с 01.01.2019 по настоящее время
Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова (Общеинженерные дисциплины, профессор)
с 01.01.1980 по 01.01.2019
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Новочеркасск, Ростовская область, Россия
студент с 31.08.2015 по настоящее время
Новочеркасск, Ростовская область, Россия
студент с 31.08.2014 по настоящее время
Новочеркасск, Ростовская область, Россия
ББК 308 Монтаж, эксплуатация, ремонт машин и промышленного оборудования
В статье сделан краткий обзор вопроса внедрения европейских норм в России. Приведен анализ результатов расчета стропильной фермы на SCAD и с использование программы реализующей расчет по немецким DIN.
ферма покрытия, МКЭ, прочностной расчет, Еврокоды
Примеры применения европейских норма при проектировании и строительстве известны в строительной практике достаточно долгое время. Таким объектом являлось строительство Белорусского металлургического завода [1]. Однако заявленная долговечность строительных конструкций в договорах связывается с правильной эксплуатацией, но гарантия на объект часто не превышает 2-5 лет. Примененные в проекте материалы, эксплуатирующиеся в агрессивной среде, не имеют российских аналогов и правила их эксплуатации российскими нормами не регламентированы. Примененные в проекте и при монтаже раскосы ферм в виде двух уголков составляющих тавровое сечение в отличие от распространенного в России сечения двух уголков образующих крестовое сечение привели к скоротечному возникновению коррозии металла и невозможности восстановления антикоррозийного покрытия и усиления раскосов. Эти и другие дефекты были выявлены при плановом детальном обследовании несущих конструкций [1].
После разработки в 1997 г. Еврокода 7 «Геотехнический расчет» был выполнен сравнительный анализ расчета квадратного фундамента мелкого заложения по методике российского СНиП 2.02.01-83* и по методике Европейского комитета по стандартизации (CEN) [2]. По последним нормам принимаются несколько коэффициентов безопасности по нагрузкам, сложным грунтовым условиям и категории опасности объекта (риске). При расчете несущей способности грунта в Еврокодах учитывается давление связности грунта и разница с расчетом по СНиП получилась значительной. Для России спектр грунтов гораздо разнообразнее чем в европейской части континента и методики расчета расчетного сопротивления грунта и осадок фундаментов требуют детального и внимательного рассмотрения [2].
После вступления в 2003 г. в силу Федерального закона «О техническом регулировании» фактически были приостановлены разработка новых и актуализация действовавших СНиП. В 2009 г. в ФЗ были внесены изменения (№ ФЗ-385 от 30.12.2009 г.), представляющие возможность установления особенностей технического регулирования в строительстве. После принятия 30.12.2009 г. федерального закона № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», появилась возможность сохранить потенциал действующей нормативной базы в области строительства. Технический регламент предписал до 1 июля 2012 года необходимо провести актуализацию СНиП и ГОСТ, включенных в Перечень документов обязательного применения, утвержденный Распоряжением Правительства РФ № 1047-р от 21 июня 2010 года. К сожалению, только к началу 2014 года в срочном порядке было актуализировано 78 сводов правил. Для сближения российских сводов правил и их структуры с аналогичной международной и европейской системами создан технический комитет по стандартизации ТК 465 «Строительство», который с поставленными задачами не справляется. Это связано с принципиальной разницей в температурных режимах, в снеговых и ветровых нагрузках, а особенно учете при проектировании вечной мерзлоты (65% территории страны) и сейсмики (40% территории страны). Всё это выливается в специфику проектирования и строительства.
Первыми из стран СНГ Еврокоды перевели на русский и национальные языки в конце 2010 года Республики Казахстан и Беларусь. В Казахстане Еврокоды введены в действие 1 июня 2015 г. к которым были разработаны национальные приложения [3] и утверждена «Инструкция сосуществования действующей и новой нормативно-технических баз в период 2015 – 2020 годы».
В 2012 году Национальным объединением строителей были переведены на русский язык и отредактированы методические документы по практическому применению Еврокодов — «Проектирование мостов по Еврокодам. Примеры расчетов» и «Проектирование сейсмостойких сооружений. Примеры расчетов», разработана и издана серия справочно-методических пособий для проектировщиков, экспертов, профессорско-преподавательского состава, а также иностранных инвесторов. Эти шаги делались для гармонизации нормативной базы и привели к подписанию в 2013 г соглашения между CEN и Росстандартом об использовании Еврокодов в России с использованием приложений (российских стандартов) [4].
В настоящее время продолжается процесс изучения особенностей применения Еврокодов в России. Нами были выполнен сравнительный анализ результатов двух расчетов статического прочностного расчета по немецким нормам (программа RuckZuck 5.0 Demoversion фирмы Mursoft) и по методике СНиП реализованной в программном комплексе SCAD [5].
