Расчет и проектирование сварных двутавровых профилей с волнистыми стенками

Министерство образования и науки российской Федерации

уральский Федеральный университет
иМени первого президента россии б. н. ельцина

с. в. кудрявцев

расчет и проектирование
сварных двутавровых проФилей 
с волнистыМи стенкаМи

учебно-методическое пособие

рекомендовано методическим советом урФу  
для студентов, обучающихся по программам бакалавриата,  
магистратуры и специалитета по направлениям подготовки  
08.03.01, 08.04.01 «строительство»,
08.05.01 «строительство уникальных зданий и сооружений»

екатеринбург
издательство уральского университета
2017

удк 621.791.01:62=423(075.8)
ббк 30.4=02я73 + 30.616я73
        к88

р е ц е н з е н т ы:
кафедра «строительные конструкции и строительное производство»
уральского государственного университета путей сообщения
(заведующий кафедрой кандидат технических наук,  
доцент н. г. горелов);
с. п. тамакулов, кандидат технических наук,  
директор ооо «Фирма “уралкомплект-наука”»;  
а. а. караев, председатель совета директоров  
ооо «проектстальконструкция»,  
заслуженный строитель российской Федерации;  
Ю. с. Максимов, кандидат технических наук, профессор,  
директор тоо «институт проектстальконструкция» (г. алматы),  
почетный строитель казахстана

© уральский федеральный университет, 2017

Кудрявцев, С. В.
расчет и проектирование сварных двутавровых профилей 
с волнистыми стенками : учеб.-метод. пособие / с. в. кудрявцев ; М-во образования и науки рос. Федерации, урал. федер. 
ун-т. — екатеринбург : изд-во урал. ун-та, 2017. — 60 с.

ISBN 978-5-7996-2056-1

в учебно-методическом пособии приведены основные положения по 
расчету изгибаемых, сжатых и сжато-изгибаемых элементов из стальных 
сварных двутавровых профилей с волнистыми стенками с гофрами треугольного очертания. указаны требования к их конструированию. даны 
примеры расчета и конструирования. 
для студентов, обучающихся по направлениям «строительство» 
и «строительство уникальных зданий и сооружений».

к88

ISBN 978-5-7996-2056-1

удк 621.791.01:62=423(075.8)
ббк 30.4=02я73 + 30.616я73

ОглаВление

предисловие ................................................................................................... 4
основные буквенные обозначения ............................................................... 5
 
1. общие положения ............................................................................... 6
 
2. Материалы ........................................................................................... 7
 
3. конструктивные требования ............................................................. 8
 
4.  геометрические характеристики сечения....................................... 10
 
5.  расчет элементов с волнистой стенкой при центральном  
растяжении и сжатии ............................................................................ 13
 
6.  расчет элементов с волнистой стенкой при изгибе ....................... 13
 
7.  расчет элементов с волнистой стенкой при действии продольной 
силы с изгибом ...................................................................................... 16
 
8.  устойчивость волнистых стенок профилей ................................... 18
 
9.  устойчивость поясных листов профилей ....................................... 21
 
10.  расчет по второй группе предельных состояний  
 
(по прогибам) .................................................................................... 22
 
11.  расчет сечений профилей, ослабленных круговыми  
 
отверстиями ....................................................................................... 23
Приложение А.  примеры расчета профилей с волнистой стенкой ........ 25
Приложение Б. сортамент сварных двутавровых профилей  
с волнистой стенкой типа «силур»  .................................................... 40
библиографические ссылки ........................................................................ 58

ПРеДиСлОВие

учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре «промышленное, гражданское строительство и экспертиза недвижимости» строительного института. оно предназначено студентам, обучающимся по направлениям подготовки бакалавриата 08.03.01 
«строительство» и магистратуры 08.04.01 «строительство», а также 
по направлению подготовки специалитета 08.05.01 «строительство 
уникальных зданий и сооружений» всех форм обучения, для выполнения практических занятий и курсового проекта по дисциплинам 
«Металлические конструкции, включая сварку», «строительные конструкции зданий и сооружений» и «проектирование легких металлических конструкций».
в пособии приводятся основные положения по расчету изгибаемых, сжатых и сжато-изгибаемых элементов из стальных сварных 
двутавровых профилей с волнистыми стенками с гофрами треугольного очертания. указаны требования к конструированию. даны примеры расчета. приведенная методика расчета предназначена для 
практического инженерного проектирования элементов с волнистой 
стенкой и разработана на основе обобщения и систематизации результатов отечественных и зарубежных экспериментальных и теоретических исследований конструкций с волнистыми и гофрированными 
стенками [5–10].
Материал пособия имеет практико-ориентированный характер. 
приобретенные студентами знания и навыки могут быть использованы при выполнении курсовых и дипломных проектов, а также в практической деятельности.

