Ограждающие и несущие строительные конструкции из стальных тонкостенных профилей

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ 
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Л.В. Енджиевский, И.И. Крылов, 
А.Н. Кретинин, А.В.Терешкова 

Ограждающие и несущие 
строительные конструкции 
из стальных тонкостенных профилей

Монография

Красноярск 
СФУ
2010

УДК 626.86
ББК 38.54
Е 62

Рецензенты:
В.В. Москвичев, доктор технических наук, профессор, зам. председателя 
Президиума КНЦ СО РАН (г. Красноярск);
В.В. Зверев, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой 
«Металлические конструкции» Липецкого государственного технического 
университета (г. Липецк)

Енджиевский, Л.В.
Е62  Ограждающие и несущие строительные конструкции из стальных 
тонкостенных профилей: монография/ Л.В. Енджиевский, И.И. Крылов, А.Н. Кретинин, А.В. Терешкова. – Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2010. – 282 с.

ISBN 978-5-7638-1987-8

В монографии сделана попытка обратить внимание специалистов всех 
уровней строительного профиля и студентов строительных специальностей 
на новые типы несущих строительных конструкций, основой которых являются холодногнутые оцинкованные профили. Рассмотрены конструктивные 
решения и результаты комплексных исследований двух балочных конструкций, объединяющих в единую конструктивную форму С-образные гнутые 
оцинкованные профили  и профилированный лист, и двух типов пространственных систем с основными конструктивными элементами из оцинкованного профилированного листа. Приложения смотреть на CD-диске.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Красноярского 
краевого фонда науки № 16F46.

УДК 626.86
ББК 38.54
ISBN 978-5-7638-1987-8
© Сибирский 
федеральный
университет, 2010

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие ........................................................................................................ 7

Введение ............................................................................................................... 8

Глава 1. Отечественный и зарубежный опыт 
использования стальных гофрированных листов 
как конструктивных элементов в различных типах 
строительных конструкций ............................................................................ 9
1.1. Общая характеристика профилированных листов. 
Возможности их использования в ограждающих 
и несущих элементах конструкций ...........................................................10
1.1.1. Особенности работы 
и расчета профилированного листа ..................................................13
1.1.2. Способы соединения профилированных листов ......................18
1.2. Ограждающие конструкции с обшивками 
из профилированного листа ...................................................................... 20
1.2.1. Стеновые сэндвич-панели заводской готовности ..................21
1.2.2. Кровельные сэндвич-панели заводской готовности ...............23
1.2.3. Панели послойной сборки ...........................................................23
1.3. Несущие конструкции из стальных тонкостенных профилей ........30
1.3.1. Балки ............................................................................................ 30
1.3.2. Фермы из тонкостенных оцинкованных профилей ................36
1.3.3. Арочные конструкции ................................................................38
1.3.4. Рамы из тонкостенных оцинкованных профилей ...................39
1.3.5. Каркасы малоэтажных зданий из тонкостенных 
оцинкованных конструкций .................................................................39
1.3.6. Конструкции мансард зданий 
из тонкостенных профилей ................................................................43
1.4. Элементы составных несущих конструкций 
из тонкостенных профилей в комбинации с профилированными 
листами и особенности их расчета ............................................................45
1.4.1. Совмещенные плиты покрытия с применением 
профилированных листов ....................................................................45
1.4.2. Каркасные покрытия с частичным включением 
в работу профлистов, выполняющих ограждающие функции ...... 48
1.5. Пространственные совмещенные конструкции ................................50
1.5.1. Пространственные системы, в которых верхний 
несущий пояс выполнен только из профлиста ..................................50
1.5.2. Конструкции с предварительно напряжённым верхним 
несущим поясом из профилированного листа ..................................53

Глава 2. Тонкостенные балки из гнутых оцинкованных профилей: 
составных поясов коробчатого сечения и гофрированных стенок ....... 55
2.1. Основные положения ............................................................................56
2.2. Экспериментальные исследования крупномасштабных 
моделей балок из гнутых оцинкованных профилей ................................58
2.3. Особенности работы соединений тонколистовых 
оцинкованных элементов ...........................................................................71
2.4. Теоретические исследования и численное моделирование 
тонкостенных балок из гнутых оцинкованных профилей .....................75
2.5. Экспериментальное исследование НДС балки из гнутых 
оцинкованных профилей пролетом 9 м ....................................................77
2.6. Инженерная методика расчета тонкостенных балок 
из гнутых оцинкованных профилей..........................................................83
2.7. Опытное внедрение конструкций ...................................................... 86
2.8. Рекомендации по изготовлению тонкостенных балок 
из гнутых оцинкованных профилей..........................................................91

