Нагрузки от мостового крана, дополнительные сейсмические массы и различные R–D

В этой статье рассматриваются три темы, характерные для сборных промышленных зданий: дополнительные массы, участвующие в несущей системе только как сейсмическая масса, нагрузки от мостового крана и различные коэффициенты R и D для верхней и нижней частей в зданиях с промежуточным этажом. Порядок моделирования см. в статье Моделирование сборных конструкций.

1. Массы фасадных панелей и крана (дополнительная сейсмическая масса)

Для масс, которые должны участвовать в несущей системе не как вес, а только как сейсмическая масса, например для фасадных панелей, подвешенных к колоннам, или моста крана:

1. Выберите на плане колонны, на которые действует масса, и откройте окно Макросы → Добавить предопределённый узел.... При выборе параметра На оси выбранных стоек/колонн узел помещается на верхний конец колонны (отметка желоба) или на заданную абсолютную отметку Z (например, консоль крана); введите массу в тоннах (= кН·с²/м) в поле Дополнительная сейсмическая масса. Для точки вне колонны используйте параметр По координатам (X, Y, Z). Узлы отображаются на плане значком пустого квадрата.
2. Чтобы позже изменить значение, щёлкните значок узла правой кнопкой и откройте окно Свойства предопределённого узла; в поле Дополнительная сейсмическая масса на вкладке Общие введите массу в тоннах. На вкладке Силы этого же окна вводятся нагрузки узла (кН, кН·м; глобальные оси, Z вверх), на вкладке Общие — степени свободы опор.

При анализе узел привязывается к узлу конечного элемента с совпадающими координатами. Если узел находится в пределах высоты этажа колонны и внутри её сечения, колонна на этой отметке разделяется. Масса точки, которую не удалось привязать ни к одному узлу, входит только в сумму этажа и отмечается в списке предупреждений анализа.

к сведению

Дополнительная масса входит в сейсмическую массу этажа, на котором расположен joint, в матрицу масс модального анализа, в эквивалентную сейсмическую нагрузку, в показатель эффектов второго порядка и в отношения верхней/нижней частей. Поскольку она не является весом, к вертикальным нагрузкам и нагрузкам на фундамент она не добавляется. Привязка к этажу выполняется по отметке joint.

примечание

Если выбрано несколько joint и поле оставлено пустым, существующие значения сохраняются. Типичное применение: половина веса панели (доля, воспринимаемая верхним креплением) — на верх колонн на отметке желоба. Массу моста крана здесь отдельно не вводите: параметр Записать массу моста в окне крана делит полную массу моста (вес моста / g) поровну между консольными узлами колонн массы и записывает её (Раздел 2); если использовать оба способа вместе, масса будет учтена дважды.

2. Нагрузки от мостового крана

Окно Макросы → Нагрузки от мостового крана... по реакциям колёс рассчитывает расчётные усилия подкрановой балки и вертикальные и горизонтальные усилия, передаваемые на колонны; нагрузки крана записываются в модель отдельными предопределёнными загружениями. Программа решает эти загружения при анализе отдельно и сама формирует крановые сочетания (сочетания с нагрузками от крана). Окно не модальное: пока оно открыто, на плане можно выбирать колонны.

к сведению

В какой редакции и при какой схеме нагрузок? Загружения крана работают в редакции StatiCAD Ultimate и с предопределёнными загружениями и сочетаниями (сочетания TBDY): в Общих настройках проекта → Сочетания нагрузок должен быть выбран параметр Использовать сочетания нагрузок для железобетона и каменной кладки. Если выбран параметр Использовать сочетания нагрузок для деревянных конструкций (пользовательская схема загружений), загружения крана применить нельзя.

