Расчёт конструкций ЛСТК ведётся по СП 260.1325800.2016 и начинается с определения редуцированных характеристик сечений: тонкостенный профиль теряет местную устойчивость раньше, чем достигается предел текучести, и считать его по полным характеристикам нельзя. Дальше — пространственный расчёт каркаса с учётом податливости узлов и расчёт соединений по тонкому листу.
Когда нужен расчёт конструкций ЛСТК
Лёгкие стальные тонкостенные конструкции (ЛСТК) из холодногнутых профилей считаются не так, как обычные стальные конструкции, и подмена методики — самая частая причина отказа экспертизы по этому разделу. Причина в физике: у тонкостенного профиля местная устойчивость стенки и полки теряется раньше, чем исчерпывается несущая способность элемента в целом.
СП 260.1325800.2016 это прямо допускает: по 7.2.1 потеря местной устойчивости сжатых элементов поперечного профиля — стенки или полки С-, Z- или двутаврового профиля — разрешается при условии, что общая несущая способность элемента обеспечена. Но тогда расчёт ведётся не по исходному сечению, а по редуцированному: по 7.2.2 площадь, момент сопротивления и момент инерции уменьшаются по методике раздела 7.3, и проверки по обеим группам предельных состояний выполняются уже с редуцированными характеристиками (7.2.3). Расчёт тонкостенного профиля «как обычного швеллера» даёт запас, которого в натуре нет.
Вторая особенность — депланация и кручение. Открытый тонкостенный профиль при внецентренном приложении нагрузки закручивается, а связь с обшивкой или прогонами частично этому препятствует, работая как упругоподатливое раскрепление. Учесть это раскрепление — значит получить реальную несущую способность; не учесть — переутяжелить конструкцию либо, наоборот, пропустить потерю устойчивости плоской формы изгиба.
Исходные данные для расчёта ЛСТК
- Архитектурное решение, шаг несущих конструкций, схема связей, тип обшивки и способ её крепления — обшивка здесь работает как конструктивный элемент, а не как отделка.
- Номенклатура профилей: марка стали, толщины, толщина цинкового покрытия; толщина стали без покрытия в расчёте принимается в диапазоне, установленном сводом правил, с отдельными границами для накладок и стыков.
- Тип соединений: самонарезающие винты, заклёпки, болты, сварка — и их несущая способность по данным изготовителя или по испытаниям.
- Нагрузки по СП 20.13330.2016, для кровель лёгких конструкций особенно важны снеговые мешки и отрывающее действие ветра — для лёгкого покрытия отрыв часто оказывается расчётным, а не прижимающая нагрузка.
- Требования по огнестойкости и по долговечности покрытия, условия эксплуатации.
- Для каркасов с сертифицированными системами — техническая документация системы и результаты испытаний узлов.
Состав расчётов
Элементы из тонкостенных профилей
- Определение редуцированных геометрических характеристик сечения по разделу 7.3 СП 260: последовательное редуцирование сжатых участков стенки и полок с учётом краевых условий и отбортовок.
- Проверка несущей способности по первой группе предельных состояний с редуцированными характеристиками, с коэффициентом надёжности по материалу и коэффициентом условий работы; коэффициент надёжности по ответственности учитывается при определении силового фактора.
- Проверка по второй группе — от нормативных нагрузок, также с учётом редукции сечения; прогибы тонкостенных элементов часто определяют сечение раньше прочности.
- Проверка общей устойчивости с учётом изгибно-крутильных форм и депланации сечения; учёт упругоподатливого раскрепления обшивкой или прогонами, если оно обеспечено конструктивно.
- Устойчивость неподкреплённой стенки балок и прогонов, местная устойчивость в зонах опирания и приложения сосредоточенных сил.
Соединения
- Соединения на самонарезающих винтах: несущая способность на срез и смятие, проверка на вырыв и продавливание тонкого листа, минимальные расстояния.
- Проверка узлов на разрушение по тонкому элементу — для ЛСТК это чаще определяющий механизм, чем разрушение самого крепежа.
- Стыки и накладки, работа элемента с ослаблением сечения отверстиями.
