Проектирование панелей и стоек из лёгкой стали

В этой статье описано использование модуля стеновых панелей из лёгкой (холодногнутой) стали в StatiCAD. Модуль выполняет две основные проверки: сдвиговую несущую способность обшивки панели (TBDY 2018) и проверку стоек каркаса панели на осевое сжатие совместно с изгибом от ветра из плоскости (метод эффективной ширины — EGM по схеме главы 4 HCBTİE; YDKT или GKT). Усилия берутся из результатов расчёта программы; результаты выводятся в предупреждениях расчёта и в расчётных отчётах на турецком/английском языках.

Связанные статьи: Проектирование балок и колонн из лёгкой стали, Нормативные условия, анкеровка и фундамент, Теоретические основы, Верификация.

к сведению

В каких редакциях? Расчёты лёгкой стали доступны в редакции StatiCAD Ultimate. Данные панелей сохраняются вместе с проектом в любой редакции.

1. Общий порядок работы

1. Начертите стену обычным образом и откройте окно Свойства стены.
2. В качестве типа проектирования отметьте вариант «Панель из лёгкой стали».
3. На вкладке Панель лёгкой стали введите данные обшивки и стоек (раздел 2) и сохраните кнопкой ОК.
4. Для панелей наружного фасада отметьте подходящий флажок краевой оси в окне Свойства стены (На верхней/нижней/левой/правой краевой оси); ветровой изгиб вычисляется только для таких стен (раздел 5).
5. В Общих настройках проекта проверьте метод проектирования (YDKT/GKT), скоростной напор ветра и предельный прогиб стойки (разделы 5 и 6).
6. Запустите расчёт. Сдвиговая несущая способность панели и проверки стоек вычисляются автоматически в ходе расчёта; недостаточные элементы отображаются в списке предупреждений по завершении расчёта (раздел 8).
7. В дереве на вкладке «Отчёт» окна Выбор отчётов отметьте группу «Отчёты по элементам лёгкой стали» и её подотчёты и сформируйте отчёт (раздел 9).

2. Данные вкладки «Панель лёгкой стали»

Параметр	Описание	Значение по умолчанию
Обшивка левой/верхней стороны панели есть	Есть ли обшивочный лист на левой (верхней) стороне панели	Есть
Обшивка правой/нижней стороны панели есть	Есть ли обшивочный лист на правой (нижней) стороне панели	Есть
vc,лев, vc,прав (кН/м)	Характеристическая сдвиговая прочность обшивки на единицу длины (по типу листа, диаметру и шагу саморезов; пояснение на вкладке даёт типичные значения Табл. 10.5 TBDY)	10,2 (OSB 11 мм)
Профиль стойки (C / Sigma)	Холодногнутое сечение, применяемое для стоек панели; список заполняется из таблицы профилей, поставляемой при установке	Пусто (выбирает пользователь)
Шаг стоек s (мм)	Расстояние между осями промежуточных стоек	600
Число краевых стоек n	Число стоек на каждом конце панели; опрокидывающее усилие распределяется между этими стойками	2

примечание

Старые файлы проектов, не содержащие этих данных, открываются без изменений; поля заполняются значениями по умолчанию.

3. Сдвиговая несущая способность панели (TBDY 2018)

Для каждой панели из лёгкой стали вычисляется сдвиговая несущая способность обшитых сторон:

к сведению

Vc = 0,6 · vc · L (L: длина стены)

• В диапазоне 2 ≤ h/L ≤ 4 несущая способность уменьшается коэффициентом 2L/h; при h/L > 4 или L < 0,30 м панель в сдвиговой несущей способности не участвует.
• Если обшита одна сторона, принимается несущая способность этой стороны; если обшиты обе стороны, при одинаковой обшивке берётся сумма, при разной применяется правило max(2·меньшая, большая).

Результат учитывается как горизонтальная несущая способность панели при распределении поэтажной поперечной силы и приводится в отчёте по каждой панели.