Ввод	Описание	По умолчанию (книга)
Грузоподъёмность (кН)	Грузоподъёмность крана	200
R1макс, R1мин, R2макс, R2мин (кН)	Реакции колёс по таблице изготовителя: нагруженная сторона (R1) и противоположная сторона (R2); наибольшая и наименьшая для двух положений тележки	153 / 49 / 134 / 30
База колёс a (м)	Расстояние между двумя колёсами на одной подкрановой балке	3,84
Динамический коэффициент ψ	Увеличивает вертикальные и горизонтальные усилия крана	1,40
Пролёт подкрановой балки L (м)	Расстояние между осями	7,5
Балка + рельс q (кН/м)	Собственный вес подкрановой балки и рельса	5,1
Верхняя отметка консоли Z (см, абсолютная)	Отметка консоли крана; нагрузки записываются на этой отметке в узел на оси колонны (колонна на этой отметке разделяется). Z должна лежать между нижней и верхней отметками колонн рельсов	800
Эксцентриситет консоли e (см)	Расстояние от оси рельса до оси колонны. Консоль принимается направленной к противоположному рельсу, знак определяется автоматически (при рельсах вдоль X MX = −V·ey, при рельсах вдоль Y MY = +V·ex)	0
Направление рельсов	Направление рельсов на плане (X или Y). Горизонтальная сила вдоль моста (Rkol/10) принимается перпендикулярно рельсу, тормозная сила (Rkol/7) — вдоль рельса	X
Горизонтальная сила на противоположном рельсе по наименьшей колёсной нагрузке (книга)	Если отмечено, горизонтальная сила на нагруженном рельсе берётся от Rkol,макс, на противоположном рельсе — от Rkol,мин, в том же направлении; если не отмечено, на обоих рельсах от Rkol,макс (в запас безопасности)	отмечено
KG: собственный вес моста в сейсмических сочетаниях	Собственный вес моста (ΣR − грузоподъёмность) входит отдельным загружением только в сейсмические сочетания	отмечено
γK (коэффициент крановых сочетаний)	Коэффициент при KV и KH в крановых сочетаниях (TS 500, подвижная крановая нагрузка)	1,6
Записать массу моста	Масса моста (вес моста / g) делится поровну между колоннами массы и записывается как дополнительная сейсмическая масса (Раздел 1)	отмечено

1. Рассчитать: выводятся собственный вес и масса моста, сосредоточенные силы консоли от собственного веса, моменты и поперечные силы подкрановой балки (Md, Vd, горизонтальный Md), реакции колонн (нагруженный рельс / противоположный рельс) и горизонтальные силы на колонну. Подкрановая балка проектируется отдельно по этим значениям. По данным книги: ΣR = 366 кН, вес моста 166 кН (16,92 т), реакция колонны на нагруженном рельсе 305,7 кН, на противоположном рельсе 89,1 кН; горизонтальные силы на колонну (нагруженный / противоположный рельс) вдоль моста 30,6 / 8,9 кН, вдоль рельса 43,7 / 12,7 кН.
2. Выберите на плане колонны, опирающиеся на один рельс, и нажмите Ray A ← выбранные колонны, затем выберите колонны противоположного рельса и нажмите Ray B ← выбранные колонны. Колонны, на которые распределяются собственный вес моста (KG) и его масса, назначаются кнопкой Масса ← выбранные колонны; если назначения нет, KG и масса делятся поровну между всеми колоннами рельсов. Кнопки берут колонны, выбранные на всех этажах: на других этажах выбранных колонн оставаться не должно.
3. Применить загружения крана: на оси каждой колонны рельса и колонны массы на отметке консоли создаётся предопределённый узел (или используется существующий), и записываются нагрузки. При повторном применении прежние нагрузки и массы крана сначала очищаются (двойного суммирования не происходит). Затем повторите анализ.
4. Удалить кран: удаляются загружения крана и узлы, созданные при применении крана (не содержащие других данных); масса узлов, в которые записана масса моста, возвращается к значению до применения крана. Исходные данные окна и назначения колонн сохраняются.

