Нормативные условия, анкеровка и фундамент зданий из лёгкой стали

В этой статье описаны нормативные правила, дополняющие проверки панелей и стоек в зданиях из лёгкой стали: вычисление и распределение сейсмической нагрузки, доля панелей с гипсокартоном, конструктивные условия, анкеровка панелей и фундаменты. О проектировании панелей и стоек см. статью Проектирование панелей и стоек из лёгкой стали.

1. Сейсмическая нагрузка: эквивалентная сейсмическая нагрузка и T = 0,2 с (TBDY 10.2.6.1)

к сведению

Согласно TBDY 10.2.6.1 при сейсмическом расчёте зданий из лёгкой стали применяется метод эквивалентной сейсмической нагрузки, а упругое проектное спектральное ускорение определяется при T = 0,2 с. Когда тип здания — «лёгкая сталь», программа вычисляет спектральное ускорение, коэффициент уменьшения сейсмической нагрузки и связанные величины при T = 0,2 с; вычисленный период носит лишь справочный характер.

• Если в качестве метода сейсмического расчёта выбран метод на основе суперпозиции форм, выдаётся предупреждение «TBDY 10.2.6.1» и ошибка контрольного списка проекта (формы вычисляются со своими периодами). То же предупреждение выдаётся при использовании модальных результатов SAP2000.
• Вычисление коэффициента уменьшения сейсмической нагрузки также при T = 0,2 с идёт в запас: если вычисленный период больше 0,2 с, коэффициент уменьшения получается меньше, а сейсмическая нагрузка — больше.

2. Жёсткость панелей пропорциональна несущей способности (TBDY 10.2.6.1)

Согласно нормам, сейсмическая нагрузка распределяется между панелями из лёгкой стали в соответствии с их несущей способностью и положением в плане. Когда распределение поперечной силы выполняется методом конечных элементов, программа делает плоскостную жёсткость каждой стены из лёгкой стали пропорциональной сдвиговой прочности панели: панели с обшивкой из OSB, фанеры или листа получают больше поперечной силы, чем панели с гипсокартоном. Суммарная жёсткость лёгкой стали на этаже не меняется (поперечные силы в основании и на этаже остаются прежними).

• Когда применяется? Если в Общих настройках проекта для выбора Распределение нагрузки на стены в деревянных зданиях и зданиях из лёгкой стали (тип жёсткости панелей) задано «По несущей способности» (по умолчанию) и стены моделируются стержневыми элементами. При классическом распределении поперечной силы она и так распределяется по несущей способности. Выбор сохраняется вместе с проектом; старые проекты, не содержащие этих данных, открываются с вариантом «По несущей способности».
• Меняется только плоскостная боковая жёсткость; осевая и внеплоскостная жёсткость и распределение вертикальной нагрузки остаются прежними. На этаже с однотипной обшивкой коэффициент ≈ 1.
• Панель, не участвующая в восприятии сдвига (h/l > 4 или l < 0,30 м), и панель без обшивки на обеих сторонах на практике поперечной силы не получают; если поперечная сила по расчёту меньше одной тысячной от поперечной силы панелей этажа в том же направлении, панель не считается «недостаточной», а в отчёте указывается «ihmal edildi, panel yalnız düşey yük için tasarlandı» (пренебрежено, панель рассчитана только на вертикальную нагрузку); если одна тысячная превышена, выдаётся ошибка. Если в одном направлении не остаётся ни одной панели со сдвиговой несущей способностью, расчёт дополнительно выдаёт ошибку по этажу и направлению (см. Проектирование панелей и стоек из лёгкой стали, раздел 3.2).
• Короткие панели между дверными/оконными проёмами в расчёте могут получать поперечную силу ниже своей доли несущей способности. При определении усилий в панели, краевой стойке и анкеровке программа повышает сейсмическую поперечную силу и момент каждой панели как минимум до её доли несущей способности; в отчёте указывается «kapasite payı tabanıyla ×r büyütüldü» (увеличено в ×r раз по нижней границе доли несущей способности) (в запас).
• В модели стены из оболочечных элементов такое масштабирование не выполняется; для распределения по несущей способности используйте стержневую модель стены или классическое распределение поперечной силы.

