Проєктування панелей і стояків із легкої сталі

Ця стаття описує роботу з модулем несучих панелей із легкої сталі (холодногнутої сталі) в StatiCAD. Модуль виконує дві основні перевірки: зсувну здатність обшивки панелі (TBDY 2018) та перевірку стояків каркаса панелі на осьовий стиск + вітровий згин із площини (метод ефективної ширини — EGM за структурою Розділу 4 HCBTİE; YDKT або GKT). Зусилля беруться з результатів аналізу програми; результати подаються в попередженнях аналізу та в розрахункових звітах турецькою/англійською мовою.

Пов'язані статті: Проєктування балок і колон із легкої сталі, Вимоги норм, анкерування та фундамент, Теоретичні основи, Верифікація.

інформація

У яких редакціях? Розрахунки легкої сталі доступні в редакції StatiCAD Ultimate. Дані панелей зберігаються разом із проєктом у кожній редакції.

1. Загальний порядок роботи

1. Накресліть стіну звичайним способом і відкрийте вікно Властивості стіни.
2. Як тип проєктування позначте варіант “Панель із легкої сталі”.
3. На вкладці Панель із легкої сталі введіть дані обшивки та стояків (Розділ 2) і збережіть кнопкою «Гаразд».
4. Для панелей зовнішнього фасаду позначте відповідний прапорець осі краю у Властивостях стіни (Верхня/Нижня/Ліва/Права крайня вісь); вітровий згин обчислюється лише для цих стін (Розділ 5).
5. У Загальних параметрах проєкту перевірте метод проєктування (YDKT/GKT), швидкісний тиск вітру та граничний прогин стояка (Розділи 5 і 6).
6. Запустіть аналіз. Зсувна здатність панелі та перевірки стояків обчислюються автоматично під час аналізу; недостатні елементи відображаються у списку попереджень після аналізу (Розділ 8).
7. У дереві на вкладці «Звіт» вікна Вибір звітів позначте групу “Звіти з елементів із легкої сталі” та її підзвіти й сформуйте звіт (Розділ 9).

2. Поля вкладки “Панель із легкої сталі”

Поле	Пояснення	Типове значення
Є обшивка з лівого/верхнього боку панелі	Чи є обшивальний лист на лівій (верхній) поверхні панелі	Є
Є обшивка з правого/нижнього боку панелі	Чи є обшивальний лист на правій (нижній) поверхні панелі	Є
vc,лів, vc,прав (кН/м)	Характеристична міцність обшивки на зсув на одиницю довжини (залежно від типу листа, діаметра та кроку саморізів; пояснення на вкладці наводить типові значення з Таблиці 10.5 TBDY)	10,2 (OSB 11 мм)
Профіль стояка (C / Sigma)	Холодногнутий переріз для стояків панелі; список заповнюється з таблиці профілів, що постачається разом з інсталяцією	Порожньо (користувач вибирає)
Крок стояків s (мм)	Відстань між осями проміжних стояків	600
Кількість крайніх стояків n	Кількість стояків на кожному кінці панелі; зусилля перекидання розподіляється між цими стояками	2

примітка

Старі файли проєктів, що не містять цих полів, відкриваються без змін; поля заповнюються типовими значеннями.

3. Зсувна здатність панелі (TBDY 2018)

Для кожної панелі з легкої сталі обчислюється зсувна здатність обшитих поверхонь:

інформація

Vc = 0,6 · vc · L (L: довжина стіни)

• У діапазоні 2 ≤ h/L ≤ 4 здатність зменшується на коефіцієнт 2L/h; якщо h/L > 4 або L < 0,30 м, панель не враховується в зсувній здатності.
• Якщо обшита одна поверхня, береться здатність цієї поверхні; якщо обшито обидві поверхні, при однаковій обшивці береться сума, а при різній обшивці застосовується правило max(2·менша, більша).

Результат враховується як горизонтальна здатність панелі при розподілі поверхового зсуву та наводиться у звіті окремо для кожної панелі.

