Deel 1 : Aan de slag met PowerFrame

Deel 1 : Aan de slag met PowerFrame

© BuildSoft nv Niets uit deze uitgave mag op enigerlei wijze worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. Bij aankoop van het programma PowerFrame verwerft de koper een licentie voor het gebruik ervan. Het is de gebruiker verboden deze licentie geheel of gedeeltelijk over te dragen aan derden zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. De uitgever is geenszins aansprakelijk voor eventuele fouten die het programma en/of deze handleiding nog zou kunnen bevatten en ziet af van elke verantwoordelijkheid voor schade die zou voortspruiten uit het al of niet verkeerdelijk gebruik van het programma PowerFrame en/of deze handleiding.

2

Aan de slag met PowerFrame

1 Inhoudstafel 1 INHOUDSTAFEL..................................................................................... 3 2 VOORAFGAAND .................................................................................... 4 2.1 Installatie ............................................................................................ 4 2.1.1 Hard- & softwarevereisten ............................................................. 4 2.1.2 Installatieprocedure ....................................................................... 4 2.1.3 Evaluatieversie en demo-versie ..................................................... 5 2.2 Vereiste voorkennis ............................................................................ 5 3 VOORBEELDEN ..................................................................................... 7 3.1 Eenvoudige voorbeelden .................................................................... 7 3.1.1 Voorbeeld 1 : staalstructuur ........................................................... 7 3.1.1.1 3.1.1.2 3.1.1.3 3.1.1.4 3.1.1.5 3.1.1.6

Definiëren van de structuur....................................................................................................................8 Definiëren van lasten ...........................................................................................................................11 Berekening van kniklengtes .................................................................................................................15 De globale analyse ..............................................................................................................................15 De weerstandsen knikcontrole...........................................................................................................18 Optimalisatie van profielkeuze .............................................................................................................22

3.1.2 Voorbeeld 2 : betonstructuur........................................................ 24 3.1.2.1 3.1.2.2 3.1.2.3 3.1.2.4

Invoer van de structuur ........................................................................................................................25 Lasten op de structuur .........................................................................................................................30 Statische berekening ...........................................................................................................................34 Berekening van de benodigde langsen dwarswapening....................................................................36

3.1.3 Voorbeeld 3 : houtstructuur.......................................................... 41 3.1.3.1 3.1.3.2 3.1.3.3 3.1.3.4 3.1.3.5 3.1.3.6

Definiëren van de structuur..................................................................................................................41 Definiëren van de lasten ......................................................................................................................47 Berekening van kniklengtes .................................................................................................................50 Analyse ................................................................................................................................................53 Weerstands- en knikcontrole ...............................................................................................................55 Optimalisatie ........................................................................................................................................57

3.2 Geavanceerde voorbeelden.............................................................. 60 3.2.1 Voorbeeld 1 : Een stalen structuur............................................... 60 3.2.1.1 3.2.1.2 3.2.1.3 3.2.1.4 3.2.1.5 3.2.1.6 3.2.1.7 3.2.1.8

Opbouw van de geometrie...................................................................................................................60 Invoer van de lasten.............................................................................................................................72 Berekening van kniklengtes .................................................................................................................76 Analyse en verificatie...........................................................................................................................77 Optimalisatie ........................................................................................................................................82 Berekening van de verbindingen .........................................................................................................85 Een bestaande verbinding toekennen .................................................................................................91 Verifieren van knopen binnen PowerFrame.........................................................................................93

3.2.2 Voorbeeld 2: 3D-structuur in beton .............................................. 95 3.2.2.1 3.2.2.2 3.2.2.3 3.2.2.4 3.2.2.5

Modelleren van de geometrie ..............................................................................................................95 De lasten............................................................................................................................................105 De berekening van de kniklengtes.....................................................................................................110 Analyse ..............................................................................................................................................110 Wapeningsberekening .......................................................................................................................112

3.2.3 Voorbeeld 3 : een drie-dimensionele structuur in hout ............... 115 3.2.3.1 3.2.3.2 3.2.3.3 3.2.3.4 3.2.3.5 3.2.3.6

De opbouw van de structuur ..............................................................................................................115 De lasten............................................................................................................................................126 Berekenen van de kniklengtes...........................................................................................................132 Analyse ..............................................................................................................................................133 De controle ........................................................................................................................................135 Optimalisatie ......................................................................................................................................138


3

2 Voorafgaand 2.1

Installatie

2.1.1 Hard- & softwarevereisten PowerFrame is beschikbaar voor de besturingssystemen Microsoft Windows 98, NT, 2000, Millenium en XP. De software is zo ontwikkeld dat zij in principe bruikbaar is op elke Windowscompatibele configuratie. Omwille van het rekenintensieve karakter van het programma, raden wij sterk aan configuraties te gebruiken die voorzien zijn van een Intel Pentium 4 processor en over minimum 128 MB RAM-geheugen beschikken. De processorsnelheid en het beschikbare RAM-geheugen beïnvloeden sterk de benodigde rekentijd. Verder wijzen we erop dat de module voor de stalen verbindingen van PowerFrame Master gebruikt maakt van de OpenGL-technologie. Deze laatste vereist o.a. een grafische 16bits-kaart met minimum 16 MB Ram, compatibel met OpenGL.

2.1.2 Installatieprocedure U kan de software installeren op twee manieren : ofwel vanaf de BuildSoftCD, ofwel vanaf de sectie ‘Klantenzorg’ op onze website www.buildsoft.be. Om toegang te krijgen tot deze sectie ‘Klantenzorg’ dient u te beschikken over een login en paswoord. Niet-klanten ontvangen bij registratie een login en paswoord met een geldigheidsduur van 30 dagen. De eerste maal dat u het programma installeert dient u voor de besturingssystemen Windows NT, 2000 en XP ingelogd te zijn met administratorrechten. Tijdens de installatie heeft u de keuze tussen een volledige, een gepersonaliseerde en een minimale installatie. Indien u kiest voor een gepersonaliseerde installatie, kan u volgende modules al of niet installeren : Wizards, voor het genereren van strukturen, Section Utility, voor het ingeven van willekeurige secties, en PowerConnect DLL, voor het detailleren van de stalen verbindingen. U kan ook kiezen welke handleidingen u in welke talen wenst te installeren; uiteraard heeft dit geen invloed op de talen die u in het programma zelf wenst te gebruiken. Installeert u het programma voor de eerste keer met licentie via hardwaresleutel, dan dient u na de installatie uw toestel opnieuw te herstarten. Maakt u bovendien gebruik van een licentie op USB-sleutel, 4


plaats dan de USB-sleutel terwijl de BuildSoft-CD nog aanwezig is. Wanneer u dan de melding krijgt dat er nieuwe hardware gevonden is, is het besturingssysteem in staat de benodigde driver op de CD terug te vinden.

2.1.3 Evaluatieversie en demo-versie Wanneer u voor de eerste maal een BuildSoft-programma installeert, krijgt u gedurende 30 dagen gratis toegang tot de volledige functionaliteit van het programma. Gedurende deze 30 dagen kan u bovendien kosteloos een beroep doen op onze support-dienst (per email [email protected], per fax +32/9/252.66.28 of per telefoon +32/9/252.66.29). Eenmaal deze 30 dagen voorbij, heeft u een licentie nodig - onder de vorm van een softwarecode of een hardwaresleutel (op een parellelle printerpoort of een USB-poort) - om de volledige functionaliteit van het programma te kunnen blijven benuttten. Is er geen geldige licentie aanwezig, dan vervalt het programma automatisch in demoversie. In dit laatste geval kan u geen wijzigingen aanbrengen aan de waarden van de lasten, van de belastingscoëfficiënten en van de belastingscombinaties. Alle andere functies van PowerFrame blijven evenwel beschikbaar. Er bestaan 3 licentieniveau’s van PowerFrame : PowerFrame Starter : hiermee kan u de globale elastische analyse (statisch en dynamisch) uitvoeren van alle structuren die zich in een horizontaal of vertikaal vlak bevinden; de strukturen kunnen evenwel willekeurig belast zijn (dus ook uit het vlak); naast de elastische analyse kan u ook normcontroles uitvoeren voor staal, beton en hout PowerFrame Standard : zelfde functionaliteit als PowerFrame Starter, maar waarbij de structuren nu ook ruimtelijke structuren kunnen zijn; PowerFrame Master : zelfde functionaliteit als PowerFrame Standard, met bijkomende functionaliteit voor de detaillering van de stalen verbindingen

2.2

Vereiste voorkennis

Alvorens verder te gaan moet u vertrouwd zijn met de meest elementaire handelingen van uw operating system, zoals het werken met vensters en iconen, het selecteren, het kopiëren, knippen en plakken en het gebruik van de muis. Een overzicht:


5

Icoon

:

De grafische voorstellingswijze van een programma of een onderdeel ervan.

Klikken met de : muis

Een bepaald element of een bepaalde plaats op het scherm aanwijzen en de muisknop 1 keer indrukken.

Selecteren

1 keer een icoon of een element met de muis aanklikken. U kunt ook een aantal elementen selecteren door er een venster omheen te trekken : klik op de plaats van de linkerbovenhoek van de rechthoek die de gewenste selectie zal omsluiten – houd de muisknop ingedrukt en beweeg naar de rechterbenedenhoek en laat daar de muisknop los.

:

U kunt een selectie uitbreiden door de bovenstaande bewerkingen uit te voeren terwijl u de shift toets ingedrukt houdt.

6

Dubbelklikken :

2 keer kort na elkaar met de muis aanklikken, wordt gebruikt voor het opstarten van een programma of een onderdeel ervan.

Kopiëren plakken

Een element selecteren en kopiëren naar een andere plaats in het programma, via het menu Wijzig.

en :


3 Voorbeelden De uitgewerkte voorbeelden hebben tot doel u vertrouwd te maken met het gebruik van het programma in een minimum van tijd. U vindt daarom twee reeksen van telkens drie voorbeelden die elk een verschillend materiaal belichten, te weten staal, beton en hout. Ook als u geen gebruik maakt van dergelijk materiaal, kan het toch nuttig zijn het voorbeeld door te nemen, omdat in elk voorbeeld telkens andere materiaal-onafhankelijke functies toegelicht worden. Al deze functies voor ieder materiaal gaan toelichten zou de handleiding te zwaar hebben gemaakt. De eerste reeks van drie voorbeelden zijn eenvoudige voorbeelden die u toelaten om zeer snel de mogelijkheden en basishandelingen van PowerFrame te ontdekken in een minimum van tijd. De tweede reeks bevat meer doorgedreven voorbeelden met meer uitleg en opmerkingen bij de verschillende handelingen. De voorbeelden laten u kennis maken met een groot aantal handelingen van het programma zonder ze allemaal te kunnen doorlopen. Om de voorbeelden niet te overladen, hebben we de uitvoerige omschrijving van alle functies van het programma samengevat in de Referentie-handleiding. Waar nodig verwijzen we in deze handleiding naar de Referentiehandleiding.

3.1

Eenvoudige voorbeelden

3.1.1 Voorbeeld 1 : staalstructuur In een eerste voorbeeld behandelen we de berekening van een stalen portiek. We berekenen de inwendige krachten en spanningen in de staven en voeren nadien een normcontrole uit voor de weerstand en de stabiliteit. De te berekenen portiek ziet er als volgt uit :

Start het programma PowerFrame. Op het scherm verschijnen 5 vensters met de resp. titels ‘Geometrie, ‘Lasten, ‘Plot, ‘Gegevens’ en ‘Resultaten’.


7

3.1.1.1 Definiëren van de structuur Het definiëren van de geometrie van de te berekenen structuur gebeurt in het venster ‘Geometrie’. Indien het venster ‘Geometrie’ zich niet op de voorgrond bevindt, selecteer dan het menu-commando ‘Venster – Geometrie’. Het venster ‘Geometrie’ wordt dan het actieve venster; terzelfdertijd wordt de erbij horende palet getoond met hierin de knoppen die toegang geven tot de functies m.b.t. het invoeren van de geometrie . Het palet van het Geometrie-venster is enkel zichtbaar wanneer het Geometrie-venster het actieve venster is. Ditzelfde geldt ook voor de paletten behorend bij de vensters ‘Lasten’ en ‘Plot’. U kan in dit venster een structuur volledig met de muis gaan tekenen. In ons voorbeeld gaan we echter een snellere methode toepassen door gebruik te maken van voorgedefinieerde geparametriseerde structuurvormen. Klik op het icoon in het palet. Er verschijnt een dialoogvenster waarin u kan kiezen welk type structuurvorm u wenst te genereren. Kies voor een portiek zoals aangegeven op volgende figuur.