Глава 3. Рамные системы из тонкостенных 
оцинкованных профилей ............................................................................... 95
3.1. Область применения ............................................................................ 96
3.2. Схемы поперечных рам и их компоновка в каркасы зданий .......... 96
3.3. Основные положения расчета элементов рам ..................................101
3.3.1. Расчет элементов на осевые силы и изгиб ............................101
3.3.2. Проверка устойчивости стенок и полок изгибаемых 
и сжатых элементов .........................................................................103
3.4. Соединения элементов рам ................................................................105
3.4.1. Особенности работы одноболтовых фрикционных 
сдвигоустойчивых соединений тонкостенных оцинкованных 
профилей ..............................................................................................106
3.4.2. Двухболтовые фрикционные сдвигоустойчивые 
соединения тонкостенных оцинкованных профилей .....................109
3.4.3. Многоболтовые фрикционные сдвигоустойчивые 
соединения на основе тонкостенных оцинкованных профилей 
С-образного сечения...........................................................................115
3.5. Рекомендации по конструированию и расчету болтовых 
соединений из тонкостенных оцинкованных профилей ......................120

Глава 4. Пространственные блоки покрытий с поясами 
из металлического профилированного листа .......................................... 123
4.1. Формообразование как главный фактор повышения 
эффективности конструкций с элементами 
из тонкостенных металлических листов ................................................124

4.2. Линзообразные блоки покрытия ......................................................134
4.2.1. Конструктивные решения линзообразных блоков ................134
4.2.2. Технология изготовления линзообразных блоков ..................144
4.2.3. Численные исследования напряженно-деформированного 
состояния линзообразных блоков и отдельных фрагментов .......153
4.2.4. Экспериментальные исследования фрагментов 
покрытия из линзообразных блоков .................................................160
4.3. Двухпоясное преднапряженное арочное покрытие 
с поясами из стальных профилированных листов ................................172
4.3.1. Конструктивное решение двухпоясного 
арочного покрытия ............................................................................172
4.3.2. Численные исследования НДС фрагмента 
арочного покрытия ............................................................................176
4.3.3. Экспериментальные исследования фрагмента 
двухпоясного арочного покрытия .....................................................196
4.4. Обобщенные технико-экономические показатели .........................213
4.5. Рекомендации по конструированию, расчету и изготовлению 
конструкций линзообразных блоков покрытия и двухпоясного 
преднапряженного арочного покрытия с поясами из стальных 
профилированных листов ........................................................................214

Глава 5. Пространственные блок-фермы покрытий и секции 
зданий-укрытий арочного типа из линзообразных блоков....................219
5.1. Конструктивные решения ..................................................................220
5.2. Численные исследования пространственных блок-ферм и 
блок-секций зданий, сформированных из линзообразных блоков ......237
5.2.1. Обобщенный алгоритм статического 
расчета конструкций ........................................................................237
5.2.2. Численные исследования деревометаллической 
блок-арки .............................................................................................239
5.2.3. Численные исследования блок-фермы из монометалла .......254
5.3. Экспериментальные исследования фрагмента 
пространственной блок-секции ...............................................................265
5.3.1. Последовательность и особенности сборки 
опытной конструкции .......................................................................266
5.3.2. Статические испытания конструкции .................................274

Библиографический список ..........................................................................277

Предисловие

Цель монографии – попытка обратить внимание специалистов всех 
уровней строительного профиля и студентов строительных специальностей 
на новые типы несущих строительных конструкций, основой которых являются холодногнутые оцинкованные профили.
По структуре монография состоит из введения и пяти глав, библиографического списка и приложений.
В первой главе приводится отечественный и зарубежный опыт использования стальных гофрированных листов как конструктивных элементов в 
различных типах строительных конструкций.
Во второй и третьей главах рассмотрены конструктивные решения и 
результаты комплексных исследований двух балочных конструкций, объединяющих в единую конструктивную форму С-образные гнутые оцинкованные профили и профилированный лист.
Четвертая и пятая главы посвящены пространственным системам с 
основными конструктивными элементами из оцинкованного профилированного листа.
Главы 1, 4, 5 написаны чл.-корр. РАСН, д-ром техн. наук, проф. Л.В. Енджиевским и канд. техн. наук А.В. Терешковой; гл. 2, 3 - канд. техн. наук, 
проф. И.И. Крыловым и канд. техн. наук А.Н. Кретининым.

