Фермы

С помощью этого режима осуществляются все необходимые проверки элементов ферм на прочность и устойчивость, а также проверяется их гибкость. При этом работа начинается с определения расчетных значений усилий от задаваемых внешних нагрузок для схем конструкций, наиболее часто используемых на практике. Возможен вариант работы с подбором сечений из заранее составленного сортамента поперечных сечений.

При работе режима для каждого элемента фермы в соответствии с выбранным нормативным документом выполняются следующие проверки:

Ограничение реализации

Проверка	Ссылка на СНиП II-23-81*	Ссылка на СНиП РК 5.04-23-2002	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	Ссылка на ШНК 2.03.05-13
Прочность	п. 5.1	п. 5.1	п.8.1.1	п.7.1.1	п.1.4.1.1	п. 8.1.1	п. 7.1
Устойчивость в плоскости фермы	п. 5.3	п. 5.3	п.8.1.3	п.7.1.3	п.1.4.1.3	п. 8.1.3	п. 7.3
Устойчивость в плоскости фермы (закритическая работа)	п. 5.3, 7.20*	пп. 5.3, 7.30	п. 8.1.3, 8.3.5	п. 7.1.3, 7.3.6	п. 1.4.1.3, 1.4.3.5	п. 8.1.3, 8.3.5	п. 7.3, 9.20
Устойчивость из плоскости фермы	п. 5.3	п. 5.3	п.8.1.3	п.7.1.3	п.1.4.1.3	п. 8.1.3	п. 7.3
Устойчивость из плоскости фермы (закритическая работа)	п. 5.3, 7.20*	пп. 5.3, 7.30	п. 8.1.3, 8.3.5	п. 7.1.3, 7.3.6	п. 1.4.1.3, 1.4.3.5	п. 8.1.3, 8.3.5	п. 7.3, 9.20
Гибкость стенки из условия местной устойчивости	пп. 7.1, 7.2, 7.14, табл. 27	пп. 7.1, 7.2, 7.23	п. 8.3.1, 8.3.2, табл. 8, п. 8.3.10	п. 7.3.1, 7.3.2, табл. 9, п. 7.3.11	п. 1.4.3.1, 1.4.3.2, табл. 1.4.3	п. 8.3.1, 8.3.2, табл. 8.3	пп. 9.1, 9.2, 9.3, пп. 9.15
Гибкость свеса полки (поясного листа) из условия местной устойчивости	п. 7.22, 7.23, табл. 29, п. 7.26, п. 7.27*	пп. 7.32, 7.33, 7.37	п. 8.3.7, табл. 9, п. 8.3.10	п. 7.3.8, табл. 10, п. 7.3.11	п. 1.4.3.7, табл. 1.4.4	п. 8.3.7, табл. 8.4	п. 9.22, 9.23, п. 9.27
Тонкостенность трубы из условия местной устойчивости	п. 8.6	п. 8.6	п. 12.2.2	п. 11.2.2	п. 1.10.2.2	п. 14.2.2	п. 10.6
Местная устойчивость стенки трубы из расчета замкнутой круговой цилиндрической оболочки	пп. 8.5-8.13	пп. 8.5-8.13	пп. 12.2.1-12.2.8	пп. 11.2.1-11.2.9	пп. 1.10.2.1-1.10.2.9	пп. 14.2.1-14.2.9	пп. 10.5-10.13
Устойчивость искривленного элемента
Гибкость	пп. 6.1-6.4,6.16	пп. 6.1-6.4, 6.15	пп. 11.1.1-11.1.4, 11.4.1	пп. 10.1.1-10.1.4, 10.4.1	пп. 1.9.1.1-1.9.1.4, 1.9.4.1	пп. 13.1.1-13.1.4, 13.4.1	пп. 8.1-8.4, 8.18
Жесткость фермы

При подборе и проверке элементов ферм приняты следующие значения коэффициента условий работы γ_с:

Поскольку требование норм относительно ограничения гибкости растянутого элемента связано с ограничением его провисания от собственного веса, то проверка гибкости растянутых элементов регламентирована только в вертикальной плоскости (например, согласно примечанию 1 к табл. 33 СП 16.13330).

В режиме Фермы предполагается, что вертикальной является именно плоскость фермы. Гибкость растянутых элементов фермы из плоскости фермы не проверяется. Соответственно, раскрепление нижнего (растянутого) пояса из плоскости фермы не влияет на результат проверки его гибкости.

В том случае, если пользователю необходимо выполнить проверку гибкости растянутых элементов из плоскости фермы (для горизонтальных ферм, или для ферм, расположенных под углом к горизонту), можно воспользоваться режимом Сопротивление сечений. При проверочном расчете растянутого элемента в режиме Сопротивление сечений проверке подлежат обе его гибкости, поскольку само понятие вертикальной плоскости в данном режиме отсутствует.