Nadat u op de knop ‘OK’ geklikt hebt, vraagt PowerFrame u de geometrische gegevens van de portiek.

8


Nadat u voorgaande parameters ingevuld heeft, krijgt u volgende figuur.

We gaan de invoer nu vervolledigen met de ingave van de steunpunten. Om de eigenschappen van één of meer elementen (punten of staven) te wijzigen, dient u altijd eerst de elementen te selecteren om dan op deze selectie de wijziging door te voeren. Deze manier van werken heeft t.o.v. de omgekeerde werkwijze (eerst opgeven welke wijziging men wenst te doen en dan selecteren voor welke elementen) het grote voordeel sneller te werken (men wijzigt verschillende elementen in één keer) en precieser (men ziet op welke elementen men de wijziging zal toepassen). Men kan een element selecteren door hetzij er met de muis op te klikken (houdt men de hoofdletter-toets ingedrukt, dan blijven de eerder geselecteerde elementen geselecteerd en wordt het aangeklikte element aan de selectie toegevoegd) hetzij door het trekken van een selectie-kader. In de meeste gevallen zal het trekken van een selectiekader de snelste werkwijze zijn. Om de steunpunten toe te kennen aan de twee onderste knopen, selecteert u eerst deze twee knopen (in het Geometrie-venster) door er een selectiekader rond te trekken : druk de linkermuisknop in op een positie linksboven het linkersteunpunt, beweeg de muis met ingedrukte muisknop naar een punt rechtsonder het rechtersteunpunt, en laat tenslotte de linkermuisknop los op het laatste punt. Tijdens het bewegen van de muis met ingedrukte muisknop wordt de selectiekader in stippellijn voorgesteld. Bij het trekken van de selectiekader van links naar rechts, worden enkel de elementen die volledig binnen de selectiekader vallen geselecteerd. Wordt de Aan de slag met PowerFrame

9

selectiekader daarentegen van rechts naar links getrokken, dan worden niet enkel de elementen die er volledig binnenvallen geselecteerd, maar ook de elementen die er slechts gedeeltelijk binnenvallen (en dus gesneden worden door de selectiekader).

Bemerk dat de knopen waaraan we een steunpunt willen toekennen, in het vet voorgesteld worden om aan te duiden dat zij geselecteerd zijn. Klik op in het palet. Kies in het dialoogvenster dat verschijnt voor een scharnierende oplegging.

U kan dit doen door onmiddellijk op het tweede symbool te klikken, of door de drie kruisvakjes voor de verplaatsingen aan te kruisen. Klik vervolgens op ‘OK’. Selecteer nu op dezelfde manier de kolommen en klik op de knop palet voor het oproepen van de profielenbibliotheek.

10


van het

Selecteer in de linkerlijst de groep ‘HEA’ en vervolgens in de rechterlijst het profiel ‘220’ voor het toekennen van profielen HEA 220 aan de kolommen. Herhaal dezelfde werkwijze voor het toekennen van profielen IPE 270 aan de spantbenen. We merken tussendoor op dat u de staalkwaliteit en de manier van vervaardigen van het profiel eveneens kan opgeven. Beide parameters hebben hun invloed op de normcontrole. PowerFrame tekent niet altijd alle informatie bij de elementen in het Geometrie-venster. U kan zelf instellen welke gegevens u wenst te zien. Selecteer hiervoor de menu-instructie ‘Toon – Gegevens algemeen’. Kruis bvb. onder de titel ‘Profielen’ het kruisvakje ‘namen’ aan. Bemerk dat u met het pulldown-menu bovenaan dit dialoogvenster deze parameters ook kan instellen voor de vensters ‘Lasten’ en ‘Plot’.

3.1.1.2 Definiëren van lasten Nu de geometrie gedefinieerd is, wordt het tijd om lasten op de structuur aan te brengen. Selecteer in het hoofdmenu het commando ‘Venster – Lasten’ om het Lasten-venster naar de voorgrond te brengen. Voordat u enige last aanbrengt, is het belangrijk de verschillende belastingsgevallen te definiëren van het palet van het venster Lasten. die u nodig heeft. Klik op de knop


11

In de keuzemenu bovenaan kiest u aan welke norm de veiligheidscoëfficiënten en combinatiefactoren dienen te beantwoorden. Momenteel staat deze ingesteld op ‘Eurocode 1’. Normaal gezien staan in de tabel eronder de belastingsgevallen ‘eigengewicht’, ‘vaste last’ en ‘nuttige last’ reeds vooringevuld. Op het eigengewicht na kunt u deze vrij hernoemen of verwijderen. De invulvakjes rechts van de naam van elk belastingsgeval bevatten de veiligheidscoëfficiënten en combinatiefactoren nodig voor de automatische generatie van de belastingscombinaties. Voor een diepgaandere uitleg verwijzen we u naar de Referentiehandleiding. Om het voorbeeld eenvoudig te houden, laten we de reeds aanwezige parameters onaangeroerd zoals in de figuur hierboven. Klik vervolgens op de knop ‘OK’. Het eigengewicht wordt automatisch berekend. Op de beide spantbenen brengen we nu een permante last aan. Verzeker er u eerst van in de pulldownmenu van het palet dat u zich in het belastingsgeval ‘Permanente last’ bevindt. Selecteer vervolgens de twee spantbenen en klik op de knop . 12


Met deze knop brengt u verdeelde lasten op een staaf aan in de richting evenwijdig aan één van de globale assen. Vervolledig het dialoogvenster als volgt :

In het venster Lasten worden de ingevoerde lasten grafisch voorgesteld :

Voer op dezelfde manier in het belastingsgeval ‘gebruikslast’ een verdeelde belasting in van 1kN/m. Voeg ook een verdeelde last van 2 kN/m in op de linkerkolom :

Het resultaat voor de invoer van de gebruikslasten ziet er als volgt uit :


13

We praten in dit voorbeeld nog niet over windlasten en sneeuwlasten waarvoor PowerFrame specifieke functies heeft om deze automatisch te genereren. Een deel van de handleiding is trouwens volledig gewijd aan de sneeuw- en windgeneratoren. Alvorens de berekening te starten dienen we de nodige combinaties in de verschillende grenstoestanden te definiëren. We maken hiervoor gebruik van de combinatiegenerator van PowerFrame. Klik op de knop in het palet van het Lasten-venster. Er verschijnt een dialoogvenster met hierin een nog lege lijst van de combinaties. Klik op de knop ‘Genereer combinaties’ en kruis alle grenstoestanden aan. Nadat u op de knop ‘OK’ geklikt heeft verschijnen alle volgens de norm vereiste combinaties. Indien gewenst, kan u deze combinaties nog wijzigen of zelf eigen combinaties definiëren. We verwijzen hiervoor naar de referentiehandleiding.

14


3.1.1.3 Berekening van kniklengtes Vooraleer de ‘echte’ berekening van de structuur aan te vatten, kunnen we reeds de kniklengtes van de verschillende elementen berekenen. PowerFrame neemt standaard de kniklengte gelijk aan de staaflengte, hoewel dit niet altijd een correcte en veilige benadering is. Een nauwgezettere berekening van de kniklengte is in veel gevallen aangewezen. Om deze te berekenen klikken we op het icoon bovenaan in de iconenbalk. PowerFrame vraagt u voor welk type struktuur en voor welk soort analyse achteraf u de kniklengtes wil bereken. Het is belangrijk dat u later ook hetzelfde type analyse gebruikt als wat u hier aanduidt. We kiezen hier voor een eerste orde analyse en veronderstellen dat de structuur ongeschoord is. (Wanneer u zou kiezen voor een geschoorde struktuur en/of tweede orde berekening, resulteert dit in kleinere kniklengtes omdat hiervoor de verplaatsbaarheid van de knopen uitgeschakeld wordt). Om de resulterende kniklengtes te bekijken, keren we terug naar het venster ‘Geometrie’. Klik vervolgens in het hoofdmenu ‘Toon – Algemene parameters…’ en vraag om de kniklengtes te bekijken in en uit het vlak. Opmerking : De kniklengtes uit het vlak van de spantbenen zijn zeer belangrijk. We vestigen de aandacht op het feit dat we geen gordingen ingevoerd hebben omdat we ons beperken tot een 2D voorbeeld. Nochtans zullen die gordingen een wezenlijke bijdrage leveren aan de knikstabiliteit van de spantbenen. Het is steeds mogelijk de kniklengtes te wijzigen bij de knikcontrole van de elementen om aldus de bijdrage tot de knikstabiliteit van niet ingegeven elementen in rekening te brengen.

3.1.1.4 De globale analyse Eenmaal de geometrie van de structuur en de erop aangrijpende lasten bepaald zijn, kunnen we de analyse van de structuur doorvoeren. PowerFrame maakt voor de analyse gebruik van de verplaatsingsmethode. Om de analyse te starten, selecteert u de menu-instructie ‘Studie – Analyseer’. U kan de analyse ook rechtstreeks starten door gebruik te maken van de functietoets F9. In het dialoogvenster dat verschijnt geeft u aan welk type analyse PowerFrame dient uit te voeren.


15

We beperken ons tot een eerste ordeberekening en houden geen rekening met structuurfouten (imperfecties). Opmerking : In de Referentiehandleiding besteden we meer aandacht aan de verschillende mogelijke analyses en lichten we de implicaties van elke keuze toe. Na bevestiging van uw keuze, start PowerFrame de analyse en toont u ondertussen de voortgang van de berekening. De rekentijd is voornamelijk afhankelijk van de kloksnelheid van de rekenprocessor van uw computer. Voor een eerste ordeberekening zijn de rekentijden evenwel nooit lang. In ons eenvoudig voorbeeld zal de rekentijd slechts enkele fracties van een seconde vragen. Om de resultaten van de berekening grafisch te bekijken, brengen we het venster ‘Plot’ naar voren. Selecteer hiervoor in het menu ‘Venster’ het item ‘Plot’. Standaard toont PowerFrame u de resultaten voor het buigend moment « My » van de eerste combinatie (of van het eerste belastingsgeval wanneer u bij de generatie van de combinaties ook de belastingsgevallen afzonderlijk 16


aangeduid heeft). Deze combinatie wordt afgebeeld in het pulldown-menu van het palet van het Plot-venster. Behalve de verschillende combinaties, bevat dit menu ook de omhullenden voor de diverse grenstoestanden : ‘UGT’ (uiterste grenstoestand), ‘GGT ZC’ (gebruiksgrenstoestand zeldzaam aanwezige combinaties) en ‘GGT QP’ (gebruiksgrenstoestand quasipermanente combinaties). In het algemeen, is men voor de inwendige krachten en spanningen vooral geïnteresseerd in de resultaten uiterste grenstoestand, terwijl men voor de vervormingen veeleer kijkt naar de gebruiksgrenstoestanden. Hieronder worden de omhullenden afgebeeld voor de buigende momenten in UGT en voor de vervormingen in GGT ZC.

Momentendiagram UGT

Vervormingsdagram GGT ZC

Het is mogelijk om slechts voor een deel van de structuur de resultaten te tonen door eerst alle staven waarvan men de resultaten wenst te zien te Aan de slag met PowerFrame

17

selecteren en vervolgens op het icoon te klikken in de iconenbalk bovenaan. De kleurenschaal wordt steeds aangepast aan de uiterste resultaatwaarden van de zichtbare staven. Om terug alles zichtbaar te maken, klikt u op het icoon in de iconenbalk bovenaan. Overloop de andere resultaten door telkens een ander icoon te selecteren in het palet van het Plot-venster (normaalkrachten, dwarskrachten, torsie, druken trekspanningen).

