Опасные моменты без учёта бимоментов

С выходом СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» в 2012 году российские специалисты, занимающиеся проектированием строительных конструкций, были серьёзно озадачены – расчёт стальных конструкции предлагалось выполнять с учётом бимомента (при его наличии). Бимомент возникает при стеснённом кручении элементов строительных конструкций, а существенное влияние оказывает только на работу металлических конструкций. Решение вполне обоснованное, так как во всём мире проектирование стальных конструкций выполняется с учётом бимомента.

Озадаченность российских специалистов объясняется следующим. Методика расчёта элементов, работающих в условиях стеснённого кручения, базирующаяся в России на законе секториальных площадей, была разработана ещё в 30-е годы прошлого века европейскими и российскими учёными. В 60-е годы в книгах Василия Захаровича Власова и Дмитрия Васильевича Бычкова теория расчёта конструкций, работающих в условиях стеснённого кручения, была изложена с учетом её прикладного характера и иллюстрировалась примерами, что позволяло использовать разработанные методики, при их некоторой доработке, в практике проектирования стальных конструкций.

Но на сегодняшний день большинство российских инженеров-строителей имеет лишь поверхностное представление о работе и расчётах элементов при стеснённом кручении. Проблема заключалась в том, что в большинстве строительных ВУЗов России в курсах сопротивления материалов и строительной механики расчёты элементов при стеснённом кручении не рассматривались. Исключением являлись ВУЗы транспортного направления (авиационные, автомобильные, железнодорожные), в которых для строительных специальностей указанные выше материалы рассматривались в сокращённом виде. Однако практического значения это также не имело, так как потребности расчёта строительных конструкций с учётом стеснённого кручения до последнего времени не существовало.

С выходом в 2011 году свода правил СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции», в котором расчёт прочности конструкций требуется выполнять с учётом бимоментов (при их наличии), а также освоением в России выпуска лёгких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК), появилась потребность в расчётах конструкций с учётом стеснённого кручения. Свод правил СП 260.132.5800.2016 «Конструкции стальные тонкостенные из холодногнутых оцинкованных профилей и гофрированных листов. Правила проектирования», в основу которого положены части 1-3 и 1-5 Еврокода ЕН 1993, содержит требования расчёта тонкостенных холодноформованных элементов с учётом напряжений от стесненного кручения.

Имеющаяся на момент выхода СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» немногочисленная отечественная техническая литература позволяла выполнять расчёты стальных конструкций (прогонов и балок) с учётом бимомента только при симметричном приложении нагрузки. Но для подкрановых балок и обычных балочных конструкций, при несимметричном приложении нагрузки, примеры расчёта в технической литературе отсутствовали. Скудно освещались вопросы определения изгибно-крутящих моментов и соответствующих касательных напряжений в конструкциях.

Для устранения имеющихся недостатков при расчёте стальных конструкций с учётом бимомента, в Ассоциации «СРО «Кузбасский проектно-научный центр» её директором, то есть автором этих строк, и Яной Игоревной Мысляевой, заместителем директора по техрегулированию, было подготовлено учебно-методическое пособие «Стеснённое кручение. Бимоменты, изгибно-крутящие моменты и моменты свободного кручения. Теория и примеры расчёта стальных конструкций», в котором все вышеуказанные пробелы были восполнены.

В предыдущих российских стандартах по проектированию металлических конструкций для подкрановых конструкций требований по учёту напряжений от бимоментов не было. Причиной являлась сложность и трудоёмкость вычисления координат центра изгиба подкрановой конструкции. В 60-е годы при отсутствии программного обеспечения, расчёт по определению координат центра изгиба сечения подкрановой конструкции для рядового инженера становился трудновыполнимым. В связи с этим для расчёта подкрановых конструкций на протяжении полувека использовался приближённый подход, дающий в одной из наиболее напряжённых точек подкрановой балки уровень напряжений, заниженный по сравнению с уровнем напряжений при уточнённом расчёте с учётом бимомента.