4. Перевірка стояків (EGM — HCBTİE, Розділ 4)

4.1 Навантаження

Аналіз для кожної панелі виділяє огинаючу поперечної сили в площині стіни (V) і вертикальної осьової сили (N) за всіма комбінаціями навантажень; назва визначальної комбінації відображається у звіті. Зусилля в стояках виводяться з цієї огинаючої:

Елемент	Осьове зусилля	Пояснення
Проміжний стояк	Nпром = N · s / L	Частка вертикального навантаження за площею впливу
Крайній стояк	Nкрай = max[ N·(s/2)/L + (V·h/L)/n ; Cd ]	Частка за площею впливу + зусилля на кінці від моменту перекидання, поділене на кількість крайніх стояків. Cd — той самий розподіл, обчислений для кожної комбінації зі збільшенням сейсмічного впливу коефіцієнтом надміцності D (TBDY 10.4.1.1(a)); визначальним є більше значення. У звіті поруч із зусиллям зазначається “(D ile)” (з D) або “(zarf)” (огинаюча).

4.2 Несуча здатність

Для вибраного перерізу методом EGM визначається несуча здатність на осьовий стиск (Pd): визначальним є найменший із рядків місцевої втрати стійкості (ефективні ширини), дисторсійної втрати стійкості та згинно-крутильної (глобальної) втрати стійкості. Розрахункові довжини:

• Сильна вісь: Lx = висота панелі h.
• Якщо обшита принаймні одна поверхня, для слабкої осі та кручення приймається Ly = Lz = крок стояків s, а бічно-крутильна втрата стійкості вважається закріпленою; за відсутності обшивки Ly = Lz = h.

Характеристики брутто-перерізу (A, Ix, Iy) — це каталожні значення виробника з таблиці профілів; константа кручення, центр вигину та секторіальна константа автоматично обчислюються з геометрії перерізу. У панелях з обшивкою визначальним рядком найчастіше є дисторсійна втрата стійкості; дисторсійне критичне напруження обчислюється загальним методом HCBTİE 4.10.3.3 або, якщо вибрано, методом скінченних смуг (див. Теоретичні основи).

Для кожної панелі крайній і проміжний стояки перевіряються окремими рядками. Обчислюються два відношення, і більше з них як визначальне дає висновок «Достатньо» / YETERSİZ (недостатньо):

• Осьове відношення = PEd/Pd (огинаюча всіх комбінацій навантажень),
• Відношення вітрової комбінації = P/Pd + M/Md (лише для зовнішніх стін; HCBTİE Формула 4.8.4).

5. Вітровий згин із площини та прогин

Стояки зовнішніх стін (з позначеною віссю краю) під дією вітрового тиску, перпендикулярного поверхні стіни, згинаються як вільно оперті балки:

• w = max(0,8 · q ; 0,5) кН/м² (0,8: коефіцієнт тиску за TS 498; 0,5 кН/м²: нижня межа характеристичного вітрового навантаження за HCBTİE)
• M = γW · w · b · h² / 8 (b: для проміжного стояка s, для крайнього s/2; застосовується збільшення за теорією другого порядку)

q — це поле “Вітрове навантаження” на вкладці Загальні параметри проєкту → Комбінації навантажень; слід вводити значення відповідно до висоти будівлі за TS 498 (0–8 м: 0,5; 8–20 м: 0,8; 20–100 м: 1,1 кН/м²). Снігове навантаження з тієї ж вкладки враховується в осьовій силі вітрової комбінації. Вітрові комбінації — YDKT: 1,2G + 1,0Q + 0,5S + 1,6W і 1,2G + 1,6S + 0,8W; GKT: G + 0,75Q + 0,75S + 0,45W і G + 0,6W.

примітка

Якщо в проєкті жодна панель із легкої сталі не позначена як зовнішня стіна, у списку попереджень аналізу з'являється рядок про це; вітровий згин не пропускається мовчки. Попередження також видається, якщо q не введено або воно менше за значення TS 498, що відповідає висоті верхньої відмітки панелі (q програмою не змінюється).

