Автоматичні прогони між фермами
У цій статті описано, як у StatiCAD майстром прогонів розмістити прогони з деревини, сталі або легкої сталі між верхніми поясами вибраних ферм. Про побудову ферм дивіться статтю Майстер кроквяних ферм.
1. Про цю статтю
Майстер знаходить профіль верхнього поясу вибраних ферм, обчислює положення прогонів на еталонній фермі та створює для кожного прольоту між фермами окрему дерев’яну або сталеву балку (прогін).
Виклад побудовано на прикладі зі статті Майстер кроквяних ферм: п’ять ферм Howe з кроком 2 м, встановлених у будівлі 10 × 8 м (проліт 8 м, ухил 30 %, звис 40 см).
Версія: Майстер прогонів доступний в усіх версіях StatiCAD. Знімки екрана зроблено в StatiCAD Ultimate V.10.0.1.0.
2. Як це працює?
2.1. Розпізнавання ферм
Майстер розпізнає ферму не за іменем чи групою, а за геометрією. Балки, що лежать в одній вертикальній площині (спільна пряма на плані) і з’єднані між собою, вважаються однією групою. Група, яка містить хоча б один похилий елемент, потрапляє до списку як ферма (або похила балка, кроквяна балка). Тому майстер працює як із фермами, побудованими майстром ферм, так і з накресленими за старим методом (кресленням на плані та поворотом навколо осі X).
Профіль верхнього поясу — це верхня огинальна елементів у площині. Огинальна спрощується з допуском 2 см; похибки креслення, як-от виступ підкоса над поясом на один-два см, профіль не спотворюють. Елементи, що лежать на одній лінії, але не з’єднані з фермою (напр., кроква навісу, яка починається на 10 см нижче ферми), вважаються окремою групою.
2.2. Положення
Положення прогонів обчислюються вздовж верхнього поясу позначеної у списку першої ферми (еталонної). На інших фермах береться точка, що відповідає такій самій частці того самого схилу. На однакових фермах прогони горизонтальні та перпендикулярні до ферм; на різних фермах кінці прогонів лежать на власному поясі кожної ферми.
2.3. Модель для аналізу
У StatiCAD прогони — це не лише елементи, що передають навантаження: вони беруть участь у розрахунковій моделі й проєктуються як дерев’яні або сталеві балки. Кожен проліт між фермами — окрема балка. Її кінці лежать на лінії верхнього поясу ферми й у скінченноелементній моделі з’єднуються з поясом в одному вузлі.
3. Відкриття майстра
Майстер відкривається через Малювання › Прогін (між фермами)... (Çiz › Aşık (makaslar arası)...), Макроси › Майстер прогонів... (Makrolar › Aşık sihirbazı...) або кнопку Прогін (Aşık) на лівій панелі інструментів. Якщо на активному поверсі немає щонайменше двох паралельних ферм, видається попередження.
4. Вибір ферм
Ферми, між якими потрібно покласти прогони, можна виділити до відкриття майстра. Виділити верхній пояс ферми на плані важко, оскільки пояси, нижній пояс і решітка накладаються один на одного в плані. Замість цього скористайтеся 3D-вікном:
- Натисніть кнопку режим виділення на панелі інструментів 3D (на Рисунку 4 — у червоній рамці).
- Клацніть по одному елементу (напр., верхньому поясу) кожної ферми, що братиме участь у розміщенні прогонів; виділений елемент відображається жовтим. Між клацаннями зображення залишається незмінним.
- Відкрийте майстер прогонів. Ферми, що містять виділені елементи, у списку позначені.
Рисунок 4 – Режим виділення в 3D-вікні: виділено верхні пояси п’яти ферм (жовтий)
У списку Ферми ліворуч у вікні майстра наведено всі ферми та похилі балки поверху. У кожному рядку вказано положення ферми (x або y), довжину (L, зі звисами), відмітку верху та тип (ферма: двосхила; похила балка: односхила). Позначки можна змінювати вручну. Кнопка Взяти з виділення позначає ферми, що містять елементи, які на цей момент виділені на плані чи в 3D. Є також кнопки Усі та Жодного.
Якщо виділення немає: Якщо під час відкриття майстра нічого не виділено, позначається найбільша група з того самого сімейства профілів (ферми, діапазони s яких перекриваються й кількість схилів однакова; сімейство з найбільшою сумарною довжиною). Наприклад, у проєкті одного користувача позначаються 12 головних ферм, а 18 крокв навісу в тому самому напрямку залишаються непозначеними.
5. Вкладка Розташування
Рисунок 5 – Розташування: найбільший крок 100 см → 5 інтервалів на схил (92 см), 11 ліній прогонів
У верхній частині центральної області попереднього перегляду креслиться вигляд еталонної ферми: профіль верхнього поясу червоний, інші елементи сірі, перерізи прогонів помаранчеві; підписуються відстані між прогонами (уздовж схилу, см). Нижче креслиться план: позначені ферми червоні, інші сірі, прогони помаранчеві, подовження темно-помаранчеві. У самому низу вказано кількість ферм, ліній прогонів і балок-прогонів, сумарну довжину та об’єм.
