О проекте
Курсы
Публикации
Контакты
ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ
Логотип Structuristik
Подкаст
Акции
PlayCAD
Подпишитесь на наши новости
Close
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ STRUCTURISTIK
Даю согласие на обработку персональных данных.
СКИДКА 20% ЗА РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ
Получить
Каша из профлиста
ВВЕДЕНИе
На данный момент методика расчета профилированных настилов представлена сразу в трёх действующих нормативных документах:
  • СП 260.1 325 800.2023 «Конструкции стальные тонкостенные из холодногнутых оцинкованных профилей и гофрированных листов. Правила проектирования»;
  • СП 266.1 325 800.2016 «Конструкции сталежелезобетонные. Правила проектирования» (раздел 6.1.1);
  • СП 294.1 325 800.2017 «Конструкции стальные. Правила проектирования» (раздел 23).
Давайте с ними познакомимся поближе.
Обзор методик
CП 260.1325800.2023
С первого взгляда СП 260.1 325 800.2023 является переводом и гармонизацией на территории РФ стандарта EN 1993−1-3:2006, однако при детальном сопоставлении можно найти некоторые отличия. В части профлиста метод определения критической поперечной силы потери устойчивости стенки в СП 260.1 325 800.2023 отличается от EN 1993−1-3:2006. Проведя поиск по другим международным стандартам найдём эту методику в ANSI/SDI AISI S100−2024. Это отличие не единственное. Такие же ситуации есть и с другими пунктами СП 260. Проще говоря: весь СП 260.1 325 800.2023 — лоскутное одеяло из зарубежных стандартов. Впрочем это не так уж плохо. Европа и особенно Америка далеко впереди по опыту производства и применения тонкостенных холодногнутых профилей. Заимствование удачного опыта, в сложившейся ситуации, вероятно, лучшее решение. Правда вопрос: почему СП 260.1 325 800 сшили из разных стандартов, а не просто перевели один стандарт остается открытым. Видимо при прямом переводе одного стандарта в нем оказывалось слишком мало путаницы и недосказанности и получившийся свод правил смотрелся бы белой вороной среди коллег.

Хорошо известно, что ЛСТК, к которым относится и профилированный настил, являются элементами с сечениями 4-го класса. Для таких конструкций характерна потеря местной устойчивости в сжатых частях сечения в упругой стадии. При этом несущая способность сечения, соответственно снижается. Методика EN 1993−1-3:2006 предполагает определение эффективных геометрических характеристик сечения путём рассмотрения каждого сжатого участка по отдельности. Так профиль практически любой формы разбивают на набор пластинок с различными условиями закрепления.
Рисунок 1 — Сечение настила и эпюра нормальных напряжений
Рисунок 2 — Идеализация сечения и разбиение на пластинки
Потерю местной устойчивости на участках учитывают редукцией толщины участков или полным их выключением из работы. Так как редукция связана с потерей местной устойчивости то редуцируются только участки сечения в сжатой зоне. При этом, в запас, реальное напряженное состояние не учитывают. Вместо этого предполагают, что напряжения в наиболее сжатых волокнах достигают предела текучести, что соответствует максимально допустимому напряжению в сечении. Вообще, строго говоря, в СП 260.1 325 800.2023, как и в оригинальном EN 1993−1-3:2006 допускается методом итераций уточнять распределение напряжений на сжатых участках и несущую способность. Однако разница невелика и идет в запас, притом небольшой, поэтому на практике очень редки случаи выполнения итерационного расчета и для проектирования принимают результат по первой итерации. Степень редукции зависит от класса прочности стали, толщины стенки профиля и допусков на толщину проката.
ini (initial) — начальный участок; red (reduced) — редуцированный участок; off — выключенный участок
Рисунок 3 — Эффективное сечение полки с элементом жесткости
Затем из редуцированных и не редуцированных участков собирается новое «эффективное сечение» для которого и определяются «эффективные геометрические характеристики», участвующие в дальнейших нормативных проверках.
Рисунок 4 — Эффективное сечение с учетом редукции
Методика СП 260.1325800.2023 EN 1993-1-3:2006 применима для определения несущей способности профилей настилов с любым количеством ребер жесткости полок и стенок, любых форм поперечных сечений, учитывает класс прочности стали, толщину цинкового покрытия и допуски на толщину проката.
СП 266.1325800.2016
Стандарт СП 266.1 325 800.2016 приводит лишь отдельные положения проверки прочности и жёсткости профилированного настила. Вообще факт наличия в СП 266.1 325 800.2016 методики расчета профилированного настила вызывает вопросы. Единственным оправданием этому служит то, что первая редакция СП 260.1 325 800 тоже вышла в 2016 году. Видимо ЦНИИСК решил проигнорировать работы ЦНИИПСК и вот эта несогласованность научных институтов вылилась наружу. Ничего кроме осуждения такие нормативные репризы у меня не вызывают. Оставим лирические отступления и вернемся к СП 266.1 325 800.2016.

