Стальной каркас на основе портальных рам

Используйте готовые сечения, стандартизированные узлы и унифицированные элементы портальных рам с пролетами 18 и 24 метра для быстрого и надежного проектирования одноэтажных зданий с учетом климатических нагрузок.

Описание технического решения

Решение предназначено для проектирования одноэтажных зданий производственного, складского и сельскохозяйственного назначения. В его основе — пространственный каркас из портальных рам на основе горячекатаного двутавра, который полностью исключает неиспользуемое межферменное пространство и позволяет максимально эффективно использовать внутренний объем. Благодаря отказу от ферм монтаж несущего каркаса выполняется быстрее, а отсутствие сварных двутавров и применение унифицированных элементов снижает затраты на изготовление, упрощает транспортировку и минимизирует риск ошибок при сборке.

Геометрические параметры каркасов включают наиболее востребованные варианты: пролеты 18 и 24 метра, рассчитанные на комбинации нагрузок для снеговых районов I–IV и ветровых районов I–III. Подобный диапазон позволяет использовать решение в большинстве климатических зон с высокой промышленной активностью.

Параметры и условия применения

Снеговые районы	I, II, III, IV
Ветровые районы	I, II, III
Сейсмичность	до 6 баллов
Класс ответственности сооружения	КС-2
Грузоподъемность кранов	Без кранов
Пролеты рам (L, м)	24 м, 18 м
Шаг рам	6 м
Уклон кровли	6°
Количество пролетов	1 пролет
Высота по колонне (H, м)	6, 9, 12

Сравнительный анализ

Для III–IV снеговых районов сравнительная оценка металлоемкости каркаса пролетом 24 метра и высотой 6 метров показывает, что при нормальном классе ответственности (КС-2) масса портальной рамы на 30–40% превышает аналогичный показатель конструкции с применением фермы в конструкции покрытия. Для оптимизации металлоемкости предусмотрены следующие меры:

снижение класса ответственности до КС-1 уменьшает массу конструкции примерно на 5%;
применение жесткого опирания колонн вместо шарнирного снижает перерасход металла на 20–25%;
конструктивное совершенствование узлов путем увеличения вутов.

Как работать с решением?

Для практического применения в проектировании предоставлены подобранные по несущей способности сечения основных элементов рам (колонн и ригелей), а также унифицированные конфигурации основных узлов (узла базы, конькового и узла сопряжения ригеля с колонной). Сечения вспомогательных элементов (связи, прогоны, распорки) подлежат расчету проектировщиком в составе конкретного проекта.

Подбор оптимальных сечений и соответствующих им узловых решений осуществляется на основе ключевых параметров объекта: высоты колонны, пролета рамы, а также снегового и ветрового районов места строительства. Для удобства пользования все решения систематизированы в табличной форме. Для применения решения необходимо:

Определить исходные данные для проектируемой рамы (высота, пролет, климатические районы);
По таблице подобрать сечения колонны и ригеля, а так же марки узлов;
Определить параметры марок узлов по таблицам типоразмеров.

Описание конструктивных элементов

Основные несущие конструкции — портальные рамы. Портальные рамы состоят из балок покрытия с вутами и колонн, дополнены связевыми элементами, фахверком и прогонами.

Портальные рамы

Основные рамы состоят из горячекатаных двутавровых профилей, где колонны и ригели соединены с применением вутов. Для их изготовления используются профили типов Ш или Б по ГОСТ Р 57837 / ГОСТ 35087. Рама с шарнирным опиранием на фундамент и жестким узлом сопряжения колонны с ригелем. Раскрепление ригеля из плоскости стенки — с шагом прогонов покрытия 3 м. Раскрепление колонн из плоскости рам — по карнизу и по середине высоты. Класс стали элементов — С355.