Перевірка прогину: для стояків зовнішніх стін при характеристичному значенні вітру обчислюється прогин із площини та перевіряється умова δ ≤ h/K. Прогин обчислюється за ефективним моментом інерції перерізу при сервісному моменті (HCBTİE 4.9.5); для гнучких перерізів він може бути більшим за прогин, обчислений за моментом інерції брутто. K вибирається зі списку Граничний прогин стояка в полі “Метод проєктування елементів із легкої сталі” на вкладці Загальні параметри проєкту → Вибір норм (h/120, h/200, h/240 — типово, h/300, h/360). Оскільки HCBTİE не встановлює межу, специфічну для стояків, вибір слід робити інженерно відповідно до типу обшивки: для гнучкої обшивки поширене h/120, для гіпсокартонної або OSB-обшивки — h/240, для штукатурної або керамічної обшивки — h/360. Результат записується у звіті окремим рядком “Прогин”; у разі перевищення стояк вважається недостатнім.

6. Метод проєктування: YDKT / GKT

Вибирається та зберігається разом із проєктом у полі “Метод проєктування елементів із легкої сталі” на вкладці Загальні параметри проєкту → Вибір норм (поле відображається, коли тип будівлі — легка сталь або в проєкті є панель із легкої сталі):

Варіант	Міцність	Комбінації навантажень
YDKT (LRFD, типово)	φc = 0,85, φb = 0,90 (HCBTİE)	Комбінації програми; у комбінаціях із сейсмікою замість G береться 1,2G; крім того, вертикальні комбінації HCBTİE 4.3.1 (1,4G; 1,2G + 1,6Q + 0,5S; 1,2G + 1,6S + Q) формуються з чистих результатів G/Q/S і додаються до огинаючої.
GKT (ASD)	Ωc = 1,80, Ωb = 1,67 (AISI S100)	Комбінації програми перетворюються на їх аналоги для GKT; крім того, до огинаючої додаються G + Q, G + S, G + 0,75Q + 0,75S та варіант G + 0,7E для комбінацій із сейсмікою.

небезпека

HCBTİE визначає лише YDKT; варіант GKT призначений для порівняння та попереднього підбору перерізів. В офіційних розрахунках використовуйте YDKT. Старі проєкти відкриваються з YDKT.

7. Обертальне защемлення обшивки (kφ)

Обшивка з OSB або фанери утримує полиці стояка від повороту й тим самим підвищує опір дисторсійній втраті стійкості (HCBTİE 4.10.3.3, AISI S240). Якщо дані не введено, приймається kφ = 0.

• У полі “Обертальне защемлення обшивки до стояка” на вкладці Властивості стіни → Панель із легкої сталі для лівої та правої поверхні вводяться тип листа (Не визначено / Гіпсокартонний лист / OSB / Фанера / Користувацьке kφ), згинна жорсткість листа (0 = типове значення для типу), крок саморізів і, лише для варіанта «Користувацьке kφ», значення kφ. У розрахунку береться менше значення з двох поверхонь: якщо одна з поверхонь — гіпсокартонний лист, тип не визначено або обшивки немає, то kφ = 0.
• Умови: крок саморізів ≤ 305 мм і крок стояків ≤ 625 мм; інакше приймається kφ = 0, а причина вказується у звіті. Гіпсокартонний лист у розрахунку міцності не враховується.
• У примітці до стояка у звіті для кожної поверхні вказується значення kφ або причина нульового значення, а також використане значення.

8. Попередження аналізу

Попередження	Значення / що робити
“… hafif çelik panel dikme hesabı yapılamadı: Sigma dikme profili seçilmedi” (… розрахунок стояка панелі з легкої сталі неможливий: профіль стояка Sigma не вибрано)	На вкладці панелі не вибрано профіль стояка. Виберіть профіль на вкладці Властивості стіни → Панель із легкої сталі.
“… hafif çelik panel KENAR/ARA dikmesi yetersiz (oran=…)” (… КРАЙНІЙ/ПРОМІЖНИЙ стояк панелі з легкої сталі недостатній)	Визначальне відношення відповідного стояка перевищує 1. Виберіть більший або товщий профіль, зменште крок стояків або збільште кількість крайніх стояків.
“Hafif çelik panellerde bina kenar aksı (dış duvar) işaretli duvar yok …” (У панелях із легкої сталі немає стін із позначеною віссю краю будівлі (зовнішніх стін) …)	Жодну панель не позначено як зовнішню стіну, тому вітровий згин не обчислювався. Для фасадних панелей позначте прапорці осей краю.
“… hafif çelik panel dikme sehimi fazla (rüzgâr: sehim=… mm > h/K=… mm)” (… прогин стояка панелі з легкої сталі завеликий)	Прогин стояка зовнішньої стіни із площини перевищує вибрану межу. Виберіть жорсткіший профіль, зменште крок стояків або, якщо це доречно для типу обшивки, перегляньте межу.
“Rüzgâr basıncı q girilmemiş …” / “… TS 498 yükseklik kademesinin altında …” (Вітровий тиск q не введено … / … нижче сходинки висоти за TS 498 …)	Введіть значення в Загальні параметри проєкту → Комбінації навантажень → Вітрове навантаження відповідно до висоти будівлі.