Для возможности сравнения полученных результатов в расчетах по российским стандартам использовались значения снеговой и ветровой нагрузок те же, что и в расчете по немецким нормам. Нормативные значения постоянных и временных нагрузок, действующих на конструкцию покрытия, коэффициенты надежности определялись в соответствии со СНиП 2.01.07-85*.
В качестве примера для расчета была выбрана реально существующая ферма здания Главного корпуса обогатительной фабрики шахты «Аютинская» ООО «Уголь-ЗУМК». При расчете был использован проект усиления фермы и обмерочные чертежи, выполненные ранее по единой методике [6].
Вначале рассмотрим расчет в соответствии с немецкими нормам. Пояснения к расчету в распечатке приведены на немецком и дополнены переводом, комментариями и ссылками на нормативные документы (DIN) на русском языке. Затем рассмотрим расчет СНиП [7]. Расчетная схема фермы с нумерацией узлов и стержней показана на рис. 1.
I. Fachwerk – statische Berechung
(Fachwerk - статический расчет)
- Lastannahmen (нагрузки):
Verkehrslasten (подвижная, динамическая нагрузка)
keine, da Dachdeckung (нет, т.к. это покрытие)
В данном случае проводится расчет только на статическую нагрузку.
Eigengewicht (вес покрытия)
Profile (gleichschenkliger Winkelstahl)
(профили: равнополочные стальные уголки)
L 100 x 10 L 120 x 10
L 75 x 8 L 60 x 5
Используя обмерочные чертежи проекта усиления фермы проводится расчет массы фермы. Номера прокатных профилей стержней приведены выше, а длины стержней приведены далее в расчетных уравнениях. Масса стержней определялась по DIN 1028 (10.76).
Bemessungsgleichungen (расчетные уравнения):
1.) 2 *
2.) 2 *
3.) 2 *
4.) 2 *
5.) 2 *
6.) 2 *
7.) 2 *
8.) 2 *
9.) 2 *
10.) 2 *
11.) 2 *
12.) 1 *
Gesamtgewicht (общий вес фермы): 8,11 kN
- Schneelast (снеговая нагрузка):
Schneelastzone: III
(зона снеговой нагрузки – III)
Нормативное значение снеговой нагрузки было определено в соответствии с картой районирования представлена в DIN 1055 Teil 5 А1 (4.1994).
Gelaendehoehe: –
(Высота строительной площадки -
При расчетах по немецким стандартам имеет значение высота строительной площадки над уровнем моря. Нормативное значение снеговой нагрузки определяется по DIN 1055 Teil 5(6.75).
Regelschneelast: S0 = 1,0 kN/m2
(Значение нормативной нагрузки S0 = 1.0 кН/м2)
Bemessungsgleichung (уравнение расчета):
1,0 kN/m2 * 2 *
Значение снеговой нагрузки определяется на
- Windlast (ветровая нагрузка)
Winddruck (Боковое давление ветра)
Gebaude ueber Gelaende (высота здания): 8 –
=> Staudruck (скоростной напор): q = 0,8 kN/m2
kein aerodynamischer Beiwert
(Коэффициент аэродинамического эффекта отсутствует)
Bemessungsgleichung (уравнение расчета):
0,8 kN/m2 *
Расчет проводился согласно DIN 1055 Teil 4(8.86).
- Sicherheitsbeiwerte (коэффициенты надежности):
Schnee: 1,5 veraenderliche Last
(для снеговой нагрузки: 1,5 временная нагрузка)
Wind: 1,5 veraenderliche Last
(для ветровой нагрузки 1,5 временная нагрузка)
Eigengewicht: 1,35 staendige Last
(собственный вес 1,35 постоянная нагрузка)
Bemessungsgleichung(уравнения расчета):
1,5 * 17,96 kN = 26,94 kN (S) (значение расчетной снеговой нагрузки)
1,5 * 0,96 kN = 1,44 kN (W) (значение расчетной ветровой нагрузки)
1,35 * 8,11 kN = 10,95 kN (E) (значение расчетной нагрузки собственного веса)
- Bemessung (расчет):
- statisches System (статическая система):
Prinzip Zweifeldtraeger
(расчет фермы производится как однопролетной балки на двух опорах)
Для определения усилий реакций опоры ферма рассматривается как однопролетная балка на двух опорах. При этом все вертикальные усилия, действующие на ферму, складываются и делятся на количество опор.