Страница Общие данные включает выпадающий список для выбора вида фермы по очертанию поясов и группу кнопок для выбора конфигурации фермы. Предусмотрен расчет ферм следующих видов: с параллельными поясами, треугольных, трапецеидальных, с полигональным верхним поясом, односкатные и двухскатные. Все фермы статически определимые и предполагаются закрепленными в крайних узлах нижнего пояса статически определимым способом по балочной схеме.

Для выбранной конфигурации задается пролет фермы и ее высота на опоре (при необходимости — другие геометрические параметры).

На этой же странице с помощью маркеров указывается вариант раскрепления узлов верхнего и нижнего поясов из плоскости фермы (считается, что в плоскости фермы раскрепление произведено статически определимым образом — шарнирное неподвижное опирание левого опорного узла и шарнирное подвижное опирание правого узла). В случае, если активен маркер Задаются пользователем, становится доступной кнопка Номера узлов, нажатием которой вызывается диалоговое окно Раскрепление из плоскости. В этом окне приведена расчетная схема фермы с пронумерованными узлами и таблица, в которой каждому узлу фермы соответствует маркер. Активное состояние маркера говорит о наличии раскрепления в данном узле. Раскрепленные узлы помечаются на схеме синим цветом. Узлы, помеченные в таблице серым цветом, раскрепляются по умолчанию и их состояние изменить нельзя.

Маркер Потеря устойчивости стенки не допускается служит для выполнения проверочного расчета сечения с учетом его закритической работы (после потери местной устойчивости стенки). Отмеченный маркер позволяет пользователю отказаться от закритической работы сечения в случае, если по результатам проверки происходит потеря местной устойчивости стенки.

На странице Сечения назначаются поперечные сечения элементов фермы. Предполагается, что по длине фермы ни сечения поясов, ни сечения элементов решетки не меняются. Сечения компонуются из парных равнополочных или неравнополочных уголков, располагаемых в форме тавра (последние — в двух вариантах) или креста из равнополочных уголков, а также из труб круглого и прямоугольного сечений.

При выборе сечений используется база данных прокатных профилей. Значение зазора между уголками задается в таблице, расположенной над схемой фермы, одновременно с выбором профиля для каждого типа сечения. Выбранные с помощью маркера элементы одного типа выделяются на схеме красным цветом, а в поле выбора отображается их сечение.

Необходимо заметить, что в нормах проектирования проверки несущей способности стержневых элементов стальных конструкций сформулированы в зависимости от внутренних усилий и геометрических характеристик, отнесенных к главным осям инерции сечения. Так, в режиме Фермы проверки устойчивости элементов фермы при центральном сжатии выполняются в зависимости от геометрических характеристик сечения (в частности, в зависимости от моментов инерции и радиусов инерции) относительно главных осей инерции.

Для большинства типов сечений, реализованных в режиме Фермы, одна из главных осей инерции сечения лежит в плоскости конструкции фермы, а другая – в плоскости, перпендикулярной плоскости фермы. Таким образом, выпучивание элемента фермы, потерявшего устойчивость при центральном сжатии, может происходить либо в плоскости фермы, либо из плоскости фермы. Соответственно проверки устойчивости элемента фермы при центральном сжатии соотнесены к плоскости фермы, а именно вычисляются факторы Устойчивость в плоскости фермы и Устойчивость из плоскости фермы. Единственное исключение составляет составное сечение из двух равнополочных уголков, составленных в крест, главные оси инерции которого не лежат ни в плоскости конструкции фермы, ни в плоскости, перпендикулярной плоскости фермы. Выпучивание элемента фермы из двух уголков, составленных в крест, при потере его устойчивости не соотносится с плоскостью конструкции фермы. Тем не менее с целью унификации названия факторов Устойчивость в плоскости фермы и Устойчивость из плоскости фермы для этого типа сечения приняты как для остальных типов сечений.

На странице Материалы имеется возможность задать предельно допустимое значение прогиба фермы (от действия нормативных и/или нормативных длительных нагрузок) в долях от величины пролета (оно будет сопоставлено с относительным прогибом от действия нормативных значений нагрузок). Предусмотрена возможность задания прогиба фермы в форме доли пролета (величина 1/А), где А есть набор наиболее часто употребляемых величин (500, 750 и т.п.).

В этом режиме предусмотрена возможность выполнять проверочные расчеты с учетом коррозии. Кроме того, для ферм, элементы которых выполнены из парных уголков, можно для каждого элемента задать не только информацию о коррозии, но и величины погибей. Для этого следует активизировать маркер Учет коррозии и погибей и нажать кнопку $image\table_question_24.png$ , которая открывает доступ к диалоговому окну. В этом окне вводится информация о повреждениях конструкции (после ввода информации, кнопка меняет свой вид и выглядит следующим образом: $image\table_24.png$ ).

