Документ посвящен расчету стальных конструкций, в частности сталежелезобетонных балок по еврокодам. Он описывает преимущества таких конструкций, включая высокую скорость строительства и эффективность в использовании материалов. Также приведены методы расчета несущей способности и примеры расчета для различных случаев.

1. Семинар
«Расчет стальных конструкций в соответствии с Еврокодами»
17.06.2015
Расчет и проектирование сталежелезобетонных
балок в соответствии с EN 1994-1-1
Постернак О.М., аспирант кафедры железобетонных и каменных конструкций

2. Введение.
Рисунок 1 — Примеры поперечных
сечения сталежелезобетонных
балок

3. Область применения.
1. 2.
3.
Рисунок 2 — Примеры использование
сталежелезобетонных балок в
строительстве
1 - паркинги
2 - многоэтажные коммерческие
объекты
3 - пролетные строения мостов

4. Область применения. Преимущества
Сталежелезобетонные конструкции являются мощным инструментом повышения
конкурентоспособности стальных каркасов в различных сегментах строительства, и
особенно в многоэтажных коммерческих объектах. Подобная тенденция четко
отслеживается на развитых рынках недвижимости Германии, США, Канады,
Великобритании и т. д. Главными преимуществами сталежелезобетонных конструкций,
позволяющими добиться такого эффекта, стали:
• Высокая скорость строительства
• Снижение металлоемкости каркаса
• Большие пролеты при небольших габаритах
• Устойчивость каркаса
• Повышенная огнестойкость
• Снижение транспортных расходов
• Простота разводки инженерных сетей

5. Материалы
Бетон
Характеристики свойств следует принимать для обычного бетона по EN 1992-1-1, 3.1, а для легкого
бетона — по EN 1992-1-1, 11.3, если в Еврокоде 4 не оговорены другие.
Настоящая часть EN 1994 предназначена для проектирования сталежелезобетонных конструкций с
применением бетона классов прочности не ниже С20/25 и LC20/22 и не выше С60/75 и LC60/66.
Арматурная сталь
Характеристики свойств арматурной стали следует принимать по EN 1992-1-1, 3.2.
Конструкционная сталь
Характеристики свойств конструкционной стали следует определять по EN 1993-1-1, 3.1 и 3.2.
Правила настоящей части EN 1994 применимы для конструкций из стали с номинальным значением
предела текучести не более 460 Н/мм2.
Соединительные элементы
Требования к крепежным изделиям и сварочным материалам принимают по EN 1993-1-8.
Следует ссылаться на EN 13918.
Стальной профилированный лист для сталежелезобетонных плит перекрытий зданий
Характеристики свойств следует принимать по EN 1993-1-3, 3.1 и 3.2.
Примечание — Рекомендуемое минимальное значение номинальной толщины t стальных листов
составляет 0,70 мм.

6. Методы расчета
Рисунок 3 —Методы расчета

7. Обеспечение несущей способности
Рисунок 4 —Виды расчетных сечений
Основные проверки несущий способности композитной балки по предельным
состояниям первой группы:
1. по нормальным сечениям (разрез 1-1)
2. на вертикальный срез (разрез 2-2)
3. на горизонтальный срез соединительные элементов (разрез 3-3)
4. на горизонтальный срез бетонного пояса (разрез 4-4)
5. на устойчивость плоской формы изгиба с закручиванием (разрез 5-5)

8. Несущая способность с полным объединением
Рисунок 5 — Примеры распределения напряжений
в сталежелезобетонном сечении балки с полным объединением

9. Расчетная несущая способность стад-болтов
Расчетную несущую способность стад-болтов на сдвиг, привариваемых
автоматической сваркой в соответствии с EN 14555, следует принимать по
меньшему из двух значений
2
0,8 / 4u
Rd
V
f d
P



2
0,29 ck cm
Rd
V
d f E
P
 


или
принимая
0,2 1sch
d
 
    
 
— при 3  hsc/d  4
 =1 — при hsc/d > 4,
где — частный коэффициент безопасности.Рекомендуемое значение 1,25 ;
d — диаметр стержня стад-болта, 16 мм  d  25 мм;
fu — временное сопротивление стали анкера на растяжение, но не более500МПа;
fck — характеристическое значение цилиндрической прочности бетона на сжатие
в рассматриваемом возрасте, плотностью не менее 1750 кг/м3;
hsc — общая номинальная высота стад-болта.
V

10. Расчетная несущая способность стад-болтов
а) — профилированным лист расположенный параллельно балке
б) — профилированным лист расположенный поперек балки
Рисунок 6 — Закрепление стад болтов в балке со стальным профлистом.
а) б)
0
0,6 1 1,0sc
pp
b h
k
hh
 
      
 
l
Расчетную несущую способность на сдвиг следует принимать равной несущей
способности стад-болтов плиты сплошного сечения, умноженной на понижающий
коэффициент , определяемый по следующей формуле:
— для профлиста расположенного
параллельно балке
00,7
1 ,sc
t
p pr
b h
k
h hn
 
     
 
— для профлиста расположенного
поперек балке
где hsc — общая высота стад-болта, но не более hp + 75 мм;
nr — количество стад-болтов в одном гофре на пересечении с балкой, но
принимаемое при расчете не более двух.

