Навантаження від мостового крана, додаткові сейсмічні маси та різні R–D
У цій статті розглянуто три питання, характерні для збірних промислових будівель: додаткові маси, що беруть участь у несучій системі лише як сейсмічна маса, навантаження від мостового крана (кран) та різні коефіцієнти R і D для верхньої та нижньої частин у будівлях з проміжним перекриттям. Про етапи моделювання дивіться статтю Моделювання збірних конструкцій.
1. Маси стінових панелей і кранів (додаткова сейсмічна маса)
Для мас, які мають брати участь у несучій системі не як вага, а лише як сейсмічна маса, — наприклад, стінові панелі, підвішені до колон, або міст крана:
- Виділіть на плані колони, на які діятиме маса, і відкрийте вікно Макроси → Додати попередньо визначений вузол.... Параметром На осі вибраних стійок/колон вузол ставиться на верх колони (позначка жолоба) або на задану абсолютну позначку Z (напр., консоль крана); у поле Додаткова сейсмічна маса впишіть масу в тоннах (= кН·с²/м). Для точки поза колоною скористайтеся параметром За координатами (X, Y, Z). Вузли відображаються на плані порожнім квадратним значком.
- Щоб змінити значення пізніше, клацніть правою кнопкою значок вузла й відкрийте вікно Властивості попередньо визначеного joint; у полі Додаткова сейсмічна маса на вкладці Загальні впишіть масу в тоннах. На вкладці Сили цього ж вікна вводяться вузлові навантаження (кН, кН·м; глобальні осі, Z вгору), на вкладці Загальні — вільності опор.
У розрахунку вузол прив’язується до вузла скінченних елементів із тими самими координатами. Якщо вузол лежить у межах висоти поверху колони та всередині її перерізу, колона ділиться на цій позначці. Маса точки, яку не вдалося прив’язати до жодного вузла, входить лише до суми поверху й зазначається у списку попереджень розрахунку.
Додаткова маса враховується в сейсмічній масі поверху, де розташований joint, у матриці мас модального розрахунку, в еквівалентному сейсмічному навантаженні, в показнику другого порядку та у співвідношеннях верхньої/нижньої частин. Оскільки вона не є вагою, її не додають до вертикальних навантажень і навантажень на фундамент. Прив’язка до поверху виконується за позначкою joint.
Якщо вибрано кілька joint, а поле залишено порожнім, наявні значення зберігаються. Типове застосування: половина ваги панелі (частка, яку несе верхнє кріплення) — на верхи колон на позначці жолоба. Масу мосту крана тут окремо не вводьте: параметр Записати масу мосту у вікні крана записує загальну масу мосту (вага мосту / g) порівну на консольні вузли колон маси (Розділ 2); якщо використовувати обидва способи разом, маса враховується двічі.
2. Навантаження від мостового крана (кран)
Вікно Макроси → Навантаження від мостового крана (кран)... за реакціями коліс обчислює розрахункові зусилля підкранової балки та вертикальні й горизонтальні сили, що передаються на колони; навантаження крана записуються в модель як окремі попередньо визначені завантаження. Програма окремо розв’язує ці завантаження в розрахунку та сама формує комбінації крана. Вікно не є модальним: поки воно відкрите, на плані можна вибирати колони.
У якій версії та за якої схеми навантажень? Завантаження крана працюють у версії StatiCAD Ultimate і з попередньо визначеними завантаженнями та комбінаціями (комбінації TBDY): у Загальних налаштуваннях проекту → Комбінації навантажень має бути вибрано Використовувати комбінації навантажень для залізобетону та мурування. Коли вибрано Використовувати комбінації навантажень для дерев’яних конструкцій (схема завантажень, визначена користувачем), завантаження крана застосувати неможливо.
