Що таке розрахунок легких сталевих конструкцій?

У легких сталевих будівлях несуча система складається з панелей зі стійок холодногнутих перерізів C або Sigma з тонкого листа та обшивки з OSB, фанери чи гіпсових плит. Горизонтальні навантаження панелі сприймають за рахунок опору обшивки на зріз; стійки передають вертикальні навантаження та сили перекидання.

У тонкостінних перерізах несучу здатність найчастіше визначає втрата стійкості: місцева втрата стійкості стінки та полиць, дисторсійна втрата стійкості, коли полиця й відгин обертаються разом, і втрата стійкості елемента в цілому. HCBTİE розраховує такі перерізи методом ефективної ширини, а Розділ 10 TBDY 2018 визначає сейсмічний розрахунок легких сталевих будівель, несучу здатність панелей на зріз і правила анкерування.

StatiCAD об’єднує ці два нормативи в єдиному процесі: модель аналізується, виводяться вимоги до панелей і стійок, виконуються перевірки на втрату стійкості та вітер, анкери й фундаменти проєктуються за правилами норм, а результати звітуються турецькою або англійською мовою.

Що StatiCAD робить у легких сталевих конструкціях?

Ланцюг проєктування легкої сталевої будівлі — від сейсмічного розрахунку до фундаменту.

Несуча здатність панелей на зріз і сейсмічний розрахунок

  • Несуча здатність на зріз панелей з обшивкою (TBDY, Таблиця 10.5); OSB, фанера, лист і гіпсова плита
  • Сейсмічне навантаження за методом еквівалентного сейсмічного навантаження, з T = 0,2 с (TBDY 10.2.6.1)
  • У скінченноелементній моделі жорсткості панелей пропорційні несучій здатності; сейсмічне навантаження розподіляється між панелями відповідно до їхньої несучої здатності
  • Перевірка частки гіпсових плит у сприйнятті сейсмічного навантаження панелями (TBDY 10.2.7.2)

Перевірка стійок (метод ефективної ширини)

  • Розрахункова несуча здатність за рядками місцевої, дисторсійної та згинально-крутильної втрати стійкості
  • Для дисторсійної втрати стійкості — загальний метод HCBTİE 4.10.3.3 або варіант зі скінченними смугами
  • Сила перекидання в крайніх стійках із коефіцієнтом перевищення міцності (TBDY 10.4.1.1)
  • Урахування в несучій здатності закріплення від повороту, яке обшивка забезпечує стійці

Вітер і прогин

  • Згин стійок зовнішніх стін від вітру з площини та комбінована дія з поздовжньою силою
  • Нижня межа вітрового навантаження за HCBTİE та перевірка вітрового тиску залежно від висоти будівлі
  • Прогин стійок і балок за ефективним моментом інерції перерізу при експлуатаційному моменті
  • Гранична величина прогину, яку можна обрати залежно від типу обшивки (h/120 – h/360)

Легкі сталеві балки й колони

  • 527 попередньо визначених легких сталевих профілів: C, Z, U, C+, Sigma та Sigma+
  • Для балки: згин, зріз, комбінована дія поздовжньої сили та згину, прогин
  • Для колони: стиск, комбінована дія з двовісним згином, зріз і розтяг
  • Перевірка достатності крайового ребра жорсткості (відгину) та умов щодо перерізу

Анкерування, з’єднання та конструктивні умови

  • Проєктування анкерів від відриву (розтягу) та зсувних анкерів на кінцях панелей
  • Для болтових і гвинтових з’єднань: коефіцієнти використання за зрізом, зминанням і міцністю бетону
  • Умови для панелей за Розділом 6 HCBTİE: крок стійок, товщина стінки, розміри стінки та відгину
  • Висота будівлі, межі R і D (HCBTİE, Таблиця 1.2)
  • Перевірка нижньої та верхньої полиць панелей і в’язей (TBDY 10.3.1.3, 10.3.1.4; HCBTİE, Розділ 6)

Проєктування фундаментів і метод розрахунку

  • Проєктування фундаментів за сейсмічними силами, збільшеними на коефіцієнт перевищення міцності (TBDY 10.4.1.2)
  • Метод проєктування LRFD (HCBTİE) та можливість обрати ASD для порівняння
  • Автоматичне додавання вертикальних сполучень навантажень за HCBTİE
  • Звіти з панелей, стійок, балок і колон турецькою або англійською мовою

Балки перекриття з легкої сталі

  • Розбиття плити перекриття на смуги між балками та автоматичне створення балок перекриття з шарнірним обпиранням на обох кінцях
  • Окрема довжина бічного закріплення для додатного й від’ємного моментів та Cb за епюрою моментів (AISI S100 F2.1.1)
  • Одночасні згин і зріз, місцеве зминання стінки на опорі (TS EN 1993-1-3 6.1.7.2) та потреба в ребрах жорсткості
  • Прогин лише від тимчасового навантаження (L/250) і перевірка вібрацій (HCBTİE 7.5)

Діафрагма перекриття (TBDY 10.5)

  • Сили, що передаються на лінії стін, і питомий зсув обшивки
  • Зусилля в збірному елементі (колекторі) та поясах
  • Перевірка гвинтів, що з’єднують плиту перекриття з панеллю нижнього поверху
  • Перевірка частки отворів; для поверхів, де всі перекриття легкі сталеві, перевірки залізобетонної діафрагми не виконуються

Знімки з програми

Тривимірний вигляд дворівневого легкого сталевого житлового будинку в StatiCAD

Тривимірний вигляд типового дворівневого легкого сталевого житлового будинку

План першого поверху: легкі сталеві панелі, балки перекриття та смуги

План першого поверху: легкі сталеві панелі, балки перекриття та смуги

«Властивості стіни», вкладка «Панель із легкої сталі»: міцність обшивки, профіль стійки та закріплення від повороту

Вкладка «Панель із легкої сталі»: міцність обшивки, профіль стійки, крок стійок і закріплення обшивки від повороту

«Властивості стіни», вкладка «Анкери з легкої сталі»: вхідні дані анкерів на розтяг і зріз

Вкладка «Анкери з легкої сталі»: вхідні дані анкерів на розтяг (відрив) і зріз

«Властивості армопоясу», вкладка «Легка сталь»: вхідні дані перевірки балки перекриття

Вхідні дані перевірки балки перекриття з легкої сталі (HCBTİE 4.8, 7.4, 7.5)

Вікно вибору перерізу з бібліотеки холодногнутих профілів

Вибір перерізу з попередньо визначеної бібліотеки холодногнутих профілів

Покроковий розв’язок за цими зображеннями: Приклад розрахунку – дворівнева будівля з легкої сталі (База знань)

Як це працює?

  1. Накресліть стіни, у «Властивостях стіни» оберіть тип розрахунку «Панель із легкої сталі»; введіть обшивку, профіль стійки, крок стійок і кількість крайових стійок.
  2. Позначте панелі зовнішнього фасаду; метод проєктування, вітровий тиск і граничний прогин задайте в «Загальних налаштуваннях проєкту».
  3. На вкладці «Легка сталь» розбийте плити перекриття на смуги та створіть балки перекриття; за потреби призначте балкам і колонам перерізи з попередньо визначених легких сталевих профілів і введіть дані про анкери.
  4. Запустіть аналіз; перевірки панелей, стійок, балок, колон, анкерів і фундаментів виконуються автоматично, невідповідності відображаються у списку попереджень.
  5. Отримайте звіти з групи «Звіти з легких сталевих елементів».

Звіти

У групі «Звіти з легких сталевих елементів»:

  • Проєктування панелей із легкої сталі: дані про обшивку та несуча здатність панелей на зріз
  • Проєктування стійок із легкої сталі: вимоги до крайових і проміжних стійок, несуча здатність при втраті стійкості, вітрове сполучення, прогин, рядки анкерів, зрізу панелі, нижньої та верхньої полиць і в’язей
  • Проєктування балок із легкої сталі: згин, зріз, взаємодія, прогин, зминання стінки та вібрації
  • Проєктування колон із легкої сталі: стиск, комбінована дія, зріз і розтяг
  • Визначальні сполучення навантажень і розрахункові допущення в кожному звіті
  • Діафрагма перекриття з легкої сталі: зусилля на лініях, обшивка, колектор, пояси та перевірки з’єднань

Довідкові матеріали

Покрокове використання, приклади розрахунку, теоретичні основи та верифікаційні дослідження в Базі знань.

Верифікація

Характеристики перерізів порівняно зі значеннями виробника для всіх 527 попередньо визначених профілів; крутильні величини перевірено замкненим розв’язком і незалежним застосунком.

Ланцюг несучої здатності порівняно з рівняннями норм рядок за рядком, виведення вимог (поздовжня сила та вітер, LRFD і ASD) — з ручним розрахунком; увесь процес від налаштувань до звіту наскрізно пройдено на прикладах проєктів.

Подробиці верифікаційних досліджень (База знань)

Норми

TBDY 2018 Розділ 10 HCBTİE TS 498 AISI S100 і S240 (додаткове посилання) TS EN 1993-1-3 (зминання стінки)
У якій версії? Розрахунки легких сталевих конструкцій доступні в StatiCAD Ultimate.

Часті запитання

За якими нормами розраховується легка сталева будівля?

Сейсмічний розрахунок, несуча здатність панелей на зріз, правила анкерування та фундаментів виконуються за Розділом 10 TBDY 2018; несучу здатність перерізів стійок, балок і колон розраховують за «Принципами проєктування легких сталевих будівель» (HCBTİE). Вітровий тиск вводиться за TS 498.

Які легкі сталеві профілі можна використовувати?

Можна використовувати 527 попередньо визначених легких сталевих профілів: перерізи C, Z, U, C+, Sigma та Sigma+ висотою 100–400 мм і товщиною стінки 1,0–4,0 мм. Для стійок панелей пропонуються перерізи C, C+, Sigma та Sigma+. Власні профілі можна додати в тій самій табличній структурі.

Як розраховується дисторсійна втрата стійкості?

Дисторсійна втрата стійкості розраховується загальним методом HCBTİE 4.10.3.3; для перерізів C+ — за замовчуванням, а за бажання для всіх перерізів можна використати розв’язок методом скінченних смуг. Якщо введено дані про обшивку, враховується також закріплення від повороту, яке плита забезпечує полиці стійки.

Як у сейсмічному розрахунку враховуються панелі з гіпсовими плитами?

Згідно з TBDY 10.2.7.2, панелі з гіпсовими плитами не можуть самостійно сприймати сейсмічну вимогу. Для кожного поверху й напрямку програма обчислює частку гіпсової плити в опорі панелі на зріз і порівнює її з межею за Таблицею 10.3 TBDY; у разі перевищення межі видається попередження.

У якій версії StatiCAD це доступно?

Розрахунки легких сталевих конструкцій доступні в StatiCAD Ultimate. Випробувати процес можна безкоштовно в демоверсії.

Як моделюється легке сталеве перекриття?

Чотирикутна плита перекриття перетворюється на легку сталеву на вкладці «Легка сталь» у «Властивостях плити»: після введення профілю, найбільшого кроку балок і напрямку балок програма розбиває плиту на смуги та створює балки перекриття з шарнірним обпиранням на обох кінцях. Балки перекриття перевіряються за HCBTİE 4.8, 7.4 і 7.5, діафрагма перекриття – за TBDY 10.5.

Пов'язані сторінки

Проєктуйте легку сталеву будівлю в StatiCAD

Завантажте демоверсію й безкоштовно випробуйте проєктування панелей, стійок і анкерів на власному проєкті або разом визначимо підходящу версію.