Таблица 1. Сечения элементов портальных рам

Высота колонны H, м	Ветровой район	Снеговой район	Сечение ригеля	Сечение колонны
Пролет L = 18 метров
6	I	I	35Б1	30Ш1
6	I	II	40Б1	35Ш1
6	I	III	40Б1	40Ш1
6	I	IV	40Б1	40Ш1
6	II	I	35Б1	35Ш1
6	II	II	40Б1	35Ш1
6	II	III	40Б1	40Ш1
6	II	IV	40Б1	40Ш2
6	III	I	35Б1	35Ш1
6	III	II	40Б1	35Ш1
6	III	III	40Б1	40Ш1
6	III	IV	40Б1	40Ш2
9	I	I	45Б1	40Ш1
9	I	II	45Б1	45Ш1
9	I	III	50Б1	45Ш1
9	I	IV	50Б1	50Ш1
9	II	I	45Б1	40Ш1
9	II	II	45Б1	45Ш1
9	II	III	50Б1	45Ш1
9	II	IV	50Б1	60Ш1
9	III	I	45Б1	40Ш1
9	III	II	45Б1	45Ш1
9	III	III	50Б1	45Ш1
9	III	IV	50Б1	60Ш1
12	I	I	55Б1	50Ш1
12	I	II	60Б1	50Ш1
12	I	III	60Б1	60Ш1
12	I	IV	60Б1	60Ш1
12	II	I	55Б1	60Ш1
12	II	II	60Б1	60Ш1
12	II	III	60Б1	60Ш1
12	II	IV	60Б1	60Ш1
12	III	I	60Б1	70Ш1
12	III	II	60Б1	70Ш1
12	III	III	60Б1	70Ш1
12	III	IV	60Б1	70Ш1
Пролет L = 24 метра
6	I	I	40Б1	40Ш1
6	I	II	45Б1	50Ш1
6	I	III	45Б1	50Ш1
6	I	IV	50Б1	50Ш1
6	II	I	40Б1	40Ш1
6	II	II	45Б1	50Ш1
6	II	III	45Б1	50Ш1
6	II	IV	50Б1	50Ш1
6	III	I	40Б1	40Ш1
6	III	II	45Б1	50Ш1
6	III	III	45Б1	50Ш1
6	III	IV	50Б1	50Ш1
9	I	I	50Б1	50Ш1
9	I	II	50Б1	60Ш1
9	I	III	55Б1	60Ш1
9	I	IV	55Б1	70Ш1
9	II	I	50Б1	50Ш1
9	II	II	50Б1	60Ш1
9	II	III	55Б1	60Ш1
9	II	IV	55Б1	70Ш1
9	III	I	50Б1	60Ш1
9	III	II	50Б1	60Ш1
9	III	III	55Б1	60Ш1
9	III	IV	55Б1	70Ш1
12	I	I	60Б1	60Ш1
12	I	II	60Б1	70Ш1
12	I	III	60Б1	70Ш1
12	I	IV	60Б2	70Ш1
12	II	I	60Б1	70Ш1
12	II	II	60Б1	70Ш1
12	II	III	60Б1	70Ш1
12	II	IV	60Б2	70Ш1
12	III	I	60Б2	70Ш2
12	III	II	60Б2	70Ш2
12	III	III	60Б2	70Ш2
12	III	IV	60Б2	70Ш2

