КАНАДСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ТОНКОЛИСТОВОЙ СТАЛИ 
ПРОИЗВОДСТВО ЛЕГКОВЕСНЫХ СТАЛЬНЫХ РАМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Таблицы нагрузок каркаса стен и балок перекрытия
CSSBI 58-2004
TABLE OF CONTENTS
Комментарии
Введение.........................................................…......2
Обозначение продукции......................….............2
Геометрия профиля...............................…...............2
Таблица свойств каркасного и балочного профиля..………………………….…………….......2
Таблица свойств рельсового профиля.........…………….………....................3
Таблицы допустимой высоты каркаса несущего ветровую нагрузку….....................…...…...........................3
Таблицы нагрузки балки перекрытия...............………………..........................4
Таблица совмещенной ветровой и осевой нагрузок каркаса..…………….................................5
Условные обозначения...........................................6
Примеры проектов.................................................7
Каркасный, Балочный и рельсовый профили
Таблицы свойств
Свойства профиля каркаса стены.......……….........10
Свойства балочного профиля..................................12
Свойства рельсового профиля..................................14
Таблицы допустимой высоты каркаса несущего ветровую нагрузку ..........................................18
Таблица совмещенной ветровой и осевой нагрузок каркаса (Обшитый каркас) ..…………...24
Таблица совмещенной ветровой и осевой нагрузок каркаса (Необшитый каркас).....................32
Таблицы нагрузок балки перекрытия.............................40
ТАБЛИЦЫ НАГРУЗОК ЛЕГКОВЕСНЫХ СТАЛЬНЫХ РАМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
КАРКАСА СТЕН И
БАЛОК ПЕРЕКРЫТИЯ
CSSBI 58-2004
Подготовлено для
Канадский строительный институт Тонколистовой Стали
Издано
T. W.J Trestain Structural Engineering
|
Все права защищены. Не допускается использование данной публикации или ее части без письменного разрешения издателя.
ISBN -X
ПРЕДИСЛОВИЕ
Материал представленный в данной публикации был подготовлен для общей информации читателя. Так как данный материал считается технически верным и соответствует широко применяемой практике на момент его публикации, он не должен использоваться без предварительной профессиональной консультации в отношении его соответствия конкретной области применения. Канадский строительный институт Тонколистовой Стали или его Компании не гарантируют и не несут ответственность за соответствие материала стандартному или применению.
КОММЕНТАРИИ
1. ВВЕДЕНИЕ
Технические сведения данного отчета предназначены в помощь профессиональному проектированию и не должны использоваться вместо решений квалифицированных инженеров или архитекторов.
2. ОБОЗНАЧЕНИЕ ПРОДУКЦИИ
Производители холодногнутых стальных рамных конструкций используют универсальную систему обозначения свой продукции. Обозначение является четырехзначным кодом, указывающим глубину, ширину полки, тип элемента и толщину материала.
Пример: 600S162-54
3.2 Кромки балки и каркаса имеют следующую длину:
Профиль | Ширина полки | Длина кромки |
S125 | 1.250 | 0.188 |
S162 | 1.625 | 0.500 |
S200 | 2.000 | 0.625 |
S250 | 2.500 | 0.750 |
S300 | 3.000 | 0.750 |
3.3 Внутренний радиус изгиба каркаса, балки и рельсобалки
|
Глубина элемента
1/100 дюймов
Где 600 значит
600/100 = 6"
600 S
Обозначения:
S =Каркасный или балочный профиль
T = Рельсовый профиль
U = Швеллер
F = Шляпный профиль
Ширина полки
1/100 дюймов 162 значит
162/100 = 1.62" или 5/8"
Минимальная толщина
1/1000 дюймов.
Где 54 значит
54/1000 = 0.054"
4. ТАБЛИЦА СВОЙСТВ КАРКАСНОГО И БАЛОЧНОГО ПРОФИЛЯ
Примечание:
1. Минимальная толщина, исключая покрытие, составляет 95% расчетной толщины. См. CAN/CSA-S136-01. Профиль A2.4.
