1220x

001767

Cisca Tjoa, ЧП

2023-12-05

Расчет элементов рам, воспринимающих момент, по AISC 341-16 в RFEM 6

В аддоне Расчёт стальных конструкций для RFEM 6 содержатся три типа рам, воспринимающих момент (обычные, промежуточные и специальные). Результат сейсмического расчета по AISC 341-16 подразделяется на две части: требования к стержням и требования к соединениям.

Более подробная информация о вводе сейсмической конфигурации описана в отдельной статье. КБ | Сейсмический расчёт по AISC 341 в программе RFEM 6 .

Требования к стержням

В программе RFEM имеются следующие виды расчетов для стержней, являющихся частью устойчивой к сейсмической нагрузке системы (SFRS). Перечисленные пункты относятся к нормам по сейсмостойкости AISC 341-16 [1].

Ограничения ширины к толщине [п. D1.1]
Связи устойчивости балок - требуемая прочность и жесткость [пп. D1.2a.1(b) для IMF и D1.2b для SMF]
Связи устойчивости балок - максимальный шаг [пп. D1.2a.1(c) для IMF и D1.2b для SRF]
Связи устойчивости балок в местах расположения шарниров - требуемая прочность [п. D1.2c.1(b)]
Требуемая прочность колонны [п. D1.4a]
Коэффициент гибкости колонны для незакрепленного соединения [п. E3.4c.2b]

Ограничения ширины к толщине для требований к податливости

Стержни в IMF заданы как умеренно податливые стержни согласно п. E2.5a. Стержни в SMF заданы как высоко податливые стержни согласно п. E3.5a.

Полка колонны

Полка колонны SMF должна удовлетворять требованиям сейсмических норм AISC, п. D1.1 [1] для высоко податливых стержней. Данный расчет отображен в RFEM как EQ 1200 (рисунок 1).

KB 001767 | Расчет моментов по AISC 341-16 в RFEM 6

1 Требование пластичности фланца

Стенка колонны

Предельное отношение ширины к толщине для стенок стержней с высокой податливостью находятся с помощью определяющего загружения для осевой нагрузки, как указано в п. D1.4a [1]. Определяющее загружение основано на всех сочетаниях нагрузок, включая СН только с гравитацией, СН со стандартной сейсмической нагрузкой и СН с сейсмической нагрузкой сверхпрочности. Данный расчет показан в EQ 1100 в программе RFEM (рисунок 2).

2 Требование Web Ductility

Аналогично колоннам, проверка соотношения ширины и толщины выполняется для балок.

Придание жесткости для устойчивости балок

Требуемая прочность и жесткость связей устойчивости указаны на вкладке «связи устойчивости по стержням» в разделе «сейсмические требования» (рисунок 3). Эти значения можно сравнить с рассчитанными для имеющейся прочности и жесткости при расчете элементов жесткости, которые соединяются с балкой. Подробности расчета не доступны (только ссылки).

3 Связи устойчивости по стержням

Для требуемой прочности указаны два различных значения. Первое значение, P_br, применяется для связей устойчивости, которые расположены за пределами области пластического шарнира. P_br задана в уравнении A-6-7 приложения 6 нормы AISC 360-16 [3]:

P_{br} = 0.02 \cdot (\frac{M_{r} \cdot C_{d}}{h_{o}})

P_br	Required strength of the stability beam bracing
M_r	Required flexural strength of the beam. M_r = R_yF_yZ/α_s[AISC 341 Equation D1-1]
C_d	Double curvature factor = 1.0 [AISC 341 Section D1.2a(b)]
h_o	Distance between the flange centroid h_o = d - t_f

Устойчивость балок (требуемая прочность)

Второе, более высокое значение, P_r, относится прямо к связям устойчивости в области пластического шарнира. Они заданы в уравнении D1-4 нормы AISC 341-16 [1]:

P_{r} = 0.06 \cdot R_{y} \cdot F_{y} \cdot Z / (α_{s} \cdot h_{o})

P_r	Required strength of the stability beam bracing at the plastic hinge location
R_y	Ratio of the expected yield stress to the specified minimum yield stress
F_y	Specified minimum yield stress
Z	Effective plastic section modulus of a section (or a connection) at the plastic hinge location
α_s	LRFD-ASD force level adjustment factor = 1.0 for LRFD and 1.5 for ASD
h_o	Distance between the flange centroid

Устойчивые связи балок (требуемая прочность на пластическом шарнире)

