СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДИК РАСЧЕТА НЕСУЩИХ РАМ МАНСАРДНОГО ЭТАЖА ИЗ ХОЛОДНОГНУТЫХ
ОЦИНКОВАННЫХ ТЕРМОПРОФИЛЕЙ
Научный руководитель , канд. техн. наук, доцент
Вологодский государственный университет
г. Вологда
Самым простым и эффективным техническим решением при реконструкции зданий является надстройка мансардных этажей. Современные технологии позволяют выполнять данный вид работ без отселения жильцов. Главным преимуществом мансардных этажей является возможность в короткие сроки и с минимальными затратами увеличить плотности заселения в сформировавшейся городской застройке.
В качестве строительных материалов для несущих конструкций мансарды могут быть использованы дерево, металлы, сборный и монолитный бетон, а также комбинации указанных материалов в зависимости от требуемой долговечности и допускаемых стоимостных показателей. Но в последние годы повысился интерес к надстройке мансард именно благодаря внедрению экономичной и практичной технологии строительства на основе легких стальных тонкостенных конструкций, собранных из холодногнутого оцинкованного термопрофиля.
Основной проблемой для применения данной технологии на территории Российской Федерации является отсутствие действующих норм проектирования. В России существуют государственные нормативы (СНиП, СП) только для металлоконструкций толщиной от 4 мм. В Европе конструкции такого типа регламентируются нормами DIN и Еврокодами.
Такая ситуация позволяет недобросовестным производителям металлоконструкций нарушать правила проектирования ради снижения цены и может приводить к обрушению зданий. Из-за отсутствия чётких норм случаи применения ЛСТК в строительстве общественных зданий в России пока крайне редки. Такие проекты с трудом проходят государственную экспертизу, сильно удлиняется срок сдачи-приёмки зданий. [1]
Одним из вариантов решения проблемы является создание СП на основе Еврокода EN-1993-1-3 «Стальные конструкции. Общие правила: Дополнительные правила для холодноформованных тонкостенных элементов и профилированного листа». [2] Такую инициативу выдвинул Российский союз поставщиков металлопродукции и в 2006 году был издан проект свода правил «Конструкции стальные тонкостенные из холодногнутых оцинкованных профилей и гофрированных листов. Правила проектирования»[3], который до сих пор не введен в действие.
В данной работе производится сравнительный анализ методик расчета поперечной рамы мансардного этажа из холодногнутых оцинкованных профилей согласно Еврокоду и проекту СП.
Была запроектирован и рассчитан каркас мансардного этажа из поперечных рам, выполненных из тонкостенных термопрофилей. Пролет рамы - 12,6 м, высота - 3,55 м, шаг рам – 0,6 м. Конструктивное решение рамы представлено на рисунке 1.
Роль несущих конструкций рамы выполняют стоечные термопрофили ТС с сечением высотой 200 мм для элементов покрытия и высотой 150 мм для стоек. Покрытие выполнено из кровельной стали с полимерным покрытием по универсальной обрешетке. В качестве утеплителя используется RockWool Лайт Баттс. Изнутри сделана подшивка стекломагнезитовым листом в два слоя.
Рисунок 1 – Конструктивное решение поперечной рамы мансардного этажа
Конструкции были рассчитаны на действие постоянной, снеговой и ветровой нагрузок. Район строительства – город Вологда Вологодской области, Россия: IV снеговой район, I ветровой район. Геометрическая схема рамы представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Геометрическая схема поперечной рамы
Согласно обеим методикам первоначальным шагом в расчетах является определение геометрических характеристик эффективного (Еврокод) или редуцированного (СП) сечения. Это расчетное сечение, определяемое с учетом потери местной устойчивости. Редуцируют следующие характеристики: размеры и площадь поперечного сечения (bred, tred, Ared), момент сопротивления (Wred) и момент инерции (Ired). Методики определения эффективных сечений по Еврокоду и проекту СП аналогичны.
Далее производятся проверки несущей способности с учетом редуцированных характеристик по первому и второму предельным состояниям.
Проверка несущей способности по первому предельному состоянию при совместном действии сжатия и изгиба согласно Еврокода производится по следующим формулам:
, (1)
, (2)
где 
– расчетная несущая способность поперечного сечения по прочности при осевом сжатии;
– расчетная несущая способность поперечного сечения по прочности при изгибе относительно одной из главных осей;
– изгибающий момент относительно оси y-y;
– изгибающий момент относительно оси z-z;
– расчетная несущая способность поперечного сечения по прочности при изгибе относительно оси y-y;
– расчетная несущая способность поперечного сечения по прочности при изгибе относительно оси z-z;
– минимальная несущая способность по устойчивости при сжатии;
– несущая способность по потере устойчивости плоской формы изгиба.
Согласно проекта СП:
, (3)
, (4)
где 
; 
; 
; 
- дополнительные напряжения и усилия в сечении от изменения формы сечения за счет редукции сечения;
– сжимающее напряжение в зоне потери местной устойчивости;
– секториальный момент инерции полного сечения;
, 
– моменты инерции части сечения, потерявшего местную устойчивость относительно центра тяжести эффективного сечения;
, 
– координаты части сечения, потерявшего местную устойчивость относительно центра тяжести эффективного сечения.
В результате расчетов были получены аналогичные результаты согласно обеих методик, несмотря на расхождения в расчетных формулах. Были подобраны стоечные термопрофили толщиной 1,5 мм.
Литература
1. ЛСТК [Электронный ресурс] // Материал из Википедии — свободной энциклопедии. – Режим доступа: https://ru. wikipedia. org/wiki/ЛСТК. – Датадоступа: 14.03.2016.
2. Гарднер, Л. Руководство для проектировщиков к Еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций EN 1993-1-1, 1993-1-3, EN 1993-1-8: пер. с англ. / Л. Гарднер, ; ред. серии X. Гульванесян; М-во образования и науки Росс. Федерации, ФГБОУ ВПО «Моск. гос. строит, ун-т» ; науч. ред. пер. . Москва : МГСУ, 2012. — 224 с. (Серия «Издано в МГСУ: Еврокоды». Науч. ред. серии ).
3. Проект СП Конструкции стальные тонкостенные из холодногнутых оцинкованных про-филей и гофрированных листов. Правила проектирования. – Минстрой России, М., 2014.
