CC BY
6Т Е Х Н И Ч Е С К И Е
НАУКИ С.Д. Содиков
К ВОПРОСУ ОБ ОЦЕНКЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СЕЧЕНИЙ ЛЕГКИХ ТОНКОСТЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
В статье представлен подход, учитывая преимущества ЛСТК и сложности их расчета, по которому, возможно количественно оценить эффективность профилей легких тонкостенных конструкций по сравнению с классическими прокатными профилями на основе сравнения геометрических параметров их сечений. При расчетах учтено редуцирование площади сечения, и их эффективности с точки зрения металлоемкости.
Ключевые слова: Редукция сечений, эффективность сечений,
ЛСТК.
Введение. Легкие стальные конструкции отличаются малой металлоемкостью, достигнутой благодаря рациональной конструктивной форме, оптимальным размерам сечений, использованию стали повышенной прочности. Кроме того, ЛСТК характеризуется доступностью изготовления и транспортировки, высокой технологичностью, скоростью возведения и, что немаловажно, снижением затрат на строительство объекта, начиная с нулевого цикла.
Тонкостенные холодногнутые профили в основном используются в качестве элементов конструкций второго сорта. К ним причисляют: кровли (см. рис 1. а), прогоны, фахверк промышленных зданий (см. рис 1. б) и т.д. Еще ЛСТК используют при изготовлении стеллажей для складских и промышленных помещений. Большинство таких конструкций имеют специальные зажимы или болтовые соединения для облегчения сборки (см. рис 1. в). Использование элементов ЛСТК в данных сферах обуславливается в первую очередь легкостью в сочетании с быстрым монтажом и наличием цинкового покрытия.
За последние 30 лет наблюдается растущая тенденция к использованию тонкостенных холодногну-тых стальных профилей в качестве основных конструктивных элементов при строительстве жилых домов низкой и средней этажности, многоэтажных коммерческих зданий и производственных зданий с небольшим пролетом.
© С.Д. Содиков, 2023.
Научный руководитель: Кузнецов Алексей Юрьевич - кандидат технических наук, доцент, Санкт-Петербургский архитектурно-строительный университет, Россия.
в)
Рис. 1. Второстепенные конструкции из элементов ЛСТК а) прогоны кровли; б) стеновой фахверк; в) складские стеллажи
В прошлой статье1 был сделан вывод что нужно сделать расчет с использование методики [1] в части местной потери устойчивости и устойчивости потери формы сечений.
Классификация видов сечений ЛСТК. Для тонкостенных стальных элементов, как горячекатаных, так и холодногнутых, характерно проявление альтернативных локальных форм потери устойчивости. Это связано с искажением сечения при локальном выпучивании отдельных пластичных элементов сечения при сжатии (стенок, полок и т.д.). Величина сжимающих напряжений для локального выпучивание, завысить от толщины элемента, составляющего сечение профиля. Чем тоньше элементы, тем меньше величины сжимающих напряжений. Учитывая такую данность, можно сделать вывод, что в зависимости от относительной толщины сечений согласно [2, 3] принято классифицировать сечения по уровню относительных деформаций, соответствующих проявлению эффектов локальной потери устойчивости (Рис 2.)
1 Содиков С.Д. «Общие принципы проектирования и вопросы эффективности применения конструкций из легких тонкостенных профилей»/ «Сборник докладов»/2023 г.
Рис. 2. Классификация видов сечений
Первый класс сечений: К этому классу сечений относятся, профили гораздо развитыми по толщине стенками и полками и для которых характерно отсутствие теоретической возможности появления локального изгиба в пластической работе. Такие виды профилей, предельно концентрируют материал у центра сечения и из-за этого хорошо работают в сильно нагруженных коротких сжатых элементах.
Второй и третий класс сечений: К этому классу сечений относятся преимущественно часто применяемые горячекатаные профили, для которых местная устойчивость чаще всего обеспечена вплоть до исчерпания несущей способности материала. У сечений классов 2 и 3 уровень деформаций при проявлении первых локальных форм близок к предельным значениям образования пластического шарнира Мршк и перехода в упругопластическую стадию работы МеШк материала соответственно.