Каркас в целом
- Пространственная модель с корректным заданием жёсткостей соединений: узлы каркаса из тонкостенных профилей не являются ни шарнирами, ни жёсткими заделками, и это надо задавать явно.
- Обеспечение геометрической неизменяемости: связи, диафрагмы, работа обшивки на сдвиг, если она учитывается расчётом и обеспечена креплениями.
- Устойчивость каркаса и перемещения, деформации в плоскости покрытия.
- Монтажные стадии: каркас без обшивки, до постановки связей — тонкостенные элементы теряют устойчивость при монтаже легче, чем прокатные.
Порядок выполнения
Сначала выбирается система: несущий каркас из отдельных профилей, ферменная система, панельная сборка. От этого зависит, какие раскрепления считать обеспеченными.
Затем определяются редуцированные характеристики для каждого типоразмера и каждого вида напряжённого состояния — сжатия, изгиба, их сочетаний. Это трудоёмкая часть, и её нельзя обойти общим коэффициентом.
Дальше — пространственный расчёт каркаса с учётом податливости соединений, подбор элементов по редуцированным характеристикам и проверка по деформациям. После этого — расчёт узлов и соединений, включая проверку по тонкому листу.
Завершают работу монтажные стадии и требования к конструированию: шаг крепежа, места установки связей, требования к обшивке, если она включена в работу.
Что входит в результат
Расчётно-пояснительная записка с определением редуцированных характеристик по каждому типоразмеру, расчётом каркаса, проверками элементов по обеим группам предельных состояний, расчётом соединений и узлов, проверкой монтажных стадий. Ведомость профилей и крепежа. Требования к обшивке и связям, если они включены в расчётную схему. Файл расчётной модели ЛИРА 10 (2024). Ответы на замечания экспертизы.
На что смотрит экспертиза
Наличие редуцирования сечений — расчёт по полным характеристикам возвращается с замечанием. Обоснование учёта раскрепления обшивкой: если оно принято в расчёте, должно быть подтверждено креплениями и указано в задании на конструирование. Проверка узлов по тонкому листу, а не только по крепежу. Учёт отрывающего действия ветра для лёгкой кровли. Проверка прогибов от нормативных нагрузок с редуцированным сечением. Для сертифицированных систем — соответствие расчёта области применения, подтверждённой испытаниями.
Типовые ошибки расчётной модели ЛСТК
Профиль задан как эквивалентный прокатный швеллер: местная устойчивость не учтена, несущая способность завышена. Стержень задан без учёта кручения и депланации, хотя нагрузка приложена внецентренно. Раскрепление обшивкой учтено в расчёте, но в проекте шаг крепежа не обеспечивает его. Прогибы проверены по исходному, а не редуцированному моменту инерции. Ветровой отрыв не приложен, и крепление кровли посчитано только на прижим. Монтажная стадия пропущена — элемент, проходящий в готовом каркасе, теряет устойчивость до постановки связей.
Выполненные работы
Публичных кейсов по ЛСТК на сайте пока нет. Близкие по составу задачи — расчёт стального каркаса с проверками устойчивости и узлов — разобраны в кейсе административно-бытового корпуса в сейсмической зоне.
Срок и от чего зависит трудоёмкость расчёта
Главное — число типоразмеров профилей: редуцированные характеристики определяются для каждого, и десять типоразмеров дороже трёх примерно втрое. Второй фактор — учитывается ли работа обшивки: включение её в расчётную схему требует обоснования и проверки креплений, зато заметно облегчает каркас. Третий — количество типов узлов и необходимость подтверждать их испытаниями, если применяется несерийное решение.
Стоимость привязывается к составу работ и фиксируется в предложении. Предложение действует на указанный в нём период и офертой не является.
Нормативная база
СП 260.1325800.2016 «Конструкции стальные тонкостенные из холодногнутых оцинкованных профилей и гофрированных листов» · СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» · СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» · СП 294.1325800.2017 «Конструкции стальные. Правила проектирования» · СП 28.13330.2017 «Защита строительных конструкций от коррозии» · ГОСТ 27751-2014 · Пособие по расчёту элементов стальных конструкций из гнутых профилей
