СП 16.13330.2017 "Стальные конструкции" — это официальный свод правил, принятый Минстроем России и введенный в действие 28 августа 2017 года. Документ представляет собой актуализированную редакцию давно действующего стандарта СНиП II-23-81*.
Этот свод правил — федеральный нормативный документ, который устанавливает требования и распространяется на проектирование и расчет стальных строительных конструкций зданий и сооружений различного назначения, работающих при температуре не выше 100°C и не ниже минус 60°C.
Документ не распространяется на проектирование конструкций мостов, транспортных тоннелей и труб под насыпями. Для этих объектов действуют отдельные специализированные нормативные документы.
Разработка СП 16.13330.2017 выполнена авторским коллективом ведущих научно-исследовательских организаций России: ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, Московского государственного строительного университета (МГСУ) и Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета (СПбГАСУ).
Основные требования к проектированию стальных конструкций
При проектировании стальных конструкций проектировщик должен руководствоваться несколькими принципиальными требованиями, которые обеспечивают безопасность, надежность и долговечность сооружений.
Конструктивные схемы должны обеспечивать прочность, устойчивость и пространственную неизменяемость зданий и сооружений в целом и их отдельных элементов на всех этапах: при транспортировании, монтаже и эксплуатации. Это означает, что конструкция должна быть расчетно обоснована для всех условий, которые она будет испытывать.
Защита от коррозии — обязательное требование. Согласно СП 28.13330, все стальные конструкции должны защищаться от коррозионного воздействия окружающей среды. Проектировщик может предусмотреть либо применение атмосферостойких (коррозионно-стойких) сталей, либо увеличение толщины проката и стенок труб с защитным покрытием.
Огнестойкость конструкций устанавливается на основе системы противопожарной защиты объекта. При необходимости предусматривается использование огнестойких сталей или дополнительной огнезащиты.
Доступность для контроля и обслуживания — важное требование. Конструкции, кроме замурованных в бетоне или кирпичной кладке, должны быть доступными для наблюдения, оценки технического состояния, выполнения профилактических и ремонтных работ. Они не должны задерживать влагу и затруднять проветривание. Замкнутые профили должны быть герметизированы.
Применение восстановленных труб и бывших в употреблении металлоконструкций запрещено при строительстве и реконструкции зданий повышенного и нормального уровней ответственности, а также особо опасных и уникальных объектов.
Материалы для стальных конструкций и их характеристики
Выбор материала — критическое решение при проектировании. СП 16.13330.2017 устанавливает четкие требования к маркам стали и их применению в зависимости от условий работы.
Группы конструкций и выбор стали:
Конструкции классифицируются на четыре группы в зависимости от назначения, условий работы и наличия сварных соединений (подробнее указано в приложении В стандарта). При назначении стали для конструкций необходимо учитывать:
Группу конструкции
Расчетную температуру в районе строительства
Требования по ударной вязкости
Химический состав материала
Расчетные температуры определяются по температуре наружного воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98 согласно СП 131.13330. Для каждого региона эти значения различны.
Прокат и профили: Для конструкций применяется фасонный прокат (уголки, двутавры, швеллеры), листовой, широкополосный универсальный прокат и гнутые профили. Также используется тонколистовой прокат из углеродистой стали и стали повышенной прочности.
Болты и болтовые соединения: При болтовых соединениях применяются болты высокой точности. Гайки изготавливаются из той же марки стали, что и болты.
Сварочные материалы: Электроды, сварочная проволока и флюсы должны выбираться в соответствии с марками свариваемой стали и условиями сварки.
Характеристика материала | Значение |
|---|---|
Температурный диапазон применения | не выше 100°C, не ниже минус 60°C |
Модуль упругости (E) | 2,06 × 10⁵ Н/мм² |
Модуль сдвига (G) | 0,79 × 10⁵ Н/мм² |
Коэффициент Пуассона | 0,30 |
Коэффициент линейного расширения | 12 × 10⁻⁶ К⁻¹ |
Методы расчета стальных конструкций
СП 16.13330.2017 предусматривает несколько методов расчета конструкций в зависимости от их типа и условий нагружения.
Расчетные модели конструкций:
Отдельные элементы — растянутые, сжатые, внецентренно сжатые, сжато-изгибаемые и изгибаемые стержни с постоянным по длине сечением
Плоские или пространственные раскрепленные системы — такие как фермы с жесткими узлами, где отдельные элементы проверяются с учетом их взаимодействия
Нераскрепленные системы — когда необходимо учитывать возможность достижения предельного состояния системы в целом
Листовые конструкции (оболочки вращения)
Классификация элементов по напряженно-деформированному состоянию:
Все элементы конструкций подразделяются на три класса в зависимости от того, как распределяются напряжения в их сечении:
1-й класс — упругое состояние, когда напряжения по всей площади сечения не превышают расчётного сопротивления
2-й класс — упруго-пластическое состояние, когда в одной части сечения напряжения меньше предела текучести, а в другой равны ему
3-й класс — пластическое состояние, когда по всей площади сечения напряжения равны пределу текучести (условный пластический шарнир)
Учет нагрузок и воздействий:
Значения нагрузок и воздействий, а также предельные значения прогибов и перемещений элементов конструкций принимаются согласно СП 20.13330 "Нагрузки и воздействия".
