Время:2025-04-18 06:06:27 Источник:S buttonMe ehChen стальная конструкция
Проектирование стальных каркасов зданий — сложная инженерная задача, требующая специальных знаний в области строительной механики, материаловедения, соответствующих строительных норм и программного обеспечения для анализа. Этот процесс ДОЛЖЕН выполняться квалифицированным и лицензированным инженером-строителем. Данное руководство содержит обзор необходимых шагов и не заменяет профессиональные инженерные услуги.
Определите требования к проекту и область применения:
Использование и занятость здания: Для чего предназначено здание (офис, склад, производство, розничная торговля, жилое помещение)? Это определяет временные нагрузки, требования к нормам и потенциально особые функциональные потребности (например, нагрузки крана).
Размеры и геометрия: Длина, ширина, чистая высота, уклон крыши, общая форма. Требуются ли антресоли, особые пролеты без колонн?
Расположение: имеет решающее значение для определения нагрузок окружающей среды (скорость ветра, снеговая нагрузка, сейсмическая зона). Также влияет на местные строительные нормы и проектирование фундамента.
Архитектурные требования: интеграция с архитектурным проектом, желаемая эстетика, тип облицовки (влияет на расстояние между балками и нагрузками), расположение дверей, окон и других проемов.
Интеграция MEP: требования к системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, сантехнике, электрическим системам — маршрутизация, проемы, вес оборудования.
Бюджет и график: ограничения, влияющие на выбор проекта (эффективность материалов, сложность).
Выберите структурную систему и концептуальную компоновку:
В зависимости от требований выберите основной тип каркаса:
Портальные рамы (жесткие рамы): распространены для складов, промышленных зданий. Эффективны для чистых пролетов. Соединения обычно устойчивы к моменту.
Рамы с распорками: используют диагональные связи (растяжение/сжатие или только растяжение) для сопротивления боковым нагрузкам. Колонны в основном воспринимают осевую нагрузку, балки воспринимают гравитационные нагрузки. Соединения часто могут быть более простыми (штифтовые/сдвиговые).
Рамы с распорками: опираются на жесткие связи между балками и колоннами для сопротивления боковым нагрузкам. Часто используются в многоэтажных зданиях, где распорки не желательны с точки зрения архитектуры.
Стропильные фермы: эффективны для больших пролетов, особенно крыш. Состоят из меньших элементов, расположенных в треугольниках.
Разработать предварительную компоновку: определить расстояние между пролетами (расстояние между рамами), расстояние между рамами (по длине здания), расположение колонн и расположение распорок (если применимо). Учесть эффективность, архитектурные ограничения и пути нагрузки.
Определите нагрузки (соблюдение норм является обязательным):
Определите и количественно оцените все применимые нагрузки на основе соответствующих строительных норм (например, ASCE 7 в США, Еврокоды в Европе, Национальный строительный кодекс Канады).
Постоянные нагрузки (DL): Вес самой конструкции (стальной каркас, настил крыши, прогоны, балки), а также постоянные крепления (облицовка, кровля, потолки, MEP).
Временные нагрузки (LL): Нагрузки от пребывания и использования (люди, мебель, хранимые материалы, непостоянное оборудование). Временные нагрузки на крышу также указываются в нормах.
Снеговые нагрузки (SL): На основе географического положения, высоты, уклона крыши, факторов воздействия и тепловых условий.
Ветровые нагрузки (WL): На основе географического положения (базовая скорость ветра), высоты здания, формы, категории воздействия и проемов. Рассчитываются для различных направлений.
Сейсмические нагрузки (E): на основе географического положения (категория сейсмостойкого проектирования), важности здания, типа структурной системы, типа грунта и массы здания.
Другие нагрузки: крановые нагрузки, сопутствующие нагрузки (спринклеры, потолки, добавленные позже), нагрузки от скопления воды, тепловые нагрузки и т. д.
Комбинации нагрузок: коды указывают различные комбинации этих нагрузок (например, 1,2DL + 1,6LL, 1,2DL + 1,0WL + 0,5*LL), которые конструкция должна безопасно выдерживать.
Выполнение структурного анализа:
Создание структурной модели: построение математической модели предлагаемой геометрии рамы в программном обеспечении для структурного анализа (например, STAAD.Pro, SAP2000, RISA-3D, ETABS). Назначьте предварительные размеры элементов и свойства материалов (марка стали, модуль Юнга и т. д.).
Применение нагрузок и комбинаций: применение рассчитанных нагрузок и указанных комбинаций нагрузок к модели.
