Расчёт алюминиевых конструкций ведётся по СП 128.13330: витражи и светопрозрачные фасады, зенитные фонари, несущие элементы из алюминиевых сплавов. Определяющими для сечения почти всегда оказываются прогибы, а не прочность — модуль упругости алюминия втрое ниже стального.
Когда нужен расчёт алюминиевых конструкций
Алюминиевые конструкции применяют там, где решает вес и коррозионная стойкость: светопрозрачные фасады и витражи, купола и атриумные покрытия, переходы и навесы, конструкции в агрессивных средах, мобильные и быстровозводимые сооружения. Расчёт ведётся по СП 128.13330.2016 и отличается от расчёта стальных конструкций не оформлением, а физикой материала.
Три отличия определяют всё остальное. Модуль упругости алюминия примерно втрое ниже стального — при равной прочности конструкция получается заметно более деформативной, и вторая группа предельных состояний почти всегда становится определяющей. У алюминиевых сплавов нет выраженной площадки текучести, и расчётные сопротивления назначаются иначе, с разделением на термически упрочняемые и термически неупрочняемые сплавы. Наконец, сварка резко снижает прочность термически упрочняемых сплавов в зоне шва — соединение здесь не нейтральный элемент, а место, где материал теряет часть несущей способности.
Исходные данные для расчёта алюминиевых конструкций
- Архитектурное решение и геометрия: для фасадных и светопрозрачных систем — разрезка, размеры ячеек, тип заполнения, требования к видимым сечениям.
- Марки сплавов и состояние поставки: термически упрочняемые или нет, отожжённые, нагартованные — от этого напрямую зависят расчётные сопротивления.
- Тип соединений: сварка, болты, заклёпки, механические соединения профильных систем; для болтов — марки по СП 128.
- Нагрузки по СП 20.13330.2016; для фасадов и покрытий определяющими обычно оказываются ветровые, в том числе отрывающие, и температурные.
- Расчётные температуры эксплуатации: при температурах выше 50 °С расчётные сопротивления алюминия, литейного алюминия, сварных и болтовых соединений умножаются на понижающий коэффициент (6.13 СП 128).
- Условия по коррозии и совместимости с другими металлами — контакт алюминия со сталью требует изоляции.
- Для систем заводского изготовления — техническая документация системы и результаты испытаний узлов.
Состав расчётов
Элементы
- Расчётные сопротивления по СП 128 с разделением на термически упрочняемые и термически неупрочняемые сплавы и с учётом состояния поставки; коэффициенты условий работы по таблице 6 свода правил.
- Прочность, общая и местная устойчивость сжатых и сжато-изгибаемых элементов; для тонкостенных профилей — проверка местной устойчивости стенок и полок.
- Расчёт по деформациям: из-за низкого модуля упругости прогибы и перемещения проверяются в первую очередь, а не в последнюю. Для фасадных систем предельные прогибы задаются ещё и требованиями к заполнению — стекло не прощает перемещений, на которые сама рама рассчитана.
- Проверка на кручение и депланацию для открытых профилей, бимомент — в СП 128 он входит в основные обозначения и в расчётные проверки.
- Температурные воздействия: коэффициент линейного расширения алюминия вдвое выше стального, и для протяжённых конструкций температурные усилия сопоставимы с эксплуатационными.
Соединения
- Сварные соединения: расчётные сопротивления с учётом разупрочнения зоны шва; проверка по нормальным и касательным напряжениям в шве.
- Болтовые и заклёпочные соединения: расчётные сопротивления растяжению и срезу; отдельно — смятие с учётом расстояния от оси болта до края элемента. При сокращении этого расстояния с 2d до 1,5d приведённые расчётные сопротивления понижаются на 40 % (примечание к таблице в 6.12 СП 128) — требование, которое в стеснённых фасадных узлах нарушается чаще всего.
- Соединения профильных систем на защёлках, винтах и клеммах — по данным системодержателя и испытаниям.
Усталость и долговечность
- Проверка на усталостную прочность для конструкций, воспринимающих многократно повторяющиеся нагрузки: для алюминия предел выносливости ниже, чем у стали, и зона сварного шва здесь особенно уязвима.
- Защита от коррозии по СП 28.13330.2017, изоляция контактов с другими металлами, требования к анодированию или покрытию.
Порядок выполнения
Сначала — выбор сплава и состояния поставки. Это не технологическая деталь, а расчётная предпосылка: один и тот же профиль в разных состояниях имеет разные расчётные сопротивления, а при сварке термически упрочняемого сплава часть выигрыша теряется.
Затем модель с корректным заданием податливости соединений. В профильных системах узел почти никогда не является ни шарниром, ни заделкой, а его податливость заметно влияет на перемещения — сильнее, чем в стальных конструкциях, именно из-за низкого модуля упругости.
Дальше — нагрузки и сочетания, включая температурные, проверка по деформациям и только потом по прочности. Такой порядок здесь естественнее: сечение обычно подбирается по прогибу.
После подбора сечений — расчёт узлов и соединений, с проверкой расстояний до края элемента и зон разупрочнения у швов. Завершают работу требования по защите от коррозии, по изоляции контактов с другими металлами и по монтажу.
Что входит в результат
Расчётно-пояснительная записка с обоснованием выбранных сплавов и расчётных сопротивлений, расчётом элементов по обеим группам предельных состояний, проверкой устойчивости и кручения, расчётом соединений с учётом разупрочнения и краевых расстояний, температурными расчётами. Задание конструкторам: профили, узлы, крепёж, требования к защите от коррозии. Файл расчётной модели ЛИРА 10 (2024). Ответы на замечания экспертизы.
На что смотрит экспертиза
Обоснование расчётных сопротивлений по марке сплава и состоянию поставки. Учёт разупрочнения зоны сварного шва для термически упрочняемых сплавов. Проверка по второй группе предельных состояний с учётом требований к заполнению, а не только нормативных прогибов. Температурные воздействия для протяжённых конструкций. Соблюдение краевых расстояний в болтовых соединениях и понижение расчётных сопротивлений там, где они сокращены. Меры по защите от контактной коррозии в узлах примыкания к стали.
Типовые ошибки расчётной модели
Расчёт выполнен как для стали с заменой расчётного сопротивления — модуль упругости остался стальным, и перемещения занижены втрое. Сварное соединение термически упрочняемого сплава посчитано по прочности основного материала. Температурные нагрузки не приложены, хотя конструкция протяжённая и жёстко закреплена по концам. Краевое расстояние в узле фактически сокращено, но понижающий коэффициент не применён. Узлы профильной системы заданы жёсткими, и расчётные перемещения не сходятся с натурными испытаниями системы.
Выполненные работы
Публичных кейсов по алюминиевым конструкциям на сайте пока нет. Родственные задачи — расчёт лёгких покрытий и проверки по деформациям — разобраны в кейсе атриума административного комплекса.
Срок и от чего зависит трудоёмкость расчёта
Основное — тип конструкции: отдельная рама или навес считается быстро, фасадная система с сотнями однотипных узлов требует расчёта каждого типа узла и проверки по деформациям с учётом требований к стеклопакетам. Второй фактор — наличие сварки в термически упрочняемых сплавах: добавляются проверки зон разупрочнения. Третий — температурный режим и протяжённость конструкции.
Стоимость привязывается к составу работ и фиксируется в предложении. Предложение действует на указанный в нём период и офертой не является.
Нормативная база
СП 128.13330.2016 «Алюминиевые конструкции» · СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» · СП 28.13330.2017 «Защита строительных конструкций от коррозии» · СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» — в части общих принципов расчёта металлических конструкций · ГОСТ 27751-2014