примечание

Исходные данные и параметры окна принимаются в проект только при нажатии Применить загружения крана: изменив исходное значение, примените кран заново; если нажать только Рассчитать и закрыть окно, изменение не сохраняется. Назначения Ray A, Ray B и Масса сохраняются в момент нажатия кнопки. Определение крана и загружения крана сохраняются вместе с проектом. Применить загружения крана и Удалить кран отменяются одним шагом Отменить.

2.1 Загружения крана

После применения крана число загружений проекта увеличивается с 13 до 20; загружения крана добавляются под номерами 13–19 и видны в таблице на вкладке Силы окна Свойства предопределённого узла этого узла. В проектах без определённого крана число загружений, сочетания и результаты не меняются.

Загружение	Содержание
KV1 / KV2	Вертикальные реакции колонн и момент консоли: в KV1 на колоннах Ray A — Rkol,макс, на колоннах Ray B — Rkol,мин; в KV2 наоборот. Rkol,макс = ψ·(R1макс + R2макс·(L − a)/L), Rkol,мин = ψ·(R1мин + R2мин·(L − a)/L) (подкрановая балка свободно оперта, по линии влияния)
KHX1 / KHX2	Горизонтальные силы в глобальном направлении X; KHX1 соответствует положению KV1 (Ray A нагружен), KHX2 — положению KV2
KHY1 / KHY2	Горизонтальные силы в глобальном направлении Y, то же соответствие
KG	Собственный вес моста W = ΣR − грузоподъёмность (статический, без ψ; только для сейсмических сочетаний); делится поровну между колоннами массы

В одном загружении все колонны каждого рельса нагружены одновременно (одно положение крана). Загружения крана решаются с той же жёсткостью и по тому же правилу диска, что и G и Q.

2.2 Крановые сочетания

При наличии загружений крана программа добавляет в конец списка сочетаний не более десяти крановых сочетаний: 1,4G + 1,6Q + γK·KVi, 1,4G + 1,6Q + γK·KVi ± γK·KHXi и 1,4G + 1,6Q + γK·KVi ± γK·KHYi (i = 1, 2). Крановое сочетание в точности сохраняет коэффициенты сочетания 1,4G + 1,6Q; KHX и KHY в одно сочетание не входят; снег (S) не учитывается.

• Крановые сочетания не считаются сейсмическими: в колоннах и стенах жёсткости они не входят в осевое усилие при землетрясении (предел 0,40·fck·Ac в колонне); они входят в расчётные усилия по TS 500 и в огибающую поперечных сил.
• В сейсмические сочетания (TBDY, Формулы 4.11 и 4.12) нагрузки крана не входят; добавляется только KG с коэффициентом при G этого сочетания (1,0 / 0,9).
• Крановые сочетания используются также при проектировании колонн, балок, стен жёсткости, фундаментов и плитных фундаментов (радье), при проверке напряжений в грунте и в огибающей сочетаний для требований к соединениям сборных конструкций.
• В сейсмическую массу входит только собственный вес моста, поднимаемый груз не входит (TBDY 4.5.9.2).

примечание

Кран моделируется при одном положении; перебора положений крана и нескольких кранов нет. В контроль прогибов балок и внутренние усилия оболочек плит загружения крана не входят. В сочетаниях для опасных зданий (RBTE) крановые сочетания не формируются; при сочетаниях нагрузок для деревянных конструкций или в редакции, отличной от Ultimate, нагрузки крана в анализ не входят (оба случая отмечаются в списке предупреждений анализа; масса моста продолжает входить в сейсмическую массу). Консоль крана (короткая консоль) не проверяется; сводка расчёта крана в отчёт не передаётся.

3. Различные R и D в верхней и нижней частях (TBDY 4.3.6)

Для зданий, у которых нижняя часть (например, часть с промежуточным этажом) имеет несущую систему, отличную от верхней, используется окно Макросы → Различные R-D в верхней/нижней частях (TBDY 4.3.6).... Анализ для всего здания выполняется с коэффициентами верхней части (R, D из Общих настроек проекта); внутренние усилия в элементах нижней части корректируются коэффициентом ν, установленным нормами.

