболее важные аспекты проектирования многоэтажных деревянных домов. Для достижения хорошо спроектированного дизайна пола TCC в этой статье была разработана структура, основанная на подходе VDD, в целом системном мышлении. Целостное системное мышление выявляет и использует связи между частями и является способом решения сложных проблем и разработок, включающих несколько различных типов процессов.Инновационные материалы и компоненты — это ключевые темы, охватываемые различными аспектами и масштабами системного мышления (Habert and Schlueter, 2016). Достижение устойчивого результата / дизайна — проблема открытой системы на всех практических уровнях в искусственной среде (Годфри 2010).

Структура этого документа выглядит следующим образом: была рассмотрена литература о подходе VDD, критериях вибрационных характеристик, многокритериальной оптимизации (MOO) и принятии многокритериальных решений (MCDM). Создана разработанная основа для проектирования этажа ТСС на основе подхода VDD.Было проанализировано тематическое исследование для проверки разработанной структуры с замечанием, что MCDM не был включен в анализ для рассмотрения как воздействия на климат, так и затрат. Представлены и обсуждены результаты, и сделаны некоторые важные выводы.

Теоретические основы

Подход к проектированию, ориентированный на ценность

Подход VDD, предложенный в литературе (Castagne, Curran, and Collopy, 2009), направлен на дополнение традиционного процесса проектирования с использованием концепции ценности для раннего создания и выбора дизайна.Подход VDD был представлен и объяснен при разработке самолетов с упором на разработку еще более быстрых, лучших и дешевых самолетов (Isaksson et al. 2013). Подход VDD в качестве цели верхнего уровня проектирования использует гибкость в процессе проектирования за счет наличия нескольких классов проектирования, основанных на различных ограничениях спроса, оптимизации и MCDM. Целью подхода VDD в этой статье является улучшение конструкции за счет оптимизации эксплуатационных характеристик и устойчивости системы пола TCC.

Система пола TCC, подверженная вибрации, вызванной ударом

Конструкции пола часто рассматриваются как низкочастотные или высокочастотные полы, где в литературе обычно встречаются предложения по частоте перехода в 7, 8 или 10 Гц в качестве основных частот. .Легкие (деревянные / деревянные) конструкции с длиной пролета менее 6–8 м и тяжелые (бетонные) перекрытия «с коротким пролетом» относятся к высокочастотным, тогда как низкочастотные перекрытия включают тяжелые перекрытия с более длинными пролетами (BFR 1984 ).

Люди наиболее чувствительны к частотам от 4 до 8 [Гц], что соответствует собственным частотам некоторых органов человеческого тела (Павич и Рейнольдс 2002a, 2002b). Потенциальный риск резонанса также распознается, когда собственная частота конструкции пола совпадает с частотой шагов.Таким образом, нижняя граничная частота 8 Гц была признана Еврокодом 5 как нижний предел первой собственной частоты для деревянных полов, вызываемой антропогенными вибрациями.

Как видно из уравнения (1), естественная незатухающая собственная частота однопролетного опорного перекрытия может быть описана как функция длины пролета l и квадратного корня из отношения жесткости на изгиб EI массой м . Поскольку бетонная секция пола из ТСС вносит свой вклад в жесткость, а также в массу, а длина пролета является фиксированным параметром, необходимо контролировать собственную частоту пола, чтобы гарантировать, что эффект усиления при изгибе жесткость не преобладает за счет увеличения массы.Как видно из уравнения (1), уменьшение длины оказывает гораздо большее влияние, чем уменьшение массы. (1) f1 = π2l2EIm (1) Короткопролетные системы перекрытий TCC с длиной пролета 4–6 м имеют обычно приемлемую динамику реакция на вибрацию, вызванную ударом, поскольку полы с короткими пролетами часто обладают достаточной жесткостью на поперечный изгиб с собственной собственной частотой выше 8 [Гц]. Однако при длине пролета этажей более 6 м собственная собственная частота этажей может не соответствовать требованиям выше 8 [Гц] (Jarnerö 2014).

Из-за вибрации, вызванной ударом, реакция системы пола может быть разделена на импульсную или вынужденную из-за силы удара пятки и резонансной или свободной части реакции вибрации (Willford and Young 2006). Среднеквадратичное ускорение (RMS) является наиболее распространенным способом представления отклика и широко используется, когда учитывается время. Среднеквадратичное ускорение определяется как: (2) aRMS = 1T∫0Ta (t) 2dt (2) где T — рассматриваемый период, a (t) — функция ускорения и t — время.

Устойчивость к вибрации полов TCC становится все более актуальной в связи с их увеличивающимся количеством применений с большим пролетом (Weckendorf et al. 2016). Соответствующие вибрационные характеристики системы пола TCC зависят от таких параметров, как общая масса системы пола, жесткость на продольный и поперечный изгиб, демпфирование системы пола (Jarnerö 2014) и жесткость на сдвиг соединений между деревом и бетоном. Изменение размера каждого из этих пяти параметров повлияет на динамический отклик систем пола TCC.

Многоцелевая оптимизация

В действительности все проблемы проектирования имеют многоцелевой характер в силу своей природы. Использование оптимизации при разработке продуктов растет, поскольку увеличиваются как вычислительные возможности, так и новые разработанные численные алгоритмы. В то же время все проектные проблемы имеют более чем одну противоречивую цель при оптимизации дизайна, и эти цели необходимо объединить, чтобы получить один окончательный проект. Таким образом, проблема проектирования может быть сформулирована как задача многоцелевой оптимизации (MOO) (Andersson 2000).В MOO не существует единственного допустимого решения, которое минимизирует / максимизирует все целевые функции одновременно. Вместо этого внимание уделяется оптимальным по Парето решениям, т. Е. Решениям, которые нельзя улучшить ни по одной из целей без ухудшения хотя бы одной из других целей. Проблемой MOO можно управлять в зависимости от того, когда лицо, принимающее решение, выражает свои предпочтения относительно различных целей (Andersson 2000). В этой статье в качестве двух целевых функций были выбраны две разные и независимые эффективные значения жесткости на изгиб системы пола, связанные с функцией затрат и спроса на систему пола TCC.Оптимальные конструктивные параметры включают оптимизированную толщину бетона и оптимизированную жесткость соединителей.

Принятие решений по нескольким критериям

MCDM имеет дело с решениями, включающими выбор лучшей альтернативы из нескольких потенциальных кандидатов при принятии решения с учетом нескольких критериев или целей. (Чеккони и др., 2017). Аналитический сетевой процесс (ANP) как метод MCDM, предложенный Саати (2001), допускает сложные взаимосвязи между уровнями решений и атрибутами.MCDM также может применяться для выбора некоторых оптимальных проектных решений из оптимальных фронтов Парето в MOO-анализе, удовлетворяющем некоторые субъективные предпочтения заинтересованных сторон. Моваффаги и Йитмен (2018) разработали структуру многоцелевого и основанного на нескольких критериях подхода для интеграции анализа жизненного цикла и динамического анализа в промышленном многоэтажном деревянном строительстве.

Теоретическая основа, основанная на подходе к проектированию, ориентированному на стоимость

В этой статье была разработана теоретическая основа, основанная на подходе VDD при проектировании оптимального этажа TCC.Эта структура объединяет характеристики эксплуатационной надежности и устойчивости пола TCC на основе подхода VDD, который состоит из анализа электронных таблиц, структурного статического и динамического анализа, анализа конечных элементов (FEA), MOO и MCDM. Блок-схема каркаса представлена ​​на рисунке 1.

Ориентированный на стоимость подход к проектированию оптимального длиннопролетного деревянно-бетонного композитного пола в многоэтажных деревянных жилых домах https://doi.org/10.1080/10286608.2020.1808888

Опубликовано в Интернете :
19 августа 2020 г.

Рисунок 1. Блок-схема разработанной конструкции на основе подхода VDD для оптимизированной системы перекрытий ТСС с большими пролетами.

Информационное моделирование зданий (BIM) способствует общению и прозрачности между заинтересованными сторонами и совместной работе разработчиков, чтобы сэкономить время и энергию, снизить затраты и отходы и минимизировать ошибки. Таким образом, геометрия системы перекрытий TCC была смоделирована с использованием программного обеспечения на основе BIM, чтобы улучшить производительность проекта и качество для предстоящего анализа.

Таннерт, Эбади и Гербер (2019) показали, что расчеты в соответствии с γ-методом предсказывают емкость, жесткость и динамические свойства с разумной степенью точности. γ-метод в соответствии с Приложением B Еврокода 5 был использован в этом исследовании в качестве упрощенного метода проектирования для прогнозирования отклика конструкции TCC. Кроме того, критерии пригодности к эксплуатации в Еврокоде 5 использовались для проверки статических и динамических характеристик перекрытий ТСС. Выражение для статического прогиба в середине двухстороннего перекрытия, вызванного удельной нагрузкой 1 [кН], показано в уравнении (3).где EIeff — эффективная жесткость системы пола на изгиб. Распределение поперечной нагрузки учитывается через коэффициент κ согласно Боверкету (1991), как показано в уравнении (4). Распределение нагрузки учитывает жесткость материалов и геометрию поперечного сечения и пола через функцию β. (3) wP = κ (Pl3) / (48EIeff) (3) (4) κ = 0,4 + 5β − 20β20,6 + β0,68 + 0,6β0,8 + 0,2β1,0 для 0 <β≤0.10.1 <β≤0.20.2 <β≤0.30.3 <β≤1.0β> 1.0, где β = (EI) l (EI) bbcl4 (4) В исследованных случаях функция распределения нагрузки будет изменяться в пределах 0.400 (пролет 9 м, NCA, h c > 80 мм) и 0,432 (пролет 6 м, FCA, h c = 50 мм).

