Перейти до основного вмісту

Проєктування балок і колон із легкої сталі

Незалежно від стояків панелей, армопояс (балку) або вертикальний армопояс (колону) в моделі можна проєктувати з перерізом із легкої сталі. Розрахунок виконується за зусиллями-огинаючими скінченноелементної моделі елемента (M3, V2, N; для колони додатково M2) методом ефективної ширини (EGM) — це аналог робочого процесу для сталевих балок і колон, але для легкої сталі. Про проєктування панелей див. статтю Проєктування панелей і стояків із легкої сталі.

інформація

У яких редакціях? Розрахунки легкої сталі доступні в редакції StatiCAD Ultimate.

1. Призначення перерізу​

  1. У вікні Властивості армопояса (вертикального армопояса) у полі Тип елемента позначте варіант “Легка сталь” (поруч із варіантами «Дерево» та «Сталь»).
  2. Для перерізу відкрийте вікно Заводський профіль, у розділі Cold Formed виберіть категорію C, Z, U, C+, Sigma або Sigma+. 527 профілів із попередньо визначених таблиць наводяться у вигляді “CC C200x80x16x2”, “ZZ Z200x60x15x2”, “UU U200x94x4”, “CPLUS C+200-89x25x15x4”, “SIGMA S200-50x67x16x2”, “SIGMAPLUS S+200-55x95x25x15x4”.
  3. Виберіть профіль і натисніть Призначити; креслення перерізу (реальний контур), характеристики брутто (каталожні A, Ix, Iy) і крутильні величини підтягуються автоматично. Як матеріал призначається клас сталі (напр., S235, S355); Fy та E зчитуються з цього матеріалу.
  4. Запустіть аналіз; результати відображаються у списку попереджень аналізу та у звіті.

2. Комбінації навантажень​

Зусилля беруться додатково до комбінацій програми за комбінаціями HCBTİE 4.3.1 — YDKT: 1,4G; 1,2G + 1,6Q + 0,5S; 1,2G + 1,6S + 1,0Q; за наявності вітру 1,2G + 1,0Q + 0,5S + 1,6W і 0,9G + 1,6W; GKT: відповідні комбінації ASCE 7. Завдяки цьому коефіцієнти вертикальних комбінацій проєкту (типово 1,0G + 1,0Q) не стають недостатніми для елементів із легкої сталі. У звіті вказується назва визначальної комбінації; позначка “[1.2G+1.0Q]” або “[GKT]” показує, що коефіцієнти комбінації програми перетворено відповідно до методу.

примітка

У переліку комбінацій TBDY немає вітрового завантаження: щоб вітер враховувався в проєктуванні балок і колон, слід вибрати визначені випадки навантаження та комбінації (інакше видається попередження). Прогин балки обчислюється за сервісними комбінаціями без коефіцієнтів (G + Q, G + S). Метод проєктування (YDKT/GKT) береться з того самого налаштування проєкту, що й для стояків панелей.

3. Перевірки​

ЕлементЗусилля (огинаюча аналізу)Розрахункові довжиниПеревірки
БалкаM3, V2, NLx = проліт; незакріплена від бокового зміщення довжина залежить від знака моменту: Lb+ = довжина елемента або введене користувачем Le (якщо верхня полиця з’єднана з обшивкою, при додатному моменті бічно-крутильної втрати стійкості немає), Lb− = проміжок закріплення нижньої полиці (за відсутності введення — Lb+); Cb за діаграмою моментів (у консолі та при Lb < L дорівнює 1)Знакозмінні M+/Md+ і M−/Md−, V/Vd, P/Pd + M/Md (Формула 4.8.4), одночасні згин + зріз (Формули 4.8.5/4.8.6, у знаменнику Mdlo), зминання стінки на опорі (4.8.3), потреба в ребрі жорсткості за 7.4, прогин L/K і прогин лише від тимчасового навантаження L/250 (Таблиця 7.1), вібрація (7.5)
КолонаN, M3, M2, V2KLx = KLy = висота поверху (K = 1) або введене користувачемN/Pd, P/Pd + Mx/Md,x + My/Md,y (Формула 4.8.4), V/Vd, попередження KL/r > 200; якщо колона розтягнута — T/Td (Формули 4.8.1/4.8.2)
  • Міцність на згин — найменша з рядків загальної (бічно-крутильної), місцевої та дисторсійної втрати стійкості; міцність на стиск визначається аналогічно.
  • Для колони згинна здатність відносно слабкої осі обчислюється за ефективним перерізом окремо для двох напрямів.
  • Достатність крайового ребра жорсткості (відгину) перевіряється за HCBTİE 4.9.3; якщо є зменшення, воно зазначається у виносці звіту.
  • Перерізи, що не задовольняють вимог Розділу 3 HCBTİE до поперечних перерізів (напр., у перерізах із відношенням відгин/полиця < 0,20 відгин не враховується), позначаються у виносці звіту.
  • Відомості про вхідні дані, характерні для балки перекриття (з’єднання з обшивкою, проміжок закріплення нижньої полиці, тип опори, довжина обпирання, ребро жорсткості, зв’язки), і докладний опис перевірок наведено в статті Перекриття з легкої сталі: балки перекриття та діафрагма.
  • Переріз Z розраховується як прогін/балка, що згинається відносно осі, перпендикулярної до стінки; у перерізі U відгину немає, тому полиці беруться як неукріплений елемент і дисторсійний рядок не формується; у перерізах C+ та Sigma+ зворотний загин на кінці відгину враховується як частина крайового ребра жорсткості.

