Приложение А (обязательное). Специальные требования к конструкциям

Приложение А
(обязательное)

Специальные требования
к конструкциям

А.1 Требования к прогонам и подобным балочным конструкциям

А.1.1 Требования, приведенные в настоящем подразделе, могут быть применены для прогонов и балок, Z-, С-, -, U-образного и шляпного поперечного сечения с h/t < 233 - для высоты стенки, - для одиночного отгиба и - для двойного краевого отгиба.

А.1.2 Требования настоящего подраздела применяют для раскрепленных из плоскости изгиба неразрезных прогонов, соединенных внахлестку или накладками.

А.1.3 Настоящие требования допускается также применять для холодноформованных элементов, используемых в качестве фахверка, балок перекрытий и других подобных типов балок, которые обычно раскреплены настилом.

А.1.4 Полное непрерывное раскрепление из плоскости изгиба может создаваться стальным настилом с трапециевидными гофрами или другим профилированным стальным листом с конечной жесткостью, непрерывно соединенным с полкой прогона через нижние полки настила. Прогон, соединенный с настилом с трапециевидными гофрами, может считаться раскрепленным из плоскости, если выполняются требования А.1.5. В других случаях (например, при креплении настила через верхние полки) степень закрепления должна основываться либо на опыте, либо определяться испытаниями.

А.1.5 Прогон можно считать раскрепленным в плоскости настила, если настил с трапециевидными гофрами соединен с прогоном и выполнено условие

, (A.1)

где S - сдвиговая жесткость на единицу длины прогона, обеспеченная настилом по А.1.9 или кассетными панелями по А.1.10 для рассматриваемого элемента, соединенным с ним в каждой волне (если настил крепится к прогону через волну, то вместо S следует принимать 0,2S);

- секториальный момент инерции сечения прогона;

- момент инерции прогона при свободном кручении;

- момент инерции прогона относительно второстепенной главной оси;

L - пролет прогона;

h - высота прогона.

Примечание - Формулу (А.1) допускается также применять для оценки устойчивости поясов балок из плоскости в сочетании с другими типами настила, при обосновании их соответствующим расчетом.

А.1.6 Прогон должен иметь на опорах детали, препятствующие его кручению и горизонтальному боковому смещению на опорах. Влияние усилий в плоскости настила, которые передаются на опоры прогона, необходимо учитывать при расчете опорных деталей.

А.1.7 Соединение прогона с настилом может допускать частичное закрепление прогона от кручения, которое может быть представлено в виде угловой связи с жесткостью . Напряжения в свободном поясе, не соединенном непосредственно с настилом, следует также рассчитывать с учетом влияния изгиба в рабочей плоскости и кручения, включая изгиб из плоскости в результате искривления поперечного сечения.

А.1.8 Если свободный пояс однопролетного прогона сжат при отрицательной нагрузке, то в расчете должно быть учтено увеличение напряжений от кручения и изгиба.

А.1.9 Сдвиговую жесткость на единицу длины настила с трапециевидными гофрами , Н, соединенного с прогоном в каждой волне, определяют на основании эксперимента либо по формуле

, (A.2)

где t - расчетная толщина настила, мм;

- ширина настила по скату, мм;

s - шаг прогонов, мм;

- высота гофров настила, мм.

А.1.10 Сдвиговую жесткость кассетных профилей , Н, вычисляют по формуле

, (A.3)

где L - общая длина сдвиговой диафрагмы вдоль пролета кассетных профилей, мм;

b - общая ширина сдвиговой диафрагмы, мм;

- ширина кассетного профиля, мм;

- коэффициент жесткости при отсутствии экспериментальных данных (может быть принят равным 2000 Н/мм).

А.2 Расчет прогонов и балочных конструкций

А.2.1 Прогоны С-образного и Z-образного сечений с дополнительными элементами жесткости на стенке или полке или без них рассчитывают, при выполнении следующих условий:

- размеры поперечного сечения находятся в пределах, указанных в таблице А.1;

- прогоны раскреплены из плоскости настилом с трапециевидными гофрами, причем горизонтальное раскрепление должно быть непрерывным;

- прогоны раскреплены от поворота профилированным настилом с трапециевидными гофрами и удовлетворены условия;

- прогоны имеют равные пролеты и равномерно нагружены.

Этот метод не может быть использован:

- для систем, использующих стержни в качестве раскрепления;

- систем с перехлестом и на накладках;

- если приложены осевые силы .

