Фахверковая стойка — второстепенная колонна каркаса: элемент торцевого или продольного фахверка, поддерживающий стеновое ограждение и передающий ветровую нагрузку со стены на фундамент и диск покрытия. От основной колонны роль отличается характером работы: вертикальные силы невелики (собственный вес стойки и опирающейся стены), определяющим становится изгиб от ветра — стойка работает на сжатие с изгибом по § 9 СП 16.13330, а при ветровом отсосе продольная сила может менять знак на растяжение. Таблица 32 СП 16.13330 относит стойки фахверка к «второстепенным колоннам» с собственной, более мягкой предельной гибкостью.
Работа элемента и нормативная база
Состав фактических проверок решатель определяет по усилиям в стержне: при чистом сжатии — § 7 (прочность по п. 7.1.1, ф. (5), устойчивость по п. 7.1.3, ф. (7)), при сжатии с изгибом — § 9 (прочность по п. 9.1.1, ф. (105)/(106), устойчивость в плоскости момента по п. 9.2.2, ф. (109), из плоскости момента по п. 9.2.4, ф. (111), а при изгибе в плоскости наименьшей жесткости и λx > λy — дополнительно из плоскости момента как центрально-сжатого элемента по п. 9.2.8, ф. (115)). Для фахверковой стойки рабочий случай — второй: ветер дает момент и поперечную силу, поэтому в шаблоне, в отличие от осевых ролей, включены и касательные напряжения (п. 8.2.1, ф. (42)). Знак N делит и проверку гибкости: сжатая стойка ограничивается по таблице 32, растянутая (отсос) — по таблице 33 (п. 10.4.1).
Расчетная длина типовой стойки фахверка определяется по таблице 30 СП (стойки постоянного сечения): опирание на фундамент и связь с ригелем или балкой считаются шарнирами, оба конца шарнирные — μ = 1.0; верх стойки часто крепится к ферме покрытия через листовой шарнир, что также соответствует шарнирной схеме. Из плоскости стены расчетная длина принимается по расстоянию между закрепленными точками (п. 10.3.9) — если стойка раскреплена ригелями фахверка, μz назначается по их шагу. Общая теория коэффициента расчетной длины и разбор таблиц 30/31 — в родительской статье.
Предельная гибкость — ключевое нормативное отличие от основной колонны. Таблица 32, позиция 5: «второстепенные колонны (стойки фахверка, фонарей и т.п.), элементы решетки колонн, элементы вертикальных связей между колоннами (ниже подкрановых балок)» — λu = 210 − 60α против 180 − 60α для основных колонн (позиция 4). Поскольку α = N/(φ·A·Ry·γc) принимается не менее 0.5, фактический предел составляет 150…180: слабо нагруженной стойке норма допускает большую гибкость.
Состав проверок шаблона
Шаблон «Фахверковая стойка» включает пять групп из шести — тот же набор тумблеров, что у шаблона «Колонна»:
| Группа проверок | Что проверяется | Пункт СП 16.13330 |
|---|---|---|
| Нормальные напряжения | Прочность при сжатии/растяжении и при сжатии с изгибом от ветра | п. 7.1.1, ф. (5); п. 9.1.1, ф. (105)/(106) |
| Касательные напряжения | Срез стенки поперечной силой от ветровой нагрузки | п. 8.2.1, ф. (42) |
| Общая устойчивость | Устойчивость в плоскости и из плоскости; при сжатии с изгибом — в плоскости момента, из плоскости момента, а при изгибе в плоскости наименьшей жесткости — как центрально-сжатого из плоскости | п. 7.1.3, ф. (7); пп. 9.2.2, 9.2.4, 9.2.8 |
| Местная устойчивость | Стенка и свес полки; ребра жесткости | табл. 9, 10; пп. 9.4.2, 9.4.7; п. 7.3.3 |
| Гибкость | λ = lef/i ≤ λu: сжатая — 210 − 60α, растянутая — по таблице 33 | п. 10.4.1; табл. 32 поз. 5; табл. 33 |
| Деформации | Выключены: прогиб шаблоном не нормируется | — |
Шаблон переключает только состав проверок; числовые параметры остаются по значениям по умолчанию и настраиваются вручную — в первую очередь предельная гибкость, о которой ниже.
Заполнение параметров
Вкладка «Общие»
Наименование роли («Стойка фахверка ФС1»), коэффициент условий работы γc, селект «Шаблоны» со значением «Фахверковая стойка» и класс напряженно-деформированного состояния. Для стойки фахверка γc = 1 либо значение из встроенной таблицы 1 СП (кнопка у поля) — специальной строки для фахверка таблица не содержит. Класс НДС — 1: упругая работа сечения.
Вкладка «Проверки»
Пять тумблеров включены пресетом. Настройке подлежат поля:
- Коэффициенты приведения длины μy, μz — для стойки с шарнирами по концам μy = 1.0 (таблица 30); μz — по расстоянию между точками раскрепления из плоскости стены (п. 10.3.9).
- Шаг ребер жесткости — 0, если ребра не заданы; заданный шаг контролируется по п. 7.3.3.
- Предельная гибкость сжатых элементов λu — в поле формата «a − b·α» вводится 210 − 60α; во встроенной таблице у поля строка второстепенных колонн (позиция 5) видна при прокрутке. Значение по умолчанию 200 − 0·α шаблон не заменяет — его нужно исправить вручную.
- Предельная гибкость растянутых элементов λu — 400 (графа статических нагрузок таблицы 33); значение вводится числом.
Вкладка «Закрепления»
Каскад данных для коэффициента φb (приложение Ж) критичен для изгибаемых элементов шаблона «Балка»; для фахверковой стойки вкладка остается в значениях по умолчанию.
Пример назначения
В раме сквозного примера (2 пролета × 2 этажа) стойка фахверка поставлена по x = 3 м — между колоннами левого пролета, от фундаментной отметки до ригеля первого яруса. Внизу — шарнирно-неподвижная опора; верхний узел поставлен на существующий ригель, и программа запросила подтверждение разбиения стержня — это штатная механика построителя: узел на стержне делит его на два. Стойке назначена роль «Стойка фахверка ФС1»: шаблон «Фахверковая стойка», γc = 1, класс НДС 1, μy = μz = 1.0 (оба конца шарнирные, таблица 30), предельная гибкость сжатых 210 − 60α, растянутых 400.
Практические замечания
- Не занижайте расчетную длину разбитой стойки. Если стойка по высоте разбита промежуточными узлами, каждому стержню назначается μ, дающий μ·l полной длины сжатого участка в соответствующей плоскости, — иначе гибкость посчитается по короткому куску, фиктивно благополучно.
- Следите за знаком N по загружениям. При ветровом отсосе стойка растянута — работает предел таблицы 33, а проверки устойчивости для этого сочетания не определяют результат. Решатель делит проверки по знаку продольной силы автоматически, но оба поля предельных гибкостей должны быть заполнены осознанно.
- Разбиение ригеля стойкой учитывайте в роли ригеля. После подтверждения разбиения ригель состоит из двух стержней: допуск прогиба в его роли корректнее задавать в миллиметрах от полного пролета, а не в долях длины куска.
Смежные роли: колонна — основная вертикальная роль с гибкостью 180 − 60α и μ по таблицам 30/31, связи — гибкостные роли, соседствующие со стойками фахверка в той же позиции 5 таблицы 32. Общая механика ролей и коэффициента расчетной длины — в статье «Конструктивные элементы»; запуск нормативной оценки — полный расчет по СП; формулы всех проверок — матрица проверок.