В качестве функции спроса в качестве функции спроса была выбрана требуемая эффективная жесткость на изгиб EIeff системы пола TCC для трех различных классов комфорта от A до C в порядке убывания, см. Уравнение (5). (5) EIeff = κ (Pl3 ) / (48wP) (5) В качестве функции стоимости была выбрана эффективная жесткость на изгиб EIeff составной балки на основе метода γ согласно уравнению (6).(6) EIeff = Ec (Ic + γcAcac2) + Et (It + γtAtat2) (6) где нижние индексы c и t относятся к бетонным и деревянным элементам соответственно; E — модуль Юнга материала; A, и I, — площадь и второй момент площади поперечного сечения элемента; a — расстояние от центра тяжести элемента до нейтральной оси составного сечения; и γ — коэффициент уменьшения соединения, работающего на сдвиг, согласно уравнению (7).(7) γc = 11 + π2EcAcsksl2andγt = 1, (7) где s — расстояние между соединителями, принимаемое размазанным вдоль пролета балки перекрытия; l — пролет балки перекрытия ТСС; ks — модуль скольжения соединителя.

Эффективная жесткость на изгиб, выраженная в уравнениях (5) и (6), была объединена с равным весом в MOO. Поверхность на Рисунке 2 показывает эффективную жесткость на изгиб EIeff системы пола TCC в зависимости от двух проектных переменных: толщины бетона h c и жесткости размазанного соединителя k s / s .

Ориентированный на ценность подход к проектированию оптимального длиннопролетного деревянно-бетонного композитного пола в многоэтажных деревянных жилых домах https://doi.org/10.1080/10286608.2020.1808888

Опубликовано онлайн:
19 августа 2020 года

Рисунок 2.Величина эффективной жесткости на изгиб EIeff пола на основе метода γ с точки зрения толщины бетона h c и размазанной жесткости k s / s в качестве двух проектных переменных.

Применяя критерии прогиба для различных классов вибрации, данные в Toratti and Talja (2006), можно определить минимальную жесткость на изгиб, удовлетворяющую критериям точечной нагрузки. Для простоты коэффициент распределения нагрузки был установлен на 0,4 при определении необходимой жесткости на изгиб для каждого класса.

Пример

Для опробования разработанного каркаса в качестве примера был использован жилой пятиэтажный деревянный дом. Он включает железобетонные конструкции первого этажа, шахтные и легкокаркасные стены с габаритными размерами Д × Ш × В = 30 × 11 × 14 [м3]. Здание было предложено промышленностью, а само здание было построено с короткопролетными перекрытиями. Промышленность заинтересована в изучении возможности экономии за счет преобразования конструкции в длиннопролетную конструкцию перекрытия, хотя эти исследования здесь не представлены.Исследуемая структура здания представлена ​​на рисунке 3.

Ориентированный на стоимость подход к проектированию оптимального длиннопролетного деревянно-бетонного композитного пола в многоэтажном деревянном жилом доме https://doi.org/10.1080/10286608.2020.1808888

Опубликовано онлайн:
19 августа 2020 г.

Рис. 3. Трехмерный вид здания, исследованного в тематическом исследовании с системой перекрытий TCC.

Система перекрытий TCC состоит из клееных балок и железобетонной плиты, соединенных соединителями, работающими на сдвиг. Все полы ТСС просто поддерживаются как внешними стенами, так и перегородками квартир. Поперечное сечение исследуемой системы перекрытий ТКС показано на рисунке 4.

Ориентированный на стоимость подход к проектированию оптимального длиннопролетного деревянно-бетонного композитного пола в многоэтажном деревянном жилом доме https://doi.org/10.1080/10286608.2020.1808888

Опубликовано на сайте:
19 августа 2020 г.

Рис. 4. Поперечный разрез исследуемой системы перекрытий ТКК.

Пол ТСС с самым длинным пролетом (7,3 [м]) над вторым – пятым этажами был выбран для дальнейшего анализа. Кроме того, длина пролета 9,0 [м] была проанализирована в качестве целевой длины в этой статье. Трехмерный вид всех этажей, включая этажи ЦТК со второго по пятый, показан на рисунке 5. Модель была определена в программе FE FEM-Design (Strusoft 2019).

Ориентированный на ценность подход к проектированию оптимального длиннопролетного деревянно-бетонного композитного пола в многоэтажных деревянных жилых домах https://doi.org/10.1080/10286608.2020.1808888

Опубликовано онлайн:
19 августа 2020 года

Рис. 5. Трехмерный вид всех этажей, включая этажи ТКК, со второго по пятый этажи.

Полная модель этажа ТСС содержит 102 574 узла и в сумме имеет 615 444 степени свободы.Элементы состоят из прямоугольных 8-узловых элементов-оболочек второго порядка и 3-узловых балок-элементов второго порядка, представляющих собой бетонные перекрытия и клееные балки. Программное обеспечение на основе FE автоматически объединяет две части, в результате чего получается FCA, когда детали занимают одинаковые позиции в глобальной системе координат. Это происходит из-за непрерывности смещения между частями, что означает, что общие узлы получают одинаковую степень свободы. Таким образом, ширина клееных балок в модели FE была откалибрована для захвата PCA. По этой причине эффективная жесткость на изгиб пола TCC для PCA в соответствии с методом γ в Еврокоде 5 была рассчитана отдельно, и соответствующее значение для клееных балок для расчетной эффективной жесткости на изгиб пола TCC для PCA было использовано в FE. модель.Проведено исследование сходимости по плотности сетки. FE-модель анализируемого пола с поверхностной нагрузкой, включая собственный вес и 10% приложенной нагрузки в сумме 2,4 [кН / м 2 ], можно увидеть на рисунке 6. Расположение точек возбуждения от ударной нагрузки и граничных условий: также представлены. Динамический отклик был получен только для полной системы перекрытий TCC с самым длинным пролетом L = 7,3 м в конструкции.

Ориентированный на ценность подход к проектированию оптимального длиннопролетного деревянно-бетонного композитного пола в многоэтажных деревянных жилых домах https: // doi.org / 10.1080 / 10286608.2020.1808888

Опубликовано на сайте:
19 августа 2020

Рис. 6. Нагрузки на поверхность 2,4 [кН / м 2 ], граничные условия с простой четырехсторонней опорой и расположение четырех точек возбуждения 1.1, 2.1, 3.1 и 4.1 на полу ТСС.

Результаты и анализ

Анализируемый этаж расположен со второго по пятый этажи жилого пятиэтажного деревянного дома в данном тематическом исследовании.Результаты включают расчеты, касающиеся эксплуатационной надежности и устойчивости четырехстороннего пола TCC с простой опорой с размерами L × B = 7,3 × 10,83 [м2] и L × B = 9,0 × 10,83 [м2].

Таблица 1 показывает требуемый коэффициент полезного действия, рассчитанный по уравнению (5) для двух длин балок, 7,3 и 9,0 [м], и для трех классов комфорта A, B и C (Toratti and Talja 2006).

Ориентированный на ценность подход к проектированию оптимального длиннопролетного деревянно-бетонного композитного пола в многоэтажных деревянных жилых домах https: // doi.org / 10.1080 / 10286608.2020.1808888

Опубликовано на сайте:
19 августа 2020 г.

Таблица 1. Требуемые значения EIeff для пролетов перекрытий 7,3 и 9,0 м для соответствия классам комфорта A, B и C.

Фасады Парето для трех На Рисунке 2 были выбраны разные классы комфорта с точки зрения толщины бетона h c и размазанной жесткости k s / s в качестве двух проектных переменных и длины балки 7,3 и 9,0 [м], которые можно увидеть на Рисунки 7 и 8.Толщина бетонной плиты была выбрана от 50 до 320 [мм] с шагом 5 [мм]. Диапазон размазанной жесткости на изгиб (ks / s) был выбран от 20 до 200 [Н / мм2], что соответствует расстоянию от 90 до 9 [мм] между соединителями. Следует отметить, что минимальное расстояние между стальными соединителями составляет 20 мм.

Ориентированный на ценность подход к проектированию оптимального длиннопролетного деревянно-бетонного композитного пола в многоэтажных деревянных жилых домах https://doi.org/10.1080/10286608.2020.1808888

Опубликовано онлайн:
19 августа 2020 года

Рисунок 7. Фасады Парето для классов комфорта A, B и C с точки зрения толщины бетона h c и жесткости по смазыванию k s / s в качестве проектных переменных и длины балки 7,3 м.

Ориентированный на ценность подход к проектированию оптимального длиннопролетного деревянно-бетонного композитного пола в многоэтажных деревянных жилых домах https: // doi.org / 10.1080 / 10286608.2020.1808888

Опубликовано на сайте:
19 августа 2020

Рис. 8. Фасады Парето для классов комфорта A, B и C с точки зрения толщины бетона h c и жесткости по смазыванию k s / s в качестве проектных переменных и длины балки 9.0 мин.