ОСнОВнЫе БУКВеннЫе ОБОЗнаЧениЯ

Усилия от внешних нагрузок в поперечном сечении элементов

M — изгибающий момент, N — продольная сила, Q — поперечная 
сила.

Характеристики материалов

Ru — расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию и изгибу 
по временному сопротивлению
Ry — расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию и изгибу 
по пределу текучести
Rs = 0,58Ry — расчетное сопротивление стали срезу
Е = 206 000 Mпа (2,06 · 106 кг/см2) — модуль упругости прокатной 
стали
G = 79 000 Mпа (0,79 · 106 кг/см2) — модуль сдвига прокатной стали
ρ = 7850 кг/м3 — удельный вес прокатной стали.

Характеристики поперечного сечения профиля

bf — ширина пояса профиля
tf — толщина пояса профиля
hw — высота волнистой стенки профиля
tw — толщина стенки профиля
f — высота волны стенки
a — расстояние между вершинами волн стенки (шаг гофров)

2
2

w
b
a
f
=
+
 — ширина панели гофра
A — площадь поперечного сечения профиля
Af — площадь поперечного сечения одного пояса профиля
Ix, Iy — моменты инерции сечения относительно осей x — x и y — y;
Wx, Wy — моменты сопротивления сечения относительно осей x — x 
и y — y
Sx — статический момент полусечения профиля относительно оси 
x — x
ix, iy — радиусы инерции сечения относительно осей x — x и y — y

1. ОБЩие ПОлОЖениЯ

представленная в настоящем пособии методика расчета может 
быть применена при проектировании несущих изгибаемых, сжатых 
и сжато-изогнутых стальных конструкций с волнистой (гофрированной) стенкой. как правило, к таким конструкциям относятся элементы покрытий и перекрытий, колонны и ригели поперечных рам зданий и др., работающие при температуре не выше 100 °с и не ниже 
минус 60 °с.
при проектировании конструкций, находящихся в особых условиях эксплуатации, например, подвергающихся сейсмическим воздействиям, интенсивным воздействиям температуры, радиации, агрессивных сред, конструкций уникальных зданий и сооружений, зданий 
атомных электростанций, а также специальных видов конструкций 
(например, предварительно напряженных, пространственных, висячих), следует соблюдать дополнительные требования, предусмотренные соответствующими нормативными документами, в которых отражены особенности работы таких конструкций.
при проектировании конструкций с волнистой стенкой необходимо соблюдать требования сп 16.13330.2011 «стальные конструкции. 
актуализированная редакция снип II-23-81*» [2] и требования настоящего пособия.
конструкции изготавливаются, как правило, сварными, двутаврового симметричного сечения, с волнистой стенкой с гофрами треугольного очертания и поясами из полосовой стали.
конструкции с волнистой стенкой изготавливаются в заводских 
условиях на специализированной поточной линии, включающей 
участки раскроя и правки стального листа, участок гофрирования 
стенки, участки сборки и сварки конструкций.
сортамент сварных двутавровых профилей с волнистой стенкой, выпускаемых ооо «силур» (екатеринбург) по ту 5283-01085420077-2014 [6], приведен в прил. б.

2. МаТеРиалЫ

прокат, применяемый для изготовления элементов несущих строительных конструкций с волнистой стенкой, должен отвечать требованиям стандартов или технических условий на его поставку.
при выборе классов и марок стали следует учитывать степень ответственности конструкций здания (сооружения), а также условия их 
эксплуатации в соответствии с прил. в сп 16.13330.2011 [2].
в качестве материала для изготовления волнистой стенки принимают, как правило, прокат листовой горячекатаный по гост 19903-74 
из стали класса не ниже с245 по гост 27772-88 (вст3пс6 по гост 
380-88).
для изготовления поясов элементов конструкций с волнистой 
стенкой рекомендуется прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный по гост 82-70 и прокат листовой горячекатаный по гост 19903-74 из стали класса не ниже с245 по гост 2777288 (вст3пс6 по гост 380-88).
расчетные характеристики стали стенки и поясов конструкций 
принимают по табл. 1. 
Таблица 1

Характеристики стали для изготовления профилей  
с волнистыми стенками

сталь 
по гост 
27772

толщина 
проката, мм

нормативные и расчетные сопротивления  
при растяжении, сжатии, изгибе и срезе  
листового и широкополосного универсального проката, Мпа

Ryn
Run
Ry
Ru
RS
с245
от 2 до 20
245
370
240
360
135

от 20 до 30
235
370
230
360
130

с255
от 2 до 20
245
370
240
360
135

от 20 до 40
235
370
230
360
130

с345
от 2 до 20
325
470
320
460
180

от 20 до 40
305
460
300
450
170