Вообще методика, представленная в СП 266.1 325 800 очень куцая. Не смотря на то, что п. 6.1.1.4 содержит коэффициенты k1 для определения опорной реакции в многопролетных балках в нем полностью отсутствует методика проверки профлиста на совместное действие изгибающего момента и поперечных сил на опоре. То есть свод правил допускает многопролетное опирание настила, но вот методики учета одновременного действия изгибающего момента и поперечной силы на опоре не приводит. Намеренно это сделано или случайно остаётся только гадать.

Любопытным является и то, что методика определения критической поперечной силы потери устойчивости стенок гофры на опорах в СП 266.1 325 800.2016 отличается от методики СП 260.1 325 800.2023. Тут то мы и обнаруживаем методику EN 1993−1-3:2006. То есть, в СП 260.1 325 800 несмотря на то, что он является в большей степени переводом EN 1993−1-3:2006 критическую поперечную силу взяли из ANSI/SDI AISI S100, а в СП 266.1 325 800 как раз таки взяли из EN 1993−1-3:2006. Теперь становится понятно, почему методика определения критической поперечной силы из EN 1993−1-3:2006 не попала в СП 260.1 325 800.2023. Она просто была в этом году в другом своде правил. Ну не может же одна методика быть сразу в двух местах. Ну не разорваться же ей!

Кстати, неопытный читатель может не обратить внимания, на то, что в формуле (6.6) СП 266.1 325 800.2016, как и в EN 1993−1-3:2006 содержится коэффициент la, который называется «расчетная ширина опоры настила». Загвоздка заключается в слове «расчётная». Потому как, согласно EN 1993−1-3:2006 эта самая величина зависит от способа опирания настила, наличия локальных поперечных нагрузок и соотношения поперечных сил по обе стороны от опоры. Эти положения не нашли отражения в тексте стандарта, что может приводить переоценке предельной поперечной силы, против исходных положений EN 1993−1-3:2006.

Наконец, согласно п. 6.1.1.3 СП 266.1 325 800.2016 изгибные геометрические характеристики сечений настила следует принимать по НД на профилированные листы. Как мы увидим позднее, такая рекомендация также может приводить к переоценке несущей способности профилированного настила, не считая того, что полностью перекладывает ответственность за корректность геометрических характеристик с плеч инженера, на плечи, подчас недобросовестного, изготовителя.
СП 294.1325800.2017
СП 294.1325800.2017 приводит две методики расчета профилированного настила: одну для листов без рёбер на стенках, вторую – для листов с одним ребром на стенке.

Методика для настилов без ребер использует табулированные коэффициенты A и k0. В виду ограниченности табличных данных, методика применима только к конкретным типам профилированных настилов по ГОСТ 24045-2016 и не может быть применена при любых изменениях формы сечения профилей или толщины стенки профиля.

Методика для настилов с одним ребром на стенке не ограничена конкретными поперечными сечениями и применима к любым профилированным листам с одним ребром жесткости на стенке. Однако, получающие сейчас всё большее распространение, профилированные листы высотой 144 и 153 мм с двумя ребрами жесткости на стенке не могут быть рассчитаны с применением этой методики.

Сам же СП 294.1325800.2017 содержит таблицу 59 с геометрическими характеристиками профилированных настилов, дублирующую таблицы 1-9 ГОСТ 24045-2016. Геометрические характеристики по ГОСТ 24045-2016 и СП 294.1325800.2017 отличаются от геометрических характеристик, которые могут быть получены по методикам СП 260 в большую сторону. Пункт 23.2.2 вносит некоторое пояснение, что:
«Расчётная ширина плоских участков сжатых полок профилей принимается равной 40t при определении моментов сопротивления и 60t при определении моментов инерции…».

