Exemplu rezolvat: panou contravântuit din oțel ușor
1. Despre acest articol
Acest articol descrie pas cu pas cum se definesc sistemele de panouri contravântuite (TBDY 2018 10.4.2, 10.4.3) în modulul de oțel ușor al StatiCAD, cum se verifică îmbinarea contravântuirii și cum se îmbunătățește proiectarea pe baza avertismentelor. Modelul de pornire este locuința cu două niveluri descrisă în detaliu în articolul Exemplu rezolvat: clădire din oțel ușor cu două niveluri; aici, unii pereți ai acelei clădiri se fac panouri cu contravântuiri din bandă în locul panourilor placate. Setările proiectului, planșeele, buiandrugii și panourile placate sunt ca în exemplul anterior; se descriu numai pașii specifici panoului contravântuit.
Datele de intrare au fost introduse din interfață (Proprietățile peretelui, selecție multiplă); toate numerele din articol sunt rezultatele date de program în acest exemplu. Toate verificările contravântuirii și ale îmbinării unui perete (WZ12) sunt recalculate manual în Capitolul 8.
Pentru fundalul teoretic și detaliile opțiunilor, vezi capitolele despre panoul contravântuit din articolele Proiectarea panourilor și a montanților din oțel ușor, Bazele teoretice ale proiectării din oțel ușor și Studii de validare pentru oțelul ușor.
Fișierele modelului le puteți descărca de aici (ZIP): OrnekHafifCelikCapraz_ilk.sy4 (proiectarea inițială) și OrnekHafifCelikCapraz.sy4 (proiectarea finală).
2. Clădirea-exemplu și pereții contravântuiți
Clădirea are 10 × 6 m, două niveluri (înălțime de nivel 2,80 m), 24 de pereți-panou din oțel ușor (montanți C100×50×15, distanța 600 mm, placare OSB pe două fețe). Seism: SS = 0,50, S1 = 0,14, ZC, metoda forței seismice echivalente, R = 3, D = 2 (HCBTİE Tabelul 1.2, ductilitate limitată). Forța tăietoare de bază este Vt = 70,0 kN pe ambele direcții și nu se schimbă prin introducerea panoului contravântuit (perioada empirică).
Tabelul 1 – Pereții făcuți contravântuiți (ceilalți 18 pereți rămân placați)
| Nivel | Perete | Direcție | Lungimea peretelui L | Poziție |
|---|---|---|---|---|
| Parter | WZ02 | X | 3,65 m | y = 0, x = 2,93–6,58 m (mijlocul fațadei) |
| Parter | WZ05 | X | 3,65 m | y = 6 m, x = 2,93–6,58 m |
| Parter | WZ12 | Y | 4,15 m | x = 5 m perete interior |
| Nivelul 1 | W102, W105, W112 | la fel | la fel | deasupra celor de la parter |
Figura 1 – Cei trei pereți selectați în planul parterului (maro): WZ02, WZ05, WZ12
Sistem mixt și distribuția forței seismice: Când la același nivel există panouri placate și contravântuite, TBDY 10.2.6.1 cere ca forța seismică să se distribuie după capacitățile de preluare a încărcării orizontale ale panourilor. Tipul de rigiditate implicit „Capacitate” al programului face acest lucru: rigiditatea FEM a fiecărui panou se face proporțională cu capacitatea lui (la panoul contravântuit Vc/0,6, la cel placat la scara Vn). Comparația cu tipul „Clasic” se află în Capitolul 9.
Nivelul de ductilitate: Dacă în clădire există panou contravântuit, sistemul portant se consideră, conform TBDY 10.2.1.2, cu Nivel de ductilitate limitat. În acest exemplu, proiectul este deja definit cu ductilitate limitată (R = 3, D = 2). Dacă în setările proiectului ar fi fost aleasă ductilitatea ridicată, analiza ar fi dat rândul „Eroare: TBDY 10.2.1.2 (ductilitatea panoului contravântuit)” și ar fi verificat R și limitele de înălțime conform ductilității limitate.
3. Alegerea pereților și fila „Contravântuire din oțel ușor”
- În plan, faceți clic pe primul perete, apoi adăugați la selecție ceilalți făcând clic cu Shift apăsat (pereții selectați apar în maro).
