Учет бимоментов при проектировании и техническом обследовании зданий и сооружений

Интеграция правил проектирования с учетом применения европейских стандартов Еврокода ЕН 1993 части 1-3 и 1-5 обуславливает необходимость расчёта холодноформованных тонкостенных элементов с учётом напряжений от стесненного кручения. В нашей стране эти требования учтены в нормативной документации с выходом свода правил в 2011 году СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» актуализированная редакция СНиП II-23-81*. Расчет конструкций из лёгких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК) выполняется с учетом свода правил СП 260.132.5800.2016 «Конструкции стальные тонкостенные из холодногнутых оцинкованных профилей и гофрированных листов». Целесообразность применения тонкостенных холодногнутых профилей обусловлена экономией материала из-за малого собственного веса при высокой жесткости. Разработанные узловые решения совместно с малым весом балок обеспечивают высокую скорость и простоту монтажа конструкций. Как правило, учет бимоментов требуется при проектировании прогонов. Прогоны возводимых из ЛСТК конструкций чаще всего изготавливают из С или Z образного профиля. Основные параметры приведены на рис. 1.

Рис. 1. Параметры С- и Z- образных профилей

Имеющиеся ранее литература и описанные в ней алгоритмы позволяли выполнять расчёты стальных конструкций (прогонов, балок) только при симметричном приложении нагрузки. Расчет балочных конструкций при несимметричном приложении нагрузки был слабо освещен в литературе и прикладных расчетных примерах.

Инженерам для проектирования необходим алгоритм расчета соответствующих изгибно-крутящих моментов и касательных напряжений в конструкциях. Для различных проектируемых конструкций необходима возможности учета эффекта депланации (рис. 2.).

Рис. 2. Эффект депланации

Исследования в этой области проводилась в начале-середине XX в. многими учеными деятелями. В нашей стране наиболее полное освещение вопроса отражено в трудах Василия Захаровича Власова и Дмитрия Васильевича Бычкова. Работы опубликованы в 30х-50х годах XX в. Доработка алгоритмов расчета и внедрение их в современные расчетные комплексы является приоритетной задачей в части выполнения законодательных строительных норм. В настоящее время в нашей стране имеются современные прикладные руководства по расчёту конструкций. Так в 2021 году вышла в свет книга «Стеснённое кручение. Бимоменты, изгибно-крутящие моменты и моменты свободного кручения. Теория и примеры расчёта стальных конструкций» авторы Яковлев С.К., Мысляева Я.И. Материалы данной монографии могут использоваться как справочный материал и пособие при проектировании и расчете стальных конструкций, работающих в условиях стесненного кручения. Авторы предлагают использовать для вычислений программный комплекс «Тонус». Другие производители программного обеспечения в свете необходимости выполнения строительных норм дорабатывают модули вычислительных комплексов. В стержневых системах появляется понятие «тонкостенный стержень». В узлах расширены возможные нагрузки: бимомент на узел, заданная депланация в узле, сосредоточенный бимомент на стержне и равномерно-распределенный бимомент на стержне. «ЛИРА-САПР» добавляет с 2018 г. возможности учета эффекта депланации.

В настоящее время инженеры на стадии расчета и проектирования имеют возможность учитывать бимомент в стержневых системах, облегчена задача расчета. Совокупность современных пособий по проектированию и программных комплексов позволяет более точно рассчитывать параметры стальных конструкций. Имеется возможность произвести утоняющие расчёты в рамках обследования существующих сооружений. Вышеперечисленные инструменты и применяемые методики расчета повышают надёжность стальных конструкций.