3.1.1.5 De weerstandsen knikcontrole Met de weerstandsen knikcontrole verifiëren we de sterkte en de knikgevoeligheid van de stalen staven volgens we welbepaalde norm (Eurocode of andere). Vergewis u er altijd eerst van dat u de juiste norm gekozen heeft. Selecteer in het menu het item ‘Studie – Staalnorm – Eurocode 3’. De verificatie zal dus uitgevoerd worden volgens de regels van de Europese voornorm ENV 1993-1-1 . Opmerking : op de vloeigrens van het staal worden veiligheidscoëfficiënten toegepast (γM0, γM1, γM2,…). Deze coëfficiënten hebben in PowerFrame standaard de waardes uit de Eurocodes meegekregen. In nationale toepassingsdocumenten (N.T.D.of N.A.D.) van de verschillende lidstaten kunnen afwijkende waarden voorkomen. Om de verificatie van weerstand en knik te starten, selecteert u in het menu het item ‘Studie – Berekenen staal en hout…’. Wanneer deze berekening voltooid is, worden er twee bijkomende knoppen en . Met de eerste knop zichtbaar in het palet van het Plot-venster: bekijkt u de resultaten van het nazicht van de weerstand (de sterkte) van de secties; met de tweede deze van het nazicht op knikgevoeligheid. De resultaten worden uitgedrukt in percentages van de max. capaciteit voor opname van de snedekrachten voor wat betreft het eerste icoon, en van de max. capaciteit voor weerstand tegen knik anderzijds.

18


Resultaten voor weerstand van de secties (%)

Resultaten voor knikweerstand (%)

We zien dat de weerstandscontrole goede resultaten oplevert, maar dat er zich knikproblemen voordoen voor de spantbenen. Om meer informatie te krijgen over het knikprobleem, dubbelklikken we met de muis het linkerspantbeen in het Plot-venster. Zorg er wel voor dat het Plotvenster de resultaten voor de knikweerstand toont ; is dit niet het geval druk van het palet alvorens het spantbeen te dan eerst op de knop Aan de slag met PowerFrame

19

dubbelklikken. Wanneer u het linkerspantbeen dubbelklikt, verschijnt volgend dialoogvenster :

Uit dit venster leren we dat het knikprobleem een probleem is van knik in het z’-vlak (knik volgens de zwakke as van het spantbeen), maar ook van kip. Bij de berekening van de kniklengtes in het z’-vlak (= uit het vlak van de structuur) heeft PowerFrame geen rekening gehouden met de eventuele aanwezigheid van gordingen. Deze gordingen zullen zowel de kniklengte in het z’-vlak als de kiplengte kunnen beïnvloeden. We zullen de berekende lengte manueel aanpassen om rekening te houden met niet in het model aangebrachte staven die de kniklengte beïnvloeden. We voeren bvb. een kniklengte in het z’-vlak van 300 cm in. Opmerking : Wanneer men een studie in 3D maakt, en alle aan de knikstabiliteit bijdragende elementen ook effectief invoert, is deze manuele correctie niet meer nodig. Eenmaal u de kniklengte in het vlak z’ gewijzigd heeft, klikt u op de knop ‘Herbereken knikgevaar’. PowerFrame doet voor deze ene staaf een nieuwe verificatie van de knikstabiliteit rekening houdend met de gewijzigde kniklengte. Met het invoeren van een kleinere kniklengte om rekening te houden met aanwezige gordingen, stelt er zich geen knikprobleem meer voor 20


wat betreft knikken in het vlak z’, maar het kipprobleem daarentegen blijft aanwezig. PowerFrame laat u toe om, onafhankelijk van de kniklengtes, rekening te houden met de aanwezigheid van eventuele kipverstijvers. De kiplengte wordt gereduceerd in functie van het aantal kipverstijvers. Zijn er geen verstijvers, dan is de kiplengte gelijk aan de systeemlengte van de staaf. Is er één kipverstijver –verondersteld aan te grijpen in de helft van de staaflengte-, dan is de kiplengte de halve systeemlengte; zijn er twee verstijvers, dan wordt de kiplengte nog slechts een derde van de systeemlengte, enz. Plaatsen we in ons voorbeeld drie kipverstijvers, dan is ook het kipprobleem opgelost. Het spreekt voor zich dat alles wat we nu toegepast hebben op het linkerspantbeen zonder meer ook van toepassing is op het rechterspantbeen. Uiteindelijk komen we tot volgend resultaat :

Resultaten voor knikweerstand (%)

Opmerking : In dit voorbeeld hebben we geen gebruik gemaakt van de mogelijkheid om eventuele knieverstijvers in te geven in de hoeken van de spantbenen met de kolommen. Maakt men gebruik van dergelijke verstijvers (door in de hoeken gebruik te maken van een variabele sectie) dan kan men op die manier doorgaans lichtere profielen benutten en aldus een gewichtsbesparing doorvoeren.


21

3.1.1.6 Optimalisatie van profielkeuze Alhoewel in ons voorbeeld de aangenomen profielkeuze een goede keuze was, kunnen we PowerFrame vragen ons het beste profiel voor te stellen in functie van de sollicitaties. Klik op het icoon

in de iconenbalk.

Op het tweede tabblad (zichtbaar nadat u op ‘Volgend >’ geklikt heeft), kan u vragen om de optimale keuze van de profielen te rapporteren. Dit betekent dat PowerFrame u een lijst genereert met betere profielkeuzes dan de 22


huidige. Vraagt u deze rapportering niet, dan verandert PowerFrame automatisch de profielen naar de betere profielkeuze. Kies dus voor de rapportering zoals in bovenstaand venster.

PowerFrame stelt u voor sommige profielen te wijzigen. U kan deze wijziging accepteren of negeren door de corresponderende lijn aan of uit te kruisen.


23

3.1.2 Voorbeeld 2 : betonstructuur In dit tweede voorbeeld behandelen van een vlakke structuur in gewapend beton. De statische analyse levert opnieuw de interne snedekrachten voor de belastingsgevallen en -combinaties. Daarnaast worden op basis van de omhullenden van de grenstoestanden, de benodige langsen dwarswapeningen berekend. Start PowerFrame. In het toepassingsvenster van PowerFrame verschijnen vijf vensters in cascade. Het bovenste venster, het venster ‘Geometrie’, is vergezeld van een palet. Het is meteen ook het actieve venster. De vier overige zijn respectievelijk : ‘Lasten, ‘Plot, ‘Gegevens‘ et ‘Resultaten’. U kan elk van deze venster tot het actieve venster maken via het menu ‘Venster’ of door rechtstreeks met de muis in het te activeren venster te klikken. Naast het venster ‘Geometrie’ hebben ook de vensters ‘Lasten’ en ‘Plot’ hun eigen palet met hierin knoppen die toegang geven tot specifiek aan het venster verbonden functies. Het palet van elk van deze vensters wordt dan ook pas getoond wanneer het venster het actieve venster is.

24


3.1.2.1 Invoer van de structuur Zorg ervoor dat het venster ‘Geometrie’ het actieve venster is (klik erin met de muis of selecteer in het menu ‘Venster’ het item ‘Geometrie’). In het palet , de functie voor het zijn er slechts 3 functies beschikbaar(de selectiepijl , en de functie om specifieke structuren te genereren tekenen van staven a.d.h.v. een parametermodel ). Alle andere functies zijn momenteel niet beschikbaar. Zij worden pas nuttig en dus beschikbaar wanneer u in een bestaande structuur staven of knopen geselecteerd hebt in het ‘Geometrie’ venster. Klik op het icoon voor het genereren van structuren. Op scherm verschijnt volgend dialoogvenster :

Klik op en bevestig uw keuze door op de knop ‘OK’ te klikken. Een nieuw dialoogvenster verschijnt :

Vul de waarden in zoals hierboven en bevestig met ‘OK’. De geometrie van de structuur wordt automatisch gegeneerd en voorgesteld in het Geometrievenster.


25

Om de structuur zo groot mogelijk voor te stellen binnen het venster Geometrie, selecteert u in het menu ‘Scherm’ het commando ‘Alles tonen’. U kan hiervoor ook de functietoets F12 gebruiken. Selecteer nu de 4 onderste knopen van de structuur : Klik met de linkermuistoets linksboven de linkerknoop. Houdt de linkermuistoets ingedrukt en beweeg de muis ondertussen naar een positie rechtsonder de rechterknoop.

Tijdens deze beweging wordt er in het Geometrie-venster een rechthoek in stippellijn getekend waarvan de diagonaal gevormd wordt door de eerste muispositie en de steeds verschuivende nieuwe positie. Laten we de linkermuistoets los, dan worden alle staven en knopen die zich in de laatst getekende rechthoek in stippellijn bevonden geselecteerd ; in ons geval worden dus enkel de vier onderste knopen geselecteerd. Door deze selectie van de knopen worden in het palet nu functies beschikbaar die dit voorheen niet waren. Het zijn alle functies die nuttig kunnen zijn voor de geselecteerde knopen. Klik in het palet op het icoon van vooor het toekennen van steunpunten. Kies voor een volledig ingeklemd steunpunt door ofwel op het symbool voor een inklemming te klikken (3° symbool) ofwel alle aankruisvakjes voor het vasthouden van verplaatsingen en rotaties aan te vinken. 26


Bevestig met de knop ‘OK’. De vier onderste knopen krijgen nu elk een volledige inklemming toegewezen. Om een betondoorsnede toe te wijzen aan de staven van onze structuur gaan we als volgt tewerk : Selecteer de menu-instructie ‘Wijzig – Selecteer – Alles’. voor het toekennen van een doorsnede op basis van een Klik op de knop typevorm. Voer in het dialoogvenster volgende parameters in :


27

Bemerk dat PowerFrame automatisch de benodigde weerstandskarakteristieken van de doorsnede berekent (tenzij u het kruisvakje ‘berekenen’ uitvinkt). Opmerking : PowerFrame werkt steeds volgens het principe dat u eerst een selectie maakt en dan een functie toepast op deze selectie. Zo heeft u eerst de onderste knopen geselecteerd en daarna de steunpunten eraan toegekend. Op dezelfde manier heeft u eerst de staven geselecteerd en nadien de doorsnedekarakteristieken eraan toegekend. Deze werkwijze is een werkwijze die typisch is aan goed geconcipieerde Windowsprogramma’s. Zij heeft 2 grote voordelen : SNELHEID : PowerFrame bezit tal van mogelijkheden om snel te kunnen selecteren. U selecteert een element door met de linkermuisknip op het element te klikken. U kan een element ook selecteren door er met de muis een selectiekader rond te trekken: van links naar rechts worden alle elementen die volledig binnen de selectiekader vallen geselecteerd ; van rechts naar links worden ook de elementen waarvan er slechts een gedeelte binnen de selectiekader valt geselecteerd. Wanneer u tijdens het selecteren de Shift-toets ingedrukt houdt, dan worden de elementen die u op dat moment selecteert aan de reeds bestaande selectie toegevoegd; was het element reeds geselecteerd, dan wordt het gedeselecteerd. In het menu Wijzig vindt u bovendien menuinstructies om specifieke selecties uit te voeren : staven die horizontaal, vertikaal of geheld zijn, staven met bepaalde profielen of materialen, staven die het meest belast worden, staven met bepaalde nummers, enz.. U kan ook types toekennen aan staven (zie hiervoor de Referentiehandleiding) en in één keer alle staven van een bepaald type selecteren door de Ctrl-toets ingedrukt te houden. Houdt u de Alt-toets ingedrukt, dan worden alle staven van dezelfde groep (zie ook Referentiehandleiding) geselecteerd. Houdt u ondertussen ook de Shift-toets ingedrukt, dan geldt daarenboven ook het principe van de bijkomende selectie. JUISTHEID : De geselecteerde elementen worden steeds in het vet voorgesteld. U kan altijd in een oogopslag verifiëren of de functie inderdaad op de juiste elementen zal toegepast worden. Kies in het menu ‘Toon’ het commando ‘Gegevens algemeen…’. In het dialoogvenster dat verschijnt kan u aanduiden welke eigenschappen en parameters u wenst afgebeeld te zien in de vensters ‘Geometrie’, ‘Lasten’ en ‘Plot’. Duidt bvb. voor Profielen aan dat de Namen getoond dienen te worden en bevestig uw keuze via de ‘OK’-knop’. 28


Nu gaan we de centrale overspanning 1.2 meter verbreden en de staven van deze overspanning op hun uiteinden van scharnieren voorzien. Selecteer hiertoe het rechterdeel van de structuur (ga op dezelfde manier tewerk als toen u de vier knopen onderaan geselecteerd hebt voor het toekennen van steunpunten). Klik vervolgens op het icoon om een translatie toe te passen. Vervolledig het dialoogvenster zoals hieronder :

Bevestig met ‘OK’. De translatie-functie kan eveneens gebruikt worden om een deel van een structuur te copiëren. De parameter ‘N’ duidt dan het aantal gewenste copies aan. Selecteer nu de twee horizontale staven in het midden van de structuur en klik dan op . Kies in het dialoogvenster voor scharnieren op beide staafuiteinden.