2. Если в проектировании используется предел текучести выше 33 ksi, то его необходимо указать. Например, каркас 1-5/8" x 6" с расчетной толщиной 0.0566" и расчетным пределом текучести 50 ksi будет указан как 600S162ksi). Отметим, что если нет указания (50 ksi), то подразумевается 33 ksi.
3. Для рельсового профиля "T" глубина является номинальным внутренним размером. Другие являются внешними
3. ГЕОМЕТРИЯ ПРОФИЛЯ
3.1 Геометрия профиля указывается обозначением продукции, как было упомянуто в предыдущем разделе.
4.1 Структурные свойства рассчитаны в соответствии с CSA стандартом CAN/CSA-S136-01, Североамериканской спецификации для расчета элементов холодногнутой стальной рамной конструкции.
4.2 Сталь должна соответствовать требованиям CAN/CSA-S136-01 с минимальным пределом текучести 33 ksi для расчетной толщины меньшей или равной 0.0451" и 50 ksi для расчетной толщины большей или равной 0.0566".
4.3 Свойства профиля рассчитаны на основе расчетной толщины, приведенной в таблицах. Расчетная толщина за вычетом покрытия.
4.4 Перфорирование отверстий предполагается в средней глубине с минимальным расположением в 24" o. c. Предположительно расстояние от осевой линии последней перфорации до конца каркаса стены будет минимум 12".
4.5 Полностью усиленный расчетный момент сопротивления, Mrx и Mry образовывается с использованием свойств расчетного сечения. Увеличение текучести от формования холодногнутых профилей обычно не принимается во внимание.
4.6 Максимальная свободная длина, Lu, которая препятствует продольному изгибу в балках, рассчитывается по формуле, приведенной в Комментариях к Североамериканской спецификации для расчета элементов холодногнутой стальной рамной конструкции, издание 2001, опубликованное Американским Металлургическим Институтом (формула C - C3.1.2.1-11, C-C3.1.2.1-12 и C-C3.1.2.1-14). Ky, Kt и Cb приравниваются к одному.
4.7 Разложенное сопротивление включает следующие фи факторы: Момент φb = 0.90
Прочность φv = 0.80
Упругопластическое
выпучивание стенки см. пункт 3.9
4.8 Инерционность прогиба, Ix, включает влияние местного изгиба при уровне напряжения, возникающего вследствие номинальной временной нагрузки (приближенно к 0.6 x Fy). Данный прогиб подходит только для проверки предельного состояния по пригодности к эксплуатации.
4.9 Упругопластическое выпучивание стенки
4.9.1 Каркас стены
В настоящее время специфические условия не включены в CAN/CSA-S136-01 для расчета изгибаемого элемента стального каркаса с рельсобалочным соединением подверженным упругопластическому выпучиванию стенки. Но данное положение касающееся упругопластического выпучивания стенки представлено в Стандарте Американского Металлургического Института Расчет каркаса стены холодногнутых стальных рамных конструкций (окончательный вариант предварительного документа) и используется согласно области применения.
Приведены следующие измененные коэффициенты упругопластического выпучивания стенки:
C = 3.72
CR = 0.19
CN = 0.74
Ch = 0.019
φw = 0.76
Фи фактор 0.76 сформирован специально для данного проекта и основывается на методологии приведенной в Комментариях к Североамериканской спецификации для расчета элементов холодногнутой стальной рамной конструкции.
Приведены следующие пределы пригодности:
i) Расчетная толщина стоек 0.033" до 0.073"
ii) Расчетный предел текучести стоек 33 ksi до 50 ksi
iii) Номинальная глубина стоек 3.50" до 6"
iv) Толщина рельсобалки равная или больше толщины стойки
v) Обе полки стойки присоединенной к рельсобалке
vi) Стойки не расположенные рядом с отверстиями стены
Предполагается применение положения CAN/CSA-S136-01 упругопластического выпучивания стенки для стоек с рассчитанной толщиной более 0.073" или глубиной более 6". Односторонняя нагрузка полки, закрепленная условием опирания (таблица C3.4.1-2) используется с 0.75 фактором сопротивления, φw.
