Шарнирные базы колонн

Режим Шарнирные базы колонн предназначен для проектирования и экспертизы конструктивных решений узлов баз колонн, с помощью которых реализовано шарнирное закрепление колонны в фундаменте. Этот режим охватывает широкий спектр конструктивных решений узлов данного типа, а именно:

Конструктивные решения шарнирных баз колонн, предусмотренные в программе, несколько отличаются от конструктивных решений жестких баз колонн. Анкерные болты в этих базах размещены принимая во внимание условие обеспечения некоторой податливости узла по отношению к угловым деформациям, что позволяет достаточно условно относить такое сопряжение базы с фундаментом к шарнирному.

При работе этого режима в соответствии с нормами выполняются проверки:

а	б	в	г

д	е	ж	з

е к л

Рис. 1. Типы конструктивных решений шарнирных баз колонн с траверсами и консольными ребрами

Главное окно режима Шарнирные базы колонн содержит следующие страницы: Конфигурация, Сварка, Усилия, Конструкция, Чертеж и Кривые взаимодействия.

Работа в режиме Шарнирные базы колонн начинается с выбора типа сечения колонны, который реализуется нажатием соответствующей кнопки на странице Конфигурация. В этом режиме предусмотрено четыре типа сечения: прокатный двутавр, сварной двутавр, составное сечение из двух прокатных швеллеров и круглая труба. Размеры поперечного сечения сварного двутавра и номер профиля прокатного двутавра определяются так же, как и в режиме Жесткие базы колонн.

Если в качестве типа сечения колонны выбрано составное сечение из двух прокатных швеллеров, необходимо определить сортамент и номер швеллера в данном сортаменте. Это осуществляется в диалоговом окне Выбор профиля, которое становится доступным после нажатия кнопки Выбор сечения колонны. Расстояние между внешними гранями стенок швеллера для такого сечения пользователь может назначить в поле ввода В на странице Конструкция (для первого типа узла базы). В том случае, когда в качестве типа сечения колонны выбрана труба, ее размеры назначаются выбором из соответствующего сортамента.

Обеспечена возможность графического контроля поперечного сечения колонны в информационном окне, которое становится доступным после нажатия кнопки Предварительный просмотр ( $image\ebx_630612231.gif$ ).

Материалы, использующиеся для расчета и проектирования узла шарнирной базы колонны, определяются нажатием одноименных кнопок Сталь колонны (служит для назначения стали колонны) и Сталь плиты (служит для назначения стали опорной плиты базы, траверс, консольных ребер, анкерных плиток и т.д.). В выпадающем списке Бетон предлагается для выбора классы бетона для фундамента.

В поле Коэффициент надежности по ответственности необходимо также ввести значение соответствующего коэффициента, на который в последующем будут умножены все значения внутренних усилий, действующих в опорном сечении колонны. Коэффициенты условий работы колонны можно ввести в соответствующем окне ввода или же выбрать в диалоговом окне Коэффициенты условий работы, нажав на расположенную рядом кнопку (

Коэффициент условий работы опорной плиты базы колонны вычисляется в данном режиме автоматически. Пользователю необходимо задать коэффициент условий работы колонны, а не опорной плиты.

Функциональные возможности кнопки Основная надпись аналогичны тем, которые предусмотрены в режиме Жесткие базы колонн.

На странице Сварка задаются параметры сварных соединений для узла. В группе Параметры соединения в специальных выпадающих списках необходимо назначить тип и вид сварки, а также определить положение шва. В режиме Узлы ферм реализованы виды сварки, соответствующие табл. 34* СНиП II-23-81* (табл. 36 СП 53-102-2004, табл. 38 СП 16.13330, табл. 1.112.2 ДБН В.2.6-163:2010 или табл. 16.2 ДБН В.2.6-198:2014), а именно: ручная, полуавтоматическая проволокой сплошного сечения при диаметре сварочной проволоки менее 1.4 мм, автоматическая и полуавтоматическая при диаметре сварочной проволоки 1.4…2.0 мм, автоматическая при диаметре сварочной проволоки 3…5 мм и полуавтоматическая порошковой проволокой. При этом положение сварных швов может быть в лодочку, нижнее, горизонтальное, вертикальное, потолочное. В группе Свойства материалов для сварки отображаются значения расчетного сопротивления угловых швов на условный срез по металлу шва R_wf и нормативного сопротивления металла шва R_wun. Определить эти значения можно в диалоговом окне Материалы для сварки, которое становится доступным после нажатия на кнопку $image\ebx_-227029061.gif$ .

На странице Усилия задаются внутренние усилия, действующие в узле базы колонны: N – продольное усилие; Q_z и Q_y – поперечные силы в двух плоскостях. Таким образом, в этом режиме кроме продольного усилия предусмотрена возможность задать две поперечные силы, возникновение которых характерно для колонн связевых блоков каркасов.

При нажатии кнопки Добавить в таблице усилий появляется новая строка, в которую необходимо ввести значения продольного усилия и поперечных сил для текущей комбинации нагрузок. На рисунке, расположенном рядом с таблицей внутренних усилий, определены положительные направления внутренних усилий в сечениях элементов базы колонны. Количество расчетных комбинаций нагрузок произвольно. По умолчанию единицы измерения усилий – тонны. Другие единицы измерения внутренних усилий, действующих в узле, можно определить на странице Единицы измерения диалогового окна Настройки приложения. Изменение силовой плоскости выполняется одноименной кнопкой и приводит к переносу значений M_y и Q_y в графы таблицы M_z и Q_z, соответственно, и наоборот.

Таблица может быть заполнена и путем импорта из SCAD данных, описывающих расчетные сочетания усилий (РСУ). Файл с расширением .rsu2 создается в режиме Информация об элементе комплекса SCAD и импортируется по нажатии кнопки $image\ebx_-227029061.gif$ . Отметим, что при создании в SCAD файла .rsu2 следует предварительно оставить в таблице расчетных сочетаний только те комбинации, которые соответствуют сечению стержневого элемента, примыкающего к узлу.

Страница Конструкция содержит группу кнопок для выбора конструктивного решения узла шарнирной базы колонны.

При оценке несущей способности заданного конструктивного решения узла базы колонны расчетные параметры узла вводятся в таблице, расположенной на странице Конструкция. Диаметр и марка стали фундаментных болтов задаются в специальных выпадающих списках, объединенных в группу Болты анкерные. По умолчанию единицами измерения всех линейных размеров приняты миллиметры.

При нажатии кнопки

появляется выпадающее меню. Если выбран первый пункт меню Все параметры не заданы, то выполняется автоматизированный подбор всех параметров конструктивного решения узла и при этом предполагается, что параметры конструкции узла не известны, а заданные ранее их значения игнорируются. Если же выбран пункт меню Некоторые параметры заданы, то для незаданных параметров (тех, которые в списке параметров равны нулю) программа автоматически определит их значения при фиксированных значениях заданных параметров.

Автоматизированный подбор параметров конструктивного решения уза шарнирной базы колонны совершался на базе анализа его чувствительности по отношению к варьированию управляемых параметров узла с учетом условий обеспечения необходимой несущей способности и конструктивных ограничений, регламентированных нормами (подробнее см. Назначение). При этом в качестве управляемых параметров принимались диаметр анкерных болтов и толщина опорной плиты, а также габариты опорной плиты базы.

При нажатии кнопки Вычислить

программа выполняет проверку несущей способности сечений элементов, примыкающих к узлу (колонны), конструктивных элементов узла (опорной плиты, траверс, консольных ребер и т.д.) и сварных соединений при заданных (или ранее подобранных) значениях всех параметров узла в соответствии с требованиями норм.

Как при нажатии кнопки Проектирование, так и при нажатии кнопки Вычислить в поле K_max, расположенном в нижней части окна, выводится максимальное из всех коэффициентов использования ограничений значение фактора (наиболее опасного) и указывается вид нормативной проверки (прочность, устойчивость, местная устойчивость и т.п.), при котором этот максимум реализовался, а также выполняется генерация чертежа конструктивного решения узла шарнирной базы колонны стадии КМ.

Полный перечень выполненных проверок доступен по нажатию кнопки Факторы в специальном диалоговом окне Диаграмма факторов, где можно ознакомиться со значениями всех коэффициентов использования ограничений, представленных тут в числовой и графической формах. Список выполняемых программой проверок несущей способности элементов и соединений узлов шарнирных баз колонн представлен в таблице.

С помощью кнопки Отчет предусмотрена возможность формирования отчетного документа, который содержит исходные данные и результаты расчета.

При переходе на страницу Чертеж выполняется проверка несущей способности узла шарнирной базы аналогично нажатию кнопки Вычислить. Если результаты проверки параметров элементов узла не противоречат конструктивным и нормативным требованиям, то выполняется генерация чертежа конструктивного решения узла шарнирной базы стадии КМ.

Функциональные возможности кнопки Отчет, а также элементов управления, расположенных на странице Чертеж, аналогичны тем, которые описаны в режиме Жесткие базы колонн.

На странице Кривые взаимодействия строятся кривые, ограничивающие область несущей способности заданного (или подобранного) конструктивного решения узла шарнирной базы колонны при действии в нем различных пар внутренних усилий, которые могут возникнуть в опорном сечении колонны.

Для получения такой кривой необходимо нажать кнопку Показать. При этом, выбор пары варьируемых внутренних усилий выполняется в выпадающем списке, а все остальные усилия полагаются равными тем значениям, которые заданы в группе Фиксированные значения усилий.

С помощью курсора можно обследовать представленную на графике область несущей способности узла шарнирной базы. Каждому положению курсора соответствует определенная пара числовых значений варьируемых усилий, величины которых отображаются в соответствующих полях. Нажатие правой кнопки мыши позволяет увидеть список выполненных проверок и значений факторов для того набора усилий, который соответствует текущему положению курсора на области кривой взаимодействия.

Список проверок несущей способности элементов и соединений конструктивных решений узлов шарнирных баз колонн

№ п/п	Название фактора	Тип базы	Ссылка на СНиП II-23-81*	Ссылка на СП 53-102-2004	Ссылка на СП 16.13330	Ссылка на ДБН B.2.6-163:2010	Ссылка на ДБН B.2.6-198:2014	ШНК 2.03.05-13
1.	Прочность опорной плиты по приведенным напряжениям	рис. 2	п. 5.14*, (33)	п. 9.2.1, (38)	п. 8.2.1, (44)	п.1.5.2.1, (1.5.4), п.1.7.2, (1.7.1)	п. 9.2.1, (9.4), п. 11.2, (11.1)	п. 7.14, (29)
2.	Прочность опорной плиты по нормальным напряжениям на участках, опертых по контуру	рис. 1, а,в,г,д,е	п. 5.12, (28)	п. 9.2.1, (35)	п. 8.6.2, (101), (103)	п.1.7.2, (1.7.1), п.Н, (Н.2), табл.Н.2	п.11.2, (11.1), п. М, (М.1), (М.2) табл. М.2	п. 7.12, (24)
3.	Прочность опорной плиты по нормальным напряжениям на участках, опертых на три стороны	рис.1, а,б,г,д,е	п. 5.12, (28)	п. 9.2.1, (35)	п. 8.6.2, (101), (104)	п.1.7.2, (1.7.1), п.Н, (Н.2), табл.Н.2	п.11.2, (11.1), п. М, (М.1), (М.2) табл. М.2	п. 7.12, (24)
4.	Прочность опорной плиты по нормальным напряжениям на участках, опертых на две стороны, которые сходятся под углом	рис. 1, а	п. 5.12, (28)	п. 9.2.1, (35)	п.8.6.2, (101), (104)	п.1.7.2, (1.7.1), п.Н, (Н.2), табл.Н.2	п.11.2, (11.1), п. М, (М.1), (М.2) табл. М.2	п. 7.12, (24)
5.	Прочность опорной плиты по нормальным напряжениям на консольных участках плиты	рис. 1, д,е	п. 5.12, (28)	п. 9.2.1, (35)	п.8.6.2, (101), (102)	п.1.7.2, (1.7.1), п.Н, (Н.1)	п.11.2, (11.1), п. М, (М.1), (М.2) табл. М.2	п. 7.12, (24)
6.	Прочность опорной плиты по нормальным напряжениям на свободных трапециевидных участках плиты	рис. 1, а,б,в,г рис. 2	п. 5.12, (28)	п. 9.2.1, (35)	п.8.6.2, (101)	п.1.7.2, (1.7.1)	п.11.2, (11.1)	п. 7.12, (24)
7.	Прочность бетона фундамента на местное смятие под плитой	рис. 1, рис. 2
8.	Прочность крепления колонны к опорной плите	рис. 2, а,б	п. 11.2*, (120)-(121)	п. 15.1.16, (155), (156)	п.14.1.16, (176), (177)	п.1.12.1.16, (1.12.2), (1.12.3)	п. 16.1.16, (16.2), (16.3)	п. 13.2, (129)-(130)
9.	Прочность крепления траверсы к полкам колонны	рис. 1, а,в,г,д,е	п. 11.2*, (120)-(121)	п. 15.1.16, (155), (156)	п.14.1.16, (176), (177)	п.1.12.1.16, (1.12.2), (1.12.3)	п. 16.1.16, (16.2), (16.3)	п. 13.2, (129)-(130)
10.	Прочность крепления траверсы к опорной плите	рис. 1, а,в,г,д,е	п. 11.2*, (120)-(121)	п. 15.1.16, (155), (156)	п.14.1.16, (176), (177)	п.1.12.1.16, (1.12.2), (1.12.3)	п. 16.1.16, (16.2), (16.3)	п. 13.2, (129)-(130)
11.	Прочность крепления консольного ребра к полкам колонны	рис. 1, б	п. 11.4, (33)	п. 15.1.15, (38)	п.14.1.15, (44)	п.1.12.1.15, (1.5.4)	п. 16.1.15, (9.4)	п. 13.4
12.	Прочность крепления консольного ребра к траверсе	рис. 1, а	п. 11.5, (120)-(123), (126)	п. 15.1.16, (155), (156), п. 15.1.17, (157), (158), п. 15.1.19, (161)	п.14.1.16, (176), (177), п.14.1.17, (178), (179), п.14.1.19, (182), (183)	п.1.12.1.16, (1.12.2), (1.12.3), п.1.12.1.17, (1.12.4), (1.12.5), п.1.12.1.19, (1.12.8), (1.12.9)	п. 16.1.16, (16.2), (16.3), п. 16.1.17, (16.4), (16.5), п. 16.1.19, (16.8), (16.9)	п. 13.5, (129)-(132), (135)
13.	Прочность болтового соединения анкерного уголка с опорной плитой	рис. 2, в	п. 11.7*, (127)-(128), п. 11.8, (130)	п. 15.2.9, (167), п. 15.2.10, (168)	п.14.2.9, (186), (187), п.14.2.10, (189)	п.1.12.2.9, (1.12.12), (1.12.13), п.1.12.2.10, (1.12.15)	п. 16.2.9, (16.12), (16.13), п. 16.2.10, (16.15)	п. 13.7, (136)-(137), п. 13.8, (139)
Примечания: см. таблицу в разделе Жесткие базы колонн.

Одновременно в поле Коэффициент выводится максимальное значение коэффициента использования ограничений K_max, соответствующее текущим значениям внутренних усилий, а в поле Критический фактор выдается название типа проверки, для которой он вычислен. Если курсор мыши располагается за границами области несущей способности, где K_max > 1, то рядом с названием типа проверки появляется предупреждающий знак

Кроме того, окно содержит три кнопки:

, которые позволяют выполнить следующие действия:

— если заданы усилия, то нажатие этой кнопки приведет к отрисовке точек, координаты которых в области несущей способности соответствуют этим усилиям;

— отрисовка выпуклой оболочки указанных выше точек, т.е. всего множества точек, которые могут быть результатом линейной комбинации заданных усилий, в том числе и их неполных значений;

— сохранение в текстовом файле тех усилий, которые приводят к K_max=1 (в дальнейшем данный файл можно импортировать в другие программы для дальнейшего анализа).

а	б	в

г д

Рис. 2. Типы конструктивных решений шарнирных баз колонн без траверс и консольных ребер