Из опыта расчета стальных конструкций ПО СНиП и ТКП EN

21
мая
Международная
научно-практическая конференция
«Техническое регулирование строительной
отрасли в современных условиях»
ИЗ ОПЫТА
РАСЧЕТА СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ПО СНиП и ТКП ЕN
Докладчик:
Жабинский А.Н., профессор, к.т.н., ;
Надольский В.В. ст. преподаватель

Нормы и правила расчета
1 СНиП 2.01.07-85. « Нагрузки и воздействия» М. 1998, 32 с.
2 Изменения №1 РБ СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия.
3 СНиП II-23-81*. Стальные конструкции/Госстрой СССР, - М.:ЦИТП Госстроя СССР,
1990. – 96с.
4 ТКП EN 1990-2011 «Еврокод. Основы проектирования строительных конструкций» - М:
МАиС, 2012.
5 СТБ EN 1991-1-1-2007. Еврокод 1. Воздействия на несущие конструкции. Часть 1-1.
Удельный вес, постоянные и временные нагрузки на здания / Минск: Минстройархитектуры,
2007.
6 ТКП EN 1991-1-3. Воздействие на конструкции. Часть 1-3. Общие воздействия.
Снеговые воздействия/ Минск: Минстройархитектуры, 2009. – 52 c.
7 ТКП EN 1991-1-4 Воздействие на конструкции. Часть 1-4. Общие воздействия.
Ветровые воздействия. / Минск: Минстройархитектуры, 2009. – 52 c.
8 ТКП EN 1993-1-1-2009 «Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Часть 1-1.
Общие правила и правила для зданий» - М: МАиС, 2009.
9 ТКП EN 1993-1-5-2009 «Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций.
Часть 1-5. Пластинчатые элементы конструкций» - М: МАиС, 2010
10 ТКП 45-5.04-274-2012 (02250) СТАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ. Правила расчета.
МАиС, 2013, - 158с.
11 EN 10025 Горячекатанный прокат из конструкционных сталей. Общие технические условия
поставки
МАТЕРИАЛЫ . Химический состав стали марок и их качества
с указанием значений ударной вязкости по EN и ГОСТ
Обозначение
По
Способ
раскис
лен
ия
EN
С в % max для
номинальной
толщины продукции в
мм
≤ 16
> 16
≤ 40
Si
Mn
P
S
%
max
%
%
max
%
max
max
d
N
d,e
≥ 40
%
max
max
f
Xr
%
Cu
%
max
g
10025-2 (FN – неуспокоенная (кипящая) сталь не допускается)
( FF—полностью раскисленная сталь)
Работа удара
(ударная
вязкость)
KCV
t0 С
дж/см2
S235JR
S235J0
S235J2
FN
FN
FF
0,17
0,17
0,17
0,17
0,17
0,17
0,20
0,17
0,17
-
1.4
1.4
1.4
0,035
0,030
0,025
0,035
0,030
0,025
0,12
0,12
-
-
0,55
0,55
0,55
27
27
27
+20
0
-20
S355JR
S355J0
S355J2
S355K2
FN
FN
FF
FF
0,24
0,20j
0,20j
0,20j
0,24
0,20k
0,20k
0,20k
0,24
0,22
0,22
0,22
0.55
0.55
0.55
0.55
1,6
1,6
1,6
1,6
0,035
0,030
0,025
0,025
0,035
0,030
0,025
0,025
0,12
0,12
-
-
0,55
0,55
0,55
0,55
27
27
27
40
+20
0
-20
-40
По ГОСТ 27772 ( кп - кипящая сталь, допускается для 3 и 4 групп конструкций)
( пмс – после механического старения)
KCU
t0 С
С235
С245
С255
кп
пс
сп
0,22
0,22
0,22
0,22
0,22
0,22
0,22
0,22
0,22
< 0,05
0,05-0,15
0,15-0,3
< 0,6
< 0,65
< 0,65
0,04
0,04
0.04
0,05
0,05
0,05
≤0,3 ≤0,3
≤0,3 ≤0,3
≤0,3 ≤0,3
0,3
0,3
0,3
29-пмс
29
-20
-20
С345
(сп)
≤0,15
≤0,15
≤0,15
≤ 0,8
1,3-1,7
≤0,035
≤0,04
≤0,3 ≤ 0,3
≤0,3
29-пмс
34-пмс
+20..-20
дж/см2
-40
РЕЗЮМЕ
1. В основу маркировки сталей лежит предел текучести: С235, С245, С255, С345
и S235, S355
2. По способу раскисления сталь делят на:
По EN - FN - неуспокоенную (кипящую) - не допускается;
FF - полностью раскисленную.
По ГОСТ – кп, пс, и сп, в зависимость от этого стали С235, С245, С255. Более
дифференцированный подход, 4-е группы конструкций по условиям эксплуатации ).
Раскисление по EN – обеспечивается более высоким содержанием Si, Mn, остаточного
AL (0,2%), за счет этого - более мелкозернистая структура, менее склонная к росту
зерна, меньшее содержание кислорода. Прочностные свойства и сопротивляемость
хрупкому разрушению выше.
3. По химическому составу:
По EN - более чистая по содержанию S (0,035-0025%), P (0,035-0025%), N и C (0,17%).
По ГОСТ - S (0,05%), P (0,04%), N и C (0,22%), повышенное содержание Ni и Xr).
4. Испытание на удар (ударную вязкость) – образцы КСV (по ГОСТ KCU). Образцы КСV
ближе соответствуют действительным концентраторам напряжений.
5. Качество стали
По EN выше и достигается повышением чистоты сталей по химическому составу, по
содержанию ликваций и неметаллических включений, проведению нормализующей
и термомеханической прокатки, в результате чего размельчается зерно, снимаются
внутренние напряжения, повышается пластичность и прочность.
У нас этой проблеме пока уделяется меньше внимания.
6. По ГОСТ – более дифференцированный подход к прочностным характеристикам стали
в зависимости от толщины.
Исходные данные при проектировании



