Продолжаем построение расчётной модели поперечной рамы одноэтажного промышленного здания. В данной статье выполним назначение дополнительных характеристик и проверку поперечных сечений элементов рамы.
Назначение дополнительных характеристик для расчёта стальных конструкций
Начиная с версии САПФИР 2019, появилась возможность назначать характеристики материалов для расчёта стальных конструкций прямо в окне программы, что значительно экономит время при экспорте модели из САПФИРа в Визор.
При назначении коэффициентов к расчётным длинам будет удобно ориентироваться по направлению местных осей стержня, которые можно включить в свойствах вида, т.е. когда не выделен ни один объект.
Дополнительные характеристики колонн
Для вызова диалогового окне создания материалов стальных конструкций следует нажать кнопку «Сталь» на вкладке «Редактирование». В открывшемся окне можно создавать материалы, дополнительные характеристики, а также ограничения подбора для стальных конструкций.
Для стальных колонн принимаем следующие дополнительные характеристики:
Тип Элемента – колонна, расчёт на осевые и изгибные усилия (N, My, Mz, Qy, Qz, Mw)
Коэффициенты условий работы и надёжности:
Yc устойчивости = 1
Yc прочности = 1 Таблица 1 СП 16.13330.2017 примечание 5 В случаях, не оговорённых в настоящей таблице, в формулах следует принимать Yc=1
Предельная гибкость на сжатие: Таблица 32 СП 16.13330.2017, п.4 Основные колонны 180-60а
Предельная гибкость на растяжение: в конструкции не возникает растягивающих усилий, предельная гибкость на растяжение не задаётся
Коэффициенты к расчётным длинам:
Из плоскости рамы Kz=1
п.10.3.9 СП 16.13330.2017: Расчётные длины колонн в направлении вдоль здания (из плоскости рамы) следует принимать равными расстояниям между закреплёнными от смещения их плоскости рамы точками (опорами колонн, подкрановых балок и подстропильных ферм, узлами крепления связей и ригелей и т.п.)
В плоскости рамы Ky=2
Таблица 31 СП 16.13330.2017 формула (142)
п.10.3.4 В свободных рамах при жёстком креплении оснований колонн (0.03<=p<=50) и шарнирном креплении ригелей к верхним концам колонн в формулах (142) и (143) следует принимать n=0.
Коэффициент для учёта изгибно-крутильной формы потери устойчивости Kb=1, закрепления сжатого пояса отсутствуют. п.8.4.2 СП 16.13330.2017 При определении значения fi_b за расчётную длину балки lef следует принимать расстояние между точками закреплений сжатого пояса от поперечных смещений.
Марка стали колонн С-345.
Также, необходимо выполнить требования п.9.2.3 СП 16.13330.2017: при расчёте колонн, жёстко защемлённых снизу и со свободным верхним концом (случай одноэтажных промзданий), следует рассматривать сочетание усилий в сечении, отстоящем на 1/3 длины от заделки. Это требование, можно выполнить задав нужное количество расчётных сечений в стержне колонны (https://rflira.ru/kb/3/112/). В САПФИР, для стержней, созданных инструментом «Колонна», создаётся 4 расчётных сечения, благодаря чему требования п.9.2.3 будет выполнено.
Дополнительные характеристики элементов фермы
Расчёт стропильной фермы из прямоугольных труб имеет свои особенности, о которых будет подробно рассказано в следующей статье.
Создание расчётной модели рамы
Когда дополнительные характеристики и марки стали будут назначены элементам рамы, следует переходить к созданию её расчётной модели. Эта операция выполняется путём нажатия соответствующей кнопки на вкладке «Аналитика» или на панели «Структура». Появится диалоговое окно:
В диалоговом окне нажимаем галочки «пересечение» и «триангуляция», после чего нажимаем «ОК» - будет создана новая закладка «Расчётная модель вариант 1». На данной закладке будет изображено аналитическое представление рамы:
В расчётной модели могут быть приложены дополнительные нагрузки, которые, по какой-либо причине, не были приложены на стадии создания архитектурной модели.
Также, на закладке расчётной модели, можно проверить правильность стыковки отдельных стержней между собой, для этого нужно вывести на экран мозаику расстояния до опор.
Если расстояние до ближайшей опоры возрастает от краёв стержня к середине, то пересечение стержней выполнено правильно.
