Продолжаем проектирование здания склада в ПК ЛИРА САПР. В предыдущей статье был смоделирован пространственный каркас из поперечных рам. В данной статье выполним моделирование системы покрытия.
Моделирование прогонов
Прогоны служат для восприятия нагрузок от ограждающих конструкций покрытия, выполняются из прокатных швеллеров и монтируются поверх поясов ферм, однако в расчётной модели, КЭ прогонов будут иметь общие узлы с верхними поясами ферм и распорок по верхним поясам.
Размеры поперечного сечения прогона определяются предварительным расчётом https://zen.yandex.ru/media/id/5f4e66b077069a5e1ba24f0a/podbor-secheniia-progona-i-gorizontalnoi-sviazi-pokrytiia-60d57bfe548a76196f910994?&
В коньке фермы зеркально устанавливаются два прогона. При создании расчётной модели, мы принимаем допущение, что данные прогоны будут смоделированы одним КЭ, имеющим общие узлы с верхним поясом фермы, а также поперечное сечение в виде спаренных швеллеров. Данный КЭ не будет рассчитываться по нормам на проектирование стальных конструкций, а поперечное сечение из спаренных швеллеров назначено для сбора нагрузки от собственного веса прогонов.
Прогоны моделируются в одном уровне с верхним поясом фермы, в итоге стержни, в расчётной модели, стержни прогонов и верхних поясов должны иметь общие узлы.
Моделирование системы связей в покрытии
Горизонтальные связи обеспечивают устойчивость положения несущих конструкций покрытия. В состав горизонтальных связей входят следующие элементы:
- Связи и распорки в уровне верхнего пояса ферм;
- Вертикальные связи между фермами;
- Распорки по нижнему поясу;
Форму и размеры поперечного сечения, а также схемы расположения горизонтальных связей принимаем по Серии 1.460.3-23.98
Вертикальные связи между фермами располагаются возле торцов здания.
Конструкцию горизонтальных связей в уровне верхних поясов ферм принимаем с учётом требований п.15.4.6 СП 16.13330.2017:
По верхним поясам стропильных ферм поперечные горизонтальные связи при покрытии с прогонами следует назначать в любом одноэтажном промышленном здании. Поперечные связевые фермы по верхним и нижним поясам рационально совмещать в плане.
Прогоны покрытия, выполняемые по разрезной схеме, с шарнирным креплением к фермам покрытия сверху (когда один конец балки на опорном сечении не имеет возможности поступательного перемещения, а другой конец балки на опорном сечении его допускает) нельзя считать элементом связи или распоркой.
Исходя из вышеизложенного, в расчётной модели будут присутствовать прогоны и распорки в уровне верхнего пояса ферм. Данные конструкции будут иметь общие узлы, но распорки будут воспринимать только продольные усилия, а прогоны нагрузку от покрытия. Как обеспечить такую работу стержней в рамках одной расчётной модели будет рассказано далее.
Горизонтальные связи в уровне верхних поясов ферм выполняются из прокатных уголков, поперечное сечение которых предварительно подбирается по предельной гибкости. Принимаем уголок 120х8.
Дополнительные характеристики элементов связей в покрытии
Распорка в уровне верхних поясов ферм С-1
Сечение – прямоугольная труба. Группа стальных конструкций 4, 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: Таблица 32 СП 16.13330.2017, п.6 Элементы связей, кроме указанных в позиции 5, а также стержни, служащие для уменьшения расчётной длины сжатых стержней, и другие ненагруженные элементы, кроме указанных в позиции 7 - 200
Предельная гибкость на растяжение Таблица 33 СП 16.13330.2017, п.5 Прочие элементы связей при статической нагрузке 400
Коэффициенты к расчётным длинам:
Kz=1, Ky=1 Таблица 24 СП 16.13330.2017 2 а) прочий элемент решётки l1. В данном случае l1 принимается равным геометрической длине элемента.
