В статье сравниваются основные принципы российских и европейских норм для проектирования стальных конструкций на основе нормативных документов и исследований по данной проблеме.
Ключевые слова: стальные строительные конструкции, Еврокод 3, СП Стальные конструкции, расчет стальных конструкций.
В строительной отрасли давно встают вопросы о необходимости согласования российских и европейский строительных норм. Это связано с тем, что современные тенденции строительства направлены на сотрудничество с международными компаниями и обмен опытом. В условиях глобализации, в строительство крупных проектов в России все чаще вовлекают иностранных инвесторов, проектные организации, девелоперов. В пользу применения Еврокодов есть весомые аргументы: существенная экономия металла, снижение стоимости проектных и монтажных работ.
Необходимость согласования норм подтверждается работой на рынке конкретных крупных фирм. Например, компания ArcelorMittal выпускает особо прочный стальной прокат, необходимый для применения при строительстве уникальных зданий и сооружений. Данный прокат имеет разную структуру в «теле» материала и по краям. СП [4] не дает метода измерения прочности для данного случая, а Еврокод [2] — дает. По подобным причинам каждый раз, когда на российском рынке появляется новая иностранная продукция, появляется необходимость проводить научное исследование, чтобы установить, соответствует ли конкретная продукция российским нормам, что, как следствие, замедляет процесс строительства.
В российских нормах степень сопротивления металла хрупким разрушениям принято устанавливать методом ударной вязкости, в то время как в европейских — на образце с острым надрезом, поэтому нормы расчета и таблицы коэффициентов могут отличаться. Кроме того, считается, что Еврокоды разрабатываются с учетом анализа статистики последних катастроф и аварий, которые происходят в разных странах мира. Однако, разнообразие видов разрушений современных зданий и сооружений из металлических конструкций трудно себе представить.
Национальные объединения строителей и проектировщиков уже начали проводить работу по техническому анализу большинства частей Еврокодов. Результаты говорят о том, что по большому счету, между Еврокодами и СП гораздо больше сходства, чем различий. Рассмотрим некоторые результаты сопоставительных расчетов.
Согласно [5] при сопоставительном расчете металлоконструкций многопролетного одноэтажного здания выяснилось, что по расходу стали на прогоны, балки и колонны разница варьируется от 12 % до 16 % с перерасходом по Еврокоду. При проведении сопоставительного расчета стальных конструкций каркаса двухпролетного одноэтажного здания с мостовыми кранами показатели перерасхода стали составили 13–30 % по сравнению с расчетами по российским нормам. Это объясняется тем, что снеговые и ветровые нагрузки по Еврокоду значительно превышают нагрузки, рассчитанные по нормам СП. По снегу превышение составляет почти двукратное, по ветру — более 30 %.
При сопоставительном расчете стальных вертикальных цилиндрических резервуаров объемом 50 000 м3 со стальной стационарной сферической крышей выяснилось, что в списке возможных национально определяемых параметров EN 1991–1-3 [2] отсутствует снеговая нагрузка на сферические купольные покрытия. При этом в Еврокодах запрещается менять (дополнять, изменять) список национально определяемых параметров. Следовательно, проектирование резервуаров с применением Еврокода невозможно.
Если более подробно рассматривать подход к расчету элементов, единственный раздел СП [4], где прослеживается разница в расчете элементов с сечениями разных классов — это расчет изгибаемых элементов.
Фундаментальный подход один и тот же, вытекающий из сопротивления материалов — необходимо найти максимальное напряжение в сечении и сравнить его с пределом текучести. Однако, прослеживаются некоторые различия в деталях:
- В проверке по напряжениям при сложном напряженном состоянии СП [4] допускает 15 % превышение Ry, а Еврокод 3 [1] нет.
- В Еврокод 3 [1] есть указания по расчету на кручение, в частности, о возможности пренебречь свободным кручением при расчете сечений открытого профиля.
Относительно пластичности все наоборот. Методики расчета абсолютно различные, но в Еврокод 3 [1] она значительно проще, охватывает больше сечений и, кроме того, учитывает еще и кручение.
При проверке в пластике используется пластический момент сопротивления Wpl, который соответствует образованию пластического шарнира, т. е. исчерпанию несущей способности сечения. В российских нормах же используется коэффициент «c», соответствующий максимальной остаточной деформации после разгрузки 3Ry/E. Если Wpl можно для любого профиля взять из набора его геометрических характеристик (он равен удвоенному статическому моменту, который фигурирует в формуле Журавского), то алгоритм получения «с» требует длительных операций, интерполяции и прочего. При этом добавочная величина от 3Ry/E по сравнению с Wpl составляет последнее слагаемое в числителе. Максимальное различие составляет около 2 %, поэтому все сложности математических раскладок теряют актуальность и расчет по Еврокод 3 [1] более оптимален при расчете на изгиб.
Помимо этого, среди различий, в СП [4] в отличии от Еврокода учитывается бимомент. В Еврокод 3 [1] упоминание о нем есть и даже в разделе «Обозначения» есть символы для него и напряжений от него. Есть также указание, что нормальные напряжения от бимомента существуют, и что в пластической стадии нужно учитывать составляющую от бимомента, полученную из упругого расчета, но без упоминания конкретных формул. В СП [4] для сечений 1-го класса формула содержит бимомент, а для 2-го и 3-го — нет. Что не совсем логично, так как только одна часть сечений, и соответственно, элементов, рассчитывается с учетом бимомента. Поэтому влияние бимомента на прочность элементов ставиться под вопрос, как и необходимость его расчета.
Таким образом, расчет по СП 16.13330.2017 Стальные конструкции и Еврокоду 3 EN 1993–1-1–2009 обладает как различиями, так и сходствами, и для дальнейшего согласования требует доработки на уровне разработчиков норм как с одной, так и с другой стороны.
Литература:
- ТКП EN 1993–1-1–2009. Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Часть 1–1. Общие правила и правила для зданий / Минстройархитектуры Республики Беларусь. — Минск, 2009.
- ТКП EN 1991–1-3–2009. Еврокод 1. Воздействия на конструкции. Часть 1–3. Общие воздействия. Снеговые нагрузки / Минстройархитектуры Республики Беларусь. — Минск, 2010.
- ТКП EN 1991–1-3–2009. Еврокод 1. Воздействия на конструкции. Часть 1–4. Общие воздействия. Ветровые воздействия / Минстройархитектуры Республики Беларусь. — Минск, 2010.
- СП 16.13330.2017. Стальные конструкции/ Минстрой России. — Москва, 2017.
- Пугачев, С. В. Применение Еврокодов в строительстве / С. В. Пугачев // СтройПРОФИ. — 2014. — № 21. — С. 16–21.
