В предыдущих статьях мы рассмотрели расчёт рамы с жестким закреплением к фундаменту и шарнирным соединением к балке. По ссылкам можно ознакомиться с ней:

Пример расчёта рамы здания. ч.1 — Задание нагрузок

Пример расчёта рамы здания. ч.2 — Создание расчётной схемы в ПК Лира-САПР

Расчёт рамы в Лире ч.3 — Задание жесткостей

Расчёт рамы в Лире ч.4 — Нагружение схемы

Расчёт рамы в Лире ч.5 — Прочностной расчёт

Расчёт рамы в Лире ч.6 — Оптимизация сечений

В этой статье мы на том-же примере просчитаем вариант с шарнирным закреплением колонны к фундаменту и жестким закреплением колонны с ригелем. Мы используем предыдущую модель (читаем статью выше).

Пересохраняем файл с новым именем чтобы не потерять расчёт предыдущей модели и изменяем её.

Вначале необходимо удалить шарнир между балкой и колонной. С помощью кнопки Отметка элементов выбираем элементы №5 и 9. В появившейся панели Стержни жмем кнопку Шарниры, выбираем вкладку с обозначением ножниц и ставим галочку напротив Uy на 1-ом узле и жмем галочку

Обозначение шарнира между колонной и ригелем должно пропасть, а в свойствах элемента должна быть следующая информация:

Далее добавим шарнир в точке закрепления колонны, для этого выберем элементы 1 и 2 (наши колонны), заходим в панели Стержни  и жмем на кнопку Шарниры, далее устанавливаем галочку напротив Uy и жмем галочку.

Теперь на схеме в заделке колонны должно появиться обозначение шарнира, а свойства колонны будут выглядеть следующим образом:

Расчётная длина колонны

Далее нам необходимо пересчитать расчётную длину т.к. для рамы с жестким закреплением балки и колонны расчётная длина считается иначе.

Расчётную длину колонны вычисляем по формуле 141 из Таблицы 31 СП 16.13330.2011:

где n вычисляем по формуле:

Is — момент инерции сечения ригеля (балки), для первоначального варианта применяем для 55Б1 Is=55682 см^4;

Ic — момент инерции сечения колонны, для первоначального варианта примем для 20К1 Ic=3846 см^4;

lc — высота колонны, lc=5.5м;

l — пролет рамы, l=12м.

Вычисляем коэффициент расчётной длины:

Изменяем расчётную длину колонны в программе. Заходим в панель Создание и редактирование, далее во вкладке Жесткости и связи нажимаем на кнопку Жесткости и материалы. В открывшемся окне во вкладке Сталь, выбираем пункт Дополнительные характеристики, выбираем Колонну и жмем кнопку Изменить.

В открывшемся окне изменяем коэффициент расчётной длины ky на 2,06. Остальные длины остаются.

Пересчитываем задачу (панель Расчёт -> Выполнить расчёт).

Жесткое закрепление ригеля и колонны должно разгрузить ригель и передать часть нагрузки на колонну, поэтому по идее сечение колонны должно увеличиться, а ригеля наоборот уменьшится.

Давайте посмотрим на сколько у нас загружены профиля:

Как видим загрузка колонны 99,8%, балка же наоборот недогружена. Давайте попробуем подобрать сечение (Панель Конструирование->Сталь:проверка и подбор->Подобранные сечения)

Как видим нам предлагают оставить сечения так, как они есть. На самом деле если мы поменяем сечение колонны на более сильное мы сможем разгрузить балки и уменьшить его сечение. Заходим в Жесткости и материалы и меняем сечение колонны на 20К2 и пересчитываем.

Теперь мы видим, что сечения удовлетворяют условию, но если мы попробуем опять подобрать сечения, то нам теперь предложат уменьшить сечение балки.

Меняем сечение балки на предложенную и опять пересчитываем задачу. Как видим колонна опять нагружена на 103%. И теперь нам предлагают поменять сечение колонны на 25К1. Меняем сечение колонны и пересчитываем.

Опять выполняем проверку и снова у нас получается балка недогружена. Теперь нам предлагают поменять балку на сечение 50Б1. Меняем сечение и снова пересчитываем.

Смотрим результаты, везде загрузка у нас низе 100% и при этом нет слишком большого запаса прочности. Подбор сечения выдает нам теже сечения, значит теперь нам необходимо только уточнить расчётную длину колонны и пересчитать.

Рассчитываем коэффициент расчётной длины по формулам выше:

Is для 50Б1 = 36845 см^4;

Ic Для 25К1 = 9171 см^4.

Меняем коэффициент расчетной длины для колонны:

Пересчитываем задачу и проверяем сечения. Как видим все сечения у нас подходят. Теперь посмотрим на сколько у нас нагружены колонны и ригель. Выделяем все элементы и формируем в панели Конструирование Таблицу результатов для стали (вкладка Документация).

Колонны

Элемент	НС	Группа	Шаг решетки (ребер), м	Проценты исчерпания несущей способности колонны по сечениям, %											Длина элемента, м
				нор	УY1	УZ1	УYZ	ГY1	ГZ1	УС	УП	1ПС	2ПС	М.У
Сечение: 1.1.2. Двутавр 25К1
Профиль: 25К1; СТО АСЧМ 20-93
Сталь: ВСт3Гпс5; ГОСТ 380-71*
Сортамент: СТО АСЧМ 20-93. Колонные двутавры
1	1		0.00	7	14	11	0	75	59	28	32	14	75	32	5.50
1	2		0.00	21	31	28	0	75	59	25	47	31	75	47	5.50
1	3		0.00	36	45	51	0	75	59	25	47	51	75	47	5.50
1	4		0.00	50	59	64	0	78	61	25	47	64	78	47	5.50
1	5		0.00	65	73	72	0	83	65	25	47	73	83	47	5.50
2	1		0.00	7	14	11	0	75	59	28	32	14	75	32	5.50
2	2		0.00	21	31	28	0	75	59	25	47	31	75	47	5.50
2	3		0.00	36	45	51	0	75	59	25	47	51	75	47	5.50
2	4		0.00	50	59	64	0	78	61	25	47	64	78	47	5.50
2	5		0.00	65	73	72	0	83	65	25	47	73	83	47	5.50

