Расчеты несущей способности в excel

Программа позволяет определить несущую способность сваи в соответствии со СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты». Программа представляет собой книгу Excel c использованием макросов.
Реализовано:
-автоматическая разбивка на слои по геологическим данным;
-определение коэффициентов работы сваи по боковой поверхности;
-учет всех повышающих и понижающих коэффициентов;
-построение графиков изменения несущей способности сваи под нижним концом и по боковой поверхности.
P.S. Я работаю в Excel 2010

Опубликовано 25 Сен 2016
Рубрика: Механика | 24 комментария

Эта статья будет интересна и наиболее полезна тем, кто работает с тонкостенными стальными профилями (ЛСТК профилями). За несколько секунд предложенная далее программа, созданная в Excel, посчитает предельные допустимые нагрузки для стержня С-образного сечения!

Медленно, но верно легкие стальные тонкостенные конструкции (ЛСТК) завоевывают строительное пространство всего мира и России в том числе. Если еще вчера всё распространение ЛСТК ограничивалось профнастилом и каркасами ненесущих межкомнатных перегородок из тонкостенных оцинкованных профилей, то сегодня из этих элементов строят жилые и общественные малоэтажные здания, торговые центры, гаражи, склады, ангары, фермы.

Каркасные строения из ЛСТК профилей экологичны и сейсмоустойчивы. Таким зданиям требуются более простые и менее материалоемкие фундаменты. Низкие затраты при транспортировке и монтаже, обусловленные отсутствием необходимости использования тяжелых и дорогих кранов в совокупности со существенно уменьшенным весом металлоконструкций и очень короткими сроками возведения, кардинально снижают общую себестоимость строительства.

Изготавливают ЛСТК профиль холодной гибкой из оцинкованной листовой стали толщиной 0,5…2,0 мм.

Странно, но в России до сих пор нет узаконенных методик расчетов ЛСТК. (03.12.2016 в РФ введен СП 260.1325800.2016 «Конструкции стальные тонкостенные из холодногнутых оцинкованных профилей и гофрированных листов» — прим. автора от 20.07.2019.) СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» распространяется на элементы из стали толщиной не менее 4 мм. В мире существуют американские, английские и европейские нормативы, регламентирующие расчет ЛСТК. Все расчеты, выполняемые представленной в этой статье программой, производятся по европейскому регламенту – по Еврокоду 3, часть 1-3. Справедливости ради стоит заметить, что ЗАО ЦНИИПСК им. Мельникова переписало (переработало) Еврокод 3, часть 1-3, но в виде Стандарта Организации, заказавшей работу…

Методики Еврокода 3, часть 1-3 распространяются на элементы из листовой стали с толщиной от 0,45 до 15 мм.

Размеры сечений ЛСТК профилей, которые можно считать по формулам Еврокода 3, часть 1-3 ограничены диапазонами отношений размеров. Например, для рассматриваемого в статье С-образного сечения должны выполняться следующие условия:

• h/t≤500;
• b/t≤60;
• c/t≤50;
• 0,2≤c/b≤0,6.

Все стержни с размерами сечений не укладывающимися в указанные диапазоны считать по Еврокоду 3 нельзя! Использование профилей с сечениями, выходящими за рамки вышеприведенных ограничений, в Европе разрешается только после экспериментальных обоснований.

В двух словах об общей теории.

Согласно Еврокоду 3 при сжатии тонкостенных профилей могут иметь место 3 основных разновидности потери устойчивости (не считая их многочисленные комбинации):

• местная потеря устойчивости,
• потеря формы сечения (дисторсионная форма потери устойчивости),
• общая потеря устойчивости (крутильная, крутильно-изгибная и изгибная формы).

Рассмотрим диаграмму из Еврокода 3, часть 1-3. При постепенном нагружении стержня из ЛСТК профиля осевой центральной силой для «коротких» стержней первым лимитирующим фактором будет местная потеря устойчивости (точка А), для «длинных» — общая изгибная форма потери устойчивости (точка Б). Поэтому после расчетов, по представленной далее программе, определяющей предельную силу и изгибной момент местной и дисторсионной потери устойчивости, следует выполнить проверку стержня на общую устойчивость.

В Еврокоде 3 сечение тонкостенного профиля рассматривается, как совокупность пластин с различными граничными условиями, устойчивость которых и определяется расчетами. Расчеты чрезвычайно громоздки особенно при наличии многочисленных элементов жесткости, и в реальной инженерной практике выполнять их очень сложно и трудоемко.

