Розрахунок металоконструкцій: методи й перевірка

Розрахунок конструкцій під час проєктування

Для розрахунку будівельних конструкцій донині застосовували два основні методи. Із кінця XIX століття до 1950–1960-х років діяв метод допустимих напружень: максимальне напруження в елементі, визначене методами будівельної механіки, не повинно перевищувати допустиме, яке дорівнює межі плинності, поділеній на коефіцієнт запасу міцності (для більшості конструкцій приблизно 1,36). Метод був простим і достатньо ефективним для конструкцій, умови експлуатації яких не враховували, але коли один коефіцієнт зрівнює конструкції від дуже важких до легких режимів роботи, це гальмувало розвиток і форм, і матеріалів.

У 1950-х роках його змінив метод граничних станів. Для першого граничного стану розрахункове зусилля в конструкції від найневигіднішої комбінації розрахункових навантажень не повинно перевищувати її несучу здатність. Основні поняття методу — нормативні й розрахункові величини: розрахункове навантаження дорівнює нормативному, помноженому на коефіцієнт надійності за навантаженням; розрахунковий опір матеріалу дорівнює нормативному (за результатами випробувань на заводах, за межею плинності й тимчасовим опором), поділеному на коефіцієнт надійності за матеріалом. Крім того, враховують коефіцієнти сполучення навантажень, якщо діють два й більше тимчасових навантажень, та коефіцієнт умов роботи, що відображає відповідальність конструкції, умовність розрахункової схеми й інші особливості.

Розрахунок експлуатованих конструкцій

Якщо застосувати ті самі вимоги до існуючих металевих конструкцій, запроєктованих без невиправданих запасів, нерівність практично не виконується: під час експлуатації перерізи зношуються, з’являються відхилення від проєкту, міцність зменшується. Під час реконструкції умови можуть погіршуватися (зростають навантаження, змінюється агресивність середовища), а норми з часом змінюються зазвичай у бік більшої суворості. Водночас досвід показує безаварійну роботу конструкцій протягом 50–100 років. Тому для експлуатованих конструкцій умову записують інакше: зусилля в конкретній конструкції за фактичних умов експлуатації не повинні перевищувати її фактичну несучу здатність на даний період, а вона — розрахункову.

Такий підхід дає змогу перейти від напівімовірнісних методів для нових конструкцій до моделей, що враховують конкретний стан конструкції: дефекти, ушкодження, фактичну геометрію, розрахункові характеристики матеріалів і експлуатаційні навантаження. Досвід перевірочних розрахунків показує, що можна знизити (іноді суттєво) навантаження порівняно з розрахунковими, підвищити розрахунковий опір і застосувати розрахункову схему, що відповідає фактичній роботі. Найбільші резерви виявляють у конструкціях, запроєктованих за методом допустимих напружень. Облік фактичної технології виробничих процесів може знизити кранові навантаження до 40 %, а дослідження атмосферних впливів з урахуванням конкретного розташування об’єкта — вітрове й снігове навантаження на 5–25 %. Розрахункову схему можна уточнити, залучивши до роботи поздовжні елементи каркаса (диск покриття, поздовжні в’язі, гальмові конструкції), торцевий фахверк, ліхтарі, врахувавши повороти фундаментів тощо.

Для існуючих конструкцій змінюється зміст нормативних величин. Навантаження визначають за інформацією про технологічний процес (технологічні карти, плани розміщення обладнання, характеристики обладнання), про положення об’єкта в конкретній забудові й особливості зовнішніх і внутрішніх впливів; коефіцієнти надійності за навантаженням визначають аналізом характеру навантажень і можливих несприятливих відхилень. Властивості металу й з’єднань уточнюють, щоб призначити розрахункові опори, перевірити службові властивості (холодостійкість, опір втомі) і технологічні властивості (зварюваність, обробка різанням); їх визначають прямими або непрямими методами й обробляють статистично.

Перевірочний розрахунок несучої здатності конструкцій

Розрахунок несучої здатності потрібен, щоб визначити міцність і несучу здатність конструкції за збільшення на неї експлуатаційних навантажень і розширення сфери застосування. Його виконують:

• під час внесення змін до конструктиву будівлі;
• за збільшення навантажень на споруду;
• за зносу;
• під час технічного переоснащення й реконструкції;
• за деформації конструкцій.

Ми розраховуємо антенно-щоглові споруди (вежі зв’язку, антени, радіощогли), каркаси, перекриття й фундаменти будівель (перевірочний розрахунок міцності для розширення сфери застосування або для визначення можливості розміщення на будівлі антенно-щоглових споруд), а також нестандартні конструкції зі збиранням навантажень і розрахунком несучої здатності. Досвід виконання розрахунків у наших інженерів — не менше 10 років; із нами працюють оператори стільникового зв’язку та їхні підрядні організації. Оператори вимагають розрахунків несучої здатності, щоб виключити аварійні ситуації та визначити ресурс своїх споруд, бо кількість обладнання на вежах зв’язку постійно зростає через нові стандарти зв’язку.

До складу перевірочного розрахунку входять: розрахунок навантажень і зусиль в елементах, розрахунок деформацій споруди під дією вітрового навантаження, перевірка відповідності прийнятих конструктивних рішень чинним нормативним документам, перевірка безпеки й експлуатаційної придатності з’єднань елементів і перерізів, оцінка відповідності споруди вимогам безпеки. Результат оформлюють як звіт, а за перевірочного розрахунку — як експертний висновок на проєктне рішення або проєкт. Вартість визначаємо індивідуально; надішліть технічне завдання й наявну документацію.