Таблица 2. Марки узлов портальных рам и усилия в них

Высота колонны H, м	Ветровой район	Снеговой район	Марка узла*	N, т	M, т/м	Q, т	Марка узла*	N, т	M, т/м	Q, т	Марка узла*	N, т	M, т/м	Q, т
Высота колонны H, м	Ветровой район	Снеговой район	База колонны (УБ)				Коньковый узел (УК)				Узел сопряжения ригеля с колонной (УР)
Пролет L = 18 метров
6	I	I	УБ3	7.8	0.0	-3.9	УК1	-3.0	-10.1	0.0	УР4	-3.1	21.1	7.4
6	I	II	УБ4	11.8	0.0	-5.5	УК2	-4.5	-16.5	0.0	УР5	-4.6	30.4	11.3
6	I	III	УБ4	15.7	0.0	-7.5	УК2	-6.5	-19.1	0.0	УР5	-6.6	42.3	15.1
6	I	IV	УБ4	19.5	0.0	-9.1	УК3	-8.2	-24.0	0.0	УР6	-8.3	52.3	18.9
6	II	I	УБ3	7.9	0.0	-4.4	УК1	-3.1	-9.1	0.0	УР4	-3.3	22.9	7.5
6	II	II	УБ4	11.9	0.0	-5.8	УК2	-4.5	-16.5	0.0	УР5	-4.7	31.4	11.4
6	II	III	УБ4	15.8	0.0	-7.8	УК2	-6.5	-19.1	0.0	УР5	-6.7	43.3	15.2
6	II	IV	УБ4	19.7	0.0	-9.6	УК3	-8.3	-22.9	0.0	УР6	-8.5	54.3	19.0
6	III	I	УБ3	8.1	0.0	-4.8	УК1	-3.1	-9.1	0.0	УР4	-3.3	24.2	7.7
6	III	II	УБ4	12.0	0.0	-6.2	УК2	-4.5	-16.5	0.0	УР5	-4.7	32.7	11.6
6	III	III	УБ4	16.0	0.0	-8.2	УК2	-6.5	-19.1	0.0	УР5	-6.7	44.6	15.4
6	III	IV	УБ4	19.9	0.0	-10.0	УК3	-8.3	-22.9	0.0	УР6	-8.5	55.6	19.2
9	I	I	УБ4	9.1	0.0	-3.7	УК3	-1.9	-12.8	0.0	УР6	-2.2	26.4	8.3
9	I	II	УБ5	13.3	0.0	-5.0	УК3	-3.2	-16.4	0.0	УР7	-3.5	38.1	12.0
9	I	III	УБ5	17.1	0.0	-6.0	УК4	-4.2	-23.6	0.0	УР8	-4.5	47.0	15.9
9	I	IV	УБ6	20.8	0.0	-7.1	УК4	-5.4	-29.0	0.0	УР9	-5.6	57.1	19.7
9	II	I	УБ4	9.4	0.0	-4.2	УК3	-1.9	-12.8	0.0	УР6	-2.3	29.1	8.6
9	II	II	УБ5	13.6	0.0	-5.5	УК3	-3.2	-16.4	0.0	УР7	-3.6	40.7	12.3
9	II	III	УБ5	17.4	0.0	-6.5	УК4	-4.2	-23.6	0.0	УР8	-4.5	49.6	16.2
9	II	IV	УБ6	21.3	0.0	-7.9	УК4	-5.7	-25.7	0.0	УР9	-6.0	62.6	20.0
9	III	I	УБ5	9.8	0.0	-4.9	УК3	-1.9	-12.8	0.0	УР6	-2.3	32.2	8.9
9	III	II	УБ5	13.9	0.0	-6.2	УК3	-3.2	-16.4	0.0	УР6	-3.6	43.9	12.7
9	III	III	УБ5	17.8	0.0	-7.2	УК4	-4.2	-23.6	0.0	УР8	-4.6	52.8	16.5
9	III	IV	УБ6	21.7	0.0	-8.6	УК4	-5.7	-25.7	0.0	УР9	-6.0	65.8	20.3
12	I	I	УБ5	10.9	0.0	-4.0	УК5	-1.4	-15.0	0.0	УР10	-1.7	34.2	9.4
12	I	II	УБ6	14.8	0.0	-4.6	УК5	-2.0	-24.3	0.0	УР11	-2.3	41.4	13.2
12	I	III	УБ6	18.8	0.0	-5.6	УК5	-3.1	-27.4	0.0	УР11	-3.4	53.9	17.0
12	I	IV	УБ6	22.6	0.0	-6.4	УК5	-3.8	-34.3	0.0	УР11	-4.1	63.1	20.8
12	II	I	УБ6	11.8	0.0	-4.9	УК5	-1.6	-12.8	0.0	УР11	-2.0	41.3	10.0
12	II	II	УБ6	15.6	0.0	-5.6	УК5	-2.3	-20.6	0.0	УР11	-2.7	49.9	13.8
12	II	III	УБ6	19.4	0.0	-6.4	УК5	-3.1	-27.4	0.0	УР11	-3.5	59.1	17.6
12	II	IV	УБ6	23.2	0.0	-7.1	УК5	-3.8	-34.3	0.0	УР11	-4.3	68.3	21.4
12	III	I	УБ6	12.9	0.0	-5.9	УК5	-1.7	-11.9	0.0	УР12	-2.2	48.2	10.7
12	III	II	УБ6	16.7	0.0	-6.7	УК5	-2.5	-17.9	0.0	УР12	-3.0	58.2	14.5
12	III	III	УБ6	20.5	0.0	-7.5	УК5	-3.3	-23.8	0.0	УР12	-3.8	68.2	18.3
12	III	IV	УБ6	24.2	0.0	-8.4	УК5	-4.2	-29.8	0.0	УР12	-4.7	78.2	22.0