29

De bekomen structuur ziet er als volgt uit :

Bemerk dat u op elk moment toegang heeft tot de numerieke gegevens van de structuur (knoopcoördinaten, lengte en helling van staven, ...). Hiervoor volstaat een dubbele klik met de muis op de knoop of staaf in kwestie. Met behulp van de menu-instructie ‘Venster – Data’, kan u lijsten bekijken met de gegevens van de knopen en de staven. In die lijsten kan u o.a. de knoopcoördinaten veranderen. Alle wijzigingen in het venster ‘Data’ worden uiteraard consequent doorgevoerd in alle andere vensters.

3.1.2.2 Lasten op de structuur In het menu ‘Venster’, kiest u de instructie ‘Lasten’. Het venster Lasten en het bijhorende palet verschijnen op de voorgrond. We passen op alle horizontale staven van de structuur een permanente last toe, éénparig verdeeld met een waarde van 10 kN/m. Op diezelfde staven passen we nog een éénparig verdeelde last toe van 10 kN/m, maar ditmaal ondergebracht bij de gebruiksbelasting. In de gebruiksbelasting brengen we ook nog een éénparig verdeelde last van 10 kN/m aan, aangrijpend loodrecht op de meest linkse staven. Permanente lasten worden ondergebracht onder de 1° categorie van lasten (belastingsgeval 1), gebruiksbelastingen onder de 2°. Belastingsgeval 0 bevat automatisch het eigengewicht van de staven. Om toegang te krijgen tot de diverse belastingsgevallen met hun veiligheidsen combinatiefactoren, klikt u op de knop .

30


Belastingsgeval 1 draagt de naam ‘permanent’, belastingsgeval 2 de naam ‘gebruikslast’. Met behulp van de informatie in deze tabel, genereert PowerFrame de combinaties en omhullenden voor de verschillende grenstoestanden. Als gebruiker dient u dus enkel de lasten voor de verschillende belastingsgevallen op te geven. Sluit het dialoogvenster en selecteer via het pulldown-menu van het Lastenpalet het belastingsgeval ‘permanent’. Kies in het menu ‘Wijzig’ de instructie ‘Selecteer-Horizontale staven’. Klik vervolgens in het palet op de knop . Om op de geselecteerde staven een éénparig verdeelde last toe te passen, vervolledigt u het dialoogvenster als volgt :


31

Bevestig met de knop ‘OK’. De lasten worden nu voorgesteld in het venster ‘Lasten’. Selecteer nu het belastingsgeval ‘gebruikslast’. Herhaal deze bewerkingen om ook een gebruiksbelasting van 10 kN /m aan te brengen op de geselecteerde staven. Selecteer nu het linkerdeel (2 vertikale staven). Klik opnieuw op vervolledig het venster als volgt :

en

Nu zijn alle belastingsgevallen ingegeven. In het venster ‘Data’ heeft u toegang tot de lijsten met de verschillende lasten. Hierin kan u de waarden van de lasten wijzigen. Opmerking : In geval van fout bij de ingave, kan u steeds de laatste bewerking ongedaan maken. Selecteer hiervoor in het menu ‘Wijzig’ de eerste instructie. Selecteert u nogmaals deze instructie dan wordt de ongedaan gemaakte bewerking opnieuw uitgevoerd.

32


Vooraleer de eigenlijke berekening te starten, is het nodig dat u de combinaties laat genereren. Klik hiervoor in het palet op de knop .

In eerste instantie bevat het venster nog geen enkele combinatie. Klik op de knop ‘Genereer combinaties’. PowerFrame vraagt u welke soorten combinaties u wenst te genereren. Duidt ze allemaal aan.

Er verschijnt nu een lijst van combinaties die alle zullen doorgerekend worden. Aan de slag met PowerFrame

33

3.1.2.3 Statische berekening Selecteer de menu-instructie ‘Studie’ - ‘. Vervolledig zoals hieronder.

Er wordt een 1° orde berekening gevraagd die geen rekening houdt met een eventuele scheefheid van de structuur. Wanneer u op ‘OK’ klikt, wordt de berekening gestart. Tijdens deze berekening wordt de voortgang van de berekening getoond in een dialoogvenster. Nadat de berekening beëindigd is, verdwijnt dit dialoogvenster opnieuw. Selecteer nu de menu-instructie ‘Venster’ – ‘Plot’.

34


In het venster ‘Plot’ worden de grafieken voor de verschillende snedekrachten getoond. Verzeker er u van dat de momenten My’ getoond worden en selecteer in het pulldown-menu van het Plot-palet de omhullende ‘UGT ‘. In dit pulldown-menu vindt u eerst de belastingsgevallen en –combinaties terug en pas daarna de omhullenden voor de verschillende grenstoestanden (UGT, ZC en QP). Bij het bepalen van de wapening vertrekt PowerFrame van de omhullende-resultaten. Klik in het Plot-palet op de knop voor het bekijken van de vertikale verplaatsingen volgens de globale y-as. Bekijk eveneens de resultaat voor de normaakrachten (Nx’) en de dwarskrachten (Vz’). U kan zelf instellen hoe u de resultaten wenst afgebeeld te zien door in het menu ‘Toon’ de instructie ‘Gegevens plot...’ te selecteren.


35

Aan de linkerzijde vindt u dezelfde iconen als deze van het Plot-palet. Klik op het icoon dat overstemt met de grafiek waarvan u de voorstelling wenst te wijzigen. Wanneer u bvb. de voorstelling van de buigende momenten volgens de . Wanneer u het icoon lokale y’-as wenst te wijzigen, klikt u op de knop geselecteerd heeft, ziet u rechts de maximaal voorkomende waarde ingevuld staan. Standaard wordt de voorstelling met inkleuring en schaal gebaseerd op deze maximale waarde. U kan echter zelf een eigen maximale waarde instellen. Stelt u bvb. een maximale waarde van 100kN in en bevestigt u met de knop ‘OK’, dan merkt u dat de grafiek van de buigende momenten rood gekleurd is overal waar de waarde meer dan 100 kNm bedraagt.

3.1.2.4 Berekening van de benodigde langsen dwarswapening Alvorens de berekening te starten, moeten we de eigenschappen van het gebruikte beton en de gebruikte wapening opgeven. Selecteer de menu-instructie ‘Studie – Betonnorm – Eurocode 2’ wanneer u de berekeningen wenst uit te voeren conform de Eurocode. Selecteer vervolgens de instructie ‘Studie – Instellingen beton – Beton…’. Volgend dialoogvenster verschijnt :

36


In dit geval bedraagt de karakteristieke cilinderdruksterkte 25N/mm2. De veiligheidscoëfficiënt van 1.5 wordt door de norm opgelegd. De elasticiteitsmodulus van het beton kan vrij ingegeven worden of kan berekend worden in functie van de betondruksterkte via de knop ‘Ecm,28’. Volgens Eurocode 2 worden de betonspanningen onder zeldzaam aanwezige combinaties beperkt tot 60% van fck, zijnde 15 N/mm2. Klik dus op de knoppen ‘n = 15’en ‘0,6 fck’, en kruis de optie ‘na kruip’ aan. Ook onder de quasi-permanente combinaties kunnnen de spanningen beperkt worden. Selecteer vervolgens de instructie ‘Studie – Instellingen beton – Wapeningsstaal...’. Er verschijnt een dialoogvenster met de parameters van het wapeningsstaal.

U kan een onderscheid maken tussen de staalkwaliteit van de langsen dwarswapening. De veiligheidscoëfficiënt van 1.15 wordt door de norm opgelegd. De bruto wapeningsdekking is de kortste afstand van het zwaartepunt van de wapening (onder-, boven-, linker- of rechterwapening) naar de buitenkant van de betondoorsnede. Het minimum wapeningspercentage betreft het geometrisch wapeningspercentage ρ = As / b.d. As is de wapeningssectie, b de breedte en d de nuttige hoogte ( = hoogte – bruto wapeningsdekking). U kan eveneens een maximum wapeningspercentage instellen. Klik op ‘OK’ om het dialoogvenster te sluiten. Selecteer nu in het menu ‘Studie’ de instructie ‘Berekenen beton’. Er verschijnt een dialoogvenster dat u de voortgang van de berekening toont.


37

Eenmaal de berekening beëindigd, worden in het Plot-palet de knoppen , , en geactiveerd voor de voorstelling van de wapeningsresultaten. dan worden de resultaten van de boven- en Klikken we op de knop onderwapening (voor de kolommen de linker- en rechterwapening) voorgesteld. De hoeveelheid wapening wordt steeds getekend aan de kant van de balk waar zij nodig is.

De andere 3 iconen geven toegang tot de resultaten voor de langswapening voor buiging rond de zwakke as en tot de resultaten voor de dwarswapening voor buiging rond de sterke, resp. zwakke as. Selecteer de instructie ‘Scherm – Zoom’ om de centrale balk van de structuur uit te vergroten (Klik linksboven het linkereinde van de balk, houdt de muisknop ingedrukt en verplaats de cursor naar een positie rechtsonder het het rechereindpunt. Laat vervolgens de muisknop los.)

38


De dunne lijnen van de grafieken stellen de hoeveelheid wapening voor de nodig om enkel te voldoen aan de uiterste grenstoestand. De dikke lijnen vertegenwoordigen de hoeveelheid die, behalve met de uiterste grenstoestand, ook rekening houdt met de gebruiksgrenstoestanden voor de spanningen, met de minimale wapeningsvereisten en met een eventueel knikgevaar. Wanneer er een groot verschil is tussen de dikke en de dunne lijn, betekent dit dat de structuur vrij slank gedimensioneerd is, zodat de gebruiksgrenstoestanden de bovenhand krijgen. Wanneer een element te slank zodat er geen wapeningssectie kan berekend worden die aan alle grenstoestanden voldoet zonder het maximaal toegelaten wapeningspercentage te overstijgen, geeft PowerFrame een waarschuwing dat voor sommige elementen de sectie onvoldoende is en toont het een doodskop-teken op het bewuste element. Selecteer in het Plot-venster de centrale horizontale balk en selecteer vervolgens de menu-instructie ‘Venster’ – ‘Resultaten’. In het venster Resultaten krijgt u een lijst met hierin : - de benodige langswapening (over 4 zijden) - de benodigde dwarswapening (volgens de 2 hoofdrichtingen) De resultaten worden telkens getoond op beide uiteinden en 9 tussenpunten.


39

Merk op dat het mogelijk is een deel van de structuur te verbergen. Selecteer bvb. de middentravee en kies dan de menu-instructie ‘Wijzig’ ‘Toon enkel selectie’. Kies vervolgens de instructie ‘Scherm’ ‘Toon alles’ of maak gebruik van de functietoets F12 om het zichtbare deel van de constructie zo groot mogelijk in het venster te tonen. De maximale waarde van de schaal is steeds enkel gebaseerd op het zichtbare deel van de structuur.

40


3.1.3 Voorbeeld 3 : houtstructuur Het derde voorbeeld betreft de berekening van een dakspant in hout. Met het voorbeeld doorlopen we enkel de voornaamste functies voor het berekenen van houten structuren. Hieronder vindt u de te berekenen structuur.

3.1.3.1 Definiëren van de structuur Nadat we PowerFrame opgestart hebben, verschijnen er vijf vensters op scherm met de resp. namen ‘Geometrie’, ‘Lasten’, ‘Plot’, ‘Data’, ‘Resultaten’. Het eerste venster dat ons aanbelangt is het venster ‘Geometrie’. Hierin definiëren we geometrie, de steunpunten, de profielen, … . Om zeker te zijn dat het venster Geometrie het actieve venster is, selecteren we in het menu de instructie ‘Venster’ – ‘Geometrie’. Terloops merken we op dat u op elk moment een bepaald venster op de voorgrond kan brengen en activeren door dit menu. Het venster Geometrie kan gebruik maken van een raster, voor de 2Dzichten. Om een bepaald zicht te kiezen, klikt u op de knop ‘zicht’ onderaan links in het Geometrie-venster en klikt u op het gewenste zicht (centrale knop in ons geval). Om het raster in te stellen, klikt u op de knop

in de iconenbalk.


