Узлы опирания металлических балок: Узлы опирания несущих металлических балок на кирпичные стены.

Узлы опирания несущих металлических балок на кирпичные стены.


   Представлены шесть схем классических конструктивных решений в вопросе опирания несущих металлических балок перекрытий на кирпичные стены строений.

● Проект зданий включает в себя процесс конструирования балочных перекрытий, связанный со множеством математических вычислений — расчёт монтажных соединений, компоновка опорных узлов балок, подбор сечений отдельных элементов, которые призваны обеспечивать работоспособность узлов.

● Выбор одного из представленных вариантов должен исходить из величины опорного давления под концом балки — т. е. опорная реакция является основополагающим фактором при выборе решения. Стальные балки перекрытия должны не просто быть уложены на несущие кирпичные стены, а должны опираться через железобетонные или стальные распределительные подушки. В число основных задач этих подушек входят:

— выравнивание давления под концами балок;
— предотвращение местного разрушения кирпичной кладки под опорными участками балок.

● Первые четыре узла (из шести) предполагают шарнирный способ опирания балок непосредственно на кирпичную стену через слой раствора толщиной в 15 мм. Опорное давление передаётся на кирпичную кладку через опорные металлические плиты толщиной 20 мм. Размеры опорных плит выбираются с таким расчётом, чтоб среднее давление под ними — т. е. на площади сжатия — не было больше величины расчётного сопротивления кирпичной кладки на жёстком цементном растворе. Несущая кирпичная стена должна быть выполнена из полнотелого кирпича с хорошими характеристиками по прочности.

• Если величина опорного давления превышает 10 тонн, то необходимая толщина железобетонной распределительной подушки уже должна составлять не менее 100 мм., причём сама подушка должна быть снабжена двумя армирующими сетками. В этом случае опорные узлы металлических балок должны быть обязательно жёсткими и категорически не допускается

опирание балки перекрытий сразу на кирпичную стену. Руководством в этом вопросе являются требования СНиП II-22-81* Каменные и армокаменные конструкции.


Узел опирания №1 шарнирный. Толщина кирпичной стены b=380 мм. Предельное значение опорной реакции R=0,6 т.

Узел опирания №2 шарнирный. Толщина кирпичной стены b>380 мм. Предельное значение опорной реакции R=0,7-3,0 т.

Узел опирания №3 шарнирный. Толщина кирпичной стены b>380 мм. Предельное значение опорной реакции R=3,1-5,0 т.

Узел опирания №4 шарнирный. Толщина кирпичной стены b>380 мм. Предельное значение опорной реакции R=5,1-7,0 т.

Узел опирания №5 жёсткий. Толщина кирпичной стены b>380 мм. Предельное значение опорной реакции R=10,1-18,0 т.

Узел опирания №6 жёсткий. Толщина кирпичной стены b>380 мм. Предельное значение опорной реакции R=18,1-20,0 т.

Во всех узлах все фрикционные соединения элементов выполняются на анкерных болтах класса точности В, с классами прочности 5.8 и 8.8.

Во всех узлах катеты всех угловых швов следует принимать по наименьшей толщине свариваемых элементов. Минимальны значения указаны в таблице 38 СНиП II-23-81* Стальные конструкции.


● Если в процессе эксплуатации строения будут иметь место какие-либо динамические нагрузки, то все элементы и детали узлов опирания в обязательном порядке должны быть проверены расчётом на выносливость.

Опорные узлы балки | buildingbook.ru

Опорные узлы балки.

Сопряжения балки со стальными колоннами.

Опирание балки на стальную колонну может быть шарнирным или жестким.

При возможности лучше всего опирать балку сверху и передавать нагрузку по центру профиля колонны. При боковом креплении балки, помимо сжимающей нагрузки в колонне дополнительно возникает момент от действия этой силы из-за того, что появляется эксцентриситет и соответственно это приводит к увеличению нагрузок и перерасходу металла в колонне.

Опирание балки на колонну сверху.

При опирании балки на колонну сверху рекомендуется передавать нагрузку через ребро. Размеры ребра рассчитываются из расчета на смятие по формуле:

 

где F — опорная реакция балки;

Ар — площадь смятия опорного ребра;

Rр — расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности.

Чтобы вся нагрузка передавалась через ребро оно должно не много выступать, но не более 1,5 толщины ребра, обычно это 15-20 мм. Ребро необходимо снизу сострогать, чтобы нагрузка передавалась всей площадью ребра.

Т.к. узел шарнирный для фиксации балки достаточно 2-х болтов с одной стороны. Диаметр болтов принимается 16-20 мм. С затяжкой лучше не переусердствовать — это не фрикционное соединение 🙂

Толщина опорной площадки обычно принимается  20-25 мм, толщина ребер 8-12 мм.

Если имеется угол кровли, ребро нужно сострогать под необходимым углом и добавить шайбы, имеющие скос для болта.

Опирание 2-х балок на колонну сверху.

 

Аналогично предыдущему варианту опираем балки через ребро на оголовок колонны.

Балки соединяем между собой с помощью болтов. Сверху болты устанавливать не стоит если конечно вы не хотите создать жесткий узел.  Между 2-мя ребрами устанавливаем пластинки для того, чтобы не стянуть балки вместе (это может нагрузить колонну моментом на противоположном конце балки).

Также есть вариант опереть 2-е балки на оголовок колонны следующим способом

 

В этом варианте балка нижней полкой ложиться на оголовок колонны.

Для передачи поперечной силы балка усиливается ребром, ребро устанавливаем так, чтобы при монтаже оно оказалось прямо над полкой колонны. Балки соединяем болтами при помощи накладной пластины (для симметричной передачи нагрузки лучше использовать 2-е пластины с 2-х сторон). Как и в предыдущем варианте нет необходимости соединять балки болтами сверху, чтобы не создать жесткий узел.

Ребра на колонне, в этом случае, не нужны.

Между 2-мя балками оставляем не большой зазор около 10-20 мм.

 

Шарнирное опирание балки на колонну сбоку

При боковом креплении необходимо в расчетах колонны учитывать эксцентриситет.

При шарнирном опирании нагрузка передается через опорное ребро на опорный столик. Столик обычно делают из листовой стали или неравнополочного уголка. Высоту опорного столика определяют из условия прочности сварных швов. Целесообразно приварить столик по 3-ем сторонам. Ширину столика делают на 20-40 мм больше ребра балки, чтобы опорное ребро полностью легло на опорный столик.

Диаметр отверстий делают на 3-4 мм больше диаметра болтов чтобы балка не повисла на болтах, а полностью легла на столик.

Опорное ребро балки рассчитывается на смятие по той же формуле, что и для балки опертой сверху.

При шарнирном опирании ребра в колонне не требуются. Между опорным ребром и колонной монтируется прокладка толщиной примерно 5 мм.

Жесткое сопряжение балки с колонной при помощи болтового соединения

Создать жесткое соединение можно с помощью болтового соединения или сварки. Болтовое соединение более технологично — все детали изготавливаются и окрашиваются на заводе, на строительной площадке необходимо лишь установить и затянуть болты.

В данном узле поперечная сила воспринимается также как и в шарнирном узле с помощью опорного столика. Момент передается с помощью болтов на стенки колонны. Между опорным ребром балки и колонной необходимо установить стальные прокладки для плотного прилегания балки и колонны (зазора после затяжки быть не должно).

Количество и диаметры болтов для верхнего пояса необходимо рассчитать исходя из возникающего момента в заделке балки. Болты применяются только высокопрочные. Необходимо контролировать затяжку болтов.

Стенки колонны укрепляются ребрами жесткости.

 

Жесткое сопряжение балки с колонной при помощи сварного соединения

При жестком соединении балки с колонной при помощи сварки, используют накладки, которые крепятся к балке болтами и привариваются к балке и колонне.

 

_____________________________________________________________________

Как найти опорные реакции читайте в статье Построение эпюр балки

Как подобрать сечение стальной балки читайте в статье Расчет балки

 

Шарнирные узлы крепления балок колоннам

Вернуться на страницу «Стальные балки»

ЧЕРТЕЖИ ШАРНИРНЫХ УЗЛОВ ПРИМЫКАНИЯ БАЛОК

Тип 1. Узел примыкания балки к колонне.

Тип 2. Узел опирания на опорном швеллере.

Тип 3. Узел опирания на опорном тавре.

Тип 4. Узел опирания на опорной пластине.

Тип 5. Узел крепления балки к колонне на болтах.

Тип 6. Узел опирания балки к колонне сверху.

Тип 7. Узел опирания балки к колонне сверху.

Тип 8. Узел примыкания балки к колонне через уголок.

Тип 9. Узел примыкания балки к колонне через уголок с монтажным уголком.

Тип 10. Узел примыкания балки к колонне через уголок с монтажным уголком.

Тип 11. Узел примыкания балки к колонне через пластину.

Шарнирные узлы примыкания балок, пожалуй, самые распространенные. Достоинством узла является то, что такие узлы не передают на колонну изгибающих моментов, но с другой стороны появляется недостаток — увеличиваются моменты в самой балке.

Здесь будет собрана коллекция шарнирных узлов примыкания балки к колонне.

1. Шарнирный узел примыкания балки (двутавр) к колонне (двутавр) — на сварке.

Пожалуй самый простой узел для изготовления и монтажа. Уголок служит монтажным опорным столиком для балки. Балку ставят на уголок, прижимают к пластине и приваривают.

Скачать чертеж:

СКАЧАТЬ ФАЙЛ НА GOOGLE.ДИСК

СКАЧАТЬ ФАЙЛ НА ЯНДЕКС.ДИСК

Скачать 3D модель:

СКАЧАТЬ ФАЙЛ НА GOOGLE.ДИСК

СКАЧАТЬ ФАЙЛ НА ЯНДЕКС.ДИСК

2. Шарнирный узел примыкания балки (двутавр) к колонне (двутавр) — на болтах.

Самый простой и технологичный узел. Прост в изготовлении и монтаже. Требует соответствующей точности изготовления металлоконструкций, в противном случае приходится или сверлить по месту или тупо приваривать. В болтовых соединениях должны быть приняты меры от раскручивания. Можно поставить две гайки, можно использовать гровер (косая шайба), а также использовать самоконтрящиеся гайки. Гайки подбирают по расчету, но не менее двух на узел.

Скачать чертеж:

СКАЧАТЬ ФАЙЛ НА GOOGLE.ДИСК

СКАЧАТЬ ФАЙЛ НА ЯНДЕКС.ДИСК

Скачать 3D модель:

СКАЧАТЬ ФАЙЛ НА GOOGLE.ДИСК

СКАЧАТЬ ФАЙЛ НА ЯНДЕКС.ДИСК

 

Узел опирания металлической балки на мауэрлат. Эффективное крепление стропил к мауэрлату

Статьи

Главная › Новости

Опубликовано: 21.03.2019

Крепление мауэрлата, балки без промежуточной опоры на 9 метров, жесткий каркас вальмовой крыши

ВНИМАНИЕ! Крепление мауэрлата иногда бывает неэффективным из-за того, что анкерные болты неверно размещают в железобетонном поясе жесткости или в брусе мауэрлата неправильно выполнены отверстия под них .


В таких случаях гайки навинчиваются на болты с перетягом , узел становится не надёжным и быстро разрушается .

Для крепления мауэрлата со стропилами и конструкциями стен с этой целью иногда вместо стяжного болта используют проволочную скрутку (узел-13 и узел-1).

Крыши, совмещённые с перекрытиями , в большинстве домов имеют такую ширину, что балки перекрытий опираются не только на наружные несущие стены , но и на среднюю несущую стену .


BC: Узлы стропильной системы

Конструкция будет работать в соответствии с проектом только в том случае, если и по промежуточной несущей стене балки перекрытия застыкованы между собой железобетонным поясом жёсткости (см. выше узел 15 поз.2 и ниже узел 16 поз.2-а).

Разрушение стен дома при восприятие распора стропил крыши показано на рис.1.


ФАХВЕРК. 3.12. КАРНИЗНЫЙ УЗЕЛ. Водосточная система. Усиливающие планки. Дельта Трелла +. ГЕНПОДРЯД.

Нередко этим пренебрегают , перекрытие не выполняет своих функций, и крыша разъезжается (рис.1).

ПРИМЕЧАНИЕ: Строительство стропильных конструкций крыши , совмещённых с перекрытием , там, где не учитывают роль несущей способности чердачного перекрытия , очень опасно .

Целостность рамной системы при устройстве крыш без монолитного железобетонного пояса мауэрлатов должна быть обеспечена её креплением угловыми связями .

На рис.1-1 схематично показаны 2 варианта устройства горизонтальных связей в плоскости крыш для мауэрлатов .

с пролетом между несущими стенами до 5 м допускается монтировать стропила по поперечным прогонам , так называемые навесные стропила . Для них вместо горизонтальных связей выполняют ветровые раскосы (рис.1).

Желательно такое расположение основных опор для стропильных ног , которое приводит к симметричному и уравновешенному решению стропильной системы .

Симметричная стропильная система крыши показана на схеме 6.

ПРИМЕЧАНИЕ: Бывает, что затяжку рамной системы пытаются заменить сборными ж/бетонными балками перекрытия , которые предназначены только для работы на изгиб . Сборные ж/бетонные балки используют как затяжки в том случае, если их концы жёстко закрепляют в железобетонном поясе жёсткости перекрытия (стальными связями арматуры , приваренной к каркасам конструкций), а ось точно совпадает с направлением действующих сил .

Правильное и неправильное крепление мауэрлата показано на рисунке узел-16.

ВНИМАНИЕ! Если в перпендикулярном направлении к балкам между ними и элементами настила перекрытия нет такой прочной связи , которая обеспечила бы восприятие нагрузок, то происходит разрушение связи и кровля разрушается .

ПРИМЕЧАНИЕ: При стыковке мауэрлата с конструкциями дома (узел-17) должна быть соблюдена горизонтальность подошвы мауэрлата не только со стенами , но и подошвы стропильной ноги с площадкой опоры на мауэрлате .

Наклон опорных площадок (в том числе и мауэрлатов ) приводит к появлению распора и сползанию стропильных ног и крыши в целом. Поэтому система мауэрлатов должна представлять собой замкнутую горизонтальную раму , закреплённую по разбивочным осям на несущих стенах дома.