Пролет L = 24 метра
6	I	I	УБ3	10.42	0	-6.73	УК1	-5.75	-15.58	0.00	УР4	-5.87	37.78	9.83
6	I	II	УБ4	15.76	0	-10.01	УК2	-9.03	-22.76	0.00	УР5	-9.15	57.46	15.00
6	I	III	УБ4	20.80	0	-13.10	УК2	-12.12	-30.55	0.00	УР5	-12.24	76.01	20.04
6	I	IV	УБ4	25.92	0	-16.02	УК3	-15.04	-40.08	0.00	УР6	-15.16	93.55	25.17
6	II	I	УБ3	10.50	0	-7.02	УК1	-5.75	-15.58	0.00	УР4	-5.91	38.79	9.92
6	II	II	УБ4	15.84	0	-10.30	УК2	-9.03	-22.76	0.00	УР5	-9.19	58.46	15.09
6	II	III	УБ4	20.88	0	-13.39	УК2	-12.12	-30.55	0.00	УР5	-12.28	77.01	20.13
6	II	IV	УБ4	26.00	0	-16.31	УК3	-15.04	-40.08	0.00	УР6	-15.20	94.55	25.25
6	III	I	УБ3	10.61	0	-7.41	УК1	-5.75	-15.58	0.00	УР4	-5.95	40.08	10.03
6	III	II	УБ4	15.95	0	-10.69	УК2	-9.03	-22.76	0.00	УР5	-9.23	59.75	15.20
6	III	III	УБ4	20.99	0	-13.78	УК2	-12.12	-30.55	0.00	УР5	-12.32	78.30	20.24
6	III	IV	УБ4	26.11	0	-16.70	УК3	-15.04	-40.08	0.00	УР6	-15.24	95.84	25.36
9	I	I	УБ4	11.64	0	-5.61	УК3	-3.87	-18.87	0.00	УР6	-4.10	43.68	10.51
9	I	II	УБ5	16.90	0	-7.88	УК3	-6.14	-25.81	0.00	УР7	-6.37	64.09	15.55
9	I	III	УБ5	22.16	0	-9.79	УК4	-8.05	-37.78	0.00	УР8	-8.28	81.29	20.81
9	I	IV	УБ6	27.50	0	-12.22	УК4	-10.48	-43.06	0.00	УР9	-10.71	103.15	25.85
9	II	I	УБ4	11.86	0	-6.11	УК3	-3.87	-18.87	0.00	УР6	-4.18	46.32	10.73
9	II	II	УБ5	17.13	0	-8.38	УК3	-6.14	-25.81	0.00	УР7	-6.45	66.72	15.77
9	II	III	УБ5	22.39	0	-10.29	УК4	-8.05	-37.78	0.00	УР8	-8.36	83.92	21.03
9	II	IV	УБ6	27.71	0	-12.72	УК4	-10.48	-43.06	0.00	УР9	-10.79	105.78	26.07
9	III	I	УБ5	12.35	0	-6.96	УК3	-4.05	-17.02	0.00	УР6	-4.39	51.06	11.00
9	III	II	УБ5	17.40	0	-9.05	УК3	-6.14	-25.81	0.00	УР6	-6.48	69.88	16.04
9	III	III	УБ5	22.65	0	-10.96	УК4	-8.05	-37.78	0.00	УР8	-8.39	87.09	21.29
9	III	IV	УБ6	27.98	0	-13.39	УК4	-10.48	-43.06	0.00	УР9	-10.82	108.94	26.33
12	I	I	УБ5	13.30	0	-5.43	УК5	-2.86	-22.44	0.00	УР10	-3.14	51.45	11.49
12	I	II	УБ6	18.72	0	-7.15	УК5	-4.59	-29.75	0.00	УР11	-4.87	72.13	16.53
12	I	III	УБ6	23.76	0	-8.68	УК5	-6.12	-39.68	0.00	УР11	-6.40	90.51	21.57
12	I	IV	УБ6	28.94	0	-10.16	УК5	-7.60	-51.23	0.00	УР11	-7.88	108.22	26.75
12	II	I	УБ6	14.11	0	-6.33	УК5	-3.06	-19.82	0.00	УР11	-3.48	58.86	11.92
12	II	II	УБ6	19.15	0	-7.86	УК5	-4.59	-29.75	0.00	УР11	-5.01	77.23	16.96
12	II	III	УБ6	24.19	0	-9.40	УК5	-6.12	-39.68	0.00	УР11	-6.54	95.61	22.00
12	II	IV	УБ6	29.37	0	-10.87	УК5	-7.60	-51.23	0.00	УР11	-8.02	113.33	27.18
12	III	I	УБ6	15.07	0	-7.31	УК5	-3.11	-20.02	0.00	УР12	-3.60	65.44	12.56
12	III	II	УБ6	20.11	0	-8.84	УК5	-4.64	-29.91	0.00	УР12	-5.13	83.85	17.60
12	III	III	УБ6	25.15	0	-10.38	УК5	-6.18	-39.80	0.00	УР12	-6.67	102.27	22.64
12	III	IV	УБ6	30.19	0	-11.91	УК5	-7.71	-49.69	0.00	УР12	-8.20	120.68	27.68