41

Stel de parameters in zoals hierboven, zodat u gebruik maakt van een zichtbaar raster met stappen van 1 m. Dit raster zal ons helpen bij het tekenen van de eerste lijnen; daarna zullen we het raster desactiveren. in het palet behorend Wanneer het raster ingesteld is, klikt u op de knop bij het Geometrie-venster. Deze knop activeert de functie voor het tekenen van lijnen (staven) in het Geometrie-venster. We starten met het tekenen van een horizontale lijn van 9 m. Klik op een willekeurig punt in het venster, houd vervolgens de linkermuisknop ingedrukt en verplaats de cursor naar rechts tot de aanduiding onderaan in het Geometrie-venster een verplaatsing dx = 900 aangeeft.

42


Vervolgens verdelen we de lijn in 2 gelijke delen. Selecteer hiervoor de lijn door er met de linkermuisknop op te klikken. Wanneer de lijn geselecteerd is, wordt zij in vet voorgesteld. Klik op de knop in het Geometrie-palet. PowerFrame vraagt u het gewenste aantal onderverdelingen. Geef hiervoor de waarde 2 in. Op die manier hebben we onze twee hoofdliggers gecreëerd, waaraan we nu een helling wensen te geven. Dubbelklik hiervoor de linkerhelft van de linkse staaf. Wanneer u een staaf dubbelklikt kan u zijn afmetingen veranderen; hierbij is het steeds de knoop die het dichtst gelegen is bij de muispositie waar u gedubbelklikt heeft, die vastgehouden blijft. In het dialoogvenster wordt de geselecteerde staaf getekend, met het vaste punt in het vet voorgesteld.

We stellen de parameters in zoals hierboven. Eerst en vooral, klikt u op de knop zodat deze verandert in . Hierdoor wordt de ingegeven lengte de horizontaal geprojecteerde lengte. Duidt vervolgens een dakhelling van 35° aan. Bevestig daarna uw keuze door op de knop ‘OK’ te klikken. De structuur ziet er nu als volgt uit :

Vanaf nu hebben we het raster niet meer nodig . We zetten het bijgevolg uit. We maken nu gebruik van de intelligentie van de cursor voor het verder en beweeg de cursor naar het ingeven van de structuur. Klik op de knop Aan de slag met PowerFrame

43

midden van één van de twee spantbenen. Een klein rood symbool ‘½’ duidt aan wanneer de cursor naar het midden van de staaf snapt. Klik dan één keer met de muis en houdt de knop ingedrukt terwijl u de muis verplaatst naar het midden van het andere spantbeen. Wanneer u het symbool ‘½’ opnieuw ziet verschijnen, laat u de muisknop los.

Tenslotte moeten we nog de 3 laatste staven tekenen. De snelste manier zal zijn gebruik te maken van de intelligente cursor door telkens naar het midden van een lijn te snappen. Vervolledig het spant zoals hieronder.

We definiëren nu de steunpunten door de twee onderste knopen te van het palet. selecteren en vervolgens te klikken op de knop PowerFrame laat u toe de verschillende vrijheidsgraden van de knopen te beperken.

44


Kies zoals hierboven voor scharnierende opleggingen en bevestig met ‘OK’. De steunpunten worden dan in het Geometrie-venster voorgesteld (tenzij de parameters voor het voorstelling anders ingesteld onder de menu-instructie ‘Toon’ – ‘Gegevens algemeen’). Ten slotte kennen we de profielen toe. PowerFrame wordt standaard geïnstalleerd met de bibliotheek van stalen profielen als actieve bibliotheek. Er wordt evenwel ook een bibliotheek met houten secties mee geïnstalleerd. We zullen er eerst voor zorgen dat deze laatste bibliotheek de actieve bibliotheek wordt. Selecteer in het hoofdmenu de instructie ‘Wijzig’ – ‘Profielbibliotheek’ – ‘Kies...’. Er verschijnt een dialoogvenster voor het kiezen van een bestand. Normaal gezien bevindt u zich reeds in de directory van het programma : C:\ProgramFiles\Buildsoft\PowerFrame. In deze directory kiest u het bestand ‘Wood.efs’. De bibliotheek met houten secties is nu actief. Selecteer nu de spantbenen en klik op de knop ‘38-150’ :

in het palet. Kies de sectie


45

Ken op analoge wijze aan de andere staven de sectie ’38-115’ toe. Opmerking : Er werd geen enkele inwendige scharnier gedefinieerd. Alle knoopverbindingen worden beschouwd als stijve knopen. Indien zulks niet het geval was, gebruik dan de knop voor het definiëren van de randvoorwaarden op de staafuiteinden. Deze functie wordt ook gebruikt voor het definiëren van trekstaven. We hebben de structuur dus gemodelleerd met stijve knopen. Het programma voorziet andere mogelijkheden waar we in het kader van dit voorbeeld niet verder op ingaan. Selecteer in het menu de instructie ‘Toon’ – ‘Gegevens algemeen...’ en duidt aan dat u voor de profielen de naam wenst te zien en dat u ze volledig wenst te tekenen. U krijgt dan onderstaand beeld :

Zet nadien beide opties terug uit.

46


3.1.3.2 Definiëren van de lasten We gaan nu lasten invoeren om deze later te combineren en te verifiëren volgens de Eurocode. Breng het venster ‘Lasten’ op de voorgrond door in het menu de instructie ‘Venster’ – ‘Lasten’ te selecteren. Opmerking : In dit voorbeeld zullen we geen wind- of sneeuwlasten op de structuur aanbrengen. Deze worden behandeld in een afzonderlijk deel van de handleiding. Behalve het eigengewicht, zullen we 3 belastingsgevallen aanbrengen op het spant : 1 permanent en 2 variabele belastingsgevallen. We zullen eerst de belastingsgevallen definiëren. PowerFrame kan tot 50 verschillende belastingsgevallen in rekening brengen. Om de van het Lasten-palet. belastingsgevallen in te stellen, klikt u op de knop

Bovenaan in het dialoogvenster kan u met een keuze-menu de norm aanduiden volgens dewelke u achteraf de combinaties wil genereren. Behoud de reeds ingestelde norm ‘Eurocode1’. In de tabel zijn reeds een aantal Aan de slag met PowerFrame

47

belastingsgevallen ingevuld. U kan de namen van de belastingsgevallen wijzigen en er nieuwe aan toevoegen. Wanneer u een belastingsgeval kiest uit de keuze-menu, worden de coëfficiënten rechts automatisch ingevuld. Eerst heeft u de veiligheidscoëfficiënten op de lasten voor de combinaties in uiterste grenstoestand, wanneer de belasting een ongunstig (γu-) of een gunstig (γu+) heeft ; dan volgen de analoge coëfficiënten voor de gebruiksgrenstoestanden en vervolgens de combinatiefactoren ψ0, ψ1 en ψ2. Vervolledig het dialoogvenster zoals hierboven en klik vervolgens op de knop ‘OK’. Eenmaal terug in het venster Lasten, dient u zich ervan te gewissen dat de keuze-menu bovenaan in het Lasten-palet op ‘permanent’ ingesteld staat. We gaan voor het belastingsgeval ‘permanent’ een verdeelde last van 0.5 kN/m aanbrengen op beide spantbenen. Selecteer de spantbenen zoals op onderstaande figuur.

Klik vervolgens op de knop voor het aanbrengen van verdeelde lasten volgens het globale assenstelsel en vervolledig als volgt :

Nadat u bevestigd heeft met de knop ‘OK’, bekomt u volgend resultaat:

48


Ga op analoge wijze tewerk voor het aanbrengen van de 2 gebruikslasten. Voor ‘gebruikslast 1’ brengen we enkel op het linkerspantbeen een verdeelde last van 0.5 kN/m aan, voor ‘gebruikslast 2’ enkel op het rechterspantbeen. U verandert van belastingsgeval door gebruik te maken van de keuze-menu bovenaan in het Lasten-palet.

Eens de lasten gedefinieerd zijn, kunnen we de combinaties genereren. Klik . Klik daarna in het dialoogvenster op de hiervoor in het palet op de knop knop ‘Genereer combinaties’. PowerFrame vraagt u voor welke grenstoestanden u de combinaties wil genereren. Kruis ze allemaal aan.


49

Hiermee zijn alle noodzakelijke gegevens voorhanden voor de berekening en verificatie van de structuur.

3.1.3.3 Berekening van kniklengtes De eerste stap bij de berekening van een structuur is de bepaling van de kniklengtes. PowerFrame laat u toe deze kniklengte te berekenen. in de iconenbalk. PowerFrame vraag u voor welk soort Klik op de knop analyse u de kniklengte wenst te bepalen. In het geval van een eerste orde berekening worden de kniklengtes bepaald door rekening te houden met de verplaatsbaarheid van de knopen. Wanneer u de berekening van de kniklengtes maakt, zal u merken dat de kniklengtes uit het vlak niet realistisch zijn, omdat er geen rekening kan worden gehouden met de gordingen tussen twee opeenvolgende spanten. Een eenvoudige manier om rekening te houden met andere elementen die loodrecht op het vlak aangrijpen – wanneer men zich wenst te beperken tot een 2D berekening – is de verplaatsing van een aantal knopen uit het vlak te verhinderen. Wij zullen daartoe de spantbenen verdelen in een aantal delen. Activeer opnieuw het venster ‘Geometrie’ en selecteer de twee grootste delen van de spantbenen zoals aangegeven op onderstaande figuur.

50


Verdeel de geselecteerde staven in 8 delen met behulp van de knop Wanneer deze verdeeld zijn, verdeelt u de 4 andere delen elk in 4 delen.

.

We gaan nu voor alle knopen, uitgezonderd de twee steunpunten, de verplaatsing uit het vlak vasthouden. Trek een selectiekader rond heel de structuur, behalve rond de twee steunpunten, van linksboven naar rechtsonder.


51

Klik vervolgens in het Geometrie-palet op de knop steunpunten en vervolledig als volgt :

voor het toekennen van

Voer nu opnieuw de berekening van de kniklengtes uit. Opmerking : voert men de berekening van de kniklengtes niet uit, dan wordt als kniklengte automatisch de lengte van de staaf zelf genomen, of liever van de groep (zie Referentiehandleiding) waartoe de staaf behoort. We kunnen deze lengte altijd wijzigen bij de verificatie van de knikweerstand. Om de kniklengtes te visualiseren, selecteert u de menu-instructie ‘Toon’ – ‘Gegevens algemeen...’. Kruis vervolgens in het dialoogvenster de parameters ‘kniklengte in vlak’ en ‘kniklengte uit vlak’ aan. Om de tekening zo overzichtig mogelijk te maken, zet u best de optie ‘Knopen’ – ‘Nummers’ uit. Het resultaat ziet er dan als volgt uit.

52


3.1.3.4 Analyse Vooraleer de berekening te starten, is het belangrijk zich te vergewissen van de gebruikte materiaaleigenschappen. PowerFrame kiest standaard voor hout een elasiticiteitsmodulus van 8000 N/mm2. Deze waarde is relatief klein en stemt overeen met een nogal matige houtkwaliteit. We zullen daarom de elasticiteitsmodulus van 12000 N /mm² gebruiken. Hiervoor gaan we in 2 stappen tewerk. Eerst en vooral, dienen we de materiaalbibliotheek aan te passen. Selecteer de menu-instructie ‘Wijzig’ – ‘Materiaalbibliotheek’ – ‘Wijzig Matbib.efm’. Wanneer u de menu-instructie geselecteerd hebt, verschijnt er een dialoogvenster met verschillende materialen. U vindt er o.a. het materiaal ‘hout’ in terug. Selecteer dit materiaal ‘hout’ in de lijst. De eigenschappen van het geselecteerde materiaal worden aan de rechterzijde getoond. Wijzig de waarde van de E-modulus in 12000 N/mm² en bevestig met ‘OK’. De tweede stap bestaat erin dit materiaal toe te kennen aan alle staven. Selecteer daarom in het venster Geometrie de ganse structuur en klik vervolgens op de knop in het palet. PowerFrame toont u de lijst van de beschikbare materialen. Kies het materiaal ‘hout’. We gaan nu over tot de berekening van de structuur. Selecteer in het menu ‘Studie’ de instructie ‘Analyseer’. PowerFrame vraagt u de gewenste analyse. Kies de instellingen zoals hieronder.


