Проектирование легких стальных тонкостенных конструкций в Autodesk Robot Structural Analysis Professional

Сергей Сыч
Продакт-менеджер отдела ПО Consistent Software Distribution

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.

Создание и анализ произвольного сечения в Autodesk Robot Structural Analysis Professional

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, C, C+, 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.

Окно отчета о проверке элемента в Autodesk Robot Structural Analysis Professional

Вследствие непродолжительного применения ЛСТК в отечественной проектной практике нормативные документы, в частности СП 16.13330.2011 (актуализированная редакция СНиП II­23­81*), не дают прямых рекомендаций по расчету сечений с толщиной стенки меньше 4 мм.

В европейских нормах EN 1993­1:2005 расчетам тонкостенных сечений посвящены отдельные разделы, в частности, EN 1993­1­3
(«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 1993­1:2005 мы можем выбрать в Рабочих настройках программы, среди множества доступных региональных нормативов.

Модель, созданная с помощью Генератора рам

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.

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

Параметры материала:

• fya — средняя прочность материала (EN 1993­1­3 (п. 3.2.2);
• fyb — расчетный предел текучести материала (EN 1993­1­3 (п. 3.1).

Приведенные параметры сечения:

• Aeff — эффективная (редуцированная) площадь поперечного сечения (EN 1993­1­3 (п.  5.5);
• Weff — коэффициент эффективной несущей способности сечения (EN 1993­1­3 (п. 5.5).
• Устойчивость при кручении:
• Lt — расчетная длина при кручении (EN 1993­1­3 (п. 6.2.3);
• Ncr, T — критическая сила при изгибе с кручением (EN 1993­1­3 (п. 6.2.3).

Крутильно­изгибная потеря устойчивости:

• Ncr — критическая сила (устойчивость) (EN 1993­1­3 (п. 6.2.3);
• Ncr, TF — критическая сила при крутильно­изгибной потере устойчивости (EN 1993­1­3 (п. 6.2.3).
• Расчетные усилия:
• Nc, Rd — расчетное сопротивление при сжатии (EN 1993­1­3 (п. 6.1.3);
• M, c, Rd — расчетный момент сопротивления (EN 1993­1­3 (п. 6.1.4.1);
• M, c, Rd, ten — расчетный момент сопротивления растянутого сечения (EN 1993­1­3 (п. 6.1.4.1);
• M, c, Rd, com — расчетный момент сопротивления сжатого сечения (EN 1993­1­3 (п. 6.1.4.1).

Проверка прочности сечения (EN 1993­1­3 (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.

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

САПР и графика 11`2013