Таким образом, СП 294.1325800.2017 оперирует геометрическими характеристиками «эффективного» сечения. Правда, это эффективное сечение, уже не зависит от класса прочности стали, не учитывает толщину цинкового покрытия и допуски на отклонение по толщине.

СП 294.1325800.2017 вышел через год после СП 260.1325800.2016 и СП 266.1325800.2016 и был подготовлен ЦНИИСК. Если путаницу с СП 260 и СП 266 можно списать на параллельность подготовки стандартов в разных институтах, то на что списать то, что ЦНИИСК выпускает в 2016 году одну методику в составе СП 266, а через год сам же включает другую в состав СП 294 я уже не знаю.
ГОСТ 24045-2016
Есть ещё один интересный момент, касательно ГОСТ 24045-2016. Как мы уже говорили, в нем приведены геометрические характеристики настилов. Согласно примечаниям к таблицам 1-9 масса профилированных настилов определена в предположении, что цинковое покрытие наносится поверх стального листа заданной толщины. То есть для настила Н75-750-0.8 принимают заготовку из стального листа толщиной 0.8 мм покрытого сверху цинком. Для таких же листов определены и геометрические характеристики.
При этом в части материалов заготовок ГОСТ 24045-2016 ссылается на ГОСТ 14918-80. Вот только незадача: актуальный ГОСТ 14918-2020, согласно п.5.1 трактует толщину листа следующим образом:
“Оцинкованный прокат изготавливают толщиной от 0.22 до 4.50 мм в рулонах шириной от 600 до 1800 мм, в листах от 700 до 1800 мм. Толщина проката включает толщину покрытия.”
t — номинальная толщина проката; z — толщина цинкового покрытия
Рисунок 5 — Прокат по мнению ГОСТ 24 045–2016 и ГОСТ 14 918–2020
То есть когда мы изготавливаем профилированный лист Н75−750−0.8 и берем для этого оцинкованный прокат по ГОСТ 14 918–2020 толщиной 0.8 мм с цинковым покрытием Z275, то на выходе мы получаем лист с толщиной стали 0.7615 мм, а значит и меньшими геометрическими характеристиками. Это различие тем выше, чем меньше номинальная толщина и чем выше толщина защитного слоя. Отличие в толщине стали может достигать 10% для настилов с номинальной толщиной стенки 0.6 мм и покрытием Z430. Для часто применяемых настилов Н75 и Н114 при покрытиях Z275 и Z350 отличия в толщине находятся в промежутке 4−7%.

Увы, нельзя просто умножать геометрические характеристики по ГОСТ 24 045–2016 на 0.93−0.96 и не париться, потому как величины участков эффективного сечения зависят от толщины стенки. То есть несущая способность уменьшается быстрее, чем толщина стали. Методика С П 260.1 325 800.2023 учитывает это, а вот методики СП 266.1 325 800.2016 и СП 294.1 325 800.2017 — нет.
ИТОГО
Вот такую вот кашу заварили наши нормотворцы. Как у классика: «здесь играли, здесь не играли, здесь рыбу заворачивали». Такое разнообразие методик расчёта представленных в различных и одновременно действующих нормативно-технических документах приводит к появлению ошибок при проектировании, а иногда и преднамеренных обманов, когда производитель может предъявлять в качестве несущей способности максимальное из значений, полученных по разным методикам расчёта.