ВНИМАНИЕ! В железобетонном элементе , например можно, если потребуется, не изменяя размеров и формы этого элемента, «добавить пару стержней» . Когда же речь идёт о дереве , то, напротив, малейшее изменение любой детали в конструкции стропильной системы может потребовать изменения всех размеров!

2. Подготовка стен под монтаж крыши.

Перед началом выкладывания кирпичных карнизов со свесами размечают положение архитектурного элемента. Затем устанавливают причалки и раскладывают на стене первого ряда кирпич требуемого профиля.

Ряды кладки карнизов выполняют «тычками» из целых кирпичей . При этом свес каждого ряда кладки выпускается не более чем на 1/3 длины кирпича , а общий вынос неармированного кирпича — не более 0,5 толщины стены (п.1 узел 13).

Карнизы с общим выносом более 0,5 толщины стены следует устраивать из армированной кирпичной кладки на растворе марки не ниже М-25 . Карнизы из сборных железобетонных элементов — так же анкеруют в кладке стены.

Расстояние от верха чердачного перекрытия до опоры крыши следует выполнять:

до низа мауэрлата — не более 500 мм ; до низа среднего лежня — не более 400 мм .

Если конструкция стен завершается усилением кирпичными карнизными свесами (узел 13), то мауэрлаты закрепляют на защемлённых кладку пробках .

В кирпичных стенах антисептированные или просмоленные пробки (узел 1) защемляют в кирпичной кладке цементным раствором М-100 с шагом 1…1,5 м (равным шагу стропил , который зависит от нагрузки на крышу ) или укладывают на монолитный пояс по периметру стен дома с закладными деталями под крепление мауэрлата и лежней .

Последующие работы выполняют после схватывания раствором пробок с кладкой (через 2-3 суток). Надёжнее будет крепление крыши, если эти пробки заранее будут защемлены в стену во время её кладки.

Если перекрытие уже выполнено (как в нашем примере — из железобетонных плит), то покрытые антисептиком и просмоленные снизу мауэрлаты (п.3 узел 1) укладываются на несущую кирпичную стену дома по двум слоям толя и крепятся к защемлённым в стену деревянным пробкам (п.2 узел 1).

ПРИМЕЧАНИЕ: Если стены заканчиваются без усиления карниза кладкой со свесом , то оголовок кладки стен необходимо закрепить монолитным поясом . В монолитных поясах (узел 16) защемлённые винтовые закладные детали устанавливают с шагом расстановки стропильных ног согласно проекту.

Мауэрлаты и другие части стропил , соприкасающиеся с монолитным поясом , также должны быть изолированы прокладками из рулонных гидроизоляционных материалов (двумя слоями толи) — это предохранит их от возможной сырости и загнивания.

В небольших хозяйственных постройках с пролетом между несущими стенами до 5 м допускается монтировать стропила по поперечным прогонам , так называемые навесные стропила .

Узел крепления навесных стропил к стенам дома показан на рис.1-2.

Навесные стропила крепят на деревянную раму из лежней ( мауэрлатов ) по периметру стен . Прогонами могут служить и деревянным перекрытием дома при монтаже навесных стропил .

Раму под прогоны закрепляют на конструкции стен при помощи деревянных пробок (рис.1-2 поз.3), защемлённых в кладку, или при помощи анкерных болтов (узел-15 поз.3) монолитного пояса по периметру стен под будущую крышу с встроенными в него затяжными креплениями под мауэрлат или лежень .

Укладку элементов крыш в направлении перекрываемого пролета надлежит выполнить с соблюдением установленных проектом размеров глубины опирания их на несущие конструкции и зазоров между сопрягаемыми элементами .

3. Монтаж мауэрлата под стропильную систему крыши.

Установку элементов мауэрлатов, стропильных ферм (балок), опирающихся на стены следует выполняют — совмещая риски , фиксирующие геометрические оси нижних поясов ферм (балок) , с рисками разбивочных осей на опорах .

Мауэрлаты и другие части стропил , соприкасающихся с кладкой, изолируют прокладками из рулонных гидроизоляционных материалов. Это предохранит их от возможности отсыревания и загнивания.

ВНИМАНИЕ! Чтобы избежать смещения кровли ветром, концы наслонных стропильных ног , уложенные на мауэрлат , соединяют с мауэрлатом угловыми скобами . А через одну стропильную ногу ставят скрутку из проволоки Bp-I d=4…6 мм в 2 нитки , связывающую стропильную ногу с кладкой стены (узел-1) через ерши или костыли .

Костыли под скрутки забивают в кладку стены на расстоянии 300 мм ниже обреза стены под мауэрлат . Узлы опирания стропильной ноги из пиломатериала на мауэрлат показаны на рис. узел-1.

Одной опорой стропильной ноги является мауэрлат (п.3 узел 1), укладываемый по уровню на защемлённые в кладку стен деревянные антисептированные пробки (п.2 узел 1), а другой конец стропильной ноги опирается на прогон , укладываемый на стойки или на лежень (п.3 узел 2).

Лежень закрепляют на пробках , защемлённых в кладку внутренних несущих стен , выложенных выше уровня наружных стен каменного дома. Прокладывается такой лежень (как и мауэрлат) по всей длине внутренней стены дома, на которую также опирается стропильная система крыши . Узлы опирания стропильной ноги из пиломатериала на лежень показаны на рис. узел-2.

ВНИМАНИЕ! Во всех случаях стропильные фермы (балки) следует устанавливать с соблюдением односторонней направленности отклонений от прямолинейности их верхних поясов.

Мауэрлаты в зданиях с наружными стенами из облегчённой кладки , а также в случае частого расположения стропил ( при шаге стропильных ног менее 700 мм ) устраивают непрерывными .

На стенах из сплошной кладки при шаге стропильных ног более 700 мм мауэрлаты можно устраивать из коротышей длиной 500-700 мм закреплённых арматурными связями на монолитном поясе (узел 22 и узел 23).

При односкатных крышах в постройке с пролётом между наружными стенами до 5 м стропильная система представляет собой стропильные ноги из целых брусьев, досок или брёвен , опирающихся на два мауэрлата , установленных на разной высоте . Установка мауэрлатов для крыш в пристройках и для односкатных крыш отдельно стоящих зданий показана на примере узла 22 и узла 23.

Конструктивное соединение деревянных элементов в одной плоскости из брусьев и брёвен выполняют с помощью шарнирных стыков . Сжимающие силы передаются непосредственным опором и с помощью дополнительных соединений. Шарнирным стыком соединяют конструкции мауэрлатов, прогонов и стропильных ног . Стык крепится одним болтом М-16 .

Для восприятия растягивающих усилий в стропильных ногах применяют дополнительные элементы соединения (например, винтовые гвозди или шурупы ).

Подробнее о расстановке стропил, узлов креплений и расстояния между ними в следующих разделах сайта.

Наслонные стропила, опирающиеся на деревянную обвязку стен здания (мауэрлат, подстропильный брус), либо – на верхний венец деревянного сруба, применяются в зданиях с небольшими пролетами. Каковы элементы их конструкции и порядок устройства – далее в статье.

Максимальный размер пролета, который позволяет перекрыть наслонная стропильная система без внутренних опор – 6-6,5 м. Если внутри здания имеются несущие конструкции – стены или колонны, на них можно установить стойки.

Стягивая стропильные ноги ригелем, величину пролета можно увеличить до 8 м, применяя одну опору – до 12, а при помощи двух опор – до 16 м.

В индивидуальном жилищном строительстве пролеты большего размера встречаются редко, поэтому наслонные конструкции могут быть применены почти в любом частном доме.

Поскольку здесь устраивается опирание стропил на мауэрлат (в деревянном здании его роль выполняет верхний ряд стены), узел этого соединения очень важен.

Класть стропила прямо на каменную стену нельзя, так как это будет приводить к образованию конденсата и гниению деревянный частей конструкции. Нуждается в изоляции и сам мауэрлат.

Важная информация! Устройства гидроизоляции требует не только узел опирания стропил на мауэрлат, но и любые примыкания дерева к каменным или металлическим конструкциям . Для этого используется двойной слой рубероида или другого подобного материала.

Детали конструкции наслонных стропил

1-стропильная нога 2-мауэрлат 3-скрутка 4-наружная несущая стена 5-врубка 6-лежень 7-внутренняя несущая стена 8-гидроизоляция

То, как правильно закрепить стропила на подстропильном брусе – очень важный момент при монтаже наслонной кровельной системы. Прежде всего, надежно должен быть закреплен сам мауэрлат – для этого используют либо металлические штыри, бетонируемые в стену на глубину не менее 40 см, либо – закрепляемые таким же образом болты.

Это могут быть и проволочные скрутки Ф не менее6 мм, закладываемые при возведении стен на расстоянии не выше 3 рядов кладки от верхнего края.

Иногда также используют . Сам мауэрлат – это брус со стороной 140-160 мм. Те же требования предъявляются и к лежню – брусу, идущему по внутренним несущим конструкциям.

В домостроении используют деревянные наслонные стропильные системы, поскольку применение металлических или железобетонных элементов здесь весьма сложно реализуемо, если вообще возможно.

Поэтому для крепления стропил между собой, а также — ко всем видам опорных брусьев и прочих деталей широко используются различные плотницкие соединения – шип, зуб, сковородень.

Поскольку в наслонной системе на конструкцию приходится давление ее самой и кровельного пирога , все эти нагрузки следует учесть, перед тем, как правильно положить стропила.

Особого внимания требует монтаж кровельных несущих конструкций на сырые деревянные срубы, где еще не прошла усадка.

Важная информация! Коэффициент усадки сруба из бревна или бруса составляет 4-6%. При высоте стен около 3 м через год она может сократиться на 10-20 см, что может отрицательно сказаться и на вставленной столярке, и на несущих элементах крыши. Эти цифры закладываются в проект изначально (размеры дома даются в двух вариантах – изначальном и «послеусадочном»)

Можно использовать висячие стропильные системы. Иначе — решение проблемы возможно несколькими способами: выждать окончания усадки, либо установить стропила со скользящими опорами, либо поставить под все опорные конструкции винтовые домкраты (компенсаторы усадки).

Детали крепления стропильной системы

1-кровельный материал 2-гидроизоляция 3-обрешетка 4-кобылка 5-подшивочные доски 6-скрутка из прутка 7-стропила 8-болты 9-доски перекрытия 10-теплоизоляция 11-балка перекрытия 12-скоба 13-подкос 14-коньковый брус 15-мауэрлат

Недостатки первого способа понятны – это длительное ожидание. Последний также не оптимален, так как потребует ручных операций высокой точности. Скользящие крепления являются фактически саморегулирующимися и имеют дополнительное преимущество.

Дерево – живой материал, и даже после усадки будет «дышать» постоянно. Конечно, деформации не будут столь значительными, но будут возникать постоянно – и скользящая конструкция отлично их компенсирует.

Выглядит она следующим образом: на мауэрлат, с набитым под нужным углом бруском, либо сделанной вырубкой нужной формы, крепится уголок, одна из полок которого загнута. Под загиб продевается рабочая рельефная пластина.

Поскольку направление скольжения будет направлено наружу, пластину лучше закрепить на стропиле таким образом, чтобы как можно большее расстояние для свободного хода оставалось по направлению к коньку здания.

При приобретении скользящего соединения следует помнить, что их рабочий размер (расстояние между опорными площадками пластин) может быть разным.

Оно выбирается в зависимости от планируемой степени усадки и должно быть не меньше нее (нужно обратить внимание, что реальные размер усадки будет распределяться на стропила обоих скатов).

Важная информация! Необходимо помнить, что опирание стропила на подстропильный брус – не единственный подвижный узел этой конструкции. В коньке также следует предусмотреть шарнирное соединение того или иного типа. Стропила наслонные могут соединяться встык при помощи металлических пластин, при этом нужно оставить достаточный угол в торцах, чтобы при схождении стропила не упирались друг в друга. Второй вариант – соединение стропил внакладку, при помощи сквозного отверстия в обеих ногах, чрез которое проходит один болт.

Конструкции наслонных стропил

Любая стропильная система, где верхний узел крепления выполнен шарнирно, а нижний – имеет шарнир и плавающее соединение (ползун, как в варианте, приведенном выше) относится к безраспорным.

В них распирающие нагрузки не передаются мауэрлату, а через него – стенам. Распорные стропила – схема, где коньковое соединение выполняется жестко, а опора на мауэрлат – с шарниром, например при помощи соединения «зубом», и она передает раздвигающее усилие стенам.

По сути, это гибридная схема, объединяющая наслонные стропила и висячие, особенно при низко расположенной в наслонных горизонтальной схватке.

При этом, за счет того, что усилие от веса кровли принимают на себя непосредственно стропильные ноги, соединенные встык, и работающие на изгиб, коньковый брус практически не работает, и становится необязательным элементом системы.

Важная информация! Все болтовые соединения выполняются через предварительно просверленные отверстия, диаметром на 1 мм меньше диаметра болта или шпильки. Если сделать их слишком большими, пока деталь будет выбирать свободный ход – может быть поврежден мауэрлат. Особенно это касается распорной схемы.

В зависимости от того, какие соединения сделаны жесткими, а какие — шарнирными, разные варианты стропил и работать будут по-разному.

В условиях нормальной, ненагруженной эксплуатации, как правило, все элементы испытывают примерно одинаковую нагрузку.

Однако в зимнее время, с выпадением снега, различный вес, как правило, воздействует на каждый из скатов.

Если плохо закреплены или неверно смонтированы стойки – это может привести к сдвигу кровли в сторону более нагруженного ската.

Особенно это касается безраспорной схемы, где существует возможность смещения. Проблема решается надежным креплением конькового бруса от продольных сдвигов.

Порядок работ при устройстве стропил

При неимении пиломатериалов нужной длины или толщины – их получает гвоздевым сращиванием или саморезами Изготавливается шаблон стропила, если в конструкции используются стойки и подкосы – также образцы для них

Важная информация! Следует помнить, что в вальмовых крышах (имеющих, как правило, 4 ската), длина стропил, расположенных в месте смыкания скатов, будет уменьшаться от конька к мауэрлату.

Это называется диагональная стропильная нога (ее же называют накосной). В связи с достаточно сложной конструкцией такой кровли, здесь шаблоны заготавливают только для элементов основных скатов, остальное собирается и подгоняется на месте.

