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.

Введение. Балочные системы, несмотря на их простоту, являются наиболее распространенными типами систем строительных конструкций. Проектирование начинается с компоновки, в результате которой выбирается схема расположения ригелей (главных и рядовых), тип сопряжения (шарнирный или жесткий), выбирается основной критерий назначения шага рядовых ригелей. Проектное обоснование назначаемой компоновочной конструктивной схемы и выбор наиболее рационального решения позволяет сократить расходы на этапах жизненного цикла здания, таких как строительство, эксплуатация, реконструкция или модернизация. Накопленный и проанализированный объем типов примененных эксплуатируемых конструктивных решений покрытий гражданских зданий, множественные данные о характере развития и реализации повреждений в конструкциях данного типа, позволяют обосновано сформулировать цель исследования, которая заключается в расчетном обосновании предложенных принципов и критериев разработки рациональной конструктивной схемы балочных покрытий.

Методы. Для реализации указанной цели выполнены численные исследования с учетом варьирования наиболее значимых параметров, изменение которых влияет на результат поиска рациональных конструктивных схем балочных покрытий.

Результаты. По результатам систематизации данных выполненной работы предложен алгоритм создания рационального конструктивного решения балочных покрытий нетиповой геометрии. Алгоритм апробирован при нахождении рационального решения покрытия эксплуатируемого здания нетиповой формы размерами в плане 60,0 × 36,0 м.