Proiectarea grinzilor și stâlpilor din oțel
Acest articol descrie utilizarea modulului StatiCAD de proiectare a grinzilor și stâlpilor din oțel. Calculele se efectuează conform TBDY 2018 și ÇYTHYE (Principii de proiectare, calcul și execuție pentru structuri din oțel — abordarea LRFD): la grinzi, încovoiere (inclusiv flambaj lateral cu torsiune), forță tăietoare, efect combinat și săgeată; la stâlpi, flambaj sub compresiune axială și efectul combinat al forței axiale cu încovoierea biaxială. Eforturile secționale provin din rezolvarea proprie cu elemente finite a programului, ca valori de înfășurătoare, împreună cu combinațiile de încărcări de care aparțin. Pentru relații consultați articolul Bazele teoretice ale proiectării din oțel, iar pentru comparațiile cu calculul manual articolul Studii de validare pentru structuri din oțel.
În ce ediții? Calculele structurilor din oțel se găsesc în ediția StatiCAD Ultimate.
Domeniu de aplicare: Calculul de rezistență se efectuează pentru profile I/H laminate la cald (IPE, IPN, HEA/HEB/HEM, HD/HL/HP). Profilele U, L, T, tubulare pătrate/dreptunghiulare și circulare pot fi atribuite; ele apar în model și în vizualizarea 3D. Calculul profilelor formate la rece (C, Z, Sigma etc.) se efectuează în modulul Structuri din oțel ușor.
1. Fluxul general
- Modelați clădirea în mod obișnuit (grinzile ca centuri orizontale, stâlpii ca centuri verticale).
- Deschideți fereastra Proprietăți a elementului care va fi din oțel și atribuiți profilul din formularul Selectare secțiune prefabricată, cu ajutorul butonului Selectare secțiune (Capitolul 2). La atribuirea profilului, materialul de oțel (S235 etc.) este asignat elementului împreună cu secțiunea.
- În aceeași fereastră, bifați tipul de proiectare al elementului ca „Oțel” (Capitolul 3) și apăsați OK.
- Rulați analiza. Verificările de proiectare pentru oțel se efectuează automat la sfârșitul analizei.
- În arborele de selecție a rapoartelor, bifați grupul Rapoarte elemente din oțel și obțineți raportul (Capitolul 6).
Dacă unui element i s-a atribuit un profil, dar tipul de proiectare „Oțel” nu este bifat, elementul figurează în model cu secțiunea de oțel (greutate, rigiditate, vizualizare 3D), dar nu intră în verificarea de proiectare pentru oțel.
2. Biblioteca de profile prefabricate și atribuirea secțiunii
Formularul Selectare secțiune prefabricată se deschide din butonul Selectare secțiune din ferestrele grinzii (Proprietăți centură orizontală) și stâlpului (Proprietăți centură verticală).
| Câmp al formularului | Funcție |
|---|---|
| Tip de producție | Laminat (implicit): profile laminate la cald. Cold Formed: profile formate la rece (modulul de oțel ușor). |
| Categorie | În modul laminat: Toate / I-Wide Flange / Channel / Tee / Angle / Pipe / Tube. |
| Casetă de căutare | Filtrează după denumire (de ex. „IPE 3”). |
| Previzualizare | Secțiunea profilului selectat este desenată cu geometria reală; sunt listate dimensiunile de bază și caracteristicile secțiunii. |
| Material... | Selectarea clasei de oțel (S235, S275, S355 etc.). Dacă nu se selectează, se utilizează clasa de oțel implicită. Materialul este atribuit elementului împreună cu secțiunea. |
| Atribuie | Scrie profilul și materialul în fereastra elementului deschis; secțiunea este adăugată și în biblioteca de secțiuni a proiectului, iar imaginea secțiunii este generată pentru rapoarte. |
| Secțiune definită de utilizator... | Trece la varianta secțiunii definite de utilizator, în locul bibliotecii de profile prefabricate. |
Același formular se deschide atât din grindă, cât și din stâlp; atribuirea se face elementului din a cărui fereastră a fost deschis. Profilul atribuit este păstrat în biblioteca proiectului și este transportat odată cu fișierul.