11. Расчетная несущая способность стад-болтов
Количество
анкеров
в одном
гофре
Толщина t
профилирова
нного
листа, мм
Анкеры диаметром
не более 20 мм,
приваренные
к балке через
стальной
профилированный
лист
Профилированный
лист
с отверстиями и
стад-болтами
диаметром 19 или 22
мм
nr = 1
1,0
>1,0
0,85
1,0
0,75
0,75
nr = 2
1,0
>1,0
0,70
0,80
0,60
0,60
Таблица 1 — Верхние пределы kt,max для
коэффициента приведения kt

12. Несущая способность с частичным объединением
1 — в пластической стадии; 2 — по упрощенному методу
Рисунок 7 — Отношение MRd к Nc (для податливых
объединительных деталей)

13. Несущая способность с частичным объединением
При использовании податливых объединительных деталей несущую способность критического
поперечного сечения балки MRd можно определить при расчете в жестко-пластической стадии
 , , , , ,
,
– .c
Rd p a Rd p Rd p a Rd
c f
N
M M M M
N
  l l l
,/ /f c c fn n N N  
 min 1 355 / (0,75 0,03 ), 0,2 4;5e y ef LL        
— для стальных сечений с равными поясами
min ;25 1eL   
— для стальных сечений с площадью нижнего пояса в 3 раза большей площади верхнего пояса
 min 1 355 / (0,30 0,015 ), 05 ,42 ;e y efL L       
min ;25 1eL   
Стад-болты с головкой, общая длина которых после приварки составляет не менее четырех
диаметров и со стержнем номинальным диаметром не менее 16 мм и не более 25 мм,
рассматривают как гибкие анкеры при следующих ограничениях степени использования
сдвигового соединения

14. Расчетная ширина железобетонной полки
Эффективную ширину бетонных полок следует определять в соответствии с нижеследующими
положениями.
В сечении посередине пролета или на опоре полное значение эффективной ширины beff,
см. рисунок 5.1, можно определить следующим образом:
0eff eib b b   (1)
где b0 — расстояние между центрами выступающих объединительных деталей;
bei = Le/8— значение эффективной ширины бетонного пояса с каждой стороны
стенки, но не более геометрической ширины bi .
Рисунок 1. — Определение эффективной ширины
пояса

15. Несущая способность на сдвиг в вертикальной плоскости
Рисунок 8 — Распределение напряжений в пластической стадии с учетом
влияния сдвига в вертикальной плоскости
Для поперечных сечений классов 1 и 2 влияние сдвига в вертикальной плоскости
на несущую способность по изгибающему моменту можно учесть уменьшением
расчетного сопротивления стали (1 – ) ∙ fyd в плоскости сдвига
где
 = (2VEd/VRd – 1)2,
здесь VRd — соответствующая несущая способность на сдвиг в вертикальной
плоскости, определяемая в соответствии с EN 1993-1-1

16. Сдвигающие напряжение
,
,
2
L Ed
L Ed
f v
V
h a
 
  , ,min( ; ; )L Ed pl a c RdV N N P 
Несущая способность на сдвиг арматуры
, 26.5 45
cot
sf f
sd L Ed
f
A h
f
s
     o o
Несущая способность на сдвиг бетона
,0.6 (1 ) sin cos
250
ck
Rd cd L Ed
f
f         
Рисунок 9 — Расчет на горизонтальный срез бетонного пояса

17. Устойчивость плоской формы изгиба с закручиванием
Расчетную несущую способность по устойчивости следует определять по формуле:
где LT — понижающий коэффициент при потере устойчивости плоской формы изгиба,
зависящий от условной гибкости ;
MRd — расчетная несущая способность при отрицательном изгибающем моменте, действующим
на соответствующей промежуточной опоре
Значения понижающего коэффициента LT можно определить по EN 1993-1-1, 6.3.2.2 или 6.3.2.3.
,b Rd LT RdM M 
Рисунок 10 — Перевернутая U-образная рама ABCD, препятствующая потере
плоской формы изгиба с закручиванием