- Faceți clic dreapta pe unul dintre pereții selectați și alegeți Modifică proprietățile pereților selectați.
- În fila Contravântuire din oțel ușor, Sistemul panoului = Contravântuit (TBDY 10.4.2). Când se alege Contravântuit, capacitatea la forfecare a peretelui se calculează numai din contravântuiri; placarea continuă să rețină doar flambajul montantului.
- Tipul contravântuirii = Bandă (numai întindere), lățimea benzii 100 mm, grosimea 1,2 mm, materialul = materialul montantului (S350GD), numărul de fețe contravântuite 2, numărul de travei 1.
Figura 2 – Fila „Contravântuire din oțel ușor” la selecția multiplă
Separatorul zecimal: În aceste câmpuri separatorul zecimal este punctul: scrieți 1.2 (nu 1,2).
Selecție multiplă: La selecția multiplă, câmpurile care diferă între pereții selectați apar goale (sau fără selecție în lista derulantă); la OK se aplică numai câmpurile stabilite.
4. Fila Îmbinare: datele de intrare inițiale
În grupul de sus al filei Îmbinare contravântuire din oțel ușor s-au dat, pentru proiectarea inițială, numai datele de bază: diametrul șurubului autofiletant 4,8 mm, șuruburi pe capătul contravântuirii 12, găuri în primul rând al secțiunii nete 2, placa de colț t = 0 (nu există placă: banda se leagă cu șuruburi autofiletante direct de montant și de talpă). Grupul de jos „Model, placă de colț …” a fost lăsat gol; programul construiește din numărul de șuruburi autofiletante, cu cele mai mici distanțe admise, modelul implicit (aici 6 rânduri × 2 coloane, p1 = p2 = e1 = 15 mm, e2 = 42,5 mm) și îl comunică printr-un rând informativ.
Figura 3 – Fila Îmbinare la proiectarea inițială
5. Prima analiză și avertismentele
În fereastra de analiză, Începe analiza. Proiectarea inițială a dat 51 de rânduri; cele privind panoul contravântuit sunt grupate mai jos (numerele sunt pentru peretele WZ02 de la parter; la ceilalți pereți sunt similare).
Figura 4 – Lista de avertismente a primei analize (început)
Tabelul 2 – Avertismentele panoului contravântuit la proiectarea inițială
| Avertisment | Valoare | Motiv | Soluție (Capitolul 6) |
|---|---|---|---|
| Secțiune netă (TBDY Ec. 10.23) | AnetFu = 45,56 kN < 1,20·AgFy = 50,40 kN (0,90) | La S350GD Fu/Fy = 1,20: banda cu găuri se rupe înainte de curgere | întărirea capătului benzii |
| Ruperea capătului contravântuirii (rupere în bloc) | Rn = 43,61 kN < 50,40 kN (1.16) | model scurt și des (distanța 15 mm) | model lung, întărirea capătului |
| Îmbinarea mai slabă decât contravântuirea | 12·Ps = 30,48 kN < Td = 37,80 kN | fără placă: șurubul autofiletant intră în montantul de 1,2 mm | placă de colț |
| Fără bridging (10.4.3(d)) | — | la panoul contravântuit este obligatoriu cel puțin un rând de bridging | Fila Talpă: 1 rând |
| Talpă inferioară / superioară insuficientă | WZ12 talpa inferioară N = 59,15 kN, raport 1,48 (U100×53×1,5) | componenta orizontală a contravântuirii intră în talpă dintr-un singur punct, în colț: N = D·V/nb | talpă U100×54×2,5 |
| Ancoraj de întindere W112 | raport 1,02 (dispozitiv 35 kN) | peretele contravântuit atrage mai multă forță tăietoare | HD 45 kN |
| Linia diafragmei acoperișului x = 500 | v = 9,08 > 0,6·15 = 9,00 kN/m (1.01) | forța atrasă de W112 vine din diafragmă | vn 15 → 17 kN/m |
De ce este talpa atât de solicitată?: La panoul placat, forța tăietoare se transmite în talpă uniform distribuită pe lungime (model în dinți de fierăstrău); la panoul contravântuit, forța contravântuirii intră în talpă dintr-un singur punct, în colțul traveii, și de acolo se transmite ancorajelor de forfecare. De aceea talpa panoului contravântuit preia o forță axială mai mare (TBDY 10.4.2.1(a): tălpile cu forța contravântuirii amplificată cu D).