Таблица А.1 - Ограничения в случае применения приближенного метода расчета

Прогоны	t, мм	b/t	h/t	h/b	c/t	b/c	L/h

А.2.2 Расчетное значение изгибающего момента М должно удовлетворять следующему условию:

, (А.4)

где ; (А.5)

- момент сопротивления эффективного поперечного сечения относительно оси у;

- коэффициент, учитывающий потерю устойчивости плоской формы изгиба;

- коэффициент, учитывающий, что часть прогона не раскреплена, определяемый по формуле (А.5) и таблице А.2:

; (А.5)

, - коэффициенты (см. таблицу А.2);

L - пролет прогона;

- общая высота прогона.

Таблица А.2 - Коэффициенты и для формулы (А.5)

Система	Z-образный прогон		С-образный прогон		прогон
Однопролетная балка, нагрузка вниз	1,0	0	1,1	0,002	1,1	0,002
Однопролетная балка, нагрузка вверх	1,3	0	3,5	0,050	1,9	0,020
Неразрезная балка, нагрузка вниз	1,0	0	1,6	0,020	1,6	0,020
Неразрезная балка, нагрузка вверх	1,4	0,01	2,7	0,040	1,0	0

А.2.3 Редукционный коэффициент , если однопролетная балка работает под нагрузкой, действующей вниз, или в других случаях, если удовлетворено следующее условие:

, (А.6)

где - момент в полном поперечном сечении относительно главной оси u в пределах упругости:

; (A.7)

- момент инерции полного поперечного сечения относительно второстепенной оси v;

- коэффициент, учитывающий статическую схему прогона (таблица А.3);

- жесткость угловой связи, определяемая по формуле (А.6).

Примечание - Для С-образных сечений прогонов с равными полками , и .

Таблица А.3 - Значения коэффициента

Статическая схема	Значение коэффициента при приложении нагрузки
	вниз	вверх
	-	0,210
	0,07	0,029
	0,15	0,066
	0,10	0,053

А.2.4 Для случаев, которые не рассматриваются в А.2.3, коэффициент , рассчитывают по СП 16.13330. Предельный момент при потере устойчивости плоской формы изгиба в упругой стадии вычисляют по формуле

, (A.8)

где - фиктивный момент инерции при свободном кручении, учитывающий эффективность закрепления от кручения, вычисляемый по формуле

, (A.9)

здесь - момент инерции при свободном кручении для прогона;

; (А.10)

и - крутильные жесткости по А.2.5, А.2.9;

k - коэффициент, учитывающий потерю устойчивости плоской формы изгиба с закручиванием и определяемый по таблице А.4.

Таблица А.4 - Коэффициент k потери устойчивости плоской формы изгиба с закручиванием для прогонов с горизонтально закрепленной верхней полкой при кручении

Статическая схема	Значение коэффициента k при приложении нагрузки
	вниз	вверх
		10,3
	17,7	27,7
	12,2	18,3
	14,6	20,5

А.2.5 Значение крутильной жесткости , создаваемой настилом с трапециевидными гофрами, соединенным с верхней полкой прогона, с учетом того, что крепления настила к прогону расположены в середине его полки, может быть определено по формуле

, (А.11)

где при мм;

при ;

при мм, положительное положение;

при мм, отрицательное положение;

при мм;

при мм;

при > 185 мм;

- для постоянной нагрузки:

при мм, положительное положение;

при мм, отрицательное положение;

при мм, положительное положение;

при мм, отрицательное положение;

Значения коэффициентов при толщинах 0,7 мм < t < 1,0 мм допускается определять линейной интерполяцией:

при t < 0,70 мм - формула недействительна;

при t > 1,0 мм - в формулу подставляют t = 1,0 мм;

- для подъемной нагрузки (например, отрицательный ветер):

;

; если , иначе , (А.12)

где - нагрузка, передаваемая балке настилом, кН/м;

- ширина полки прогона, мм;

- ширина волны настила, мм;

- ширина полки настила, прикрепленной к прогону;

- по таблице А.5;

- коэффициент поворота, равный , при мм.

А.2.6 Если между настилом и прогонами нет зазора, то значение коэффициента поворота определяют по таблице А.5.

А.2.7 Рекомендуется значение может быть принят равным 130p, кНм/м, где p - количество креплений настила к прогону на 1 пог. м его длины (но не более чем одно на волну настила), при соблюдении следующих условий:

- ширина b полки настила, которой он крепится, не должна превышать 120 мм;

- номинальная толщина t настила не менее 0,65 мм;

- расстояние а или b-а (зависящее от направления поворота) между центром метиза и центром поворота прогона не менее 25 мм.