4. Проверка стоек (EGM — HCBTİE, глава 4)

4.1 Требуемые усилия

Для каждой панели расчёт строит огибающую плоскостной поперечной силы (V) и вертикального осевого усилия (N) стены по всем сочетаниям нагрузок; название определяющего сочетания приводится в отчёте. Усилия в стойках получают из этой огибающей:

Элемент	Осевое усилие	Описание
Промежуточная стойка	Nпром = N · s / L	Доля вертикальной нагрузки по грузовой площади
Краевая стойка	Nкраев = max[ N·(s/2)/L + (V·h/L)/n ; Cd ]	Доля по грузовой площади + доля концевого усилия от опрокидывающего момента, делённого на число краевых стоек. Cd — то же распределение, увеличенное коэффициентом перепрочности D для сейсмического воздействия и вычисленное по каждому сочетанию (TBDY 10.4.1.1(a)); определяющим является большее значение. В отчёте рядом с усилием указывается «(D ile)» (с коэффициентом D) или «(zarf)» (огибающая).

4.2 Несущая способность

Для выбранного сечения методом EGM определяется несущая способность на осевое сжатие (Pd): определяющей является наименьшая из строк местной потери устойчивости (эффективные ширины), дисторсионной потери устойчивости и изгибно-крутильной (глобальной) потери устойчивости. Расчётные длины:

• Сильная ось: Lx = высота панели h.
• Если обшита хотя бы одна сторона, для слабой оси и кручения принимается Ly = Lz = шаг стоек s, а потеря устойчивости при изгибно-крутильной форме считается раскреплённой; без обшивки Ly = Lz = h.

Характеристики брутто сечения (A, Ix, Iy) — каталожные значения производителя из таблицы профилей; константа кручения, центр изгиба и секториальная константа автоматически вычисляются по геометрии сечения. В обшитых панелях определяющей чаще всего оказывается строка дисторсионной потери устойчивости; критическое дисторсионное напряжение определяется общим методом по HCBTİE 4.10.3.3 или, если выбрано, методом конечных полос (см. Теоретические основы).

Для каждой панели краевая и промежуточная стойки проверяются отдельными строками. Вычисляются два отношения, и большее из них служит определяющим для вывода Yeterli / YETERSİZ (достаточно / недостаточно):

• Осевое отношение = PEd/Pd (огибающая всех сочетаний нагрузок),
• Отношение для сочетания с ветром = P/Pd + M/Md (только для наружных стен; HCBTİE ур. 4.8.4).

5. Ветровой изгиб из плоскости и прогиб

Стойки стен с отмеченной краевой осью (наружных) под действием ветрового давления, перпендикулярного плоскости стены, изгибаются как простая балка:

• w = max(0,8 · q ; 0,5) кН/м² (0,8: коэффициент давления по TS 498; 0,5 кН/м²: нижний предел характеристической ветровой нагрузки по HCBTİE)
• M = γW · w · b · h² / 8 (b: для промежуточной стойки s, для краевой s/2; применяется увеличение по теории второго порядка)

q — это поле «Ветровая нагрузка» на вкладке Общие настройки проекта → Сочетания нагрузок; следует вводить значение по TS 498, соответствующее высоте здания (0–8 м: 0,5; 8–20 м: 0,8; 20–100 м: 1,1 кН/м²). Снеговая нагрузка с той же вкладки входит в осевое усилие сочетания с ветром. Сочетания с ветром — YDKT: 1,2G + 1,0Q + 0,5S + 1,6W и 1,2G + 1,6S + 0,8W; GKT: G + 0,75Q + 0,75S + 0,45W и G + 0,6W.

примечание

Если в проекте ни одна панель из лёгкой стали не отмечена как наружная стена, в списке предупреждений расчёта появляется строка об этом; ветровой изгиб не пропускается молча. Предупреждение выдаётся также, если q не введено или меньше значения TS 498, соответствующего высоте верхней отметки панели (q программой не изменяется).

