25. Определение расчетных длин

От правильности задания расчётных длин элементов конструкций зависит надежность принятых конструктивных решений.

В большинстве случаев определение расчетных длин происходит согласно нормативных документов. Но нормативные документы рассматривают далеко не все возможные случаи.

В качестве примера рассматривается каркасное здание пролётом 10 метров с колоннами из двутавра 40К1 и ригелями из двутавра 40Б1 (рис. 1).

Рис. 1. Расчётная модель здания. ПК ЛИРА 10.

Для определения расчетных длин колонн с определенной погрешностью можно использовать формулу 142 таблицы 31 СП 16.13330.2011, а для ригелей, которые в таких рамах, наряду с изгибом, испытывают также и сжатие, нормы не дают ответа по определению расчетной длины.
Поэтому, для определения расчетных длин элементов рамы в плоскости, воспользуемся подсистемой «устойчивость». Для этого возьмем плоскую раму и зададим на нее нагрузку для определения свободных длин (рис. 2).

Скачать демо-версию ПК ЛИРА

Для анализа устойчивости схемы проектировщик должен составить характерное загружение, или характерную комбинацию загружений (РСН), по которой будет происходить определение расчетных длин элементов. Характерных загружений, или комбинаций загружений может быть несколько, для различных групп элементов. При этом следует руководствоваться п. 10.3.2 СП 16.13330.2011, согласно которому при определении расчетных длин следует брать сочетание, создающее наибольшие значения продольных сжимающих сил N в рассматриваемых элементах, и полученные расчетные длины использовать при проверке устойчивости для всех возможных комбинаций РСУ. Таким образом, для нашего объекта характерная комбинация загружений для определения расчетных длин включает (со своими коэффициентами сочетаний) все постоянные, длительные и снеговые загружения, но не включает ветер.

Рис. 2. Плоская рама для определения расчётных длин. ПК ЛИРА 10

В редакторе загружений выбираем Выполнять Анализ устойчивости (рис. 3).




Рис. 3. Настройка параметров для расчёта устойчивости

Далее переходим в результаты расчёта и выбираем результаты по устойчивости.
Необходимо смотреть на первую форму потери устойчивости, дающую максимальные расчётные длины. Расчёт устойчивости по характерной комбинации загружений подтвердил, что первой, наиболее опасной, формой потери устойчивости ожидаемо является кососимметричная форма (рис. 4).

Рис. 4. Первая форма потери устойчивости. ПК ЛИРА 10

Если в этом режиме нажать левой кнопкой мыши на элемент, то появиться таблица с характеристиками расчётной длины этого элемента (рис. 5).

При определении расчетных длин следует также иметь в виду, что для анализа устойчивости принято, чтобы продольные сжимающие силы N в пределах рассматриваемых участков были неизменными. В нашем случае, как для колонн, так и для ригелей имеется равномерно-распределённая составляющая нагрузки вдоль стержня, обеспечивающая плавное изменение усилия N, что не вполне корректно. Соответственно, меняется и расчётная длина элемента на различных участках. Чем больше сжимающая сила, тем меньше получается расчётная длина. Здесь проектировщик должен обращать внимание на то, чтобы эта равномерно-распределённая составляющая нагрузка вдоль стержня не играла бы решающую роль в работе стержня, а разброс расчётных длин в пределах конструктивного элемента был бы несущественным. Далее, следуя логике пункта 10.3.2 норм СП 16.13330.2011, расчётную длину элемента следует брать в том месте, где сила N максимальная, т. е. там, где расчётная длина минимальна. Однако, подозревая, что максимальный эффект от совместного действия силы N и момента Му в месте жёсткого соединения ригеля с колонной, мы бы рекомендовали брать величину расчётной длины как для колонны, так и для ригеля именно в этом месте.

Окончательный же выбор остаётся за автором расчёта.

Получаем для колонн расчётную длину 14.1 м, а для ригелей 13.3 м (рис. 6).

Если считать по формуле (142), расчётная длина колонны получилась бы 11.7 м. Однако, формула (142) не учитывает двускатную форму ригеля, а это при значительных уклонах может существенно повлиять на результат.

Рис. 5. Расчетная длина колонн. ПК ЛИРА 10

Рис. 6. Расчётная длина ригелей. ПК ЛИРА 10

Теперь, задав эти параметры в редакторе конструирования (рис. 7), можем производить расчёт конструирования и получать точные результаты по подбору и проверке МК.

Рис. 7. Задание параметров конструирования для колонн и ригелей. ПК ЛИРА 10

Более подробно методика определения расчетных длин и другие вопросы рассматриваются на наших курсах обучения. Будем рады видеть вас среди наших учеников.

Обучение