Расчёт модели рамы
Когда анализ расчётной модели рамы в САПФИРе буде выполнен, следует перейти к статическому и динамическому расчёту. Это можно выполнить либо в окне ЛИРА САПР, для чего нужно будет произвести экспорт модели из САПФИРа в Визор, либо непосредственно в САПФИР, нажав кнопку «Расчёт».
И в том, и в другом случае, будет произведён экспорт модели в ЛИРА САПР, однако если запуск расчёта осуществлялся из САПФИРа, то можно будет загрузить результаты расчёта, причём не только результаты определения перемещений и внутренних усилий, но и результаты проверки поперечных сечений стержней.
Выведем на экран мозаики перемещений узлов вдоль глобальной оси Z и внутренних усилий N, при снеговой нагрузке.
Результаты могут быть прочитаны как по отдельным загружениям, так и по расчётным сочетаниям нагрузок (РСН).
Анализ перемещений конструкции
Проанализируем перемещения узлов и сравним их с предельно допустимыми по требованиям нормативных документов. Первым проведём анализ прогибов, при действии нормативных нагрузок с учётом длительности действия.
Максимальное перемещение по Z составит 15.178 мм его необходимо сравнить с максимально допустимым перемещением по требованиям нормативных документов, в данном случае это эстетико-психологические требования по п.15.1.3 СП 20.13330.2016. Также, существуют дополнительные требования нормативных документов к вертикальным прогибам конструкций:
1. Не более 1/150 пролёта или 1/75 вылета консоли от постоянных длительных и кратковременных нагрузок (п.15.2.3 СП 20.13330.2016 без изм.3). Изменением 3 к СП 20.13330.2016 это требование исключено;
2. Эстетико-психологические (п.15.1.1 г СП 20.13330.2016). Требования приведены в п.2 таблицы Д.1 СП 20.13330.2016 от постоянных и длительных нагрузок. Согласно п.15.1.3 СП 20.13330.2016 прогибы элементов конструкций не ограничиваются исходя из эстетико-психологических требований, если не ухудшают внешний вид конструкций (например, мембранные покрытия, наклонные козырьки, конструкции с провисающим или приподнятым нижним поясом) или если элементы конструкций скрыты от обзора;
3. Прогибы элементов покрытий должны быть такими, чтобы несмотря на их наличие был обеспечен уклон кровли не менее 1/200 в одном из направлений (п. 15.1.4 СП 20.13330.2016);
4. Технологические (п.15.1.1 а СП 20.13330.2016). Требования приведены в табл. Л.1 СП 20.13330.2016. Дополнительные требования должны быть при необходимости в задании от раздела ТХ;
5. Конструктивные (п. 15.1.1 б СП 20.13330.2016). Для некоторых случаев требования по ограничению прогибов приведены в табл. Л.1 СП 20.13330.2016 зазор между нижней поверхностью элементов покрытий и верхом перегородок расположенных под элементами не должен превышать 40 мм;
6. Физиологические (п.15.1.1 в) СП 20.13330.2016 Приведены в таблице Д.1, для жилых и общественных зданий, а также бытовых помещений производственных зданий в п. Д.2.2 СП 20.13330.2016. Дополнительные требования должны при необходимости быть в задании на проектирование
7. Физиологические по ограничению техногенных вибраций. Согласно п.Д.1.4 предельно допустимые значения вибраций в жилых, общественных и производственных (при наличии постоянных рабочих мест) устанавливаются в соответствующих действующих нормативных документах. Предельные уровни колебаний установлены в СП 413.1325800.2018;
8. Ограничение виброперемещений в зависимости от чувствительности установленных приборов и машин. Требования для гармонической нагрузки приведены в таблице 11 документа (инструкция по расчёту несущих конструкций промышленных зданий и сооружений на динамические нагрузки. – М.: Издательство литературы по строительству 1970 г.);
Рекомендуется выполнять проверку в табличной форме:
Выполним проверку горизонтальных прогибов колонн под действием ветра, для этого можно использовать функцию «Перекосы вертикальных элементов».