Для обоих подходов к упругопластическому выпучиванию стенки, предполагается неперфорированная секция с 1" длиной опорной части.
4.9.2 Балки
Упругопластическое выпучивание стенки обусловлено CAN/CSA-S136-01 с односторонней нагрузкой полки, закрепленной условием опирания (таблица C3.4.1-2) и 0.75 фактор сопротивления, φw. Предполагается 3" длина опоры.
5. ТАБЛИЦА СВОЙСТВ РЕЛЬСОВОГО ПРОФИЛЯ
5.1 Применяется предыдущий Комментарий пункты 4.1-4.3.
5.2 Разложенный момент сопротивления, Mrx, образовывается с использованием свойств расчетного сечения без учета формования холодногнутых профилей. Разложенные прочность на сдвиг и момент сопротивления Vr и Mrx включают соответственно 0.8 и 0.9 фактор сопротивления
5.3 Инерционность прогиба, Ix, включает влияние местного изгиба при уровне напряжения, возникающего вследствие номинальной временной нагрузки (приближенно к 0.6 x Fy). Данный прогиб подходит только для проверки предельного состояния по пригодности к эксплуатации.
6. ТАБЛИЦЫ ДОПУСТИМОЙ ВЫСОТЫ КАРКАСА НЕСУЩЕГО ВЕТРОВУЮ НАГРУЗКУ
6.1 Допустимая высота рассчитана в соответствии с требованиями Собрания строительных правил Канады. и CAN/CSA S136-01, Североамериканской спецификации для расчета элементов холодногнутой стальной рамной конструкции.
6.2 Материал, геометрия и свойства каркаса соответствуют Таблице свойств каркасного профиля стены и пункту 4 Комментариев.
6.3 Предел прочности при допустимой высоте ограничены поперечной силой у опоры балки или моментом в середине пролёта при расчётной предельной нагрузке. Расчётная прочность на сдвиг и расчетный момент в середине пролёта основываются на перфорированном профиле. Предполагается использование обшивки обеспечивающей боковую опору по обеим сторонам каркаса. Обшивка должна быть соответствующего срока службы, прочности и жесткости для предотвращения бокового прогиба каркаса и скручивания компонента нагрузки, не проходящего через центр изгиба. Предполагается равномерное распределение нагрузки.
Дополнительно к требованиям обшивки указанным выше, применяются распорки на 5'-0" o. c. или менее для выравнивания элементов и обеспечения необходимой целостности конструкции при строительстве и в построенной конструкции. Проектирование распорок предотвратит кручение каркаса и перемещений вокруг малой оси. В соответствии со структурными требованиями необходимо обеспечить периодичное анкерное крепление и/или блокировку в распорках.
6.4 Прогиб при допустимой высоте (L/360) рассчитывается для определённой ветровой нагрузки указанной без ограничений предела прочности. Ни при каких условиях прогиб при допустимой высоте не должен превышать предел прочности допустимой высоты.
Допустимая высота не проявленных предельных прогибов может рассчитываться путем умножения L/360 допустимой высоты на следующие коэффициенты:
Требуемый предельный прогиб | Коэффициент |
L/1000 | 0.711 |
L/720 | 0.794 |
L/600 | 0.843 |
L/360 | 1.000 |
L/240 | 1.145 |
L/180 | 1.260 |
6.5 Упругопластическое выпучивание стенки при допустимой высоте ограничено упругопластическим выпучиванием стенки каркаса в рельсобалке кровли и перекрытия при расчетной нагрузке.
6.6 Проект и соединения для применяемого отклонения ветра. Высота, при которой рассчитанная опорная реакция превышает рассчитанное сопротивление упругопластического выпучивания стенки, Pr обозначается звездочкой. Уменьшение допустимой высоты до значения предусмотренного для упругопластического выпучивания стенки или проектного торцевого соединения, которые не поддаются упругопластическому выпучиванию стенки
6.7 См. Пример проектирования Каркаса несущего ветровую нагрузку (пункт 10 Комментариев).
