Что такое расчёт лёгких стальных конструкций?

В зданиях из лёгких стальных конструкций несущая система собирается из панелей: стоек C- или Sigma-сечения, холодногнутых из тонкого листа, и покрывающей их обшивки из OSB, фанеры или гипсовых плит. Горизонтальные нагрузки панели воспринимают за счёт сопротивления обшивки сдвигу, а стойки передают вертикальные нагрузки и силы опрокидывания.

В тонкостенных сечениях прочность чаще всего определяется потерей устойчивости: местной потерей устойчивости стенки и полок, дисторсионной потерей устойчивости, при которой полка вместе с отгибом (бортиком) поворачивается, и общей потерей устойчивости элемента. HCBTİE рассчитывает такие сечения методом эффективной ширины; TBDY 2018, раздел 10, определяет сейсмический расчёт лёгких стальных зданий, несущую способность панелей на сдвиг и правила для анкеров.

StatiCAD объединяет эти два норматива в единый процесс: модель рассчитывается, определяются усилия в панелях и стойках, выполняются проверки на потерю устойчивости и ветер, анкеры и фундаменты проектируются по правилам норм, а результаты выводятся в отчёт на турецком или английском языке.

Что делает StatiCAD в лёгких стальных конструкциях?

Цепочка расчёта лёгкого стального здания: от сейсмического расчёта до фундамента.

Несущая способность панелей на сдвиг и сейсмика

  • Несущая способность панелей с обшивкой на сдвиг (TBDY, таблица 10.5); OSB, фанера, лист и гипсовые плиты
  • Сейсмическая нагрузка методом эквивалентной сейсмической нагрузки при T = 0,2 с (TBDY 10.2.6.1)
  • В конечно-элементной модели жёсткости панелей пропорциональны несущей способности; сейсмическая нагрузка распределяется по панелям в соответствии с их несущей способностью
  • Проверка доли сейсмической нагрузки для панелей с гипсовыми плитами (TBDY 10.2.7.2)

Проверка стоек (метод эффективной ширины)

  • Расчётная прочность по строкам местной, дисторсионной и изгибно-крутильной потери устойчивости
  • Для дисторсионной потери устойчивости: общий метод HCBTİE 4.10.3.3 или вариант конечных полос
  • Для крайних стоек: сила опрокидывания с коэффициентом превышения прочности (TBDY 10.4.1.1)
  • Учёт в прочности вращательной связи, которую обшивка создаёт для стойки

Ветер и прогиб

  • Ветровой изгиб из плоскости для стоек наружных стен и комбинированное действие с осевой силой
  • Нижний предел ветровой нагрузки по HCBTİE и проверка ветрового давления по высоте здания
  • Прогиб стоек и балок по эффективному моменту инерции сечения при эксплуатационном моменте
  • Предел прогиба, выбираемый по типу обшивки (h/120 – h/360)

Лёгкие стальные балки и колонны

  • 527 предустановленных профилей лёгкой стали: C, Z, U, C+, Sigma и Sigma+
  • Для балок: совместное действие изгиба, сдвига и осевой силы, прогиб
  • Для колонн: сжатие, комбинированное действие с двухосным изгибом, сдвиг и растяжение
  • Проверка достаточности краевого ребра жёсткости (отгиба) и условий для поперечного сечения

Анкеры, соединения и конструктивные условия

  • Расчёт анкеров на отрыв (растяжение) и анкеров на сдвиг на концах панелей
  • Коэффициенты использования болтовых и винтовых соединений на сдвиг, смятие и прочность бетона
  • Условия для панелей по HCBTİE, раздел 6: шаг стоек, толщина стенки, размеры стенки и отгиба
  • Высота здания, пределы R и D (HCBTİE, таблица 1.2)

Расчёт фундаментов и метод расчёта

  • Расчёт фундаментов на сейсмические силы, увеличенные коэффициентом превышения прочности (TBDY 10.4.1.2)
  • Метод расчёта LRFD (HCBTİE) и вариант ASD для сравнения
  • Автоматическое добавление вертикальных сочетаний нагрузок HCBTİE
  • Отчёты по панелям, стойкам, балкам и колоннам на турецком или английском языке

Балки перекрытия из лёгкой стали

  • Разбиение перекрытия на полосы между балками и автоматическое создание балок перекрытия с шарнирами на обоих концах
  • Отдельные длины между боковыми опорами для положительного и отрицательного моментов и Cb по эпюре моментов (AISI S100 F2.1.1)
  • Одновременное действие изгиба и сдвига, смятие стенки на опоре (TS EN 1993-1-3 6.1.7.2) и необходимость рёбер жёсткости
  • Прогиб только от временной нагрузки (L/250) и контроль вибрации (HCBTİE 7.5)

Диафрагма перекрытия (TBDY 10.5)

  • Силы, передаваемые на линии стен, и удельный сдвиг обшивки
  • Силы в сборных (продольных передающих) элементах и поясах
  • Проверка винтов, соединяющих перекрытие с панелью нижнего этажа
  • Контроль доли проёмов; на этажах, где все перекрытия из лёгкой стали, проверки железобетонной диафрагмы не выполняются

Скриншоты программы

Трёхмерный вид двухэтажного жилого дома из лёгкой стали в StatiCAD

Трёхмерный вид примера двухэтажного жилого дома из лёгкой стали

План первого этажа: панели из лёгкой стали, балки перекрытия и полосы

План первого этажа: панели из лёгкой стали, балки перекрытия и полосы

Свойства стены, вкладка «Панель из лёгкой стали»: прочность обшивки, профиль стойки и вращательная связь

Вкладка «Панель из лёгкой стали»: прочность обшивки, профиль стойки, шаг стоек и вращательная связь обшивки

Свойства стены, вкладка «Анкеры из лёгкой стали»: исходные данные анкеров на растяжение и сдвиг

Вкладка «Анкеры из лёгкой стали»: исходные данные анкеров на растяжение (отрыв) и сдвиг

Свойства обвязки, вкладка «Лёгкая сталь»: исходные данные для проверки балки перекрытия

Исходные данные для проверки балки перекрытия из лёгкой стали (HCBTİE 4.8, 7.4, 7.5)

Окно выбора сечения из библиотеки холодногнутых профилей

Выбор сечения из предустановленной библиотеки холодногнутых профилей

Пошаговое решение по этим изображениям: Пример решения – двухэтажное здание из лёгкой стали (База знаний)

Как это работает?

  1. Начертите стены, в «Свойствах стены» выберите тип расчёта «Панель из лёгкой стали»; введите обшивку, профиль стойки, шаг стоек и число крайних стоек.
  2. Отметьте панели наружных фасадов; метод расчёта, ветровое давление и предел прогиба задайте в «Общих настройках проекта».
  3. На вкладке «Лёгкая сталь» разбейте перекрытия на полосы и создайте балки перекрытия; при необходимости назначьте балкам и колоннам сечения из предустановленных профилей лёгкой стали и введите данные анкеров.
  4. Запустите расчёт; проверки панелей, стоек, балок, колонн, анкеров и фундаментов выполняются автоматически, недостаточные элементы отображаются в списке предупреждений.
  5. Получите отчёты из группы «Отчёты по лёгким стальным элементам».

Отчёты

В группе «Отчёты по лёгким стальным элементам»:

  • Расчёт панелей из лёгкой стали: данные обшивки и несущая способность панелей на сдвиг
  • Расчёт стоек из лёгкой стали: усилия в крайних и промежуточных стойках, несущая способность при потере устойчивости, ветровое сочетание, прогиб, строки анкера и сдвига панели
  • Расчёт балок из лёгкой стали: изгиб, сдвиг, взаимодействие, прогиб, смятие стенки и вибрация
  • Расчёт колонн из лёгкой стали: сжатие, комбинированное действие, сдвиг и растяжение
  • Определяющие сочетания нагрузок и расчётные допущения в каждом отчёте
  • Диафрагма перекрытия из лёгкой стали: силы по линиям, обшивка, коллекторы, пояса и проверки соединений

Справочные материалы

Пошаговое использование, примеры решения, теоретические основы и верификационные исследования в Базе знаний.

Верификация

Свойства сечений сверены со значениями производителя для всех 527 предустановленных профилей; крутильные величины проверены замкнутым решением и независимым приложением.

Цепочка несущей способности сверена по строкам с уравнениями норм, а вывод усилий (осевая сила и ветер, LRFD и ASD) – с ручным расчётом; весь процесс от настроек до отчёта сквозным образом прогнан на примерах проектов.

Подробности верификационных исследований (База знаний)

Нормативы

TBDY 2018, раздел 10 HCBTİE TS 498 AISI S100 и S240 (дополнительная ссылка) TS EN 1993-1-3 (смятие стенки)
В какой версии? Расчёты лёгких стальных конструкций доступны в StatiCAD Ultimate.

Часто задаваемые вопросы

По каким нормам рассчитывается здание из лёгких стальных конструкций?

Сейсмический расчёт, несущая способность панелей на сдвиг, правила для анкеров и фундаментов рассчитываются по TBDY 2018, раздел 10; прочность сечений стоек, балок и колонн – по «Принципам проектирования лёгких стальных зданий» (HCBTİE). Ветровое давление вводится по TS 498.

Какие профили лёгкой стали можно использовать?

Можно использовать 527 предустановленных профилей лёгкой стали: сечения C, Z, U, C+, Sigma и Sigma+ высотой 100–400 мм и толщиной стенки 1,0–4,0 мм. Для стоек панелей предлагаются сечения C, C+, Sigma и Sigma+. Собственные профили можно добавить в такой же табличной форме.

Как рассчитывается дисторсионная потеря устойчивости?

Дисторсионная потеря устойчивости рассчитывается общим методом HCBTİE 4.10.3.3; для сечений C+ – по умолчанию, при необходимости для всех сечений можно использовать решение методом конечных полос. Если введены данные обшивки, учитывается и вращательная связь, которую плита создаёт для полки стойки.

Как панели с гипсовыми плитами учитываются в сейсмическом расчёте?

Согласно TBDY 10.2.7.2 панели с гипсовыми плитами не могут самостоятельно воспринимать сейсмическое воздействие. Программа вычисляет для каждого этажа и направления долю гипсовой плиты в несущей способности панели на сдвиг и сравнивает её с пределом по TBDY, таблица 10.3; при превышении предела выдаётся предупреждение.

В какой версии StatiCAD это доступно?

Расчёты лёгких стальных конструкций доступны в StatiCAD Ultimate. Процесс можно попробовать в бесплатной демо-версии.

Как моделируется перекрытие из лёгкой стали?

Четырёхугольное перекрытие преобразуется в перекрытие из лёгкой стали на вкладке «Лёгкая сталь» окна «Свойства перекрытия»: после ввода профиля, наибольшего шага балок и направления балок программа разбивает перекрытие на полосы и создаёт балки перекрытия с шарнирами на обоих концах. Балки перекрытия проверяются по HCBTİE 4.8, 7.4 и 7.5, диафрагма перекрытия – по TBDY 10.5.

Похожие страницы

Рассчитайте здание из лёгкой стали в StatiCAD

Скачайте демо-версию и бесплатно опробуйте расчёт панелей, стоек и анкеров на собственном проекте или давайте вместе подберём подходящую Вам версию.