А.2.8 Если учитывают влияние искривления поперечного сечения, то допускается не учитывать , так как жесткость связи, в основном, зависит от значения и искривления сечения.

Таблица А.5 - Коэффициент поворота для стального настила с трапециевидными и гофрами

Положение настила		Настил закреплен через полку		Шаг креплений		Диаметр шайбы, мм	, кНм/м	, мм
благоприятное	неблагоприятное	нижнюю	верхнюю	в каждой волне	через волну
Для нагрузки, направленной вниз
X		X		X		22	5,2	40
X		X			X	22	3,1	40
	X		X	X			10,0	40
	X		X		X		5,2	40
	X	X		X		22	3,1	120
	X	X			X	22	2,0	120
Для нагрузки, направленной вверх
X		X		X		16	2,6	40
X		X			X	16	1,7	40
Примечания 1 В настоящей таблице применены следующие обозначения: - ширина волны; - ширина полки настила, в месте крепления к прогону. X - сочетание условий по положению настила, закреплению и шагу крепления. 2 Значения настоящей таблицы применимы для крепления настила самонарезающими винтами диаметром мм, стальных шайб толщиной мм.

А.2.9 Положение настила по таблице А.5 считается благоприятным, если его узкие полки расположены на прогоне, и неблагоприятным, если на прогоне расположены его широкие полки.

А.2.10 Рекомендуется значение с запасом определять по формуле

, (А.13)

где k - определяется по таблице А.4.

А.2.11 Момент инерции эффективного сечения (или ) может быть принят переменным вдоль пролета. Рекомендуется использовать постоянное значение момента инерции, полученное исходя из максимального абсолютного момента в пролете от нормативной нагрузки.

А.2.12 Прогибы допускается определять в предположении упругой работы стали.

А.2.13 В расчете прогибов, усилий и моментов следует учитывать влияние податливости соединений (например, в случае неразрезных балочных систем с соединениями внахлестку и на накладках).

А.2.14 Метизы, прикрепляющие настил к прогону, следует проверять на совместное действие срезающего усилия , перпендикулярного полке и растягивающего усилия , где е - шаг креплений, и допускается рассчитывать по таблице А.6. Срезающее усилие от настила, действующего как диафрагма, направлено параллельно полке и суммируется с геометрически.

Таблица А.6 - Срезающее и растягивающее усилия на метиз крепления вдоль балки

Балка	Приложение нагрузки	Срезающее усилие на единицу длины	Растягивающее усилие на единицу длины
Z-образная	вниз	может быть принято равным 0	0
	вверх		;
С-образная	вниз
	вверх

А.2.15 Метизы, закрепляющие прогоны на опорах, необходимо проверять на действие реакции в плоскости стенки и поперечных реакций и плоскостях полок (рисунок А.1). Силы и определяют по формулам, приведенным в таблице А.7. Сила от настила, выполняющего роль диафрагмы жесткости, включает в себя также скатную составляющую для кровель с уклоном. Если положительна, то растягивающая сила в метизе крепления отсутствует. передается от настила к верхней полке прогона и далее на стропильную конструкцию (главную балку) через соединительный (опорный) элемент или с помощью специальных сдвиговых коннекторов, или непосредственно на основной или аналогичный элемент. Реакции на промежуточных опорах неразрезного прогона принимают в 2,2 раза более значений, приведенных в таблице А.7.

Примечание - Для наклонных кровель поперечные нагрузки на прогон рассматриваются как составляющие вертикальной нагрузки, направленные перпендикулярно плоскости кровли и параллельно этой плоскости.

Таблица А.7 - Реакции на опоре свободно опертой балки

Балка и нагрузка	Реакция на нижний пояс	Реакция на верхний пояс
Z-образная, нагрузка вниз
Z-образная, нагрузка вверх
С-образная, нагрузка вниз
С-образная, нагрузка вверх

Коэффициент принимают равным , где - коэффициент, приведенный по формулам А.14 и A.15, и коэффициент принимают равным .

А.2.16 Поправочный коэффициент для рассматриваемой точки и соответствующих граничных условий неразрезной многопролетной балки вычисляют по формулам:

- для второй от крайней промежуточной опоры

; (А.14)

- для остальных промежуточных опор

, (А.15)

где ,

здесь - момент инерции полного поперечного сечения свободной полки при изгибе относительно оси z-z;

K - погонная боковая жесткость связи по А.2.17;

- расстояние между раскреплениями, а при их отсутствии - пролет L прогона.

