Поскольку здание состоит из нескольких поперечных рам, то для начала смоделируем и рассчитаем одну поперечную раму. Такой подход позволит быстро внести корректировки в конструкцию, если это потребуется. После выполнения всех необходимых расчётов и проверок, будем выполнять моделирование всего здания.
Моделирования рамы промышленного здания
Определение расчётной схемы
Прежде чем приступать к моделированию, следует принять решение, как будет выглядеть расчётная схема рамы. Рама состоит из вертикальных конструкций (колонны) и горизонтального ригеля (ферма). Сопряжение ригеля с колоннами шарнирное, колонны жёстко защемлены в уровне фундамента – такое решение обеспечит геометрическую неизменяемость конструкции в плоскости рамы.
Моделирование колонн
Начнём моделировать вертикальные элементы расчётной схемы – колонны. Как известно, колонна моделируется вертикальным стержнем, проходящим через точку пересечения главных осей поперечного сечения колонны.
Для размещения колонны в плане, воспользуемся правилом задания привязок колонн в промышленных зданиях:
Колонны крайнего продольного ряда и у продольных деформационных швов совмещаются наружными гранями с продольными осями (нулевая привязка) или смещаются на 250 и 500 мм наружу здания (привязка «250», «500»).
В нашем случае выбираем нулевую привязку, т.к. в здании отсутствуют мостовые краны. Настроить нулевую привязку можно в соответствующем диалоговом окне ПК САПФИР.
После размещения колонн в плане, нужно принять решение о положении верха и низа колонны.
Чтобы определить положение нижнего конца колонны, воспользуемся указанием в типовой серии 1.424-4 выпуск 2, пояснительная записка, раздел II, пункт 5: Базы колонн для зданий бескрановых и с подвесными кранами запроектированы с опорными плитами, приваренными к стержню колонны на заводе, при этом отметка низа плиты - 0.2 м.
В ПК САПФИР, настраиваем смещение нижнего уровня колонны -200 мм.
Положение верхнего конца колонны определяется исходя из задания на проектирование, в котором должно быть указано расстояние от пола до низа несущих конструкций покрытия. В нашем случае, принимаем положение верха колонны на отметке верха этажа, при этом Нэт=8 м.
Моделирование фермы
Для того чтобы смоделировать несущую конструкцию покрытия, следует предварительно задаться её геометрическими размерами, для этого воспользуемся типовой серией 1.460.3-23.98. Геометрические размеры фермы определяем по сортаменту ферм на листе 18КМ. Для предварительного расчёта примем размеры, указанные на схеме:
Также, необходимо принять решение, как нагрузка от фермы будет передаваться на колонну. Возможны два варианта: центрально (соосно) и внецентренно (с эксцентриситетом). При центральной передаче нагрузки на колонну, моделирование и расчёт схемы значительно упрощаются, однако возникает необходимость конструирования узла опирания, который обеспечит соосную передачу опорной реакции. В рамках данной задачи, принимаем центральное опирание фермы на колонну, сопряжение конструкций между собой шарнирное.
Исходя из принятых решений, следует вычислить геометрическую длину фермы, она будет равна расстоянию между осями, за вычетом 2*h, получается 18000-246=17754 мм.
Ферму можно создать при помощи генератора ферм в ПК САПФИР. В диалоговом окне следует ввести следующие параметры:
Тип фермы: двускатная;
Размеры принимаются в соответствии с сортаментом ферм в типовой серии и с учётом расстояния между колоннами;
Количество секций – 6 шт.;
Тип решётки – треугольная;
После формирования геометрии, следует задать поперечные сечения элементам фермы, однако возможности генератора ферм, не позволяют назначать различные сечения на элементы решётки, как это указано в типовой серии. Чтобы выполнить такую операцию, потребовалось бы разбить ферму на отдельные стержни, однако это сделает невозможным корректировку длины фермы с сохранением пропорций, если потребуется изменить поперечное сечение колонн. Исходя из этого, в рамках предварительного расчёта, поперечные сечения элементов фермы оставим без изменений. О том, в какой последовательности будет выполняться расчёт поперечной рамы, будет рассказано в следующей статье.