Расчет элементов при центральном растяжении и сжатии
Расчет на прочность элементов сплошного сечения при центральном растяжении или сжатии выполняется по формуле:
N / (A × Ry) ≤ 1
где N — продольная сила, A — площадь сечения, Ry — расчетное сопротивление стали.
Расчет на устойчивость центрально сжатых элементов (колонн, стоек, опор) учитывает потерю устойчивости. Коэффициент устойчивости φ зависит от условной гибкости стержня и типа сечения.
Сечения сквозного типа (состоящие из двух или более отдельных ветвей, соединенных планками или решетками) требуют специальной проверки. Гибкость отдельной ветви между соединительными элементами имеет ограничения.
Расчет элементов при изгибе
Расчет изгибаемых элементов — один из самых часто встречающихся в практике проектирования. Балки проверяются на прочность и общую устойчивость.
Расчет на прочность выполняется с использованием расчетных формул, в которых учитывается эффективная площадь сечения и расчетное сопротивление материала.
Расчет на общую устойчивость требуется для всех изгибаемых элементов, которые могут потерять устойчивость при боковом прогибе.
Балки крановых путей требуют специального расчета, учитывающего динамические нагрузки и повторяемость циклов нагружения. Эти конструкции проверяются на прочность стенок в местах приложения сосредоточенных нагрузок.
Проверка устойчивости стенок и полок — обязательная процедура. Тонкие стенки изгибаемых элементов могут потерять устойчивость до того, как элемент в целом потеряет несущую способность.
Расчет соединений стальных конструкций
Надежность соединений определяет надежность всей конструкции. СП 16.13330.2017 предусматривает три основных типа соединений.
Сварные соединения — наиболее широко применяются в современном строительстве. Расчетные сопротивления зависят от типа сварки, качества контроля швов и применяемых сварочных материалов. Различают стыковые соединения и соединения с угловыми швами.
Тип соединения | Напряженное состояние | Расчетное сопротивление |
|---|---|---|
Стыковые | Растяжение, сжатие, изгиб | Rwy = Ry |
Угловые (срез) | По металлу шва | Rws = Rs |
Угловые (граница сплавления) | По металлу границы | Rwf = 0,55 Rwan / Ywm |
Болтовые соединения подразделяются на обычные болтовые соединения и фрикционные (на болтах с контролируемым натяжением). Расчетные сопротивления зависят от класса прочности болтов и могут отличаться для срезу и растяжения.
Требования к качеству соединений: Все сварные соединения должны соответствовать требованиям по прочности и пластичности. Применяется физический контроль качества швов для обнаружения дефектов.
Защита от хрупкого разрушения
Хрупкое разрушение — это внезапный отказ конструкции без видимого предварительного деформирования. Это особенно опасно при низких температурах.
Факторы, вызывающие хрупкое разрушение:
Пониженная температура (когда сталь переходит в хрупкое состояние)
Действие подвижных, динамических и вибрационных нагрузок
Высокие местные напряжения от сосредоточенных нагрузок или остаточных напряжений
Резкие концентраторы напряжений
Меры предотвращения хрупкого разрушения:
Выбор стали с соответствующей ударной вязкостью для расчетной температуры
Избегание расположения сварных швов в зонах высоких растягивающих напряжений
Снижение концентрации напряжений конструктивными решениями
Применение скругленных переходов вместо острых углов
Избегание пересечений сварных швов
Применение выводных планок и физических методов контроля качества швов
Использование сплошностенчатых конструкций вместо решетчатых
Особые условия применения
Конструкции в особых условиях требуют дополнительного обоснования и могут не охватываться этим сводом правил. К ним относятся:
Конструкции доменных печей
Магистральные и технологические трубопроводы
Резервуары специального назначения
Конструкции при сейсмических воздействиях
Конструкции, подверженные интенсивному воздействию огня и высоких температур
Конструкции в агрессивных средах
Конструкции зданий атомных электростанций
Специальные конструкции (предварительно напряженные, висячие, тонкостенные)
Для таких конструкций требуется применение соответствующих специализированных нормативных документов.
Требования к рабочей документации
Рабочие чертежи конструкций должны содержать полную информацию для изготовления и монтажа. Проектировщик обязан указывать:
Марки стали и дополнительные требования к ним
Способ выполнения сварных соединений и параметры сварки
Классы прочности и точности болтов
Способ подготовки контактных поверхностей для фрикционных соединений
Расположение и размеры всех соединений
Способы и объемы контроля качества
Требования к защите конструкций от коррозии
Без этой информации невозможно обеспечить надлежащее качество изготовления и монтажа конструкций.
История стандарта и его значение
СП 16.13330.2017 заменил предыдущую версию СП 16.13330.2011. Новая редакция учитывает развитие науки о конструкционных материалах, совершенствование методов расчета и накопленный опыт эксплуатации стальных конструкций в России.
Документ разработан в соответствии с Федеральным законом от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" и является обязательным для применения при проектировании объектов капитального строительства на территории Российской Федерации.