6. Îmbunătățirea proiectării
Cei trei pereți au fost selectați din nou și în formularul de proprietăți multiple s-au introdus cele de mai jos (aceleași valori și pentru cei trei pereți de la nivelul 1):
Tabelul 3 – Pașii de îmbunătățire
| Pas | Filă / câmp | Valoare | Efect |
|---|---|---|---|
| 1. Întărirea capătului benzii | Îmbinare: t total la capătul benzii | 2,4 mm (bandă dublă în zona îmbinării) | secțiune netă 0,90 → 1,81 (Anet = (100 − 2·4,8)·2,4 = 216,96 mm²) |
| 2. Model lung | Îmbinare: nr × nc, p1, p2, e1 | 6 × 2, 20 / 40 / 30 mm | rupere în bloc Rn 43,6 → 160,8 kN (raport 0,31) |
| 3. Placă de colț | Îmbinare: placă de colț = Există, t | 2 mm (materialul montantului S350GD) | șurub autofiletant Ps 2,54 → 5,44 kN, grupul de elemente de îmbinare 65,3 kN ≥ Td 37,8 kN (ductil) |
| 4. Șuruburile plăcii | Îmbinare: placă → montant de capăt / talpă | 8 / 6 șuruburi autofiletante (programul a dat numărul necesar 6 / 4 și 6 / 6) | C1 ≤ 0,74, C2 ≤ 0,92 |
| 5. Bridging și talpă | Talpă: rândul de bridging, talpa inferioară / superioară | 1 rând; U100×54×2,5 | erorile de bridging și de talpă dispar |
| 6. Ancoraj, diafragmă | Ancoraj (W112); fila Oțel ușor a planșeului acoperișului | HD = 45 kN, legătura între niveluri 45 kN; vn = 17 kN/m | ancoraj 1,02 → < 1, diafragmă 1,01 → 0,89 |
Întâi modelul, apoi placa: La banda subțire fixată cu șuruburi autofiletante, două stări limită sunt aproape întotdeauna determinante: secțiunea netă (10.23) și ruperea în bloc la capătul contravântuirii. Ambele sunt ruperea capătului propriu al contravântuirii și se verifică nu cu D, ci, sub forma 10.23, cu Rn ≥ 1,20·AgFy: capătul nu trebuie să se rupă înainte de curgerea contravântuirii. Întărirea capătului și un model cu puține coloane, mai multe rânduri și e1 mare le rezolvă pe amândouă. Elementele de îmbinare (grupul de șuruburi autofiletante, placa de colț, șuruburile plăcii) se verifică, în schimb, cu forța contravântuirii amplificată cu D.
Execuția întăririi capătului: Datele de intrare „t total la capătul benzii” presupun că grosimea benzii se mărește în zona îmbinării (de ex. un al doilea strat din aceeași bandă). Întărirea trebuie să aibă o lungime care să cuprindă toate șuruburile autofiletante ale îmbinării, iar cele două straturi trebuie legate între ele; se presupune că șurubul trece prin ambele straturi (t1 = 2,4 mm).
7. Analiza finală și rezultatele
La a doua analiză nu a mai rămas niciun rând de eroare; lista este alcătuită numai din rânduri informative (rândul portocaliu despre vânt este o informare existentă și în exemplul anterior: în model nu este definită încărcare din vânt).
Figura 7 – Lista de avertismente a analizei finale (început)
Tabelul 4 – Rezultatele finale ale pereților contravântuiți (YDKT)
| Perete | θ | V (kN) | D | F (kN) | F/Td | Secțiune netă | Raportul îmbinării (determinant) | Ductil |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| WZ02 | 35,5° | 20,86 | 1,98 | 12,81 | 0,34 | 1,81 | 0,73 (C1 șuruburile autofiletante la montant) | da |
| WZ05 | 35,5° | 21,22 | 1,98 | 13,03 | 0,34 | 1,81 | 0,74 (C1) | da |
| WZ12 | 32,1° | 32,18 | 1,84 | 18,99 | 0,50 | 1,81 | 0,91 (C2 șuruburile autofiletante la talpă) | da |
| W102 | 35,5° | 13,72 | 1,98 | 8,42 | 0,22 | 1,81 | 0,48 (C1) | da |
| W105 | 35,5° | 13,89 | 1,95 | 8,53 | 0,23 | 1,81 | 0,48 (C1) | da |
| W112 | 32,1° | 37,12 | 1,63 | 21,90 | 0,58 | 1,81 | 0,92 (C2) | da |
V: forța seismică tăietoare a peretelui fără D; D = Vd/V (cu D pe baza cotei de capacitate și pe nivel); F = V/(nb·ny·cos θ); Td = 0,90·AgFy = 37,80 kN. Capacitatea panoului la forfecare Vc = 2·37,80·cos θ = 61,58 kN (L = 3,65 m) / 64,07 kN (L = 4,15 m). θ = atan(h/L), h = lungimea montantului 2,60 m.
