1274x

001875

Cisca Tjoa, ЧП

2024-02-27

Расчет рамочных стержней, воспринимающих момент, по норме AISC 341-22 в программе RFEM 6

В аддоне Расчёт стальных конструкций в RFEM 6 содержатся три типа рам, воспринимающих момент (обычные, промежуточные и специальные). Результат сейсмического расчета по AISC 341-22 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 разделы относятся к сейсмическим нормам AISC 341-22 [1].

Ограничения ширины к толщине [п. D1.1]
Связи устойчивости балок - требуемая прочность и жесткость [п. D1.2a.1(b) для IMF и D1.2b для SMF]
Связи устойчивости балок - максимальный шаг [п. D1.2a.1(c) для IMF и D1.2b для SMF]
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 разделу E2.5a. Стержни в SMF заданы как высоко податливые стержни в соответствии с разделом E3.5a.

Полка колонны

Полка колонны SMF должна удовлетворять требованиям сейсмических норм AISC, раздел D1.1 [1] для стержней с высокой податливостью. Данный расчет обозначен в RFEM как EQ 1200 (рисунок 1).

КБ 001875 | Расчет стержней, устойчивых к моменту, по норме AISC 341-22 в программе RFEM 6

1 Требование к податливости полки

Стенка колонны

Предельное соотношение ширины к толщине для стенок из стержней с высокой податливостью задается с помощью определяющего загружения для осевой нагрузки, как указано в разделе 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 со сверхпрочностью. Данный расчет показан в EQ 1100 в программе RFEM (рисунок 2).

2 Требование к податливости стенки

Проверка соотношения ширины к толщине для балок выполняется аналогично колоннам.

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 значениями фактической прочности и жесткости при расчете элементов жесткости, которые присоединяются к балке. 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 позиции пластического шарнира. P_br задано в уравнении A-6-7 в приложении 6 к AISC 360 [3]:

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

P_br	Требуемая прочность стабилизирующей обрешётки балок
M_r	Требуемая прочность балки на изгиб. M_r = R_yF_yZ/α_s[Уравнение AISC 341 D1-1]
C_d	Коэффициент двойной кривизны = 1,0 [AISC 341 Раздел D1.2a(b)]
h_o	Расстояние между центрами поясов h_o = d - t_f

Устойчивость балок (требуемая прочность)

Второе, большее значение, P_r, предназначено специально для связей устойчивости в месте пластического шарнира. Оно определяется уравнением D1-4 из AISC 341 [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 определяется 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 341-22, п. D1.2a.1(c) для IMF и п. D1.2b для SMF.

L_{br} = \frac{0.17 \cdot r_{y} \cdot E}{R_{y} \cdot F_{y}} for IMF

L_{br} = \frac{0.086 \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 для максимального шага представлен вместе с другими требованиями к стержням в разделе «расчетные соотношения стержней». Подробности расчета показаны в EQ 2100 (рисунок 4). Связанная длина L_b - это заданная свободная длина при потере устойчивости плоской формы изгиба (LTB).

4 Максимальный шаг балки устойчивости

Требуемая прочность колонны

Все колонны, входящие в сейсмоустойчивую систему (SFRS), должны быть рассчитаны с нагрузками со сверхпрочностью. Во многих случаях нет необходимости сочетать увеличенную нормальную силу с одновременными 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 AISC 360-22, глава H.

Для сочетаний нагрузок с сейсмической нагрузкой сверхпрочности главы F и H не применяются 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 продольной устойчивости колонны. Поэтому их необходимо учитывать одновременно с осевыми нагрузками, отключив возможность пренебрежения моментами.

5 Требуемая прочность колонны

Коэффициент гибкости колонны для подвижного соединения

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

Во всех других случаях эту функцию 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 .

Автор

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

Ссылки

КБ | Сейсмический расчёт по AISC 341 в программе RFEM 6

Ссылки

Американский институт стальных конструкций (2022). «Сейсмические нормы для стальных конструкций», AISC 341-22. Чикаго: AISC.
Американский институт стальных конструкций (2018). Руководство по сейсмическому расчету (3-е изд.). Чикаго: AISC.
Американский институт сталных конструкций (2022). Спецификация для сталеьных зданий, ANSI/AISC 360-22. Чикаго: AISC.

;