MCDM принял во внимание влияние только на климат при выборе одной пары проектных решений из каждого фронта Парето для трех классов комфорта A, B и C, удовлетворяющих некоторым субъективным предпочтениям заинтересованных сторон. Предполагалось, что проектное решение с наименьшим воздействием на климат получает наивысшую оценку заинтересованных сторон. Таким образом, конструкция с наименьшей толщиной бетона была выбрана из каждого из фасадов Парето, что можно увидеть помимо общей массы м в Таблице 2.За этим последовал анализ на основе электронных таблиц в соответствии со спецификациями Еврокода 5, структурный статический и динамический FEA для каждого из этих шести проектных решений, и, наконец, был проведен MCDM для выбора оптимального проектного решения из этих трех классов для длины пролета 7,3 и 9,0 [м].

Ориентированный на ценность подход к проектированию оптимального длиннопролетного деревянно-бетонного композитного пола в многоэтажных деревянных жилых домах https://doi.org/10.1080/10286608.2020.1808888

Опубликован онлайн:
19 августа 2020 года

Статический анализ

Статический анализ включает расчет максимального прогиба как при кратковременной, так и при длительной нагрузке с помощью анализа на основе электронных таблиц в соответствии со спецификациями Еврокода 5 для полов класса комфорта A, B и C, как это показано в таблицах 3–5.Максимальный прогиб как при кратковременной, так и при длительной нагрузке ниже максимально допустимого прогиба согласно Еврокоду 5 для пола TCC длиной 7,3 [м]. Из таблицы 3–5 также видно, что длина пролета может быть увеличена с 7,3 до 9,0 [м], при этом выполняются требования по максимально допустимым прогибам.

Ориентированный на ценность подход к проектированию оптимального длиннопролетного деревянно-бетонного композитного пола в многоэтажных деревянных жилых домах https://doi.org/10.1080/10286608.2020.1808888

Опубликован онлайн:
19 августа 2020 года

Таблица 3 .Максимальный и допустимый прогиб для пола, относящегося к классу комфорта A, для длины пролета 7,3 [м] с h c = 170 [мм] и k s / s = 200 [Н / мм / мм] и пролетом длина 9 [м] с h c = 245 [мм] и k s / s = 200 [Н / мм / мм].

Ориентированный на ценность подход к проектированию оптимального длиннопролетного деревянно-бетонного композитного пола в многоэтажных деревянных жилых домах https://doi.org/10.1080/10286608.2020.1808888

Опубликован на сайте:
19 августа 2020

Таблица 4. Максимальный и допустимый прогиб для пола, относящегося к классу комфорта B, при длине пролета 7,3 [м] при h c = 65 [мм] и k с / с = 200 [Н / мм / мм] и длина пролета 9,0 [м] с h c = 150 [мм] и k с / с = 200 [Н / мм / мм].

Ориентированный на ценность подход к проектированию оптимального длиннопролетного деревянно-бетонного композитного пола в многоэтажных деревянных жилых домах https: // doi.org / 10.1080 / 10286608.2020.1808888

Опубликовано на сайте:
19 августа 2020 г.

Таблица 5. Максимальный и допустимый прогиб для пола, относящегося к классу комфорта C, при длине пролета 7,3 [м] при h c = 50 [мм] и k s / s = 20 [Н / мм / мм] и длина пролета 9,0 [м] с h c = 50 [мм] и k s / s = 200 [Н / мм / мм].

Анализ отклонения точечной нагрузки

Расчеты вибрации были выполнены как с помощью анализа на основе электронных таблиц в соответствии со спецификациями Еврокода 5, так и с помощью моделирования статических и динамических конечных элементов (КЭ) конструкции в Fem-Design.Частотные составляющие, величина вибрации и демпфирование являются наиболее важными параметрами, влияющими на реакцию человека на колебания пола (Ху, Чуй и Ониско, 2001). Вибрационные характеристики оценивались с точки зрения прогиба, вызванного (1) точечной нагрузкой 1 кН в наиболее гибкой точке (2) собственными частотами и соответствующими формами колебаний и (3) вибрациями, вызванными ударом ног.

В таблице 6 показан максимальный прогиб в наиболее гибкой точке, вызванный точечной нагрузкой в ​​1 [кН] для пола, относящегося к классам комфорта A, B и C, и длины двух пролетов 7.3 и 9 [м]. Соединение между бетонной плитой и клееной балкой можно предполагать только жестким (FCA) в используемом программном обеспечении FE. При длине балки 7,3 [м] ширина была уменьшена с 66 [мм] до 53, 55 и 29 [мм] для пола TCC, относящегося к классам комфорта A, B и C в модели FE. При длине балки 9,0 м ширина была уменьшена с 66 [мм] до 56, 57 и 58 [мм] для пола TCC, относящегося к классам комфорта A, B и C в модели FE.

Ориентированный на ценность подход к проектированию оптимального длиннопролетного деревянно-бетонного композитного пола в многоэтажных деревянных жилых домах https: // doi.org / 10.1080 / 10286608.2020.1808888

Опубликовано на сайте:
19 августа 2020

Таблица 6. Максимальный прогиб, вызванный точечной нагрузкой 1 [кН] в середине пола TCC, относящегося к классам комфорта A, B и C, и балки длина 7,3 и 9,0 [м].

Различия в результатах для отклонения точечной нагрузки между расчетным статическим FEA и анализом на основе электронных таблиц могут возникать из-за величины коэффициента распределения поперечной нагрузки κ = 0,4, используемого в уравнении 4 при анализе на основе электронных таблиц.

Анализ фундаментальных собственных частот

Уравнение 8 ниже показывает уравнение для основной собственной частоты балки TCC (Ohlsson 1984), где l — длина балки, а b c = 0,6 [м] — расстояние между балками. (8) f1 = π2l2⋅EIeffbcm (8) Основная собственная частота системы пола TCC была рассчитана методом FEA и анализом на основе распределения для пола, относящегося к классам комфорта A, B и C с длина балки 7.3 и 9,0 [м] и представлены в Таблице 7.

Ориентированный на стоимость подход к проектированию оптимального длиннопролетного деревянно-бетонного композитного пола в многоэтажных деревянных жилых домах https://doi.org/10.1080/10286608.2020.1808888

Опубликовано онлайн:
19 августа 2020 г.

Таблица 7. Фундаментальная собственная частота пола TCC, рассчитанная как методом FEA, так и на основе анализа таблиц для пола, относящегося к классам комфорта A, B и C, и длиной балки 7,3 и 9,0 [м].

Основная собственная частота системы перекрытий ТСС, относящаяся к классам комфорта A, B и C для длины пролета 7.3 [м], рассчитанные обоими методами, имеют хорошее согласование и превышают минимальное требование 8 [Гц]. С другой стороны, собственные частоты для всех трех классов комфорта A, B и C для длины балки 9,0 [м] ниже 8 [Гц], рассчитанные обоими методами, поэтому неприемлемы. Небольшие различия в результатах для первых собственных частот между расчетным FEA и анализом на основе электронной таблицы могут возникать как из-за величины коэффициента распределения поперечной нагрузки kappa κ = 0,4, используемого в уравнении 4 при анализе на основе электронных таблиц, так и из-за разницы в массе между FEA и электронной таблицей. анализ на основе калибровки модели FE.

Результаты исследования параметров показывают, что можно выполнить минимальные требования для первой основной собственной частоты пола из ТСС с длиной балки 9 м, относящейся к классу комфорта C, за счет уменьшения толщины бетона с 50 мм до 35 мм, как можно увидеть в Таблице 8.

Ориентированный на ценность подход к проектированию оптимального длиннопролетного деревянно-бетонного композитного пола в многоэтажном деревянном жилом доме https://doi.org/10.1080/10286608.2020.1808888

Опубликовано онлайн:
19 августа 2020

Таблица 8.Фундаментальная собственная частота пола ТСС, рассчитанная на основе электронных таблиц, для пола, относящегося к классу комфорта C, и длиной балки 9,0 [м].

Анализ воздействия шагов

Вертикальное среднеквадратичное ускорение (Strusoft 2019) было рассчитано в программном обеспечении FEM-Design из-за возбуждения, вызванного ударом, в четырех выбранных точках на полу TCC, как это видно на Рисунке 6 выше. Коэффициент демпфирования составлял 5%, а масса пешеходов составляла 76 [кг]. Скорость пешеходов учитывалась при анализе путем ограничения частоты шагов в диапазоне 1.8–2,2 [Гц]. Результаты показаны в Таблице 9. Как видно из Таблицы 9, пол с длиной пролета 7,3 м, относящийся к классу А, соответствует ориентировочно допустимому среднеквадратичному ускорению (Торатти и Талья, 2006). Этот пол также удовлетворяет другим требованиям относительно прогиба, прогиба точечной нагрузки, минимальных основных частот, приведенных в таблицах 3, 6 и 7.

Ориентированный на стоимость подход к проектированию оптимального длиннопролетного деревянно-бетонного композитного пола в многоэтажных деревянных жилых домах /doi.org/10.1080/10286608.2020.1808888

Опубликован онлайн:
19 августа 2020

Таблица 9. Максимальное вертикальное среднеквадратичное ускорение [м / с 2 ] в четырех выбранных точках возбуждения на полу TCC, рассчитанное FEA для классов комфорта A, B и C и длина балки 7,3 [м].