5.1. Тип розташування
| Варіант | Опис |
|---|---|
| Найбільший крок (уздовж схилу) | Кожен схил ділиться на рівні частини так, щоб крок не перевищував заданого значення (у прикладі 459 см → 5 × 92 см). |
| Кількість на схил | На кожен схил ставиться задана кількість прогонів з однаковим кроком (разом із кінцями). |
| У вузли верхнього поясу ферми | Прогони ставляться в точках приєднання елементів решітки до верхнього поясу (з допуском 5 см). У поясі не виникає місцевого згину; для ґратчастої балки це конструктивно найкраще розташування. |
Рисунок 6 – Розташування у вузлах: прогони в точках панелей ферми Howe (104 см); по одному прогону на кінці звису й над опорою
5.2. Кінцеві прогони
Якщо позначено Прогін звису (кінця ферми), прогони ставляться на кінцях верхнього поясу. Якщо задано Відстань прогону звису від кінця, цей прогін зсувається від кінця всередину вздовж схилу на цю відстань. Якщо позначено Коньковий прогін (у вершині), у вершині, де сходяться два схили, ставиться один прогін.
6. Вкладка Переріз
Рисунок 7 – Переріз: C24, 10 × 12 см, шарнірне, по осі поясу
| Поле | Опис |
|---|---|
| Тип матеріалу | Деревина, Сталь (Розділ 6.1) або Легка сталь (Розділ 6.2). Варіант «Сталь» доступний у версіях StatiCAD Ultimate і Hybrid, варіант «Легка сталь» — лише у версії StatiCAD Ultimate. |
| Матеріал | Для деревини — класи деревини з проєкту та з бібліотеки, для сталі та легкої сталі — класи сталі (S235, S275, S355 ...); якщо в проєкті немає, додається з бібліотеки. |
| Ширина b, висота h | Деревина: прямокутний переріз прогону (см). |
| Сімейство профілів, Профіль | Сталь: сімейство (IPE, IPN, HE A, HE B, UPN, UPE ...) і профіль із каталогу гарячекатаних профілів. Легка сталь: сімейство (CC, ZZ, SIGMA, CPLUS, SIGMAPLUS) і профіль із каталогу попередньо визначених профілів із легкої сталі. |
| Верхня полиця прикручена до покрівлі | Лише для легкої сталі: верхня полиця прогону вважається закріпленою від бічних зміщень (Розділ 6.2). |
| З’єднання | Шарнірне: кожен проліт — проста балка (на кінцях M2 і M3 вільні). Нерозрізне: прогін проходить через ферми неперервно. |
| Положення | По осі поясу (вузол): вісь прогону лежить на вузловій лінії верхнього поясу й у скінченноелементній моделі ділить із поясом один вузол. Спирається на пояс: прогін кладеться на верхню грань поясу (з ексцентриситетом); зв’язок створює модуль контакту балок, тому в Контролі геометрії має бути ввімкнено параметр «автоматично з’єднувати балки, що перетинаються/дотикаються». |
У перевірці прогину прогони позначаються типом елемента прогін.
6.1. Сталевий прогін
Якщо в полі Тип матеріалу вибрано Сталь, замість полів b і h з’являються Сімейство профілів і Профіль. Прогони створюються як сталеві балки з каталожними профілями; переріз профілю додається до бібліотеки перерізів і до проєкту, а в скінченноелементній моделі площа та моменти інерції беруться з каталогу. Підсумковий рядок замість об’єму показує загальну вагу (кг).
Рисунок 8 – Сталевий прогін: S235, IPE 140, шарнірне, по осі поясу
- Стінка профілю вертикальна; при вертикальному навантаженні працює сильна вісь.
- У перевірці сталевих елементів довжина Lb для крутильно-бокової втрати стійкості дорівнює прольоту прогону; Cb обчислюється за діаграмою моментів (для шарнірного прогону з рівномірно розподіленим навантаженням 1,14). Граничний прогин — L/200 (тип елемента «прогін»).
- У системі ферм прогін може сприймати й осьову силу; перевірка сталевих елементів ураховує втрату стійкості при осьовому стиску (розрахункова довжина — проліт) і взаємодію осьової сили та згину (ÇYTHYE 11.3).
- Після аналізу результати відображаються у звіті за сталевими елементами; недостатні сталеві прогони враховуються в кількості недостатніх елементів, яку показує заголовок вікна під час редагування збереженої групи.
U-профілі: Прогони UPN і UPE також перевіряються (за правилами для швелерів). U-профіль із некомпактною полицею (b/tf > 0,38·√(E/Fy); у каталожних U-профілях до S355 такого не трапляється) показується недостатнім із поясненням «ще не підтримується». Крутильно-згинальна втрата стійкості для U-профілю окремо не обчислюється.