В настоящее время, при наличии программного обеспечения для определения координат центра изгиба подкрановой конструкции, необходимости в применении приближенного подхода нет, и расчет подкрановых конструкций может выполняться уточненным методом с учетом бимоментов.

Важным является то, что в книге приведены справочные данные для определения секториальных характеристик поперечных сечений элементов, бимоментов и изгибно-крутящих моментов, включая данные для вычисления гиперболических функций (необходимых для вычисления величин бимоментов). Книга предназначена для специалистов проектных и научно-исследовательских организаций, студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава строительных и многопрофильных институтов и университетов, а также специалистов государственной и негосударственной экспертизы проектной документации.

Из рецензии доцента кафедры металлических конструкций МГСУ Александра Ивановича Данилова:

За последние десятилетия это едва ли не первая монография по данной тематике, а представленный в книге материал может рассматриваться в качестве полезного справочного пособия для проектировщиков при расчёте и проектировании стальных конструкций, работающих в условиях стеснённого кручения.

Однако сложившаяся на сегодняшний день ситуация с проектированием стальных конструкций заставляет серьёзно задуматься об их надёжности. Несмотря на требования нормативного документа СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции», проектирование стальных конструкций продолжает выполняться без учёта бимоментов, так как органы экспертизы этого не требуют. Почему на протяжении десяти лет государственные и негосударственные экспертные организации не требуют выполнения обязательных требований нормативного документа свода правил СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции», остаётся большой загадкой.

Подкрановые конструкции, а также балки перекрытий (наиболее опасной является расчётная схема балки с односторонним нагружением, когда возникает бимомент) в зданиях и сооружениях при не учёте бимомента проектируются с необеспеченной несущей способностью. В прогонах покрытия зданий, в зависимости от угла наклона кровли, бимомент может как догружать, так и разгружать прогоны.

Из вышеизложенного вытекает очень опасное следствие – при обрушении по каким-либо причинам стальных конструкций в зданиях или сооружениях, техническими комиссиями (из специализированных проектных организаций или Ростехнадзора) будет устанавливаться, что отдельные конструкции запроектированы с необеспеченной несущей способностью (без учёта бимоментов). В этом случае, к уголовной или административной ответственности будут привлекаться ведущие специалисты проектных организаций, выполнившие соответствующий проект объекта, и специалисты экспертной организации, в которой утверждался данный проект.

Как решить указанную выше проблему? Да, очень просто – органам государственных и негосударственных экспертных организаций надо делать то, что они обязаны делать по закону – следить за выполнением обязательных требований нормативного документа свода правил СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» в части учёта бимомента (при его наличии) в конструкциях. Ведь для того органы экспертизы и существуют, чтобы обеспечивать безопасность проектируемых и строящихся объектов.

Если следовать той логике, которой на сегодняшний день следует экспертиза, то врач имеет право ставить неправильный диагноз, производители – не соблюдать ГОСТы при выпуске продукции, военные – не выполнять приказы. К чему это может привести понятно каждому.

По-человечески понятно, что специалистам экспертных организаций не хочется разбираться с этим достаточно сложным вопросам, а в ВУЗах, как сказано выше, в своё время их этому не учили. Но тогда надо добиваться отмены обязательных требований нормативного документа свода правил СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» в части учета при расчётах конструкций бимомента, заведомо понимая, что стальные конструкции в этом случае будут, как и сейчас, проектироваться с необеспеченной несущей способностью. Или, или – третьего не дано!

Учебно-методическое пособие «Стеснённое кручение. Бимоменты, изгибно-крутящие моменты и моменты свободного кручения. Теория и примеры расчёта стальных конструкций». М., Издательство МИСИ-МГСУ, 2020. Распространяется издательством и Интернет-магазином «ЛитРес».

При полном и/или частичном копировании данного материала, для последующего размещения его на стороннем ресурсе, обратная, индексируемая ссылка на источник обязательна!