Обсуждение и заключительные замечания

В процедуре Еврокода 5 используется упрощение моделирования сложного действия, известное как γ-метод. Метод манипулирует свойствами бетонного слоя для прогнозирования характеристик поперечного сечения конструкции.В этой статье описывается инструмент проектирования длиннопролетных систем перекрытий TCC, основанный на подходе VDD. Цель состоит в том, чтобы представить подход к проектированию для перекрытий TCC с длинными пролетами, и для того, чтобы инструмент / подход были полезными на практике, он требует, чтобы он был простым, а значит, использовались упрощенные уравнения. Инструмент проектирования адекватно учитывает сложность систем перекрытий TCC с большим пролетом, включая частичное комбинированное действие, обеспечиваемое соединителями, с акцентом на эксплуатационную надежность и устойчивость. Основная цель подхода VDD к проектированию длиннопролетной системы перекрытий TCC в этой статье — лучшее использование материалов при проектировании и, как следствие, меньшее воздействие на климат.Ключевым элементом устойчивого проектирования является структурная оптимизация, как было показано в этой статье. Оптимальная конструкция включает оптимизированную толщину бетона и оптимизированную жесткость соединителей как компонентов систем перекрытий TCC.

Пол ТСС с длиной пролета 7,3 [м], относящийся к классу А, был выбран как оптимальное решение. Этот пол удовлетворяет всем предварительным требованиям согласно Toratti and Talja (2006) в отношении максимального прогиба после кратковременного и длительного периода, прогиба точечной нагрузки в наиболее гибкой точке пола, основной собственной частоты и среднеквадратичного вертикального ускорения в таблицах 3, 6 и 7, а также 8.Следует отметить, что воздействие стальных соединителей на климат считается небольшим по сравнению с воздействием на климат бетонного пола, когда производство и транспортировка материала бетона являются основными источниками выбросов CO 2 . Таким образом, принятие решения по нескольким критериям в данном исследовании не проводилось. Как правило, пол из TCC с большим пролетом приводит к большим вертикальным деформациям и плохой вибрации пола (Toratti and Kevarinmäki 2001), поскольку результаты этого исследования показывают, что пол TCC с длиной пролета 9 м может соответствовать только самому низкому классу комфорта C.

Рекомендации для будущих исследований

Было бы интересно сравнить результаты для этого этажа с экспериментальными результатами в будущем исследовании для калибровки и проверки как модели FE, так и модели на основе электронных таблиц. Кроме того, характеристики конструкции с точки зрения несущей способности для горизонтальных сил ухудшаются, когда количество несущих стен, которые могут выполнять стабилизирующую функцию при сдвиговых стенах, уменьшается в каркасах со свободными решениями для перекрытий TCC. В этой статье не рассматривались характеристики устойчивости, если поверхности с открытой планировкой увеличивают давление ветра на опорные стенки, работающие на сдвиг.Показатели устойчивости по отношению к горизонтальным силам должны быть включены в структуру комплексного проектного решения в качестве рекомендаций для дальнейшего изучения. Возможность улучшения характеристик пола и получения более реалистичных расстояний между соединителями более 20 мм за счет увеличения высоты балок из клееного бруса будет изучена в следующей статье.

Рисунок 1.Блок-схема разработанного каркаса на основе подхода VDD для оптимизированной системы перекрытий большепролетных ТСС.

Рисунок 2. Величина эффективной жесткости на изгиб EIeff пола на основе метода γ с точки зрения толщины бетона h c и размазанной жесткости k s / s в качестве двух проектных переменных.

Рис. 3. Трехмерный вид здания, исследованного в тематическом исследовании с системой перекрытий TCC.

Рисунок 4.Поперечный разрез исследуемой системы перекрытий ТКК.

Рисунок 5. Трехмерный вид всех этажей, включая этажи ТКК со второго по пятый этажи.

Рис. 6. Поверхностные нагрузки 2,4 [кН / м 2 ], граничные условия с простой четырехсторонней опорой и расположение четырех точек возбуждения 1.1, 2.1 , 3.1 и 4.1 на этаже ТКК.

Рисунок 7.Фасады Парето для классов комфорта A, B и C с точки зрения толщины бетона h c и жесткости по смазыванию k s / s в качестве проектных переменных и длины балки 7,3 м.

Рис. 8. Фасады Парето для классов комфорта A, B и C с точки зрения толщины бетона h c и жесткости с размазыванием k s / с в качестве проектных переменных и длина балки 9,0 м.

Таблица 3. Максимальный и допустимый прогиб для пола, относящегося к классу комфорта A, для длины пролета 7,3 [м] с h c = 170 [мм] и k s / s = 200 [Н / мм / мм] и длина пролета 9 [м] с h c = 245 [мм] и k s / s = 200 [Н / мм / мм].

9229 9229 допустимый прогиб для пола, относящегося к классу комфорта B, при длине пролета 7,3 [м] при h c = 65 [мм] и k s / s = 200 [Н / мм / мм] и длине пролета 9,0 [м] с h c = 150 [мм] и k s / s = 200 [Н / мм / мм].

допустимый прогиб для пола класса комфорта C при длине пролета 7,3 [м] при h c = 50 [мм] и k s / s = 20 [Н / мм / мм] и длине пролета 9,0 [м] с h c = 50 [мм] и k s / s = 200 [Н / мм / мм].

9172 Точечная нагрузка [кН] в середине перекрытия ТСС класса комфорта A, B и C, длина балки 7,3 и 9,0 [м].

Прогиб точечной нагрузки
Класс комфорта A, B, C
Длина балки [м]
Длина пролета [м] Максимальный прогиб
Кратковременная нагрузка [мм]
Допустимый прогиб
Кратковременная нагрузка [мм]
L / 300 – L / 500
Максимальный прогиб
Долговременная нагрузка [мм]
( k def = 0,6, ϕ = 2,2)
Допустимый прогиб
Долговременная нагрузка [мм]
L / 250 – L / 350
7.3 5,2 24,3–14,6 13,7 29,2–20,9
9,0 8,5 36,0–18,0 24,2 36,0–25,7
6
24,2 36,0–25,7
Длина пролета [м] Максимальный прогиб
Кратковременная нагрузка [мм]
Допустимый прогиб
Кратковременная нагрузка [мм]
L / 300 – L / 500
Максимальный прогиб
Долговременная нагрузка [мм]
( k def = 0,6, ϕ = 2,2)
Допустимый прогиб
Долговременная нагрузка
[мм]
L / 250 – L / 350
7.3 6,5 24,3–14,6 14,2 29,2–20,9
9,0 12,4 36,0–18,0 31,1 36,0–25,7
Длина пролета [м] Максимальный прогиб
Кратковременная нагрузка [мм]
Допустимый прогиб
Кратковременная нагрузка [мм]
L / 300 – L / 500
Максимальный прогиб
Долговременная нагрузка [мм]
( k def = 0,6, ϕ = 2,2)
Допустимый прогиб
Долговременная нагрузка [мм]
L / 250 – L / 350
7,3 11.4 24,3–14,6 23,8 29,2–20,9
9,0 14,4 36,0–18,0 30,4 36,0–25,7 30,4 36,0–25,7
Максимум
FEA
Прогиб [мм]
(класс комфорта)
Анализ на основе электронных таблиц
[мм]
Комфортный класс A, L = 7.3 0,08 (A) 0,12 (A)
Комфортный класс B, L = 7,3 0,32 (C) 0,25 (C)
Комфортный класс C, L = 7,3 0,63 (D) 0,49 (C)
Комфортный класс A, L = 9,0 0,06 (A) 0,12 (A)
Комфортный класс B, L = 9,0 0,33 (C) 0,25 (C)
Комфортный класс C, L = 9,0 0,62 (D) 0.50 (C)

Таблица 7. Фундаментальная собственная частота пола TCC, рассчитанная с помощью FEA и анализа на основе таблиц для пола, принадлежащего классам комфорта A, B и C, и длиной балки 7,3 и 9,0 [м].

917 A63, 917 L63, 917 L63 = 9,0 Таблица 8.Фундаментальная собственная частота пола ТСС, рассчитанная на основе электронных таблиц, для пола, относящегося к классу комфорта C, и длиной балки 9,0 [м].

Класс комфорта A, B, C по первым собственным частотам Длина луча [м] FEA [Гц] Анализ на основе таблиц [Гц]
Комфортный класс A, L = 7.3 10,8 9,4
Класс комфорта B, L = 7,3 10,2 10,2
Класс комфорта C, L = 7,3 8,4 класс 8,2
9,7 7,1
Комфортный класс B, L = 9,0 7,4 6,3
Комфортный класс C, L = 9,0 7,3 7.3
6
Первые собственные частоты комфортный класс C Длина пучка [м] FEA [Гц] Анализ на основе электронных таблиц [Гц]
Комфортный класс C, L = 9,0 7,9 8,0

Поперечно-ламинированная древесина (CLT) — APA — The Engineered Wood Association

Инновационные панели из массива дерева предлагают новые масштабные возможности дизайна
Основы CLT

Поперечно-клееная древесина (CLT) — это крупногабаритная сборная массивная деревянная панель.Легкий, но очень прочный, с превосходными акустическими, противопожарными, сейсмическими и тепловыми характеристиками, CLT также быстро и легко устанавливается, почти не производя отходов на стройплощадке. CLT предлагает гибкость конструкции и низкое воздействие на окружающую среду. По этим причинам поперечно-клееная древесина оказывается очень выгодной альтернативой обычным материалам, таким как бетон, кладка или сталь, особенно в многоквартирном и коммерческом строительстве.

Панель CLT состоит из нескольких слоев досушенных в печи пиломатериалов, уложенных в чередующихся направлениях, скрепленных структурным клеем и спрессованных в цельную, прямую прямоугольную панель.Панели CLT состоят из нечетного количества слоев (обычно от трех до семи) и могут быть отшлифованы или обработаны перед отправкой. На заводе панели CLT разрезаются по размеру, включая дверные и оконные проемы, с помощью современных фрезерных станков с ЧПУ (ЧПУ), способных выполнять сложные разрезы с высокой точностью. Готовые панели CLT исключительно жесткие, прочные и устойчивые, выдерживают нагрузку со всех сторон.