А может зря я всё это? Может все три методики дают близкие результаты? Давайте проверим.
Разрушающая нагрузка
В связи с особенностями всех трёх методик единственным вариантом для их сравнения я вижу сравнение нагрузок, которые приводят к отказу профлиста по соответствующему стандарту. Рассмотрим 5 типоразмеров профилей по ГОСТ 24 045–2016 со средней для типоразмера толщиной стенки, выполненных из сталей двух классов прочности: 250 и 320. Все профлисты считаем изготовленными из проката по ГОСТ 14 918–2020. Полученные 10 расчетных схем сведем в таблицу 1.
Таблица 1– Расчетные схемы
Класс цинкового покрытия всех профилированных настилов принят Z275 по ГОСТ 14 918–2020. Ширина опоры 100 мм. Настил закреплен в каждом гофре. Поперечная сила прикладывается на одну полку. Расчетное сопротивление стали принято по СП 260.1 325 800.2023 для всех случаев. Расчетная ширина опоры настила la принята 100 мм, в соответствии с положениями СП 266.1 325 800.2016. Допуск на толщину проката не учитывался. Результаты сведены в таблицу 2:
Таблица 2 – Разрушающая нагрузка
Видно, что во всех случаях, разрушающая нагрузка по СП 260.1 325 800.2023 меньше, чем как по СП 266.1 325 800.2016 и по СП 294.1 325 800.2017. Значения по СП 266.1 325 800 и СП 294.1 325 800 совпадают, если определяющей является проверка прочности по нормальным напряжениям при изгибе. Стоит отметить, что предельная поперечная нагрузка, определяемая по СП 260.1 325 800.2023, как правило выше, чем по СП 266.1 325 800.2016, а положительная разница вызвана применением при определении предельного изгибающего момента моментов сопротивлений, приведенных в ГОСТ 24 045–2016.

Отсутствие рассмотрения совместного действия изгибающего момента и поперечных сил, что характерно для промежуточных опор неразрезных балок, «геометрические характеристики по НД на профлист» и грубые ошибки заимствования элементов методики из EN 1993−1-3:2006 ставят под вопрос полноту методики СП 266.1 325 800, поэтому далее, методика СП 266.1 325 800.2016 рассматриваться не будет.

Остается вопрос: кто ближе к действительности СП 260.1 325 800.2023 или СП 294.1 325 800.2017? Осторожный инженер примет методику СП 260.1 325 800.2023 «в запас», а любопытный задастся вопросом: Но ведь по методике СП 294.1 325 800.2017 проектировали профлист уже почти 55 лет и ничего, почему же тогда сейчас мы вдруг решим, что она завышает? Давайте с этим разберемся подробнее.
Шкловский Ефим Исаакович
Именно этому человеку мы сейчас обязаны методикой расчёта профилированных настилов, изложенных в СП 294.1325800.2017. При изучении мне удалось найти три статьи Ефима Исааковича в журналах в которых были представлены зачатки методики, которую мы сейчас наблюдаем. Увы, более полные сведения должны содержаться в диссертации Ефима Исааковича, но к ней у меня доступа пока нет. Из изложенных в статье материалов известно, что в основу теории, как и в основу теории EN 1993-1-3:2006 взяты теория Кармана и Винтера. Так почему же при одинаковых предпосылках результаты так сильно разняться?

Во-первых, Шкловский Ефим Исаакович разрабатывал методику специально для профилированных настилов без оглядки на остальные ЛСТК сечения и потому мог опираться на результаты полученные именно для настилов, в то время как EN 1993-1-3:2006 по сути собран из худших условий полученных при испытаниях совершенно различных тонкостенных профилей.

Во-вторых, судя по всему, смятие профлиста на опоре не считалось его предельным состоянием, так как после образования пластического шарнира на опоре профлист продолжает работать как однопролетный, что приводит к увеличению прогибов, но не приводит к обрушению. Это может быть объяснением столь больших различий между результатами по СП 260 или СП 294.

Есть, правда, и одна оговорка. Данные в статьях Шкловского основаны на результатах испытаний профилированных листов без ребер на стенках и полках. Но однозначно изветсно, что добавление ребер на стенки и полки приводит к повышению несущей способности профилированного настила.

Кроме того нам нужно помнить, что даже 80% переоценка прочности не является гарантией отказа, а лишь повышает его вероятность, как мы помним из этой статьи.
Итого
Для профилированных настилов с двумя и более ребрами на стенках — однозначно следует применять СП 260.1 325 800.2023, а вот для профлистов без ребер и одним ребром жесткости на стенке, если смятие профлиста на опоре, а равно переход к однопролетной схеме с соответствующим увеличением прогибов, не являются поводом признать конструкцию отказывающей, допустимо применять СП 294.1 325 800.2017, однако при определении несущей способности из толщины стенки следует вычитать толщину защитных покрытий и допуск на толщину проката, если он превышает 5%, и пересчитывать с учетом этого геометрические характеристики сечений.
ПУБЛИКАЦИИ