7. ТАБЛИЦЫ НАГРУЗКИ БАЛКИ ПЕРЕКРЫТИЯ
7.1 Таблицы нагрузок вычисляются в соответствии с требованиями Собрания строительных правил Канады. и CAN/CSA S136-01, Североамериканской спецификации для расчета элементов холодногнутой стальной рамной конструкции.
7.2 Материал, геометрия и свойства балки соответствуют Таблице свойств балочного профиля и пункту 4 Комментариев.
7.3 Предел прочности при нагрузке ограничен поперечной силой у опоры балки или моментом в середине пролёта. Расчётная прочность на сдвиг и расчетный момент в середине пролёта основываются на перфорированном профиле. Необходимо проверить предел прочности при нагрузке по отношению к сумме расчетных постоянных и временных нагрузок и воздействий. Коэффициент временной нагрузки - 1.5, а постоянной - 1.25. Необходимо проверить нагрузку от прогиба по отношению к специальным (не расчетным) проектным временным нагрузкам.
7.4 Нет ограничений по предельно допустимому состоянию вибрирования.
7.5 Балки анализируются как однопролётные элементы с соответствующим ребром жесткости при расположении реактивной и сосредоточенной нагрузок. Пролеты не ограничены упругопластическим выпучиванием стенки. Проектирование упругопластического выпучивания стенки для размещения сосредоточенной или реактивной нагрузок. См. CAN/CSA S136-01.
7.6 Предполагается, что балки должны быть полностью защемлены относительно боковой неустойчивости и относительно торсионно неосевых нагрузок, не проходящих через центр изгиба. Предполагается равномерное распределение нагрузки.
7.7 Допустимые определённые нагрузки для других предельных прогибов могут рассчитываться путем умножения L/360 определённых нагрузок на следующие коэффициенты:
Требуемый предельный прогиб | Коэффициент |
L/480 | 0.750 |
L/360 | 1.000 |
L/300 | 1.200 |
L/240 | 1.500 |
L/180 | 2.000 |
7.8 Предусматривается обшивка перекрытия дополненная распорками на 7'-0" o. c. или менее для выравнивания элементов и обеспечения необходимой целостности конструкции при строительстве и в построенной конструкции. Проектирование распорок предотвратит
кручение балки и перемещений вокруг малой оси. В соответствии со структурными требованиями необходимо обеспечить периодичное анкерное крепление и/или блокировку в распорках.
7.9 См. Пример проектирования - Балки перекрытия (пункт 11 Комментариев).
8. ТАБЛИЦА СОВМЕЩЕННОЙ ВЕТРОВОЙ И ОСЕВОЙ НАГРУЗОК КАРКАСА
8.1 ОБШИТЫЙ И НЕ ОБШИТЫЙ КАРКАС
8.1.1 Расчетная нагрузка вычисляется в соответствии с требованиями Собрания строительных правил Канады 1995г. и CAN/CSA S136-01, Североамериканской спецификации для расчета элементов холодногнутой стальной рамной конструкции.
8.1.2 Материал, геометрия и свойства каркаса соответствуют Таблице свойств каркасного профиля стены и пункту 4 Комментариев.
8.1.3 Подразумевается, что расчетная нагрузка ветра для предела прочности основана на q(1/30) давлении ветра в час.
8.1.4 Подразумевается, что определенная нагрузка ветра для прогиба основана на q(1/30) давлении ветра в час. Нагрузка, не отмеченная звездочкой, не превышает L/360 прогиб только от ветра. Нагрузка, отмеченная звездочкой, не превышает L/180 прогиб только от ветра. Ветровая нагрузка, применяемая для расчета данных предельных прогибов, является определенной ветровой нагрузкой, основанной на приближенном к q(1/10) отсчетном скоростном давлении. (Расчетная нагрузка ветра делиться на 1,5 для получения определенной ветровой нагрузки, которая в свою очередь умножается на 0,80 для получения приближенной к ветровой нагрузке основанной на q(1/10) отсчетном скоростном давлении). Увеличение прогиба посредством осевого давления не принимается в расчет.
