Продолжаем проектирование здания склада в ПК ЛИРА САПР. В предыдущих статьях была изложена последовательность проектирования плоской рамы промышленного здания. В рамках данной статьи мы выполним моделирование пространственного каркаса, состоящего из нескольких поперечных рам.
Описание конструктивных решений
Конструктивные решения проектируемого здания подробно описаны в первой статье данного цикла, здесь приведём список конструкций, которые будем включать в расчётную модель.
Колонны каркаса – стальные прокатные двутавры;
Ригели – металлические фермы из замкнутых гнуто-сварных профилей;
Прогоны – стальные прокатные швеллеры;
Вертикальные связи, а также система связей в покрытии – стальные уголки;
Стеновые ригели в модель не включаются, т.к. их влияние на пространственную работу каркаса незначительно.
Копирование поперечных рам
Перед копированием рам выполним доработку конструкции в САПФИР, на основании решений, принятых по результатам расчёта плоской рамы:
- жёсткое соединение стержней фермы между собой;
- изменение поперечного сечения отдельных стержней, если это потребовалось по расчёту;
Нагрузки на узлы фермы должны быть удалены, т.к. в пространственной модели, нагрузки от собственного веса покрытия и снега будут приложены к прогонам в виде распределённых сил.
Выполним создание сетки координационных осей:
Следует создать копии поперечной рамы вдоль каждой числовой оси, при этом торцевые рамы следует переместить внутрь здания на 500 мм, т.к. это требуется по правилам конструирования одноэтажных промышленных зданий. При копировании объектов, также следует копировать нагрузки, приложенные к элементам рамы, в данном случае это ветровые нагрузки и вес стеновых панелей.
Когда расстановка рам будет завершена, следует переходить к моделированию остальных конструкций.
Моделирование вертикальных связей
Вертикальные связи обеспечивают устойчивость каркаса в продольном направлении (из плоскости рамы). Для данного проекта применим крестовую вертикальную связь. При проектировании вертикальных связей следует учитывать особенность их работы, которая заключается в том, что ветвь вертикальной связи работает только на растяжение, а при действии сжимающих нагрузок она теряет устойчивость и выключается из работы.
Исходя из вышесказанного, будем подбирать сечение вертикальной связи, которое будет воспринимать растягивающую нагрузку, передаваемую конструкциями каркаса при действии силы ветра.
Выполним подбор вертикальной связи по типовой серии 1.423.3-8 «Стальные колонны одноэтажных производственных зданий без мостовых кранов» Выпуск 2, лист 22КМ:
Для подбора сечения вертикальной связи следует определить величину усилия W от действия ветра на торец здания.
W=Wm*Yf*H/2*В/2
Wm=0.0144+0.009=0.0234 тс/м2 – нормативное значение ветровой нагрузки (см. статью 1 из данного цикла);
Yf=1.4 – коэффициент надёжности по нагрузке;
H=8 м – высота здания;
В=18 м – пролёт здания;
Подставим значения в формулу определения усилия от действия ветра:
W=Wm*Yf*H/2*Lк/2=0.0234*1.4*8/2*18/2=1.1794тс;
По таблице подбираем сечение вертикальной связи 2 уголка 140х10.
Дополнительные характеристики элементов вертикальных связей для расчёта в ЛИРА САПР:
Группа стальных конструкций 3, принятая марка стали С245
Тип Элемента – ферменный Расчёт на осевые усилия (N)
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: принимаем равной предельной гибкости на растяжение из предположения что элемент воспринимает только растягивающие усилия.
Предельная гибкость на растяжение Таблица 33 СП 16.13330.2017 П.4 Элементы вертикальных связей между колоннами ниже балок крановых путей при статической нагрузке - 300
Коэффициенты к расчётным длинам:
Из плоскости связи Kz=1
В плоскости связи Ky=1
Расчётная длина принимается равной геометрической длине исходя из предположения, что сжатая диагональ вертикальной связи теряет устойчивость и не выполняет поддерживающую функцию.
Создание стоек фахверка
Стойки фахверка устанавливаются в торце здания и служат для восприятия ветровой нагрузки и передачи её на конструкции каркаса здания, а также восприятия нагрузки от веса стеновых панелей и передаче её на фундамент. Поперечное сечение стоек фахверка принимается по типовой серии 1.427.3-9.1-17КМ, в зависимости от высоты стойки фахверка и массы стенового заполнения. При высоте Н=8.8 м и массе стен 30.8 кг/м2, принимаем поперечное сечение стойки фахверка из прямоугольной трубы 180х140х5.
Параметры для расчёта конструкций фахверка по СП 16.13330.2017:
Группа стальных конструкций 4, принятая марка стали С245.
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 16.13330.201 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.5 Второстепенные колонны (стойки фахверка, фонарей и т.п.), элементы решётки колонн, элементы вертикальных связей между колоннами (ниже балок крановых путей) – 210-60а
Предельная гибкость на растяжение Таблица 33 СП 16.13330.2017, п.2 Элементы ферм и структурных конструкций, кроме указанных в позиции 1 при воздействии статических нагрузок - 400
Коэффициенты к расчётным длинам
Kz=1, Ky=1 - Таблица 30 СП 16.13330.2017, случай шарнирного закрепления стержня к фундаменту и конструкции покрытия mu=1.
Для передачи горизонтальных нагрузок от колонны фахверка на систему связей в покрытии необходимо организовать сопряжение фахверка с данными конструкциями. Особенность такого сопряжения в том, что стойка фахверка должна передавать горизонтальные нагрузки на каркас, но не должна воспринимать вертикальные нагрузки от покрытия, т.е. ферма не должна опираться на стойку фахверка.
Смоделируем такое сопряжение при помощи фиктивной балки, соединяющей стойку фахверка и ферму, при этом, в месте примыкания к ферме, установим в балке шарниры на поворот вокруг местных осей Y1, Z1, а также на перемещение вдоль местной оси Z1.
Поперечное сечение балки принято из двутавра 12Б1. Марка стали и дополнительные характеристики на балку не назначаются.
Приложение нагрузок
Нагрузки, приложенные к поперечным рамам, следует отредактировать:
- удалить сосредоточенные нагрузки от покрытия и веса снегового покрова, приложенные к узлам фермы, т.к. данные нагрузки, в последующем, будут приложены в виде распределённых сил к прогонам;
- значения нагрузок от веса стеновых панелей и давления ветра на крайние рамы следует уменьшить пропорционально уменьшению грузовой площади (в данном случае в 2 раза);
К стойкам фахверка, следует приложить сосредоточенную нагрузку от веса стеновых панелей и ветровую нагрузку.
Нагрузка от веса стеновых панелей прикладывается к стойкам фахверка, к колоннам крайних рядов данная нагрузка может быть приложена, если конструктивное решение предусматривает опирание стенового ограждение на колонны крайнего ряда. В данном проекте опирание будет происходить на отдельную стойку фахверка, которая опирается непосредственно на фундамент. В расчётную модель данная стойка не включается, поэтому нагрузку от веса стойки и веса стеновых панелей, при расчёте фундамента, следует учитывать отдельно.
Нагрузку от давления ветра в торец здания прикладываем к колоннам крайних рядов.
Для приложения ветровой нагрузки в торец здания следует создать дополнительные загружения.
Конструкции покрытия будут смоделированы в следующей статье.