При проверке перекосов, программа выводит отношение фактических перемещений к высоте этажа, а также проценты использования элементов по горизонтальному прогибу при различных ограничениях: hs/200, hs/300, hs/500, hs/700, что позволяет быстро произвести оценку перемещений. Так же как и в случае с вертикальными прогибами, для горизонтальных прогибов существует ряд требований нормативных документов:
1. Конструктивные (п. 15.1.1 б СП 20.13330.2016). Требования к перемещениям ветра приведены в п.Л.3.1. Л.3.2, Л.3.3 СП 20.13330.2016, для высотных зданий в п.7.7 СП 267.1325800.2016;
2. Не более 1/150 пролёта или 1/75 вылета консоли от постоянных длительных и кратковременных нагрузок (п.15.2.3 СП 20.13330.2016 без изм.3). Изменением 3 к СП 20.13330.2016 это требование исключено;
3. Технологические (п.15.1.1 а СП 20.13330.2016). Требования к горизонтальным предельным прогибам колонн и тормозных конструкций от крановых нагрузок приведены в п.Д.2.3 СП 20.13330.2016. Требования к горизонтальным предельным сближениям крановых путей открытых эстакад приведены в п.Л.2. Горизонтальные предельные прогибы опор конвейерных галерей от ветровых нагрузок приведены в п.Л.3.4 СП 20.13330.2016. Дополнительные требования должны быть при необходимости в задании от раздела ТХ;
4. Конструктивные от температурных климатических и усадочных воздействий (без учёта ветра) согласно п.Д.2.4.5 СП 20.13330.2016;
5. Физиологические по динамической комфортности от воздействия пульсации ветра (п.В.3 СП 20.13330.2016);
6. Физиологические по ограничению техногенных вибраций. Согласно п.Д.1.4 предельно допустимые значения вибраций в жилых, общественных и производственных (при наличии постоянных рабочих мест) устанавливаются в соответствующих действующих нормативных документах. Предельные уровни колебаний установлены в СП 413.1325800.2018;
7. Ограничение виброперемещений в зависимости от чувствительности установленных приборов и машин. Требования для гармонической нагрузки приведены в таблице 11 документа (инструкция по расчёту несущих конструкций промышленных зданий и сооружений на динамические нагрузки. – М.: Издательство литературы по строительству 1970 г.);
Выполним сравнение полученных результатов с требованиями нормативных документов:
Проверка сечений стальных конструкций
Убедившись, что перемещения конструкций рамы не превышают максимально допустимых, переходим к проверке поперечных сечений по нормам на проектирование стальных конструкций. В ПК САПФИР можно загрузить результаты проверки из ЛИРА САПР, для чего следует вызвать окно «Сталь: результаты» и загрузить результаты расчёта.
Также, следует помнить, что в ЛИРА САПР будет открыта модель, экспортированная из САПФИР, и при необходимости можно будет выполнить анализ в Визоре.
По умолчанию, файл результатов имеет расширение «.rez» и находится в рабочей директории Work. После того, как результаты проверки стальных конструкций будут загружены, можно выполнить анализ использования стальных сечений:
Анализ показывает, что сечения колонн недостаточно, при проверке по второму предельному состоянию. Чтобы понять, по какому критерию получился такой процент использования сечения, откроем модель в ЛИРА САПР:
Для того, чтобы обеспечить нужный процент использования по предельной гибкости, следует уменьшить расчётную длину стержня в плоскости рамы, или увеличить поперечное сечение элемента. Принимаем решение увеличить поперечное сечение.
Замена жёсткостей по результатам конструирования
В ПК САПФИР возможна автоматическая замена жёсткостей элементов по результатам проверки сечений в ЛИРА САПР. Эту операцию можно выполнить как для всей схемы, так и для отдельных элементов. Заменим жёсткости колонн, для этого выполним следующие действия:
1 В диалоговом окне «Металлоконструкции» выберем строчки с маркировкой «К-1»;
2 Кликнем на строчках правой кнопкой мыши и нажмём «Выделить»;
3 Нажмём на кнопку «Применить подобранные»;
Жёсткости колонн будут заменены на двутавр 30 К1.
Если жёсткости были изменены в ЛИРА САПР вручную, то их также можно импортировать в САПФИР, нажав на кнопку «Применить проверенные».
Следует, также, отредактировать габариты стропильной фермы, т.к. расстояние между полками колонн теперь будет меньше, после чего нужно будет выполнить повторный расчёт и проверку поперечных сечений. Когда все сечения будут использоваться меньше чем на 100%, следует также выполнить расчёт узлов стальных конструкций, но об этом будет рассказано в одной из следующих статей.