Распорка в уровне нижних поясов ферм С-2
Сечение – прямоугольная труба, группа стальных конструкций 4, 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: Таблица 32 СП 16.13330.2017
П.6 Элементы связей, кроме указанных в позиции 5, а также стержни, служащие для уменьшения расчётной длины сжатых стержней, и другие ненагруженные элементы, кроме указанных в позиции 7 - 200
Предельная гибкость на растяжение Таблица 33 СП 16.13330.2017
П.5 Прочие элементы связей при статической нагрузке 400
Коэффициенты к расчётным длинам:
Таблица 24 СП 16.13330.2017 1 а) прочий элемент решётки l в плоскости фермы
Kz=1 - для распорки в рядовом отсеке
Ky=1 Таблица 24 СП 16.13330.2017 2 а) прочий элемент решётки l1. В данном случае l1 принимается равным геометрической длине элемента.
Ky=0.5*0.8=0.4 - для нижнего пояса вертикальной связи в покрытии
Раскос С-3 Сечение – прямоугольная труба. Вертикальная связь в покрытии.
Группа стальных конструкций 4, 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: Таблица 32 СП 16.13330.2017
П.6 Элементы связей, кроме указанных в позиции 5, а также стержни, служащие для уменьшения расчётной длины сжатых стержней, и другие ненагруженные элементы, кроме указанных в позиции 7 - 200
Предельная гибкость на растяжение Таблица 33 СП 16.13330.2017
П.5 Прочие элементы связей при статической нагрузке 400
Коэффициенты к расчётным длинам:
Kz=1 Таблица 24 СП 16.13330.2017 2 а) прочий элемент решётки l1
В данном случае l1 принимается равным геометрической длине элемента.
Ky=0.8 Таблица 24 СП 16.13330.2017 1 а) прочий элемент решётки l в плоскости фермы
Раскос в уровне верхних поясов ферм С-9, сечение – одиночный уголок. Группа стальных конструкций 4
Принятая марка стали С245.
Тип Элемента – ферменный Расчёт на осевые усилия (N)
Коэффициенты условий работы и надёжности:
Yc устойчивости = 0.75
Yc прочности = 0.75 Таблица 1 СП 16.13330.2017
7 Сжатые элементы решётки пространственных решётчатых конструкций из одиночных уголков, прикрепляемые одной полкой: б) непосредственно к поясам одним болтом или через фасонку независимо от вида соединения
Предельная гибкость на сжатие: Таблица 32 СП 16.13330.2017 П.2 Элементы, кроме указанных в позициях 1 и 7: б) пространственных и структурных конструкций из одиночных уголков с болтовыми соединениями 220-40а
Предельная гибкость на растяжение Таблица 33 СП 16.13330.2017 П.5 Прочие элементы связей при статической нагрузке 400
Коэффициенты к расчётным длинам:
Kz=1 Таблица 24 СП 16.13330.2017 2 а) прочий элемент решётки l1
Ky=1 В данном случае l1 принимается равным геометрической длине элемента.
Приложение нагрузок
На покрытие будут действовать нагрузки от веса кровли и снеговая нагрузка. Прикладывать данные нагрузки следует к прогонам, в соответствующих загружениях.
Сбор нагрузок выполнен в статье https://zen.yandex.ru/media/id/5f4e66b077069a5e1ba24f0a/sklad-18h30-m-chast-1-nachalo-proektirovaniia-poluchenie-ishodnyh-dannyh-i-sbor-nagruzok-61fcf87b9461ba7bab8708f4?&
Выполним приложение нагрузок на прогоны при помощи инструмента «Спецнагрузка». Такой подход позволяет оперативно вносить изменения, в случае необходимости.
Приложение спецнагрузок выполняется в следующем порядке:
1 Отметить нужные элементы в модели;
2 Выбрать нужную спецнагрузку в структуре проекта и кликнуть на ней правой кнопкой мыши и нажать «Выделить»;
3 Применить команду «Приложить спецнагрузки»;
После приложения всех нагрузок, следует удалить таблицу РСУ, созданную на этапе расчёта плоской рамы и сгенерировать её заново.