3. Сейсмическая доля панелей с гипсокартоном (TBDY 10.2.7.2)

к сведению

Согласно нормам, панели с гипсокартоном не могут в одиночку воспринимать сейсмическое воздействие. Для каждого этажа из лёгкой стали и каждого направления (X/Y) программа вычисляет долю гипсокартона в сдвиговой прочности панелей и сравнивает её с пределом Табл. 10.3 TBDY: в 1-этажном здании 80 %; в 2-этажном на верхнем этаже 80 %, на нижнем 60 %; в 3-этажном сверху вниз 80 % / 60 % / 40 %.

• Какая сторона считается гипсокартоном? Если тип обшивки на вкладке «Панель лёгкой стали» — «Гипсокартон», это гипсокартон; если OSB, Фанера или Пользовательский kφ — нет. Если тип «Не определён», гипсокартоном считается сторона со сдвиговой прочностью vc ≤ 3,4 кН/м. По умолчанию для новых стен принимается OSB 11 мм (vc = 10,2 кН/м); панели старых проектов с неопределённым типом и 2,7 кН/м считаются гипсокартонными. Панель без обшивки на обеих сторонах в расчёт доли гипсокартона не входит.
• Смешанная обшивка: если две стороны работают совместно (2·меньшая ≥ большая), каждая сторона воспринимает половину усилия; если определяющей в одиночку является большая сторона, доли у гипсокартона нет.
• Если предел превышен: в предупреждениях расчёта и в контрольном списке проекта появляется ошибка «alçı levha payı» (доля гипсокартона). Решение: применить OSB, фанеру или листовую обшивку в части панелей в этом направлении (введя vc и тип обшивки).

4. Конструктивные условия главы 6 и Табл. 1.2 HCBTİE

После расчёта в панелях из лёгкой стали проверяются следующие условия; нарушения отображаются в предупреждениях расчёта (с названиями соответствующих стен), в контрольном списке проекта и в сноске отчёта по стойкам. Расчёт несущей способности не меняется.

• Шаг стоек ≤ 625 мм (при превышении обшивка не может считаться несущей: сдвиговая несущая способность панели и kφ недействительны).
• Несущая стойка — сечение C/Σ, толщина стенки ≥ 0,9 мм (для здания выше 10,5 м ≥ 2 мм), стенка ≥ 70 мм, отгиб ≥ 9 мм.
• Если высота стойки / высота стенки > 50, на середине высоты необходимо предусмотреть ряд распорок (предупреждение; для панели с заданными распорками не выдаётся, см. раздел 6 этой статьи).
• Панель при h/l > 4 или l < 30 см: в сдвиговой несущей способности панели не участвует; при 2 ≤ h/l ≤ 4: уменьшение 2l/h (информация).
• Для типа здания из лёгкой стали R не может превышать 3 при ограниченной пластичности и 4 при высокой пластичности; D = 2; высота здания не может превышать предел 7 / 10,5 / 14 м в зависимости от класса сейсмического проектирования и уровня пластичности (HCBTİE Табл. 1.2).
• Примечание к отчёту дополнительно напоминает, что полки панелей должны быть U/C и t ≥ 0,8 мм, а нагрузки от навесных шкафов на стену принимаются не менее 0,5 кН/м.

5. Анкеровка и соединения панелей (HCBTİE, глава 8, TBDY 10.4.1.1)

В окне Свойства стены рядом с вкладкой «Панель лёгкой стали» находится вкладка Анкеровка лёгкой стали (отображается только для стен-панелей из лёгкой стали).