Фотография предоставлена ​​Structurlam Products, Ltd.


Общие приложения CLT

CLT обычно используется для длинных пролетов в стенах, полах и крышах.


CLT Размер

Готовые панели обычно имеют ширину от 2 до 10 футов, длину до 60 футов и толщину до 20 дюймов. Ширина до 18 футов и длина до 98 футов возможны, но редко.


Знак качества APA

Товарные знаки APA появляются только на продукции, производимой заводами-членами APA. Знак означает, что качество продукции подлежит проверке посредством аудита APA — процедуры, предназначенной для обеспечения соответствия производства стандартам APA или стандарту, указанному в знаке.


Публикации CLT
Перекрестно-ламинированная древесина: CLT в Северной Америке по сравнению с импортной продукцией

Поперечно-клееная древесина (CLT), производимая в Северной Америке, должна соответствовать строгим стандартам на продукцию и быть сертифицирована по стандарту ANSI / APA PRG 320 для поперечно-клееной древесины с высокими эксплуатационными характеристиками. CLT, произведенный за пределами Северной Америки, может не соответствовать этим стандартам производительности.

Загрузить>

Стандарт ANSI / APA PRG 320 для поперечно-ламинированной древесины с номинальными характеристиками

Содержит требования и методы испытаний для аттестации и обеспечения качества для CLT с высокими эксплуатационными характеристиками, которая изготавливается из массивных пиломатериалов или конструкционных композитных пиломатериалов.

Загрузить>


Библиотека ресурсов

Получите доступ к полному списку публикаций APA о перекрестно-ламинированной древесине в библиотеке ресурсов APA.

Древесно-бетонные композитные системы: меньший вес и меньшее содержание углерода

Стремление

Entuitive к обеспечению бескомпромиссной производительности в искусственной среде заставляет нас постоянно расширять границы инженерного искусства, исследуя более совершенные и инновационные способы проектирования конструкций.Наши люди являются двигателем этого стремления, и в последнее время наш собственный Pascal Urech занимается исследованием композитных систем из дерева и бетона.

Композитная система из дерева и бетона состоит из деревянного элемента с бетонной плитой наверху и соединения, работающего на сдвиг. Эта система использует преимущества прочности бетона на сжатие, прочности на разрыв и легкого веса древесины.

Панель композитная древесно-бетонная.

Преимущества составной системы

Композитные системы из дерева и бетона обладают множеством преимуществ по сравнению со схемами из одного материала, включая более легкие полы, меньшее количество углеродного волокна и более длинные пролеты.

Легкие конструкции

Использование древесины в качестве основного компонента конструкции приводит к получению более легкой конструкции по сравнению с традиционным стальным каркасом или монолитной бетонной конструкцией. Для новых конструкций эта уменьшенная масса может помочь сэкономить на затратах на фундамент. Для существующих конструкций более легкий вес помогает обеспечить застройку (добавление этажей), сводя к минимуму необходимость усиления существующих колонн и фундаментов.

Углерод с нижним воплощением

Древесина — это возобновляемый строительный материал, который естественным образом связывает углекислый газ из атмосферы.Согласно полному анализу жизненного цикла, древесина, заготовленная экологически безопасным способом, имеет самый низкий углеродный след среди основных строительных материалов, особенно в отличие от бетона. Таким образом, использование древесины для замены части бетона в конструкции помогает снизить общий углеродный след здания.

Более длинные пролеты

Схемы каркаса только из дерева обычно трудно реализовать с длинными пролетами (9 метров и более) из-за отклонений и вибрации. Добавление бетона и композита помогает обеспечить необходимую жесткость для поддержания комфорта пассажиров.

Насколько Entuitive готовится к проектам из древесно-бетонных композитов

Паскаль Урех, дизайнер из нашего нью-йоркского офиса, исследовал композитные системы из дерева и бетона и работал над инструментами проектирования с этой целью.

Модель RFEM для композитного дерева и бетона.

Деревянная балка + бетонная плита

Древесно-бетонные композиты действуют аналогично традиционной композитной системе стальная балка-бетонная плита, но в качестве натяжного элемента вместо стали используется древесина.

Как правило, для изготовления балок используются балки из клееного бруса (клееный брус). Однако можно использовать и массивные пиломатериалы. Чтобы обеспечить композитное действие, требуется определенный тип соединения сдвига между древесиной и бетоном.

Для балок это соединение часто состоит из срезных пластин (обычно перфорированный металлический слой толщиной с эпоксидным покрытием в древесине и выступает в бетон) или винтов с полной резьбой (также устанавливаемых в древесину, обычно под углом 45 градусов и выступающих вверх в древесину). конкретный).

Опалубка, такая как фанера, должна быть установлена ​​поверх балки и под бетонным перекрытием, чтобы обеспечить возможность заливки бетона. Бетонная плита обычно армируется для контроля ширины трещин либо стальными арматурными стержнями, либо сварной проволочной сеткой, либо волокнистой арматурой.

Деревянная панель + бетонная плита

При использовании деревянных панелей доступны несколько вариантов. Для перекрытия в одном направлении изделия, которые ориентируют все древесное волокно в одном направлении, обеспечивают максимальную прочность и жесткость, хотя они также более восприимчивы к изменениям размеров перпендикулярно волокну, вызванным изменениями содержания влаги.

Примерами таких односторонних изделий являются панели, изготовленные из клееной древесины (NLT), клееной древесины (клееный брус), клееной древесины (DLT) или клееного бруса (LVL).

Изделия, которые ориентируют древесное волокно в двух направлениях, имеют меньшую прочность и жесткость в первичном направлении по сравнению с изделиями одностороннего действия той же глубины, но они могут перекрывать два направления, а также обеспечивать большую стабильность размеров при изменении во влаге.

Самый распространенный пример — поперечно-клееный брус (CLT). Также можно использовать массовые фанерные панели (MPP), которые производятся аналогично CLT, но с тонким шпоном вместо толстого ламината.

В дополнение к соединениям, упомянутым выше, выемки в древесине с винтами или без них также могут обеспечивать передачу сдвига для панелей.

Системы плоского пола

В недавнем исследовании, посвященном инвестициям в инновации в лесном хозяйстве, Entuitive исследовала системы плоских полов.В то время как в большинстве композитных систем из дерева и бетона используются опущенные балки, плоская система может быть получена путем использования гибридных систем, в которых композитные панели из дерева и бетона сочетаются с бетонными и стальными балками.

Композитные панели перекрытия из дерева и бетона, простирающиеся в одном направлении и поддерживаемые сборными железобетонными балками или железобетонными композитными балками, простирающимися в противоположном направлении, были в центре внимания исследования. Пример такой конструкции плоского пола показан ниже, где композитные панели CLT-бетон используются в сочетании с системой DELTABEAM® от Peikko.

Конструкция плоского пола, состоящая из композитных панелей CLT и бетона с системой DELTABEAM® от Peikko.


Вибрация

Конструкции конструкций должны соответствовать критериям вибрации независимо от материала, но древесина особенно подвержена проблемам с вибрацией из-за своей малой массы. Наша команда изучает, как смоделировать паркетно-бетонный композитный пол с помощью RFEM, одного из пакетов программного обеспечения для расчета конструкций, используемого в Entuitive.

Будущее строительства

Приверженность компании

Entuitive к созданию экологически чистой среды означает, что она будет лидером в продвижении нашей отрасли к лучшим методам проектирования, которые позволяют создавать конструкции с минимально возможным углеродным следом. Композитные системы из дерева и бетона — большой шаг в этом направлении.

Чтобы узнать больше, обратитесь к нашей команде, в том числе к Паскалю Уреху, Джулиану Фаньяну, Сандже Бунчичу, Эрику Чангу, Эрику Гордону и Таню Лути.

Методы проектирования многонаправленных композитных деревянных перекрытий переменной плотности для многоэтажного строительства

id ecaade2021_284
авторы Луис, Ороско, Крчил, Анна, Вагнер, Ханс-Якоб, Саймон, Бехерт, Амтсберг, Феликс, Скури, Лиор, Книпперс, Ян и Менгес, Ахим
год 2021
титул Методы проектирования разнонаправленных систем композитных деревянных перекрытий переменной плотности для многоэтажного строительства
источник Стоякович, В. и Тепавчевич, Б. (ред.), На пути к новой настраиваемой архитектуре — Материалы 39-й конференции eCAADe — Том 1, Университет Нови-Сада, Нови-Сад, Сербия, 8-10 сентября 2021 г., стр. 303-312
сводка В данной статье представлен агентный метод проектирования сложных деревянных конструкций. В этом методе используется многоуровневое моделирование агентов, основанное на обратной связи между системами агентов и структурными симуляциями, которые обновляют среду агента. Такой подход может быть успешно применен для проектирования систем деревянных перекрытий переменной плотности, где необходимо расположение материалов на основе структурных, производственных и архитектурных граничных условий.Такое расположение может привести к разнонаправленным перекрытиям перекрытий, которые могут принимать точечные опоры в уникальных схемах. Мы обсуждаем реализацию такого метода на основе конструктивного решения многоэтажной испытательной установки в масштабе павильона. Представленный метод позволяет более гибко подходить к проектированию многоэтажных деревянных зданий, что должно повысить их применимость к разным типам зданий.
ключевое слово Агентное моделирование; Роботизированное деревянное строительство; Вычислительный дизайн; Дом многоэтажный из бруса
серия eCAADe
эл. Почта
полный текст файл.pdf (1,475,554 байта)
ссылка Content-type: text / plain
Альварес, М., Вагнер, Х.Дж., Гроенвольт, А, Криг, О.Д., Лайанек, О, Зоннтаг, Д., Бехерт, С., Алдингер, Л., Менгес, А. и Книпперс, Дж. (2019) Павильон Buga Wood: комплексные междисциплинарные достижения цифровой деревянной архитектуры , Вездесущность и автономность: Материалы 39-й ежегодной конференции Ассоциации автоматизированного проектирования в архитектуре: ACADIA 2019, 24-26 октября 2019 г., Техасский университет в Остине, США, стр.490-499