Суть расчетов заключается в определении эффективной (реально работающей) площади и эффективного момента сопротивления поперечного сечения ЛСТК профиля.

Желающие детально разобраться в теории могут сделать это, скачав из Интернета первоисточник — Еврокод 3, часть 1-3.

Расчет в Excel ЛСТК профиля.

Программа в Excel «Расчет сопротивления сечения стального тонкостенного С-образного профиля местной и дисторсионной потере устойчивости при сжатии и изгибе относительно оси наибольшей жесткости», получив от пользователя геометрические размеры сечения и свойства материала (всего 10 простых и понятных исходных параметров), мгновенно выполнит расчет, занимающий в печатном компактном виде более 20 страниц формата А4!
Вычисляются 61 переменная, причем некоторая часть из них участвуют в 8 итерационных циклах!  Честно говоря, более громоздкий расчет приходилось делать только при вычислении координат планет на небесной сфере.

В результате сложных расчетов по геометрическим размерам сечения и характеристикам стали открытого тонкостенного С-образного профиля определяются максимально допустимые осевая нагрузка и изгибающий момент, действующие в наиболее нагруженном поперечном сечении стержня. Превышение этих нагрузок вызовет местную и/или дисторсионную потерю устойчивости полок и стенки. Эффективные характеристики сечения определяются для сжатия и изгиба раздельно. При сложном характере нагружения учет совместного воздействия сжатия и изгиба производится по специальным формулам из Еврокода 3 в зависимости от видов действующих нагрузок.

Полученные результаты говорят о том, что если бы мы воспользовались в формулах классического сопромата полной площадью сечения и полным геометрическим моментом инерции, то получили бы допустимые нагрузки в 1,1…1,6 раза большие, чем реально можно прикладывать к стержню!!!

Программа тестировалась на примерах и таблицах из диссертации «Конечноэлементное моделирование стальных тонкостенных перфорированных стоек» Шатова Дмитрия Сергеевича из Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, примерах из «Руководства для проектировщиков к Еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций EN 1993-1-1, 1993-1-3, 1993-1-8» Л. Гарднера и Д.А. Нетеркота, примерах из публикации «Расчет элементов из стальных холоднодеформированных профилей в соответствии с Еврокодом 3» Украинского Центра Стального Строительства  и показала идентичные или очень близкие к таковым результаты.

Заключение.

Особенности алгоритма представленной программы:

• Расчет геометрических характеристик полного сечения выполняется специальной подпрограммой с абсолютной точностью по формулам геометрии и сопромата.
• В расчете всегда учитываются скругления в углах сгибов.
• Итерации, уточняющие значения коэффициента снижения несущей способности, выполняются всегда по 4 раза.

Выполняя расчеты ферм, перегородок, рам из ЛСТК профилей, сначала (как, впрочем, и всегда) необходимо собрать нагрузки, составить общую расчетную схему, построить эпюры продольных и поперечных сил, моментов, прогибов. А далее вам очень пригодится предложенная в статье программа в Excel…. Кстати, для пользователя она не будет выглядеть столь отчаянно страшно, как на скриншоте вверху. Многочисленные промежуточные данные могут быть скрыты, на виду только — исходные данные и результаты!

ЛСТК профиль требует очень внимательного и аккуратного к себе отношения. Умелым рукам с умной головой ЛСТК профиль поможет создать дешевые долговечные надежные конструкции.

Ссылка на скачивание файла: raschet-lstk-profilya (xls 96,5 KB).

Другие статьи автора блога

На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

А давайте собирать тут проверенные расчеты, так сказать калькуляторы, которые позволят ленивцам подчитывать сложные расчеты?
Файлы, должны быть сделанные в программе «Microsoft Office Excel». И только для газоснабжения.

