Преимущества неразрезной схемы
Неразрезная многопролётная схема работы балки (настила) знакома многим проектировщикам в первую очередь тем, что обеспечивает перераспределение изгибающего момента с пролёта на опоры, за счёт чего его абсолютное значение уменьшается. Зачастую это позволяет принять более экономичное сечение. Также хорошо известно, что неразрезная схема существенно уменьшает прогибы.
Однако при этом неразрезная схема обладает и рядом минусов, о которых многие проектировщики, увы, забывают и не принимают во внимание при работе.
Как показывает наша многолетняя практика работы с профилированным настилом — 20% проектов (!!!), приходящих к нам с запросом на подбор оптимального профилированного настила, содержат в себе одну и ту же ошибку в части раскладки профнастила по неразрезной схеме.
Неравномерность опорных реакций
Дело в том, что опорные реакции на опоры неразрезной балки распределяются неравномерно. А нагрузки в расчетную схему прикладываются исходя из соображений о как раз-таки равномерном её распределении по площади.
Но крайние опоры неразрезной многопролётной схемы всегда недогружены, а вторые с краю опоры — перегружены.
Трёх и более пролётные схемы
Трех и более пролетные схемы работы профнастила в покрытии встречаются, как правило, для прогонных кровель.
Таким образом получается, что прогон, выступающий второй с краю опорой профлиста, выходит перегруженным на 10-14% по сравнению с принятым для расчетной схемы равномерным распределением нагрузки.
Однако в данном случае, как правило, ничего критического не происходит, т.к. прогоны обычно проектируют с запасом прочности, позволяющим выдерживать увеличение нагрузки на 10-14%.
Более того, согласно СП20 «Нагрузки и воздействия» п.10.4 примечания 4 — для расчета кровельных прогонов требуется учитывать неравномерность распределения снеговой нагрузки путем её умножения на дополнительный коэффициент 1,1.
Таким образом, данный коэффициент для снеговой нагрузки в большей мере перекрывает собой увеличение опорной реакции от профнастила на прогон на 10-14%.
Двухпролётная схема (критическая зона)
Гораздо хуже дела обстоят для двухпролётной схемы.
Вторая справа и вторая слева опоры в данном случае — это одна и та же центральная опора, опорная реакция от которой получается увеличенной на 25% (!!!).
Как показывает практика, двухпролетную схему проектировщики часто применяют при беспрогонной системе покрытия.
В данном случае двенадцатиметровый лист красиво ложиться на два пролета по шесть метров, а двухпролетная схема снимает проблему с большими значениями прогибов, которые возникали бы при однопролетной разрезной схеме.
Но в результате:
- каждая вторая стропильная конструкция перегружена на 25%
- каждая вторая — недогружена на 25%
Значение перегруза для половины несущих конструкций в данном случае очень велико.
Проблема дифференциации конструкций
В качестве решения можно сделать 2 типа стропильных ферм:
- перегруженные (с усиленными сечениями)
- недогруженные (с облегчёнными сечениями)
Однако существует высокий риск ошибок монтажа и перепутывания элементов, что может привести к катастрофическим последствиям.
Практические решения
В своей ежедневной практике мы используем два решения описанной проблемы:
1. Шахматная раскладка профнастила
Шахматный порядок раскладки профилированного настила по двухпролётной схеме.
2. Переход на однопролётную схему
В абсолютном большинстве случаев двухпролётная схема применяется для снижения прогиба.
Однако таблица Д1 СП20 «Нагрузки и воздействия» содержит важный момент — при расчёте прогибов снеговая нагрузка принимается с коэффициентом 0,5.
Так как снег является основной нагрузкой, уменьшение его значения в 2 раза позволяет применять однопролётную схему раскладки в большинстве случаев.
Монолитные перекрытия
Монолитные перекрытия (по профлисту или по съёмной опалубке), уложенные на балочную клетку, также работают по неразрезной схеме.
И аналогично:
- крайние балки недогружены
- вторые с края балки перегружены
Особенно опасной является двухпролётная схема перекрытий.
Часто задаваемые вопросы
Почему в неразрезной схеме возникают перегруженные опоры?
Причина заключается в особенностях работы многопролётной схемы.
В расчётной модели нагрузка прикладывается равномерно по всей площади, однако в реальной конструкции при использовании многопролетных схем покрытий или перекрытий опорные реакции от них распределяются иначе.
В результате:
- крайние опоры получают меньшую нагрузку
- вторые с края опоры воспринимают увеличенные реакции
Это связано с перераспределением изгибающих моментов внутри неразрезной схемы, где каждый пролёт влияет на соседние участки конструкции.
Насколько значительна перегрузка во второй опоре в трёх и более пролётной схеме?
В прогонных кровельных системах перегрузка второй с краю опоры составляет порядка 10—14% (см. изображение 1).
Данный уровень перегрузки, как правило, не приводит к аварийным ситуациям, поскольку:
- прогоны проектируются с запасом прочности
- при проектировании прогонов учитывается коэффициент неравномерности снеговой нагрузки по СП20 (1,1)
Однако игнорировать этот эффект при проектировании нельзя, так как он влияет на общий запас надёжности системы.
Почему двухпролётная схема считается наиболее проблемной?
В двухпролётной схеме центральная опора одновременно воспринимает нагрузки от двух пролётов.
Это приводит к тому, что:
- нагрузка концентрируется в одной точке
- перегрузка достигает 25% (см. изображение 1)
- возникает значительный дисбаланс между значениями опорных реакций схемы
В отличие от трёх и более пролётных схем, здесь отсутствует распределение реакций по нескольким промежуточным опорам, что усиливает эффект перегрузки.
Почему двухпролётную схему продолжают применять на практике?
Основная причина — стремление уменьшить прогибы конструкции.
При укладке длинных листов профнастила (например, 12 метров на пролёты по 6 метров) действительно наблюдается снижение прогибов по сравнению с однопролётной схемой.
Однако при этом часто не учитывается перераспределение опорных реакций, что приводит к скрытой перегрузке части несущих конструкций.
Можно ли компенсировать перегрузки разными типами конструкций?
Теоретически возможно применение двух типов стропильных конструкций:
- усиленных для перегруженных зон
- облегчённых для недогруженных зон
Однако на практике такой подход имеет высокий риск:
- ошибки монтажа
- перепутывание элементов
- нарушение расчётной схемы в процессе строительства
Поэтому данное решение применяется ограниченно.
Какие решения применяются для устранения проблемы неразрезной схемы?
На практике используется два основных подхода:
- Шахматная раскладка профнастила — позволяет перераспределить нагрузку между опорами и снизить локальные перегрузки.
- Переход на однопролётную схему — в ряде случаев оказывается более корректным решением, так как при расчёте прогибов снеговая нагрузка принимается с коэффициентом 0,5 (СП20), что снижает расчётные деформации.
Применимы ли эти эффекты к монолитным перекрытиям?
Да, аналогичная схема работы наблюдается и в монолитных перекрытиях, выполненных по профлисту или съёмной опалубке.
В таких системах также:
- крайние балки оказываются недогруженными
- вторые с края балки перегружены
- двухпролётная схема усиливает неравномерность распределения усилий
Поэтому данный эффект необходимо учитывать и при проектировании перекрытий.