53

Eenmaal de berekening beëindigd, bekijken we de resultaten in het venster Plot. Kies hiervoor de menu-instructie ‘Venster’ – ‘Plot’. Elke knop van het palet behorend bij het venster Plot stemt overeen met een bepaald resultaat. Met de keuze-menu van het palet, kiest u de combinatie voor dewelke u de resultaten wenst te zien. De omhullenden voor de verschillende grenstoestanden bevinden zich op het einde van de lijst met als benamingen ‘UGT’ (uiterste grenstoestand), ‘GGT ZC’ (gebruiksgrenstoestand zeldzame combinaties) en ‘GGT QP’ (gebruiksgrenstoestand quasi-permanente combinaties). We bekijken bvb. de omhullende voor de vertikale verplaatsingen onder de zeldzaam aanwezige combinaties. Zet de keuze-menu op ‘GGT ZC’ en klik vervolgens op de knop . We bekomen volgend resultaat.

Bekijken we vervolgens de omhullende voor de buigende momenten onder en door in de de uiterste grenstoestanden door te klikken op de knop keuze-menu het item ‘UGT’ te selecteren.

Om slechts op een gedeelte van de structuur de resultaten zichtbaar te maken, gebruikt u de knoppen , , en om resp. de geselecteerde staven te verbergen, enkel de geselecteerde staven zichtbaar te maken of de gehele structuur zichtbaar te maken. Eenheden worden steeds aangeduid in de hoofding van het Plot-venster. Zij kunnen gewijzigd worden via de menu-instructie ‘Scherm’ – ‘Eenheden en decimalen’. 54


3.1.3.5 Weerstands- en knikcontrole Eenmaal de globale analyse van het raamwerk beëindigd is, kunnen we een verificatie uitvoeren van de sectieweerstand en de knikgevoeligheid volgens Eurocode 5. Voor deze verificatie zijn er meer materiaalafhankelijke parameters nodig dan deze nodig voor de globale analyse (ingesteld in de materiaalbibliotheek). Selecteer hiervoor de menu-instructie ‘Studie’ – ‘Parameters hout…’ en vervolledig als volgt. (Wanneer u in de keuzemenu ‘C30’ selecteert, worden de andere parameters automatisch ingevuld.)

Om de verificatie te starten, gebruikt u dezelfde instructie als voor de verificatie van stalen structuren : . Wanneer de verificatie beëindigd is, zijn er onderaan twee bijkomende knoppen selecteerbaar in het palet van het geeft toegang tot de resultaten van de venster ‘Plot’. De linkse knop weerstandscontrole, de rechtse tot de resultaten van de knikcontrole. Klik om de resultaten van de weerstandscontrole te bekijken. We eerst op bekomen dan volgende figuur :


55

Op de figuur lezen we af dat de secties van de spantbenen voor maximaal 91,90 % van hun maximale capaciteit benut worden. De dimensionering van de spantbenen blijkt dus zeer goed te zijn. Bekijken we vervolgens de resultaten van de knikcontrole met de knop

.

We merken op dat de weerstandspercentages voor knik in de horizontale balk overschreden worden. Deze balk staat onder druk omdat we de verplaatsing van beide voetpunten van de spantbenen totaal verhinderd hebben. Om de resultaten voor een bepaalde staaf meer in detail te bekijken, volstaat het om, hetzij voor de weerstand, hetzij voor de knik, de staaf te 56


dubbelklikken in het Plot-venster. Roep bijvoorbeeld de resultaten op van de horizontale ligger. Er verschijnt een dialoogvenster met de details van de berekening. Klik in de bovenste helft van het detail op de verificatie waarover u meer uitleg wenst; in de onderste helft verschijnen dan de details m.b.t. die verificatie. Zoals verwacht is er een knikprobleem voor deze balk. Een optimalisatie is in dit geval gewenst.

3.1.3.6 Optimalisatie Met PowerFrame kan u een optimalisatie uitvoeren voor de secties op basis van de laatste resultaten. Om de secties te optimaliseren, klikt u in de iconenbalk bovenaan op de knop . Vervolledig het dialoogvenster als volgt.


57

Tijdens de optimalisatie, kan PowerFrame eventueel een boodschap geven dat er geen optimale sectie gevonden kan worden binnen de beschouwde groep profielen van de profielen bibliotheek (het lichtste profiel is nog veel te sterk of het zwaarste is nog veel te licht). Om deze boodschap niet telkens opnieuw voor elk element te zien verschijnen, kunnen we het kruisvakje onderaan de boodschap uitkruisen. PowerFrame stelt u wijzigingen voor sommige staven voor die u kan accepteren of niet.

58


De secties ‘38-115’ dienen vervangen te worden door een sectie ’38-150’. Klaarblijkelijk is de eerstvolgende sectie ’38-125’ uit de bibliotheek nog onvoldoende om het knikprobleem van de horizontale staaf op te lossen.


59

3.2

Geavanceerde voorbeelden

3.2.1 Voorbeeld 1 : Een stalen structuur We berekenen nu een 3D staal structuur. Ofschoon de structuur de we berekenen eenvoudig blijft, is PowerFrame in staat de meest complexe structuren te berekenen. Hieronder vindt u een schets van de te berekenen structuur :

3.2.1.1 Opbouw van de geometrie We beginnen met de structuur te tekenen in het venster Geometrie. Zorg er eerst en vooral voor dat het Geometrie-venster het actieve venster is en dat u zich in het vooraanzicht bevindt. Klik hiervoor op de knop ‘zicht’ onderaan links in het Geometrie-venster en kies het zicht zoals hieronder.

60


Opmerking : Het globale assenstelsel is instelbaar via de menu-instructie ‘Scherm’ – ‘Keuze globaal assenstelsel’. Het kan nuttig zijn een tekenraster te definiëren. Klik hiervoor op de knop in de iconenbalk onder het menu en stel het in naar wens. U kan ook gepersonaliseerde rasters creëren. In de eerder getoonde schets van de 3Dstructuur ziet u hiervan een voorbeeld (lijnen A tot E en 2 tot 4, inclusief maataanduiding). We beginnen met een portiek te tekenen samengesteld uit 2 kolommen van elk 4 m hoog en 2 spantbenen met een horizontale lengte van 7 m en een helling van 15°. De meest eenvoudige methode is gebruik te maken van voorgedefinieerde structuren. Klik hiervoor op de knop van het Geometrie-palet en kies daarin voor het genereren van een portiek. Vervolledig het dialoogvenster als volgt :

Een andere methode bestaat erin de portiek met de muis in het venster Geometrie te tekenen door gebruik te maken van een raster. De helling van 15° zal haast onmogelijk onmiddellijk juist te tekenen zijn, maar u kan de reeds getekende elementen steeds wijzigen via een dubbelklik op het element. Wanneer u een knoop dubbelklikt, kan u zijn coördinaten wijzigen ; wanneer u een staaf dubbelklikt kan u de lengte en de helling wijzigen (wees er wel op bedacht dat het punt van de staaf dat het dichtst ligt bij de muispositie op het ogenblik van de dubbelklik, het punt is dat zijn positie behoudt ; het andere punt zal zich verplaatsen ten einde de gewenste lengte en helling te bereiken). Opmerking : het is altijd wenselijk er zorg voor te dragen dat de aanzet van de constructie zich op het niveau 0 bevindt, zodat coördinaten gemakkelijk kunnen ingegeven worden. Hieronder ziet u de structuur die u bekomt :


61

De kleuren bekomt u enkel wanneer u gebruik maakt van de voorgedefinieerde type-structuur. PowerFrame laat u immers toe gebruik te maken van zgn. types en doet dit zelf automatisch bij de voorgedefinieerde portiek. Een voordeel van dit onderscheid in types is dat u alle elementen van éénzelfde type in één maal kan selecteren door de CTRL-toets ingedrukt te houden en vervolgens één van de staven van het gewenste type te selecteren; PowerFrame selecteert dan automatisch alle andere staven van hetzelfde type mee. Om type te definiëren of te wijzigen klikt u in de iconenbalk op de knop .

We gaan nu aan de getekende lijnen profielen toekennen. Opnieuw zijn er verschillende werkwijzen mogelijk. De eenvoudigste is zonder twijfel een profiel te selecteren uit de profielenbibliotheek. Een andere werkwijze is een type-vorm te kiezen en afmetingen zelf op te geven. Een derde mogelijkheid is het profiel te tekenen met behulp van de module SectionUtility waarmee u willekeurige secties kan gaan tekenen. We kiezen voor de meest eenvoudige manier : een profiel uit de profielenbibliotheek. Zorg er eerst en vooral voor dat de gekozen profielenbibliotheek wel degelijk de bibliotheek met de stalen profielen 62


‘steel.efs’ is. Maak desnoods gebruik van de instructie ‘Wijzig’‘Profielenbibliotheek’ – ‘Kies...’ om de juiste profielenbibliotheek te selecteren. Vervolgens selecteren we de beide kolommen. Klik dan op de knop om toegang te krijgen tot de bibliotheek.

Selecteer in de eerste kolom de gewenste profielgroep en in de tweede kolom het gewenste profiel zelf. Vergeet ook niet de juiste staalkwaliteit te kiezen. We wijzen er terloops op dat u altijd zelf bibliotheken kan aanmaken en wijzigen (zie hiervoor de Referentiehandleiding). Kies voor de kolommen een HEA200. Ga daarna op analoge manier tewerk om aan de spantbenen een IPE240 toe te kennen. van het palet. In Alvorens verder te gaan, klikken we nog even op de knop dit dialoogvenster kan u doorsnedes creëren op basis van een type-vorm. Wanneer u het lijf of de flenzen van een profiel uit de bibliotheek wil versterken door er een plaat op te lassen, kan u hier de totale dikte wijzigen. U kan ook met behulp van het pijltje na de in te voeren naam een reeds elders in het project gebruikt profiel uit een keuze-menu selecteren. Om volledig willekeurige doorsnedes te creëren, maakt u gebruik van de module SectionUtility (zie hiervoor het deel van de handleiding dat speciaal aan SectionUtility gewijd is). Klik hiervoor op de knop van het palet. We verdelen nu de spantbenen in verscheidene delen voor de posities van van het de gordingen. Selecteer de twee spantbenen en klik op de knop palet. Geef in dat u de staven wenst onder te verdelen in 5 delen en bevestig vervolgens met OK. PowerFrame verdeelt de spantbenen nu elk in 5 gelijke delen, maar behoudt daarbij wel de informatie dat die 5 delen telkens één groep vormen (voor meer uitleg over het nut en het gebruik van groepen, verwijzen we naar de referentiehandleiding). Zo zullen, wanneer u de top van


63

de portiek verplaatst, de 5 delen zich telkens gezamenlijk verplaatsen zodat de 5 delen van beide spantbenen elk een rechte lijn blijven vormen. Opmerking : Wanneer u bovenstaande probeert, kan u steeds deze laatste bewerking ongedaan maken via de eerste instructie van het menu ‘Wijzig’. Om de groepering van een aantal staven op te heffen, selecteert u de staven die de groep samenstellen en klikt u vervolgens op het icoon in de iconenbalk. Op dezelfde wijze kan u staven die aaneensluitend zijn en op éénzelfde lijn liggen groeperen door te klikken op het icoon . We definiëren nu de randvoorwaarden van de structuur. We maken hierbij een onderscheid tussen de uitwendige randvoorwaarden die de verbinding met de buitenwereld bepalen, en de inwendige randvoorwaarden die verbinding van een staafeinde naar een knoop bepalen. Standaard worden alle knopen beschouwd als stijve knopen (de staven brengen alle snedekrachten over naar de knoop). We kunnen een stijve knoop wijzigen in een scharnierende knoop waarop alle staven scharnierend toekomen (geen overdracht van buigende momenten van staaf naar knoop, van het wel van de andere snedekrachten), door te klikken op de knop palet (uiteraard eerst de knoop selecteren !) en in het dan getoonde dialoogvenster een scharnierende knoop te kiezen. De al dan niet gedeeltelijke overdracht van de staafkrachten naar de knopen kunnen we opleggen door te klikken op de knop van het palet (eerst de staaf selecteren !). Deze twee knoppen laten dus toe de inwendige randvoorwaarden vast te leggen. Om de uitwendige randvoorwaarden te definiëren, selecteert u eerst de twee voetpunten van de kolommen en klikt ; u bekomt volgend dialoogvenster : vervolgens op de knop

Hierin kunnen we de 6 vrijheidsgraden al dan niet gedeeltelijk belemmeren. U kan deze vrijheidsgraden belemmeren door te klikken op één van de knoppen 64


bovenaan in het dialoogvenster, of door in de onderste helft aan te kruisen welke vrijheidsgraden volledig belemmerd worden en door voor de gedeeltelijk belemmerde vrijheidsgraden de veerkonstante voor de beschouwde richting in te geven. Voor ons voorbeeld kiezen we voor scharnierende opleggingen knop van links).

