Lindab vékonyfalú acél szelvények méretezése DimRoof programmal 1. A program célja A Lindab cég saját fejlesztésű statikai méretező programja alkalmas a cég által gyártott és forgalmazott vékonyfalú acél szelvényekből álló szerkezeti rendszerek számítására, úm. tetőhéjazati és falburkolati anyagok, födémlemezek és másodlagos teherhordó szerkezetek (tetőszelemen és falváz-gerenda). 2. Fájl menü fájlkezelő funkciók A fájlkezelő funkciók között a Windows-alkalmazásokban közismert lehetőségek közül választhatunk: Új projekt indítása; Megnyitás : már elmentett projektek visszatöltése, megnyitása; Mentés és Mentés másként : az új vagy módosított projektek mentése, tárolása; Nyomtatás : a kész számítás dokumentációjának kinyomtatása; Kilépés : a programból való kilépés (ahol mentés nélkül félbehagyott projektek elvesznek). 3. Opciók menü felhasználói beállítások Nyelv kiválasztása (magyar/angol/svéd/dán/norvég/cseh); Leírás/Ábra : megjelenítő ablak tartalma: projekt információ/statikai váz terhekkel; Kalauz megjelenítése/elrejtése : segítséget nyújtó leírás; Figyelmeztetések aktiválása : figyelmeztető feliratok engedélyezése/letiltása. 1
4. Alapbeállítások főablak 4.1 Funkció Ebben a legördülő menüben választható ki a méretezni kívánt szerkezeti elem funkciója. A funkció definiálásával a program a beépített adatbázisból az így megszűrt elemeket használja tovább. Négyféle funkció közül választhatunk: Födém (trapézlemezek) Tetőhéjazat (trapézlemezek) Falburkolat (trapézlemezek) Z-gerenda (szelemen, falvázgerenda) 4.2 Ország A megfelelő ország kiválasztásával néhány, országtól függő egyedi méretezési szabály kerül figyelembevételre. Például a Skandináv országokban 3 ún. biztonsági osztály közül kell választani. 4.3 Kód (Méretezési szabványok) A program kétféle méretezési szabvány szerint számítja a rendszer ellenállásait és ellenőrzi azok megfelelőségét: Svéd Szabvány (StBK-5: Swedish Code for Light-Gauge Metal Structures, 1982); és Eurocode 3 (ENV 1993-1-3: 1996: Design of Steel Structures, Part 1-3: General Rules Supplementary rules for cold formed thin gauge members and sheeting) szerint. Bizonyos további opciók függnek a szabványok definiálástól is, pl. EC3 esetén Z-gerendák számításához meg lehet adni támaszok között elhelyezett kiegészítő, oldalirányú megtámasztást biztosító rudakat is. Nagyon fontos a kiválasztott méretezési szabványhoz a megfelelő teherszabvány alkalmazása, harmonizációja! Magyarországon jelenleg hivatalosan érvényes méretezési eljárás szerint a Svéd szabványhoz az MSZ 15021 teherszabvány; míg az EC3-hoz az EC1 (MSZ ENV 1991) szabvány szerint felvett terhek és teherkombinációk használata szükséges. 5. Szerkezeti beállítások főablak (Szerkezeti rendszerek, kialakítások definiálása) 5.1 Szelvény (A méretezni kívánt profil fajtája, elnevezése) A funkciótól függően felajánlott listából választandó ki a tartó keresztmetszete (trapézlemez vagy Z- gerenda). A gyártott profilok anyagminősége adott keresztmetszet esetén egyértelműen meghatározott a Lindab termékskálája alapján. A legfontosabb paramétereket ( H szelvénymagasság, fy folyáshatár) az alábbiakban soroljuk fel, a pontosabb szelvénygeometriát és anyagjellemzőket a Lindab nyomtatott segédletei, útmutatói illetve prospektusai tartalmazzák. 2
Trapézlemezek (tetőhéjazat, falburkolat, födém együtt): LTP20, LVP20, LLP20 (H=20mm; fy=250mpa t=0,4-0,5-0,6mmnél; fy=350mpa t=0,7mm-nél) LV30, LVV30 (H=30mm; fy=250mpa t=0,5-0,6mm-nél; fy=350mpa t=0,7mm-nél) LTP45, LVP45 (H=45mm; fy=250mpa t=0,5-0,6mm-nél; fy=350mpa t=0,7mm-nél) LVP115 (H=115mm; fy=250mpa t=0,5-0,6mm-nél; fy=350mpa t=0,7mm-nél) LTP77 (H=77mm; fy=320mpa) LTP115 (H=115mm; fy=320mpa) LTP135 (H=135mm; fy=320mpa) LTP150 (H=150mm; fy=320mpa) Z-szelvényű gerendák (tetőszelemen, falvázgerenda): Z100-120-150-200-250-300-350 (H=100 350mm; fy=350mpa) 5.2 Statikai rendszer (Statikai váz kiválasztása) A számításban figyelembevett statikai modell minden esetben egyenes tengelyű gerendatartó (trapézlemeznél egységnyi széles sávot vesz figyelembe a szoftver). A legördülő menüből a már definiált funkcióhoz rendelt statikai vázak közül választható ki a megfelelő. Az alábbi statikai vázak közül választhatunk: Tetőhéjazat, falburkolat, födém és Z-gerenda funkcióban: Kéttámaszú Folytatólagos Átfedéses Átfedéses standard 3