После этого устанавливаются подкосы, шпренгели и прочие опорные детали Если в проекте заложены горизонтальные схватки (что в определенной степени делает похожими схемы наслонные стропила — висячие стропила ), то на следующем этапе крепятся они В зависимости от длины стропильных ног и конструкции крыши – устраивают отвесы. Для большинства зданий кровля должна выходить за пределы внешних стен не менее, чем на50 см, чтобы предотвратить попадание осадков на нижнюю часть несущих конструкций. Если стропила опираются зубом или шипом на мауэрлат – к их нижнему краю с боковой стороны прибивают специальный удлиняющий элемент – кобылку Если устраиваются кобылки – они обшиваются сплошной деревянной обрешеткой по всему периметру здания

На следующем этапе наслонные стропила обшиваются обрешеткой сами – и следует монтаж кровельного пирога из выбранных материалов: паро- и гидроизоляции, утеплителя и покрытия кровли.

Стропильная система – это важнейшая конструкция дома как инженерного сооружения. Через нее нагрузки, воспринимаемые крышей, передаются на внутренние и внешние опоры, обеспечивая тем самым ее надежность и прочность. И если количество материалов для возведения стен переваливает за десяток, то для стропил все намного проще – дерево и металл или, возможно, их сочетание.

Основных видов стропильных конструкций – два: наслонные и висячие. Последние опираются разнесенными окончаниями брусьев на две точки, а первые – еще одну опору по центру.

Схемы

Наипростейшая схема каркаса – у односкатной крыши . Для этой крыши в конструкцию несущего каркаса входят отдельные брусья, точками опоры для которых служат противолежащие стены строения.

– она компонуется уже из отдельных спаренных наклонных ног. Нижними концами они опираются на стены, а верхними – на прогон, который представляет собой подстропильную систему, опирающуюся на стойки.

Главным отличительным признаком наслонных конструкций является наличие опоры под верхним коньковым окончанием стропильной ноги.

С ростом длины пролета повышается вероятность деформации брусьев: их прогиба или изгиба, иначе говоря, выворачивания. По этой причине для широких пролетов появляется необходимость в усилении подстропильной системы. Естественно, ее конструкция усложняется, добавляются вспомогательные элементы. К примеру, стойки и подкосы, подпирающие стропильные ноги. Аналогичные деревянные конструкции используют при соединении нескольких брусьев и отдельных досок. Стало быть, в наслонные стропила опираются как на несущие стены, так и на подстропильные ноги и добавочные стойки. С одной стороны, это не дает брусу деформироваться, прогнуться либо вывернуться, а с другой – способствует росту несущей способности.

Расчетные данные получили свое подтверждение на практике: стропила одинакового сечения более устойчивы и воспринимают повышенные нагрузки, если установлены с вспомогательными разгружающими конструкциями.

Виды и тип узлов опирания

Система наслонных стропил может быть двух типов: распорной или безраспорной . Это зависит от двух факторов, типа узлов опирания и сочленения стропил. Всем известно, что такое степень свободы крепежа поэтому понятно, что если крепеж балки имеет их три, то подобное строение становится неустойчивым, то есть оно зачастую может мгновенно измениться. Полное отсутствие таковой, то есть нулевая степень, наоборот, исключает как любое смещение в вертикальной и горизонтальной плоскостях, так и поворот в пространстве. В этом случае конец бруса оказывается жестко защемлен.

Как видим, проект наслонных стропил имеет два возможных типа узлов опирания:

две степени свободы, позволяющий поворот – следствие изгиба балки, и сдвиг в горизонтальной плоскости; одна степень свободы позволяет исключительно поворот балки.

Обычно сдвиг нижнего или верхнего окончания брусьев обеспечивают за счет врубок в горизонтальном направлении. Сдвиг ограничивают в двух вариантах: упирают стропила друг в друга или/и упирают стропила в стыкуемый элемент типа мауэрлата или прогона.

Способы установки

В зависимости от того будет ли подобная конструкция запроектирована как распорная или нет, мауэрлат либо будет принимать и отдавать распор на стены либо вовсе не будет его принимать, поскольку распора просто нет. В одном из случаев, безраспорном, мауэрлат может быть закреплен к стенам нежестко, однако, тогда стропильная система потребует добавочного закрепления, так как при воздействии неравномерной нагрузки она теряет свою статическую устойчивость. В другом, при наличии распора, система получается статически устойчивой, но придется закреплять мауэрлат.

Устройство наслонных стропил без распора

Чтобы при установке брусьев не было распора, реакция в точках опоры по обоим концам брусьев: на прогон и мауэрлат, должна быть вертикальной. Такого можно добиться двумя путями:

Низ стропильной ноги без каких-либо вспомогательных упоров сверху опирают на мауэрлат , а верх упором стыкуют в верхний конец противоположного бруса и надежно закрепляют. Допускается также возможность жесткого защемления. Низ стропильной ноги упирают в обвязку мауэрлата через запил или подшитую опорную планку , а верхние концы не упирают друг друга, как в предыдущем случае, а кладут с помощью горизонтальной врубки рядом на прогон и крепят к коньковому прогону соответственно особенностям конкретной конструкции.

Устройство с распором

В отличие от безраспорной системы, где наслонные стропила фактически опирают, в распорных – они, наоборот, упирают. Чтобы мауэрлат смог принимать и передавать распор на несущие стены в горизонтальной плоскости, необходимо, чтобы стропильные ноги нижними концами упирались в мауэрлат, а верхними – друг в друга. Для этого верхнее и нижнее окончание стропильных ног должны иметь одну степень узлового соединения, или концы необходимо вообще защемить. Таким образом оба конца бруса теряют возможность скользить и возникает усилие распора. Устойчивость стропильной конструкции обеспечивают также установкой горизонтальных схваток. В обычных условиях при отсутствии распора они работают знакопеременно, а в аварийных – целенаправленно. Допустим, проявилась просадка прогона,тогда принцип работы стяжки в следующем: при просадке в конькового прогона возникает распор, и его усилие направлено на раздвижение брусьев. В результате коньковый узел может раскрыться, тогда стяжки начинают работать на растяжение и перехватывают образовавшийся распор. В распорных системах они работают на сжатие и просто понижают распор на стены. Если стяжки установить по низу брусьев, то они могут полностью снять распор.

Что необходимо знать для изготовления стропил

Изготовление стропильной системы связано с выбором материала, способом и т. д.

Материалы

Для изготовления стропил используют металл и дерево. Однако, в силу доступности наибольшая популярность у пиломатериалов, особенно хвойный, сосны и ели. Важным условием при выборе древесины является качество его сушки – хорошо высушенным брусьям не грозит коробление.

Способы соединения

Детали стропильной системы когда-то крепили друг к другу только посредством врубки или скоб. Сегодня такую технику чаще заменяют на накладные крепежные детали из металла, которые фиксируют при помощи гвоздей, обычных саморезов и глухарей с шестигранной головкой. При расчете узловых нагрузок подсчитывают также количество необходимых крепежных деталей, которые обеспечат прочность соединения.

В любом случае выбор схемы стропил обусловлен конфигурацией крыши и ее размерами и в основе его лежат грамотный проект и правильный расчет.

Наслонная система стропил может быть распорной или безраспорной конструкцией. От правильного выбора узлов опирания и сочленения стропильных ног зависит будут стропила распирать стены или не будут, нужно под них предусматривать различные мероприятия для перехвата распора или не нужно.

На расчетных схемах в узлах конструкций рисуют кружочки, означающие шарнирное соединение. Шарниры лапками соединяются с условными опорами, по которым можно визуально представить степень свободы узла. Шарнир с двумя заделанными в опору лапками предполагает, что узел неподвижен, но балка может крутиться в шарнире, то есть узел обладает одной степенью свободы — поворотом. Шарнир с лапками, стоящими на скользящей опоре или ползуне, показывает, что узел обладает двумя степенями свободы — возможностью поворота балки и горизонтального смещения. Три степени свободы узла позволяют горизонтальное, вертикальное смещение и поворот, такой узел рисуется просто кружочком и может быть врезан в стержень, обозначающий балку. Если узел врезан в балку, то ее называют разрезной, то есть балки, находящиеся слева и справа от шарнира, с некоторыми допущениями могут рассматриваться как отдельные элементы. Если кружочек (шарнир) нарисован под балкой, то балка, лежащая на нем, называется неразрезной. Шарнир с тремя степенями свободы, врезанный в балку, во многих случаях, делает ее мгновенно изменяемой системой, то есть довольно неустойчивой конструкцией. Узел с нулевой степенью свободы означает жесткое защемление конца балки и запрещает ей всякие смещения: горизонтальное, вертикальное и поворот (рис. 19).

Рис. 19. Примеры схематического изображения узлов

В расчетных схемах могут применяться и другие схематические изображения узлов, но все они в обшем-то понятны, а если вдруг возникнут неясности, надо просто мысленно представить в какую сторону может «пойти» узел при приложении к нему нагрузки. Поперечные размеры балок относительно их длины малы, поэтому балки (стропила и пр.) рисуются как стержни, а нагрузка в них распределяется как бы только вдоль продольной оси элемента и расчет всей конструкции ведется для стержневой схемы.

Необходимо отметить, что слова: горизонтальное смещение и поворот совсем не означают, что, например, ползун — узел с двумя степенями свободы произвольно передвигается в горизонтальном направлении. На самом деле, этот узел достаточно хорошо закреплен, но допускает возможность перемещения конца балки от нагрузки, температурных и влажностных изменений без чрезмерного развития в нем внутренних напряжений. Этот узел просто не передает распора, а поворот при изгибе балки возможен только в нормативных пределах. По настоящему ползун поползет (простите за тавтологию) только при нагрузках превышающих предельно допустимые. Слово «шарнир» тоже не нужно понимать буквально. Да, концы балок могут соединяться болтом или настоящим специально спроектированным шарниром, но, чаще всего, это обычное гвоздевое соединение. Например, можно взять доску и приколотить ее одним концом 3–4 гвоздями, предположим, к деревянной стене . Ничто не мешает нам взять ее за другой конец и преспокойно повернуть на некоторый угол. В данном случае, гвоздевое крепление выступает как шарнир. Однако если количество гвоздей увеличить и рассчитать их на нагрузку не допускающую среза (изгиба), то поворот становится невозможном, здесь мы получаем балку с защемленным концом, но при нагрузке превышающей расчетную, узел опять становится шарниром. Поэтому очень важно изначально определить нагрузку под которой будет работать система. Поскольку превышение фактической нагрузки сверх расчетной, приводит к изменению схемы работы узлов и разрушению всей конструкции.

Сопряжения наслонных стропил относящиеся к различным схематичным изображениям узлов представлены на рисунке 20.

Рис. 20.1. Узлы опирания стропил на прогон и мауэрлат. Шарнир с одной степенью свободы (только поворот) рис. 20.2. Узлы опирания стропил на прогон и мауэрлат. Ползун — шарнир с двумя степенями свободы (поворот и сдвиг) рис. 20.3. Узел опирания стропил на прогон. Жесткое защемление

В зависимости от решаемой задачи при проектировании крыши узловые сочленения стропил могут быть отличными от представленных на рисунках 20. Главное, это запроектировать в узлах с двумя степенями свободы: поворот, возникающий от изгиба стропил и сдвиг в горизонтальном направлении. А в узлах с одной степенью свободы — поворот стропила. Как правило, сдвиг верха или низа стропил обеспечивают горизонтальные врубки, а ограничение сдвига — упор стропил друг в друга и/или в стыкуемый элемент: мауэрлат либо прогон.

Попробуем объяснить принцип закрепления стропилины на примере. Все мы легко можем представить себе обычную приставную лестницу. Лестница, как лестница, ничего особенного: две жерди (тетивы) и поперечные палки–ступени. Мысленно приставим такую лестницу к стене, а для чистоты эксперимента сведем к минимуму силы трения — обольем пол и стену маслом. Что будет если нагрузить лестницу — залезть на нее? Лестница рухнет. В нижней и верхней опоре у нее по две степени свободы. В нижнем, у нее есть поворот и горизонтальное смещение, в верхнем — поворот и вертикальное смещение. Что нужно сделать, чтобы лестница стала устойчивой и держала нагрузку (вес человека)? А нужно всего-то лишить ее одной (из четырех) степени свободы: горизонтальной в нижней либо вертикальной в верхней опоре. Иными словами нужно закрепить низ или верх лестницы. Получаем устойчивую и стабильную систему. Мысленный эксперимент с лестницей вы можете додумать сами, ставя ее в различные ситуации, например, если лестница длинная и опирается на стену сверху, тетивами с горизонтальными запилами или без запилов. Как она будет себя вести? Такой мозговой штурм, помогает в понимании работы наслонных стропил с различными способами опирания, при котором совсем не обязательно представлять себе вектора сил и степени свободы узлов, а нужно просто спрогнозировать покатится лестница под нагрузкой или останется неподвижной.

Наслонные стропила могут быть распорными и безраспорными. Стропила в безраспорной системе работают на изгиб, соответственно не передают распирающего усилия на стены.

Узлы

Крепление мауэрлата

Основные узлы стропильной конструкции приходятся на места крепления стропил к лежащим вдоль стен мауэрлатам (как показано на рисунке). Важно располагать мауэрлат перпендикулярно стене и поясу перекрытия, а не под углом наклона крыши. Крепление мауэрлата происходит с помощью анкерных болтов, как к балкам перекрытия, так и к стропилам крыши.

Верхнее крепление стропил

Конек крыши держится благодаря конструктивному деревянному элементу – коньковому прогону из бруса. Существует два способа крепления к нему стропил: 1 – с подрезкой, 2 – без подрезки стропил.

В первом случае стропила находятся на одной оси и подрезаются под сечение конькового прогона и для стыковки стык в стык. Затем крепко зажимаются при помощи анкерных болтов и металлической накладки.

Во втором случае, стропила не нужно подрезать, и их располают внахлест (бок о бок). Затем также зажимают металлической накладкой с двух сторон.

Нижнее крепление стропил

Опирание стропильной ноги с подрезкой. Чтобы сделать надежным узел крепления стропильной ноги и мауэрлата из бревна необходимо сделать стеску бревен в нужном месте и в мауэрлате и в стропильной ноге . А для крепления кобылки придется сделать еще одну подрезку в стропильной ноге, толщиной в 20 мм.