(tweede

We hebben nu één portiek gedefinieerd in 2D ; we zullen deze nu een aantal maal dupliceren om aldus een 3D-structuur bekomen. Bij het dupliceren worden niet alleen alle geometrische eigenschappen ovegenomen, maar ook bvb. de lasten. Selecteer de portiek en klik op de knop in het palet. Vervolledig als volgt :

‘N’ is het aantal bijkomende portieken. Wanneer u 0 invult, wordt de portiek gewoon verschoven. Wanneer u de optie ‘met verbinden’ aankruist, worden de portieken telkens met de voorgaande portiek verbonden door horizontale staven ter plaatse van de knopen, behalve voor de knopen die zich op het niveau 0 bevinden. In ons geval worden dus ook automatisch de gordingen gegenereerd. De drie in te vullen waardes zijn de vectoriële componenten van de verplaatsing.. Zie hier het te bekomen resultaat :


65

Om het resultaat in een 3D-tekening te bekijken, klikt u onderaan links in het venster op de knop ‘zicht’ en kiest u een 3D-zicht. Opmerking : Het kan zijn dat de voorstelling op uw toestel er anders uitziet. U kan namelijk een reeks gegevens al dan niet weergeven. Klik desnoods op de knop in de iconenbalk om deze instellingen aan te passen. We veronderstellen dat de gordingen via hoekijzers tussen de spanten opgelegd zijn, zodat er geen overdracht van buigende momenten mogelijk is. We kennen eerst aan de gordingen een profiel IPE100 toe. Om alle gordingen snel in één keer te selecteren, maken we gebruik van de menuinstructie ‘Wijzig’ – ‘Selecteer’ – ‘Profiel’ en selecteren hier ‘ ?’ (de staven die nog geen profiel toebedeeld gekregen hebben).

66


Opmerking : In dit geval hadden we de gordingen ook kunnen selecteren door onder ‘Wijzig’ – ‘Selecteer’ de optie ‘Horizontale staven’ te kiezen. Nadat we het profiel IPE100 toegekend hebben, behouden we de selectie en in het palet, om scharnieren aan te brengen op de klikken nu op de knop uiteinden van de gordingen. Vervolledig het dialoogvenster zoals hieronder. Net zoals voor de uitwendige vrijheidsgraden kan u ook hier bovenaan via het klikken op een symbool onmiddellijk een bepaalde configuratie kiezen, zoals bvb. het laatste symbool voor scharnierende staafuiteinden aan beide zijden. U kan natuurlijk ook de vrijheidsgraden zelf geheel (door het aankruisvakje aan te kruisen) of gedeeltelijk (door een waarde in te geven voor de veerstijfheid) beperken. Wanneer u uw keuze bevestigt, verschijnen er kleine ronde symbolen op de uiteinden van de gordingen die de aanwezigheid van een scharnier voorstellen. Ziet u deze niet, zorg dan dat u via de menuinstructie ‘Toon’ – ‘Gegevens algemeen’ de optie aanzet voor het tonen van scharnieren en eventueel de optie voor het volledig tekenen van de profielen uitzet om de tekening duidelijk te maken.

We moeten nu nog de structuur van beide kopgevels, alsook de windverbanden invoeren. We beginnen met de gevels en gebruiken hiervoor de functie ‘Extrusie’. Aan de slag met PowerFrame

67

We selecteren voor beide gevels alle punten op de spantbenen, uitgenomen deze die aansluiten op de kolommen. Dit kunnen we eenvoudig doen door in een vooraanzicht een sellectiekader te trekken van links naar rechts die de spantbenen bevat, behalve de eindpunten ervan. Klik vervolgens op de knop in het palet en vervolledig het venster als volgt :

Met deze functie creëren we staven met beginpunt in de geselecteerde knopen en met het eindpunt bepaald door de componenten van de ingevoerde vector. Vermits de beginpunten van de gegenereerde staven op een hellende lijn liggen, zullen ook de eindpunten op een hellende lijn liggen. Wensen we alle staven af te snijden op niveau 0, dan selecteren we eerst alle vertikale staven van de zijwanden en klikken in het Geometrie-palet op de functie voor het snijden van staven. We geven als snijvlak y = 0 op.

Vervolgens plaatsen we ons in een vooraanzicht, selecteren met een selectiekader van links naar rechts de overbodige delen en verwijderen deze door op de Delete-toets te drukken of gebruik te maken van de knop in het Geometrie-palet. 68


Opmerking : Een andere mogelijkheid zou geweest zijn om de coördinaten van de knopen onderaan één voor één op hoogte nul te brengen door de knopen te dubbelklikken. Vergeet ook niet geregeld uw project te bewaren in de iconenbalk. met de knop Ken vervolgens aan de nieuwe staven een profiel HEA100 toe en zet scharnierende steunpunten aan de eindpunten onderaan. PowerFrame neemt zelf een standaard oriëntatie voor de profielen aan. We wensen de HEA100 profielen echter 90° te draaien om ze meer efficiënt te gebruiken. Selecteer eerst de staven met profiel HEA100 en klik vervolgens op het icoon van het palet en geef voor de rotatiehoek 90° in. We bekijken nu hoe we een opening voor een poort in een zijgevel aanbrengen. Selecteer eerst in één gevel de kolom juist links van de nok. Verdeel deze kolom in twee met de functie . Dubbelklik vervolgens op de onderste helft van de onderste staaf. Er verschijnt een dialoogvenster waarin u de geometrie van de staaf kan wijzigen. Verifieer dat de lengte inderdaad 2,75m is. Desgewenst kan u hier de lengte wijzigen.


69

Om het linteel te tekenen, klikt u op de knop en tekent u in 3D (zorg ervoor dat u gebruik maakt van een isometrisch perspectief) een lijn naar en loodrecht op de kolom juist rechts van de nok. Een intelligente cursor helpt de loodrechte positie te vinden (is hier het midden van de staaf). Vervolgens selecteert u het linteel en de middenste kolom, vertrekkend uit de nok en zoekt u het snijpunt van deze twee staven.

Ken vervolgens aan de twee staven die het linteel vormen eveneens een HEA100 toe. Verwijder tenslotte de onderste centrale kolom door deze te te klikken of op de Delete-toets. selecteren en vervolgens op de knop Om ook in de andere gevel de opening te krijgen, selecteren we enkel de twee staven van het linteel en voeren een translatie uit over 20 m (met de

70


, vergeet niet N = 1 te stellen). Verifieer ook het teken zodat de knop translatie in de juiste richting gebeurt (geef eventueel -2000 cm in).

Tenslotte voegen we de windverbanden toe. Voor de juiste positie van de windverbanden verwijzen naar de figuur in de inleiding van dit voorbeeld. Teken de staven in het 3D-zicht bij ; zorg ervoor dat de lijnen telkens beginnen en eindigen in de reeds bestaande knopen (als de intelligente cursor de bewuste knoop in ’t rood omcirkelt, zal de lijn inderdaad in de knoop beginnen of eindigen). Ken aan de staven hoekprofielen toe met sectie L30x5. Vergeet ook niet de windverbanden als trekstaven te definiëren. Selecteer hiervoor eerst alle staven van de windverbanden en klik vervolgens . In het dialoogvenster dat dan verschijnt geeft u aan dat het om op trekstaven gaat.


71

3.2.1.2 Invoer van de lasten We verlaten nu het venster Geometrie en voeren de lasten in het Lastenvenster in. Selecteer de menu-instructie ‘Venster – Lasten’. Bij het venster Lasten behoort een afzonderlijk palet. Met de eerste knop definieert u de verschillende belastingsgevallen, met de tweede de belastingscombinaties. De keuze-menu eronder duidt het actieve belastingsgeval aan (de naam van het belastingsgeval wordt ook in de titel van het Lasten-venster aangeduid). Met de volgende knop worden alle lasten op de geselecteerde staaf verwijderd. Met de knoppen op de volgende rij worden puntlasten, momentlasten en opgelegde verplaatsingen in knopen ingevoerd. De twee volgende rijen dienen voor het ingeven van lasten op staven, resp. volgens het globale en het lokale assenstelsel. Verder kunnen ook temperatuurlasten (opwarming of afkoeling van staven) opgeven worden, alsook een aanspankracht. De twee eerste knoppen van de laatste rij geven toegang tot de wind-, resp. sneeuwlastgenerator. Met de laatste knop worden oppervlaktelasten verdeeld over de geselecteerde staven. Eerst en vooral stellen we de belastingsgevallen in door op de knop het palet te klikken.

72


van

Eerst en vooral geeft u aan welke de gewenste norm is volgens dewelke u de belastingsgevallen wenst te definiëren. Standaard zijn er reeds een aantal belastingsgevallen vooringevuld. U kan deze vrij wijzigen of aanvullen. Via een keuze-menu kan u kiezen uit voorgedefinieerde belastingsgevallen. U kan de naam en coëfficiënten nadien nog eigenhandig wijzigen. Vervolledig het venster zoals hierboven. Voor een diepgaandere uitleg over alle mogelijkheden in dit venster verwijzen we u naar de referentiehandleiding. We beperken ons hier tot het ingeven van een permanente en gebruikslast bovenop het eigengewicht. We negeren de wind- en sneeuwlasten : deze lasten worden behandeld in een afzonderlijk deel van de handleiding. Het spreekt voor zich dat in een praktijkgeval de wind- en sneeuwlasten wel degelijk een rol spelen en dus niet genegeerd mogen worden. In het permanente belastingsgeval beschouwen we een vertikaal verdeelde last van 0.5 kN/m2 op het dak en op de kolommen in de zijwanden; in de gebruikslast enkel een verdeelde last van 1kN/m2 op het dak. We starten met het ingeven van de lasten in het permanente belastingsgeval. De lasten worden toegepast op de gordingen. Selecteer in de keuze-menu van het palet het belastingsgeval ‘permanent’. PowerFrame beschikt over de mogelijkheid om verdeelde lasten te berekeningen. Dit laat toe om een verdeelde last aan te brengen op de geselecteerde staven in het zelfde vlak. Men zal dus in 2 stappen moeten werken voor de 2 hellingsvlakken. Selecteer de staven zoals hieronder:


73

Klik vervolgens op de knop

en vervolledig het dialoogvenster als volgt:

Wanneer u met de ‘OK’-knop bevestigt, berekent PowerFrame hoeveel de belasting bedraagt voor elke gording. Pas dezelfde werkwijze toe op het andere hellingsvlak. Tip : i.p.v. de werkwijze te herhalen voor het andere dakvlak, kan u ook, gezien de regelmatige vorm, lasten kopiëren van één staaf naar een andere door de staaf met de te kopiëren last te selecteren, vervolgens op de rechtermuisknop te klikken, het item ‘Kopieer last(en)’ te selecteren, daarna alle staven waarop dezelfde last moet komen te selecteren, opnieuw op de rechtermuisknop te klikken en nu het item ‘Plak last(en)’ te selecteren. Gebruik dezelfde manier om lasten aan te brengen op de kolommen in de zijgevels. Selecteer alle kolommen van één zijgevel. Ook hier staan de lasten vertikaal.