Födém és Z-gerenda funkcióban (az előzőeken túlmenően): Gerber Gerber standard 5.3 Oldalsó támasz (csak Z-gerenda funkció esetén) Ez a csak a Z-gerenda funkcióban aktív opció nagyon fontos a szelemenek és falvázgerendák méretezésében, tekintettel a lehetséges globális stabilitásvesztési módra. Két választás létezik: mindkét öv oldalirányban megtámasztott (a gerendára megfelelően rögzített trapézlemez-burkolat által); vagy csak a felső (illetve falburkolatnál külső) öv megtámasztott. Mindkét övén megtámasztatlan, tehát oldalirányban szabadon elmozdulni képes tartók méretezésére a program nem használható! 5.4 Egyéb szerkezeti beállítások A további előforduló paraméterek: Elhelyezés, amely lehet Szokásos vagy Fordított. Ez az opció csak trapézlemezeknél aktív (kivéve falburkolatot). A szokásos elhelyezés tetőhéjazat funkcióban azt jelenti, hogy a szélesebb öv fekszik fel a támaszra (szelemenre); míg födém funkcióban a keskenyebb öv. Fordított elhelyezés értelemszerűen a szokásos megfordítása. Átfedés kiválasztásával lehetőség nyílik a trapézlemezek hullámainak oldalirányú többszörös átfedésére, ezáltal növelve a teherbírást. Gyártó : bizonyos profilokat több Lindab leányvállalat is gyárt, kismértékű geometriai eltéréssel, ezért a méretezni kívánt szelvényhez definiálni kell a gyártó országot is (pl. Z-gerenda esetén Svédország vagy Magyarország). Lemez : a Z-gerendák oldalirányú megtámasztását biztosító trapézlemez fajtája, amely a megtámasztó hatás merevsége miatt fontos. A jelenlegi verzió azonban elhanyagolja a trapézlemez hajlítási merevségéből származó összetevőt (a biztonság javára), ezért ennek a paraméternek nincs jelentősége. Csavar nevű ablakban - csak a Z-gerendák méretezése esetén - lehet megadni az önfúró/önmetsző csavarok fajtáját, amelyek a lemezrögzítéshez, az esetleges átfedéshez valamint a támaszokhoz szükséges. A program meghatározza a kiválasztott csavarból szükséges darabszámot (ld. még 10.4 pontot). 4
6. Geometria főablak (A statikai váz geometriai méreteinek definiálása) A Geometria főmenü alatt a korábban definiált statikai váz megfelelő méreteit kell táblázatos formában megadni (fesztáv, támaszszélesség, átfedési hosszak, csuklók pozíciói); valamint a profil vastagságát. A táblázat adatai soronként folyamatosan tölthetők ki, minden megkezdett új sor új nyílást eredményez. Nyílás törlése gombbal már beadott sor bármikor törölhető. Gyors adatbevitel lehetséges a fejléc alatti közvetlen sorban lévő alapértékek megadásával, amelyek felhasználásával az alsó sorban megadott nyílásszámot lehet azonnal előállítani a Generálás gomb megnyomásával. Utána pedig a táblázat bizonyos cellái (a kiválasztott statikai rendszertől függően) egyedileg módosíthatók. Fontos megjegyezni, hogy amennyiben a támaszszélesség értéke zérus, a program az ún. beroppanásvizsgálatot a támasz felett nem végzi el (ld. még a 9.3 pontot). Szintén statikai rendszertől, váztól függően a támaszok típusai is egyedileg továbbmódosíthatók. A támasztípusokat kis ikonok jelölik az alábbiak szerint: C ( continuous ): a támasz felett folytatólagosan átvezetett szelvény; H ( hinged ): csuklósan kialakított támasz; O ( overlap ): támasz felett átfedéssel kialakított szelvény. 