Сопряжение фермы с колонной
В соответствии с принятым конструктивным решением, ферма опирается на колонну шарнирно, с центральной передачей нагрузки. Для моделирования такого узла, конце колонны моделируем шарнир.
Приложение нагрузок
Сбор нагрузок на каркас был выполнен в предыдущей статье. В ПК САПФИР прикладываем нормативное значение нагрузок, при экспорте в ЛИРА САПР будет выполнено умножение этих значений на коэффициенты надёжности.
Собственный вес несущих конструкций
Нагрузки от собственного веса конструкций будут приложены автоматически.
Собственный вес ограждающих конструкций
Нагрузка от веса стеновых панелей:
Нагрузки от собственного веса стеновых панелей прикладываются в виде сосредоточенных сил на отм. 0.000 и +4.000 м, эксцентриситет действия продольной силы на отм. +4.000 равен 0.5*h, где h – высота сечения колонны.
F=0.185*0.5*8=0.74тс;
Нагрузка прикладывается в виде сосредоточенной силы в плоскости наружной грани колонны, в свойствах нагрузки указываем Rпоиска>0.5*h. благодаря чему, нагрузка будет приложена к стержню колонны в виде сосредоточенной силы и изгибающего момента M=F*0.5*h.
Нагрузка от веса конструкций покрытия.
В рамках данной статьи мы преобразуем полученные значения нагрузок для приложения их в виде сосредоточенных сил в узлы фермы. Для преобразования будем умножать распределённую нагрузку на прогон, на шаг ферм (6м).
Крайние узлы фермы:
F=q*b=0.0515*6=0.309 тс
Рядовые и коньковый узлы фермы:
F=q*b=0.101*6=0.606 тс;
Снеговая нагрузка
Крайние узлы фермы:
F=q*b=0.23*6=1.38 тс
Рядовые и коньковый узлы фермы:
F=q*b=0.45*6=2.7 тс
Ветровая нагрузка
В ПК САПФИР прикладываем среднюю и пульсационную составляющие ветровой нагрузки.
Средняя составляющая прикладывается в виде равномерно распределённых нагрузок на колонны, вдоль горизонтальной оси Y. Определим интенсивность нагрузки для наветренной и подветренной сторон:
Наветренная сторона: q=0.086 т/м;
Подветренная сторона q=0.054 т/м;
Данные приняты на основании сбора нагрузок, выполненного в предыдущей статье.
Для приложения пульсационной составляющей, воспользуемся инструментами ПК САПФИР. Вызовем диалоговое окно задания ветровой нагрузки.
В списке «Способ приложения», выбираем «4 – задать вручную» - это позволит создать загружение для приложения ветра, но сами нагрузки будут прикладываться к колоннам вручную. Следует создать два ветровых загружения.
Средняя составляющая ветровой нагрузки прикладывается в двух загружениях, в которых распределённые силы действуют вдоль и против оси Y.
Чтобы создать пульсационную составляющую, нужно открыть окно со списком загружений, найти загружение с ветровой нагрузкой, дважды нажать на пересечении строчки с загружением и крайнего правого столбца – откроется диалоговое окно параметров модели ветра, где можно будет настроить параметры пульсации.
Созданные загружения ветрового воздействия, по умолчанию являются взаимоисключающими.
Настройка параметров загружений
Выполним настройку параметров загружений: назначим вид загружения, подвид (коэффициент надёжности) и долю длительности. Результаты настроек отображены в окне загружений:
Также выполним генерацию таблиц РСН и РСУ.
В таблице РСН создаём основные сочетания нагрузок, для оценки картины деформации и внутренних усилий.
Для проверки вертикальных прогибов создаём сочетание из загружений 1-3, при этом, с помощью коэффициентов к загружениям, учитываются нормативные значения этих нагрузок с учётом длительности действия.
Чтобы проверить горизонтальные прогибы колонн, создадим дополнительный столбец РСН, в который включим только одну среднюю составляющую ветровой нагрузки с понижающим коэффициентом 0.7 для перехода к нормативному значению.
Для того, чтобы программа составила все возможные комбинации усилий, создадим таблицу РСУ, на основании которой будет выполняться расчёт стальных конструкций.
Как создать расчётную схему из конструктивной и выполнить расчёт с проверкой поперечных сечений, разберём в следующей статье.