6.2. Прогін із легкої сталі
Якщо в полі Тип матеріалу вибрано Легка сталь, прогони створюються як балки з легкої сталі з холодногнутих профілів (Z, C, Σ, C+, Σ+) і проходять перевірку елементів із легкої сталі (HCBTİE; ефективна ширина, дисторсійна втрата стійкості). Профіль за замовчуванням — ZZ Z200x60x15x2, клас S235. U-профілів (напрямних) у списку для прогонів немає.
Рисунок 8a – Прогін із легкої сталі: S235, ZZ Z200x60x15x2, верхня полиця прикручена до покрівлі
- Якщо позначено Верхня полиця прикручена до покрівлі (закріплена від бічних зміщень) (за замовчуванням), верхня полиця вважається безперервно закріпленою: при додатному моменті (вертикальне навантаження, верхня полиця стиснута) крутильно-бокової втрати стійкості немає. При вітровому відсмоктуванні та на опорному моменті нерозрізного прогону розрахункова довжина стиснутої нижньої полиці дорівнює прольоту. Якщо покрівля не прикручена, зніміть позначку; тоді верхня полиця теж вважається незакріпленою по всьому прольоту.
- Закріплення обшивки від повороту (kφ) не враховується (у запас); граничний прогин — L/200 (тип елемента «прогін»).
- Після аналізу результати відображаються у звіті за елементами з легкої сталі; недостатні прогони враховуються в кількості, яку показує заголовок вікна під час редагування групи.
7. Вкладка Подовження
Рисунок 9 – Подовження: на 30 см за межі першої та останньої ферм (бічний звис двосхилого даху); 66 балок-прогонів
Подовження від першої/останньої ферми подовжує прогони за межі першої та останньої ферм у вигляді консолі (бічний звис двосхилого даху). Консольні частини жорстко з’єднуються з фермою; навіть якщо вибрано шарнірне з’єднання, механізм не утворюється, бо кінець консолі вільний.
Прогони кожної операції збираються в окрему групу вибору (префікс групи вибору + порядковий номер: ASIK-01, ASIK-02 ...). Вибір групи дає змогу разом виділити, видалити або скопіювати всі прогони цієї операції.
8. Створення та результат
Кнопка Створити прогони додає прогони на активний поверх і показує підсумкове повідомлення. Операцію можна скасувати одним кроком командою Скасувати. Майстер запам’ятовує останні використані параметри протягом сеансу.
Рисунок 10 – Результат: 11 ліній прогонів, 66 балок-прогонів між 5 фермами (ASIK-01), загалом 94,60 м, об’єм 1,135 м³
Рисунок 11 – Створені прогони на плані (сині балки, перпендикулярні до ферм) і в 3D-вигляді
9. Аналіз
Під час аналізу прогони розв’язуються та проєктуються як звичайні дерев’яні балки. Їхні кінці лежать у спільному вузлі з верхнім поясом ферми; кінець прогону, що потрапляє у внутрішню точку поясу, ділить пояс у цій точці. За результатами аналізу зразкової моделі елементів, що висять у повітрі, немає.
Рисунок 12 – Аналіз моделі з прогонами (попередження в списку стосуються питомої ваги матеріалу стін прикладу)
Навантаження: Майстер не може прикладати навантаження до прогонів. Навантаження від покрівельного покриття та снігу задаються інструментами програми для навантажень на дах/плити перекриття або додатковими навантаженнями на балки. Власна вага прогонів обчислюється з матеріалу.
10. Обмеження та поради
- Прогін створюється з дерев’яним прямокутним перерізом, зі сталевим гарячекатаним профілем або з холодногнутим профілем із легкої сталі. Осі перерізу вертикальні; прогін не повертається за ухилом даху (косий згин не враховується).
- Спільно використовуються лише паралельні між собою ферми (в одному напрямку); у вальмовому даху кожен напрямок обробляється окремо.
- Ферми шукаються на активному поверсі; прогони стають елементами того самого поверху.
- Налаштування прогонів зберігаються у файлі проєкту. Якщо відкрити майстер, коли виділено прогін, підставляються налаштування та ферми цієї групи; Оновити прогони будує групу заново під тією самою назвою (операцію можна скасувати командою Скасувати).
- Якщо з’єднання решітки з верхнім поясом ферми відхиляються від лінії поясу більш ніж на 5 см, розташування «у вузли» пропускає ці точки.
- У дуже близьких здвоєних фермах (напр., дві ферми з кроком 10 см, що охоплюють колону з двох боків) короткий проліт між ними також створюється як окрема частина прогону.
Модель і перерізи в прикладі мають ілюстративний характер; за правильність кроку прогонів, перерізу та з’єднань відповідає відповідальний інженер проєкту.