Балки

Элемент	НС	Группа	Шаг ребер, м	Фb min	Проценты исчерпания несущей способности балки по сечениям, %										Длина элемента, м
					нор	тау	с1	УБ	Прг	УС	УП	1ПС	2ПС	М.У
Сечение: 2.1.1. Двутавр 50Б1
Профиль: 50Б1; СТО АСМЧ 20-93
Сталь: ВСт3Гпс5; ГОСТ 380-71*
Сортамент: СТО АСМЧ 20-93. Нормальные двутавры
5	1	КБ1	0.00	1.00	29	19	25	0	85	51	34	29	85	51	6.03
5	2	КБ1	0.00	1.00	19	19	19	0	85	51	34	19	85	51	6.03
5	3	КБ1	0.00	1.00	10	19	14	0	85	51	34	19	85	51	6.03
5	4	КБ1	0.00	1.00	10	19	13	0	85	51	34	19	85	51	6.03
5	5	КБ1	0.00	1.00	12	19	16	0	85	51	34	19	85	51	6.03
6	1	КБ1	0.00	1.00	12	13	13	0	85	51	34	13	85	51	6.03
6	2	КБ1	0.00	1.00	20	13	17	0	85	51	34	20	85	51	6.03
6	3	КБ1	0.00	1.00	27	13	22	0	85	51	34	27	85	51	6.03
6	4	КБ1	0.00	1.00	34	13	27	0	85	51	34	34	85	51	6.03
6	5	КБ1	0.00	1.00	42	13	33	0	85	51	34	42	85	51	6.03
7	1	КБ1	0.00	1.00	42	8	32	0	85	51	34	42	85	51	6.03
7	2	КБ1	0.00	1.00	46	8	35	0	85	51	34	46	85	51	6.03
7	3	КБ1	0.00	1.00	50	8	38	0	85	51	34	50	85	51	6.03
7	4	КБ1	0.00	1.00	55	8	42	0	85	51	34	55	85	51	6.03
7	5	КБ1	0.00	1.00	59	8	45	0	85	51	34	59	85	51	6.03
8	1	КБ1	0.00	1.00	59	2	45	0	85	51	34	59	85	51	6.03
8	2	КБ1	0.00	1.00	60	2	46	0	85	51	34	60	85	51	6.03
8	3	КБ1	0.00	1.00	62	2	47	0	85	51	34	62	85	51	6.03
8	4	КБ1	0.00	1.00	63	2	48	0	85	51	34	63	85	51	6.03
8	5	КБ1	0.00	1.00	64	2	49	0	85	51	34	64	85	51	6.03
9	1	КБ2	0.00	1.00	29	19	25	0	85	51	34	29	85	51	6.03
9	2	КБ2	0.00	1.00	19	19	19	0	85	51	34	19	85	51	6.03
9	3	КБ2	0.00	1.00	10	19	14	0	85	51	34	19	85	51	6.03
9	4	КБ2	0.00	1.00	9	19	13	0	85	51	34	19	85	51	6.03
9	5	КБ2	0.00	1.00	12	19	16	0	85	51	34	19	85	51	6.03
10	1	КБ2	0.00	1.00	12	13	13	0	85	51	34	13	85	51	6.03
10	2	КБ2	0.00	1.00	20	13	17	0	85	51	34	20	85	51	6.03
10	3	КБ2	0.00	1.00	27	13	22	0	85	51	34	27	85	51	6.03
10	4	КБ2	0.00	1.00	34	13	27	0	85	51	34	34	85	51	6.03
10	5	КБ2	0.00	1.00	42	13	33	0	85	51	34	42	85	51	6.03
11	1	КБ2	0.00	1.00	42	8	32	0	85	51	34	42	85	51	6.03
11	2	КБ2	0.00	1.00	46	8	35	0	85	51	34	46	85	51	6.03
11	3	КБ2	0.00	1.00	50	8	38	0	85	51	34	50	85	51	6.03
11	4	КБ2	0.00	1.00	55	8	42	0	85	51	34	55	85	51	6.03
11	5	КБ2	0.00	1.00	59	8	45	0	85	51	34	59	85	51	6.03
12	1	КБ2	0.00	1.00	59	2	45	0	85	51	34	59	85	51	6.03
12	2	КБ2	0.00	1.00	60	2	46	0	85	51	34	60	85	51	6.03
12	3	КБ2	0.00	1.00	62	2	47	0	85	51	34	62	85	51	6.03
12	4	КБ2	0.00	1.00	63	2	48	0	85	51	34	63	85	51	6.03
12	5	КБ2	0.00	1.00	64	2	49	0	85	51	34	64	85	51	6.03

Загрузка колонны 83% по предельной гибкости относительно оси Y, ригель 85% по прогибу. Менять марку стали на более высокою смысла не имеет.

После подбора колонны необходимо добавить эксцентриситет от веса панелей и балки. Как это сделать можно прочитать в конце предыдущей статьи Расчёт рамы в Лире ч.6 — Оптимизация сечений.

Теперь сравним вариант с жестким закреплением колонны в фундаменте и шарнирным креплением балки с шарнирным креплением колонны к фундаменту и жестким креплением ригеля. См. статью Сравнение металлоемкости 2-х рам.