А.2.17 Погонную боковую жесткость связи K на единицу длины вычисляют по формуле

, (A.16)

где t - толщина прогона;

- общая жесткость угловой связи по формуле (А.10);

h - общая высота прогона;

- развернутая высота стенки прогона.

определяют:

- для случаев, когда эквивалентная горизонтальная сила действует на стенку прогона в месте его контакта с настилом, ;

- для случаев, когда эквивалентная горизонтальная сила действует на полку прогона в месте его контакта с настилом, ,

здесь а - расстояние от метиза крепления настила к прогону до его стенки;

b - ширина полки прогона, соединенной с настилом.

А.3 Проектирование зданий с учетом диафрагмы жесткости из гофрированного листа

А.3.1 Общие положения

А.3.1.1 В настоящем подразделе рассматривается взаимодействие между конструктивными элементами и настилом, работающими совместно как части комбинированной конструкции. Требования настоящего подраздела относятся только к диафрагмам, изготовленным из стали.

А.3.1.2 Диафрагмы могут быть образованы из гофрированного листа, применяемого в покрытии, стеновом ограждении или перекрытиях. Они также могут быть образованы в стенах или покрытиях из кассетных профилей.

А.3.2 Работа диафрагмы

А.3.2.1 В расчете необходимо учитывать, что, вследствие своей сдвиговой жесткости и прочности, диафрагмы из настила покрытий, перекрытий или обшивки стены увеличивают общую жесткость и прочность каркаса.

А.3.2.2 Покрытия и перекрытия рассматривают как балки-стенки, расположенные по всей длине здания, воспринимающие горизонтальные поперечные нагрузки в своей плоскости и передающие их на торцы или промежуточные связевые рамы. Металлический настил рассматривают как стенку балки, воспринимающую сдвигающие поперечные нагрузки в ее плоскости, а краевые элементы - как пояса балки, воспринимающие осевые растягивающие и сжимающие усилия (см. рисунки А.1 и А.2).

А.3.2.3 Прямоугольные стеновые панели рассматривают упрощенно - как связевые системы, работающие в качестве диафрагмы и воспринимающие усилия в своей плоскости.

А.3.3 Условия применения гофрированного листа в качестве диафрагмы жесткости

А.3.3.1 Расчет с учетом работы диафрагмы, являющейся составной частью несущего каркаса, используют только при следующих условиях:

- гофрированный лист кроме обеспечения своей основной функции должен обладать достаточной сдвиговой жесткостью, чтобы препятствовать перемещениям конструкций в плоскости настила;

- диафрагмы должны иметь продольные краевые элементы, воспринимающие усилия в поясах, возникающие при работе диафрагмы;

- усилия от диафрагм покрытий и перекрытий передаются к фундаментам через связевые рамы, другие диафрагмы или другими методами, препятствующими смещению рам;

- несущая способность соединений должна соответствовать усилиям, передающимся от диафрагмы на основной стальной каркас и объединяющим настил с краевыми элементами для работы в качестве поясов;

- гофрированный лист рассматривается как неотъемлемая конструктивная часть каркаса, которая не может быть удалена без надлежащей компенсации;

- в проекте, включающем расчеты и чертежи, должно быть обязательно отмечено, что здание запроектировано с учетом работы диафрагмы жесткости;

- для настила, гофры которого ориентированы вдоль покрытия, усилия в поясах, возникающие при работе диафрагмы, могут быть восприняты самим настилом;

- сдвиговая жесткость не зависит от направления действия сдвигающей силы (вдоль или поперек гофров);

- поперечная нагрузка не влияет на сдвиговую жесткость настила.

A.3.3.2 Расчет с учетом работы вертикальных диафрагм жесткости используется, прежде всего, для невысоких зданий или для перекрытий и фасадов высоких каркасных зданий.

А.3.3.3 Диафрагмы рекомендуется использовать для восприятия ветровых, снеговых и других нагрузок, передающихся непосредственно через настил. Они также могут использоваться для восприятия небольших подвижных нагрузок, таких как тормозные усилия от легких подвесных кранов или подъемников на монорельсах, но не могут применяться для восприятия длительных внешних нагрузок, таких как нагрузка от оборудования и мостовых кранов.