Обрешетка

Шаг обрешетки обычно приравнивают к 300 — 350 мм, так как на нее с равными промежутками будет крепится кровля. Бруски обрешетки начинают укладывать сверху, от конька. Обрешетка не кладется на карнизе, там устраивают специальный карнизный щит, который держится на кобылке.

Опирание балки на кирпичную стену: разновидности

Главным показателем прочности, долговечности, безопасности перекрытия на зданиях считается правильно выполненное опирание балки на кирпичную стену. Зачастую во время обустройства перегородки используют стальные балки либо опорные элементы из дерева. Монтаж важно выполнять с соблюдением всех правил. Чтобы конструкция была надежной, используются специальные крепления — стальные анкера.

Узел опирания

При опирании металлических балок перекрытия на кирпичные стены опорного предназначения сначала важно определиться с планом конструктивного обустройства расположения узлов. Подбор методов формирования узлов зависит от показателя давления опоры, образующегося под концом перегородки. Металлическая балка должна опираться на кирпичные стены через металлические либо железобетонные подушки распределения нагрузки.

Шарнирный узел опирания предусматривает обустройство перекладины прямо на основание из кирпича через 15-сантиметровую подушку цементно-песчаной массы. При этом максимальное давление под вмонтированным в стенку концом перегородки распределяется на стеновую основу через стальные опорные плиты, имеющие высоту 2 см.

Когда опорная нагрузка превышает 10 тонн, железобетонные перекрытия обустраивают распределительной подушкой, минимальная толщина которой 10 см. Кроме этого, проводится укрепление перекладины двойной армосеткой. Опирать несущую стальную балку на саму стену из кирпича в подобных условиях запрещено. При таком методе обустройства опорные узлы формируются жесткими.

Пустотные железобетонные плиты имеет смысл использовать, когда возводится многоэтажка.

Правильно выполненное минимальное опирание плиты перекрытия на кирпичную стену обеспечивает прочность, а также долговечность готовой конструкции. При возведении многоэтажного здания между этажами проводится укладка пустотных железобетонных плит. Толщина плиты колеблется в пределах 16—33 мм, длина — 1,5—12 м. В этом случае минимальная длина опирания торцевой части пустотной плиты на основание из кирпича равна 9 см. Для получения более точных данных производится расчет.

Вернуться к оглавлению

Разновидности перегородок

Перекрытие являет собой конструкцию. По предназначению оно бывает:

  • междуэтажное;
  • чердачное;
  • мансардное.

По конструктивным характеристикам различают 2 типа перекрытия:

  • Сборное. Его составляют продольные деревянные брусья и поперечные элементы.
  • Монолитное. Обустраивается с использованием монолитной плиты.
Если постройка возводится из такого камня, то перекрыть ее целесообразно деревом.

В кирпичном доме целесообразно устройство деревянного перекрытия, состоящее из прочных бревен двутавра или швеллера и досок. Чтобы опирание деревянной балки на кирпичную стену отвечало нормативам, рекомендуется соблюдать стандартные размеры экземпляров:

  • высота 15—30 см;
  • ширина — 10—25 см.

Чтобы продлить срок эксплуатации деревянных перекрытий, рекомендуется каждый брус по всей длине пропитать антисептиком и олифой.

Перекрытия по металлическим балкам целесообразно использовать для усиления межэтажной горизонтальной конструкции в многоэтажном здании. Монолитное перекрытие представляет собой железобетонную пустотелую плиту с ребристой поверхностью. Состоит такая плита из арматуры и бетона. Размеры таких изделий стандартные, расчет межэтажного перекрытия должен учитывать общий вес конструкции, площадь готовой поверхности, расстояние между перекладинами.

Вернуться к оглавлению

Крепление

Данные элементы конструкции необходимо правильно закрепить в стене.

Чтобы здание получилось безопасным и крепким, важно определить минимальное опирание плит перекрытия на кирпичную стену. После этого проводится установка и заделка консольных балок в кирпичной кладке. Каждый брус устанавливается в заранее сформированное углубление, глубина которого — 150 мм. Концы рекомендуется стесать под углом в 60 градусов, а затем обработать антисептическим средством и смолой, обернуть гидроизолирующим материалом. Далее брусья укладывают в стену, а получившийся зазор заполняют утеплителем. Оптимальное расстояние между балками — 650—1500 см. В качестве крепежных элементов опытные мастера строители советуют использовать стальные анкера.

Вернуться к оглавлению

Нарушение конструкции и последствия

Даже если сделать монтаж перегородок своими руками, это не гарантирует полного отсутствия дефектов. Чаще всего встречаются такие нарушения при обустройстве стропильных ферм и балок:

  • укладка балки на кирпичную стену без обустройства специальной подушки;
  • использование перекрытий с имеющимися видимыми дефектами;
  • неправильное выполнение соединения перегородки с основой.

Следствием таких нарушений монтажа является снижение несущих способностей опоры. В результате на кладке образуются трещины, а балки под нагрузкой начинают разрушаться. Конструкция становится аварийно опасной, поэтому дальнейшая ее эксплуатация невозможна. Важно помнить, что самостоятельная замена таких параметров, как диаметральный размер и количество брусьев, запрещена.

Опирание деревянной балки на кирпичную стену: выполняем без ошибок

Узел опирания деревянной балки на кирпичную стену

Перекрытия, как известно, могут быть плитными, а могут быть балочными. Первый вариант, конечно, очень надёжен, только вот требует немалых вложений, в том числе и для найма грузоподъёмной техники.

При возведении одно- или двухэтажного частного дома – в том числе и кирпичного, такой прочности вовсе не требуется. К тому же, это лишняя нагрузка на стены и фундамент, поэтому в малоэтажном строительстве в основном устраивают балочные перекрытия.

У тех, кто строит дом своими руками, возникает при этом логичный вопрос: «Как осуществляется опирание деревянной балки на кирпичную стену?». Разбираться в данной теме, мы будем с помощью видео в этой статье.

Деревянные балки и требования к ним

В принципе, балочные перекрытия тоже могут быть разными: железобетонными, металлическими, либо деревянными. Первые два варианта не уступают по техническим характеристикам плитным перекрытиям, но они достаточно сложны для исполнения,  и поэтому в частном строительстве практически не используются. А вот деревянные балки — совсем другое дело!

Итак:

  • Несмотря на кажущуюся простоту, здесь тоже есть масса нюансов, которые необходимо соблюсти. Прежде всего, следует правильно выбирать пиломатериал. Чаще всего для этой цели используют твёрдую древесину хвойных пород: лиственницу, сосну, ель, кедр. Цена здесь не имеет никакого значения – просто балки из хвойных пород лучше всего работают на изгиб.
Сосновый брус для балочного перекрытия
  • Есть, конечно, поборники лиственной древесины, которые утверждают, что и осина с берёзой прекрасно справляются с такой задачей. Только вот строительные нормы рекомендуют вообще все несущие деревянные конструкции — а не только балки перекрытия, изготавливать из хвойного пиломатериала. Твёрдые породы лиственной древесины, годятся лишь для соединительных деталей (нагелей, шкантов, и т.д.).
  • Брус для перекрытия можно, и даже предпочтительно, использовать строганый, а не клееный. Он должен быть хорошо просушен и обработан перед монтажом огнебиозащитным составом. В отапливаемых зданиях, цельные балки должны монтироваться без пересечения со стенами и перегородками, а конструкция перекрытия, как таковая, должна гарантировать им хорошую вентиляцию.
Схема междуэтажного перекрытия
  • Глухая (монолитная) заделка балок в стены не допускается – их укладывают в гнёзда, и обязательно на амортизирующие прокладки из лиственной древесины. Концы балок, монтируемых с помощью металлического крепежа, должны быть защищены влагонепроницаемым слоем, так как при образовании конденсата, коррозия металла может повлечь за собой и коррозию древесины.

Но прежде, чем приступить к монтажным работам, несущие элементы перекрытия нужно рассчитать. Поэтому далее вашему вниманию будет предложена инструкция по подбору сечения балок и определению шага их установки.

Размеры балок и способы их монтажа

Итак, вам необходимо определить, сколько всего балок требуется установить, и какого размера в сечении они должны быть. Прежде всего, необходимо замерить величину пролёта перекрытия, и, определившись с глубиной их закладки в стены, рассчитать эксплуатационные нагрузки.

Итак:

  • Длина балок зависит от варианта их крепления. Если концы будут закладываться в стену, то получить их длину можно путём сложения величины пролёта, и удвоенной глубины заложения балки (на два торца). В блочных и кирпичных домах, глубина гнёзд для закладки балок составляет не менее 10-15 см, что зависит от их размера.
Крепление балок хомутами
  • Если балки будут крепиться к стенам с использованием металлических хомутов или консолей, то их длина соответствует расстоянию между параллельными стенами. Тут многое зависит от того, где именно обустраивается перекрытие: над подвалом, между этажами, или на чердаке. Иногда, при обустройстве чердачных перекрытий, балки выпускают наружу, за пределы стен, монтируя к ним стропильные ноги.
  • Это один из способов формирования свеса кровли. В другом варианте, балки бесчердачного перекрытия могут монтироваться непосредственно к мауэрлатному брусу – что мы и видим на фото снизу. Естественно, длина балок при одинаковом пролёте, в таких ситуациях будет разной, и при расчёте составляющих элементов перекрытия, все эти нюансы должны быть учтены.
Вариант крепления чердачного перекрытия

Обратите внимание! Максимальная длина балок из бруса или обрезной доски, составляет 6м. Если нужно перекрыть пролёт большего размера, лучше отдать предпочтение металлическим двутавровым балкам, или уже вместо балок придётся использовать деревянные фермы. Но вообще, для деревянного перекрытия и шесть метров многовато – самый оптимальный вариант – пролёт в пределах 3-4м.

Нагрузки

Нагрузка, которую воспринимает перекрытие, складывается из двух составляющих: собственный вес конструкции, и эксплуатационная нагрузка (люди, мебель, оборудование). Подсчитать её можно по упрощённой схеме.

Например, собственный вес чердачного перекрытия с лёгким минераловатным утеплителем, традиционно составляет 50 кг/м2.

Итак:

  • По нормам, эксплуатационная нагрузка для нежилого чердака, в котором не складируются вещи, составляет не более 70 кг/м2. Она умножается на коэффициент запаса, принимаемый как 1,3, и суммируется с постоянной нагрузкой. После всех манипуляций, в итоге получается 130 кг/м2. Эту цифру требуется округлить в большую сторону — то есть, до 150 кг/м2.
Нежилой чердак
  • Но для утепления чердака может использоваться и более тяжёлый материал, например, керамзит – и естественно, его вес нужно тоже учитывать. Картина резко меняется, если чердак превращается в жилую мансарду. В этом случае, нормативная эксплуатационная нагрузка составляет уже не 70, а 150 кг/м2.
  • Сюда нужно прибавить ещё и вес монтируемого в нижнем помещении подвесного потолка, и закладываемых в него инженерных коммуникаций — а это ещё, как минимум, 15-25 кг. Учитывать следует и вес напольного покрытия, и вес зонирующих перегородок, если таковые будут возводиться в верхнем помещении.

Все дополнительные нагрузки, должны быть приплюсованы к нагрузке нормативной, а вот собственный вес перекрытия, и коэффициент запаса принимаются те же. Расчёт нагрузок производится аналогично, по той же формуле, о которой было сказано выше.

Идеальный вариант, если цокольное и междуэтажное перекрытие будет рассчитано на 400кг/м2 – тогда оно с лёгкостью выдержит и массивную мебель, и фортепиано, и наплыв гостей.

Сечения

После того, как вы рассчитали длину балок и воспринимаемые ими нагрузки, можно приступать к подбору сечения. Удобнее всего для этой цели использовать брус прямоугольного сечения – при этом оптимальным считается соотношение сторон 1,35:1.

Так как в конструкцию перекрытия закладывается плитный утеплитель, то ориентироваться нужно по его толщине, плюс небольшой вентиляционный зазор.

  • Шаг между балками, опять же должен быть соотнесён с размером теплоизоляционных плит, только теперь с их шириной. Но если быть более точными, то скорее наоборот, утеплитель подбирается под конструкцию перекрытия. Расстояние между балками и их сечение, можно подобрать по такой вот таблице, которую мы приводим далее.
Нормативная таблица подбора элементов балочного перекрытия

Это упрощённый способ подбора, поэтому не стоит забывать, что страховка никогда не мешает. Поэтому всегда лучше увеличить запас, и все значения округлять в большую сторону.

Шаг между балками определяется с таким расчётом, чтобы крайний брус оказался не вплотную к стенам или мауэрлату, а между ними оставалось расстояние не менее 20 см.

Нюансы установки

Мы уже говорили о том, что монтаж балок может производиться двумя способами: путём закладки в специально предусмотренные в кладке гнёзда, и креплением хомутами, либо другими металлическими приспособлениями.

Итак:

  • Рассмотрим первый способ. Для этого концы потолочного бруса нужно подрезать под углом 60 градусов, и обработать их битумной мастикой или любым другим гидрофобным составом, а затем ещё и обернуть их рулонным материалом: пергамином или рубероидом.
Варианты установки потолочных балок
  • Перед установкой балки, около задней стенки монтажного гнезда, укладывают кусок пенопласта или другого утеплителя — под балкой обязательно должна быть деревянная прокладка. Потолочный брус закладывают в гнёзда так, чтобы между его торцом и задней стенкой гнезда, оставалось ещё несколько миллиметров зазора.
  • Очень удобен способ монтажа балок перекрытия на металлическую консоль, и на схеме, приведённой выше, показан узел её опирания. И ещё, обратите внимание, что для надёжности между балками монтируются поперечины, соединяемые с ними посредством металлических уголков.

Получается своеобразный каркас, который снизу подшивается доской или гипсокартоном. Затем, со стороны верхнего помещения, в него закладывается «начинка»: пароизоляция и утеплитель, после чего сверху балок монтируют жёсткий листовой материал: плиты OSP, ЦСП, фанеру, ДСП. Далее обустраивается напольное покрытие верхнего этажа – но это уже совсем другая тема.