Ausbildung als Fachwerkrahmen
(Расчет фермы как каркасной конструкции)
После определения усилий реакции опор, необходимо рассматривать ферму как плоскую каркасную конструкцию.
festes Auflager bei A
(жестко закрепленная опора в точке А)
Gleitlager bei B (horizontal verschieblich)
(скользящая, горизонтально подвижная опора В)
- wirkende Kraefte (действующие усилия):
Wind in Auflager A 1,44 kN
(ветровая нагрузка на опоре А)
verteile Linienlast 2,92 kN je Knoten
13 * 2,92 kN = 37,89 kN
(распределенная нагрузка 2,92 кН на узел)
В заданной ферме 13 узлов верхнего пояса. Для удобства расчета нагрузки прикладываются в узлах верхнего пояса. При этом в качестве кровельного материала был принят металлический профнастил. Так как профнастил является легким конструктивным материалом, то в расчете его масса не учитывается.
- Auflagerkraefte (усилия на опорах):
AV = 18,99 kN
AH = –1,44 kN
BV = 18,99 kN
- Stabkraefte / Schnittkraefte :
(нагрузки в стержнях/усилия, возникающие в сечении)
Таблица 1
|
Номер элемента |
Усилие, кН |
Номер элемента |
Усилие, кН |
Номер элемента |
Усилие, кН |
|
Untergurt (Элементы нижнего пояса) |
|||||
|
1 |
17,08 |
2 |
37,53 |
3 |
43,00 |
|
4 |
43,00 |
5 |
37,53 |
6 |
17,08 |
|
Obergurt (Элементы верхнего пояса) |
|||||
|
7 |
-2,21 |
8 |
-28,68 |
9 |
-29,99 |
|
10 |
-41,96 |
11 |
-42,23 |
12 |
-41,92 |
|
13 |
-41,92 |
14 |
-42,23 |
15 |
-41,96 |
|
16 |
-29,99 |
17 |
-28,68 |
18 |
-2,21 |
|
Diagonalen (Раскосы и стойки) |
|||||
|
19 |
-4,69 |
20 |
-20,16 |
21 |
14,96 |
|
22 |
-2,51 |
23 |
-10,80 |
24 |
5,97 |
|
25 |
-3,34 |
26 |
-1,47 |
27 |
-1,71 |
|
28 |
2,73 |
29 |
-1,71 |
30 |
-1,47 |
|
31 |
-3,34 |
32 |
5,97 |
33 |
-10,80 |
|
34 |
-2,51 |
35 |
14,96 |
36 |
-20,16 |
|
37 |
-4,69 |
|
|
|
|
Теперь выполним статический расчет фермы по Российским нормам с использованием ГОСТов и СНиПов. Начнем расчет с определения массы металлической фермы по ГОСТ 8509-93, используя те же размеры профилей стальных равнополочных уголков.
Расчетные нагрузки:
1.) 2 *
2.) 2 *
3.) 2 *
4.) 2 *
5.) 2 *
6.) 2 *
7.) 2 *
8.) 2 *
9.) 2 *
10.) 2 *
11.) 2 *
12.) 1 *
Итого: вес фермы равен: 799.7 ~
Российский сортамент проката стали практически ничем не отличается от немецкого. Разница лишь в том, что в немецком масса погонного метра уголка дана в килоньютонах, а в российском в килограммах. Массы малых равнополочных уголков в сортаментах отличаются.
Учтем в расчете массы сварных швов и массы фасонок, фланцев и подкладных пластин. Для этого полученную массу металлической фермы умножим на коэффициент 1.3. Полученная масса фермы равна 1.3 *
Определение нормативных нагрузок:
Для возможности сравнения полученных результатов, значение снеговой нагрузки возьмем, как и в немецком расчете. S0 = 1 кН/м2 Грузовая площадь равна
Боковое давление ветра также возьмем из немецкого расчета q = 0.8 кН/м, высота крайней стойки фермы равна
Определение расчетных нагрузок:
Коэффициент надежности для снеговой нагрузки равен γƒ = 1.4
Расчетное значение снеговой нагрузки 1.4 * 18 кН/м = 25.2 кН/м.
Коэффициент надежности для ветровой нагрузки равен γƒ = 1.2
Расчетное значение снеговой нагрузки 1.2 * 0.96 кН/м = 1.152 кН/м.
Коэффициент надежности для собственного веса металлических конструкций равен γƒ = 1.05
Расчетное значение собственного веса фермы 1.05 *
Переведем значение собственного веса в единицы СИ: 1092 кг = 10.92 кН.
В немецком расчете значения коэффициентов запаса были больше.
Сведем всю полученную нагрузку к узловой:
Расчетное уравнение: (10.92 кН + 25.2) / 12 = 3.0 кН.
Количество узлов верхнего пояса фермы равно 13, но на крайние узлы приходится по половине обычной нагрузки, т.е. по 1.5 кН.