Что бы проверить более точный прогиб, см. Таблицу допустимой высоты каркаса несущего ветровую нагрузку.
8.1.5 Предполагается равномерное распределение ветровой нагрузки.
8.1.6 Упругопластическое выпучивание стенки не проверяется. Торцевое соединение каркаса проектируется для передачи применяемого ветрового сдвига и осевой нагрузки.
8.1.7 Если объединены постоянная, временная и/или ветровая нагрузки, то необходимо применять соответствующую комбинация коэффициентов нагрузки до использования таблиц.
8.1.8 См. Пример проектирования - Таблица совмещенной ветровой и осевой нагрузок каркаса (пункт 12 Комментариев).
8.2 ТАБЛИЦА КАРКАСА С ОБШИВКОЙ
8.2.1 Расчетная нагрузка ограничена взаимодействием осевой нагрузки и изгиба главной оси под воздействием ветра. Проверяется поперечная сила у опоры балки под воздействия ветра. Расчетное сопротивление основано на перфорированном профиле.
Каркас в отношении упругопластического выпучивания стенки не был отмечен в таблицах. См. Таблицу каркаса несущего ветровую нагрузку для ограниченной высоты с применением упругопластического выпучивания стенки. Если упругопластическое выпучивание стенки критично, могут требоваться несущие ребра жёсткости балок кровли и перекрытия. См. CAN/CSA-S136-01.
8.2.2 Для расчетного осевого сопротивления, φc = 0.8.
8.2.3 Предполагается использование обшивки обеспечивающей боковую опору по обеим сторонам каркаса. Обшивка должна быть соответствующего срока службы, прочности и жесткости для предотвращения бокового прогиба каркаса и скручивания компонента нагрузки, не проходящего через центр изгиба. Предполагается равномерное распределение нагрузки. (Древесноволокнистая плита и обшивочные материалы обеспечивают только частичную поддержку. См. CAN/CSA S136-01 Раздел D4.1 или применяйте таблица каркасов без обшивки).
8.2.4 Предполагается направленное применение осевых нагрузок для каркаса в отношении осей X и Y. (Некоторые детали торцевых соединений могут вводить достаточное отклонение от соосности, которое снижает несущую способность каркаса, приведенную в таблице)
8.2.5 Применяются распорки на 4'-0" o. c. или менее для выравнивания элементов и обеспечения необходимой целостности конструкции при строительстве и в построенной конструкции. Проектирование распорок предотвратит кручение каркаса и перемещений вокруг малой оси. В соответствии со структурными требованиями необходимо обеспечить периодичное анкерное крепление и/или блокировку в распорках.
8.2.6 Эффективная длина рассчитывается следующим образом (рассматривается только искривление главной оси):
• Kx = 1
• Lx = общая длина каркаса
8.2.7 Каракас обрабатывается как сжатый элемент в рамах, которые вплотную соединены со смещением узлов. Необходимо обеспечить крепление с соответственно контролируемым смещением всей структуры вследствие ветра, сейсмической нагрузки или влияния P-дельты.
8.3 ТАБЛИЦА КАРКАСА БЕЗ ОБШИВКИ
8.3.1 Расчетная нагрузка ограничена взаимодействием осевой нагрузки и изгиба главной оси под воздействием ветра. Проверяется поперечная сила у опоры балки под воздействия ветра. Расчетное сопротивление для момента, изгиба и осевой нагрузки основано на перфорированном профиле. Расчетное сопротивление для момента включает влияние боковой неустойчивости при условии, что свободная длина равна максимально разрешенному расстоянию между распорками. Влияние деформации кручения посредством нагрузки, не проходящей через центр изгиба не включено в таблицы.
Каркас в отношении упругопластического выпучивания стенки не был отмечен в таблицах. См. Таблицу каркаса несущего ветровую нагрузку для ограниченной высоты с применением упругопластического выпучивания стенки. Если упругопластическое выпучивание стенки критично, могут требоваться несущие ребра жёсткости балок кровли и перекрытия. См. CAN/CSA-S136-01.
