Перейти к основному содержимому

Проектирование балок и колонн из лёгкой стали

Независимо от стоек панелей, пояс (балка) или вертикальный пояс (колонна) модели можно проектировать сечением из лёгкой стали. Расчёт выполняется по огибающим усилиям элемента из метода конечных элементов (M3, V2, N; для колонны дополнительно M2) методом эффективной ширины (EGM) — это аналог процесса для стальных балок и колонн применительно к лёгкой стали. О проектировании панелей см. статью Проектирование панелей и стоек из лёгкой стали.

к сведению

В каких редакциях? Расчёты лёгкой стали доступны в редакции StatiCAD Ultimate.

1. Назначение сечения​

  1. В окне Свойства пояса (вертикального пояса) в поле Тип элемента отметьте вариант «Лёгкая сталь» (рядом с вариантами «Дерево» и «Сталь»).
  2. Для сечения откройте окно Заводской профиль, в разделе Cold Formed выберите категорию C, Z, U, C+, Sigma или Sigma+. 527 профилей из предустановленных таблиц перечислены в виде «CC C200x80x16x2», «ZZ Z200x60x15x2», «UU U200x94x4», «CPLUS C+200-89x25x15x4», «SIGMA S200-50x67x16x2», «SIGMAPLUS S+200-55x95x25x15x4».
  3. Выберите профиль и нажмите Назначить; чертёж сечения (реальный контур), характеристики брутто (каталожные A, Ix, Iy) и крутильные величины подставляются автоматически. В качестве материала назначается класс стали (например, S235, S355); Fy и E считываются из этого материала.
  4. Запустите расчёт; результаты отображаются в списке предупреждений расчёта и в отчёте.

2. Сочетания нагрузок​

Усилия принимаются по сочетаниям программы и дополнительно по сочетаниям HCBTİE 4.3.1 — YDKT: 1,4G; 1,2G + 1,6Q + 0,5S; 1,2G + 1,6S + 1,0Q; при наличии ветра 1,2G + 1,0Q + 0,5S + 1,6W и 0,9G + 1,6W; GKT: соответствующие сочетания ASCE 7. Благодаря этому коэффициенты вертикальных сочетаний проекта (по умолчанию 1,0G + 1,0Q) не оказываются недостаточными для элементов из лёгкой стали. В отчёте указывается название определяющего сочетания; пометка «[1.2G+1.0Q]» или «[GKT]» показывает, что коэффициенты сочетания программы преобразованы в соответствии с методом.

примечание

В списке сочетаний TBDY нет ветрового загружения: чтобы ветер учитывался при проектировании балок и колонн, необходимо выбрать определённые загружения и сочетания (иначе выдаётся предупреждение). Прогиб балки вычисляется по эксплуатационным сочетаниям без коэффициентов (G + Q, G + S). Метод проектирования (YDKT/GKT) берётся из той же настройки проекта, что и для стоек панелей.

3. Проверки​

ЭлементУсилия (огибающая расчёта)Расчётные длиныПроверки
БалкаM3, V2, NLx = пролёт; длина без бокового раскрепления зависит от знака момента: Lb+ = длина элемента или введённое пользователем Le (если верхний пояс связан с обшивкой, при положительном моменте потери устойчивости плоской формы изгиба нет), Lb− = шаг раскрепления нижнего пояса (если не введён — Lb+); Cb по эпюре моментов (для консоли и при Lb < L равен 1)M+/Md+ и M−/Md− с учётом знака, V/Vd, P/Pd + M/Md (ур. 4.8.4), одновременный изгиб + сдвиг (ур. 4.8.5/4.8.6, в знаменателе Mdlo), смятие стенки на опоре (4.8.3), необходимость рёбер жёсткости по 7.4, прогиб L/K и прогиб только от временной нагрузки L/250 (Таблица 7.1), вибрация (7.5)
КолоннаN, M3, M2, V2KLx = KLy = высота этажа (K = 1) или значение, введённое пользователемN/Pd, P/Pd + Mx/Md,x + My/Md,y (ур. 4.8.4), V/Vd, предупреждение KL/r > 200; для растянутой колонны T/Td (ур. 4.8.1/4.8.2)
  • Прочность при изгибе — наименьшая из строк общей (изгибно-крутильной), местной и дисторсионной потери устойчивости; прочность при сжатии определяется аналогично.
  • Для колонны изгибная несущая способность относительно слабой оси вычисляется по эффективному сечению отдельно для двух направлений.
  • Достаточность краевого элемента жёсткости (отгиба) проверяется по HCBTİE 4.9.3; при наличии уменьшения оно указывается в сноске отчёта.
  • Сечения, не удовлетворяющие условиям главы 3 HCBTİE (например, при отношении отгиб/полка < 0,20 отгиб не учитывается), отмечаются в сноске отчёта.
  • О специфичных для балки перекрытия исходных данных (связь с обшивкой, шаг раскрепления нижнего пояса, форма опоры, длина опирания, ребро жёсткости, связи) и подробностях проверок см. статью Перекрытие из лёгкой стали: балки перекрытия и диафрагма.
  • Сечение Z рассчитывается как прогон/балка, изгибаемая относительно оси, перпендикулярной стенке; в сечении U отгиба нет, поэтому полки принимаются как не усиленные элементы, и дисторсионная строка не формируется; в сечениях C+ и Sigma+ обратный загиб на конце отгиба учитывается как часть краевого элемента жёсткости.

4. Вращательное защемление обшивки​

В балках и колоннах также можно учесть вращательное защемление полки обшивкой (kφ): в свойствах элемента (для балки — вкладка «Дерево2», для колонны — вкладка «Дерево») в поле «Лёгкая сталь: вращательное защемление обшивки» вводятся тип обшивки, шаг элементов, изгибная жёсткость листа, шаг саморезов и при необходимости пользовательское значение kφ.