Проверка прогиба: для стоек наружных стен вычисляется прогиб из плоскости от характеристического значения ветра и проверяется условие δ ≤ h/K. Прогиб вычисляется с эффективным моментом инерции сечения при эксплуатационном моменте (HCBTİE 4.9.5); для гибких сечений он может оказаться больше, чем при расчёте с моментом инерции брутто. K выбирается из списка Предельный прогиб стойки в поле «Метод проектирования элементов из лёгкой стали» на вкладке Общие настройки проекта → Выбор норм (h/120, h/200, h/240 по умолчанию, h/300, h/360). Поскольку HCBTİE не задаёт предела, специфичного для стоек, выбор должен выполняться инженером с учётом типа обшивки: при гибкой обшивке обычен h/120, при гипсокартонной или OSB — h/240, при штукатурной или керамической облицовке — h/360. Результат выводится в отчёте отдельной строкой «Прогиб» («Sehim»); при превышении стойка считается недостаточной.

6. Метод проектирования: YDKT / GKT

Выбирается в поле «Метод проектирования элементов из лёгкой стали» на вкладке Общие настройки проекта → Выбор норм (отображается, когда тип здания — лёгкая сталь или в проекте есть панели из лёгкой стали) и сохраняется вместе с проектом:

Вариант	Прочность	Сочетания нагрузок
YDKT (по умолчанию)	φc = 0,85, φb = 0,90 (HCBTİE)	Сочетания программы; в сочетаниях с сейсмическим воздействием вместо G принимается 1,2G; кроме того, вертикальные сочетания HCBTİE 4.3.1 (1,4G; 1,2G + 1,6Q + 0,5S; 1,2G + 1,6S + Q) формируются из чистых результатов G/Q/S и добавляются в огибающую.
GKT	Ωc = 1,80, Ωb = 1,67 (AISI S100)	Сочетания программы пересчитываются в аналоги GKT; кроме того, в огибающую добавляются G + Q, G + S, G + 0,75Q + 0,75S и вариант G + 0,7E сочетаний с сейсмическим воздействием.

осторожно

HCBTİE определяет только YDKT; вариант GKT предназначен для сравнения и предварительного подбора сечений. В официальных расчётах используйте YDKT. Старые проекты открываются с YDKT.

7. Вращательное защемление обшивки (kφ)

Обшивка из OSB или фанеры удерживает полки стойки от поворота и тем самым повышает прочность при дисторсионной потере устойчивости (HCBTİE 4.10.3.3, AISI S240). Если данные не введены, принимается kφ = 0.

• В поле «Вращательное защемление обшивки стойкой» на вкладке Свойства стены → Панель лёгкой стали для левой и правой сторон вводятся тип листа (Не определён / Гипсокартон / OSB / Фанера / Пользовательский kφ), изгибная жёсткость листа (0 = значение по умолчанию для типа), шаг саморезов и, только для «Пользовательский kφ», значение kφ. В расчёте используется меньшее из значений двух сторон: если одна из сторон — гипсокартон, не определена или без обшивки, то kφ = 0.
• Условия: шаг саморезов ≤ 305 мм и шаг стоек ≤ 625 мм; в противном случае принимается kφ = 0, а причина указывается в отчёте. Гипсокартон в расчёте прочности не учитывается.
• В отчёте в примечании к стойке указывается значение kφ для каждой стороны или причина нулевого значения и использованное значение.

8. Предупреждения расчёта

Предупреждение	Значение / что делать
«… hafif çelik panel dikme hesabı yapılamadı: Dikme profili seçilmedi» (расчёт стоек панели из лёгкой стали не выполнен: профиль стойки не выбран)	На вкладке панели не выбран профиль стойки. Выберите профиль на вкладке Свойства стены → Панель лёгкой стали.
«… hafif çelik panel KENAR/ARA dikmesi yetersiz (oran=…)» (КРАЕВАЯ/ПРОМЕЖУТОЧНАЯ стойка панели недостаточна)	Определяющее отношение соответствующей стойки превышает 1. Выберите более крупный или более толстый профиль, уменьшите шаг стоек или увеличьте число краевых стоек.
«Hafif çelik panellerde bina kenar aksı (dış duvar) işaretli duvar yok …» (в панелях из лёгкой стали нет стен с отмеченной краевой осью здания (наружных стен))	Ни одна панель не отмечена как наружная стена, поэтому ветровой изгиб не вычислялся. Отметьте флажки краевых осей для фасадных панелей.
«… hafif çelik panel dikme sehimi fazla (rüzgâr: sehim=… mm > h/K=… mm)» (прогиб стойки панели велик)	Прогиб стойки наружной стены из плоскости превышает выбранный предел. Выберите более жёсткий профиль, уменьшите шаг стоек или, если это допустимо для типа обшивки, пересмотрите предел.
«Rüzgâr basıncı q girilmemiş …» / «… TS 498 yükseklik kademesinin altında …» (ветровое давление q не введено / ниже ступени высоты по TS 498)	Введите значение Общие настройки проекта → Сочетания нагрузок → Ветровая нагрузка в соответствии с высотой здания.