7. Terhek főablak (A mértékadó teherkombinációk megadása) 7.1 Teherféleségek A program Terhek ablakában a definiált statikai vázra 4-féle teherfajta és azok megfelelő paraméterei adhatók meg táblázatos formában: U ( uniform ): egyenletesen megoszló függőleges terhelés (trapézlemeznél kn/m2; Z-gerendánál kn/m mértékegységben), + előjellel lefelé hat; L ( linear ): lineárisan változó intenzitású terhelés (kn/m2 ill. kn/m mértékegységben), tetszőleges kezdőponttól tetszőleges végpontig megadható, + előjellel lefelé hat; C ( concentrated ): tartótengelyre merőleges koncentrált teher (kn/m ill. kn mértékegységben), a hosszirányú megoszlási hosszt meg kell adni, + előjellel lefelé hat; A ( axial ): tengelyirányú normálerő (KN/m ill. kn mértékegységben). Ez húzóerő (+ előjellel) minden esetben lehet, nyomóerő ( ) csak korlátozásokkal (bizonyos statikai rendszereknél és Z-gerendáknál nem számítható). A kitöltött sorok alapján a megfelelő teher ábrázolásra kerül a statikai vázon is. A Teher törlése gombbal teljes tehersor eltávolítható szerkesztés közben. 5
7.2 Teherkombinációk A Terhek ablak utolsó oszlopában kell megadni, hogy a definiált teherfajta milyen határállapotban történő vizsgálathoz szükséges: ULS ( ultimate limit state ): teherbírási határállapothoz történő vizsgálatokhoz használandó teher; SLS ( serviceability limit state ): használati/használhatósági határállapothoz történő vizsgálatokhoz (lehajlás) használandó teher; A program az összes ULS -sel illetve SLS -sel jelölt terhet egyben kezeli, szuperponálja (lineáris számítás!) és erre végzi el a teherbírási illetve a lehajlási vizsgálatot. Tehát a kétféle kombinációs érték meghatározása a teheresetekből (biztonsági és egyidejűségi/kombinációs tényezők alkalmazása) a felhasználó feladata! Ez egyben azt is jelenti, hogy ha több teherkombináció esetén szeretnénk lefuttatni ugyanazt a szerkezeti kialakítást (pl. lefelé és felfelé ható kombinációra is), azt a program kétszeri futtatásával lehet megtenni. 7.3 Egyéb funkciók a Terhek menüben A Terhek ablak bal alsó sorában található két kis ikon funkciója az alábbi: A bal oldali (sárga hózugot ábrázoló) ikon bekapcsolása esetén a kijelölt tehersorral speciális opció, az ún. Hózug-számítás hajtható végre, azaz az adott teher intenzitása a gerendatartó síkjára merőleges irányban lineárisan változtatható. A funkció trapézlemezre és Z-gerendára is alkalmazható, de csak hosszirányban egyenletesen vagy lineárisan megoszló terhelés esetén (ld. a 11. fejezetet). A másik, SLS feliratú ikon aktiválása az Optimálás funkcióval függ össze. Bekapcsolt állapotában az optimálás nem vonatkozik az SLS -sel jelölt terhekre, azaz a program az optimálást csak a teherbírási határállapotra hajtja végre (ld. még a 9.1 pontot). 8. Számítás főablak (A lehajlás-vizsgálat paraméterei) Ebben a menüben az SLS-kombinációban meghatározott terhekre végrehajtott lehajlás-vizsgálat két bemenő adatát határozhatjuk meg. A számított lehajlási értékkel szembe állított követelményértéket, a lehajlási korlátot a támaszköz (L) függvényében (az osztót) meg kell adni, az alkalmazott méretezési szabvány előírásainak megfelelően definiálva. A lehajlás típusa legördülő ablakban kiválaszthatóan 3-féle lehet: Standard : a szabad nyílás hossza alapján a nyílás közepén számítható lehajlás; Maximum : az elméleti támaszköz alapján számítható maximális lehajlás; Nyílásközép : a elméleti támaszköz alapján a nyílás közepén számítható lehajlás. 9. Analízis és szabvány szerinti vizsgálatok 9.1 Számítás végrehajtása a programmal Az előzőekben leírt kiindulási paraméterek teljes definiálása után a számítás a Számolás elnevezésű gombbal hajtható végre. Amennyiben a kapott eredmény (ld. a 10. fejezetet) nem megfelelő, azaz valamelyik kihasználtság túllépi a 100%-ot vagy nagyon alatta marad (nincs kihasználva), lehetőség van a kiválasztott statikai rendszer, profiltípus és terhek mellett a szelvényvastagságok automatikus optimális kiosztására az Optimál! gomb megnyomásával. Mivel az eljárás teljesen matematikai optimum-keresésen alapul, a kapott optimális szelvényvastagságokat gyakorlati szempontok alapján érdemes revízió alá venni. Amennyiben a kiválasztott profil legnagyobb vastagságával sem érhető el megfelelő megoldás, a program jelzi. 6