9. Звіти

У дереві на вкладці Вибір звітів → Звіт є група “Звіти з елементів із легкої сталі” (відображається, якщо в проєкті є панель із легкої сталі):

• Проєктування панелей із легкої сталі: Для кожної панелі — відомості про обшивку, введені h, L, vc та зсувна здатність обшивки.
• Проєктування стояків із легкої сталі (EGM): По поверхах і по панелях — назва панелі та профіль, геометрія (h, L, s, n), метод проєктування та вітровий тиск, огинаючі зусиль (з назвою визначальної комбінації), для крайнього й проміжного стояків — навантаження, несуча здатність, осьове відношення, визначальне відношення та статус; для зовнішніх стін — рядок вітрової комбінації та прогин; рядки анкерів і зсуву панелі; примітка з розрахунковими припущеннями.
• Проєктування балок із легкої сталі (EGM) і Проєктування колон із легкої сталі (EGM): якщо в проєкті є такі елементи (див. Проєктування балок і колон із легкої сталі).

Звіти формуються турецькою або англійською мовою залежно від налаштування мови програми; після завершення аналізу їх отримують командою «Сформувати всі вибрані звіти» та можна експортувати у PDF/DOCX.

10. Часті запитання

Зсувна здатність панелі показується як 0. Можливо, h/L > 4 або L < 0,30 м, або не позначено обшивку жодної з двох поверхонь. У старих проєктах міцність обшивки може надходити зі старого типового значення (2,7 кН/м); перевірте на вкладці.

Список профілів стояків порожній. Можливо, не знайдено таблицю профілів (HafifCelikProfil.txt) у папці інсталяції; перевстановіть оновлення.

У новій стіні з легкої сталі профіль стояка порожній. Профіль вибирає користувач: Властивості стіни → Панель із легкої сталі → Профіль стояка. Якщо його не вибрано, аналіз видає попередження.

У звіті немає рядка вітрової комбінації, написано “внутрішня стіна”. Стіну не позначено жодним із прапорців осей краю. Якщо це фасадна стіна, позначте відповідну вісь краю у Властивостях стіни та повторіть аналіз.

Поруч із зусиллям у крайньому стояку написано “(D ile)”. Згідно з TBDY 10.4.1.1(a) зусилля в крайньому стояку обчислюється також із сейсмічних комбінацій, збільшених коефіцієнтом надміцності D; у багатоповерховій будівлі враховується і момент перекидання, що накопичується з верхніх поверхів. Якщо відношення недостатнє, збільште кількість крайніх стояків або профіль.

У виносці звіту є примітка “Kenar rijitleştirici (HCBTİE 4.9.3)”. Відгин недостатній для повного укріплення полиці; коефіцієнт стійкості пластини полиці та ефективні ширини зменшено згідно з нормами. Якщо вибрати профіль із більшою товщиною стінки або довшим відгином, зменшення буде меншим.

Чому в панелі з обшивкою визначальним рядком завжди є дисторсійна втрата стійкості? Обшивка обмежує втрату стійкості слабкої осі та кручення кроком стояків; у тонкостінних перерізах у цьому випадку найменший опір зазвичай дає саме дисторсійна втрата стійкості. Введення обертального защемлення обшивки (Розділ 7) і варіант методу скінченних смуг (для перерізів Sigma) дають реалістичнішу оцінку цього опору.