Каркасные сооружения из металла расчет и проектирование

Обновлено: 08.01.2025

Инженер конструктор: онлайн, скоростное и качественное проектирование металлокаркаса здания и стальных конструкций сооружений. То есть подготовка чертежей КМ — это раздел строительного проекта. Оформление пояснительной записки инженерных требуемых расчётов для экспертизы. Разработка профессионального проекта быстровозводимого здания из металлоконструкций. Подготовка всей необходимой документации, необходимая для изготовления конструкций и монтажа объекта в короткий срок.

Проектирование и расчёт металлического каркаса здания

Инженерная документация для быстрого строительства сборно-разборного металлокаркаса здания:
а): Чертежи КМ — один из разделов для разрешения
б): Деталировка для качественного изготовления и монтажа
в): Возможно выполнение архитектурной части
К каждому проекту индивидуальный подход: отсутствуют типовые серийные решения, что ведет к экономическому эффекту.
Проектирование металлического каркасно-сборного сооружения проходит все этапы проверок несущей способности, а так же соответствие нормативно-конструктивных требований (СП 14.13330, СП 20.13330, СП 16.13330, СП 294.1325800. )
Расчёт стальных конструкций выполняется в специализированной программе. Проверка прочности узлов, как правило в своих готовых алгоритмах. По желанию заказчика прилагаю оформленное приложение отчёта. Результат по сравнению с большинством — лёгкие металлоконструкций каркаса, потому что меньше масса металлопроката на 10% от среднего показателя!
Заказчик получает комплект рабочей чертежей в цифровом виде: dwg, pdf и doc.
Конечно же идет сопровождение до полного монтажа сооружения.

Оформление рабочих чертежей КМ металлического каркаса здания:

— это юридический документ (5-10 листов), состоящий из чертежей КМ (конструкции металлические) и выполненных расчётов основного каркаса и узлов (по требованию заказчика). Выполняет проектная фирма — это внутренняя документация (15-40 листов) строительных фирм, выполненных на основе стадии КМ. Это чертежи по которым подготавливают все детали, замем сваривают все отправочные элементы и монтируется марки конструкций металлокаркаса здания

Оформление альбома чертежей стальных конструкций каркаса выполняется согласно строительным нормам ГОСТ 21.502 и включает в себя следующие данные:

Техническую спецификацию расхода металлопроката
Ведомость элементов стальных конструкций, с указанием усилий в каждой в каждой из них
Данные об усилиях на фундаменты

Здесь приведен раздел проекта КМ стального каркаса, заказчиком которого является серьёзная ОАО проектная организация. При проектировании металлокаркаса сборного здания собственными силами — вышел расход металла более 50 тонн, а у меня менее 40 тонн. Изначально были колонны сквозного сечения, далее заменены на сварное сплошного сечения из металлопроката в наличии.

Состав проектной документация КМ:

Чертежи марки КМ — это все строительные чертежи конструкций и узлов каркаса, достаточные для прохождение экспертизы и разработки КМД. Комплект имеет два этапа: эта стадия «П» и «Р». «П» (предварительный), составляется для ответственных объектов, проходящих экспертизу. Это «недоработанный» КМ раздел в котором присутствует только ответственная информация. После прохождения экспертизы, доводят до стадии «Р» (рабочий). Это детальная конструктивная информация по всему проекту КМ
Подготовка расчётов металлоконструкций элементов объекта — пояснительная записка, которая прилагается приложением к основному альбому КМ по требованию заказчика или экспертизы

На этом проектирование металлокаркаса здания и стальных конструкций не заканчивается и для строительства в короткий срок дома нужно заказать:

Проектирование и расчёт зданий из ЛСТК конструкций

Непосредственный Заказчик заинтересован в проектировании легких стальных конструкции. Однако под таким брендом идёт широкая реклама каркасов ЛСТК. В самом названии заложена хитрость маркетологов! ЛСТК — это вид профиля, который сам по себе является лёгким для монтажа, но это может ни как отражается на общей массе. Важно понимать для капитальных зданий: цехов, ангаров, магазинов и тем более торговых центров лучший вариант проекта, выполненный конструктором. Альбом чертежей от проектировщика, или от строительных фирм это не всегда эффективное решение!