Требуемая жесткость β_br определена по уравнению A-6-8 в Приложении 6:

β_{br} = \frac{1}{Φ} \cdot (\frac{10 \cdot M_{r} \cdot C_{d}}{L_{br} \cdot h_{o}}) (LRFD)

β_{br} = Ω \cdot (\frac{10 \cdot M_{r} \cdot C_{d}}{L_{br} \cdot h_{o}}) (ASD)

β_br	Required stiffness of the stability beam bracing
M_r	Required flexural strength of the beam
C_d	Double curvature factor = 1.0
L_br	Maximum spacing of the stability beam bracing
h_o	Distance between the flange centroid

Устойчивость балок (требуемая жесткость)

Максимальный шаг связей устойчивости должен удовлетворять требованиям AISC 341-16, п. D1.2a.1 (c) для IMF и п. D1.2b для SMF.

L_{br} = \frac{0.19 \cdot r_{y} \cdot E}{R_{y} \cdot F_{y}} for IMF

L_{br} = \frac{0.095 \cdot r_{y} \cdot E}{R_{y} \cdot F_{y}} for SMF

L_br	Maximum spacing of the stability beam bracing
r_y	Radius of gyration about the weak axis
E	Modulus of elasticity
R_y	Ratio of the expected yield stress to the specified minimum yield stress
F_y	Specified minimum yield stress

Связи устойчивости балок (максимальный шаг)

Расчет максимального шага представлен наряду с другими требованиями к стержням в разделе «расчетные соотношения стержней». Подробности расчета показаны в EQ 2100 (рисунок 4). Длина связи L_b - это заданная свободная длина для потери устойчивости плоской формы изгиба (LTB).

4 Максимальное расстояние между балками устойчивости

Требуемая прочность колонны

Все колонны, входящие в сейсмоустойчивую систему (SFRS), должны быть рассчитаны со сверхпрочными нагрузками. Во многих случаях нет необходимости сочетать увеличенную нормальную силу с сопутствующими изгибающими моментами. Опция пренебрежения всеми изгибающими моментами, сдвигом и кручением в колоннах для предельного состояния по сверхпрочности активирована по умолчанию. Данную функцию можно отключить в сейсмической конфигурации.

Для стандартных сочетаний нагрузок без увеличения прочности от действия сейсмической нагрузки комбинированное нагружение проверяется по норме AISC 360-16, глава H.

Для сочетаний нагрузок с сейсмической нагрузкой сверхпрочности расчет по главе F и H не производится в случае, если активирована опция пренебрежения всеми изгибающими моментами, сдвигом и кручением в колоннах для предельного состояния сверхпрочности.
В примере 4.3.2 руководства по сейсмике [2] должен быть рассмотрен контрольный случай из обоих сочетаний нагрузок, стандартного и сверхпрочного.

Изгибающие моменты, возникающие в результате нагрузки, приложенной между точками боковых опор, могут вызвать потерю устойчивости колонны. Поэтому их необходимо учитывать одновременно с осевыми нагрузками, отключив опцию пренебрежения моментами.

5 Требуемая прочность колонны

Коэффициент гибкости колонны для подвижного соединения

Для колонн в SRF без связей поперечных стержней в соединении, возможность потери устойчивости из плоскости в соединении должна быть минимизирована путем ограничения коэффициента гибкости L/r, так, чтобы он не превышал значения 60, согласно разделу E3. 4c.2b [1]. Подвижные соединения встречаются в особых случаях, например, в двухэтажном каркасе без промежуточного перекрытия.

Во всех других случаях опцию выполнения данного требования можно отключить в сейсмической конфигурации.

6 Коэффициент гибкости колонны

Требования к соединению описаны в статье КБ | Прочность соединения рам, устойчивых к моменту, по AISC 341-16 в RFEM 6 .

Общие сведения

KB 001767 | Расчет элементов рам, воспринимающих момент, по AISC 341-16 в RFEM 6

Автор

Cisca отвечает за обучение клиентов, техническую поддержку и за разработку наших программ для североамериканского рынка.

Ссылки

Американский институт стальных конструкций (2016). AISC 341-16, Seismic Provisions for Structural Steel Buildings. Chicago: AISC.
Американский институт стальных конструкций (2018). Руководство по сейсмическому расчету (3-е изд.). Чикаго: AISC.
Американский институт стальных конструкций (2016) Спецификация для зданий из стальных конструкций, ANSI/AISC 360-16. Чикаго: AISC.

;