В таблице задаются данные о толщине слоя коррозии для каждого элемента фермы (номера элементов приводятся на схеме) и величине стрелки погиби в плоскости и из плоскости фермы. Кроме того, в каждой строке таблицы имеется кнопка $image\calc_24.png$ , которая активизирует операцию вычисления толщины слоя коррозии. Отметим, что угол наклона элемента к горизонту задавать не нужно, поскольку для элементов фермы эта информация определяется автоматически.

Если в окне Толщина слоя коррозии активизировать маркер Применить для всех элементов нижнего (верхнего, ...) пояса, то результат расчета будет внесен не только в текущую строку таблицы, но и во все строки, которые соответствуют элементам всей группы. При выполнении расчетов предполагается, что толщина слоя коррозии одинакова по всему периметру сечения.

Анализ работы поврежденной конструкции будет производиться в соответствии с рекомендациями пособия по проектированию усиления стальных конструкций (к СНиП II-23-81*). Расчет учитывает возможность пространственной формы выпучивания стержня с погибью, поэтому в числе факторов, которые выдаются по результатам расчета, могут отсутствовать результаты проверок устойчивости в плоскости фермы или из плоскости фермы, или обе эти проверки вместе.

Страница Нагрузки во многом напоминает ту, которая описана в режиме Огибающие, однако, здесь имеются и свои особенности. Во-первых, возможна лишь равномерно распределенная нагрузка и сосредоточенная нагрузка в узлах. Номер узла приложения нагрузки выбирается в выпадающем списке. Во-вторых, распределенная нагрузка задается или на весь пояс, или на его половину. Место приложения нагрузки определяется соответствующими маркерами

При нажатии на кнопку выбора пояса, к которому приложена нагрузка, в окне отображения появляется условная схема соответствующего пояса с засечками в месте расположения узлов, а при задании нагрузки (после нажатия кнопки Добавить) — схема соответствующего нагружения со всеми введенными нагрузками.

Откорректировать значения конкретных нагрузок можно в таблице, которая вызывается кнопкой $image\table_24.png$ .

По нажатию кнопки Усилия в элементах фермы для текущего загружения открывается одноименное информационное окно, в котором показана расчетная схема фермы с эпюрой усилий.

В программе Кристалл (в отличие от SCAD) принято, что на ферму действует узловая нагрузка. Таким образом, заданная распределенная нагрузка не передается непосредственно на элементы фермы, а считается приложенной к некоторой ограждающей конструкции кровли, которая и выполняет функцию приведения нагрузки к узлам.

Как правило, на верхний пояс фермы действует распределенная нагрузка, это обстоятельство учитывается при расчете фермы в программе SCAD, при этом для наклонных элементов продольная сила меняется по его длине. Программа SCAD выводит значения максимального усилия по длине элемента. В Кристалле при приведении распределенной нагрузки к узлам выводится значение, которое соответствует значению усилия в середине конечного элемента программы SCAD. Это приводит к различию представляемых результатов.

Кнопка Подбор позволяет перейти в режим целенаправленного перебора поперечных сечений элементов фермы с заменой номеров выбранных пользователем профилей (тип поперечного сечения и условия раскрепления не меняются). Программа переходит к следующему большему по площади номеру профиля в каталоге, из которого были первоначально выбраны поперечные сечения, если при проверках рассматриваемого элемента (например, верхнего пояса) было обнаружено значение коэффициента использования ограничений K > 1 или к следующему меньшему по площади номеру профиля, если K < 1. Такие переходы осуществляются до тех пор, пока по всем проверкам не будет выполнено условие K < 1, а замена профиля ближайшим меньшим даст K > 1, т.е. будет найден наименьший из удовлетворяющих требованиям норм профиль.

Перебор по различным группам элементов фермы (верхнему и нижнему поясам, раскосам, стойкам) реализуется независимо.

После завершения подбора на экране появляется окно с рекомендациями по выбору поперечных сечений.

Пользователь может отвергнуть эти рекомендации (кнопка Выйти) или согласиться с ними. В последнем случае нажимается кнопка Применить, и все рекомендованные сечения будут переданы для выполнения проверочного расчета новой конструкции.

Если в процессе подбора было испробовано максимальное сечение из сортамента и при этом значение K > 1, то в окне появляется соответствующее сообщение, и кнопка Применить блокируется.

Отметим, что ограничение по прогибу на результатах подбора не сказывается.

Кроме того, в отчетный документ выводится таблица с опорными реакциями, общий вес фермы и площадь окраски.