Расчет стальных узлов в программе SCAD Office

Проектирование металлокаркаса любого строительного сооружения не ограничивается указанием профилей несущих элементов. Очень важным процессом является конструирование стальных узлов примыканий элементов. И здесь, конечно же, не обойтись без расчета стальных узлов. Расчетный комплекс SCAD Office предлагает современное решение задачи – подпрограмма КОМЕТА-2. В подпрограмме SCAD Office сосредоточенна методика анализа несущей способности некоторых типов узлов (все узлы подпрограмма посчитать не сможет, однако, поможет разложить сложный стальной узел на несколько типовых).

Итак, рассмотрим ряд примеров расчета стальных узлов с помощью SCAD Office.

Расчет стального узла фермы из гнутосварного профиля.

Фермы из квадратных и прямоугольных труб широко распространены в нашей стране, и проверка устойчивости стенок – неотъемлемая часть расчета, которая, кстати, может повлиять на уже ранее выбранный профиль. На рисунке ниже изображена двух пролётная рама с железобетонными колоннами и стальными стропильными и подстропильными фермами.

Наиболее уязвимым считается узел подстропильной фермы в точке опирания стропильной фермы на подстропильную. Его мы и проверим.

Расчет такого узла описан в СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» приложении Л. Есть соответствующий рисунок в нормативном документе.

Как видно по рисунку для вычисления несущей способности узла нужны усилия N и F. Их можно получить из ранее собранной расчетной модели в SCAD Office, которую наверняка будет собирать инженер для подбора элементов металлопроката.

Методика, приведенная в СП «стальные конструкции» полностью реализована в SCAD Office, в подпрограмме КОМЕТА-2. В качестве исходных данных вводятся усилия, выбранные сечения и геометрия решетки фермы. Усилия получим по нашей расчетной схеме для средней рамы

Также хочется отметить, что на этом этапе несущая способность пояса обеспечена:

Указав в исходных данных программы SCAD Office (подпрограмме КОМЕТА-2) все необходимые данные, получаем результат в виде коэффициента использования и схематического чертежа. Усилия указываются от действия расточного сочетания нагрузок (прямого обмена данными между SCAD и КОМЕТА-2 нет, поэтому все данные переносятся вручную).

Несущая способность пояса в узле не обеспечена (значение коэффициента использования больше 1), хотя по результатам расчета на первом этапе пояс обладал допустимым запасом несущей способности. Невыполнение подобного расчета провоцирует обрушение здания.


Расчет опорного узла базы колонны.

Классическим решением опирания колонны стальной рамы на фундамент является жесткая база колонны. При конструировании базы необходимо правильно подобрать болты, все пластины, задать отступы базовой пластины и т.д. Очень простой алгоритм расчета этой задачи предлагается в программе SCAD Office (подпрограмме КОМЕТА-2): по заданным усилиям программа не только проверяет введенное Вами решение базы колонны, но и самостоятельно способна законструировать параметры узла. В качестве примера воспользуемся стальным каркасом однопролетного промышленного здания.

Усилия на узел опирания можно собрать по расчетной схеме с помощью нагрузки от фрагмента схемы. Здесь потребуются нагрузки вертикальные, поперечные и изгибающего момента в участке обреза фундамента. Опорные реакции в узле будут исходными данными в программе КОМЕТА-2. Результат расчета получаем также в виде коэффициента использования и схематичного чертежа.

В запасе инструментария SCAD Office, подпрограммы КОМЕТА-2, есть расчетные модули стыковых узлов балок, сопряжения узлов ригеля и колонн, а также типовые узлы, где уже сформированное конструктивное решение проверяется на указанную нагрузку.

Расчет закладной детали.

К узлам стальных конструкций можно отнести и узел крепления стальной балки к бетонной стене. Здесь помимо элементов крепления важно произвести расчет закладной детали. Закладные детали рассчитываются по нормам железобетонных конструкций, в комплексе SCAD Office за расчет закладных отвечает подпрограмма АРБАТ. Подпрограмма АРБАТ позволяет рассчитать закладные 3-х типов. Данные которые потребуется для расчета – поперечное усилие и параметры расположения анкеров.

Итак, с помощью подпрограмм SCAD Office у любого инженера есть возможность законструировать и произвести расчет стальных узлов конструкций. Программы SCAD Office просты в освоении, очень удобны, и что также важно – выполняют расчеты по всем действующим нормам Российской Федерации.

Произошла ошибка при установке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при установке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Мы не можем найти эту страницу

(* {{l10n_strings.REQUIRED_FIELD}})

{{l10n_strings.CREATE_NEW_COLLECTION}} *

{{l10n_strings.ADD_COLLECTION_DESCRIPTION}}

{{l10n_strings.COLLECTION_DESCRIPTION}} {{addToCollection.description.length}} / 500 {{l10n_strings.TAGS}} {{$ item}} {{l10n_strings.PRODUCTS}} {{l10n_strings.DRAG_TEXT}}

{{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}

{{l10n_strings.ЯЗЫК}} {{$ select.selected.display}}

{{article.content_lang.display}}

{{l10n_strings.AUTHOR}}

{{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}

{{$ select.selected.display}} {{l10n_strings.CREATE_AND_ADD_TO_COLLECTION_MODAL_BUTTON}} {{l10n_strings.CREATE_A_COLLECTION_ERROR}}

Катализаторы гидрирования и димеризации этилена — Experts @ Minnesota

TY — JOUR

T1 — Молекулярные комплексы родия, нанесенные на металлооксидные узлы металлоорганических каркасов и цеолит HY

T2 — Катализаторы гидрирования и димеризации этилена

AU — Bernales, Varinia

AU — Yang, Dong

AU — Yu,

июн

AU — Gümüşlu, Gamze

AU — Cramer, Chris

AU — Gates, Bruce C.

AU — Gagliardi, Laura

N1 — Информация о финансировании: Мы благодарим профессоров Омара К. Фарха и Джозефа Т. Хаппа, а также доктора Мануэля А. Ортуньо и доктора Андреаса Маврандонакиса за полезные обсуждения. Эта работа была поддержана в рамках Центра разработки неорганических катализаторов, исследовательского центра Energy Frontier, финансируемого Министерством энергетики США (DOE), Управлением науки, фундаментальных энергетических наук (DESC0012702). Мы с благодарностью отмечаем время прохождения луча на Beamline 2-2 на Стэнфордском источнике синхротронного излучения, поддерживаемом Отделом материаловедения Министерства энергетики США по контракту DE-AC02-76SF00515.Мы благодарим ученых, работающих с лучами, Небойсу Маринковича и Сайеда Халида за ценную поддержку. Авторские права издателя: © 2017 Американское химическое общество.

PY — 2017/10/4

Y1 — 2017/10/4

N2 — Металлоорганические каркасы (MOF) с узлами, состоящими из кластеров оксида циркония (Zr6), открывают новые возможности в качестве носителей для катализаторов с четко определенными характеристиками. , по существу молекулярные, структуры. Мы использовали прекурсор Rh (C2h5) 2 (acac) (acac — ацетилацетонат) для закрепления комплексов Rh (I) на узлах MOF UiO-67 и, для сравнения, к деалюминированному цеолиту HY (DAY).Они были охарактеризованы экспериментально путем измерения каталитической активности и селективности гидрирования и димеризации этилена в прямоточном проточном реакторе при 298 К и 1 бар. Данные о характеристиках катализатора дополняются структурной информацией, определенной с помощью инфракрасной спектроскопии и спектроскопии тонкой структуры поглощения в расширенном рентгеновском диапазоне, а также расчетов на уровне теории функционала плотности, которые также были выполнены для расширения исследования на соответствующий MOF, NU-1000. Согласие между экспериментальными и рассчитанными структурными метриками хорошее, и расчеты привели к предсказаниям механизмов реакции и связанной с ними энергетики.Данные демонстрируют корреляцию между каталитической активностью и селективностью и электронодонорной тенденцией нанесенного родия (измеряемой по частотам лигандов CO, связанных в качестве зондов с центрами Rh (I)), которая сама по себе является мерой электронной -донорская тенденция поддержки.

AB — Металлоорганические каркасы (MOF) с узлами, состоящими из кластеров оксида циркония (Zr6), открывают новые возможности в качестве носителей для катализаторов с четко определенной, по существу, молекулярной структурой.Мы использовали прекурсор Rh (C2h5) 2 (acac) (acac — ацетилацетонат) для закрепления комплексов Rh (I) на узлах MOF UiO-67 и, для сравнения, к деалюминированному цеолиту HY (DAY). Они были охарактеризованы экспериментально путем измерения каталитической активности и селективности гидрирования и димеризации этилена в прямоточном проточном реакторе при 298 К и 1 бар. Данные о характеристиках катализатора дополняются структурной информацией, определенной с помощью инфракрасной спектроскопии и спектроскопии тонкой структуры поглощения в расширенном рентгеновском диапазоне, а также расчетов на уровне теории функционала плотности, которые также были выполнены для расширения исследования на соответствующий MOF, NU-1000.Согласие между экспериментальными и рассчитанными структурными метриками хорошее, и расчеты привели к предсказаниям механизмов реакции и связанной с ними энергетики. Данные демонстрируют корреляцию между каталитической активностью и селективностью и электронодонорной тенденцией нанесенного родия (измеряемой по частотам лигандов CO, связанных в качестве зондов с центрами Rh (I)), которая сама по себе является мерой электронной -донорская тенденция поддержки.

кВт — Теория функций плотности

кВт — Димеризация этилена

кВт — Гидрирование этилена

кВт — Металлоорганические узлы каркаса

кВт — Родиевые комплексы

кВт — Поддерживаемый катализатор

UR — http: // www.scopus.com/inward/record.url?scp=85027063663&partnerID=8YFLogxK

UR — http://www.scopus.com/inward/citedby.url?scp=85027063663&partnerID=8YFLogxK

10s / ac2 —

DO — 10.1021 / acsami.7b03858

M3 — Артикул

C2 — 28537379

AN — ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ: 85027063663

VL — 9

SP — 33511

EP — 33520

Применяемые материалы JO интерфейсы

JF — Применяемые материалы и материалы для АСУ ТП; интерфейсы

SN — 1944-8244

IS — 39

ER —

Отображение координации узлов и линкеров в объемных и локальных структурах металлоорганических каркасов

Визуализация кристаллов MIL-101 с помощью iDPC-STEM

Образец MOF, который мы использовали в этой работе для визуализации iDPC-STEM, представляет собой MIL-101 45 , типичный стабильный кристаллический MOF с гигантскими элементарными ячейками (89 Å) и клетками.Каркас MIL-101 построен из супертетраэдров с общими углами, состоящих из тримерных узлов Cr и линкеров 1,4-бензолдикарбоксилата (BDC). Из-за большого объема клетки и площади поверхности кристаллы MIL-101 использовались в качестве опор для различных атомов и частиц металлов в катализе 46,47,48 . Таким образом, очень важно атомарно разрешить координацию узел-линкер в локальных структурах MIL-101 для дальнейшей характеристики этих катализаторов. Рис. 1а, б и дополнительный рис.1 показана структурная модель каркаса MIL-101. В частности, проекция <110> демонстрирует сложные характерные сферы, регулярно расположенные и отмеченные на фиг. 1b, тогда как координация узлов и линкеров между ними может быть решена индивидуально. Эти супертетраэдры Cr / BDC между характерными сферами помогли выявить связь клеток внутри каркасов, особенно на поверхностях и границах раздела.

Рис. 1. Октаэдрические нанокристаллы MIL-101.

a Каркасная модель MIL-101. b Структурная модель MIL-101 в проекции <110>. c Результаты PXRD кристаллов MIL-101, указывающие на высокую кристалличность для визуализации STEM. d SEM-изображение, показывающее октаэдрическую форму кристалла MIL-101. Масштабная шкала 200 нм. e , f Изображения MIL-101 ADF-STEM из проекции <110>. На вставке f показан соответствующий шаблон БПФ с передачей информации 5 Å. Масштабные полосы, 100 нм для e и 30 нм для f .

Во-первых, мы использовали порошковую дифракцию рентгеновских лучей, чтобы подтвердить периодическую кристаллическую структуру и высокую кристалличность MIL-101 (рис. 1c). Кроме того, как мы наблюдали под растровым электронным микроскопом (SEM; показано на рис. 1d и дополнительном рис. 2), полученные нанокристаллы MIL-101 имеют правильную октаэдрическую форму, что является преимуществом для поиска осей зон на основе проектируемые формы кристаллов. Например, октаэдрические кристаллы предпочитали лежать на углеродной пленке так, чтобы их ось зоны <110> была параллельна инжектируемому пучку.Затем мы использовали STEM-изображения кольцевого темного поля (ADF) (рис. 1e, f и дополнительный рис. 3), чтобы показать морфологию и решетку кристаллов MIL-101 из проекции <110>. На рис. 1f можно наблюдать регулярно расположенные характеристические сферы MIL-101 с разрешением субъячейки. Однако этого недостаточно, чтобы идентифицировать координацию узел-линкер (супертетраэдры Cr / BDC) между сферами, поскольку вставленный шаблон быстрого преобразования Фурье (БПФ) показывает передачу информации только на 5 Å.Кроме того, для визуализации ADF-STEM мы не можем дополнительно уменьшить ток луча (0,7 ~ 3,2 пА) из-за плохого отношения сигнал / шум. Таким образом, прорыв в разрешении для этого метода визуализации довольно затруднен.

