Напряженно-деформированное состояние стальных прогонов при работе в составе конструкций покрытий каркасных зданий

DOI: 10.37153/2618-9283-2024-6-42-63

Авторы:  
Рубрики:    Теоретические и экспериментальные исследования, научно-технические разработки   
Ключевые слова: напряженно-деформированное состояние, конструкции покрытий, стальной прогон, стропильная ферма, сжатый пояс фермы, распорка, диск покрытия, работа под нагрузкой, пространственная работа, расчетная панель пояса, плоскость фермы, плоскость горизонтальных связей, эксцентриситет примыкания, податливые связи, чернота отверстия
Аннотация:

Введение. Актуальность исследуемой темы обоснована несоответствием данных эксплуатации широкой линейки реализованных по типовым сериям проектов стальных конструкций покрытий зданий с указаниями дополнения к п. 15.4.6 СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» (изм. 3) об ограничении применения прогонов в качестве элементов связей.

Цель. Расчетно-аналитическое обоснование механического процесса работы прогона в составе конструкций покрытия и явление изменения его напряженно-деформированного состояния в процессе нагружения для действительных условий сопряжения с поясами ферм.

Материалы и методы. Особое внимание уделено однопролетным прогонам и их роли в качестве раскрепляющих элементов сжатых поясов ферм при работе в направлении из плоскости фермы. Для численного расчета конструкций прогонов использован метод конечных элементов, реализованный в программном комплексе ЛИРА САПР. Предварительно прогон рассматривался как изгибаемый стержень (балка) на нагрузки от собственного веса, веса кровли и снега.

Результаты. Обоснована работа прогонов в качестве распорок, разделяющих сжатые пояса ферм на расчетные отсеки. Установлено, что фиктивная сила, возникающая от обжатия верхних поясов ферм, не оказывает решающего влияния на несущую способность прогонов, а обладает разгружающим эффектом при совмещении работы прогона на действие поперечной нагрузки. Изучено влияние определяющих факторов, характеризующих включение прогона в совместную работу с конструкциями покрытия, таких как чернота отверстия болта, сила затяжки болтового соединения, влияние эксцентриситета опирания прогона к поясам ферм.

Выводы. Проведенные исследования позволили сделать заключение о следующем: прогон является внецентренно-нагруженным стержнем, воспринимающим нагрузки от собственного веса конструкций, снега, ветра и фиктивных сил; контрольными параметрами установлено, что включение прогона в работу как раскрепляющего элемента происходит; совмещение функций несущей конструкции и распорки в одном элементе повышает показатели прочности прогона.

Используемая литература:

1.    Стрелецкий Н.С. Избранные труды / под ред. Е.И. Белени. Москва: Стройиздат, сост.: Е.И. Беленя, Н.Н. Стрелецкий, Н.П. Мельников и др. 1975. 422 с.

2.    Катюшин В.В. Здания с каркасами из стальных рам переменного сечения (расчет, проектирование, строительство). Москва: ОАО «Издательство «Строиздат». 2005. 656 с.

3.    Туснина О.А. Работа связей в покрытии промышленного здания со стальным каркасом // Промышленное и гражданское строительство. 2019. № 1. С. 37–42.

4.    Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы конструкций: Учеб. для строит. вузов / В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов и др.; Под ред. В.В. Горева. 3-е изд., стер. Москва: Высшая школа. 2004. 551 с.

5.    Платонова И.Д., Лемешева К.С. Выявление рациональной схемы стальных прогонов покрытия при проектировании усиления // Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений: Материалы 18-ой Международной научно-практической конференции. Новочеркасск, 22 октября 2019 года. Новочеркасск: ООО «Лик». 2019. С. 24–29.

6.    Молочкова А.Ю., Соловьева О.Н. Особенности соединения металлических конструкций // Современное строительство и архитектура. 2023. № 5(36). DOI 10.18454/mca.2023.36.1.

7.    Легалова Т.Е., Кикоть А.А. Анализ схем раскладки прогонов из холодногнутых профилей // Ползуновский альманах. 2017. № 2. С. 152–156.

8.    Голиков А.В., Байрамов А.А., Мельникова Ю.А., Якимив П.В., Соловьева А.С. Анализ эффективности применения отдельных конструктивных решений стальных прогонов в покрытиях арочного типа // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. 2022. № 3(52). С. 47–63.

9.    Zinkova V.A. Optimization of the structure of flat metal tube trusses. Lecture notes in civil engineering. 2021; 95:213–218. DOI: 10.1007/978-3-030-54652-6_32.

10.              Marshall J. (2015). Buckling-Restrained Braces and Their Implementation in Structural Design of Steel Buildings. 10.1007/978-3-642-35344-4_313.

11.              Luan W., Li Y. State-of-the-Art on Research of Bending Behavior of Cold-Formed Purlins Supporting Lightweight Steel Roof Systems. Progress in Steel Building Structures. 19. 10–19 and 52. 10.13969/j.cnki.cn31-1893.2017.04.002.

12.              Фарфель М.И., Гукова М.И., Кондрашов Д.В., Коняшин Д.Ю. Вынужденное усиление каркаса здания производственно-складских помещений в г. Хотьково Московской области // Вестник НИЦ Строительство. 2019. № 3(22). С. 112–120.

13.              Лебедева И.В., Фарфель М.И., Коняшин Д.Ю., Березин М.М. Экспериментальное исследование распределения снеговых нагрузок на покрытии большой спортивной арены «Лужники» // Вестник НИЦ Строительство. 2022. № 4(35). С. 40–61. DOI 10.37538/2224-9494-2022-4(35)-40-61.

14.              Ведяков И.И., Фарфель М.И., Гукова М.И. О дополнении в СП 16.13330.20417 требований по установке связей // Строительная механика и расчет сооружений. 2021. № 5. С. 35–40.

15.              Саламахин П.М. К проектированию сжатых и внецентренно сжатых элементов металлических конструкций с использованием их оптимальной гибкости // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2006. № 1. С. 63–73.