8. Verificare manuală pentru WZ12
WZ12: L = 4,15 m, h = 2,60 m (înălțimea panoului = lungimea montantului: înălțimea de nivel 2,80 m − centura de deasupra peretelui 0,20 m; contravântuirea este diagonala cadrului dintre talpa inferioară și cea superioară), o singură travee, două fețe, bandă 100×1,2 mm S350GD (Fy = 350, Fu = 420 MPa), întărirea capătului tcapăt = 2,4 mm, placă de colț 2 mm S350GD, șurub autofiletant 4,8 mm, model 6×2 (p1 = 20, p2 = 40, e1 = 30, e2 = (100 − 40)/2 = 30 mm), montant t = 1,5 mm, talpă t = 2,5 mm.
Tabelul 5 – Calculul manual al peretelui WZ12 (programul dă aceleași valori)
| Mărime | Calcul | Rezultat |
|---|---|---|
| Unghi | θ = atan(2,60/4,15) | 32,07°, cos θ = 0,84742, sin θ = 0,53092 |
| Rezistența contravântuirii (10.21b) | Td = 0,90·120·350 | 37,80 kN |
| Capacitatea panoului | Vc = 1·2·37,80·0,84742 | 64,07 kN |
| Forța din contravântuire | F = 32,18/(2·0,84742) | 18,99 kN → F/Td = 0,50 |
| Cererea îmbinării (10.4.2.1(a)) | D·F = 1,838·18,99 | 34,90 kN |
| Secțiune netă (10,23, cu capăt întărit) | AnetFu = (100 − 2·4,8)·2,4·420 = 91,12 kN ≥ 1,20·120·350 = 50,40 kN | raport 1,81 (satisface) |
| A1 grupul de șuruburi autofiletante | t2/t1 = 2,0/2,4 < 1: Pns = min(4,2√(2³·4,8)·420; 2,7·2,4·4,8·420; 2,7·2,0·4,8·420) = min(10932; 13064; 10886) = 10886 N; Ps = 0,5·10886 = 5443 N; 12·5,443 | 65,32 kN → 34,90/65,32 = 0,53 |
| A4 rupere în bloc, capătul contravântuirii (ÇYTHYE 13.19) | Lgv = 30 + 5·20 = 130 mm; Agv = 2·130·2,4 = 624; Anv = 2·(130 − 5,5·4,8)·2,4 = 497,28; Ant = (40 − 4,8)·2,4 = 84,48 mm² (ruperea spre margine 2·(30 − 2,4)·2,4 = 132,48, mai mare); Rn = min(0,6·420·497,28 + 420·84,48; 0,6·350·624 + 420·84,48) = min(160,80; 166,52) | Rn = 160,80 kN ≥ 50,40 kN → 0,31 |
| B2 placă de colț Whitmore | lw = 40 + 2·100·tan30° = 155,47 mm; curgere 0,9·350·155,47·2 = 97,95 kN; rupere 0,5·420·(155,47 − 2·4,8)·2 = 61,27 kN | 0,36 / 0,57 |
| B3 rupere în bloc, placă | aceleași suprafețe cu t = 2: Rn = min(0,6·420·414,4 + 420·70,4; 0,6·350·520 + 420·70,4) = 134,00 kN; φ = 0,5 | 67,00 kN → 0,52 |
| C1 placă → montant | D·F·sin θ = 18,53 kN; Pns(t1 = 2, t2 = 1,5) = min(4,2√(1,5³·4,8)·420; 10886; 8165) = 7100 N, Ps = 3550 N; 8 șuruburi autofiletante = 28,40 kN | 0,65 |
| C2 placă → talpă | D·F·cos θ = 29,57 kN; t2/t1 = 1,25 (interpolare) Pns = 10886 N, Ps = 5443 N; 6 șuruburi autofiletante = 32,66 kN | 0,91 (determinant) |
| Ductilitate | cel mai slab element de îmbinare min(65,32; 97,95; 61,27; 67,00) = 61,27 kN ≥ Td = 37,80 kN | ductil |
Coeficienți: La ruperea tablei subțiri (t < 4 mm) și la ruperea în bloc, coeficienții HCBTİE 8.4: cu șuruburi autofiletante φ = 0,5, cu șuruburi 0,75. La forfecarea șurubului autofiletant, TBDY 10.12 φ = 0,5. Lățimea Whitmore (difuzie de 30°) este o interpretare; ÇYTHYE 13.4.1 spune că „difuzia eforturilor în placă se ia în considerare în mod corespunzător”.