Затем мы использовали технику iDPC, чтобы добиться более высокого разрешения для получения изображений MOF. Установка iDPC-STEM показана на рис. 2а. Четыре рисунка (A – D) были получены из четырех сегментов коммерческого детектора DPC, соответственно (рис. 2b). Тогда в ситуации, показанной на рис.2a, компоненты x и y изображений DPC были рассчитаны как DPC x = A C и DPC y = B D (рис. 2c). ). Кроме того, в других неканонических ситуациях компоненты DPC x и DPC y должны вычисляться более комплексно с учетом угла поворота между направлением сканирования и ортогональным направлением квадрантов 39 .После двухмерной интеграции полученное изображение iDPC-STEM могло показать детальные структуры внутри структуры MIL-101 (рис. 2d). Во время построения изображения iDPC-STEM использованный полуугол конвергенции составлял 10 мрад, а рабочее напряжение составляло 300 кВ. Кроме того, ток электронного луча был уменьшен до <0,1 пА (что соответствует дозе электронов 40 e — / Å 2 ), тогда как высокое отношение сигнал / шум может сохраняться благодаря процессу интегрирования. Как показано на рис. 2e, увеличенное изображение iDPC-STEM предоставило гораздо больше деталей решетки MIL-101, особенно четкие супертраэдры Cr / BDC между характеристическими сферами, в соответствии со структурной моделью.На рис. 3f соответствующая диаграмма БПФ, очевидно, содержит больше пятен отражения, показывающих передачу информации размером ~ 1,8 Å. Это разрешение превзошло предыдущие результаты для MIL-101 24,27,35 , где была достигнута передача информации 16 Å в ADF-STEM и 2,5 Å в HRTEM с камерой прямого обнаружения электронов. Таким образом, за последние годы различные методы визуализации достигли большого прогресса в улучшении разрешения изображения MIL-101 на порядок с 16 Å до 2.5 Å, затем 1,8 Å в этой работе, что предоставило больше возможностей для дальнейшего атомарного разрешения локальных структур и легких элементов в MOF.

Рис. 2: iDPC-STEM-изображение проекции MIL-101 <110> со сверхвысоким разрешением.

a Схема набора up iDPC-STEM. Электронный пучок отклонялся потенциальным полем в образцах и регистрировался четырьмя сегментами детектора DPC. b Четыре изображения, обнаруженные четырьмя сегментами (A – D) детектора DPC, соответственно.Масштабная шкала, 20 нм. c Изображение DPC, полученное из четырех изображений в b . Масштабная шкала, 20 нм. d Изображение iDPC-STEM, полученное путем двумерного интегрирования изображения DPC в c . Масштабная шкала 10 нм. e Увеличенное изображение iDPC-STEM с самым высоким разрешением, которое идеально сочетается с структурной моделью. Масштабная шкала 5 нм. f Соответствующий шаблон БПФ e в логарифмической шкале, показывающий передачу информации с точностью до 1.8 Å.

Рис. 3: Отображение атомных решеток и поверхностных структур в кристаллах MIL-101.

a , b Отображение атомной решетки MIL-101 на усредненном изображении iDPC-STEM. Красные и синие кружки обозначают два типа клеток размером 29 и 34 Å соответственно. Масштабная шкала, 1 нм. c Отображение супертетраэдров, образованных узлами Cr и линкерами BDC (отмечены желтой рамкой в ​​ a ). d Отображение структуры в клетке 29 Å в MIL-101 (обозначено оранжевой рамкой в ​​ a ). e Профильный анализ изображения (exp) и имитация (sim) детализированных структур в синей рамке в d , который помогает разрешить столбцы Cr в каркасах. f , g Два типа поверхностных заделок с двумя типами клеток, открытыми на поверхностях {111}. Масштабные линейки, 5 нм. h , i Структуры одноэлементных ячеек на двух типах поверхностных окончаний соответственно. Масштабные линейки, 3 нм. j , k Структурные модели h и i , показывающие поверхности {111}, оканчивающиеся различными клетками.

Более того, усредненное изображение iDPC-STEM на рис. 3a показало повышенное отношение сигнал / шум и предоставило более детальные структуры супертетраэдров с надлежащими контрастами. Усредненное изображение было получено путем наложения изображений, периодически выбираемых из исходного изображения на фиг. 2e, с использованием программного обеспечения Smart Align (дополнительный рисунок 4). Это усредненное изображение идеально соответствует структурной модели на рис. 3b. Красными и синими кружками выделены два типа гигантских клеток размером 29 и 34 Å соответственно в структуре MIL-101.Эти гигантские клетки с меньшими окнами (12 и 16 Å) важны для загрузки гостевых молекул и атомов металлов для разделения, хранения и катализа газа. Характерные сферы на этих изображениях прямо указывают на клетки 29 Å. Кроме того, сравнивая изображение и модель на рис. 3c (область, отмеченная желтой рамкой на рис. 3a), мы можем наблюдать три BDC в одном супертетраэдре из-за высококонтрастных световых элементов, отображаемых iDPC-STEM. На рис. 3d (область, отмеченная оранжевой рамкой на рис.3a), атомные структуры внутри клеток 29 ÅA также могут быть разрешены, что согласуется с моделями и симуляциями (дополнительный рис. 5). В частности, при анализе профиля на рис. 3e столбцы атомов Cr в области, отмеченной синей рамкой на рис. 3d, были идентифицированы по пикам в профиле интенсивности. Эти результаты подтвердили, что iDPC-STEM может помочь нам наблюдать не только узлы Cr с атомным разрешением, но и органические линкеры в MOF, что имеет большое значение для изучения локальных структур, загрузки металла, адсорбции и катализа в MOF в реальном пространстве.

Разрешение поверхностных структур MIL-101

После детального изучения различных поверхностей кристаллов (дополнительный рис. 6) мы обнаружили два совершенно разных типа поверхностных окончаний, сосуществующих в кристаллах MIL-101 (рис. 3f, g. ). Один из них имел полные характерные сферы вдоль поверхностей {111} (рис. 3f), а другой заканчивался почти половиной сфер (рис. 3g). На этих изображениях мы не наблюдали поверхностных органических лигандов. Очень похожие результаты также наблюдались недавно при тех же условиях синтеза с помощью HRTEM 35 .На рис. 3h, i показаны подробные структуры одноэлементных ячеек с двумя типами поверхностных окончаний. Чтобы идентифицировать поверхностные структуры по изображениям iDPC-STEM, мы установили пять возможных моделей поверхности {111}, уменьшая узлы и линкеры слой за слоем от направления [111], а затем получили смоделированные потенциалы без учета статуса поверхностных органических веществ. лиганды на дополнительном рис. 7. После сравнения поверхностей на рис. 3h, i с этими смоделированными потенциалами, мы подтверждаем, что модели, показанные на рис.3j, k наиболее согласуются с нашими наблюдениями, которые могут дать лучшее понимание этих двух разных окончаний. Две отображаемые поверхности {111} на рис. 3h, i заканчивались гигантскими клетками разных типов. То есть полные клетки 29 и 34 Å, отмеченные красными и синими кружками, выставлены на поверхности {111} на рис. 3k, l, соответственно. В дополнительном рис. 8 и дополнительном обсуждении мы рассчитали энергию различных моделей поверхности на основе количества оборванных поверхностных связей.Теоретические результаты подтверждают наши наблюдения о том, что поверхности {111} MIL-101 предпочитают ограничиваться полными клетками (клетки 29 или 34 Å соответственно) в качестве энергетически стабильных окончаний.

Сохранение и отображение поверхностных структур и дефектов требует более сложных усилий, так как они более чувствительны к электронному пучку, чем кристаллическая масса. Возможности визуализации низкодозированных iDPC-STEM на локальных структурах вполне сопоставимы с возможностями визуализации с использованием камеры прямого обнаружения электронов и криогенных условий 32,33,34,35,36 .Такое отображение объемных решеток и поверхностных окончаний с высоким разрешением помогает нам понять подробные локальные структуры на углах, краях, границах раздела и дефектах кристаллов MIL-101. Во-первых, на рис. 4а показана структура угла в октаэдрическом кристалле MIL-101. В этом углу изображенные супертраэдры Cr / BDC указали на окончание поверхности с обнаженными клетками 34 Å, как отмечено синими кружками на рис. 4a, тогда как соседние края поддерживали обнаженные клетки 29 Å на поверхностях.Затем на рис. 4b, c мы также наблюдали поверхностные ступеньки и участки кромки ступеньки с двумя типами окончаний, а также рост пор, инициированный на этих участках кромки ступеньки и распространяющийся вдоль поверхностей {111}.

Рис. 4: Выявление локальных структур в кристаллах MIL-101.

a Изображение iDPC-STEM, показывающее окончания угла в октаэдрическом кристалле MIL-101. В этом углу были обнажены клетки 34 Å (отмеченные синими кружками). Масштабная шкала 5 нм. b , c Изображения iDPC-STEM, показывающие ступени на поверхности и участки кромок ступеней кристаллов MIL-101 с двумя типами поверхностных окончаний, соответственно.Масштабные линейки, 5 нм. d Изображение iDPC-STEM, показывающее структуры интерфейса на границе двойной плоскости. Масштабная шкала 10 нм. e Структурная модель интерфейса двойных плоскостей, изображенная в d . Интерфейс был сформирован горизонтальным переворачиванием и перемещением отмеченной части (внизу), чтобы она снова совпадала с частью вверху. f , g Изображения iDPC-STEM, показывающие линейные ( f ) и плоские ( g ) дефекты на границе раздела двух плоскостей. Эти дефекты распространялись через весь массив атомов параллельно электронному пучку.Масштабные линейки, 5 нм.

Разрешение структур интерфейса двойных кристаллов MIL-101

Кроме того, мы визуализировали сборку октаэдрических кристаллов MIL-101 и выявили структуры интерфейсов двойных плоскостей. На рис. 4d и на дополнительном рис. 9 показана сборка двух октаэдрических кристаллов «поверхность-поверхность», если смотреть с проекции <110>, где поверхности {111} были прикреплены и соединены без рассогласования решеток. Связь характерных сфер на этой границе раздела может быть дополнительно раскрыта на основе прямого изображения супертетраэдров между ними.Кроме того, схематическая модель структуры интерфейса представлена ​​на рис. 4д. Исходные решетки внизу были перевернуты по горизонтали и перемещены на расстояние ~ 18 Å, а затем две части решеток были соединены супертетраэдрами с небольшим искажением, чтобы сформировать согласованный интерфейс. Между тем, вдоль этих границ раздела может быть много дислокаций из-за локальных дефектов отсутствующих узлов и линкеров (дополнительный рис. 10). На рис. 4f, g показаны эти дефекты на интерфейсе, где частичные узлы и линкеры MIL-101 отсутствовали, а отображаемые характеристические сферы были несовершенными.Такие смещенные границы раздела были созданы из разных мест на разных ступенях поверхности. Таким образом, несоответствие между этими интерфейсами приведет к отсутствию частичных узлов и линкеров для поддержания упорядоченного расположения решеток вокруг этих дефектов. Эти результаты показали сборку нанокристаллов MOF, что представляет собой интересное и общее поведение, которое следует изучать с помощью методов визуализации в реальном пространстве. Изображения iDPC-STEM с высоким разрешением позволили нам наблюдать координацию узлов и линкеров в этих локальных структурах, чтобы лучше понять синтез и сборку MOF.

Визуализация iDPC-STEM других материалов, чувствительных к лучу

Помимо каркаса MIL-101, метод iDPC также может применяться для исследования многих других светочувствительных каркасов, включая другие MOF, UiO-66 и каркасы из цеолита ( Дополнительные рисунки 11–13). На рис. 5а показаны изображения кристаллов UiO-66 с помощью iDPC-STEM в проекции <110>. Передача информации в шаблоне БПФ (рис. 5б) достигала ~ 1,2 Å. На увеличенном изображении по сравнению с структурной моделью (рис.5c), мы можем четко наблюдать координацию узел-линкер внутри каркаса, и даже структуры бензольного кольца также могут быть распознаны. И тяжелые, и легкие элементы в UiO-66 были идентифицированы с надлежащими контрастами на одном изображении, что еще раз подтвердило выдающиеся возможности технологии iDPC для получения изображений чувствительных к лучу материалов и видов легких элементов. Эти результаты представляют собой самое высокое разрешение (~ 1,2 Å) UiO-66, когда-либо отображаемое электронными микроскопами, вместе с достаточным отношением сигнал / шум.

Рис. 5. Получение изображений методом iDPC-STEM других чувствительных к лучу материалов.

a Изображение iDPC-STEM каркаса UiO-66 из проекции <110>. Масштабная шкала, 3 нм. b Шаблон БПФ, соответствующий a , демонстрирующий передачу информации размером ~ 1,2 Å. c Увеличенное изображение a по сравнению с структурной моделью. Масштабная шкала, 1 нм. d Изображение каркаса ZSM-5 с помощью iDPC-STEM в проекции <010>.Масштабная шкала, 3 нм. e Шаблон БПФ, соответствующий d , показывающий передачу информации размером ~ 1 Å. f Увеличенное изображение d по сравнению с структурной моделью. Масштабная шкала, 1 нм. г Изображение каркаса SAPO-34 с помощью iDPC-STEM в проекции <1 -1 -1>. Масштабная шкала, 3 нм. h Шаблон БПФ, соответствующий g , демонстрирующий передачу информации ~ 1,2 Å. i Увеличенное изображение g e g по сравнению со структурной моделью.Масштабная шкала, 1 нм.

Затем два чувствительных к лучу цеолита на основе Si / O, ZSM-5 и SAPO-34, были также получены с помощью iDPC-STEM со сверхвысоким разрешением. Изображение на рис. 5d показывает типичные прямые каналы ZSM-5 из проекции <010>. Соответствующая диаграмма БПФ на рис. 5e показывает разрешение ~ 1 Å для ZSM-5. На увеличенном изображении (рис. 5f) прямые каналы, образованные Si 10 -кольцами, могут быть разделены атомарно, что хорошо согласуется со структурной моделью.На рис. 5g показаны системы каналов в структуре SAPO-34 с передачей информации ~ 1,2 Å (БПФ на рис. 5h). Мы можем наблюдать расположенные каналы, образованные Si 8 -кольцами из проекции <1 -1 -1>, сравнивая увеличенное изображение со структурной моделью на рис. 5i. Насколько нам известно, мы впервые можем получить атомные изображения цеолита SAPO-34. Эти два вида цеолитов широко используются в катализе различных промышленных применений.Атомная визуализация этих структур катализатора может дать новое понимание механизмов различных макроскопических процессов в наномасштабе, включая синтез и катализ.

Таким образом, с помощью iDPC-STEM мы достигаем изображения кристаллов MIL-101 с атомным разрешением с видимыми гигантскими клетками и супертетраэдрами, состоящими из узлов Cr и линкеров BDC. Основываясь на этих наблюдениях, мы выявили два типа поверхностных окончаний {111} с открытыми клетками разных типов, соответственно.Затем мы также наблюдали структуру и эволюцию поверхностей, границ раздела и дефектов в самоорганизованных кристаллах. Эти локальные структуры позволили нам лучше понять координацию узла-линкера и отношения структура-свойство в MOF. Все эти результаты доказали естественные преимущества метода iDPC для получения изображений с низкой дозой и световыми элементами под STEM. IDPC-STEM также может использоваться для разрешения различных других материалов, которые чувствительны к электронам и в основном состоят из легких элементов, таких как цеолиты, полимеры и 2D-слоистые материалы, а затем предоставляет возможность характеризовать эти материалы после их дефектов. и поверхности исследуются и модифицируются.