Четвертый класс сечений: К этому классу сечений относятся, профили возможностью проявление потеря местной устойчивости. Местная потеря устойчивости, появляется на ранних этапах нагружения, то есть в упругой стадии работы материала. Толщина профилей таких элементов обычно рана 4 мм и менее.
В данной статье, мы рассмотрим легкие стальные тонкостенные конструкции из холодногнутых профилей который относятся к четвертому классу сечений.
Эффективности профилей ЛСТК. Теоретический допускают, снижении потенциальной несущей способности легких стальных тонкостенных конструкций, при возможности реализации локальных форм потери устойчивости у элементов. Однако, несмотря на это, для сжато-изгибаемых и сжатых элементов профилей 4-го класса сохраняют превосходство с точки зрения эффективности использования материала в сравнении с классическими профилями 2-го и 3-го классов сечений. В рисунке (Рис 3.) представлены графики изменения основных характеристик сечений из спаренных С-образных профилей (A, Wy, Wz). У них одинаковая общая площадь A и постоянная соотношения h/b в зависимости от значения параметра относительного периметра S/t.
технологический
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 Относительный периметр S/t
Рис. 3. Графики эффективности основных характеристик сечений легких тонкостенных конструкций (при действии одного компонента нагрузки)
Если площадь всего сечения (S) / толщина листа (t) <100, то потеря местной устойчивости при любом уровне усилий вплоть до расчетного сопротивления не происходит и профиль может быть причислен к классам сечений 1,2,3. При увеличении значений S/t характеристики сечений продолжают возрастать, но не столь существенно, как могли бы, если бы эффекта потери местной устойчивости в ЛСТК не существовало. В диапазоне параметров S/t=200.. .300 сечение достигает своей пик эффективности. Эти соотношение сторон сечения можно считать оптимальными, обладающих максимальной эффективностью. Значение S/t можно увеличить настолько, насколько это возможно, но влияние местной устойчивости становиться настолько большим, что перестает перекрывать рост характеристик за счет разнесения данного материала относительно центра тяжести. В итоге, графиком показано, что, применяя тонкостенные элементы, можно добиться до 35.40% экономии по сравнению с горячекатаными профилями.
Выводы. Легкие стальные тонкостенные конструкции из холодногнутых профилей позволить добиться существенной экономии как по расходу стали, так и по скорости производства, транспортировки и монтажа, в том числе за счёт отказа от применения грузоподъемных механизмов. По предлагаемому подходу в оценки эффективности можно решить задачу определения оптимальных толщин профилей элементов ЛСКТ и соотношения размеров сечений в зависимости от конкретных усилий в элементах.
Библиографический список:
1.СП 260.1325800.2016. Конструкции стальные тонкостенные из холодногнутых оцинкованных профилей и гофрированных листов/ Минстрой России. - М.: 2016 - 124 с.
2.Eurocode 3. Design of Steel Structures. Part 1.1 General rules and rules for buildings. CEN. 2004.
3.AISI-S100-2016. North American Specification for the design of cold-formed steel structural members. Washington: American Iron and Steel Institute, 2016. 198 p.
4.СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*» (с Поправкой, с изменениями N 1, 2). - М., 2017г.
5.Кузнецов, А.Ю., Прочность и пространственная устойчивость составных стержневых элементов конструкций из холодногнутых профилей: дисс. ... к-та тех. наук: 05.23.01 / А.Ю. Кузнецов; СПбГАСУ. - СПб., 2013. - 25с.
6.Легкие стальные тонкостенные конструкции (ЛСТК). Проектирование, изготовление, монтаж. Учебное пособие для ВУЗов / Астахов И.В., Кузнецов А.Ю,, Гудков А.Н., и др.; под общей ред. Зверева В.В. - М.: Издательство «Перо», 2023 - 412 с., ил.
СОДИКОВ СУБХОНИТДИН ДЖАМШЕДОВИЧ- магистрант, Санкт-Петербургский архитектурно-строительный университет, Россия.