3. Selectarea tipului de proiectare
| Element | Fereastră | Opțiune |
|---|---|---|
| Grindă | Proprietăți centură orizontală → grupul tipului de proiectare | Oțel (alături de opțiunile Beton armat / Zidărie / Lemn) |
| Stâlp | Proprietăți centură verticală → grupul tipului de proiectare | Oțel |
Când opțiunea este bifată și se apasă OK, tipul de proiectare al elementului este salvat ca oțel; la sfârșitul analizei aceste elemente intră în verificarea de proiectare pentru oțel, iar grupul Rapoarte elemente din oțel devine vizibil în arborele de rapoarte.
4. Calculul grinzilor din oțel
| Verificare | Normativ | Descriere |
|---|---|---|
| Încovoiere | ÇYTHYE Capitolul 9 | Curgere, flambaj lateral cu torsiune inelastic și elastic; limitele Lp și Lr sunt calculate și afișate în raport. Starea limită determinantă este înscrisă în raport. |
| Forță tăietoare | Capitolul 10 | Vn = 0,6·Fy·Aw·Cv |
| Efect combinat | Capitolul 11 | Verificarea interacțiunii dintre încovoiere, forță axială și forță tăietoare |
| Săgeată | Starea limită de serviciu | Verificarea f ≤ L/K; în raport este afișată prin rândul „Sehim f = ... ≤ L/K = ...” (Sehim = săgeată). |
Lungimea de sprijin lateral Lb: Dacă câmpurile de sprijin lateral (Le) din fereastra de proprietăți a elementului sunt lăsate automat, se ia ca bază lungimea grinzii; dacă se introduce o valoare manual, aceasta este utilizată. Coeficientul de distribuție a momentului se ia, în favoarea siguranței, Cb = 1,0.
Limita săgeții K: Se stabilește pe fiecare element, din același loc cu selecția K pentru săgeata grinzilor din lemn (implicit K = 300; în funcție de selecție 200 / 150 / valoare introdusă manual). Săgeata se calculează din momentul de serviciu (G+Q sau G+S, fără coeficienți); la grinda în consolă se utilizează echivalentul unei sarcini aplicate la capăt.
5. Calculul stâlpilor din oțel
| Verificare | Normativ | Descriere |
|---|---|---|
| Compresiune axială | Capitolul 8 | Flambaj prin încovoiere pe axele x și y și, la secțiuni dublu simetrice, flambaj prin torsiune; Fcr și φcPn (φc = 0,90) pe baza tensiunii critice elastice de flambaj determinante. Modul de flambaj determinant este înscris în raport. |
| Zveltețea secțiunii transversale | Tabelul 5.1A | Se verifică limitele b/2tf pentru talpă și hw/tw pentru inimă. Elementul cu secțiune zveltă este marcat explicit în raport ca „narin enkesit” (secțiune zveltă) și este considerat necorespunzător. |
| Raportul de zveltețe | Recomandare ÇYTHYE | Dacă KL/r > 200, în raport este afișat avertismentul roșu „KL/r>200!”. |
| Efect combinat | Capitolul 11.3 | Compresiune axială + încovoiere biaxială: Ec. 11.3a (Pr/Pc ≥ 0,2) sau 11.3b; ecuația utilizată este indicată în raport. |
Lungimea efectivă de flambaj KL: Implicit se ia lungimea stâlpului în cadrul nivelului (înălțimea de nivel și diferențele de cotă inferioară/superioară) și se consideră K = 1,0. Prin introducerea manuală a valorilor în câmpurile Le din fereastra Proprietăți centură verticală, lungimea de flambaj poate fi definită separat pentru fiecare axă.
6. Combinații de încărcări
Abordarea de calcul este LRFD (φb = φc = φv = 0,90). Solicitările sunt preluate din înfășurătoarea combinațiilor LRFD ale ÇYTHYE (1,4G; 1,2G + 1,6Q + 0,5S; 1,2G + 1,6S + 1,0Q; dacă există vânt, 1,2G + 1,0Q + 0,5S + 1,6W și 0,9G + 1,6W) și a combinațiilor seismice ale programului (în cazul seismului 1,2G, Q cel puțin 1,0). Aceste combinații nu modifică lista de combinații de încărcări a proiectului; sunt utilizate doar la proiectarea din oțel. Denumirea combinației care dă înfășurătoarea este afișată în raport alături de solicitare.
