В данной статье рассмотрены различные формы перфорации, применяемые в «термопрофилях» ЛСТК. Проведен анализ отличия перфорации по длине, расстоянию между отверстиями и их расположению.

Задачей исследования является выявление зависимости напряжений и деформаций стержня от вида перфорации и определение оптимальной геометрии перфорации.

Ключевые слова: ЛСТК, тонкостенный стержень, перфорация, термопрофиль.

Термопрофиль представляет собой оцинкованный холодногнутый профиль с продольными просечками или перфорацией в стенке (см. рис.1). Перфорацию выполняют в шахматном порядке, благодаря чему увеличивается путь прохождения теплового потока и пропадают так называемые «мостики холода» (см. рис.2). Такое решение помогает предотвратить появление конденсата и исключает возможность промерзания стен изнутри сооружения.

Рис. 1. Перфорированный холодногнутый профиль (термопрофиль)

Рис. 2. Путь теплового потока в перфорированном профиле

Сфера применения термопрофилей достаточно широка — несущие каркасы малоэтажных зданий, дополнительное утепление наружных стен многоэтажных зданий с несущим железобетонным или стальным каркасом, промежуточные элементы в бесчердачных крышах из несущего профилированного листа, стеллажи в торговых производственных и складских комплексах.

На данный момент прочностные характеристики профилей легких стальных конструкций достаточно хорошо изучены. Но в случае с термопрофилями необходимо дополнительно учитывать их ослабление перфорацией.

Для подбора наиболее эффективного сечения перфорированного профиля необходимо проводить испытания совместно на несущую способность и теплотехнические показатели профилей.

В статьях [8], [9] установлена взаимосвязь теплотехнических характеристик термопрофилей с геометрией и видом их перфорации. В данной статье рассмотрим влияние формы перфорации на НДС профиля.

В качестве объекта исследования принят П-образный профиль марки SA-200–20-U-OUT производителя ООО «ПРОДОМ Тверь». Параметры и геометрические размеры см. рис.3.

Рис. 3. Размеры профиля SA-200–20-U-OUT

Моделирование производилось в ПК ANSYS. Длина элемента принята 1,5м. К верхнему торцу стержня приложена нагрузка 10Н. Стержень закреплен в опорной зоне и в оголовке шарнирно с запретом линейных перемещений. Граничные условия и нагрузку см. рис.4.

Рис. 4. Граничные условия и нагрузка

В данном исследовании были рассмотрены несколько модификаций перфорации вышеуказанного профиля:

1) Увеличение длины отверстия

2) Увеличение расстояния между отверстиями в поперечном направлении

3) Разделение перфорации на 2 группы относительно оси симметрии

4) Добавление дополнительных рядов отверстий.

Параметры измененной перфорации приведены в табл.1.

Таблица 1

Параметры перфорации образцов

Для каждого профиля были рассчитаны значения максимальных напряжений в стенке и максимальных деформаций (см. рис.5–6), а также проведен линейный анализ потери устойчивости с целью приблизительной оценки критической нагрузки, вызывающей потерю устойчивости (см. рис.7).

Рис. 5. Общие деформации профиля

Рис. 6. Напряжения в стенке профиля

Рис. 7. Одна из форм потери устойчивости

Результаты расчетов приведены в табл.2. В табл.3 указаны проценты отклонения значений измененных профилей от первоначального.

Таблица 2

Результаты расчетов

Таблица 3

Отклонение результатов измененных профилей от исходного

Согласно исследованиям, приведенным в статье [8], выявлено, что наибольшее влияние на теплотехнические свойства профилей оказывает количество отверстий, расположенных по одной линии поперечного сечения. Однако, по результатам расчета, при добавлении дополнительных рядов перфорации (образец № 4) резко возрастает деформативность и снижается устойчивость профиля.

В случае увеличения длины элемента перфорации (образец № 1) также сильно снижается устойчивость профиля.

Наиболее оптимальными решениями являются увеличение расстояния между отверстиями в поперечном направлении (образец № 2) и разнесение перфорации на 2 группы относительно оси симметрии (образец № 3), так как в этих вариантах слабо меняются прочностные характеристики, а теплотехнические свойства улучшаются.

Стоит отметить, что данные расчеты выполнены без учета начальных геометрических несовершенств и нелинейных свойств материала. Для увеличения точности результатов рекомендуется провести более подробный расчет с учетом данных факторов, а также выполнить нелинейный анализ потери устойчивости.

Для более конкретных решений требуются дополнительные исследования профилей совместно на теплопроводность и несущую способность.

Литература:

1. СП 260.1325800.2016 Конструкции стальные тонкостенные из холодногнутых оцинкованных профилей и гофрированных листов. Правила проектирования (с Изменением N 1). — введ. с 04.06.2017 — М.: Госстрой России — 116 с.
2. Расчет элементов из стальных холодноформованных профилей в соответствии с Еврокодом 3 / Э.Уэй [и др.]; — К.: УЦСС, — 2015. — 96 с.
3. Легкие стальные тонкостенные конструкции (ЛСТК) проектирование, изготовление, монтаж. Учебное пособие для ВУЗов/ Астахов И. В, Гудков А. Н., Жидков К. Е. и др.; под общей ред. Зверева В. В. — М.:Издательство «Перо», 2023–412 с., ил.
4. Туснина В. М. Перспективы строительства доступного и комфортного жилья на основе стальных каркасов // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 6. С.43–46
5. Илюхина, Е. А. Мировая практика применения технологии ЛСТК в строительстве / Е. А. Илюхина, А. А. Соболев. — Текст: непосредственный // Ползуновский альманах. — 2018 — № 1 — С. 89–92.
6. Айрумян Э. Л. Рекомендации по проектированию, изготовлению и монтажу конструкций каркаса малоэтажных зданий и мансард из холодногнутых стальных оцинкованных профилей производства ООО конструкций «БалтПрофиль». М., 2004
7. Айрумян Э. Л. Перспективы ЛСТК в России / Э. Л. Айрумян, Н. И. Каменщиков, М. А. Липленко // СтройПРОФИЛЬ. 2013. № 10. С. 12–17.
8. Безбородов Е. Л. Влияние перфорации на теплотехнические характеристики «термопрофилей» легких стальных тонкостенных конструкций // Инновации и инвестиции. 2019. № 2. С.191–194.
9. Безбородов Е. Л. Геометрические характеристики современных «термопрофилей» легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК) // Инновации и инвестиции. 2020. № 2. С.141–143.
10. Ватин Н. И., Попова Е. Н. Термопрофиль в легких стальных строительных конструкциях. СПб, 2006.