Ввод	Описание	По умолчанию
Применять различные коэффициенты R и D в верхней/нижней частях	Включает параметр	отключено
Последний этаж нижней части (номер этажа)	Этот этаж и ниже считаются «нижней частью»	1
R нижней части (X), R (Y)	Коэффициент поведения несущей системы нижней части (TBDY, Таблица 4.1)	8
D нижней части (X), D (Y)	Коэффициент запаса прочности нижней части (TBDY, Таблица 4.1)	3
νверх (X), νверх (Y)	Отношение базового сдвига верхней части к полному базовому сдвигу; при вводе 0 вычисляется автоматически по весам и высотам этажей	0

Кнопка Рассчитать / Показать выводит значения νверх, νниз, ν, (R̄a)низ и D̄низ.

В анализе: пластичные внутренние усилия в элементах нижней части от сейсмических загружений увеличиваются на ν, нехрупкое поведение (расчёты несущей способности на поперечную силу) выполняется с D̄низ, относительное смещение этажа нижней части вычисляется с (R̄a)низ. Настройка сохраняется вместе с проектом.

к сведению

Пример (здание из книги): верхняя часть R = 3, D = 2; нижняя часть R = 5, D = 2,5; последний этаж нижней части 1; νверх = 0,408 (X) / 0,406 (Y) → ν = 0,763 / 0,762, (R̄a)низ = 3,93, D̄низ = 1,81. Если требуется точное сопоставление, значение νверх можно ввести и вручную.

4. Часто встречающиеся ситуации

Признак	Решение
Кнопка «Применить загружения крана» неактивна.	В Общих настройках проекта → Сочетания нагрузок выбран параметр Использовать сочетания нагрузок для деревянных конструкций. Выберите Использовать сочетания нагрузок для железобетона и каменной кладки, закройте окно крана и откройте его заново (Раздел 2).
В предупреждениях анализа есть сообщение "Projede gezer vinç (kren) yüklemeleri tanımlı ancak analize katılmadı" («В проекте определены загружения мостового крана, но в анализе они не участвуют»).	Выбраны сочетания нагрузок для деревянных конструкций либо редакция не Ultimate. Выберите Использовать сочетания нагрузок для железобетона и каменной кладки и повторите анализ; если кран не нужен, выполните в окне крана Удалить кран.
Крановых сочетаний в списке нет.	Кран не применён или удалён; перед анализом необходимо выполнить Применить загружения крана. При использовании сочетаний для опасных зданий (RBTE) — при выявлении опасных зданий либо когда в Общих настройках проекта для сочетания сейсмических воздействий выбран параметр «Прикладывать сейсмические воздействия отдельно только в направлениях X и Y» — крановые сочетания не формируются.
Предупреждение "Ray A ve ray B aynı hatta görünüyor" («Ray A и Ray B расположены на одной линии»); момент консоли не записан.	Заданное направление рельсов не совпадает с их направлением на плане, либо для Ray A и Ray B назначены колонны одной и той же линии. Исправьте направление рельсов или назначение колонн и примените кран заново.
Сообщение "Köprü özağırlığı (ΣR − kapasite) sıfır: KG ve kütle yazılmadı." («Собственный вес моста (ΣR − грузоподъёмность) равен нулю: KG и масса не записаны»).	Грузоподъёмность должна быть меньше суммы колёсных реакций (ΣR); проверьте, что значения R1/R2 в таблице изготовителя включают вес моста.
Суммарная сейсмическая масса больше ожидаемой.	Масса моста записана и вручную (Дополнительная сейсмическая масса), и через окно крана. Снимите отметку Записать массу моста и примените кран заново либо уберите введённую вручную массу.
Дополнительная масса не видна в нагрузках на фундамент.	Это ожидаемое поведение: дополнительная сейсмическая масса не является весом и участвует только в сейсмическом расчёте.