Место строительства г. Минск.
Промышленное двухэтажное здание прямоугольное в плане.
Габариты здания в осях 24х60 м. Здание разбито на два
пролета 8 м и 16 м. Шаг поперечных рам 6.0 м. Отметка
первого этажа +6.000, отметка опирания стропильной
фермы +12.000. Высота здания в коньке 12.85 м. Кровля с
уклоном 5%. (Рисунок 1).
Сопряжение крайних колонн с фундаментами – жесткое в
плоскости рамы и шарнирное из плоскости рамы.
Сопряжение средней колонны с фундаментами –
шарнирное. Жесткость каркаса в продольном направлении
обеспечивается установкой вертикальных и горизонтальных
связей, а также жесткими дисками перекрытия и покрытия.
Рисунок 1.1 - Поперечный разрез здания













1. Нормативные и характеристические значения
СНиП 2.01.07
1.2 кПа – на покрытие
3.6 кПа – на перекрытие
СТБ EN 1991-1-1
1.2 кПа – на покрытие
3.6 кПа – на перекрытие
2. Расчетные значения
СНиП 2.01.07
1.428 кПа – на покрытие (f* = 1.05–1.3)
3.99 кПа – на перекрытие (f* = 1.05-1.2)
СТБ EN 1991-1-1
1.62 кПа – на покрытие (f = 1.35)
4.86 кПа – на перекрытие (f = 1.35)
Сравнение постоянной нагрузки







1. Нормативные и характеристические значения
СНиП 2.01.07
0.46 кПа – на покрытие
20.46 кПа – на перекрытие
СТБ EN 1991-1-1
0.46 кПа – на покрытие
20.46 кПа – на перекрытие







2. Расчетные значения
СНиП 2.01.07
0.6 кПа – на покрытие (f* = 1.3)
24.6 кПа – на перекрытие (f* = 1.2)
СТБ EN 1991-1-1
0.75 кПа – на покрытие (f = 1.5)
30.75 кПа – на перекрытие (f = 1.5)

Сравнение временной (полезной) нагрузки
















СНиП 2.01.07
1. Район строительства
ΙΙ Б–s0 = 1.2 кПа
ΙΙΙ –sk = 1.6 кПа
2. Коэффициент перехода 
 = 1.0
1 = 1(1) = 1(2) = 0.8
3. Коэффициент окружающей среды Ce,
приняты городские условия застройки закрытые от ветра
Ce = 1.0
Ce = 1.0
4. Температурный коэффициент Ct
Ct = 1.0
Ct = 1.0
5. Нормативное значение снегового давления S
S = CeCts
S = CeCts0 = 1.01.01.01.2 =
= 1.2кПа
S = CeCtsk = 0.81.01.01.6 =
= 1.28кПа
6. Коэффициент надежности по нагрузке f
f= 1.5
f= 1.5
7. Расчетное значение снеговой нагрузки


ТКП EN 1991-1-3
S=
1,8 кПа
S=
1,92 кПа
Сравнение снеговой нагрузки



1. Скорость ветра
СНиП 2.01.07
значение скорости ветра v0 =19.42 м/с


ТКП 1991-1-4
vb,0 = 24 м/с 3.
СНиП 2.01.07
Нормативное значение средней составляющей ветрового
воздействия
 w0 = 0,23кПа