Каркас ЛСТК — Проектирование легких конструкций металлокаркаса

ЛСТК — это лёгкие стальные тонкостенные конструкции, то есть стальные гнутые профиля из прокатного листа

Колонна или стойка при большой длине подбирается из условия её жёсткости или гибкости. Теоретически — здесь и нужно применять габаритное сечение, при малой её площади, чем и являются тонкостенные профиль. Подводный камень в том что уже при высоте, условно, стойки 6,0 метров — составной профиль уже не выдерживает!
Балка при относительном большом пролёте (малая нагрузка) так же подбирается из условия габаритов сечения. И здесь тоже хорошо могут помочь ЛСТК. Опять же сортамент тонкостенных не позволяет применять их только с частым шагом
Интересный аргумент — из ЛСТК строят и рекламируют здания те кто их производит, проектировщики с этим не желают связываться. Для этого нужно аргументировано принимать решение по сложному нормативу: СП 260.1325800.2016
Нет пока эффективных видов профилей на рынке продаж
Нет отечественных профессиональных программ (строительные нормы вышли только в 2016г), с которыми можно было бы решать систем в комплексе

Возможность без грузоподъёмного оборудования вести монтажные работы
Нет необходимости в сварочных работах, все элементы крепятся между собой саморезами или болтами
Весьма интересный Z-образный профиль. Использование в качестве кровельного прогона при сендвич панелях. Но в нашем СП и ЕВРОКОДЕ нет методика расчёта только при покрытии из профнастила. А в этом сходит на нет данное преимущество. Но вполне можно и нужно применять в качестве ветровых прогонов. Здесь как раз сочетание большого пролёта и малой ветровой нагрузки. Бесспорный выигрыш!
Применение кровли из ЛСТК, при частом шаге — ощутимая экономия на прогонах
Выгодное применение для сооружений с частым шагом не более 3,0м и в южных районах
Отсутствие покраски

Виды проектируемых лёгких конструкций:

Проекты облегченных металлокаркасов зданий: склады, ангары, магазины, автомойки. из ЛСТК
Комплекты чертежей на отдельные конструктивные элементы: перекрытия и крыши из ЛСТК (строила, прогоны)

Я не берусь проектировать частные дома из подобных профилей. Мой профиль достаточно определённый, которые отображены на рисунке. А именно одноэтажные быстровозводимые каркасные здания. Если сооружение имеет два этажа то тут уже, как мне кажется стойки уже целесообразно применять металлопрокат

Кровля ЛСТК

Удалось спроектировать мне деревянные крыши жилых домов. И главная их минус при конструировании это ограниченная длина хлыстов бруса — 6 метров. А геометрическая длина ската как правило больше. Да в основном такие конструкции проходят с использованием дополнительных стоек и подкосов на внутренние стены. Всё же может быть ситуация, где кровля из ЛСТК будет целесообразней. Хлысты у них длиной 12м, и можно вполне выполнять лёгкие стропильные кровельные фермы, когда нет внутренних стен. Или же в случае шага стен 7,2-9,0 метров, такое можно встретить только в гражданских зданиях. Хотя если тему развивать то можно применять клеённый брус — но это снова удорожание

Цена такой конструкции и строительство будет объективно не существенно дороже, сам по себе профиль дорогой. Писал ранее, всё же повторюсь такие конструкции эффективны в случае если мы можем их устанавливать с частым шагом, те на стены

Основные типовые схемы показаны на фото (см. выше). Элементы кровли из ЛСТК между собой крепятся на саморезах, тем самым технологически удобно. Хотя лучше изготовить на производстве