În avertismentele analizei, rândul „Çelik kiriș/kolon tasarımında rüzgâr birleșimleri yok” (nu există combinații cu vânt în proiectarea grinzilor/stâlpilor din oțel) indică faptul că în proiect nu este definit niciun caz de încărcare din vânt. În lista implicită de combinații (TBDY) nu există vânt; pentru ca vântul să intre în calcul, selectați în fila Combinații de încărcări cazurile de încărcare definite și combinațiile lor.
7. Rapoarte
După analiză, în arborele de selecție a rapoartelor apare grupul Rapoarte elemente din oțel:
| Raport | Conținut |
|---|---|
| Calculul grinzilor din oțel | Nivel cu nivel, un bloc pentru fiecare grindă: denumirea secțiunii; material (Fy); caracteristicile secțiunii (A, Ix, Wel, Wpl, ry); Lb, Cb, Lp, Lr; momentul de calcul (cu combinația care dă înfășurătoarea), Mn, raport și starea limită determinantă; forța tăietoare de calcul, Vn și raport; efect combinat; rândul săgeții; Rezultat: Yeterli / Yetersiz (Corespunzător / Necorespunzător) |
| Calculul stâlpilor din oțel | Caracteristicile secțiunii (A, Ix, Iy, rx, ry); KLx, KLy, cel mai mare KL/r (avertisment, dacă este cazul); forța axială (cu combinația), φcPn, raport și modul de flambaj determinant; momentele pe cele două axe și capacitățile lor; ecuația de interacțiune și valoarea ei; Rezultat |
Verificările îndeplinite sunt marcate cu UYGUN (corespunzător) verde, iar cele neîndeplinite cu X roșu. Rapoartele sunt generate în turcă când limba programului este turca, iar în celelalte limbi în engleză.
8. Vizualizarea 3D
Grinzile și stâlpii cărora li s-a atribuit un profil sunt desenați în fereastra 3D cu geometria reală a secțiunii (inimă–talpă la I/H, secțiune tubulară pătrată, țeavă, contur de profil format la rece). Elementele fără profil atribuit apar ca prisme dreptunghiulare. Imaginile secțiunilor sunt adăugate și în tabelele de secțiuni din rapoarte.
9. Observații importante
- La stâlpii cu secțiune zveltă, metoda ariei efective nu se aplică în această ediție; programul nu produce capacitate și marchează explicit elementul. Rezultatul nu este afișat niciodată în mod tăcut ca „sigur”.
- La lungimea de flambaj a stâlpului se presupune K = 1,0; pentru alte condiții de rezemare, introduceți manual valoarea K·L în câmpurile Le.
- Modulul de elasticitate al oțelului este citit din biblioteca de materiale; nu contează dacă este definit în kg/cm² sau în MPa (unitatea este recunoscută automat).
- Condițiile de ductilitate seismică ale secțiunii transversale din Capitolul 9 al TBDY, raportul de capacitate stâlp–grindă și contravântuirile nu intră în domeniul acestei ediții.
10. Întrebări frecvente
„Rapoarte elemente din oțel” nu apare în arborele de rapoarte. Grupul apare dacă în proiect există cel puțin o grindă sau un stâlp cu tipul de proiectare Oțel bifat și după analiză. Asigurați-vă că opțiunea „Oțel” este bifată în fereastra de proprietăți a elementului și că analiza a fost refăcută.
În raport scrie „Profil katalogda bulunamadı” (profilul nu a fost găsit în catalog). Denumirea secțiunii atribuite elementului nu a fost găsită identic în biblioteca de profile prefabricate (de exemplu, denumirea secțiunii a fost modificată manual). Atribuiți din nou secțiunea din formularul Selectare secțiune prefabricată.
Capacitățile au ieșit mult mai mici sau mai mari decât mă așteptam. Mai întâi comparați rândul cu caracteristicile secțiunii din raport (A, Ix, Wpl) cu tabelul profilului; apoi verificați valorile Lb și KL — sprijinul lateral sau lungimea de flambaj pot fi introduse manual. Coerența stării limită a grinzii (curgere / flambaj lateral cu torsiune inelastic / elastic) cu Lp și Lr se poate vedea în raport.
Grinda sau stâlpul din oțel apare dreptunghiular în vizualizarea 3D. Elementului nu i s-a atribuit niciun profil. Atribuiți un profil urmând pașii din Capitolul 2.
Poate exista în același element atât verificare de oțel, cât și de beton armat? Nu; tipul de proiectare este cu selecție unică. Elementul intră în verificarea modulului corespunzător tipului bifat.