• Анкер на растяжение (от отрыва): расчётная прочность устройства и прочность анкерного стержня/бетона/соединения с этажом (значения производителя или ETA), число саморезов устройство–стойка (0 = программа вычисляет необходимое число), диаметр самореза, толщина листа устройства и его прочность на разрыв, прочность тела самореза на срез.
• Анкер на срез: тип соединения (болт: фундамент/бетон; саморез: перекрытие этажа), количество (0 = по шагу) и шаг, диаметр, класс болта (4.6–10.9), прочность бетона или нижнего элемента на один анкер, толщина нижней полки и для соединения на саморезах толщина нижнего элемента. Если на вкладке Полка лёгкой стали выбран профиль нижней полки, толщина берётся из этого профиля (см. раздел 6 этой статьи).

По завершении расчёта для каждой панели вычисляются: усилие отрыва на конец (увеличенное коэффициентом D, с определяющим сочетанием), отношения для устройства / стержня–бетона / самореза / растяжения стойки, срез на анкер, отношения по болту / смятию / бетону и отношение по сдвигу панели (TBDY 10.3.2.1). Прочность устройства — это расчётное значение выбранного метода проектирования; прочности анкерного стержня/бетона и бетона на срез вводятся как расчётные значения YDKT в обоих методах. Недостаточные элементы отображаются в предупреждениях расчёта и контрольном списке проекта, а невведённые прочности — в сводном информационном предупреждении. В отчёте по стойкам приводятся строки требуемого усилия анкера на растяжение, несущей способности на растяжение, анкера на срез, сдвига панели и допущений.

6. Нижняя и верхняя полки панелей и распорки (TBDY 10.3.1.3, 10.3.1.4, 10.4.1.1(a); HCBTİE, глава 6)

В окне Свойства стены рядом с вкладкой Анкеровка лёгкой стали находится вкладка Полка лёгкой стали (отображается только в редакции Ultimate). Незаполненное или равное 0 поле считается невведённым, и используется значение по умолчанию:

• Профиль нижней / верхней полки: из каталога выбирается U, C или C+. Если не выбран, автоматически берётся профиль U, ближайший к стойке по высоте стенки, с толщиной стенки полки со вкладки анкеровки (если она не введена — с толщиной стенки стойки), и в отчёте указывается «otomatik» (автоматически). Рекомендуется выбрать реальный профиль полки: толщина стенки выбранного профиля используется также в проверках анкера на срез (смятие болта, соединение с этажом на саморезах) и самореза соединения перекрытие–верхняя полка; толщина нижней полки на вкладке анкеровки при этом не учитывается.
• Сдвоенная верхняя полка: две верхние полки; прочности на растяжение и сжатие принимаются удвоенными.
• Первое соединение у края e1 (мм): расстояние до ближайшего к краю панели анкера на срез (в верхней полке — самореза крепления перекрытия); 0 = a/2.
• Распорка: число рядов распорок (0–3), толщина стенки распорки t, ширина ленты b, диаметр самореза d (No.8 = 4,17 мм), число саморезов на соединение, длина ушка, расстояние саморезов до края и шаг саморезов (мм).
• Длинная сторона обшивки: вертикальная или горизонтальная. При горизонтальном расположении необходима горизонтальная распорка, передающая сдвиг внутрь панели (TBDY 10.3.1.4).

При множественном выборе поля, значения которых в выбранных стенах различаются, отображаются пустыми (в поле нет выбора, флажок серый) и при нажатии «ОК» не изменяются.

При расчёте проверяется следующее:

• Нижняя полка: N = v·max(a/2; e1), v = Vd/L (сдвиг, увеличенный на D, из таблицы анкеров панели); прочность на растяжение (HCBTİE 4.4, сечение нетто за вычетом отверстия под болт) и прочность на сжатие (EGM). Значение a берётся из числа или шага анкеров на срез; если они не введены — из требуемого числа анкеров.
• Верхняя полка: внутрипанельная осевая сила (с шагом соединения с перекрытием) и, если стена находится на линии диафрагмы перекрытия из лёгкой стали, усилие коллектора (наибольшая осевая сила линии + внутрипанельное усилие).
• Распорка: детали HCBTİE 6 (a)–(f); усилие раскрепления F = 0,02·P (в стене без обшивки накапливается вдоль стоек); соединительный саморез (TBDY 10.3.4) и растяжение ленты (если введена ширина; если нет — указывается требуемая площадь).
• TBDY 10.3.1.3 и 10.3.1.4: полка должна быть сечения U или C и иметь t ≥ 0,8 мм; при горизонтальной обшивке должна быть распорка. Если высота стенки полки отличается от стенки стойки более чем на 10 мм (стойка не входит в полку) и если толщина стенки полки меньше толщины стенки стойки, выдаётся информация. В панели с заданной распоркой предупреждение h/d > 50 не выдаётся.

В стойках без обшивки n рядов распорок снижают расчётную длину по слабой оси и кручению до h/(n+1). Результаты отображаются в строках ALT / ÜST BAŞLIK (нижняя / верхняя полка) и KUŞAK (распорка) отчёта по стойкам. Зависимости см. в статье Теоретические основы проектирования лёгкой стали.

7. Фундаменты: усилия, увеличенные коэффициентом D (TBDY 10.4.1.2)

В здании из лёгкой стали фундаменты рассчитываются с внутренними сейсмическими усилиями, увеличенными коэффициентом перепрочности D (для лёгкой стали 2). Программа применяет это при выборе варианта «Метод конечных элементов — совместный расчёт сооружения и фундамента»:

• при проектировании ленточных фундаментов на изгиб, осевое усилие, сдвиг и кручение,
• при определении напряжений в грунте под ленточным фундаментом,
• для плитного фундамента (радье).

осторожно

Если выбран вариант «Жёсткое допущение — классический расчёт», расчёт фундамента выполняется только на вертикальные нагрузки, и расчёт выдаёт ошибку; в Общих настройках проекта выберите «Метод конечных элементов — совместный расчёт сооружения и фундамента». В пользовательских сочетаниях нагрузок D применяется только к сдвигу и кручению, и выдаётся предупреждение; используйте сочетания программы. В контрольном списке проекта появляется информационная строка «TBDY2018 M.10.4.1.2».

8. Часто задаваемые вопросы

На каждом этаже из лёгкой стали появляется ошибка «alçı levha payı» (доля гипсокартона). Обшивка панелей считается гипсокартоном. Согласно TBDY 10.2.7.2 панели с гипсокартоном не могут в одиночку воспринимать сейсмическое воздействие; в каждом направлении введите для части панелей обшивку из OSB, фанеры или листа (vc и тип обшивки).

В решении методом конечных элементов поперечная сила в панелях OSB возросла, а в панелях с гипсокартоном уменьшилась. Согласно TBDY 10.2.6.1 жёсткости панелей пропорциональны несущей способности; суммарная поперечная сила этажа не меняется. Если отношение по сдвигу панели OSB недостаточно, уменьшите шаг саморезов или усильте обшивку.

Арматура фундамента или напряжение в грунте здания из лёгкой стали больше ожидаемого. Согласно TBDY 10.4.1.2 внутренние усилия фундамента увеличиваются на D (2); это увеличение применяется к изгибу, осевому усилию, сдвигу, кручению и напряжению в грунте для ленточного фундамента и радье.

Я получаю ошибку «TBDY 10.4.1.2 (temel)» (фундамент). Расчёт фундамента выполняется методом «Жёсткое допущение — классический расчёт» и не включает сейсмическое воздействие. В Общих настройках проекта выберите «Метод конечных элементов — совместный расчёт сооружения и фундамента».

Почему сейсмическая нагрузка в здании из лёгкой стали не зависит от вычисленного периода? Согласно TBDY 10.2.6.1 спектральное ускорение вычисляется при T = 0,2 с. Метод сейсмического расчёта должен быть методом эквивалентной сейсмической нагрузки; при выборе суперпозиции форм выдаётся предупреждение.