9. Tipul de rigiditate: „Capacitate” și „Clasic”
Dacă în Setările generale ale proiectului tipul de rigiditate a panourilor din oțel ușor se alege „Clasic” și același model se rezolvă din nou, contravântuirile intră în modelul cu elemente finite ca bare diagonale explicite (la fiecare perete două diagonale, Am = (k/2)·Lm/(E cos²θm); la WZ12 rigiditatea laterală țintă k = 7144 kN/m, aria diagonalei 128,0 mm²), iar cota de forfecare a pereților se distribuie după rigiditățile elastice.
Tabelul 6 – Forța seismică tăietoare fără D a pereților contravântuiți, după tipul de rigiditate
| Perete | Capacitate (V, kN) | Clasic (V, kN) |
|---|---|---|
| WZ02 | 20,86 | 19,17 |
| WZ12 | 32,18 | 23,84 |
| W102 | 13,72 | 12,53 |
| W112 | 37,12 | 17,19 |
La tipul Clasic, pereții contravântuiți primesc mai puțină forță tăietoare; forța se mută spre panourile placate, elastic mai rigide, iar în acest model ancorajul de întindere al 15 pereți (13 dintre ei placați) devine insuficient. Deoarece TBDY 10.2.6.1 cere ca, într-un sistem mixt, distribuția să se facă după capacitățile panourilor, se recomandă tipul „Capacitate” implicit; tipul „Clasic” este pentru comparație și pentru verificarea deplasărilor.
10. Raportul de calcul
În Selectarea raportului, în raportul „Proiectarea montanților din oțel ușor (EGM)”, rândul forfecării panoului pentru fiecare perete contravântuit scrie, sub titlul PANOU CONTRAVÂNTUIT, contravântuirea, secțiunea netă, modelul îmbinării, placa de colț, rezistența / raportul fiecărei verigi a îmbinării și starea de comportare ductilă. În pagina Verificări de erori ale proiectului, ipotezele panourilor contravântuite apar ca rând informativ.
11. Desenul în plan și în vedere
În Selectarea desenului, planul pereților și Desfășurări → Desenează secțiune / vedere laterală (vederi pe axe) arată separat pereții contravântuiți. Desenele folosesc rezultatul analizei: analiza trebuie făcută mai întâi. Figurile sunt luate din fereastra de desen a programului pentru proiectarea finală (și, pentru comparație, pentru cea inițială).
11.1 Planul peretelui
La peretele contravântuit, pe fiecare față contravântuită se află, la 1 cm în afara tălpii montantului, o linie de contravântuire verde (două linii la panoul cu două fețe), iar în mijlocul fiecărei travei, pe grosimea peretelui, un simbol X. Textul contravântuirii (numărul de fețe, banda b×t, materialul, numărul de travei, întărirea capătului) se află în partea de sus a peretelui, deasupra textelor montantului și ancorajului de forfecare. Rândul de explicație de sub planșă definește simbolurile.