А.3.4 Диафрагмы из стального гофрированного листа

А.3.4.1 В диафрагме из гофрированного листа (рисунок A.3) оба торца листов должны быть закреплены на опорных элементах самонарезающими винтами, дюбелями, сваркой, болтами или другими типами креплений. Соединения должны работать без отказа, не выдергиваться или не срезаться до разрушения настила. Все типы креплений следует устанавливать непосредственно через настил в опорный элемент, например, через гофры гофрированных листов, если не предусмотрены специальные меры по обеспечению эффективной передачи усилий, определяемых расчетом.

А.3.4.2 Балку можно рассматривать как непрерывно раскрепленную от бокового смещения в плоскости настила, если гофрированный лист (с трапецеидальными гофрами) соединен со сжатой полкой балки и выполняется следующее условие формулы, то:

; (А.17)

где S - сдвиговая жесткость (на единицу длины балки), обеспеченная креплением гофрированного листа к балке в каждой волне, при деформации балки в плоскости настила;

- момент инерции поперечного сечения относительно второстепенной оси поперечного сечения (из плоскости балки);

L - длина балки;

h - высота балки.

Если гофрированный лист прикреплен к балке через волну, сдвиговую жесткость следует принимать равной 0,2S.

Примечание - Формулу (А.17) допускается также использовать при определении поперечной устойчивости полок балки, соединенных с другими типами настила, а не только с трапецеидальным профилированным настилом, при условии, что их соединения обоснованы соответствующим расчетом.

А.3.4.3 Продольные стыки между соседними листами следует выполнять на заклепках, самонарезающих винтах, точечной сварке или на других видах креплений, которые работают без отказа, не выдергиваются или не срезаются до разрушения настила. Шаг таких креплений пе должен превышать 500 мм.

А.3.4.4 Расстояния от креплений всех типов до краев и торцов листов должны быть достаточными для предотвращения преждевременного прорыва кромки настила.

А.3.4.5 Допускаются без специального расчета небольшие произвольно расположенные отверстия, расположенные с суммарной площадью не более 3% перекрываемой площади при условии, что общее расчетное количество креплений сохраняется. Отверстия, занимающие площадь до 15% перекрываемой площади (площади поверхности диафрагмы, учитываемой в расчете), размещают согласно детальным расчетам. Участки с большими проемами должны быть разделены на меньшие участки, каждый из которых работает как диафрагма.

А.3.4.6 Несущую способность диафрагмы на сдвиг определяют минимальным значением предельной прочности продольных стыков или креплений настила на опорах, параллельных гофрам, или для диафрагм, закрепленных только на продольных краевых элементах, креплений листов на торцах (рисунок А.4). Расчетная несущая способность диафрагмы на сдвиг должна превышать этот минимум не менее чем на:

- 40% - при разрушении креплений листов к прогонам от совместного действия сдвига и ветрового отсоса;

- 25% - при любой другой форме разрушения.

А.3.4.7 Гофрированные листы, которые образуют диафрагмы, должны быть предварительно рассчитаны на изгиб. Чтобы исключить снижение несущей способности настила на изгиб при его одновременной работе как диафрагмы, следует учитывать, что напряжения в настиле, при работе его в качестве диафрагмы жесткости, не должны превышать .

A.3.5 Диафрагмы из кассетных профилей

А.3.5.1 Кассетные профили, используемые для образования диафрагм, должны иметь широкие полки повышенной жесткости.

A.3.5.2 Кассетные профили в диафрагмах следует соединять между собой по продольным краям через стенки метизами (обычно с помощью заклепок) с шагом креплений мм, расположенных на расстоянии мм от широкой полки (рисунок А.5).

А.3.5.3 Для точной оценки деформации (перекосов), обусловленных метизами, допускается использовать методику, аналогичную принятой для профилированных настилов с трапециевидными гофрами.

А.3.5.4 Сдвигающая сила от расчетных нагрузок в предельной стадии не должна превышать , вычисляемое по формуле

, (А.18)

где - момент инерции широкой полки относительно собственной оси;

- общая ширина широкой полки.

А.3.5.5 Сдвигающая сила от нормативных нагрузок не должна превышать , вычисляемое по формуле

, (А.19)

где - сдвиговая жесткость диафрагмы на единицу длины, вычисляемая по формуле

, (А.20)

где L - общая длина диафрагмы (в направлении пролета кассетных профилей);

b - общая ширина диафрагмы ;

- ширина профиля;

- коэффициент жесткости ;

- расстояние между метизами (рисунок А.5).