8.3.2 Для расчетного осевого сопротивления, φc = 0.8
8.3.3 Обшивка не основывается на ограничении каркаса. Предполагается, что периодичная боковая и торсионная опора обеспечивается расстоянием между распорками при 4’ - 0” o. c. максимально. Расстояние между распорками не должно быть больше высоты каркаса при условии, что соблюдается предельное расстояние 4’ - 0”между линиями распорок и между последней линией распорок и торца каркаса. Предполагается, что торцы каркаса так же ограничены по бокам и торсионно.
Проектирование распорок для суммарного скручивания между линиями распорок в сочетании с 2% расчетной силой сжатия в каждом каркасе. См. CAN/CSA S136-01. В соответствии со структурными требованиями необходимо обеспечить периодичное анкерное крепление для распорок.
8.3.4 Предполагается направленное применение осевых нагрузок для каркаса в отношении осей X и Y. (Некоторые детали торцевых соединений могут вводить достаточное отклонение от соосности, которое снижает несущую способность каркаса, приведенную в таблице).
8.3.5 Эффективная длина рассчитывается следующим образом (учитываются главная ось, малая ось и крутильно-изгибная потеря устойчивости):
• Kx, Ky и Kt = 1
• Lx = общая длина каркаса
• Ly, Lt = максимальное расстояние между линиями распорок
8.3.6 Каракас обрабатывается как сжатый элемент в рамах, которые вплотную соединены со смещением узлов. Необходимо обеспечить крепление с соответственно контролируемым смещением всей структуры вследствие ветра, сейсмической нагрузки или влияния P-дельты.
9. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
A = внешняя глубина каркаса (дюйм)
= номинальная глубина рельсового профиля (дюйм)
Area = полностью эффективная площадь (не уменьшенная местным продольным изгибом) (дюйм 2)
B = внешняя глубина полки (дюйм)
C = внешняя глубина ребер кромки (дюйм)
Cw = постоянная деформации кручения (дюйм6)
Fy = минимальный предел текучести (ksi)
Ix = полностью эффективный момент инерции (не
уменьшенный местным продольным изгибом) вокруг главной оси (дюйм4)
Ix (defl.) = эффективный момент инерции рядом с главной осью для проверки прогибос с определенной (не расчетной) нагрузкой (дюйм4)
Iy = полностью эффективный момент инерции (не
уменьшенный местным продольным изгибом) вокруг малой оси (дюйм4)
J = постоянная кручения Сен-Венана (дюйм4)
j = параметр крутильно-изгибной потери устойчивости для единой симметричной балочно-стоечной конструкции (дюйм)
m = расстояние от центральной линии стенки до центра изгиба (дюйм)
Mrx = полностью скрепленный расчетный момент сопротивления изгибу вокруг главной оси (дюйм kips)
Mry = полностью скрепленный расчетный момент сопротивления изгибу вокруг главной оси со стенкой или кромкой под давлением (дюйм kips)
Lu = Максимальная свободная длина которая препятствует продольному изгибу в балках (дюйм)
Pr = рассчитанное сопротивление упругопластического выпучивания стенки (kips)
r = внутренний радиус изгиба (дюйм)
rx = полностью эффективный радиус вращения (не уменьшенный местным продольным изгибом) вокруг главной оси (дюйм)
ry = полностью эффективный радиус вращения (не уменьшенный местным продольным изгибом) вокруг малой оси (дюйм)
Sf = полностью эффективный момент сопротивления сечения (не уменьшенный местным продольным изгибом).
t = проектная толщина стали за вычетом покрытия (дюйм)
Vr = расчетная прочность на сдвиг (kips)
Weight = вес на фут, основанный на непокрытой, неперфорированной стали (lbs./ft.)
xcg = расстояние для полностью расчётного сечения (не уменьшенное местным продольным изгибом) от задней стенки до центра тяжести поперечного сечения (дюйм)
xo = расстояние от центра изгиба до центра тяжести поперечного сечения (дюйм)
10. ПРИМЕР ПРОЕКТА № 1 – КАРКАС НЕСУЩИЙ ВЕТРОВУЮ НАГРУЗКУ
Дано:
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 |