Figura 10 – Planul peretelui de la parter: îmbinarea WZ02 cu WZ12 (linii verzi pe fețe, simbolul X, textul contravântuirii)
11.2 Vederea pe axă
În vedere, în fiecare travee se desenează două contravântuiri de la un colț al panoului la colțul opus, sub formă de bandă de lățimea benzii. Dacă este definită placa de colț, în cele patru colțuri se văd plăci triunghiulare dreptunghice, la capetele contravântuirii modelul de șuruburi autofiletante nr × nc (p1, p2, e1) și șuruburile autofiletante care leagă placa de montantul de capăt și de talpă. Blocul de text se află departe de intersecția X, sub lanțul de cote, în triunghiul superior dintre cele două contravântuiri: mai întâi rândurile contravântuirii și ale legăturii de capăt, apoi rândurile montantului, tălpii și ancorajului.
Figura 11 – Proiectarea finală, W105 (nivelul 1) și dedesubt WZ05: contravântuiri în X, plăci de colț, blocul de text
Figura 12 – W105, colțul stâng de jos: placă de colț de 2 mm, model de 6×2 șuruburi autofiletante, în placă 8 șuruburi autofiletante spre montant și 6 spre talpă; HD în spatele plăcii (întrerupt)
HD și placa de colț: Ancorajul de întindere (HD) este legat de montantul de capăt; deoarece se suprapune cu placa de colț, partea rămasă în spatele plăcii se desenează cu linie întreruptă, iar textul „HD” se află deasupra plăcii. Dimensiunea plăcii și amplasarea modelului sunt convenții de desen (brațul plăcii cuprinde modelul și distanța la capătul plăcii, nu depășește 45 % din travee); detaliul de execuție îl stabilește inginerul responsabil.
11.3 Vederea unei proiectări insuficiente
Dacă, la ultima analiză, forța din contravântuire / condiția secțiunii nete sau o verigă a îmbinării este insuficientă sau îmbinarea este mai slabă decât contravântuirea, contravântuirea, modelul și rândurile de text respective se desenează în stratul HafifCelikYetersiz (roșu). În proiectarea inițială (fără placă, model 6×2, p = e1 = 15 mm; secțiune netă și rupere în bloc insuficiente, Capitolul 5), contravântuirile și îmbinarea sunt roșii; roșii sunt și talpa inferioară și cea superioară (forța din colț D·V/nb).
Figura 13 – Proiectarea inițială, W105: contravântuirea, îmbinarea și tălpile insuficiente în stratul roșu
Tabelul 7 – Straturile desenului
| Strat | Culoare | Conținut |
|---|---|---|
| HafifCelikCapraz | verde | banda contravântuirii, linia de față și X în plan, textul contravântuirii |
| HafifCelikBaglanti | magenta | placa de colț, modelul de la capăt, șuruburile plăcii, HD, ancorajele de forfecare, textul îmbinării |
| HafifCelikDikme | albastru | montanți, tălpi, bridging, lanțul de cote |
| HafifCelikYetersiz | roșu | elementele insuficiente la ultima analiză |
12. De reținut și limite cunoscute
- Înălțimea panoului: la geometria contravântuirii se ia h = lungimea montantului (înălțimea de nivel − înălțimea centurii de deasupra peretelui; în acest exemplu 2,80 − 0,20 = 2,60 m); este aceeași cu înălțimea cadrului desenat în vederea pe axe. Condiția h/l a panourilor placate se verifică cu înălțimea de nivel.
- Îmbinarea cu bandă întinsă (TBDY 10.4.3(b)) și pretensionarea benzii nu pot fi verificate de program; trebuie asigurate în detaliul de șantier.
- Îmbinarea sudată nu se calculează (HCBTİE Capitolul 8 cuprinde îmbinările cu șuruburi autofiletante / cu șuruburi).
- Compresiunea plăcii de colț (ÇYTHYE 13.4.4) se verifică numai la contravântuirea cu profil; dacă lungimea liberă de compresiune a plăcii nu se introduce, se ia 50 mm.
- Colțul inferior și cel superior se consideră cu același detaliu. Forța plăcii se descompune în D·F·sin θ spre montant și D·F·cos θ spre talpă (punctul de lucru în colț).
- Dacă se folosește bandă pe o singură față, la montantul de capăt se adaugă momentul de excentricitate T·e (TBDY 10.4.3(a)); în acest exemplu s-au folosit două fețe.
- Dacă datele de detaliu ale bridging-ului (t bridging, șurub autofiletant) nu se introduc, îmbinarea bridging-ului nu se verifică; se dă un rând informativ.