Расчёт лёгких металлических конструкций

Расчет ЛСТК профиля в несколько раз сложнее чем обычного профиля. И связанно это с потерей местной устойчивостью стенки, полки и свеса. То есть часть сечения выходит из работы и это приводит к удорожанию. Что бы снизить существенно этот эффект профиль имеет различные дополнительные перегибы, которые играют роль рёбер жёсткости. Но тем тем не менее при расчёте обычной стойки при небольшой нагрузке — сечение принимается зачастую по предельной гибкости. И вот именно в таких случаях выигрывают лёгкие стальные тонкостенные конструкции, которые имеют большие габариты при ограниченной массе.

Итак на сегодня имею возможность проектировать легкие конструкции, каркасы ЛСТК:

треугольные стропильные фермы
сплошные стойки (колонны), спаренные между собой
свободно-опёртые балки и раскрепленные профнастилом прогоны

В качестве продемонстрирую полный расчет сжатого элемента:

Самое интересное, что подобный расчет ЛСТК прокатного двутавра уложиться в пол страницы, а здесь плотный 4 листа!

Как проектируют Каркас из ЛМК

Тем так понимаю популярная, предложения поступают. А ответ на поверхности такие здание болезненные и они чаще падают чем другие. Вот идёт поиск конструкторов заводами изготовителями. Как же спроектировать надёжно и что бы было легче, ведь мы приобрели оборудование для этого. А это сложновато (см минусы и плюсы), и когда начинаешь общаться с ними им это чувствуется не приятно.

Так вот как проектируют металлический каркас из ЛСТК? А очень просто, это должно быть дешевле чем из черного металла на 10-15%. А дальше идёт процесс проектирования, рассматриваются фотографии в сети и идёт подгонка массы металла что бы было вкусно заказчику.

Интересно как испытвывают фермы, просто нагружают их плитами а дальше уже вычисляют их количество. Это к тому что на них не делают расчёты.

В интернете есть не только видео и и много картинок — и что я вижу типовая опора колонн по всей строгости шарнирная. И поэтому так легко падает строение при дополнительной поперечной нагрузки.

Есть программа российская которая стоит 40 тыс. руб, считает только элементы без узлов. Так вот если проверить элементы из профильной трубы 2000мм и составное сечение из гнутых тонкостенных при нагрузке 20 тонн — то результат будет примерно одинаковые по массе + — . А ведь сюда ещё нужны фасонки.

Выводы и рекомендации

Пообщался с двумя руководителями производств которые закупили это европейское оборудование для проката и решил дополнить. ЛСТК по умолчанию считается профиль толщиной до 2,5мм. Как раз в этом и подвох, именно при такой толщине мы не можем его применять в сварных капитальных конструкциях! Как выяснилось возможности есть выгибать подобные сечения толщиной до 6мм! Так вот если при производстве таких ЛМК применять конструкций хотя бы 3-4мм это уже существенно расширяет возможности проектирования легких конструкций!

Повторяюсь можно заниматься проектированием таких легких конструкций! Но здания по ширине и высоте должны быть умеренные, а шаг рам 4м. Эффект будет и лучше строить в южных регионах. Аппетиты проектировать 15 и 20м и даже с мостовыми кранами.

Пример расчета фермы из ЛСТК профилей

Обратились с просьбой выполнить проверку сечений стропильной конструкции, которая уже падала и её восстанавливали, а именно доказать что необходимо менять всё покрытие. Я согласился — немного добавил запаса по нагрузкам, что приблизить результат, но в итого пришлось их минимизировать.

Результат как мы видим в в выводах — критическая опасная ситуация!