9.2 Analízis háttere Amint arról már korábban is volt szó, a program egyszerű gerendatartó modellel dolgozik. Kizárólag a tartóra merőleges, függőleges síkban ható terhekre való számításokat végzi el. A keresztmetszetek hajlítási tengelye trapézlemezek esetén a hosszbordákra merőleges és a trapézlemez öveivel párhuzamos; a Z-gerendáknál pedig a hossztengelyre merőleges és az övekkel párhuzamos helyzetű (legalább egyik öve oldalirányban minden esetben folytonosan megtámasztott!). A lehajlások és az igénybevételek számításhoz alkalmazott lineáris analízis támaszközönként automatikusan 10 szakaszra bontott végeselemes gerendamodellel történik, az esetleges merevségi változások (pl. eltérő vastagságok, átfedés támasz felett) figyelembevételével. A különböző típusú lehajlások meghatározása a végeselemes analízis eredményének elméleti megfontolásokon alapuló, analitikus származtatásából történik. 9.3 Ellenállás/teherbírás meghatározása A 2-féle méretezési szabvány (Svéd szabvány és EC3-1-3) szerint végrehajtott számítások elméleti háttere megegyező, a vékonyfalú acél szelvények egyedi problémakörét veszi figyelembe. A végrehajtott teherbírási vizsgálatok a vonatkozó tönkremeneteli módnak megfelelően az alábbiakban foglalhatók össze: effektív keresztmetszeti jellemzők alkalmazása (hosszirányú normálfeszültségek okozta horpadás figyelembevétele) stabilitásvesztési tönkremeneteli módok figyelembevétele szilárdsági vizsgálatokban: nyomatéki ellenállás erős tengely körül (+ alaki torzulással járó stabilitásvesztés figyelembevétele) normálerővel szembeni ellenállás nyírási ellenállás (+ nyírási horpadás figyelembevétele) beroppanási ellenállás (+ koncentrált hatására bekövetkező lokális horpadások figyelembevétele) erős interakció a tönkremeneteli módok között: nyomaték-normálerő nyomaték-nyírás nyomaték-koncentrált erő 9.4 Figyelmeztető üzenetek A számítás lefuttatásakor bizonyos esetekben figyelmeztető üzenetek jelenhetnek meg a képernyőn, amelyek közül a két legfontosabbnak a jelentését foglaljuk össze az alábbiakban: A szerkezet nem járható! : Tetőhéjazatként alkalmazott trapézlemezeknél fontos a járhatóság kérdése a tetőn történő szerelési, karbantartási munkák miatt. Definíció szerint járható a szelvény, amennyiben 2db 1kN intenzitású, egymástól 1m távolságra lévő, egyenként 100x100mm felületen megoszló teherre történő külön vizsgálatra (építési állapot) a szerkezet megfelel. Gyártási/szállíthatósági hossz túllépése! : A program felhívja a figyelmet, amennyiben a megadott statikai vázban a Lindab-profilok hossza a gyártási hossznál nagyobbra adódik. Ekkor más statikai váz választása, vagy megfelelő helyszíni kapcsolat tervezése szükséges. 10. Eredmények főablak 10.1 Maximális kihasználtságok A végrehajtott ellenőrzés gyors áttekintését szolgálja az Eredmények ablakban feltüntetett két %- ban kifejezett maximális kihasználtsági érték: első a teherbírási határállapotban (ULS), második a használhatósági határállapotban (SLS). A megfelelő eredményt zöld színű cellában, a nem megfelelő (100%-nál nagyobb) értéket pedig figyelmeztető piros színű cellában adja meg a program. 7