Кармайкл, Т. и Хадикади, М. (2019) Основы сложных адаптивных систем , Кармайкл, Т., Коллинз, А.Дж., Хадикади, М. (ред.), Комплексные адаптивные системы, Спрингер, Чам, стр. 1-16

Чуркина, Г., Органски, А., Рейер, CPO, Рафф, А., Винке, К., Лю, З., Рек, Б.К., Грэдель, Т.Э. и Шелльнхубер, Х.Дж. (2020) Здания как глобальный поглотитель углерода , Nature Sustainability, 3 (4), стр.269–276

Де Вольф, Т. и Холвоет, Т. (2004) Возникновение и самоорганизация: констатация сходств и различий , Proc. 2-го Международного семинара по инженерной самореализации, Лёвен, Бельгия, стр. 96-110

Домен, П. и Рденауэр, К. (2007) Цифровые цепи в современной архитектуре , Киферле, Дж. Б. (ред.), Предсказание будущего, График Канне.Betrieb, Ginsheim-Gustavsburg, стр. 801-804.

Фостер, Р.М. и Рэймидж, М.Х. (2017) Брифинг: Супервысокий лес — Дубовая башня , Труды Института инженеров-строителей — Строительные материалы, 170 (3), стр. 118-122

Фостер, Р.М. и Рейнольдс, TPS (2018) Облегчение с помощью древесины: возможность для более устойчивого городского уплотнения , Журнал архитектурной инженерии, 24 (1), стр.02518001

Гроенвольт, А., Швинн, Т., Нгуен, Л. и Менгес, А. (2018) Интерактивная агентная среда для архитектурного проектирования с учетом материализации , Swarm Intelligence, 12 (2), стр. 155-186.

Хьюз, Т., Стейгер, Л. и Вебер, Дж. (2004) Деревянное строительство: детали, продукция, примеры из практики , Биркхузер; Подробности выпуска, Базель; Мюнхен

Ху, В., Кауфманн, М. и Мерц, К. (2019) Строительство из дерева — Комнатные модули , Деталь, Мюнхен

Кауфманн, Х., Крч, С. и Винтер, С. (2018) Пособие по многоэтажному деревянному строительству , Подробная информация о бизнесе, Мюнхен

Краузе, Дж. (1997) Созданная агентом архитектура , ACADIA 97: Представление и дизайн, Цинциннати, Огайо, США, стр.63-70

Крч, С. и Ху, В. (2018) Конструктивные элементы и элементы , Kaufmann, H, Krtsch, S and Winter, S (eds), Руководство по многоэтажному деревянному строительству, Подробная бизнес-информация, Мюнхен, стр. 50-69

Кузмановская, И., Гаспарри, Э, Тапиас Монн, Д. и Эйчисон, М. (2018) Высокие деревянные дома: новые тенденции и типологии , Всемирная конференция по лесной инженерии 2018 г., Сеул, Корея, Республика

Лен, Дж. И Престон, Ф (2018) Изменение бетона: инновации в низкоуглеродистом цементе и бетоне , Chatham House, Королевский институт международных отношений, Кембридж, Великобритания

Левитис, Д.А., Лидикер, В.З. и Фройнд, Г. (2009) Поведенческие биологи не согласны с тем, что составляет поведение , Поведение животных, 78 (1), стр.103-110

Ллойд, S (1982) Квантование методом наименьших квадратов в PCM , Транзакции IEEE по теории информации, 28 (2), стр. 129-137

Макал, С.М. и Норт, MJ (2010) Учебник по агентному моделированию и симуляции , Журнал моделирования, 4 (3), стр. 151-162

Макал, CM (2016) Все, что вам нужно знать об агентном моделировании и симуляции , Журнал моделирования, 10 (2), стр.144-156

Минар, Н., Буркхарт, Р., Лэнгтон, К. и Аскенази, М. (1996) Система моделирования роя: набор инструментов для создания многоагентного моделирования , Swarm [Институт Санта-Фе], Санта-Фе

последнее изменение 2021.08.11 08:45

Модуль скольжения шурупов в деревянных и легких бетонных композитных конструкциях :: Биоресурсы

Козарич, Л., Кукарас Д., Прокич А., Бесевич М. и Кеканович М. (2018). «Модуль скольжения шурупов в деревянных и легких бетонных композитных конструкциях», BioRes. 13 (3), 6021-6032.
Реферат

Использование легкого бетона в деревянно-бетонных композитных конструкциях с целью реконструкции, модернизации и усиления имеет все больший потенциал применения. Правильное сочетание механических свойств обоих материалов может сохранить полезные свойства древесины при растяжении и бетона при сжатии, уменьшая при этом вес конструкции.В этой статье экспериментально оценивается модуль скольжения винтовых соединителей как один из ключевых вопросов при проектировании этих типов композитных конструкций. Приведены результаты четырех групп испытаний на выталкивание, проведенных на композитных образцах. Все образцы имели одинаковое поперечное сечение, но каждая группа была изготовлена ​​из различного класса плотности легкого бетона в соответствии с Еврокодом 2. Полученные результаты сравнивались со значениями, рекомендованными Еврокодом 5. Анализ показал, что рекомендации кодекса дали значения модуля упругости. которые были значительно выше, чем полученные экспериментально, что могло привести к небезопасным деревянным и легким бетонным конструкциям.


Скачать PDF
Полная статья

Модуль скольжения винтов в деревянных и легких бетонных композитных конструкциях

Лиляна Козарич, Даниел Кукарас *, Александр Прокич, Мирослав Бешевич и Милан Кеканович

Использование легкого бетона в деревянно-бетонных композитных конструкциях с целью реконструкции, модернизации и усиления имеет все больший потенциал применения. Правильное сочетание механических свойств обоих материалов может сохранить полезные свойства древесины при растяжении и бетона при сжатии, уменьшая при этом вес конструкции.В этой статье экспериментально оценивается модуль скольжения винтовых соединителей как один из ключевых вопросов при проектировании этих типов композитных конструкций. Приведены результаты четырех групп испытаний на выталкивание, проведенных на композитных образцах. Все образцы имели одинаковое поперечное сечение, но каждая группа была изготовлена ​​из различного класса плотности легкого бетона в соответствии с Еврокодом 2. Полученные результаты сравнивались со значениями, рекомендованными Еврокодом 5. Анализ показал, что рекомендации кодекса дали значения модуля упругости. которые были значительно выше, чем полученные экспериментально, что могло привести к небезопасным деревянным и легким бетонным конструкциям.

Ключевые слова: древесина; Легкий бетон; Композитная структура; Модуль скольжения; Испытание на выталкивание

Контактная информация: Строительный факультет Суботица, Университет Нови-Сад, Козарацка 2а, Суботица, 24000, Сербия; * Автор для переписки: [email protected]

ВВЕДЕНИЕ

Первым официально зарегистрированным техническим документом, описывающим конструкции из древесно-бетонных композитов почти 100 лет назад, является немецкий патент DE 334431 C, представленный в 1919 году и утвержденный в 1921 году под названием «Decke aus hochkantig stehenden Holzbohlen oder Holzbrettern und Betondeckschicht (Конструкция перекрытия. построены из деревянных досок или деревянных досок с бетонной плитой) »(Mueller 1921).Интерес к этим типам конструкций в первую очередь мотивирован оптимальными характеристиками конструкции и стоимостью строительства (Yeoh et al .2011). По сравнению с классическими железобетонными композитными конструкциями, конструкции из древесно-бетонного композита (ТСС) имеют меньший вес и сохраняют приемлемую несущую способность. Естественное свойство древесины быть поглотителем CO 2 , а не источником CO 2 , делает ее благоприятной в свете предпринимаемых во всем мире усилий по сокращению выбросов парниковых газов.

Имея это в виду, использование легкого заполнителя бетона (LWAC) может увеличить преимущества более широкого использования структуры TCC за счет дальнейшего улучшения структурных характеристик, энергоэффективности и звукоизоляции, температуры и огня, все это может быть достигается при дальнейшем уменьшении веса конструкции (Kekanović et al. 2014).

Использование композитных плит перекрытия из древесины и легкого заполнителя бетона (TLCC) не имеет широкого распространения.Скорее всего, это результат отсутствия руководящих принципов в действующих нормах, определяющих конкретное использование LWAC в деревянно-бетонных композитных конструкциях. Это создает возможность для исследовательских усилий, направленных на практическое применение этих типов конструкций в строительстве.

