В отечественной практике проектирования и строительства каркасных малоэтажных зданий гражданского и промышленного назначения обычно применяются элементы из горячекатаного стального проката либо дерева. Однако под влиянием зарубежного опыта, а также тенденции к снижению материалоемкости проектов и стоимости строительномонтажных работ в современном малоэтажном каркасном строительстве сегодня все чаще можно встретить проекты, выполненные из легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК). Эти конструкции могут применяться при строительстве несущих каркасов, наружных и внутренних несущих и ненесущих стен, межэтажных перекрытий, теплых и холодных видов кровли с любым типом покрытия.

Конструктивные элементы ЛСТК выполняются из оцинкованных холодногнутых профилей открытого и замкнутого сечений с толщиной стали, не превышающей 3 мм. Наиболее часто используемые типы сечений — это Σ, U, С, С+, L, Z, Ω, а также их комбинации. Соединение элементов происходит с помощью самосверлящих шурупов либо заклепок. В связи с тем что толщина сечения достаточно мала, критическим фактором является возможная местная потеря устойчивости (выпучивание отдельных участков) сечения, которая может наступить до потери общей устойчивости стержня в целом. При определении несущей способности и жесткости холодноформованных элементов участки профиля, потерявшие местную устойчивость, исключают из работы и находят так называемые эффективные (редуцированные) площади сечения, продолжающие воспринимать возрастающую нагрузку вплоть до потери общей устойчивости сечения.

Создание и анализ произвольного сечения в Autodesk Robot Structural Analysis Professional

Вследствие непродолжительного применения ЛСТК в отечественной проектной практике нормативные документы, в частности, СП 16.13  330.2011 (актуализированная редакция СНиП 11−23−81*), не дают прямых рекомендаций по расчету сечений с толщиной стенки < 4 мм. В европейских нормах EN 1993−1:2005 расчетам тонкостенных сечений посвящены отдельные разделы, в частности, EN 1993−1−3 («Дополнительные правила для холодноформованных элементов и профилированных листов»). Эти требования реализованы при проектировании тонкостенных профилей в программном продукте Autodesk Robot Structural Analysis Professional. Нормы EN 1993−1:2005 мы можем выбрать в Рабочих настройках программы, среди множества доступных региональных нормативов.

В базе данных программы находится готовый набор профилей некоторых производителей ЛСТК, таких как Lindab, Borga, Ruukki, Pruszynski. Кроме того, сечения могут быть созданы пользователем в Конструкторе сечений программы и самостоятельно добавлены в базу данных сечений пользователя.

Окно отчета о проверке элемента в Autodesk Robot Structural Analysis Professional

В модуле проектирования металлоконструкций для проверки элементов ЛСТК определяются следующие дополнительные параметры в соответствии с EN 1993−1−3.

• Параметры материала:
  • fya — средняя прочность материала (EN 1993−1−3 (п. 3.2.2);
  • fyb — расчетный предел текучести материала (EN 1993−1−3 (п. 3.1).
• Приведенные параметры сечения:
  • Aeff — эффективная (редуцированная) площадь поперечного сечения (EN 1993−1−3 (п. 5.5);
  • Weff — коэффициент эффективной несущей способности сечения (EN 1993−1−3 (п. 5.5).
• Устойчивость при кручении:
  • Lt — расчетная длина при кручении (EN 1993−1−3 (п. 6.2.3);
  • Ncr, Т — критическая сила при изгибе с кручением (EN 1993−1−3 (п. 6.2.3).
• Крутильно-изгибная потеря устойчивости:
  • Ncr — критическая сила (устойчивость) (EN 1993−1−3 (п. 6.2.3);
  • Ncr, TF — критическая сила при крутильно-изгибной потере устойчивости (EN 1993−1−3 (п. 6.2.3).
• Расчетные усилия:
  • Nc, Rd — расчетное сопротивление при сжатии (EN 1993−1−3 (п. 6.1.3);
  • М, c, Rd — расчетный момент сопротивления (EN 1993−1−3 (п. 6.1.4.1);
  • М, c, Rd, ten — расчетный момент сопротивления растянутого сечения (EN 1993−1−3 (п. 6.1.4.1);
  • М, c, Rd, com — расчетный момент сопротивления сжатого сечения (EN 1993−1−3 (п. 6.1.4.1).
• Проверка прочности сечения (EN 1993−1−3 (п. 6.1.5, 6.1.9).

Удобной возможностью для быстрого построения пространственных каркасов является встроенный макрос под названием Генератор рам. Используя параметрические окна, в нем можно быстро создать расчетную схему.

Модель, созданная с помощью Генератора рам

Применение программного продукта Autodesk Robot Structural Analysis Professional при расчете конструкций из ЛСТК позволяет учесть характерные свойства и особенности поведения объектов этого типа.