Типы профилей для бескаркасных ангаров

В бескаркасном строительстве, которое приобретает все большую популярность в России, используют, в основном, два вида профиля: трапециевидный (V-образный) и прямоугольный (П-образный) профиль.

Давайте выясним, какой из них лучше, сделав сравнительный анализ данных профилей по следующим критериям.

Внешний вид и размеры

Трапециевидный профиль имеет размер 600×200, прямоугольный – 300×100.

Прямоугольный профиль 300×100:
Трапециевидный профиль 600×200:

Производительность

В случае использования более широкого трапециевидного профиля монтаж должен вроде бы идти быстрее, но…

При ширине ангара 20м масса одного арочного элемента длиной 28 м при толщине листа 1,2 мм составит для профиля 300х110 – 158 кг, а для профиля 600х200 – 240 кг.

Учитывая, что одиночные элементы переносятся и монтируются вручную, при ограничении нагрузки на одного человека 20кг, устанавливаем состав бригады в первом случае – 8 человек, во втором – 12 человек.

Возможности

Для профиля 300х110 регламентируется ширина пролета от 3 до 24 м; для профиля 600х200 – от 15 до 32 м. Но это техническая возможность изготовления арочного элемента, не более того!

Ширина пролета ограничена прежде всего его несущей способностью. Россия – не штат Техас, здесь бывает, что и снег выпадает. Таким образом, подходим к проблеме надежности.

Надежность

Надежность и долговечность бескаркасного ангара определяются, в первую очередь, достоверностью прочностного расчета. Дело это весьма непростое. Необходимо учесть волнистость поверхностей, жесткость фальцевого соединения, степень повышенной деформативности арочных элементов, в особенности при несимметричных нагрузках.

Для профиля 300х110 специалисты ЦНИИПСК имени Мельникова провели ряд расчетов, согласно которым были достоверно и точно рассчитаны несущие способности бескаркасных арочных конструкций.

В основе данных расчетов лежит метод конечных элементов, он учитывает геометрическую нелинейность, несовершенства формы, воздействие торцовых стен, и многие другие факторы, которые не менее важны в работе по монтажу и строительству.

Эта программа позволяет наиболее эффективно и рационально установить область применения арочных конструкций такого типа, в зависимости от таких факторов, как радиус кривизны, толщина металла, ширина пролета, высота конструкции и т.п.

С профилем 600х200 дело обстоит сложнее. Американская программа «COSMIC» для такого профиля учитывает не все эксплуатационные факторы, характерные для российского климата (во всяком случае, нам известны неудачные примеры ее использования в местных условиях).

Вот что пишет журнал “Монтажные и специальные работы в строительстве”, №7/2004:

«…Проектирование и расчет арочных сводов имеют ряд особенностей, обусловленных в первую очередь тонкостенностью профилей, их повышенной деформативностью, несимметричностью сечений, начальными несовершенствами формы, гофрировкой полки и стенок профиля при его вальцовке и другими факторами. Известно, что в тонкостенных гнутых элементах профиля возможны потеря местной устойчивости граней и частичное их выключение из работы. В результате геометрические характеристики этих профилей (эффективная площадь поперечного сечения, моменты сопротивления и инерции) снижаются в зависимости от уровня сжимающих напряжений и соотношения ширины и толщины сжатых граней. Задача усложняется при наличии гофрированных участков.

При этом геометрические характеристики профиля зависят от знака изгибающего момента, от того, с какой стороны профиля возникают сжимающие напряжения, а также от радиуса вальцовки профиля и, соответственно, от размеров гофров на полке и стенках профиля. После местной потери устойчивости гнутые профили, как правило, продолжают работать в закритической стадии. Все это приводит к большому разбросу справочных величин. Так, сопоставление геометрических характеристик корытообразного профиля высотой 200 мм и толщиной 1,5 мм по ТУ, выпущенным в 1997 и 1999 гг., по данным фирмы MIC и расчетным данным по рекомендациям Eurocode 3, дает отличие более чем в 2 раза…Опыт проектирования бескаркасных конструкций арочных сводов и их строительства показал, что для успешного применения данной конструктивной системы необходимы ее адаптация к требованиям российских нормативных документов, а также выполнение комплекса работ по ее сертификации.»
(П.Г. Еремеев, д-р техн. наук, проф., Д.Б. Киселев, М.Ю. Арменский, инженеры (ГУП ЦНИИСК им. Кучеренко)

Исходя из вышесказанного, можно вынести следующие недостатки трапециевидного профиля 600x200:

• недостаточно жесткое фальцевое соединение (в отличие от профиля 300х110);
• трапециевидная форма профиля (с наклонными ребрами жесткости) провоцирует потерю устойчивости при критических нагрузках.

Таким образом, в российских погодных условиях для минимизации рисков лучше всего использовать прямоугольный профиль 300x100.