ТКП 1991-1-4
3. Пиковое значение скоростного напора (сумма средней и
пульсационной)
 qp1(z) = [1+7lv(z)]1/2vm12(z) =

= [1+70.4] 1/21.25(13.96)2 =

= 0.462кПа


ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА
Результаты исследований
На
основании
проведенных
расчетов
строительных конструкций, выполненных на всех
этапах проектирования начиная со сбора нагрузок
и воздействий и заканчивая проектированием
сечений
элементов
каркаса
здания
по
строительным нормам Республики Беларусь и
европейским
нормам
проектирования
(Еврокодам), а так же выполненного анализа
строительных сталей и полученных данных
расчета, сделаны следующие выводы:
1.
расчетные
значения
нагрузок
и
воздействий, рассчитанных по СНиП и по ТКП
EN с Национальными приложениями составляют:
1.1 - постоянные и временные нагрузки,
рассчитанные на покрытие и перекрытие по ТКП
EN превышают их значения, вычисленные по
СНиП, в среднем на 13% – 25%. Это
объясняется использованием в нормативных
документах различных значений коэффициентов
надежности по нагрузкев СНиП [1] и частных
коэффициентов по ТКП EN [5];
1.2 - снеговые нагрузки, рассчитанные по
ТКП EN [6] превышают значения, определенные
по СНиП [1,2] .Это объясняется тем, что
величина нормативного значения снегового
покрова принята в ТКП EN больше чем в
СНиП, в среднем для всей территории
Республики в 1.4-1.5 раза и вызвана разной
обеспеченностью
нормативного
значения
нагрузок по этим документам. При дальнейших
расчетах значения нагрузок выравнивается за
счет коэффициентов (µ, Ce, Ct), однако конечный
результат по ТКП EN оказывается в среднем в
1.2-1.3 раза больше чем по СНиП;
1.3 - ветровые воздействия на здания,
подсчитанные по ТКП EN [7] превышают
значения по СНиП [1], примерно, в 1,5 - 2 раза.
Существенное отличие в значениях ветровых
давлений возникает за счет того, что в ТКП EN
независимо от типа здания, его геометрических
характеристик и типа местности, учитывается
динамическая
составляющая
ветрового
давления и принимаются аэродинамические
коэффициенты с большим значением, чем в
СНиП.
2 Стали.
2.1 В СНиП (ГОСТ) и EN принята идентичная маркировка сталей –
по пределу текучести (С235…, S235…, и т.д)

По СНиП (ГОСТ) в зависимости от способа раскисления сталь С235
– кипящая (кп), С245 – полуспокойная (пс) и С255 – спокойная (сп).

В EN по способу раскисления все стали делятся на неуспокоенные
FN (кипящие) стали, которые не допускается, и полностью
раскисленные FF стали. Раскисление по EN обеспечивается более
высоким содержанием Si, Mn, остаточного AL (0,2%). По химическому
составу сталь по EN более чистая по содержанию вредных примесей. Так
по ГОСТ содержание S - 0,05%, P - 0,04%, повышенное содержание Ni и
Xr. По EN –S ≤ (0,035-0025%), P ≤ (0,035-0025%).
 Качество стали по EN выше, чем по ГОСТ, и достигается
повышением чистоты сталей по содержанию примесей и
неметаллических включений, проведению нормализующей и
термомеханической прокатки, в результате чего размельчается
зерно,
снимаются
внутренние
напряжения,
повышается
пластичность и прочность проката.
3. Анализ результатов статического расчета ПРЗ,
выполненный
в
соответствие
с
рекомендациями
национальных СНиП [3] и европейских норм ТКП EN [8]
показал, что значения внутренних усилий в элементах
согласно Еврокодам на 20-30% больше, чем - по СНиП.
Это вызвано тем, что нормативные значения нагрузок по ТКП
EN больше, применяются большие значения коэффициентов
надежности по нагрузке, чем по СНиП. При составлении
комбинаций внутренних усилий по двум нормативным
документам используются разные коэффициенты сочетаний, а
так же при расчете поперечной рамы по ТКП EN, помимо
основных нагрузок, необходимо учитывать эквивалентные
горизонтальные усилия в этажах рамы, учитывающие
начальные несовершенства конструкций
4. Сопоставительный анализ расчета стальных
конструкций
по
национальным
СНиП
и
европейским нормам ТКП EN показал, что стальные
конструкции,
рассчитанные
по
Еврокодам,
примерно, на 10–35% имеют больший расход
материалов. Это объясняется более высокой
степенью
надежности,
принятой
при
проектировании
стальных
конструкций
по
Европейским нормам.
Спасибо за внимание !