Amennyiben a százalékos eltérés nem túl nagy (~30-40%), lehetőség van az Optimál! gomb megnyomásával az adott geometria, profilmagasság és teherelrendezés mellett a 100%-ot legjobban megközelítő szelvényvastagságok automatikus megkeresésére (ld. még a 9.1 pontot). 10.2 Relatív eredmények Az Input fül mellett lévő további fülek tartalmazzák részletesen az elvégzett vizsgálatok eredményeit. A Relatív eredmények fülre kattintva az összes vizsgálat kihasználtsági eredménye %-osan található meg táblázatos formában (igénybevétel/ellenállás arány). A maximális értéket kihasználtságok helyét és a kritikus vizsgálat típusát lehet itt nyomon követni. 10.3 Abszolút eredmények Az Abszolút eredmények fülben lévő táblázat számszerűen tartalmazza az összes vizsgálatnál kiszámított analízis-értéket (lehajlás, igénybevétel) és a megfelelő határértéket (lehajlási korlát, ellenállások). 10.4 Csavarok A Csavarok elnevezésű fülben az adatbevitelnél meghatározott típusú csavarokból az igénybevételek alapján kiszámított szükséges darabszámok vannak táblázatosan összefoglalva, külön a lemezek lerögzítéséhez, az átfedések kialakításához (ha van) valamint a támaszokhoz való rögzítéshez szükséges önfúró/önmetsző csavarokat (csak Z-gerenda esetén). 11. Speciális alkalmazás: Hózug-számítás Mind tetőhéjazati trapézlemez, mind Z-gerenda tetőszelemen esetén lehetőség van a tartósíkra merőleges irányú teherváltozás figyelembevételére, ezáltal a méretezés kétdimenziós kiterjesztésére. 11.1 Adatbevitel Első lépésként egy vonalmenti gerenda összes előzőekben részletezett geometriai és szerkezeti paramétereit kell meghatározni (statikai váz, fesztáv, profil, egyéb szerkezeti beállítások), mert ezek állandóak lesznek a merőleges irányban egymás mellé sorolt tartóknál. Második lépésben a Terhek ablakban be kell jelölni a merőleges értelemben változó teherrészt (a hóterhet el kell különíteni az egyéb, pl. önsúly-terhektől). (Ld. még 7.3 pontot.) Következő lépésként a Geometria ablak fejlécének végén lévő Hózug gomb megnyomásával jutunk el a további adatbeviteli ablakba. Itt attól függően kell az újabb geometriai és teherparamétereket megadni, hogy trapézlemezt vagy Z-gerendákat számolunk. Trapézlemez esetén a teljes szerkezetet ún. sávokra bontja a program. A sáv szélessége az adott szelvény fedőszélességének 1-, 2- vagy 3-szorosa lehet. Meg kell adni a szerkezet Számítási hosszát (L), azaz a merőleges értelemben figyelembevenni kívánt szakaszt, és a program meghatározza a lefedéshez szükséges sávok számát. A merőlegesen változó teher szorzóit (m1, m2, m3) és elhelyezését (s) a felhasználó definiálja. A vastagságok sávokra bontva szerkeszthetők a táblázatban. Z-gerenda esetén rögtön induláskor meg kell adni a gerendák kiindulási távolságát egymástól, ami által a program a vonalmenti terhet visszaszámolja felületen megoszló terhekké. Itt is meg kell adni a szerkezet hosszát (L) és a maximális kiosztási távolságot. Gerendák bármikor beszúrhatóak illetve 8
törölhetők az új táblázatban, a pozíciók illetve a távolságok egyedileg szerkeszthetők. A merőlegesen változó teher szorzóit (m1, m2, m3) és elhelyezését (s) a trapézlemezhez hasonlóan definiálni kell. 11.2 Hózug-számítás végrehajtása Az összes lemezsáv illetve Z-gerendasor számításához a Számolás gombot kell megnyomni (a Hózug ablakban maradva!). A számítás eredményeképpen az összes szerkezeti elemre (sávra, gerendasorra) egyenként előáll a 10. fejezetben ismertetett összes eredmény-táblázat, amelyet a táblázatok felett lévő gördítősáv segítségével lehet végignézni. Hózug-számítás esetén is lehetőség van optimalizálásra. A Hózug ablakból indított Optimál! gomb lenyomásával a szerkezet síkra merőleges irányú optimálását végzi el a program, ami trapézlemezek esetén a sávot alkotó lemezek vastagságának és darabszámának (egymásra-helyezés lehetséges!) optimális előállításával éri el a legjobb kihasználtságot; míg a Z-gerenda esetén a vastagságok változatlan figyelembevétele mellett a gerendák kiosztását, egymástól való távolságát igazítja a változó teherintenzitáshoz igazítva. Az automatikusan előállított elméleti eredmény minkét esetben gyakorlati szempontok szerint felülbírálható és leellenőrizhető. Lindab Kft. 2004. október 9