18. Пример расчета
Пример. Расчет свободно опертой композитной балки с профилированным листом.
Исходные данные:
Бетон С20/25 fcd=17 МПа
Арматура А500С fyk=500МПа
Конструкционная сталь С235 fy=235МПа
Соединительные элементы fu=450 Мпа d=22мм hsc=125 мм
Расчетные усилие:
MEd=360кНм
VEd=192кН

19. Пример расчета
Классификация стального сечение
Полка
1 класс
Стенка
1 класс
Сечения принадлежит к 1 классу
235 235
1
235yf
   
2 145 7,5 2 14
54,75
2 2
a wb t r
c
     
  
54.75
4.45 9 9
12.3f
c
t
    
2 2 360 2 12.3 2 14 307.4a fc d h t r           
307.4
40.99 72 72
7.5w
c
t
    

20. Пример расчета
Расчетный изгибающий момент в пластической стадии , приложенный к стальному
сечению, до начала совместной работы с бетоном
Эффективная ширина бетонного пояса
Принимаем
.
, ,
891.6 235
209.5
1
pl y y
p a Rd
M
W f
M кНм

  

l
0
8
0 (2 ) 2
8
eff eib b b м     
Расчетная несущую способность стад-болтов на сдвиг
   2 2
3
0,8 / 4 0,8 450 3,14 22 / 4
10 109,4
1,25
u
Rd
V
f d
P кН
   
   

2 2 3
3
0,29 0,29 1,0 22 25 31 10
10 98,95
1,25
ck cm
Rd
V
d f E
P кН
      
   

00,7 0,7 73 145
1 1 0,63 1
75 751
sc
t
p pr
b h
k
h hn
   
                
98,95 0,63 62,3RdP кН  

21. Пример расчета
Расчетный изгибающий момент в пластической стадии , приложенный к
композитному сечению
Минимальное количество анкеров для пол пролёта.
, 0.85 85 2 0.85 17 2456.5c f c eff cdN h b f кН        
3
, 61.9 23.5 10 1454.6pl a a ydN A f кН
     
, 31454.6
10 50
0.85 2 0.85 17
pl a
pl
eff cd
N
x мм
b f

   
   
 
 
, , 0.5 0.5
1454.6 0.5 0.36 0.085 0.075 0.5 0.05 458.2
pl Rd pl a a c p plM N h h h x
кНм
      
       
   min 1 355 / (0,75 0,03 ) 1 355 / 235 (0,75 0,03 8) 0,26 0.4y ef L           
,
min min
1454.6
0.4 9.3 10
62.3
pl a
Rd
N
n
P
      

22. Пример расчета
Принимаем 17 анкеров.
Расчетный изгибающий момент
Несущая способность на сдвиг в вертикальной плоскости
,
17 62.3
0.728
1454.6
Rd
pl a
n P
N
 
    
 , , , , ,–
209.5 (458.2 209.5) 0.728 390.5 360
Rd p a Rd p Rd p a Rd
Ed
M M M M
кНм M кНм
    
      
l l l
2
2 ( 2 )
61.9 2 14.5 1.23 1.23 (0.75 2 1.4) 21.9
V a a f f wA A b t t t r
см
       
        
,
( / 3) 21.9 23.5
297.2
3 1
V y
pl Rd
m
A f
V

  
  ,
192
0.65
297.2
Ed
pl Rd
V
V
 
 
2
1 1 2 0.65 1 0.91       , 0.91 297.2 270.4 192pl Rd EdV кН V кН    

23. Конструктивные требования
Толщина плиты и армирование
Если плита работает совместно с балкой или используется в качестве диафрагмы жест-
кости, то ее общая толщина должна составлять не менее 90 мм, а hc — не менее 50 мм.
Расстояние между арматурными стержнями не должно превышать меньшее из двух
значений: 2h и 350 мм.
Требования к опорным частям
Размеры опорной площадки lbc и lbs, показанные, должны быть не менее следующих
предельных значений:
— для сталежелезобетонных плит, опирающихся на стальные или бетонные конструкции:
lbc = 75 мм и lbs = 50 мм;
— для сталежелезобетонных плит, опирающихся на конструкции из других материалов:
lbc = 100 мм и lbs = 70 мм.
Стад-болты
Общая высота стад-болта должна быть не менее 3d, где d — диаметр стержня болта.
Шаг стад-болтов вдоль сдвигающей силы должен составлять не менее 5d или 4hc или
800мм; шаг поперек сдвигающей силы должен составлять не менее 2,5d в плитах
сплошного сечения и 4d — в остальных случаях.

24. СПАСИБО!