4. Обертальне защемлення обшивки​

Для балок і колон також можна врахувати обертальне защемлення (kφ), яке обшивка забезпечує полиці: у властивостях елемента (для балки — вкладка «Дерево2», для колони — вкладка «Дерево») у полі “Легка сталь: обертальне защемлення обшивки” вводяться тип обшивки, крок елементів, згинна жорсткість листа, крок саморізів і, за потреби, користувацьке значення kφ.

  • Вважається, що введена обшивка є на обох полицях; для елементів, у яких обшито лише одну полицю, залишайте “Не визначено”.
  • Для крайніх елементів, у яких лист розташований лише з одного боку елемента (напр., крайня балка перекриття), вводьте половину згинної жорсткості листа.
  • Умови: крок саморізів ≤ 305 мм і крок елементів ≤ 625 мм; інакше приймається kφ = 0, а причина вказується у звіті.

5. Звіти​

Якщо в проєкті є балка або колона з легкої сталі, у групі Звіти з елементів із легкої сталі з'являються сторінки Проєктування балок із легкої сталі (EGM) та Проєктування колон із легкої сталі (EGM): назва елемента та переріз, геометрія (L, Lb / KL, гнучкість, A, I), метод і матеріал, зусилля та визначальні комбінації, згин (загальна / місцева / дисторсійна → Md; у балці додатний і від’ємний моменти окремо), зріз, взаємодія осьова сила + згин, прогин для балки, рядки зминання стінки, ребра жорсткості стінки та вібрації, рядки стиску для колони та примітка з припущеннями.

6. Бібліотека попередньо визначених легких сталевих профілів​

Профілі зчитуються з файлу HafifCelikProfil.txt у папці інсталяції. Таблиця містить 527 попередньо визначених легких сталевих перерізів: C (89), Z (90), U (88), C+ (87), Sigma (90), Sigma+ (83); висота 100–400 мм, товщина стінки 1,0–4,0 мм.

У кожному рядку наводяться код типу (1 = C, 2 = Z, 3 = U, 5 = Sigma, 8 = C+, 9 = Sigma+), повна геометрія (H, A, B, C1, C2, D — зворотний загин, E, F, G, T, R) і каталожні характеристики перерізу (вага, A, Ix, Wx, ix, Iy, Wy, iy, ex, ey). У списку профілів стояків панелі пропонуються лише перерізи C, C+, Sigma та Sigma+. У проєктуванні A, Ix, Iy брутто беруться зі стовпців каталогу; стовпці геометрії використовуються для розрахунку ефективної ширини, кручення та дисторсійної втрати стійкості.

інформація

Додавання власних профілів: Файл має простий текстовий формат; рядки, що починаються з #, — це коментарі. Власні профілі можна додавати з тим самим порядком стовпців (геометрія в мм, характеристики перерізу в см, десятковий роздільник — крапка). Якщо каталожні стовпці залишити порожніми або 0, характеристики обчислюються з геометрії (модель із гострими кутами, на кілька відсотків вища).

# 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. Обсяг і припущення​

  • Розраховуються лише перерізи з таблиці попередньо визначених профілів (HafifCelikProfil.txt); якщо призначено переріз, якого немає в бібліотеці, розрахунок позначається як недостатній із приміткою “kütüphanede yok” (відсутній у бібліотеці).
  • Розрахунок балки ґрунтується на припущенні, що навантаження проходить через центр зсуву або що кручення обмежене з'єднаннями (HCBTİE, Розділ 5). Для балок C, U та C+, у яких обидві полиці не закріплені ефективно до обшивки, слід передбачити додаткове крутильне закріплення.
  • Переріз Z розраховується лише на згин відносно осі, перпендикулярної до стінки; згин відносно головної осі та двоосьова поведінка без бічного закріплення не моделюються.
  • Для колони при розтягу площа нетто приймається рівною площі брутто; отвори під саморізи та болти й міцність з'єднання слід перевіряти окремо.
  • Складена (штучна) осьова сила, що виникає від спільної дії зміщення осі балки та жорсткої діафрагми, віднімається від осьової сили при проєктуванні балок із легкої сталі (див. Перекриття з легкої сталі: балки перекриття та діафрагма).

8. Часті запитання​

Отримую попередження “… hafif çelik kiriş/kolon hesabı yapılamadı: kesit kütüphanede yok” (… розрахунок балки/колони з легкої сталі неможливий: перерізу немає в бібліотеці). Елементу призначено переріз не з таблиці попередньо визначених профілів. Виберіть переріз із категорії C, Z, U, C+, Sigma або Sigma+ у розділі Заводський профіль → Cold Formed.

Отримую попередження “… hafif çelik kiriş yetersiz (M/Md=… V/Vd=… sehim=…)” (… балка з легкої сталі недостатня). Збільште переріз або перегляньте введення бічного закріплення (Le). Якщо в балці перекриття верхня полиця безперервно з’єднана з обшивкою, позначте це на вкладці Легка сталь; при додатному моменті бічно-крутильна втрата стійкості зникає.

У звіті для профілю U дисторсійні рядки позначені “yok” (немає). Для перерізу U без відгину дисторсійний рядок не застосовується; ці рядки призначені для полиць із крайовими ребрами жорсткості.

У колоні з'являється рядок “Çekme” (розтяг). Принаймні в одній комбінації колона працює на розтяг. Міцність на розтяг обчислюється за припущення «площа нетто = площа брутто»; отвори та міцність з'єднання слід перевіряти окремо.