*Размеры и значения параметров смотреть в разделе «Узлы»

Торцевая рама

Торцевые рамы (фахверк) реализованы по стоечно-балочной схеме с неразрезной балкой. Ригели и колонны здесь выполняются из тех же профилей Ш или Б по ГОСТ Р 57837 / ГОСТ 35087.

Прогоны

Прогоны из Z-образных профилей легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК) шагом 3 метра. Также прогоны выступают в качестве распорок.

Таблица 3. Размеры сечения Z-образного прогона.

Снеговой район	Сечения прогонов Z (h x b x t), мм	Масса 1 пог. м, кг
I	200х60х3	7,78
II	240х70х3	9,4
III	270х80х3	10,6
IV	320х80х4	15,4

Связи

Связевая система включает в себя:

гибкие крестовые связи по покрытию и вертикальные связи по колоннам из круглого проката по ГОСТ 2590-2006;

жесткие вертикальные связи из гнуто-сварных квадратных профилей по ГОСТ Р 30245-2012.

Узлы

Узел базы

Соединение колонн с фундаментами — шарнирные для всех типов колонн (основных и торцевых). Колонна крепится к фундаменту через опорную стальную пластину толщиной 25 мм, фиксируемую анкерами Ø 36 мм. Конструкция узла рассчитана на восприятие вертикальных нагрузок и горизонтальных нагрузок. Узлы базы имеют марку УБ.

Таблица 4. Параметры базовой пластины и привязок анкеров узла базы.

Марка узла	Анкер				Опорная плита
Марка узла	D, мм	А, мм	с, мм	Класс прочности	t, мм	A, мм	B, мм	Класс стали	Kf1, мм
УБ1	36	0	50	12.9	25	324	230	С345	12
УБ2	36	0	50	12.9	25	364	279	С345	12
УБ3	36	0	50	12.9	25	413	329	С345	12
УБ4	36	0	50	12.9	25	512	330	С345	12
УБ5	36	0	50	12.9	25	612	330	С345	12
УБ6	36	0	50	12.9	25	728	330	С345	12

Узел коньковый

Сопряжение ригеля в коньке жесткое: фланцевый узел с вутом. Болтовые соединения выполняются с контролируемым усилием затяжки для обеспечения проектной несущей способности узла. Класс стали элементов — С345. Классификация фланцевого узла по СП 16.13330: Iб+IIв+IIIб+IVв.

Таблица 5. Параметры привязок болтов конькового узла.