  • Принимается, что введённая обшивка присутствует на обеих полках; для элементов, у которых обшита только одна полка, оставьте «Не определён».
  • Для краевых элементов, у которых лист находится только с одной стороны (например, краевая балка перекрытия), вводите половину изгибной жёсткости листа.
  • Условия: шаг саморезов ≤ 305 мм и шаг элементов ≤ 625 мм; в противном случае принимается kφ = 0, а причина указывается в отчёте.

5. Отчёты​

Если в проекте есть балки или колонны из лёгкой стали, в группе Отчёты по элементам лёгкой стали отображаются страницы Проектирование балок из лёгкой стали (EGM) и Проектирование колонн из лёгкой стали (EGM): название элемента и сечение, геометрия (L, Lb / KL, гибкость, A, I), метод и материал, усилия и определяющие сочетания, изгиб (общая / местная / дисторсионная → Md; для балки положительный и отрицательный моменты раздельно), сдвиг, взаимодействие осевого усилия и изгиба, для балки — прогиб, строки смятия стенки, ребра жёсткости стенки и вибрации, для колонны — строки сжатия и примечание о допущениях.

6. Библиотека предустановленных профилей лёгкой стали​

Профили считываются из файла HafifCelikProfil.txt в папке установки. Таблица содержит 527 предустановленных сечений лёгкой стали: C (89), Z (90), U (88), C+ (87), Sigma (90), Sigma+ (83); высота 100–400 мм, толщина стенки 1,0–4,0 мм.

В каждой строке указаны код типа (1 = C, 2 = Z, 3 = U, 5 = Sigma, 8 = C+, 9 = Sigma+), полная геометрия (H, A, B, C1, C2, D — обратный загиб, E, F, G, T, R) и каталожные характеристики сечения (масса, A, Ix, Wx, ix, Iy, Wy, iy, ex, ey). В списке стоек панелей предлагаются только сечения C, C+, Sigma и Sigma+. При проектировании A, Ix, Iy брутто берутся из каталожных столбцов; столбцы геометрии используются при расчёте эффективной ширины, кручения и дисторсионной потери устойчивости.

к сведению

Добавление собственных профилей: файл имеет простой текстовый формат; строки, начинающиеся с #, являются комментариями. Свои профили можно добавлять с тем же порядком столбцов (геометрия в мм, характеристики сечения в единицах см, десятичный разделитель — точка). Если каталожные столбцы оставить пустыми или равными 0, характеристики вычисляются по геометрии (модель с острыми углами, на несколько процентов выше).

# Tip|Ad|H|A|B|C1|C2|D|E|F|G|T|R|Agirlik_kgm|Alan_cm2|Ix_cm4|Wx_cm3|ix_cm|Iy_cm4|Wy_cm3|iy_cm|ex_cm|ey_cm
1|C200x80x16x2|200|80|80|16|16|0|0|0|0|2|3|5.9|7.51|471.93|47.19|7.91|60.29|10.51|2.83|2.26|0
5|S200-50x67x16x2|200|67|67|16|16|0|50|15|25|2|3|5.89|7.5|430.94|43.09|7.55|32.56|7.46|2.08|2.34|0

7. Область применения и допущения​

  • Рассчитываются только сечения из таблицы предустановленных профилей (HafifCelikProfil.txt); если назначено сечение, которого нет в библиотеке, расчёт помечается как недостаточный с примечанием «kütüphanede yok» (отсутствует в библиотеке).
  • Расчёт балки основан на допущении, что нагрузка проходит через центр сдвига или что кручение ограничено связями (HCBTİE, глава 5). В балках C, U и C+ при отсутствии эффективной связи обеих полок с обшивкой необходимо предусмотреть дополнительные крутильные связи.
  • Сечение Z рассчитывается только на изгиб относительно оси, перпендикулярной стенке; изгиб относительно главной оси и двухосное поведение без боковых закреплений не моделируются.
  • Для растяжения колонны площадь нетто принимается равной площади брутто; отверстия под саморезы и болты, а также прочность соединения необходимо проверять отдельно.
  • Искусственное (композитное) осевое усилие, возникающее одновременно из-за смещения оси балки и жёсткого диска, при проектировании балки из лёгкой стали вычитается из осевой силы (см. Перекрытие из лёгкой стали: балки перекрытия и диафрагма).

8. Часто задаваемые вопросы​

Я получаю предупреждение «… hafif çelik kiriş/kolon hesabı yapılamadı: kesit kütüphanede yok» (расчёт балки/колонны из лёгкой стали не выполнен: сечения нет в библиотеке). Элементу назначено сечение не из таблицы предустановленных профилей. Выберите сечение из категории C, Z, U, C+, Sigma или Sigma+ в разделе Заводской профиль → Cold Formed.

Я получаю предупреждение «… hafif çelik kiriş yetersiz (M/Md=… V/Vd=… sehim=…)» (балка из лёгкой стали недостаточна). Увеличьте сечение или пересмотрите данные боковых закреплений (Le). Если у балки перекрытия верхний пояс непрерывно связан с обшивкой, отметьте это на вкладке Лёгкая сталь; при положительном моменте потеря устойчивости плоской формы изгиба исключается.

В отчёте по профилю U в дисторсионных строках указано «yok» (нет). Для сечения U без отгиба строка дисторсионной потери устойчивости не применяется; эти строки относятся к полкам с краевыми элементами жёсткости.

В колонне появляется строка «Çekme» (растяжение). Колонна испытывает растяжение хотя бы в одном сочетании. Прочность на растяжение вычисляется при допущении «площадь нетто = площадь брутто»; отверстия и прочность соединения необходимо проверять отдельно.