9. Отчёты

В дереве Выбор отчётов → вкладка «Отчёт» есть группа «Отчёты по элементам лёгкой стали» (отображается, если в проекте есть панели из лёгкой стали):

• Проектирование панелей из лёгкой стали: по каждой панели — сведения об обшивке, данные h, L, vc и сдвиговая несущая способность обшивки.
• Проектирование стоек из лёгкой стали (EGM): по этажам и по панелям — название панели и профиль, геометрия (h, L, s, n), метод проектирования и ветровое давление, усилия огибающей (с названием определяющего сочетания), для краевой и промежуточной стоек — усилие, несущая способность, осевое отношение, определяющее отношение и статус; для наружных стен — строка сочетания с ветром и прогиб; строки анкеровки и сдвига панели; примечание о расчётных допущениях.
• Проектирование балок из лёгкой стали (EGM) и Проектирование колонн из лёгкой стали (EGM): если в проекте есть такие элементы (см. Проектирование балок и колонн из лёгкой стали).

Отчёты формируются на турецком или английском языке в зависимости от настройки языка программы; после завершения расчёта они создаются командой «Создать все выбранные отчёты» и могут быть экспортированы в PDF/DOCX.

10. Часто задаваемые вопросы

Сдвиговая несущая способность панели равна 0. Возможно, h/L > 4 или L < 0,30 м, либо обшивка не отмечена ни на одной из сторон. В старых проектах прочность обшивки может приходить со старым значением по умолчанию (2,7 кН/м); проверьте на вкладке.

Список профилей стоек пуст или показывает только профили Sigma. Профили загружаются из файла HafifCelikProfil.txt в папке установки (527 профилей). Если этот файл не найден, используется резервный HafifCelikSigma.txt (90 профилей Sigma); если нет и его, список остаётся пустым. Переустановите обновление.

В новой стене из лёгкой стали профиль стойки пуст. Профиль выбирает пользователь: Свойства стены → Панель лёгкой стали → Профиль стойки. Если он не выбран, расчёт выдаёт предупреждение.

В отчёте нет строки сочетания с ветром, указано «iç duvar» (внутренняя стена). Стена не отмечена ни одним из флажков краевых осей. Если это фасадная стена, отметьте нужную краевую ось в окне Свойства стены и повторите расчёт.

Рядом с усилием краевой стойки указано «(D ile)». Согласно TBDY 10.4.1.1(a) усилие краевой стойки вычисляется также по сейсмическим сочетаниям, увеличенным коэффициентом перепрочности D; в многоэтажном здании учитывается и опрокидывающий момент, накапливающийся с верхних этажей. Если отношение недостаточно, увеличьте число краевых стоек или их профиль.

В сноске отчёта есть примечание «Kenar rijitleştirici (HCBTİE 4.9.3)» (краевой элемент жёсткости). Отгиб (лип) недостаточен для полного закрепления полки; коэффициент потери устойчивости полки и эффективные ширины уменьшены в соответствии с нормами. При выборе более толстой стенки или профиля с более длинным отгибом уменьшение снижается.

Почему в обшитой панели определяющей строкой всегда оказывается дисторсионная потеря устойчивости? Обшивка ограничивает потерю устойчивости слабой оси и при кручении шагом стоек; в тонкостенных сечениях в этом случае наименьшую прочность обычно даёт дисторсионная потеря устойчивости. Ввод вращательного защемления обшивки (раздел 7) и вариант метода конечных полос (для сечений Sigma) дают более реалистичную оценку этой прочности.