Для классических TCC эффективность системы TLCC в значительной степени зависит от свойств прослойки бетон-древесина, поскольку она имеет большое влияние на реакцию конструкции.Балки, изготовленные из ТСС и механических креплений, демонстрируют определенное скольжение в этом промежуточном слое при приложении внешней нагрузки. Это делает выбор застежки важным решением в процессе проектирования. Крайне важно определить характеристики проскальзывания прослойки бетон-древесина, чтобы сделать надежные прогнозы относительно поведения конструкции при внешней нагрузке. Величина проскальзывания зависит от типа применяемых креплений, их шага, формы, способа установки и других факторов.Когда клей используется в качестве метода крепления, промежуточный слой считается жестким, что означает, что соединение между деревом и бетоном является фиксированным, поперечное сечение может быть спроектировано как однородное и может применяться теория расчета противоскольжения. Затем конструкция сводится к классическому подходу к проектированию, который используется для однородных поперечных сечений. Напротив, когда используются механические крепежные детали, наблюдается частичное соединение материала, и конструктивный дизайн в этих случаях должен учитывать поведение скольжения под нагрузкой в ​​прослойке бетон-древесина.Текущая практика проектирования использует определение модуля скольжения, основанное на кривой нагрузки-скольжения, для расчета деформации конструкций TCC.

Механические крепежные детали демонстрируют нелинейное поведение скольжения при нагрузке (He и др. 2016; Xie и др. , 2017), поэтому расчеты деформации должны включать в расчет конструкции несколько значений модуля скольжения. Чеккотти (1995) предложил два значения: K ser для предельного состояния по эксплуатационной пригодности и K u для предельного состояния.Модуль скольжения K ser определяется как секущий модуль при 40% разрушающей нагрузки, в то время как K u определяется как секущий модуль при 60% разрушения или максимальной нагрузки.

Как правило, значения модуля скольжения определяются экспериментальным анализом в соответствии со стандартом EN 26891 (1991) для соединений, выполненных с помощью механических креплений в деревянных конструкциях. Согласно этому стандарту максимальная нагрузка определяется либо как сила, при которой образец достигает разрушения / разрушения, либо как сила, при которой скольжение достигает значения 15 мм.С учетом этого, K ser , используемый для предельного состояния эксплуатационной пригодности, определяется как секущая при 0,4 F est , где F est представляет собой оценку силы разрушения.

Однако, согласно EN 1995-1-1 (2004) для предельного состояния эксплуатационной пригодности, указывается, что K ser для стыков между деревом и бетоном следует рассчитывать на основе плотности древесины в древесине- деревянные соединения с помощью дюбелей, болтов и предварительно просверленных гвоздей, и это значение можно умножить на 2.Это значение, выраженное в Н / мм, рассчитывается по формуле. 1,

(1)

, где м, — объемная плотность деревянного элемента (кг / м 3 ), а d — диаметр крепежа (мм).

При использовании для проверки конечного предельного состояния модуль проскальзывания соединения ( K u ) равен (2/3) K ser согласно EN 1995-1-1 (2004).

Недавние экспериментальные исследования показали, что предложенный метод определения модуля упругости соединения в стандарте EN 1995-1-1 (2004) практичен, но он слишком упрощен и не принимает во внимание разнообразие современных решений для создания соединений в пределах эти типы композитных конструкций.Например, сравнивая аналитические результаты, полученные с использованием стандарта EN 1995-1-1 (2004), с экспериментальными результатами, Ceccotti et al . (2007) определили, что модуль скольжения клееных крепежных изделий, полученный экспериментально, значительно выше. Экспериментальные значения модуля скольжения были на 50% ниже, чем полученные в соответствии с EN 1995-1-1 (2004).

В рамках данной статьи модуль скольжения композитного соединения древесины и легкого бетона был определен экспериментально для четырех весовых категорий LWAC.Комбинированное действие древесины и легкого бетона было достигнуто с помощью вертикальных шурупов (рис. 1). Этот тип подключения был выбран потому, что он представляет собой наиболее широко используемый и рентабельный метод, который легко реализовать и не зависит в значительной степени от уровня квалификации рабочей силы. Результаты, полученные экспериментально, сравнивались с результатами, полученными в стандарте EN 1995-1-1 (2004).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Материалы и методы

Для этого анализа были выбраны четыре типа моделей, которые соответствуют типичным плитам перекрытия, изготовленным с использованием решения TCC, которое ранее исследовал Козарич (2015).Все модели имели идентичные геометрические свойства и застежки. Весовая категория LWAC варьировалась. Краткий обзор моделей и классов бетона по весу согласно EN 1992-1-1 (2004), а также смесей на кубический метр легкого бетона приведен в таблице 1. Бетонные смеси состояли из измельченного пенополистирола (EPS ) (Kekanović et al. 2014), портландцемент (класс 42,5), заполнитель (размер от 0 мм до 4 мм), вода и синтетические полипропиленовые волокна (длина = 6 мм) (SIKA AG, Баар, Швейцария).

Таблица 1. Весовой класс и прочность на сжатие применяемого LWAC

Модели изготовлены из балок ели ( Abies alba ). Древесина ели была приобретена у австрийской компании Holzhof-Schmidt GmbH (Аспангберг-Санкт-Петер, Австрия) с сертификатом прочности по классу C16. Средняя плотность древесины ( м ) была определена с использованием образцов, взятых из той же партии древесины, которая использовалась в экспериментальном исследовании, и оказалась равной 383.5 кг / м 3 . Среднее содержание влаги в образцах составляло 11,8%. Согласно EN 408: 2010, экспериментальное определение модуля упругости при изгибе и жесткости на изгиб для выбранной древесины дало значения 9,12 ГПа и 17,21 МПа соответственно.

Соединение деревянной балки и бетонной плиты было выполнено с помощью типичных винтов с шестигранной головкой диаметром 10 мм и длиной 150 мм (рис. 1). Винты устанавливались перпендикулярно продольным осям бруса с шагом 20 см.Десять сантиметров их длины были заделаны в дерево, а 5 см оставалось закрепить в бетоне.

Относительное соотношение модуля упругости LWAC с общим весовым классом (AWC) 1,4 и выбранной древесины имеет значение, близкое к 1,0. Это соотношение ниже для AWC 1.2 и выше для AWC 1.6 и 1.8. Стяжные шурупы, использованные в этом эксперименте, были стандартным продуктом, и их механические свойства соответствовали стальным шурупам с шестигранной головкой для дерева в соответствии со стандартом DIN 571, i.е. значительно превосходит механические свойства LWAC и древесины.

Поскольку не существует специальных стандартов для композитных конструкций из дерева и легкого бетона, модуль скольжения был определен на основе моделей и процедур, предусмотренных в EN 1995-1-1 (2004). Подобные модели были исследованы Стевановичем (2004). Геометрия и форма предложенных моделей оказались простыми для построения и надежными с точки зрения полученных результатов и их применения.

Рис. 1. (a) Стягивающий винт, используемый для испытания / оценки модуля скольжения; (б) расстояние между винтами; и (c) деревянный брус, покрытый пленкой ПВХ

Частичное изображение изготовления образцов представлено на рис. 2. Размеры и описание образцов приведены на рис. 3. Всего было изготовлено 12 образцов для экспериментальной оценки модуля скольжения (рис. 2). Для каждой модели было по три образца, которые описаны в таблице 1.

Фиг.2. (а) Деталь образца перед заливкой бетона; (б) заливка бетона; и (c) все 12 образцов готовы к испытаниям

Рис. 3. Форма и размеры образцов для оценки модуля скольжения. Размеры указаны в см.

Испытания образцов проводились в соответствии с EN 26891 (1991). Усилие прикладывали к деревянному участку образца с помощью 20-миллиметровой стальной подкладки, которую помещали по всей верхней поверхности древесины для обеспечения равномерного распределения нагрузки.Бетонная часть образца опиралась на горизонтальную стальную пластину прибора для испытания на сжатие. Усилие прикладывали на универсальной испытательной машине (П-250, Милаформ-Сервис, Нефтекамск, Россия). Приложенная сила контролировалась датчиком нагрузки сжатия 200 кН (точность 0,02%) (CZL110D, SAH Electronics, Белград, Сербия) и контроллером дозирования (LH8-IRRD, SAH Electronics). Деформация / скольжение на поверхности между деревом и бетоном измерялась цифровыми штангенциркулями (MIB Messzeuge GMBH, Spangenberg, Германия) с максимальным диапазоном прогиба 150 мм и 0.Чтение 01 мм. Одновременный сбор данных с тензодатчика и цифровых измерителей (Szegedi и др. , 2015) проводился с частотой 4 Гц (система сбора данных Caliper, Su-Tech, Суботица, Сербия). Каждый образец был снабжен четырьмя штангенциркулями, по два с каждой стороны образца, в непосредственной близости от поверхности стыка между деревом и бетоном, чтобы максимизировать точность измерений (рис. 4). Измерения проводились от середины высоты образца, что соответствовало середине расстояния между винтами.Корпус каждого суппорта был прикреплен к деревянной балке, а его нижний конец располагался на стальном кронштейне, приклеенном к бетону (рис. 4).

Рис. 4. (а) Образец во время испытаний и (б и в) положение штангенциркуля относительно образца

Нагрузка была приложена в соответствии с процедурой, приведенной в EN 26891 (1991). Первоначально для каждого образца была определена расчетная максимальная нагрузка, и приложение 40% этой нагрузки было приложено в течение 2 минут.После этого следовали постоянный уровень нагрузки в течение 30 с, а затем образец разгружали в течение 1,5 мин до тех пор, пока не было достигнуто 10% от расчетной максимальной нагрузки. Эта нагрузка поддерживалась постоянной в течение 30 с, а затем происходила окончательная нагрузка образца до тех пор, пока не произошел разрушение или не было измерено максимальное смещение 15 мм (рис. 5). Общее время тестирования для каждого образца составляло примерно 10 мин. После завершения первого образца каждой модели оставшиеся два образца были протестированы в соответствии с той же процедурой, но первоначально оцененное максимальное значение нагрузки было заменено максимальным значением нагрузки, зарегистрированным во время тестирования первого образца.