Марка узла	Болты
Марка узла	d, мм	с1, мм	а1, мм	а2, мм	а3, мм	а4, мм	а5, мм	а6, мм	Класс прочности
УР1	36	50	100	200	300	500	700	—	12.9
УР2	36	50	100	200	300	500	700	—	12.9
УР3	36	50	100	200	300	500	700	—	12.9
УР4	36	50	100	200	300	550	740	840	12.9
УР5	36	50	100	200	300	550	740	840	12.9
УР6	36	50	100	200	300	400	650	850	12.9
УР7	36	50	100	200	300	400	700	950	12.9
УР8	36	50	100	200	300	400	700	950	12.9
УР9	36	50	100	200	300	400	700	950	12.9
УР10	36	50	100	200	300	400	750	1000	12.9
УР11	36	50	100	200	300	400	750	1000	12.9

Таблица 6. Параметры торцевой пластины конькового узла.

Марка узла	Торцевая пластина
Марка узла	Толщина, мм	Длина, мм	Ширина, мм	Катет шва, мм
УР1	25	832	219	12
УР2	25	832	219	12
УР3	25	832	219	12
УР4	25	932	219	12
УР5	25	932	219	12
УР6	25	1024	219	12
УР7	25	1024	219	12
УР8	25	1126	240	12
УР9	25	1126	240	12
УР10	25	1232	219	12
УР11	25	1232	219	12

Узел сопряжения ригеля с колонной

Сопряжение ригеля с колонной — жесткое. Фланцевый узел запроектирован с вутом из двутавра того же сечения, что и ригель, распущенного по диагонали, длина вута — 1/10 пролета рамы (L). Класс стали элементов узла — С345. Классификация фланцевого узла по СП 16.13330: Iб+IIв+IIIб+IVв.

Таблица 7. Параметры привязок болтов узла сопряжения ригеля с колонной.

Марка узла	Болты
Марка узла	d, мм	с, мм	а1, мм	а2, мм	а3, мм	а4, мм	а5, мм	а6, мм	а7, мм	Класс прочности
УР1	36	50	100	200	300	500	700	—	—	12.9
УР2	36	50	100	200	300	500	700	—	—	12.9
УР3	36	50	100	200	300	500	700	—	—	12.9
УР4	36	50	100	200	300	550	740	840	—	12.9
УР5	36	50	100	200	300	550	740	840	—	12.9
УР6	36	50	100	200	300	400	650	850	950	12.9
УР7	36	50	100	200	300	400	700	950	1050	12.9
УР8	36	50	100	200	300	400	700	950	1050	12.9
УР9	36	50	100	200	300	400	700	950	1050	12.9
УР10	36	50	100	200	300	400	750	1000	1100	12.9
УР11	36	50	100	200	300	400	750	1000	1100	12.9
УР12	36	50	100	200	300	400	750	1000	1100	12.9

Таблица 8. Параметры торцевой пластины и оголовка узла сопряжения ригеля с колонной.

Марка узла	Торцевая пластина				Оголовок
Марка узла	Толщина, мм	Длина H, мм	Ширина G, мм	Катет шва, мм	Толщина, мм	Длина F, мм	Ширина, мм	Катет шва, мм
УР1	25	832	219	12	20	299	205	8
УР2	25	832	219	12	20	339	254	8
УР3	25	832	219	12	20	388	304	8
УР4	25	932	219	12	20	487	305	8
УР5	25	932	219	12	20	487	305	8
УР6	25	1024	219	12	20	487	305	8
УР7	25	1024	219	12	20	587	305	8
УР8	25	1126	240	12	20	587	305	8
УР9	25	1126	240	12	20	697	305	8
УР10	25	1232	219	12	20	587	305	8
УР11	25	1232	219	12	20	697	305	8
УР12	25	1240	220	12	20	703	305	8

Таблица 9. Параметры ребра и косынки узла сопряжения ригеля с колонной.

Марка узла	Ребро
Марка узла	Толщина, мм	D, мм	Ширина, мм	Катет шва, мм	Y1	Y2
УР1	16	268	94	8	365	741
УР2	16	310	118.5	8	365	741
УР3	16	356	142.75	8	365	741
УР4	16	450	142.5	8	414	840
УР5	16	450	142.5	8	414	840
УР6	16	450	142.5	8	460	932
УР7	16	546	142	8	460	932
УР8	16	546	142	8	509.5	1032.5
УР9	16	650	141.5	8	509.5	1032.5
УР10	16	546	142	8	561	1137
УР11	16	650	141.5	8	561	1137
УР12	16	650	140.5	8	563	1143