Проект КМ металлокаркаса 10×33-4м Достаточно кропотливо знакомился с проектированием лёгких стальных тонкостенных конструкций по

Расчет металлоконструкций

Конструктор КМ. Удалённое проектирование и расчет металлоконструкций стального каркаса, узлов и элементов для экспертизы согласно строительным нормативам! Изучил строительные нормы по расчётам стальных конструкций и оформил для себя автоматизированные алгоритмы в OpenOffice. Пока у профессиональных программах есть недоработки в области МК — я ими пользуюсь.

Проектирование и расчет стального каркаса (конструкций)

Оформленные КМ расчёты включает в себя в общем:

Изучение исходных данных, которые в основном включает в себя:
определение ветрового и снеговой района, геологические условия и условия эксплуатации. В редких случаях определение сейсмической зоны.
Задание расчётной модели работы всей системы конструкций:
— Выбрать расчётную схему: рамная, рамно-связевая, связевая;
— задать жесткие и шарнирные узлы;
— Определение эксцентриситетов (жестких вставок).
Сбор нагрузок на каркас:
— Вертикальные нагрузки — собственный вес;
— Горизонтальные нагрузки — ветер, торможение крана;
— Комбинации нагрузок от кранов;
— Динамические нагрузки;
— Сейсмические нагрузки.
Построение расчётной схемы в специализированной программе (назначение жестокостей, шарниров, жёстких вставок, связей, типов конечных элементов. ) и задание расчётных характеристик (марку стали, коэффициент условия работы, расчётные длины, предельные гибкости, коэффициент постели .
Предварительный расчёт с целью выполнения подбора сечений, их соответствующие их назначение.
Итоговый расчёт каркаса, который включает определение: коэффициентов запаса элементов и системы, проверку допустимых перемещений системы, а также усилия в узлах каркаса.
Расчёт узлов на комбинации усилий (база колонны, стык элементов ферм, узлы примыкания балок, болтовые соединения и сварка. ).
Анализ прочих элементов каркаса, которые не входят в расчётную модель программы, такие как прогоны, фахверковые стойки, ветровые ригеля, лестничные конструкции.
Проверка связей на устойчивость и прочность.
Оформление отчёта для заказчика или экспертизы.

Отдельного расчета стальных конструкций

Расчёт стальной конструкции стропильной фермы включает в себя: Уточнение расчётной схемы (работа связей). Определение узловых нагрузок, расчёт усилий в элементах, проверка прогиба. Далее расчёт узлов: примыкания решётки, проверка прочности фланцевого и опорного соединений.
Стальная подкрановая балка: Сбор нагрузок в зависимости от конструкции крана. Важный момент условия работы цеха, если работа в 3 смены — то необходимо учитывать усталостное разрушение. И самое интересное проверка устойчивости верхнего пояса сечения для 1 класса балок. Здесь такие балки необходимо как один из вариантов нужно раскреплять из плоскости.
Балки перекрытий — это простой вариант расчёта — здесь проблем почти нет — проверка прочности, прогиба и узла опирания.

Пример оформления расчета металлоконструкций

Приведен расчет стального каркаса раздела КМ, который прошёл экспертизу. Пространственное изображение объекта расположено в начале статьи. Такую процедуру проходят обязательно все спроектированные мной быстровозводимые здания из металлоконструкций, но оформляются по желанию. Так же отмечу я выполнил здесь ещё разработку КМ чертежей и сконструировал фундаменты.

Для справки: в отчётах приводятся только расчеты стальных конструкций и узлов, которые самые ответственные и напрямую влияющие на прочность, устойчивость и жёсткость

Нынешняя ситуация проектировании, те расчетов стальных конструкций

Наиболее распространённая ситуация — это когда проектируется по подобным серийным или архивным проектам, а так же интуитивно. Знакомлюсь с поступающей документацией КМ и делаю следующие выводы:

Конструкция	Лишняя масса	Пояснения
Массивные колонны	+15%	Интуиция конструктора Неверная расчётная длина при проверке Применение старой серии
Фахверковые стойки	+20%	Нужно учитывать что для них пониженные значения расчётной длины, и увеличенный коэффициент устойчивости
Фермы покрытия	+15% — 5%	Применение серийных ферм из уголков (+30% перерасход) Для простоты решётку применят одного сечения, у меня же два или три вида Также тяжёлые стыковые узлы встречается
Балки	—	Здесь всё хорошо! — расчет металлоконструкций самый простой
Связи по покрытию	±15%	Частое недопонимание, их много или наоборот хватанет!
Ветровые ригеля	+20%	Страх применения толщины стенки 3 мм
Прогоны покрытия (сендвич панелях)	— — 10%	Покрытие с профилированным листом всё хорошо — везде типовое. А вот с сендвич панелями недопонимание — могут протекать швы
Профнастил	+10% — 5%	Для нестандартного шага прогона нет готовых данных в нормативе. Расчет как балки неполноценен
П-образны балочные рамы	-10%	На фото в интернете визуально видно слабые сечения. При подборе сечений принимают коэффициент расчётной длины = 1, а должен более двух
Ангарны с тентом	—	Сложно сказать. Если строго то их нужно сносить строители смелые ребята. А по факту тент не задерживает снег и они стоят. Слышал что они падали.
ЛСТК каркас	-10%	Здесь пока порядка нет, проектирую монтажники с потолка — подгоняют выгодную массу металлопроката
Сварные швы	+40%	Увлечение почти не заметно, хотя компактный узел всегда смотрится приятней
Болтовые соединения	+20%	Для болтов особо мест не хватает
Узлы соединений	+35% — 10%	Считается что узел незаметный (принцип много не мало), но если посчитать может дать перерасход от 5% относительно общей массы

Здесь приведены конечно же примерные показатели, но некоторых случаях они значительно отличаются. Результат отсутствия именно расчётчиков-конструкторов КМ приводит что основная масса проектов 80% игнорируют полностью или частично расчеты металлоконструкций

Проектирование и расчет стального каркаса

Удалённое профессиональное проектирование стального каркаса, конструкций и узлов для экспертизы. Далее на основании полученных результатов выполняется разработка рабочих чертежей КМ. Выполнение инженерных расчетов стального каркаса и оформлении проекта согласно нормам проектирования металлоконструкций

Проектирование стального каркаса

Стальной каркас вариант №1

Данная схема может изменяться в зависимости от района строительства (шаг рам и прогонов)
При небольших пролетах и наличие в основании на всю площадь плит дорожных — возможно решение без фундамента (те опирается на плиту дорожную). При небольших пролётах (примерный ориентир 12,0м) при увеличение сечений поясов, можно опирать на небольшие монолитные фундаменты, без заглубления, тк «игра» фундамент в этом случае не страшна.
Преимущества — облегчение конструкции, простота изготовления
Наличие распора на обрезе фундамента, что может сказаться на габаритах фундамента

Стальной каркас вариант №2

Данная схема может изменяться в зависимости от района строительства
При небольших пролетах и наличие в основании на всю площадь плит дорожных — возможно решение без фундамента (те опирается на плиту дорожную). При небольших пролётах (примерный ориентир 12,0м) при увеличение сечений поясов, можно опирать на небольшие монолитные фундаменты, без заглубления, тк «игра» фундамент в этом случае не страшна.
Преимущества — легкость конструкции
Недостаток — некая сложность изготовления
Наличие распора на обрезе фундамента, что может сказаться на габаритах фундамента (плата за легкость)

Данное сооружение будет проработана, для начала для определенного района, для ориентира массы. Результат в некоторых случаях весьма привлекательный. Тк анализ уже производился примерный.

