К вопросу определения расчетных длин элементов в структурных конструкциях типа «Кисловодск»

Введение. В статье рассмотрен вопрос определения расчетных длин стержней структурной конструкции типа «Кисловодск». При обследовании существующей конструкции покрытия торгового центра в проектной документации на объект авторами статьи выявлено, что в расчетах конструкции для стержней применяется коэффициент расчетной длины, равный 0,8. Значение 0,8 обусловлено результатами проведенных испытаний в ЦНИИСК им. Кучеренко в 1987 г. Однако действующие нормативные документы предписывают использовать коэффициент расчетной длины, равный 1. Целью данной статьи является обоснование значения коэффициента расчетной длины в расчетах подобных конструкций.

Материалы и методы. Рассмотрен стандартный узел крепления стержней к узловому коннектору. Принято решение об изучении работы как отдельного узла структурной конструкции, так и стержней совместно при помощи моделирования в программном комплексе Femap with Nastran. В работе рассматривается влияние узлового соединения на устойчивость отдельного стержня. Для этого выполнено моделирование узлового элемента конструкции с опиранием при контактном соединении сжатого стержня и расчет отдельного стержня на устойчивость. Затем рассматривается система стержней для определения критической силы с учетом влияния соседних элементов. Схема представляет собой четыре стержня нижнего пояса и четыре стержня раскосов, соединенных в одном узле и загруженных сжимающей или растягивающей нагрузкой.

Результаты исследования. Рассмотренный отдельный узел стыка стержня с коннектором, в котором сжимающие усилия передаются через плотный контакт, по характеру работы при проверке устойчивости стержня весьма близок к жесткому закреплению. Коэффициент расчетной длины для сжатых элементов находится в пределах от 0,77 до 0,88 в зависимости от значений усилий в элементах и их сечений. Из чего можно сделать однозначный вывод о том, что применение коэффициента 0,8 для всех сжатых стержней не может быть теоретически обоснованно.

Обсуждение и заключение. Проведенные исследования покрытия показывают правильность применения требований СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» в части определения расчетной длины сжатого стержня равной 1, а использование коэффициента равного 0,8 не может быть теоретически обосновано. Снижение металлоемкости при использовании в расчетах пониженных коэффициентов расчетной длины не приводит к значимой экономии для конструкции в целом и не является целесообразной.

1. Abramczyk J. Building Structures Roofed with Multi-Segment Corrugated Hyperbolic Paraboloid Steel Shells. Procedia Engineering. 2016;161:1545–1550. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.08.624

2. Joseph E. Bowles. Structural Steel Design. New York: McGraw-Hill; 2007. 536 p.

3. Кривошапко С.Н. Оболочки и стержневые структуры в форме аналитически незадаваемых поверхностей в современной архитектуре. Строительство и реконструкция. 2020;3(89):20–30. URL: https://oreluniver.ru/public/file/archive/2073-7416-2020-89-3-20-30.pdf (дата обращения: 17.04.2026).

4. Еремеев П.Г., Ведяков И.И., Королева Е.А. Светопрозрачные крыши с использованием стекла для большепролетных покрытий. Промышленное и гражданское строительство. 2019;6:23–28. https://doi.org/10.33622/0869-7019.2019.06.23-28

5. Еремеев П.Г. Современные стальные конструкции большепролетных покрытий уникальных зданий и сооружений. М.: АСВ; 2009. 336 с.

6. Свентиков А.А., Кузнецов Д.Н. Автоматизированное проектирование пространственных решетчатых стальных конструкций покрытий сложной формы. Строительство и реконструкция. 2021;1:38–49. URL: https://oreluniver.ru/public/file/archive/sir_2073-7416-2021-93-1-38-49.pdf (дата обращения: 17.04.2026).

7. Карпунин В.Г., Голубева Е.А. Компьютерное моделирование строительных конструкций зданий и сооружений. Архитектон: известия вузов. 2019;4(68):1–11. URL: https://archvuz.ru/2019_4/16/ (дата обращения: 16.03.2026).

8. Jirasek M., Bazant Z.P. Inelastic analysis of structures. Chichester: JohnWiley & Sons Ltd; 2008. 734 p. URL: https://www.researchgate.net/publication/37427387_Inelastic_Analysis_of_Structures (дата обращения: 16.03.2026).

9. Thakore D. Finite Element Analysis with Open Source Software. Moonish Enterprises Pty Ltd; 2014. 92 p. https://doi.org/10.13140/2.1.4322.0808

10. Levy S. M. Construction Calculations Manual. Elsevier; 2012. 692 p. https://doi.org/10.1016/C2009-0-64499-8

11. Пушкин Б.А. К расчету сжатого стержня пространственной фермы по СП 53-102-2004. Строительная механика и расчет сооружений. 2010;1:34–38. URL: https://stroy-mex.narod.ru/index/2010_1/0-155 (дата обращения: 16.03.2026).

12. Aghayere A., Vigil J. Structural steel design: a practice-oriented approach. Prentice Hall; 2009. 692 p.

13. Алфутов Н.А. Основы расчета на устойчивость упругих систем. М.: Машиностроение; 1978. 312 с.

14. Грудев И.Д. Устойчивость стержневых элементов в составе стальных конструкций. М.: МИК; 2005. 320 с.