Optimization of the double-span purlins design sketch in a framework with portal frames through the rafter stays application = Оптимізація розрахункової схеми двопролітних прогонів у каркасній системі з портальними рамами із застосуванням в’язевих підкосів

Abstract

Secondary structures, such as rafter stays, attached to the load-bearing element increase its stiffness, change its sketch and lead to a redistribution of internal forces. The influence of rafter stays on the bearing capacity of the frame elements was analyzed. A number of measures are considered to ensure the spatial stability of the linear elements of frame buildings, which lead to a decrease in the metal consumption of steel purlins. Based on the analysis of internal forces, the peculiarities of the working conditions of the beam were identified and described. It is proposed to increase material savings through detailed calculation. A comparison of design results is presented in software for calculating building models with portal frames.

Приєднані до несучого елемента (основної балки або колони рамного каркасу) різного роду другорядні конструкції, такі як встановлені планомірно в’язеві підкоси, збільшують його жорсткість, змінюють його розрахункову схему і призводять до перерозподілу внутрішніх зусиль. Проаналізовано вплив розкріплення в’язевими підкосами на несучу здатність елементів каркасу із використанням математичних методів. Розглянуто ряд заходів для забезпечення просторової стійкості лінійних несучих елементів каркасних будівель, що призводять до зменшення металоємності сталевих прогонів покриття для типового каркасу. На основі аналізу внутрішніх зусиль було виявлено та описано особливості умов роботи балки. Розкрито переваги та недоліки конструктивних рішень відповідно до принципів простоти та ефективності. Запропоновано збільшити економію матеріалу за допомогою детального розрахунку. Вирішення задачі в системі комп’ютерної алгебри wxMaxima за розрахунковою моделлю показало суттєве зменшення внутрішніх зусиль, яке має високу збіжність із результатами розрахунку моделі методом скінченних елементів. Варто звернути увагу на значний перерозподіл зусиль, а саме згинальних моментів, у прогоні. Зменшення максимального розрахункового згинального моменту в ньому може досягати 20% при середній жорсткості опор, що суттєво впливає на загальну ме- талоємність несучих елементів каркасу (до 15%). Наведено порівняння результатів розрахунку із використанням спеціалізованого програмного забезпечення для аналізу моделей будівель із портальними рамами (Consteel). Урахування факторів, що характеризують особливості роботи прогонів покриття позитивно відображається на рівні використання і запасу міцності матеріалу. В’язеві підкоси можуть не тільки виконувати свою безпосередню функцію, але й ефективно використовуватися для підкріплення прогонів, таким чином змінюючи їх розрахункову схему, зменшуючи витрати сталі, що є позитивним чинником.