Введение

В современных экономических условиях при всеобщей структурной 
перестройке с ориентацией на разукрупнение предприятий, на создание 
мелких и средних производственных структур с более конкретной специализацией с прогнозируемым бурным ростом нефте- и газодобычи в северных районах Сибири и Дальнего Востока России, где нет развитой стройиндустрии, потребность в быстровозводимых, легко транспортируемых 
облегченных строительных конструкциях и модульных зданиях возрастает. 
Развивающаяся экономика России и связанная с ней высокая конкуренция 
на строительном рынке требуют эффективных конструктивных решений 
строительных конструкций. Необходимы технологичные современные системы с наименьшей ресурсоемкостью.
Один из путей решения указанной проблемы – разработка и использование эффективных плоских и пространственных формообразований из 
стандартного металлического профилированного листа и других холодногнутых профилей, в особенности оцинкованных с толщинами до 3 мм. 
Зарубежный и отечественный опыт применения конструкций на их основе 
выявил ряд преимуществ перед традиционными конструкциями из прокатных профилей: низкий расход металла, высокая коррозионная стойкость, 
возможность изготовления на строительной площадке, что в итоге позволяет снизить стоимость конструкций «в деле». В таких конструктивных формах в полной мере используются прочностные свойства материала за счет 
совмещения ограждающих и несущих функций.
В данной монографии сделана попытка обратить внимание специалистов всех уровней строительного профиля и студентов строительных специальностей на новые типы несущих строительных конструкций, основой 
которых являются холодногнутые оцинкованные профили. Рассмотрены 
конструктивные решения и результаты комплексных исследований двух 
балочных конструкций, объединяющих в единую конструктивную форму 
С-образные гнутые оцинкованные профили и профилированный лист, и 
двух типов пространственных систем с основными конструктивными элементами из оцинкованного профилированного листа.

Глава 1

Отечественный и 
зарубежный опыт 
использования стальных 
гофрированных листов как 
конструктивных элементов 
в различных типах 
строительных конструкций

1.1. Общая характеристика профилированных листов. 
Возможности их использования в ограждающих 
и несущих элементах конструкций

Профнастил (или профлист) – это металлический лист со сформированным профилем (ребрами жесткости) (рис. 1.1). Он широко используется в 
практике строительства в качестве ограждающих, несущих и совмещенных 
элементов конструкций.
К современным ограждающим и несущим конструкциям предъявляют 
следующие требования:
- в полной мере удовлетворять всему комплексу функциональных требований на плановый срок безаварийного функционирования сооружения;
- минимальная материалоемкость, трудоемкость монтажа, удобство 
транспортировки;
- максимальная заводская готовность, позволяющая сократить количество рабочих на строительной площадке и повысить качество строительномонтажных работ;
- минимальная стоимость за счет снижения затрат по отдельным 
строительно-монтажным операциям и сокращения сроков строительства.
Вышеперечисленным требованиям удовлетворяют профилированные 
листы как отдельные элементы, так и в качестве обшивок кровельных и стеновых панелей.

Рис. 1.1. Профнастил

1.1. Общая характеристика профилированных листов. Возможности их использования…

11

Профилированный лист (настил) изготавливается из листовой стали 
толщиной 0,6…1,5 мм. В поперечном сечении (рис. 1.2) выделяются следующие размеры профилированного листа: В – ширина профиля; hг – высота 
гофра, которая колеблется от 10 до 158 мм; S – шаг гофров; b1 и b2 – ширина, 
соответственно, верхней и нижней полки.
В процессе изготовления специальными роликами в плоском оцинкованном листе из стали С235 или С245 выдавливают продольные углубления 
в виде трапеции. В полках профилированного листа может быть выполнено 
продольное гофрирование, что увеличивает несущую способность профиля 
по критерию местной устойчивости.
Для стенового ограждения применяют профилированный лист с высотой гофра от 10 до 44 мм и толщиной от 0,55 до 0,7 мм. Такой тип профилированного листа используют либо в виде самостоятельного элемента 
холодных неотапливаемых зданий, либо в составе обшивки панелей типа 
«сэндвич», обшивки каркасных трехслойных панелей и обшивки каркасных 
ограждающих конструкций раздельного типа. Стеновой профилированный 
лист изготавливается из стали С235-245. Профилированный лист применяется также и для кровель. В случае использования профилированного листа 
в кровельных конструкциях высота гофр от 44 до 156, толщина от 0,7 до 1,5 
мм.
Обозначения, геометрические характеристики профилированных листов с трапециевидной формой гофра, изготавливаемые отечественными 
заводами для строительства по ГОСТу 24045-94, приведены в прил. 1.
По назначению профилированные листы подразделяются на типы:
Н – для настила покрытий;
НС – универсальный профиль для настила и стеновых ограждений;
С – для стеновых ограждений.
Кровельные профилированные листы (Н) имеют большую высоту, чем 
стеновые, и их форма определена исходя из необходимости укладки по ним 
плитного утеплителя.

B

hS
b1

b2

Рис. 1.2. Поперечное сечение профилированного листа