Введение. В условиях развития строительства стальных каркасов многоэтажных гражданских зданий особую актуальность приобретает вопрос рационального проектирования монтажных стыков колонн, исходя из знаний о действительном характере напряженно‑деформированного состояния колонн. Данные стыки являются одними из ключевых узлов, определяющих несущую способность, устойчивость и пространственную жесткость каркаса. Нормативные документы содержат ограниченные рекомендации по выбору типа стыка в зависимости от напряженно‑деформированного состояния колонн, что требует дополнительных исследований и расчетно‑аналитических обоснований.

Материалы и методы. В работе выполнено параметрическое исследование напряженно‑деформированного состояния основных типов монтажных стыков колонн: стык с фрезерованным торцом, сварной и болтовой стыки на накладках, фланцевое соединение. Исследование работы стыков выполнено для наиболее распространенных в практике строительства типов каркасных систем. В качестве основного критерия, определяющего применимость типа стыка, выбран относительный эксцентриситет действия продольной силы в колонне. Расчетные усилия получены на основе линейного расчета пространственных моделей каркасов в ПК ЛИРА-САПР. Анализ работы узлов выполнен компонентным методом конечных элементов в ПК IDEA Statica. Критерием оценки эффективности соединений принят коэффициент использования несущей способности элементов стыка (сварных швов, болтов, пластин), а также показатели металлоемкости и скорости монтажа.

Результаты. Установлена зависимость коэффициента использования деталей и соединений монтажных стыков относительного эксцентриситета и типа каркаса. Определены области рационального применения различных типов стыков: при m ≤ 0,1 – стык с фрезерованным торцом, при 0,1 < m ≤ 2 – сварной стык на накладках и фланцевый, при 2 < m ≤ 5 – сварной и болтовой стыки на накладках, при m > 5 – болтовой стык на накладках. Выявлена нецелесообразность использования зазора между элементами колонн в соединениях на накладках и нерациональность использования физических методов контроля монтажных стыков колонн при m ≤ 0,1.

Выводы. Разработан алгоритм выбора рационального типа монтажного стыка колонн с учетом расчетных, конструктивных, монтажных и экономических критериев. Внедрение рекомендаций позволяет оптимизировать проектные решения, снизить металлоемкость и трудоемкость монтажа.

Введение. Статья посвящена аналитическому обоснованию работы прогонов в качестве распорки на основании изучения механических процессов и напряженно-деформированного состояния. В работе представлены дополнительные факторы, характеризующие включение прогона в совместную работу с конструкциями покрытия, такие как чернота отверстия болта, сила затяжки болтового соединения, влияние эксцентриситета опирания прогона к верхнему поясу фермы. В результате исследования установлено, что податливость соединения прогона к верхнему поясу фермы не является основанием для запрета применения прогона в роли распорки и не ухудшает его механические показатели.

Методы. Для оценки влияния податливости соединения выполнен анализ перемещений прогонов при работе в составе конструкций покрытия, в том числе с учетом эксцентриситета прикрепления, в пространственной постановке задачи, с учетом значения усилия затяжки болтов и влияния сил трения. Для численного расчета конструкций прогонов использован метод конечных элементов, реализованный в программном комплексе ЛИРА САПР. Предварительно прогон рассматривался как как изгибаемый стержень (балка) на нагрузки от собственного веса, веса кровли, ветра и снега.

Результаты. Перемещения верхних поясов по направлению действия горизонтальной нагрузки превышают размер люфта (1 – 1,5 мм) и варьируются в диапазоне от 0,324 мм до 3,2 мм. Таким образом, перемещения поясов фермы превышают запас податливости соединения и характеризуют срабатывание чернового отверстия, включая в работу болтовое соединение прогона к поясу фермы. Включение прогона в работу панели верхнего (сжатого) пояса фермы происходит за счет срабатывания люфта и превышающего его по значению расчетного начального несовершенства. В методику расчета центрально-сжатых стержней заложены несовершенства, превышающие по значению черноту отверстия, характеризуя тем самым незначительность возможного начального люфта. Сила трения, возникающая при неконтролируемой затяжке болтового соединения прогона к ферме, не может полностью препятствовать сдвигающим силам, заставляя срабатывать люфт и включать прогон в работу с верхними поясами ферм покрытия.

Обсуждение. Опирание прогона на верхний пояс с вертикальным эксцентриситетом незначительно влияет на перемещения конструкций покрытия из плоскости своей работы, позволяя не учитывать данный параметр в расчетной схеме. Нагружение прогона усилиями сжатия благоприятно влияет на несущую способность прогона, уменьшая пролетный момент. Крепление прогонов, как и связей, осуществляется на болтах с одинаковой точность (с одинаковой чернотой отверстия). Срабатывание черноты отверстия болтового соединения включает в работу прогон, точно также, как включаются в работу связи и распорки.

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.