Рис. 5. Порядок приложения силы согласно EN 26891 (1991)

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Для тестируемых образцов приведены следующие графики усилий vs . смещения ( F δ ) (рис.6 и 7).

Рис. 6. Кривые нагрузки-проскальзывания ( F -) для испытательных групп G1 (a) и G2 (b)

Рис.7. Кривые нагрузки-проскальзывания ( F -) для испытательных групп G3 (a) и G4 (b)

Экспериментальные исследования стыков древесины и легкого бетона показали, что кривые скольжения нагрузки не являются линейными. Тот факт, что диаграммы F — не были линейными, следовательно, показал, что модуль скольжения также не был линейным и был различным практически для каждого шага нагрузки.

Согласно EN 26891 (1991), определение модуля скольжения K ser определяется как секущий модуль при 0.4 F est ,

(2)

(3)

, где n — количество соединителей, i, mod — модифицированное смещение (мм), полученное с помощью уравнения. 3, 04 — это смещение (мм), измеренное при 0,4 F est , а 01 — смещение (мм), измеренное при 0,1 F est .

Проверка несущей способности была получена путем предположения модуля скольжения, где K u составляет (2/3) K ser .Для расчета модуля скольжения F est был скорректирован и заменен на максимальное усилие ( F max ), что является стандартной процедурой при условии, что оно показало разницу более чем на 20% с F est . В этом случае смещения 04 и 01 были взяты из диаграмм F — и оценены по скорректированному значению F est , , т.е. F max .Максимальной нагрузкой во время экспериментальных испытаний была либо нагрузка, зарегистрированная при разрыве, либо смещение / скольжение 15 мм.

На основе вышеупомянутой методологии определения модуля скольжения и с использованием диаграмм F K ser был определен для 0,4 F est , и средние значения были определены для каждой модели. (G1, G2, G3 и G4). Эти значения приведены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2. Результаты испытаний для всех образцов

Таблица 3. Модуль скольжения , полученный в результате испытаний в соответствии с Еврокодом 5

Жесткость соединения ( k ) представляет собой соотношение между модулем скольжения ( K ) и расстоянием между соединителями ( s ) ( k = K / s ) (Demarzo и Тацитано 2000). В рамках экспериментальной работы, представленной в данной статье, разъемы устанавливались на эквидистантном расстоянии 20 см.Расчетные значения жесткости шарниров для всех четырех моделей приведены в таблице 4.

Таблица 4. Жесткость соединения для испытанных моделей

Последующий анализ видов разрушения образцов показал, что соотношение прочности между бетоном и деревом играет важную роль. Образцы с AWC 1.2 и 1.4 показали режим отказа с вращением (He и др. 2016), (рис.8), тогда как образцы с AWC 1.6 и 1.8 показали режим отказа, который появился в LWAC (рис.9). Общий вид разрушения для всех образцов был вязким, состоял из единичной пластической деформации без внезапного распространения. Наблюдаемые виды разрушения показывают, что их форма зависит от прочности бетона, которая в случае LWAC может быть ниже, чем у древесины.

Рис. 8. Виды разрушения древесины — LWAC (а) AWC 1.2 и (б) AWC 1.4

Рис. 9. Виды разрушения древесины — LWAC (а) AWC 1.6 и (б) AWC 1.8

Анализ полученных результатов показал, что экспериментально определенный модуль скольжения для тестируемых моделей варьировался в зависимости от класса легкого бетона. В целом максимальная нагрузка для всех образцов увеличивалась по мере увеличения плотности легкого бетона, как и ожидалось, в то время как модуль скольжения уменьшался при изменении класса бетона с 1,2 до 1,4 и немного увеличивался при изменении класса с 1,6 до 1,8 ( Рис.10). Такое поведение не могло бы наблюдаться, если бы использовались только рекомендации кода, где расчетная жесткость соединения для тестируемой модели составляла 32.65 МПа для предельного состояния по пригодности к эксплуатации и 21,75 МПа для предельного состояния, независимо от класса LWAC. Проведенные испытания показали, что когда речь идет об использовании LWAC в структурах TLCC, выражения модуля скольжения должны быть изменены, чтобы включить свойства LWAC. Эти результаты могут мотивировать дальнейшие исследования, которые будут включать больше образцов TLCC с различными классами LWAC и механическими свойствами, что позволит более точные рекомендации по модулю скольжения в этих типах структур и, таким образом, расчистить путь для их более широкого использования.

Рис. 10. Зависимость модуля скольжения (а) и предельной силы (максимальной нагрузки) (б) от класса легкого бетона для всех испытанных образцов

ВЫВОДЫ

  1. Модуль скольжения и жесткость соединения были значительно ниже значений, полученных в результате применения рекомендаций EN 1995-1-1 (2004).
  2. Экспериментально полученные значения и расчетные значения различались на 25% для класса LWAC 1.2 и примерно на 50% для классов LWAC 1.6 и 1.8
  3. Рекомендации кодов по модулю скольжения оказались завышенными для структур TLCC. В стандарте EN 1995-1-1 (2004) модуль скольжения определен для конструкций TCC с обычным бетоном, где ожидается, что поведение деревянных балок будет определяющим фактором, когда дело доходит до промежуточного слоя бетон-древесина. Однако в случае структур TLCC это экспериментальное исследование показало, что поведение скольжения также может определяться LWAC и зависит от класса LWAC и механических свойств.
  4. Представленные экспериментальные исследования показали, что для классов LWAC 1.4 и 1.6 поведение скольжения под нагрузкой и разрушение соединения могут определяться как свойствами древесины, так и LWAC из-за их схожих механических свойств. Модуль скольжения для LWAC с более высокой прочностью на сжатие (класс LWAC 1.8 в этой статье), хотя он все еще ниже, чем рекомендованный в кодексе, показал постепенное увеличение, что приблизило его к значениям, указанным в рекомендациях кодекса.

БЛАГОДАРНОСТИ

Это исследование было частично профинансировано инженерно-строительным факультетом в Суботице в соответствии с пунктом 23 «Руководства по передаче знаний и сотрудничеству с промышленностью».

ССЫЛКИ

Чеккотти, А. (1995). «Деревянно-бетонные композитные конструкции», в: Timber Engineering STEP 2: Design — Details and Structural Systems , H. J. Blass (ed.), Centrum Hout, Zaandam, The Netherlands.

Чеккотти А., Фраджакомо М. и Джордано С. (2007). «Долговременные испытания и испытания на обрушение композитной балки из дерева и бетона с вклеенным сборником», Mater. Struct. 40 (1), 15-25. DOI: 10.1617 / s11527-006-9094-z

EN 1992-1-1 (2004).«Еврокод 2: Проектирование бетонных конструкций — Часть 1-1: Общие правила и правила для зданий», Европейский комитет по стандартизации, Брюссель, Бельгия.

EN 1995-1-1 (2004). «Еврокод 5: Проектирование деревянных конструкций — Часть 1-1: Общие — Общие правила и правила для зданий», Европейский комитет по стандартизации, Брюссель, Бельгия.

EN 26891 (1991). «Деревянные конструкции — Соединения, выполненные с помощью механических креплений — Общие принципы определения характеристик прочности и деформации», Европейский комитет по стандартизации, Брюссель, Бельгия.

Демарцо, М.А., Тацитано, М. (2000). «Полужесткие композитные балки из древесно-бетонного тавра», Всемирная конференция по деревообрабатывающей промышленности, курорт Уистлер, Британская Колумбия, Канада.

Хе Г., Се, Л., Ван, X., Йи, Дж., Пэн, Л., Чен, З., Густафссон, П. Дж., И Крочетти, Р. (2016). «Исследование поведения при сдвиге деревянных бетонных композитных конструкций с помощью болтов», BioResources 11 (4), 9205-9218. DOI: 10.15376 / biores.11.4.9205-9218

Кеканович, М., Кукарас, Д., Чех, А., и Караман, Г. (2014). «Легкий бетон с переработанным измельченным заполнителем пенополистирола», Technical Gazette 21 (2), 309-315.

Козарич, Л. (2015). «Вибрации отремонтированных деревянных полов, вызванные деятельностью человека», Wood Res.-Slovakia 60 (4), 663-670.

Мюллер, П. (1921). «Decke aus hochkantig stehenden Holzbohlen oder Holzbrettern und Betondeckschicht (Конструкция пола из деревянных досок или деревянных досок с бетонной плитой)», патент Германии DE 334431 C.

Стеванович, Б. (2004). «Экспериментальный и теоретический анализ древесины: бетонные композитные балки с механическими соединителями», Mater. Struct. 47 (1-2), 29-46.

Сегеди А., Сегеди М. и Кукарас Д. (2015). «Универсальный регистратор данных для электронных измерительных устройств», в: Труды Международной конференции «Современные достижения в строительстве» , Суботица, Сербия.

Xie, L., He, G., Wang, A., Gustafsson, P.J., Crocetti, R., Чен, Л., Ли, Л., и Се, В. (2017). «Прочность на сдвиг соединителя шпилька-паз в структуре из клееного бетона и композитного материала», BioResources, 12 (3), 4690-4706. DOI: 10.15376 / biores.12.3.4960-4706

Йео, Д., Фраджакомо, М., Де Франчески, М.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *