Жесткие базы колонн

Режим Жесткие базы колонн предназначен для проектирования и оценки несущей способности конструктивных решений узлов баз колонн, с помощью которых реализовано жесткое закрепление колонны в фундаменте. Этот режим охватывает широкий спектр конструктивных решений узлов данного типа, а именно:

базы без траверс и консольных ребер (рис. 1);
базы с траверсами и консольными ребрами (рис. 2).

При работе этого режима в соответствии с EN 1993-1-1 и EN 1993-1-8 выполняются проверки:

прочности конструктивных элементов, входящих в состав узла базы колонны (опорной плиты, фундаментных болтов, анкерных пластинок, траверс и консольных ребер, бетона фундамента на местное смятие);
прочности сварных соединений узлов (крепления колонны к опорной плите, крепления траверсы к стержню колонны и к опорной плите, крепления консольного ребра к стержню колонны и к траверсе);
ряда конструктивных и сортаментных ограничений.

а	б	в

г д

Рис. 1. Типы конструктивных решений узлов жестких баз колонн без траверс и консольных ребер

а	б	в


г	д	е


ж	з	и

Рис. 2. Типы конструктивных решений узлов жестких баз колонн с траверсами и консольными ребрами

Главное окно режима Жесткие базы колонн включает пять страниц: Конфигурация, Соединения, Усилия, Конструкция и Чертеж.

Работа в режиме Жесткие базы колонн начинается с выбора типа сечения колонны на странице Конфигурация, который реализуется нажатием соответствующей кнопки: Прокатный двутавр или Сварной двутавр. В соответствии со сделанным выбором изменяется интерфейс этой страницы .

Для прокатного двутавра, выбранного в качестве типа поперечного сечения колонны, необходимо определить сортамент и номер профиля в данном сортаменте. Это осуществляется в диалоговом окне Выбор профиля, которое становится доступным после нажатия кнопки Выбор сечения колонны.

Если в качестве типа сечения колонны выбран сварной двутавр, необходимо определить размеры поперечного сечения колонны: высоту h_w и толщину t_w стенки, ширину b_f и толщину t_f полки. Размеры поперечного сечения колонны вводятся в таблицу в миллиметрах. Заметим, что толщины полок и стенки можно ввести вручную или же выбрать из выпадающего списка, в котором содержится набор толщин, соответствующий сортаменту листовой стали. Обеспечена возможность графического контроля поперечного сечения колонны в информационном окне, которое становится доступным после нажатия кнопки Предварительный просмотр ().

Материал фундамента определяется с помощью выпадающего списка Бетон, в котором предлагается для выбора класс бетона фундамента базы колонны согласно EN 1992-1-1:2004. При нажатии на кнопки Сталь колонны и Сталь плиты вызывается информационный режим Сталь (см. рис. 1), где можно выбрать и задать класс стали, соответственно, для колонны и для опорной плиты базы.

Страница Конфигурация также содержит выпадающий список Тип подливки и поле Толщина подливки, предназначенные для ввода соответствующей информации о подливке под опорной плитой узла базы колонны.

На этой же странице в поле ввода Коэффициент учета длительности и неблагоприятности воздействий можно ввести значение соответствующего коэффициента (согласно EN 1992-1-1:2004), по умолчанию принятое равным единице.

В выпадающем списке Коэффициент надежности по ответственности пользователем задается соответствующий коэффициент, на значение которого будут умножены все расчетные значения внутренних усилий, действующих в опорном сечении колонны для всех расчетных комбинаций нагружений. В том случае, когда значения внутренних усилий в опорном сечении колонны были получены в результате анализа уже с учетом коэффициента надежности по ответственности (например, когда расчетные значения нагрузок задавались умноженными на данный коэффициент), тогда в этом выпадающем списке необходимо выбрать значение коэффициента равное единице.

Нажатие кнопки Основная надпись обеспечивает доступ к одноименному диалоговому окну, предназначенному для заполнения штампа чертежа, используемого в эскизе проектного решения узла базы колонны жесткого типа. Кнопка Сохранить как шаблон позволяет запомнить внесенную информацию как шаблон штампа в данном сеансе работы с программой. Использовать сохраненный шаблон можно как в текущем, так и в других режимах работы программы, нажав на кнопку Загрузить шаблон.

Страница Соединения режима Жесткие базы колонн предназначена для ввода информации относительно особенностей сварных и болтовых соединений узлов жестких баз колонн. В частности, класс болтов и тип отверстия под болты определяются в выпадающих списках Класс болтов и Тип отверстия, соответственно. Тип шайбы в болтовых соединениях задается с помощью соответствующих кнопок выбора (простая (плоская) или же со скошенными кромками). Предусмотрена возможность учета особенностей болтовых соединений при использовании болтов с потайной головкой с помощью выбора кнопки-маркера Болты с потайной головкой и задания в соответствующем поле ввода высоты головки болта. Для сварных соединений узлов жестких баз колонн на стыковых сварных швах может быть учтен их частичный провар с помощью выбора кнопки-маркера Частичный провар стыкового шва и задания в соответствующем поле ввода глубины провара. Для сварных соединений узлов жестких баз на угловых сварных швах также может быть учтен их глубокий провар с помощью выбора кнопки-маркера Глубокий провар углового шва и задания в соответствующем поле ввода дополнительной толщины наплавленного металла. Кнопки-маркеры, объединенные в группу Особенности, позволяют задать особенности сталей элементов соединений, в частности, в тех случаях, когда сталь принята согласно EN 10025-5 или же подвержена атмосферным влияниям, или же другим влияниям, вызывающим коррозию. Кроме того, предусмотрена возможность учесть особенности болтовых соединений в тех случаях, когда резьба болтов не соответствует EN 1090-1:2009, или же болты в соединении покрыты защитным покрытием, или же болтовые соединения устроены в конструкциях башен и мачт.

На странице Усилия задаются внутренние усилия, действующие в узле базы колонны: N_cEd – продольное усилие; M_cyEd – изгибающий момент в плоскости xOz; V_czEd и V_cyEd – поперечные силы относительно соответствующих главных осей инерции сечения колонны¹. На рисунке, расположенном рядом с таблицей внутренних усилий, определены положительные направления внутренних усилий в сечениях элементов базы колонны. При нажатии кнопки Добавить в таблице усилий появляется новая строка, в которую необходимо ввести значения внутренних усилий для текущей комбинации нагрузок. Количество расчетных комбинаций нагрузок произвольно. Единицы измерения внутренних усилий, действующих в узле, определяются на странице Единицы измерения диалогового окна Настройки приложения. По умолчанию единицы измерения продольных и поперечных усилий – тонны, изгибающих моментов – тонны×метры. В таблице задания расчетных значений внутренних усилий в последнем столбце Группа предельных состояний для каждой комбинации нагрузок предусмотрена возможность задать группу предельных состояний текущей комбинации (первая или вторая).

¹ Для ориентации заданных внутренних усилий относительно главных осей инерции поперечных сечений, сходящихся в узле, каждый стержень узла связывают с локальной (местной) системой координат xyz. В программе реализована следующая ориентация локальных систем координат стержней: ось x-x направлена от начала стержня (начального узла) до конца (конечного узла), оси y-y и z-z (главные центральные оси инерции поперечного сечения стержня) вместе с осью x-x образуют правостороннюю систему координат Декарта. При этом ось y-y параллельна плоскости X0Y глобальной системы координат, а ось z-z направлена в верхнее полупространство.

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 конструкции узла базы колонны жесткого типа.

Для проверки несущей способности в соответствии с требованиями EN 1993-1-1 и EN 1993-1-8 известного конструктивного решения базы колонны необходимо задать все параметры узла: размеры и толщины конструктивных элементов, входящих в состав узла, диаметры анкерных болтов, размеры, регламентирующие расположение конструктивных элементов относительно друг друга, катеты сварных швов, количество болтов, количество рядов болтов и др. Параметры узла вводятся в таблице, расположенной на странице справа. По умолчанию единицами измерения линейных размеров приняты миллиметры. Диаметр анкерных болтов, а также их количество (для некоторых типов баз) задаются в специальных выпадающих списках, объединенных в группу Болты анкерные.

При нажатии кнопки Проектирование появляется выпадающее меню. Если выбран первый пункт 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 проектного решения 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). 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 элементов, входящих в состав узлового решения, с заданными параметрами, и их соединений в соответствии с требованиями EN 1993-1-1 и EN 1993-1-8.

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 жесткой 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 жестких баз колонн представлен в табл. 1.

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

При переходе на страницу Чертеж выполняется проверка и проектирование узла аналогично режиму Вычислить. Если результаты анализа параметров элементов узла не противоречат конструктивным и нормативным требованиям, то выполняется генерация чертежа узлового решения стадии КМ.

В верхней части страницы Чертеж расположена панель инструментов с кнопками управления (), которые обеспечивают возможность масштабирования графического изображения, его сохранение в формате DWG (DXF) системы AutoCAD и печать.

На странице Кривые взаимодействия строятся кривые, ограничивающие область несущей способности заданного (или подобранного) конструктивного решения узла жесткой 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 жесткой 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 внутренних усилий, который соответствует текущему положению курсора на области кривой взаимодействия.

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 .

Табл. 1. Список проверок несущей способности элементов и соединений конструктивных решений узлов жестких баз колонн при проектировании по EN 1993-1-1:2005 и EN 1993-1-8:2005

Название фактора	Тип базы	Ссылка на EN 1993-1-8	Ссылка на EN 1993-1-1
Несущая способность базы колонны при действии сжимающего усилия	рис. 1	пп. 6.2.3, 6.2.6.1, 6.2.6.2
Несущая способность базы колонны при действии изгибающего момента и продольного усилия	рис. 1	пп. 6.2.6.1, 6.2.6.3, табл. 6.7
Несущая способность анкерных болтов на растяжение	рис. 1	п. 3.4.2 (2), табл. 3.4, 3.6.1 (1), 3.6.1 (3), 6.2.4.12
Несущая способность анкерных болтов на срез	рис. 1	п. 3.4.1 (2), табл. 3.4, 3.6.1 (1), 3.6.1 (3)
Несущая способность анкерных болтов на растяжение и срез	рис. 1	п. 3.4.1 (2), табл. 3.4, 3.6.1 (1), 3.6.1 (3)
Несущая способность углового сварного соединения между опорным сечением колонны и опорной плитой базы	рис. 1	п. 4.5.3, (4.1), п. 4.5.4, (4.2)-(4.4)
Несущая способность углового сварного соединения между траверсой и полками колонны	рис. 2, а, б, з, и	п. 4.5.3, (4.1), п. 4.5.4, (4.2)-(4.4)
Несущая способность углового сварного соединения между траверсой и опорной плитой базы	рис. 2, а, б, з, и	п. 4.5.3, (4.1), п. 4.5.4, (4.2)-(4.4)
Несущая способность углового сварного соединения между траверсой и консольными ребрами	рис. 2, а, б	п. 4.5.3, (4.1), п. 4.5.4, (4.2)-(4.4)
Несущая способность стыкового сварного соединения между полками колонны и консольными ребрами	рис. 2, в, г, д, е, ж	п. 4.5.3, (4.1), п. 4.5.4, (4.2)-(4.4)
Несущая способность опорного сечения колонны на действие поперечной силы, параллельной плоскости стенки	рис. 1		п. 6.2.6, (6.12)
Несущая способность опорного сечения колонны на действие поперечной силы, перпендикулярной плоскости стенки	рис. 1		п. 6.2.6, (6.12)
Несущая способность опорного сечения колонны на действие продольного растягивающего усилия	рис. 1		п. 6.2.3, (6.5)
Несущая способность опорного сечения колонны на действие продольного сжимающего усилия	рис. 1		п. 6.2.4, (6.9)
Несущая способность опорного сечения колонны на действие изгибающего момента	рис. 1		п. 6.2.5, (6.10)
Несущая способность опорного сечения колонны на совместное действие изгибающего момента и поперечной силы	рис. 1		п. 6.2.8, (6.25)
Несущая способность опорного сечения колонны на совместное действие изгибающего момента и продольного усилия	рис. 1		п. 6.2.9.1, (6.26)
Несущая способность опорного сечения колонны на совместное действие изгибающего момента, продольного усилия и поперечной силы	рис. 1		п. 6.2.10
Несущая способность траверс на изгиб	рис. 2, а, б, з, и		п. 6.2.5, (6.10), п. 6.2.6, (6.12), п. 6.2.8, (6.25)
Несущая способность консольных ребер на изгиб	рис. 2, а, б, в, г, д, е, ж		п. 6.2.5, (6.10), п. 6.2.6, (6.12), п. 6.2.8, (6.25)
Примечания: 1. Минимальные и максимальные расстояния между центрами отверстий под болты и от центра отверстия до края элементов в болтовых соединениях узлов принимались согласно табл. 3.3 EN 1993-1-8:2005. 2. Расчетная толщина сварного шва принималась не менее 3 мм, как это предусмотрено в п. 4.5.2 (2) EN 1993-1-8:2005. 3. Расчетная длина сварных швов принималась как геометрическая длина шва за вычетом двух расчетных толщин шва согласно п. 4.5.1 (1) EN 1993-1-8:2005 с учетом минимальной длины шва, определенной в п. 4.5.1 (2) EN 1993-1-8:2005.