Стальной каркас вариант №3

При небольших пролетах и наличие в основании на всю площадь плит дорожных — возможно решение без фундамента (те опирается на плиту дорожную). При небольших пролётах (примерный ориентир 12,0м) при увеличение сечений поясов, можно опирать на небольшие монолитные фундаменты, без заглубления, тк «игра» фундамент в этом случае не страшна.
Преимущества — Типовое решение проработано в сериях, легкость конструкции, простота изготовления

Стальной каркас вариант №4

Данная схема может изменяться в зависимости от района строительства (шаг рам и прогонов)
Такая конструкция естественным образом сбрасывает снег (при тенте до 0), и если этот ангар располагается в поле, не страшно применять возможность коэффициента сноса снега. В таком случае каркас будет действительно облегченным
Преимущества — легкость конструкции, простота изготовления
Минусом — некая сложность изготовления конструкций. Развитая связевая система. Наличие распора на фундамент (неприятная поперечное усилие которое влияет на габариты фундамента, если проектировать асимметричные фундаменты — то этот эффект можно весьма уменьшить)

Стальной каркас вариант №5

— Кто пытался рассчитать сварные балки или колонны, знают, что это титанический труд, тк пока в доступе нет программ которые бы считали составные сечения с учётом устойчивости стенок и полок. Есть которые даже не предупреждают о том, что расчёт без соответствующих проверок. Здесь нужно «вручную» рассчитывать

— Так при расчёте самой рамы, те определение распределений усилий по контуру тоже затруднён, так сечения меняются по длине. Здесь нужно разбивать конечные элементы на более мелкие с постановкой разных жестокостей под длине, и тыкать пальцем в небо пока не подберешь сечения удовлетворяющим расчётным параметрам

+ При больших объёма и изготовлении на заводе, данный тип рамы обещает быть облегченным. На сколько, могу предположить что раза 1,5 легче. Экономическая целесообразность только при поточном производстве, те серийном

Стальной каркас вариант №6

Многоэтажные общественные здания. В общем любой этажности, с шагом колонн до 9,0м. Целесообразно для планировки применять рамно связевую систему. Все же сооружений малых габаритов по обоим сторонам, например 18×18м, принимая связевую систему — мы облегчаем существенно стойки.

Стальной каркас вариант №7

Классическая рама из прокатных профилей. Область применения пролётом до 12-15м. Применяя сварные конструкции можно вытянуть до пролёта 18м.

Простота изготовления и монтажа конструкций.

Расчет стального каркаса

Расчет стального каркаса включает в себя:

Компоновка каркаса для построения расчётной схемы работы. Задача назначить устойчивость всего здания за счёт назначения жестких и шарнирных узлов. Так же определяем расположение связей, для для жёсткости сооружения или изменения расчётной длины сжатых элементов. Так же задаём начальные эксцентриситеты для колонны, принимая предварительно узлы опирания.
Сбор нагрузок на раму (Статические — от людей, груза и снега; пульсационные ветровые; сейсмические)
Расчёт основной рамы в плоской или пространственной системе. Здесь подбираются предварительно основные сечения элементов. При необходимости корректируем расчётную модель и выполняем результативный расчет стального каркаса. Находим усилия в металлоконструкциях и коэффициенты несущие способности и деформации.
Расчёт узлов крепления стальных конструкций — базы колонны к фундаменту, балки к колоннам .
Расчёт узлов дополнительный элементов — связи, косоуры.
И только на основании этого оформляются рабочие чертежи КМ

Оформленный расчет стального каркаса для экспертизы:

Сбор нагрузок
Описание расчётных характеристик:
Коэффициенты условия работы
Расчётные длины в двух плоскостях
Марка применяемой стали
Основные усилия в элементах от комбинации нагрузок
Расчётные данные о перемещениях (вертикальные и горизонтальные)
Итоги расчёта подбора сечений
Данные коэффициента запаса элементов
Приложение:
Расчёт ветровой нагрузки
Расчёт основных узлов

Пример проектирования стального каркаса завода

Здесь выложены пример проектирования и расчета стального каркаса, который проходил экспертизу. Здание эксплуатируется по памяти с 2013 года

Читайте также: