Вместо предисловия.
Преимущества стальных конструкций:

• Ремонтопригодность.
 
• Высокая остаточная стоимость. Существует целый рынок Б/У конструкций.
 
• Минимальные эксплуатационные расходы.
 
• Повышенная безопасность, обуславливаемая отсутствием хрупкого разрушения.
 
• Минимальный вес конструкций.
 
• Архитектурная выразительность.

Данный доклад призван ответить на некоторые вопросы, с которыми столкнулись Специалисты Евроангар и наши коллеги.

Все вопросы условно разделены на три группы:
Вопросы. Сбор нагрузок. В данном докладе будет уделено наибольшее внимание именно этому вопросу, так как именно вероятностный фактор нагрузок представляет собой максимальный риск, при проектировании.
Вопросы. Выбор расчетной схемы.
Вопросы. Применения прогрессивных технологий.

1. Сбор нагрузок.

При проектировании стальных рамных конструкций с большими пролетами очень ответственно надо подходить к сбору нагрузок. Ведь каждый лишний килограмм полезной нагрузки, приводит к увеличению массы каркаса, в свою очередь каждый килограмм неучтенной нагрузки может привести к катастрофическим последствиям. Работу конструктора на этой стадии можно сравнить с весами, чаши которых в основном склоняются к увеличению нагрузок, но при достижении равновесия, получаются уникальные результаты.

Учет сдува снега ветром.

Большинство конструкторов предпочитают не задумываться и вводить полную снеговую нагрузку для всех проектируемых зданий, а между тем при учете сдува снега ветром для довольно небольших зданий можно уменьшать снеговую нагрузку до 18-30%, конечно для зданий в плане размерами 100 и более метров этот коэффициент падает до 2-15%. Взвешивать Вам, но для здания размерами 96,0 х 100,0 м, свободным пролетом 24,0 м при уменьшении снеговой нагрузки на 2% экономия составляет от 0,5 до 1,5 тн в зависимости от шага колонн. К учету сдува снега ветром нужно подходит со всей осторожностью, с изучением генерального плана застройки и соблюдением всех касающихся норм СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия".

Для справки: 

Плотность свежевыпавшего снега 0,05 г/см3, снеговой покров высотой 1 метр такого снега соответствует 50 кг/м2. Плотность снега, выпавшего во время метели, доходит до 0,12...0,18 г/см3, снеговой покров высотой 1 метр такого снега соответствует 120.180 кг/м2, а если ураган бушует многие сутки подряд, то и до 0,40...0,45 г/см3. Только снега, во время урагана на Вашем здании, не будет вовсе.Очень быстро меняется плотность снега в период весеннего таяния: от 0,35 г/см3 в начале, 0,45 г/см3 в разгар, 0,5...0,6 г/см3 в конце снеготаяния.

Закрывая тему снега, следует обратить внимание, что наиболее опасным для рам является неравномерное размещение снеговой нагрузки по покрытию.
Вообще, двухпролетные рамы являются наиболее чувствительными к неравномерной нагрузке пролетов и поэтому их расчету на несимметричные загружения от снега и других нагрузок, например, от подвесных кранов, должно быть уделено особое внимание.
Опасным для двухпролетных рам является увеличение усилий в загруженном пролете и изменение знака изгибающих моментов в ненагруженном. Здесь реализуются все опасные факторы: увеличение напряжений в загруженном пролете; возможность потери общей и местной устойчивости элементов рамы в ненагруженном пролете; изменение знаков изгибающих моментов во фланцевых соединениях.
Для многопролетных рам влияние односторонней снеговой нагрузки уменьшается с увеличением числа пролетов и, при числе пролетов 4-5, им можно пренебречь. Тем не менее, следование рекомендациям норм СНиП 2.01.07-85 ќНагрузки и воздействия› о допущении расчета рамных каркасов на равномерную снеговую нагрузку для многопролетных рам переменного сечения может привести к негативным последствиям в случае схода или очистки снега с одного из скатов.
С другой стороны, схемы с односторонней снеговой нагрузкой, заложенные в нормы, реализуются довольно в редких случаях и приводят к чрезмерному расходу стали на несущие конструкции каркаса. Для предотвращения самопроизвольного схода снега с покрытия следует устанавливать снегоудерживающие преграды, которые в данном случае будут выполнять одновременно две функции: препятствовать движению снега по скату, приводящему к появлению соответствующих динамических нагрузок, и способствовать более равномерному распределению снега по всему покрытию.Обобщая вышесказанное, можно сделать некоторые выводы и предложения, часть из которых требуют дополнительной проверки:

1. Рекомендации норм СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия" о допущении расчета рамных конструкций переменного, в том числе моносимметричного сечения, на равномерно распределенную по всему покрытию снеговую нагрузку могут быть применимы только для однопролетных рам или при числе пролетов более 4-5. В остальных случаях следует учитывать возможную неравномерность снеговой нагрузки на покрытии.
 
2. В наиболее опасной форме несимметричные снеговые нагрузки проявляются для двухпролетных рам. С увеличением числа пролетов рам отрицательное влияние односторонних снеговых нагрузок уменьшается.
 
3. Односторонние снеговые нагрузки на покрытие возникают либо при сходе снега с одного из скатов, либо при его уборке. Для предотвращения возникновения односторонних снеговых нагрузок, следует применять специальные снегоудерживающие преграды, удерживающие снег от самопроизвольного схода и специальные мероприятия, СВЯЗАННЫЕ С ПРАВИЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИЕЙ УБОРКИ СНЕГА С КРОВЛИ.
 
4. При расчете относительно широких зданий, расположенных в районах со скоростью ветра за зимний период более 3 м/сек., определение снеговых нагрузок на покрытие, рекомендуется производить в соответствии с нормами как для равномерной (m= 1,00) так и для неравномерной (m= 0,75 и 1,25) снеговой нагрузки независимо от уклона кровли. В этих случаях, при выполнении условий п.3, расчет на одностороннюю снеговую нагрузку может не проводится. Это предложение требует дополнительных проверок, связанных с накоплением и обработкой статистических данных по отложениям снега на кровлях относительно плоских зданий.

Из выше сказанного понятно, что Специалисты Евроангар считают переоцененным влияние снеговой нагрузки на конструкции здания в целом, в тоже время ветровым нагрузкам уделяется меньшее внимание, чем они этого заслуживают.
Как Вам известно, нормативное ветровое давление, соответствующее нашему региону (Москва), равняется 23 кг/м2, в тоже время СНиП 2.01.07-85 ќНагрузки и воздействия›, дает нам формулу для его вычисления в горных и малоизученных районах: где - численно равно скорости ветра, м/с, на уровне 10 м над поверхностью земли для местности типа А, соответствующей 10-минутному интервалу осреднения и превышаемой в среднем раз в 5 лет (если техническими условиями, утвержденными в установленном порядке, не регламентированы другие периоды повторяемости скоростей ветра).

При несложных вычислениях можно понять, что для нашего района скорость ветра составляет около 6 м/с. Чтобы немного сориентироваться при скорости ветра 5,8 . 8,5 м/с . колеблются листья на деревьях, поднимается пыль и клочки бумаги, на воде много барашков; 8,5 . 11,0 м/с . начинают раскачиваться лиственные деревья, все волны в барашках; 11,0 . 14,0 м/с . раскачиваются большие ветки деревьев, гудят телефонные провода, пенятся гребни волн; 14,0 . 17,0 м/с . все деревья раскачиваются, с гребней волн срывается пена; 17,0 . 21,0 м/с . ломаются ветки деревьев, трудно идти против ветра, с волн срываются клочья пены.При скорости ветра 17,0 м/с соответственно нормативное ветровое давление согласно формуле СНиП 2.01.07-85 ќНагрузки и воздействия›, равно 0,61х172= 176,29 кг/м2Что делать с этими цифрами решать Вам. Что касается Компании Евроангар, то наши Специалисты принимают минимальное ветровое давление 50 кг/кв.м.
В разделе 1. Сбор нагрузок. Не были затронуты, технологические нагрузки, крановые, гололедные, температурные и климатические, так как они, при проектировании зданий, типа ангар, либо не вызывают особого труда с их вычислением, либо, согласно СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия", их допускается не учитывать.

2. Выбор расчетной схемы.

Особенно тщательно следует подходить, при проектировании зданий из ЛМК, типа ангар, к выбору расчетной схемы.
Во-первых, не стоит для подобных зданий выбирать одну и ту же расчетную схему то, что подходит для зданий с высотой 6 метров, может не подойти для здания с высотой 10 м, а иногда даже и для зданий высотой 7 м. Например в нашей Компании, перед началом проектирования каждого здания, происходит обсуждение по поводу выбора расчетной схемы. Для справки, потраченное Вами время для выбора расчетной схемы, несоизмеримо с итоговой экономией.
Во-вторых, если Заказчик еще не определился с типом крана, проанализируйте более подробно, какой кран наиболее подходит для данного здания, только за счет применения другого типа крана нам удавалось экономить до 15% металла.
В-третьих, всегда комбинируйте с шагом рам. 6-ти метровый шаг в 60% случаев является не выгодным. В некоторых случаях экономия доходит до 45%. Даже при одинаковой металлоемкости особого внимания заслуживает вариант с большим шагом рам, в виду меньшей трудоемкости изготовления и монтажа здания.
В-четвертых, идеальной расчетной схемы не существует, так же как и типовых зданий. Типовые конструктивные элементы каркаса имеют право на существование, так как значительно уменьшают себестоимость конечного продукта, но существование типовых здания нонсенс.
В-пятых, иногда уменьшение количества пролетов здания может быть выгодным. При одинаковой металлоемкости мы можем выиграть за счет уменьшения трудоемкости изготовления и монтажа здания.
В-шестых, рама с применением сварных двутавровых профилей переменного сечения лучше фермы, хотя бы из соображений безопасности.
В-седьмых, все выше сказанное может полностью не подходить к Вашему зданию.

3. Применения прогрессивных технологий.

В этом разделе отражены некоторые не хитрые приемы снижения стоимости каркаса, и цифры которые говорят сами за себя.
Применение гибкой стенки в колоннах и балках. Снижение металлоемкости на 15 . 20 %.
Применение моносимметричного сечения с более развитой сжатой полкой. Снижение металлоемкости на 2 . 5 %. Увеличение жесткости рам в целом.
Применение односторонних поясных швов. Уменьшение трудоемкости изготовления сварных двутавров в 1,2 . 1,9 раза. Например, для здания размерами 18,0 х 18,0 х 4,0 м с шагом колонн 9,0 м, с одной сварной рамой, уменьшается протяженность сварного шва на 196,0 м, или примерно на 23 кг сварной проволоки, экономия времени без учета затрат на сопутствующие работы.
Применение гибких (тонких) фланцев. Уменьшение расхода высококачественной стали. Уменьшение трудоемкости изготовления конструкций (за счет менее жестких требований к изготовлению).
Применение холоднокатаных (холодногнутых) тонкостенных профилей (С, Z, E образные сечения). По сравнению с прокатными вариантами профилей снижение металлоемкости прогонной системы достигает 50 %.
Применение неразрезных расчетных схем прогонов. Экономия для различных вариантов прогонной системы достигает 20 . 30 %.
Использование прогонов стен и кровли для обеспечения устойчивости рамы. Снижение металлоемкости здания на 1 . 3 %. Снижение трудоемкости изготовления здания.
Подведем итоги.Итак, металлоемкость Вашего здания . 50 кг/м2.Не будем учитывать снос снега ветром.Выбор правильного шага рам, гарантированна экономия металла . 15%.
Применение гибкой стенки, гарантированна экономия металла . 10%.
Применение моносимметричного сечения, гарантированна экономия металла . 2%.
Применение холоднокатаных (холодногнутых) профилей, гарантированна экономия металла . 9%.
Применение неразрезных расчетных схем прогонной системы, гарантированна экономия металла . 5%.
Использование прогонов стен и кровли для обеспечения устойчивости рамы, гарантированна экономия металла . 1%.
Итого: 42%, то есть 50 кг/м2 х 0,42 = 21 кг/м2. Металлоемкость Вашего здания 50 кг/м2 - 21 кг/м2 = 29 кг/м2 . почти Евростандарт.
Что будет, если добавить конструкцию здания с повышенной деформативностью каркаса, гибкие (тонкие) фланцы и т.п.

Вместо послесловия. 

К конструкторам, при проектировании стальных конструкций зданий, попробуйте соблюдать п. 1.9 СНиП II-23-81* "Стальные конструкции". Элементы стальных конструкций должны иметь минимальные сечения, удовлетворяющие требованиям настоящих норм с учетом сортамента на прокат и трубы. В составных сечениях, устанавливаемых расчетом, недонапряжение не должно превышать 5%.