Анализ выполнения: программное обеспечение решает сложные уравнения (часто с использованием метода конечных элементов - FEM) для определения:
Внутренние силы: осевые силы, сдвигающие силы и изгибающие моменты в каждом элементе (балки, колонны, распорки).
Реакции: силы, передаваемые на фундамент.
Прогибы и смещения: насколько конструкция перемещается под нагрузкой (вертикально и в поперечном направлении).
Проектирование структурных элементов (калибровка):
На основе результатов анализа (внутренние силы) выберите соответствующие стальные профили (W-образные/двутавровые балки, HSS/трубы, швеллеры, уголки) и размеры для каждого элемента.
Проверки по нормам (например, AISC 360, Eurocode 3): убедитесь, что выбранные элементы имеют достаточную несущую способность в соответствии с нормами проектирования:
Прочность: проверьте прочность на изгиб, прочность на сдвиг, осевую прочность (растяжение/сжатие), комбинированные силы. Учтите выпучивание (локальное выпучивание, изгибное выпучивание, поперечное выпучивание с кручением).
Удобство эксплуатации: проверьте прогибы (вертикальные) и дрейф (боковые) в соответствии с предписанными нормами или ограничениями проекта, чтобы обеспечить комфорт для жильцов, предотвратить повреждение неструктурных элементов и сохранить функциональность.
Итерация: Если элемент не проходит проверку или слишком консервативен (слишком большой/тяжелый), скорректируйте его размер и повторно выполните анализ (поскольку жесткость элемента влияет на распределение нагрузки). Повторяйте, пока все элементы не станут безопасными и достаточно эффективными.
Проектирование соединений:
Это критический и часто сложный шаг. Проектируйте соединения, в которых соединяются элементы (балка-колонна, балка-балка, основание колонны, соединения распорок).
Тип соединения: Выберите соответствующие типы (болтовые или сварные) и конфигурации (сдвиговые пластины, торцевые пластины, фланцевые пластины, косынки) на основе сил (сдвиг, момент, осевая), которые они должны передавать, конструктивности и стоимости.
Проверки норм (например, AISC 360 Глава J, Еврокод 3 Часть 1-8): Проектируйте болты, сварные швы, пластины и ребра жесткости для безопасной передачи расчетных сил. Проверьте сдвиг/растяжение болта, опору на соединенные части, прочность сварного шва, текучесть/разрыв/выпучивание пластины, сдвиг блока, действие рычага и т. д.
Проектируйте опорные плиты и анкеровку:
Проектируйте стальные опорные плиты, которые соединяют низ колонн с бетонным фундаментом.
Определите размер и толщину плиты на основе нагрузки колонны и пределов несущего давления бетона.
Проектируйте анкерные болты (размер, количество, глубина заделки) для сопротивления подъему, сдвигу и моменту, передаваемому от колонны, в соответствии с нормами (например, ACI 318, Приложение
D). Тесно координируйте работу с инженером по фундаментам.
Создание подробных чертежей и спецификаций:
Чертежи изготовления: Подробные чертежи для изготовителя стальных конструкций, показывающие точные размеры элементов, длины, разрезы, расположение отверстий, детали сварки, марки материалов и детали соединений. Включает спецификации материалов (BOM). Часто создается с использованием программного обеспечения CAD или BIM (например, AutoCAD, Revit, Tekla Structures).
Монтажные чертежи: Планы, фасады и сечения, показывающие, как изготовленные детали соединяются друг с другом на месте. Включает компоновку колонн, фасады рам, места крепления, метки соединений и последовательности монтажа.
Спецификации: Письменный документ, подробно описывающий требования к материалам (марки стали, марки болтов), допуски на изготовление, процедуры сварки, требования к подготовке поверхности/покрытию, меры контроля качества и процедуры монтажа.
Проверка, штамповка и координация:
Внутренняя проверка: Тщательная проверка расчетов, чертежей и спецификаций другим квалифицированным инженером.
Печать инженера: ответственный лицензированный инженер-строитель ставит печать и подписывает окончательные проектные документы, принимая на себя юридическую ответственность за адекватность проекта и соответствие нормам.
Координация: делитесь чертежами с архитектором, инженерами по инженерным системам, инженером по фундаментам и подрядчиком для обеспечения интеграции и разрешения любых конфликтов.
Разрешение: отправляйте чертежи и расчеты в местный строительный орган для проверки и утверждения до начала строительства.
Этот комплексный процесс гарантирует, что специально спроектированный стальной каркас здания будет безопасным, функциональным, соответствующим нормам и будет отвечать конкретным потребностям проекта.