Значения напряжений, возникающих в элементах фермы, полученные в результате расчета на программном комплексе SCAD:
Таблица 2.
|
Номер элемента |
Усилие, кН |
Номер элемента |
Усилие, кН |
Номер элемента |
Усилие, кН |
|
Элементы нижнего пояса |
|||||
|
1 |
17.94 |
2 |
39 |
3 |
44.6 |
|
4 |
44.6 |
5 |
39.3 |
6 |
18.42 |
|
Элементы верхнего пояса |
|||||
|
7 |
0.14 |
8 |
-30.9 |
9 |
-31.0 |
|
10 |
-43.5 |
11 |
-43.5 |
12 |
-43.4 |
|
13 |
-43.4 |
14 |
-43.65 |
15 |
-43.65 |
|
16 |
-31.3 |
17 |
-31.2 |
18 |
0.09 |
|
Раскосы и стойки |
|||||
|
19 |
-1.38 |
20 |
-24.47 |
21 |
17.07 |
|
22 |
3.07 |
23 |
-11.62 |
24 |
6.19 |
|
25 |
-3.02 |
26 |
-1.82 |
27 |
-1.94 |
|
28 |
3.03 |
29 |
-2.05 |
30 |
-1.7 |
|
31 |
-3.02 |
32 |
6.07 |
33 |
-11.5 |
|
34 |
-3.05 |
35 |
16.88 |
36 |
-24.66 |
|
37 |
-1.51 |
|
|
|
|
Значения напряжений по результатам расчета по российским нормам оказались чуть больше, чем значения напряжений в тех, же стержнях при расчете по немецким нормам. Это значит, что сечение стержней будут подбираться больше. С экономической точки зрения это хуже, чем в немецком расчете, но с точки зрения безопасности и надежности конструкции это, несомненно, лучше.
Как мы видим Еврокоды содержат ссылки на стандарты, устанавливающие требования на материалы (прокатные профили), правила производства работ и т.д., а общее количество ссылочных стандартов по приблизительным оценкам более 1 500 документов. Принципы проектирования и методы расчетов, в частности применяемые коэффициенты, существенно отличаются от российских норм в строительстве [8]. Специфика проектирования в России учитывает более широкий спектр природно-климатических и геофизических различий территорий нашей страны. Эта специфика проявляется том, что слабые грунты занимают до 40% территории страны, карстоопасные зоны расположены в 64 субъектах России, зоны вечной мерзлоты составляют 65% территории страны, а сейсмически опасными являются строительные площадки на 40% нашей территории. Есть принципиальная разница в температурных режимах, в максимальных снеговых, которые почти в шесть раз больше среднеевропейских, и ветровых нагрузках. По этим причинам простое механическое применение Еврокодов в России [9] не возможно и требует значительного времени на их гармонизацию с Российскими нормами и обучения нового поколения проектировщиков для грамотного их применения.
1. Гринер А. Дефекты и повреждения производственных зданий БМЗ, запроектированных и построенных инофирмами // Промышленное и гражданское строительство.- 1993.- № 9.- С. 32 - 35.
2. Трофименков Ю.Г., Михеев В.В. О расчете фундаментов мелкого заложения по различным нормам // Основания, фундаменты и механика грунтов, 1999.- № 2.- С. 18-21.
3. Хасенов С.С., Наурузбаев К.А., Сатпаева К.И. Перспективы внедрения Строительных Норм и Правил (Еврокоды) в Республике Казахстан // Вестник КазГАСА.- 2011.- № 3-4 (41-42).- С. 102-105.
4. Нугужинов Ж.С., Кропачев П.А., Курохтина И.А. Проблемы научно-технического сопровождения экспертизы и мониторинга состояния уникальных сооружений Казахстана с учетом Еврокодов // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений.- 2013.- № 6.- С. 47 - 51.
5. Автоматизация расчетов стержневых систем гидротехнического строительства // Волосухин В.А., Евтушенко С.И. и др.- Издательство АСВ.- М.: 2007.- 160 с.
6. Дефекты и повреждения строительных конструкций мостов на мелиоративных каналах Ростовской области : монография // Волосухин В.А., Крахмальный Т.А., Евтушенко С.И., Крахмальная М.П. / Юж.-Рос. гос. политехн. ун-т (НПИ) им. М.И. Платова.- Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2013.- 126 с.
7. Строительные конструкции / Волосухин В.А., Евтушенко С.И., Меркулова Т.Н.- Ростов н/Д : Феникс, 2013.- 554 с.
8. Санджиев Н.В., Сердюков Д.А. Сравнение зарубежных и отечественных программ для расчета задач методом конечных элементов / Международный научный журнал Синергия наук, № 27539159_64266641.
9. Яковлев С.К. Еврокоды придут в Россию в 2016 году // Строительный Кузбас № 1-2, 2015.- С. 16-18.