Настройки таблицы РСУ, созданные в САПФИР, переходят в расчётную модель в Визор.
Обеспечение совместной работы прогонов и распорок
Как уже сообщалось ранее, в расчётной модели необходимо обеспечить совместную работу прогонов и распорок в уровне верхнего пояса фермы, во исполнение требований п.15.4.6 СП 16.13330.2017. Прогоны должны воспринимать вертикальную нагрузку от веса ограждающих конструкций кровли и снега и передавать её на верхние пояса ферм. Распорки должны воспринимать горизонтальную нагрузку от действия ветра в торец здания, при этом, в прогонах не должно возникать продольных сил, только в таком случае допускается выполнять расчёт прогонов по балочной схеме. Если такое распределение усилий не будет обеспечено, то прогоны следует рассчитывать, как внецентренно сжатые стержни.
В рамках данного проекта, мы выполним требование п.15.4.6 СП 16.13330.2017 и обеспечим восприятие продольных сил распорками, а прогоны будут рассчитаны по балочной схеме, однако следует учитывать, что в торцевых отсеках здания, будет затруднительно дублировать прогоны распорками, в уровне верхнего пояса, из-за того что в торцах здания располагается система горизонтальных и вертикальных связей в покрытии, исходя из этого, прогоны в торцах будут рассчитаны как внецентренно сжатые стержни, а в остальной части здания, как изгибаемые.
Прогоны в связевых отсеках
Связи в покрытии устанавливаются в торцах здания, вследствие чего, прогоны, в данных отсеках, должны включаться в совместную работу со связями и воспринимать продольные усилия наряду с изгибом. Схема расположения связей и прогонов показана на рисунке:
В 1 и 2 узлах каждого прогона, создаются шарниры по направлениям осей UY, UZ.
Для выполнения расчёта прогона на внецентренное сжатие, ему будут назначены соответствующие дополнительные характеристики:
Группа стальных конструкций 3, 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 16.13330.2017 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.5 Балки и прогоны с учётом работы на сжатие 210-60а
Предельная гибкость на растяжение: Таблица 33 СП 16.13330.2017, примечание 2: для элементов связей (позиция 5), у которых прогиб под действием собственного веса не превышает 1/150, при воздействии на конструкцию статических нагрузок, предельная гибкость на растяжение принимается равной 500
Коэффициенты к расчётным длинам:
Из плоскости изгиба, принимается как для стойки фермы, в соответствии с п.10.1.1, СП 16.13330.2017
Kz=1 – в случае примыкания горизонтальных связей к концам прогона
Kz=0.5 – в случае примыкания горизонтальных связей к середине прогона
В плоскости изгиба Ky=1, принимается как для стойки фермы, в соответствии с п.10.1.1, СП 16.13330.2017
Коэффициент для учёта изгибно-крутильной формы потери устойчивости Kb=0.07, принимается как отношение расстояния между точками закрепления кровельной сэндвич-панели к верхнему поясу прогона к его длине: 0.4/5.5=0.07
Для надлежащей работы горизонтальных связей следует сконструировать узлы их примыкания к несущим конструкциям каркаса.
Прогоны в рядовых отсеках
В рамках данного проекта, для обеспечения требований п.15.4.6 СП 16.13330.2017 и обеспечим восприятие продольных сил распорками, а прогоны будут рассчитаны по балочной схеме. Чтобы исключить передачу продольного усилия на прогон, в 1-м узле каждого прогона следует дополнительно установить шарнир по направлению оси Х1.
Прогонам будут назначены следующие дополнительные характеристики:
Группа стальных конструкций 3, принятая марка стали С245.
Тип Элемента – балка Расчёт на изгибные усилия (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
Данные для расчёта на прогиб:
Не задаются, изгиб прогона происходит в двух плоскостях. Прогиб посчитан вручную.
Данные для расчёта на общую устойчивость, Lef,b=0.4 м. Принято равным расстоянию между точками крепления сэндвич-панели к верхнему поясу прогона.
Тип раскрепления сжатого пояса: два и более раскрепления делят пролёт на равные части.