| Введення | Опис | За замовчуванням (книга) |
|---|---|---|
| Вантажопідйомність (кН) | Вантажопідйомність крана | 200 |
| R1макс, R1мін, R2макс, R2мін (кН) | Реакції коліс із таблиці виробника: навантажений бік (R1) і протилежний бік (R2); найбільше та найменше значення для двох положень візка | 153 / 49 / 134 / 30 |
| Відстань між колесами a (м) | Відстань між двома колесами на одній підкрановій балці | 3,84 |
| Динамічний коефіцієнт ψ | Збільшує вертикальні та горизонтальні сили від крана | 1,40 |
| Проліт підкранової балки L (м) | Відстань між осями | 7,5 |
| Балка + рейка q (кН/м) | Власна вага підкранової балки та рейки | 5,1 |
| Позначка верху консолі Z (см, абсолютна) | Позначка консолі крана; навантаження записуються на цій позначці у вузол на осі колони (колона ділиться на цій позначці). Z має лежати між нижньою та верхньою позначками колон рейок | 800 |
| Ексцентриситет консолі e (см) | Відстань від осі рейки до осі колони. Консоль вважається спрямованою до протилежної рейки, знак визначається автоматично (якщо рейки в напрямку X, MX = −V·ey, якщо в напрямку Y, MY = +V·ex) | 0 |
| Напрямок рейки | Напрямок рейок на плані (X або Y). Горизонтальна сила в напрямку мосту (Rkol/10) береться перпендикулярно до рейки, гальмівна сила (Rkol/7) — у напрямку рейки | X |
| Горизонтальна сила на протилежній рейці з мінімальним колісним навантаженням (книга) | Якщо позначено, горизонтальна сила береться на навантаженій рейці від Rkol,макс, на протилежній рейці — від Rkol,мін, в одному напрямку; якщо не позначено, на обох рейках — від макс (в запас) | позначено |
| KG: власна вага мосту в сейсмічних комбінаціях | Власна вага мосту (ΣR − вантажопідйомність) входить як окреме завантаження лише в сейсмічні комбінації | позначено |
| γK (коефіцієнт комбінації крана) | Коефіцієнт для KV і KH у комбінаціях крана (TS 500, рухоме навантаження крана) | 1,6 |
| Записати масу мосту | Маса мосту (вага мосту / g) записується як додаткова сейсмічна маса, порівну розподілена між колонами маси (Розділ 1) | позначено |
- Обчислити: виводяться власна вага мосту та його маса, зосереджені сили на консолях від власної ваги, моменти й поперечні сили підкранової балки (Md, Vd, горизонтальний Md), реакції колон (навантажена / протилежна рейка) та горизонтальні сили на колону. Підкранова балка додатково проєктується за цими значеннями. За вхідними даними з книги: ΣR = 366 кН, вага мосту 166 кН (16,92 т), реакція колони на навантаженій рейці 305,7 кН, на протилежній — 89,1 кН; горизонтальна сила на колону (навантажена / протилежна рейка) у напрямку мосту 30,6 / 8,9 кН, у напрямку рейки 43,7 / 12,7 кН.
- Виділіть на плані колони, що спираються на одну рейку, і натисніть Ray A ← виділені колони; виділіть колони протилежної рейки й натисніть Ray B ← виділені колони. Колони, на які розподіляються власна вага мосту (KG) і його маса, призначаються кнопкою Маса ← виділені колони; якщо призначення немає, KG і маса діляться порівну між усіма колонами рейок. Кнопки беруть колони, виділені на всіх поверхах: на іншому поверсі не повинно залишатися виділених колон.
- Застосувати завантаження крана: на осі кожної колони рейки та колони маси на позначці консолі створюється попередньо визначений вузол (або використовується наявний) і записуються навантаження. Під час повторного застосування спочатку очищуються попередні навантаження та маси крана (подвійного додавання немає). Після цього повторно запустіть розрахунок.
- Видалити кран: завантаження крана та вузли, створені застосуванням крана (без інших даних), видаляються; маса вузлів, у які записано масу мосту, повертається до значення, яке було до крана. Дані, введені у вікні, та призначення колон зберігаються.
Введені у вікні дані та параметри потрапляють до проєкту лише після натискання Застосувати завантаження крана: після зміни будь-якого значення застосуйте кран знову; якщо натиснути лише Обчислити й закрити вікно, зміни не зберігаються. Призначення Ray A, Ray B і Маса зберігаються в момент натискання кнопки. Визначення крана та завантаження крана зберігаються разом із проєктом. Застосувати завантаження крана та Видалити кран можна скасувати одним кроком Скасувати.
2.1 Завантаження крана
Після застосування крана кількість завантажень проєкту зростає з 13 до 20; завантаження крана додаються з номерами 13–19 і відображаються в таблиці Властивості попередньо визначеного joint → Сили вузла. У проєктах без визначеного крана кількість завантажень, комбінації та результати не змінюються.
| Завантаження | Вміст |
|---|---|
| KV1 / KV2 | Вертикальні реакції колон і момент консолі: у KV1 на колонах рейки A — Rkol,макс, на колонах рейки B — Rkol,мін; у KV2 навпаки. Rkol,макс = ψ·(R1макс + R2макс·(L − a)/L), Rkol,мін = ψ·(R1мін + R2мін·(L − a)/L) (підкранова балка вільно оперта, за лінією впливу) |
| KHX1 / KHX2 | Горизонтальні сили в глобальному напрямку X; KHX1 поєднується з положенням KV1 (рейка A навантажена), KHX2 — з положенням KV2 |
| KHY1 / KHY2 | Горизонтальні сили в глобальному напрямку Y, те саме поєднання |
| KG | Власна вага мосту W = ΣR − вантажопідйомність (статична, без ψ; лише для сейсмічних комбінацій); ділиться порівну між колонами маси |
У кожному завантаженні всі колони кожної рейки завантажуються одночасно (одне положення крана). Завантаження крана розв’язуються з тією самою жорсткістю та за тим самим правилом діафрагми, що й G і Q.
2.2 Комбінації крана
Коли є завантаження крана, програма додає в кінець списку комбінацій не більш як десять комбінацій крана: 1,4G + 1,6Q + γK·KVi, 1,4G + 1,6Q + γK·KVi ± γK·KHXi та 1,4G + 1,6Q + γK·KVi ± γK·KHYi (i = 1, 2). Комбінація крана має ті самі коефіцієнти, що й комбінація 1,4G + 1,6Q; KHX і KHY не входять до однієї комбінації; снігу (S) немає.
- Комбінації крана не вважаються сейсмічними: вони не входять до осьової сили при сейсмічній дії в колонах і стінах жорсткості (межа 0,40·fck·Ac для колони); входять до розрахункових зусиль за TS 500 та до огинальної поперечних сил.
- У сейсмічні комбінації (TBDY Рівн. 4.11 і 4.12) навантаження крана не входять; додається лише KG з коефіцієнтом G цієї комбінації (1,0 / 0,9).
- Комбінації крана використовуються також у проєктуванні колон, балок, стін жорсткості, фундаментів і плитних фундаментів, у перевірці напружень у ґрунті та в огинальній комбінацій для зусиль у збірних з’єднаннях.
- У сейсмічну масу входить лише власна вага мосту, вантаж, що піднімається, не входить (TBDY 4.5.9.2).
Кран моделюється одним положенням; сканування положень крана та кількох кранів немає. Завантаження крана не входять у перевірку прогину балок та в оболонкові внутрішні зусилля плит перекриття. У комбінаціях аварійної будівлі (RBTE) комбінації крана не створюються; при комбінаціях навантажень для дерев’яних конструкцій або у версії, відмінній від Ultimate, навантаження крана до розрахунку не входять (обидва випадки зазначаються у списку попереджень розрахунку; маса мосту й далі входить у сейсмічну масу). Консоль крана (коротка консоль) не перевіряється; підсумок розрахунку крана до звіту не переноситься.
3. Різні R і D у верхній та нижній частинах (TBDY 4.3.6)
Для будівель, у яких нижня частина (напр. частина з проміжним перекриттям) має іншу несучу систему, ніж верхня, використовується вікно Макроси → Різні R-D у верхній/нижній частині (TBDY 4.3.6).... Розрахунок для всієї будівлі виконується з коефіцієнтами верхньої частини (R, D із Загальних налаштувань проекту); внутрішні зусилля елементів нижньої частини коригуються коефіцієнтом ν із норм.
| Введення | Опис | За замовчуванням |
|---|---|---|
| Застосувати різні коефіцієнти R і D у верхній/нижній частині | Вмикає параметр | вимкнено |
| Останній поверх нижньої частини (номер поверху) | Цей поверх і нижчі вважаються «нижньою частиною» | 1 |
| R нижньої частини (X), R (Y) | Коефіцієнт поведінки несучої системи нижньої частини (TBDY Таблиця 4.1) | 8 |
| D нижньої частини (X), D (Y) | Коефіцієнт перевищення міцності нижньої частини (TBDY Таблиця 4.1) | 3 |
| νверх (X), νверх (Y) | Відношення базового зсуву верхньої частини до загального базового зсуву; якщо ввести 0, обчислюється автоматично за вагами та висотами поверхів | 0 |
Кнопка Обчислити / Показати виводить значення νверх, νнижн, ν, (R̄a)нижн і D̄нижн.
У розрахунку: пластичні внутрішні зусилля елементів нижньої частини від сейсмічних завантажень збільшуються на ν, непластична поведінка (розрахунки несучої здатності на поперечну силу) виконується з D̄нижн, відносне міжповерхове зміщення нижньої частини обчислюється з (R̄a)нижн. Налаштування зберігається разом із проєктом.
Приклад (будівля з книги): верхня частина R = 3, D = 2; нижня частина R = 5, D = 2,5; останній поверх нижньої частини 1; νверх = 0,408 (X) / 0,406 (Y) → ν = 0,763 / 0,762, (R̄a)нижн = 3,93, D̄нижн = 1,81. Якщо потрібне точне порівняння, значення νверх можна ввести й вручну.
4. Типові ситуації
| Ознака | Рішення |
|---|---|
| Кнопка «Застосувати завантаження крана» неактивна. | У Загальних налаштуваннях проекту → Комбінації навантажень вибрано Використовувати комбінації навантажень для дерев’яних конструкцій. Виберіть Використовувати комбінації навантажень для залізобетону та мурування, закрийте вікно крана й відкрийте його знову (Розділ 2). |
| У попередженнях розрахунку є повідомлення «Projede gezer vinç (kren) yüklemeleri tanımlı ancak analize katılmadı» (У проєкті визначено завантаження мостового крана (кран), але вони не взяті до розрахунку). | Вибрано комбінації навантажень для дерев’яних конструкцій або версія не Ultimate. Виберіть Використовувати комбінації навантажень для залізобетону та мурування і повторіть розрахунок; якщо кран не потрібен, виконайте у вікні крана Видалити кран. |
| Комбінацій крана немає в списку. | Кран не застосовано або видалено; перед розрахунком потрібно виконати Застосувати завантаження крана. Коли використовуються комбінації аварійної будівлі (RBTE) (під час визначення аварійності будівлі або коли в Загальних налаштуваннях проекту для поєднання сейсмічних впливів вибрано «Застосовувати напрямки землетрусу лише окремо в напрямках X і Y»), комбінації крана не створюються. |
| Попередження «Ray A ve ray B aynı hatta görünüyor» (Ray A і Ray B опинилися на одній лінії); момент консолі не записано. | Напрямок рейки не збігається з напрямком рейок на плані, або до Ray A і Ray B призначено колони однієї лінії. Виправте напрямок рейки або призначення колон і застосуйте кран знову. |
| Повідомлення «Köprü özağırlığı (ΣR − kapasite) sıfır: KG ve kütle yazılmadı.» (Власна вага мосту (ΣR − вантажопідйомність) дорівнює нулю: KG і маса не записані.) | Вантажопідйомність має бути меншою за суму реакцій коліс (ΣR); перевірте, що значення R1/R2 з таблиці виробника містять вагу мосту. |
| Загальна сейсмічна маса більша за очікувану. | Масу мосту записано і вручну (Додаткова сейсмічна маса), і через вікно крана. Зніміть позначку Записати масу мосту й застосуйте кран знову або видаліть введену вручну масу. |
| Додаткова маса не відображається в навантаженнях на фундамент. | Це очікувана поведінка: додаткова сейсмічна маса не є вагою, вона бере участь лише в сейсмічному розрахунку. |