Группы участников

Группы участников

Группы участников

В типичной конструкции фактические балки, колонны, распорки, связи и т. Д. Моделируются в SPACE GASS как элементы, соединенные вместе в узлах. Иногда, однако, удобно и часто необходимо, чтобы элементы располагались в промежуточных положениях вдоль них, чтобы их можно было разделить на более мелкие элементы. Это может произойти, когда другой элемент пересекает элемент в промежуточной точке или когда узел просто помещается в промежуточную точку, так что прогибы, силы и моменты вычисляются в этой точке во время анализа.

Довольно часто размещение промежуточных узлов вдоль элемента выполняется исключительно в целях моделирования анализа конструкции, а не из-за фактических разрывов или соединений в реальной конструкции. По этой причине SPACE GASS позволяет группировать элементы анализа каркаса вместе и проектировать их так, как если бы они были единым целым (как в реальной структуре). В оставшейся части этого руководства «проектная группа» представляет собой фактический элемент в реальной структуре, который состоит из одного или нескольких элементов анализа конструкции, сгруппированных вместе от начала до конца.

Обратите внимание, что в следующем обсуждении члены группы могут быть перечислены в любом направлении. Например, оба подходят: «1,3,8,5» и «5,8,3,1». Однако направление может повлиять на определение верхнего фланца (см. Также Ограничения фланца).

Рассмотрим, например, свободно опертую балку с узлом на каждом конце, на которую действует осевое сжимающее усилие и равномерно распределенная статическая нагрузка. При анализе отклоненная форма и распределение изгибающего момента по длине рассчитываются с помощью SPACE GASS.Если конструктивная адекватность этого элемента затем проверяется по одному из проектных норм, различные коэффициенты рассчитываются на основе формы отклонения и распределения изгибающего момента. Эти факторы затем используются в расчетах, чтобы определить, является ли элемент адекватным или нет.

Если одна и та же балка моделируется с третьим узлом в середине пролета, вы все равно получите ту же форму отклонения и распределение изгибающего момента, однако, если вы не сможете сгруппировать две половины балки вместе и спроектировать их так, как если бы они были единым целым. member вы получите совершенно другой результат дизайна.Это связано с тем, что факторы и моменты комбинированных воздействий и осевые силы будут основываться на распределении прогиба и момента только для половины балки, а не для ее полной длины.

Если элемент был разделен на более мелкие элементы в расчетной модели, важно, чтобы эти подчиненные элементы были сгруппированы вместе в расчетной модели.

Правила для принятия решения о том, следует ли сгруппировать серию элементов анализа рамы в проектную группу, следующие.

  1. Каждый элемент в проектной группе должен быть жестко соединен друг с другом встык, как правило, они должны лежать на прямой линии и иметь одинаковые свойства сечения.
  2. Длина проектной группы не должна быть меньше размаха большой оси.
  3. Расчетная группа должна быть достаточно длинной, чтобы включать все ограничения фланца, которые влияют на ее эффективную длину изгиба. Кроме того, ни при каких обстоятельствах длина расчетной группы не должна быть меньше неограниченной длины верхнего и нижнего фланцев. Это правило не применяется, если эффективная длина изгиба указывается напрямую, а не вычисляется.

  4. Каждый конец проектной группы должен совпадать с физическим концом элемента или значительным изменением направления элемента, или точкой опоры для элемента. Обычно он не должен выходить за опору или за пересекающийся элемент, который эффективно действует как опора. «Опора» относится к опоре для размаха большой оси.

Если невозможно выполнить все вышеперечисленные правила, не следует использовать SPACE GASS для проектирования задействованных стальных элементов.

Рассмотрим следующие примеры, показывающие, как элементы в типичных кадрах могут быть сгруппированы вместе.

Группа элементов для фронтального портала

Группа 1:

1,2

Группа 2:

3,4,5

Группа 3:

6

Группа 4:

7,8

Группировка элементов для плоского портала

Группа 1:

1,2

Группа 2:

3,4,5,6

Группа 3:

7,8

Группировка стержней для фермы

Группа 1:

2,6,10,14,18,22

Группа 2:

4,8,12,16,20,24

Группа 3:

1

Группа 4:

3

(Некоторые из некритических элементов не сгруппированы)

! ВАЖНАЯ ЗАМЕТКА !

Приведенная выше группировка предполагает, что локальный изгиб поясов между точками панели незначителен по сравнению с общим изгибом между концевыми опорами (т. Е.точки панели на самом деле не действуют как точки опоры для хорд). Если аккорды фактически охватывают L / 6 вместо L, тогда члены аккорда не могут быть сгруппированы.

Группировка элементов многоэтажного каркаса

Группа 1:

1

Группа 2:

2

Группа 3:

3

Группа 4:

4

Группа 5:

5

Группа №:

и др…

В этом случае не может происходить группирование нескольких элементов, поскольку каждый элемент действует как один диапазон. Горизонтальные балки действуют как опоры для колонн на каждом этаже, а колонны действуют как опоры для балок.

Обратите внимание, что если в балках не было значительных осевых сил, и они не действовали как опоры для колонн, то колонны можно было сгруппировать в одну проектную группу снизу вверх.Однако это не будет обычной ситуацией.

Группировка элементов неразрезной балки

Группа 1:

1,2,3,4

Группа 2:

5,6

Уровень 1 | Документация SkyCiv

1. Моделирование и решение простой опорной балки

Решение проблемы с балкой с простой опорой — относительно простая задача, которую можно относительно легко выполнить вручную.Хотя бывают случаи, когда вам требуется очень быстрый результат при настройке определенных параметров в луче. В этих ситуациях решатель пучков будет весьма полезен в случаях, когда результаты требуются намного быстрее для различных ситуаций. Вот где SkyCiv Beam может быть чрезвычайно полезен.

В этой ситуации мы создадим 6-метровую стальную балку W10x30 с простой опорой, используя SkyCiv Beam. SkyCiv Beam имеет относительно простой интерфейс, в котором каждая опция, доступная в программе, так же проста, как и подписи, написанные на них.

Продолжая дальше, мы добавим раздел W10x30, который напрямую приведет нас к Конструктору разделов платформы SkyCiv. Раздел должен появиться в разделе База данных> Американский> Формы AISC: W> W10x30. Для простоты оставим материал, размерные и трансляционные свойства как есть.

Если вы хотите узнать геометрические свойства сечения, нажмите кнопку «Рассчитать», расположенную в верхней строке меню.

Как только все будет сделано, вы можете отправить секцию обратно в балку SkyCiv Beam.

Теперь мы добавим опоры для нашей балки, используя кнопку «Добавить опору». Программа позволяет использовать три типа опор: штифтовую опору, роликовую опору и фиксированную опору. Поскольку условия для этого случая просто поддерживаются, мы добавим штифты и роликовые опоры на обоих краях балки. В этом случае мы хотим добавить опору штифта в точке x = 0 и опору ролика в точке x = 6.

Затем мы вводим распределенную нагрузку 10 кН / м на всем пролете с помощью кнопки «Добавить распределенную нагрузку».

Окончательная модель должна выглядеть так.

Как только все будет сделано, мы наконец сможем решить балку. Нажмите кнопку «Решить» в правой части верхней панели меню. Вы попадете на страницу анализа, результаты которой должны быть представлены в виде простых для понимания графиков. Анализ также предоставляет ручные вычисления, если вы хотите проверить результаты вручную.

В реальных приложениях балки с простой опорой могут показаться относительно простыми для инженера-строителя, но именно из-за их простоты предполагается, что в расчетных секциях используется балка с простой опорой.Как правило, балки с простой опорой предлагают самые высокие нагрузки и поэтому являются наиболее консервативными, что очень полезно при выборе правильных расчетных сечений. Примерами реальных конструкций, которые моделируются как просто поддерживаемые, являются однопролетные мосты.

2. Моделирование и решение неопределенной балки

Неопределенность — это ситуация, когда конструкция не может быть решена с помощью основных уравнений равновесия, поскольку существует слишком много неопределенных переменных. Количество неопределенных переменных называется степенью неопределенности.В ситуации, когда требуется более сложный анализ, очень полезен анализатор пучка, такой как SkyCiv Beam.

Распространенным примером неопределенной балки является непрерывная балка. В этом сценарии мы моделируем трехпролетную стальную балку. Продолжая предыдущее упражнение, отрегулируйте длину балки с помощью таблицы под диаграммой. Найдите в таблице столбец «Изменить / Удалить» и щелкните значок карандаша. Затем мы регулируем луч с 6 метров до 18 метров.

Мы добавляем еще две шарнирные опоры в точках x = 12 и x = 18. Наконец, мы регулируем распределенную нагрузку для покрытия всего 18-метрового пролета.

Опять же, как только все будет готово, мы наконец сможем решить балку. Когда дело доходит до ручного решения неопределенных балок, очень важно определить моменты реакции опоры, поскольку они позволят нам решить для реакций. Два популярных способа решения непрерывных балок — это уравнение трех моментов и метод распределения моментов.

3. Решите балку с разрезом с помощью построителя сечений

Конструктор разделов — очень мощный инструмент, интегрированный в наши программы SkyCiv. Он также имеет автономную программу запуска, которую можно использовать для создания разделов. Конструктор секций — это программа, которая содержит список стандартных секций, которые мы можем использовать в качестве секций проектирования для SkyCiv Beam или Structural 3D. Это позволяет нам создавать собственные разделы.

В этом упражнении мы будем широко использовать Конструктор сечений.Ранее мы использовали Конструктор сечений для получения сечений с широкими полками AISC. В этом случае мы создадим свой собственный раздел.

Вернемся к балке, которая ранее была сделана в упражнении 2. Отрегулируйте опоры балки так, чтобы шарнирные опоры теперь находились в положении x = 0, x = 3, x = 6 и x = 9. Аналогичным образом отрегулируйте распределенную нагрузку. до 9 метров и уменьшить величину нагрузки до 1 кН / м. Затем мы можем отрегулировать длину балки до 9 метров.

Когда балка готова, мы можем перейти к построителю сечений.Откройте «Шаблон раздела» и выберите «Lipped Channel». Применяются следующие размеры: h = 100 мм, TFw = 50 мм, TFt = 2 мм, BFw = 50 мм, BFt = 2 мм, Wt = 2 мм, d = 15 мм, r = 4 мм. Для общих свойств мы будем использовать свойства стали A36: E = 200000 МПа, Fy = 248 МПа, Fu = 400 МПа. Мы также можем применить вращательные и поступательные смещения, а также отразить сечение. В этой ситуации, однако, мы не будем использовать эти изменения, поскольку SkyCiv Beam пока не может проектировать с повернутыми секциями. В ситуации, когда есть повернутая секция, лучше всего разбить наши нагрузки на компоненты и создать два экземпляра балки, в которых локальные силы компонентов применяются по отношению к большой и малой осям сечения.

Теперь мы можем отправить этот раздел и решить балку.

Канавки с выступом чаще всего используются в качестве балок перекрытий или прогонов крыши. Как правило, они имеют расстояние 300 мм на балку и обычно имеют малую толщину.

4. Решите балку с помощью петли (пункт 7 документации)

Петли похожи на шарнирные опоры в том смысле, что они освобождают моменты внутри элемента. Это очень важно для сильно нагруженных конструкций, поскольку они могут привести к отказу элемента на этапе проектирования.Он также может передавать эти нагрузки на другие элементы, что может увеличить требования к конструкции конструкции. В таком сценарии шарнир внутри элемента может снять эти внутренние напряжения и снизить требования к конструкции конструкции.

В этой ситуации мы создадим балку со следующими свойствами:

  • Создание балки длиной 7 м
  • Добавьте опоры в следующих местах: штифтовая опора в точке x = 0, роликовая опора в точке x = 4, закрепленная опора в точке x = 7.
  • Добавьте петлю в точке x = 5.5.
  • Добавьте треугольную нагрузку между x = 0 и x = 4 с конечной величиной 2 кН / м. Добавьте точечную нагрузку по диагонали 2 кН под углом 45 градусов

Наконец, мы представим случайные загрузки, чтобы познакомиться с другими типами загрузки. Добавьте трапециевидную нагрузку между x = 0 с величиной -2 кН / м и x = 3 с величиной -4 кН / м. Добавьте точечную нагрузку 2 кН при x = 4,5 и другую точечную нагрузку 3 кН под углом 60 градусов относительно положительной оси x при x = 7.5. Наконец, добавьте момент 1 кН · м при x = 4.

5. Решите ферму из 8 элементов

SkyCiv Beam — очень мощный и простой инструмент для анализа и проектирования лучей. Все более сложные, например фермы, требуют использования программного обеспечения для расчета конструкций, например Structural 3D.

Фермы — это конструкции, которые обычно соединяются штифтовыми соединениями. Поскольку шарниры закреплены на пальцах, единственная внутренняя сила — это осевые нагрузки.

В этом разделе мы создадим ферму из 8 элементов.Сначала нам нужно открытое структурное 3D. Затем нас встретит интерфейс, представленный ниже.

В левой части интерфейса щелкните вкладку «Узлы». Поочередно введите следующие узлы, нажимая «Применить» после размещения каждого узла.

Узлы
  • Узел 1: 0, 0, 0
  • Узел 2: 0, 2.5, 0
  • Узел 3: 2.5, 0, 0
  • Узел 4: 2.5, 2.5, 0
  • Узел 5: 5, 0, 0

Здесь следует отметить, что координата z установлена ​​на ноль, поскольку структура, которую мы будем делать, является двумерной.

Щелкните вкладку «Участники». Включите дополнительные параметры, так как мы также включим угол поворота секции. Введите следующие элементы по одному. После размещения каждого узла нажимайте «Применить».