Вот выложу пока 10 файлов:
1) Orientirovochnoe opredelenie min. diametra gazoprovoda.xls — Ориентировочное определение min. диаметра газопровода
2) Padenija davlenija gazoprovoda.xls — Падения давления газопровода
3) Podbor schetchikov actaris.xls — Подбор счетчиков actaris Описание написал luxemburg
4) Raschet na prochnost’ i ustojchivost’.xls — Расчет на прочность и устойчивость 1
5) Raschet na prochnost’ i ustojchivost’2.xls — Расчет на прочность и устойчивость 2
6) Raschet na prochnost’ i ustojchivost’3.xls — Расчет на прочность и устойчивость 3
7) Raschet PJe na nesuwuju sposobnost’.xls — Расчет ПЭ на несущую способность
Raschet propusknoj sposobnosti klapana.xls — Расчет пропускной способности клапана
9) Raschjot gidravliki gazoprovoda Vysokoe davlenie.xls — Расчёт гидравлики газопровода Высокое давление
10) Tablica rashodov DDP.xls — Таблица расходов ДДП

Металлические конструкции тема сложная, крайне ответственная. Даже небольшая ошибка может стоить сотни тысяч и миллионы рублей. В некоторых случаях ценой ошибки может стать жизнь людей на стройке, а так же в процессе эксплуатации.  Так, что проверять и перепроверять расчеты — нужно и важно.

Использование Эксель для решения расчетных задач  — дело с одной стороны не новое, но при этом не совсем привычное.  Однако, у Эксель расчетов есть ряд неоспоримых преимуществ:

• Открытость — каждый такой расчет можно разобрать по косточкам.
• Доступность — сами файлы существуют в общем доступе,  пишутся разработчиками МК под свои нужды.
• Удобство — практически любой пользователь ПК способен работать с программами из пакета MS Office, тогда как специализированные конструкторские решения — дороги, и кроме того требуют серьезных усилий для своего освоения.

Не стоит их считать панацеей. Такие расчеты позволяют решать узкие и относительно простые конструкторские задачи. Но они не учитывают работы конструкции как целого. В ряде простых случаев могут спасти много времени:

• Расчет балки на изгиб
• Расчет балки на изгиб онлайн
• Проверить расчет прочности и устойчивости колонны.
• Проверить подбор сечения стержня.

Универсальный расчетный файл МК (EXCEL)

Таблица для подбора сечений металлоконструкций, по 5 различным пунктам СП 16.13330.2011
Собственно с помощью этой программы можно выполнить следующие расчеты:

• расчет однопролетной шарнирной балки.
• расчет центрально сжаты элементов (колонн).
• расчет растянутых элементов.
• расчет внецентренно-сжатых или сжато-изгибаемых элементов.

Версия Excel должна быть не ниже 2010. Чтобы увидеть инструкцию, нажмите на плюс в верхнем левом углу экрана.

Сам файл можно скачать здесь

МЕТАЛЛИКА

http://dwg.ru/dnl/13705

Программа представляет из себя книгу EXCEL с поддержкой макросов.
И предназначена для расчета стальных конструкций согласно
СП16 13330.2013 «Стальные конструкции»

Подбор и расчет прогонов

Подбор прогона — задача лишь на первый взгляд тривиальная. Шаг прогонов и их размер зависят от многих параметров. И хорошо бы иметь под рукой соответствующий расчет.  Собственно об этом и рассказывает статья обязательная к ознакомлению:

http://buildingbook.ru/raschet_progonov.html

Кроме того автор разработал эксель файл с расчетом. Точнее в файле четыре разных расчета:

• расчет прогона без тяжей
• расчет прогона с одним тяжем
• расчет прогона с двумя тяжами
• расчет прогона с учетом бимомента:

Расчет прогонов в Эксель-файл

Но есть небольшая ложка дегтя — судя по всему в файле имеются ошибки в расчетной части.

Расчет моментов инерции сечения в таблицы excel

Если вам надо быстро посчитать момент инерции составного сечения, или нет возможности определить ГОСТ по которому сделаны металлоконструкции, тогда вам на помощь придет этот калькулятор. Внизу таблицы небольшое пояснение. В целом работа проста — выбираем подходящее сечение, задаем размеры этих сечений, получаем основные параметры сечения:

• Моменты инерции сечения
• Моменты сопротивления сечения
• Радиус инерции сечения
• Площадь сечения
• Статического момента
• Расстояния до центра тяжести сечения.

В таблице реализованы расчеты для следующих типов сечений:

• круг
• труба
• прямоугольник
• двутавр
• швеллер
• тавр
• прямоугольная труба
• треугольник

Скачать  и поблагодарить автора можно тут: Расчет моментов инерции сечения в excel

Ссылки на актуальную документацию по МК

СП 16.13330.2011 — СТАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ Актуализированная редакция СНиП II-23-81*

Общие правила проектирования стальных конструкций СП 53-102-2004