Учёный НИУ МГСУ рассказала про устойчивость стальных ферм к лавинообразному обрушению

Доцент кафедры металлических и деревянных конструкций, кандидат технических наук Мария Бергер рассказала про устойчивость стальных ферм к прогрессирующему, или лавинообразному, обрушению.

Что такое металлические фермы?

Несмотря на название, металлические фермы никак не связаны с сельским хозяйством и агробизнесом. Фермой называется система стержней, соединенных между собой и образующих геометрически неизменяемую конструкцию при шарнирных узлах. Сам термин «ферма» происходит от латинского слова firmus, которое переводится как «прочный».

В зависимости от назначения и нагрузок фермы могут иметь разную конструктивную форму и различаться по очертанию поясов, системе решетки, способу соединения элементов в узлах и др. Выбор схемы работы и очертания фермы является первым этапом проектирования конструкции. Он выполняется на основании экономического сравнения возможных вариантов и зависит от назначения и архитектурно-конструктивного решения здания или сооружения. Использование ферм для перекрытия больших пролетов позволяет уменьшить расход материала и, таким образом, облегчить конструкцию.

Стальные фермы широко применяются в качестве несущих конструкций покрытий и перекрытий промышленных и гражданских зданий, мостах, объектах связи и телевидения (башни, мачты), транспортных эстакадах и т.д.

Что может угрожать такой прочной конструкции?

При использовании фермы в качестве несущей конструкции покрытия возможный выход из строя одного из элементов фермы может привести к запуску цепной реакции и обрушению большой части покрытия.

По словам учёного, смысл расчётов на устойчивость к прогрессирующему обрушению заключается именно в том, чтобы выход из строя одного из элементов несущей конструкции не привёл к обрушению всего здания или большей его части.

Металлические фермы и самолёты

Тему устойчивости стальных ферм большепролётных покрытий к прогрессирующему обрушению исследовательница выбрала из-за работы в проектном институте. Там она занималась проектированием аэропортов: аэровокзалов, ангаров под самолеты, промышленных зданий – стоянок для спецтехники, ремонтных мастерских, насосных станций.

При этом все эти объекты относятся к зданиям повышенного уровня ответственности, следовательно, для всех них необходимо выполнять расчёт на устойчивость к прогрессирующему обрушению.

За основу исследования, которое началось ещё в 2016 году, был взят каркас большепролётного ангара под самолёт. Под руководством научного руководителя Александра Туснина Мария Бергер провела динамические численные расчёты каркаса здания с учетом возможных вариантов повреждений элементов стропильной фермы.

Выполнение полноценного динамического расчёта конструкций на устойчивость к прогрессирующему обрушению – трудоёмкий и очень затратный по времени процесс.

Результаты исследований

В рамках исследования Мария Бергер разработала упрощённый алгоритм для расчёта несущих стальных ферм покрытий с учётом различных вариантов повреждений.

Кроме этого, на базе лаборатории НИУ МГСУ была проведена серия экспериментов по изучению времени разрушения стальной фермы при повреждении одного из её элементов.

В результате исследования был также разработан ряд конструктивных вариантов защиты большепролетных покрытий от прогрессирующего обрушения. Применение полученных результатов на практике позволит не только сэкономить время, затраченное на расчёт, но и уменьшить металлоёмкость здания.

В планах у учёного – выполнить соответствующие исследования для каркаса промышленного здания в целом, подробнее исследовать работу узлов при разных вариантах повреждения конструкции.