участников
  • Участник 1
  • Узел A: 1
  • Узел B: 2
  • Вращение: 90
  • Участник 2
  • Узел A: 1
  • Узел B: 3
  • Вращение: 0
  • Участник 3
  • Узел A: 1
  • Узел B: 4
  • Вращение: 90
  • Участник 4
  • Узел A: 2
  • Узел B: 3
  • Вращение: 90
  • Участник 5
  • Узел A: 2
  • Узел B: 4
  • Вращение: 90
  • Участник 6
  • Узел A: 3
  • Узел B: 4
  • Вращение: 0
  • Участник 7
  • Узел A: 3
  • Узел B: 5
  • Вращение: 0
  • Участник 8
  • Узел A: 4
  • Узел B: 5
  • Вращение: 90

Обратите внимание, что расположение узлов важно, где узел A — начальный узел, а узел B — конечный узел.

Мы добавим закрепленные опоры в Узле 1 и Узле 5 через вкладку «Поддержка». Аналогичным образом щелкните вкладку «Точечные нагрузки». Мы применим точечные нагрузки к узлам ниже.

Точечные нагрузки
  • Узел 2: 1 кН горизонтальный
  • Узел 2: -2 кН вертикальный
  • Узел 4: -2 кН вертикальный

В этой ситуации мы не перейдем на вкладку «Материалы» и не будем использовать значение по умолчанию, присвоенное нам программой, а именно сталь. Наконец, мы переходим на вкладку «Сечения» и импортируем угловую планку L3x3x1 / 4 (она находится в Database> American> AISC> Equal angles).Как только модель будет завершена, мы сможем решить структуру.

6. Смоделируйте структуру с помощью таблицы

Таблица данных — это полезная функция, которая позволяет просматривать совокупность структурных элементов в электронной таблице. Это в основном позволяет вам вводить все необходимые данные сразу или по мере продвижения. В Structural 3D каждый аспект создания модели может быть выполнен с помощью функции таблицы данных.

В этом упражнении мы воспроизведем предыдущую ферму, используя таблицу.Щелкните вкладку «Дополнительно» в верхней строке меню и выберите пункт «Таблица данных». Выберите «Узлы», чтобы открыть значок таблицы узлов. Заполните таблицу так, чтобы таблица выглядела следующим образом:

ID Положение по оси X (м) Положение по оси Y (м) Положение по оси Z (м)
1 0 0 0
2 0 2,5 0
3 2.5 0 0
4 2,5 2,5 0
5 5 0 0

Для участников таблица должна выглядеть следующим образом.

ID Узел A Узел B Тип Идентификатор раздела Вращение (град) Исправление B Крепление Смещение A (мм) Смещение B (мм) Длина кабеля (м)
1 1 2 непрерывный 1 90 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
2 1 3 непрерывный 1 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
3 1 4 непрерывный 1 90 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
4 2 3 непрерывный 1 90 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
5 2 4 непрерывный 1 90 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
6 3 4 непрерывный 1 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
7 3 5 непрерывный 1 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
8 4 5 непрерывный 1 90 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0

Обратите внимание, что в тех случаях, когда в столбце есть повторяющиеся данные, вы можете выделить соседние строки с повторяющимися данными, затем щелкнуть и перетащить поле, расположенное в правом нижнем углу выделенных строк.В этом случае столбцы с повторяющимися данными — это тип, идентификатор сечения, фиксация A, фиксация B, смещения A и смещения B. Длина кабеля оставлена ​​пустой.

Следует отметить несколько дополнительных моментов. Fixity относится к описанию освобождения соединения. В этом случае узлы закреплены, поэтому моменты высвобождаются. Код SkyCiv для шарнирных соединений — FFFFRR. Смещения относятся к смещению элемента от центра узла к центру узла. Смещения видны, когда мы используем 3D Renderer.

Пройдя через вкладку «Опора», мы добавим в нашу модель закрепленные опоры.

ID Идентификатор узла Сдерживающий код TX Жесткость (кН / м) TY Жесткость (кН / м) TZ Жесткость (кН / м) RX Жесткость (кНм / рад) RY Жесткость (кНм / рад) RZ Жесткость (кНм / рад)
1 1 FFFFRR 0 0 0 0 0 0
2 5 FFFFRR 0 0 0 0 0 0

Когда дело доходит до назначения типа ограничения, мы вводим код ограничения, который мы хотим в нашей модели.Код ограничения доступен на предыдущей странице, где отображается код для каждого типа ограничения. В этом случае код закрепленной опоры — FFFFRR.

Точечные нагрузки:
ID Применить к Идентификатор узла Идентификатор участника Позиция (%) X Mag (кН) Y Mag (кН) Z Mag (кН) Группа нагрузки
1 Узел 2 1 0 0 LG
2 Узел 2 0 -2 0 LG
3 Узел 4 0 -2 0 LG

Для точечных нагрузок, хотя они обычно прикладываются к соединениям, Structural 3D также позволяет размещать нагрузки внутри элемента.Просто выберите «Участник» в столбце «Применить к». Группа нагрузки будет оставлена ​​по умолчанию на LG.

Как и в предыдущем упражнении, мы оставим материалы как есть, поскольку материалом по умолчанию, который назначает Structural 3D, является сталь. Для наших разделов мы будем использовать строитель и импортировать наш угловой стержень L3x3x1 / 4. Теперь модель должна быть похожа на нашу предыдущую ферму.

7. Соберите раму из 6 элементов

В отличие от фермы, которая передает только осевые нагрузки внутри своих элементов, рамы передают сдвиг и момент.Технически ферма с неподвижными соединениями представляет собой каркас. Поскольку фермы могут воспринимать только осевые силы, внешние нагрузки прикладываются только к соединениям, тогда как нагрузки могут применяться в любом месте рамы. Естественно, рамы из-за этого более сложные.

В этом упражнении мы будем создавать двухмерный двухэтажный каркас. Данные, представленные ниже, отображаются в формате таблицы, хотя вам не обязательно использовать эту таблицу исключительно для этого упражнения.

Узлов:
ID Положение по оси X (м) Положение по оси Y (м) Положение по оси Z (м)
1 0 0 0
2 4 0 0
3 0 3 0
4 4 3 0
5 0 6 0
6 4 6 0
участников:
ID Узел A Узел B Тип Идентификатор раздела Вращение (град) Исправление B Крепление Смещение A (мм) Смещение B (мм) Длина кабеля (м)
1 1 3 непрерывный 1 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
2 2 4 непрерывный 1 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
3 3 4 непрерывный 1 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
4 3 5 непрерывный 1 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
5 4 6 непрерывный 1 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
6 5 6 непрерывный 1 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
Хотя в этом упражнении нет необходимости, мы также можем использовать функцию «Повторить / Отразить», расположенную в верхней строке меню в разделе «Дополнительно»> «Операции»> «Повторить / отразить».Просто выберите элементы, которые нам нужно повторить, и введите необходимые параметры. В этом случае мы хотим иметь только 1 повтор, интервал 3 м и направление повторения к оси y.
Поддерживает:
ID Идентификатор узла Сдерживающий код TX Жесткость (кН / м) TY Жесткость (кН / м) TZ Жесткость (кН / м) RX Жесткость (кНм / рад) RY Жесткость (кНм / рад) RZ Жесткость (кНм / рад)
1 1 FFFFFF 0 0 0 0 0 0
2 2 FFFFFF 0 0 0 0 0 0
Распределенные нагрузки:
ID Идентификатор участника Топоры Start X (кН / м) End X (кН / м) Начало Y (кН / м) Y конец (кН / м) Start Z (кН / м) End Z (кН / м) Начальная позиция (%) Конечное положение (%) Группа нагрузки
1 3 Глобальный 0 0 -10 -10 0 0 0 100 LG
2 6 Глобальный 0 0 -10 -10 0 0 0 100 LG

Опять же, мы будем использовать раздел W10x22 из Конструктора разделов.

8. Нарисуйте пластинчатую сетку и решите пластинчатую конструкцию

Structural 3D анализирует пластины с помощью сетки, которая представляет собой метод анализа пластины путем разбиения ее на более мелкие элементы, обычно квадраты или треугольники. Без создания сетки Structural 3D будет анализировать пластину в целом, что может привести к неточным результатам, хотя Structural 3D предотвращает структурный анализ с самого начала, если пластины не имеют сетки.

В этом упражнении мы моделируем базовую трехмерную раму портала с пластиной наверху.Для относительного удобства мы представим необходимые данные с даташитами.

Узлов:
ID Положение по оси X (м) Положение по оси Y (м) Положение по оси Z (м)
1 0 0 0
2 0 0 3
3 3 0 0
4 3 0 3
5 0 3 0
6 0 3 3
7 3 3 0
8 3 3 3
участников:
ID Узел A Узел B Тип Идентификатор раздела Вращение (град) Исправление B Крепление Смещение A (мм) Смещение B (мм) Длина кабеля (м)
1 1 5 непрерывный 1 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
2 2 6 непрерывный 1 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
3 3 7 непрерывный 1 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
4 4 8 непрерывный 1 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
5 5 6 непрерывный 1 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
6 5 7 непрерывный 1 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
7 6 8 непрерывный 1 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
8 7 8 непрерывный 1 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
Пластины
ID Узлы Толщина (мм) Идентификатор материала Вращение (град) Тип Смещение (мм) Государство
1 5,6,8,7 50 1 0 Миндлин 0 Плоское напряжение

Чтобы применить пластины к модели, вам необходимо включить все узлы, которые вы хотите включить в свою пластину, и расположить их таким образом, чтобы узлы были смежными друг с другом.Пластина с узлами 5,6,8,7 будет отличаться от пластины с узлами 5,6,7,8. На изображении ниже показано, как будет выглядеть конструкция, если узлы пластины расположены 5,6,7,8. Примечание. Это неправильный способ моделирования пластины .

После того, как вы правильно смоделировали свою пластину, вы можете сделать это, щелкнув правой кнопкой мыши -> Mesh Plate, или выбрав пластину и выбрав Advanced -> Plate Mesher . Поэкспериментируйте с различными сетками, но в простом случае ваша сетка должна выглядеть примерно так в разделе «Структурированные квадраты»:

Поддерживает:
ID Идентификатор узла Сдерживающий код TX Жесткость (кН / м) TY Жесткость (кН / м) TZ Жесткость (кН / м) RX Жесткость (кНм / рад) RY Жесткость (кНм / рад) RZ Жесткость (кНм / рад)
1 1 FFFFRR 0 0 0 0 0 0
2 2 FFFFRR 0 0 0 0 0 0
3 3 FFFFRR 0 0 0 0 0 0
4 4 FFFFRR 0 0 0 0 0 0
Площадь нагрузки
ID Тип Идентификаторы узлов Идентификаторы участников Величина (кПа) Направление Группа нагрузки
1 двусторонний 5,6,8,7 -2 Глобальный Y LG

Обратите внимание, что вы также можете использовать давления помимо нагрузок на площадь.Точно так же примените ту же процедуру для создания плит к Нагрузкам на площадь / Нагрузкам от давления.

Наконец, для нашего сечения мы будем использовать поперечное сечение HSS4x4x1 / 4 из Конструктора сечений (База данных> Американский> AISC> Square HSS)

9. Постройте модель с 3 или более секциями, загруженными из библиотеки

Чаще всего конструкции, состоящие из более чем одного типа секций. Было бы экономически нецелесообразно использовать одну секцию, которая использовалась бы во всей конструкции.

Это будет тот случай, который мы применим в данной ситуации. В этом упражнении мы будем моделировать двухмерный каркас крыши. Обычно двухмерные каркасы крыши выровнены и разнесены на несколько метров друг от друга, чтобы выдерживать нагрузки с крыши.

Узлов:
ID Положение по оси X (м) Положение по оси Y (м) Положение по оси Z (м)
1–1 0,25 0
2 0 0 0
3 0 1 0
4 3 3.25 0
5 4 4 0
6 9 0,25 0
7 8 0 0
8 8 1 0
9 5 3,25 0
участников:
ID Узел A Узел B Тип Идентификатор раздела Вращение (град) Исправление B Крепление Смещение A (мм) Смещение B (мм) Длина кабеля (м)
1 1 3 непрерывный 1 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
2 2 3 непрерывный 2 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
3 4 9 непрерывный 1 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
4 4 9 непрерывный 3 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
5 6 8 непрерывный 1 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
6 7 8 непрерывный 2 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0
7 8 5 непрерывный 1 0 FFFFRR FFFFRR 0,0,0 0,0,0

Обратите внимание, что балка 4 соединена с балкой 3 и балкой 7.Балка 3 и 7 неразрезные

Поддерживает:
ID Идентификатор узла Сдерживающий код TX Жесткость (кН / м) TY Жесткость (кН / м) TZ Жесткость (кН / м) RX Жесткость (кНм / рад) RY Жесткость (кНм / рад) RZ Жесткость (кНм / рад)
1 2 FFFFRR 0 0 0 0 0 0
2 7 РФФФР 0 0 0 0 0 0

Обратите внимание, что узел 1 — это опора со штифтами, а узел 2 — это роликовая опора.Таким образом, в реакциях высвобождаются не только моменты, но и боковые силы. Рамы крыши с такой конфигурацией опор имеют элементы, которые подвергаются более критической нагрузке, чем если бы обе опоры были закреплены или закреплены. Однако это может быть выгодно, поскольку силы или моменты не передаются ниже. Каркасы крыши обычно имеют опоры с помощью балок или колонн, и передача этих нагрузок может сделать эти структурные элементы более критически загруженными.

Для секций мы будем использовать секции W6x9, W8x24 и W8x31 из Конструктора секций.

10. Составьте 3D-каркас из более чем 20 элементов

Трехмерные рамы — это, пожалуй, самая сложная конструкция, которую может иметь инженер-строитель. Поскольку шарниры рамы допускают шесть степеней свободы, силы и моменты прилагаются по всем трем осям. Решение фрейма вручную или даже с использованием программ для работы с электронными таблицами может быть утомительным процессом. Неудивительно, что сложные конструкции анализируются с помощью программного обеспечения для расчета конструкций, такого как Structural 3D.

В этом последнем упражнении мы создадим трехмерный каркас крыши, как показано ниже.Поскольку вы уже выполнили упражнение 1–9, мы не будем предоставлять в этом курсе таблицу данных, поскольку мы ожидаем, что вы сможете сделать это самостоятельно.

About Author


alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.