74


Verifieer aan de hand van bovenstaande figuur of u de lasten juist ingevoerd hebt. We hebben voor bovenstaande figuur het aantal decimalen voor verdeelde lijnlasten verhoogd naar 3 via de menu-instructie ‘Scherm’ – ‘Aantal decimalen’. Is een bepaalde last niet juist, dubbelklik dan de staaf en wijzig of wis de waarde in de tabel die verschijnt; u kan ook de staaf alvorens de juiste last in te selecteren en de foutieve last wissen met voeren. Iedere staaf bevat 8 lastdelen want een oppervlaktelast wordt niet uniform verdeeld over het draagvlak. Om de voorstelling iets overzichtelijker te maken kan u de arcering verwijderen via de menu-instructie 'Wijzig – Voorkeuren' Bovenaan rechts in het dialoogvenster kan u deze optie wijzigen. De eventuele lasten van de kopgevels worden hier verwaarloosd. Selecteer nu in het Lasten-palet via de keuze-menu het belastingsgeval ‘gebruikslast’ en breng op het dak een oppervlaktelast aan van 1kN/m2. Op dezelfde manier kan u lijnlasten, puntlasten en momentlasten aanbrengen op staven door telkens eerst de staven te selecteren waarop u de last(en) wil aanbrengen. Voor meer informatie verwijzen we naar de referentiehandleiding. Nu we de belastingsgevallen bepaald hebben, dienen we nog de belastingscombinaties te definiëren. PowerFrame is in staat automatisch de lastencombinaties te bepalen volgens de Eurocode, op basis van de Aan de slag met PowerFrame

75

ingestelde veiligheidsen combinatiefactoren van de belastingsgevallen. Het is ook mogelijk zelf manueel de combinaties in te geven. Om de combinaties te bepalen, klikt u op . Om de combinaties automatisch te genereren klikt u in het dialoogvenster op de knop . PowerFrame vraagt u welke soort combinaties u wenst te genereren (individuele belastingsgevallen, uiterste grenstoestand, gebruiksgrenstoestand,…). Kruis ze allemaal aan. U bekomt dan onderstaand resultaat :

U vindt de 3 individuele belastingsgevallen terug, 8 combinaties uiterste grenstoestand en 4 combinaties gebruiksgrenstoestanden.

3.2.1.3 Berekening van kniklengtes PowerFrame is voorzien van een algorithme om nauwgezet de individuele kniklengte van een staaf te berekenen. Deze lengtes worden in rekening gebracht bij de verificatie van de knik. Wanneer u geen beroep doet op dit algorithme, zal PowerFrame de lengte van het element zelf als kniklengte aannemen (behalve voor staven die achteraf opgesplitst worden : hiervoor behoudt PowerFrame de oorspronkelijke staaflengte). Om de kniklengtes te berekenen, klikken we op het icoon iconenbalk. 76


in de

In het dialoogvenster dient u aan te geven voor welk type globale analyse u de kniklengtes wenst te bepalen. In het geval van een 2° orde berekening worden de knopen als niet-verplaatsbaar beschouwd en zal de kniklengte merkelijk kleiner zijn dan bij verplaatsbare knopen. Kies voor een kniklengteberekening voor een 1° orde analyse. De berekening neemt enige tijd in beslag. Wanneer deze beëindigd is, kan u de kniklengtes in het Geometrie-venster visualiseren door de menu-instructie ‘Toon’ – ‘Gegevens algemeen’ te selecteren en de opties ‘Kniklengte in vlak’ en ‘Kniklengte uit vlak’ aan te kruisen.

3.2.1.4 Analyse en verificatie De berekening van de structuur gebeurt in 2 stappen. Eerst berekenen we de inwendige krachtsverdeling volgens een elastische analyse (de verplaatsingsmethode). Vervolgens worden deze resultaten getoetst aan weerstand en knik volgens een welbepaalde norm. We zullen hier niet alle parameters bespreken die tussenkomen in de globale analyse. We verwijzen hiervoor naar de referentiehandleiding. in de iconenbalk of Om de structuur te analyseren, klikken we op de knop selecteren we de menu-instructie ‘Studie’ – ‘Analyseer’. PowerFrame stelt u voor eerst de structuur te bewaren, wat we zeker aanbevelen. Vooraleer de berekening aan te vangen, verifieert PowerFrame eerst of er wel voldoende gegevens voorhanden zijn : hebben alle staven een profiel toebedeeld gekregen, zijn er steunpunten gedefinieerd, zijn er combinaties bepaald, enz. Wanneer u het voorbeeld nauwgezet gevolgd hebt, zal hier geen probleem zijn ; in het andere geval zal u eerst de nodige aanpassingen moeten doen. PowerFrame vraagt u welk soort analyse u wenst uit te voeren.


77

Eerst en vooral heeft u twee tabbladen : een eerste voor de statische analyse, een tweede voor de dynamische. Voor de dynamische analyse verwijzen we naar de referentie-handleiding. U kan kiezen tussen een eerste en een tweede orde berekening. Voor veel structuren zal een 1° orde berekening volstaan ; soms kan het echter noodzakelijk zijn een 2° orde berekening uit te voeren. Onafhankelijk van een 1° of 2° orde berekening, kan u al dan niet rekening houden met een toevallige scheefstand. In dit voorbeeld kiezen we voor een 1° orde berekening met scheefstand. Vul het dialoogvenster in zoals hierboven weergegeven. Nadat u bevestigd heeft met de knop ‘OK’, start de berekening. Tijdens de berekening kan u de voortgang ervan volgen in een dialoogvenster. U kan de berekening voortijdig stop zetten, door op de knop ‘Stop’ te klikken. Eenmaal de berekening beëindigd, kan u de resultaten in twee vensters raadplegen : in het venster ‘Plot’ vindt u de grafieken, in het venster ‘Resultaten’ de tabellen. De inhoud van beide vensters is steeds in relatie met elkaar. Zijn er geen of meerdere staven in het Plot-venster geselecteerd, dan bevatten de tabellen de extreme waarden voor alle zichtbare staven; is er één 78


welbepaalde staaf in het Plot-venster geselecteerd, dan bevatten de tabellen enkel de resultaten van deze staaf in 11 punten (begin- en eindpunt en 9 tussenpunten, telkens op 1/10de van de staaflengte). We overlopen nu eerst de verschillende knoppen van het Plot-palet. Bovenaan bevindt er zich een keuze-menu om de gewenste combinatie of omhullende te selecteren. De eerste vier knoppen eronder geven toegang tot de verplaatsingen in de verschillende richtingen. Door op één van de volgende 6 knoppen te klikken, bekomt u de grafieken voor normaalkracht, dwarskracht behorend bij buiging om de sterke, resp. zwakke as, buiging rond de sterke, resp. zwakke as en torsie. De volgende vier knoppen geven de grafieken voor trek- en druk spanningen rond de sterke, resp. zwakke as. De knop eronder toont de steunpuntsreacties. Heeft u een minimum en maximum reactie, dan vindt u hier twee knoppen. Alle hierboven beschreven knoppen zijn toegankelijk als u de analyse uitgevoerd heeft. In een later stadium zal u ook toegang krijgen tot de laatste zes knoppen : de eerste vier hiervan, die betrekking hebben op de wapeningshoeveelheden, vereisen dat er elementen in gewapend beton aanwezig zijn en dat de wapening berekend werd; de twee laatste tonen de resultaten van de weerstandsen knikcontrole voor staal en hout en zijn dus enkel beschikbaar wanneer er minstens één element in staal of hout is en de controles werden uitgevoerd. Hieronder ziet u bvb. de resultaten voor de vertikale verplaatsing onder de zeldzaam aanwezige combinatie GGT ZC 1. De verplaatsingen zijn uitgedrukt in mm.


79

In dit voorbeeld zien we dat de doorbuiging vrij groot is en meer dan waarschijnlijk niet toelaatbaar. Om te oordelen of de structuur in staat is weerstand te bieden aan de aangrijpende krachten, dienen we een verificatie volgens Eurocode 3 uit te voeren. We kunnen echter nu al een eerste inschatting maken van de kans op succes. We bekijken hiervoor de spanningen. Deze spanningen mogen in de uiterste grenstoestand de vloeigrens niet overschrijden (voor FE 360 : fy = 235N/mm2). We kunnen dus snel verifiëren of dit wel gerespecteerd wordt. In dit voorbeeld wordt de vloeigrens evenwel sterk overschreden. Bij een lichte overschrijding kan men niet a priori zeggen of de structuur al dan niet zal voldoen, omdat de getoonde spanningen elastische normaalspanningen zijn en de verificatie enerzijds niet altijd elastisch maar dikwijls ook plastisch gebeurt en anderzijds ook schuifspanningen in rekening brengt. We hebben nu twee mogelijkheden : ofwel doen we of er niets aan de hand en voeren we de verificatie uit en laten we het programma de optimale secties zoeken, ofwel wijzigen we nu zelf reeds de profielen zodat de spanningen op een aannemelijk niveau komen. We kiezen voor de eerste werkwijze. We zullen nu de verificatie doen volgens Eurocode 3. Indien u een andere norm verkiest, kan u deze instellen via de menu-instructie ‘Studie’ – ‘Staalnorm’. Klik vervolgens op de knop in de iconenbalk of selecteer de menuinstructie ‘Studie’ – ‘Berekenen staal en hout’. Opmerking : De normcontrole is enkel mogelijk voor de type-vormen van PowerFrame (dus niet voor de met Section Utility getekende vormen die zeer willekeurig kunnen zijn). Wanneer de normcontrole voltooid is, worden de twee knoppen onderaan het Plot-palet beschikbaar :

Met de eerste bekijkt u de resultaten van de weerstandscontrole, met de tweede deze van de knikcontrole. De resultaten worden weergegeven in % en houden rekening met alle combinaties. Het verwondert ons helemaal niet hier resultaten te vinden die de 100% overtreffen. Om in detail de resultaten van een bepaalde staaf te bekijken, dient u deze in het Plot-venster te dubbelklikken. 80


Voor de weerstandscontrole geeft PowerFrame u de percentages voor alle verificaties vereist door de norm (voor Eurocode 3 zijn dit normaalkracht trek, normaalkracht druk, buigend moment, dwarskracht, buigend moment in combinatie met dwarskracht, in combinatie met normaalkracht en in combinatie met dwarskracht en normaalkracht, en torsie). Wanneer u op een bepaalde lijn klikt, worden de tussenresultaten, die leiden tot de percentages, in de onderste helft van het venster getoond.


81

In het dialoogvenster met de details voor de knikcontrole, kan u bepaalde parameters wijzigen. Het betreft hier de kniklengtes voor knik rond de sterke en rond de zwakke as enerzijds en het aantal kipverstijvers en de randvoorwaarden voor laterale torsie anderzijds. De kiplengte wordt standaard gelijk genomen aan de staaflengte. Plaatst u één kipverstijver (automatisch in het midden van de staaf) dan wordt de kiplengte de halve staaflengte, bij twee kipverstijvers een derde van de staaflengte, enz. Wanneer u de kniklengtes berekend heeft, zijn deze in principe correct ; u kan ze evenwel hier manueel wijzigen of een kniklengteberekening uitvoeren enkel voor deze staaf. Voor een diepgaandere uitleg over de resultaten verwijzen we naar de referentiehandleiding.

3.2.1.5 Optimalisatie We waren reeds tot de vaststelling gekomen dat de profielen ondergedimensioneerd zijn. We zullen hier gebruik maken van het optimalisatie-algorithme van PowerFrame om de meest optimale profielen toe te kennen. De optimalisatie gebeurt steeds op basis van de bekomen percentages van de verificatie. Het is dan ook steeds noodzakelijk eerst een verificatie uit te voeren alvorens de optimalisatie te starten. 82


De optimalisatie van een sectie kan gebeuren op twee manieren. De eerste manier wordt toegepast op profielen die uit de bibliotheek werden gekozen ; de tweede wanneer de doorsnede gedefinieerd is op basis van een typevorm. Voor deze laatste kan men de hoogte of breedte in stappen laten variëren om te komen tot de optimale sectie. In ons voorbeeld vallen we terug op de eerste manier. De tweede manier zal aan bod komen in het laatste voorbeeld van een 3D houten structuur. Om de optimalisatie te starten, klikt u op de knop

in de iconenbalk.

Het optimalisatieproces zoekt het profiel in de groep van het huidige profiel dat het dichtst het ingestelde percentage benadert zonder het te overschrijden. Dit ingestelde percentage staat standaard op 100%. De optimalisatie gebeurt op basis van de snedekrachten bekomen met de huidige profielen. Wanneer de bekomen percentages sterk afwijken van de 100 %, zal de profielwijziging soms aanzienlijk zijn en kan dit leiden tot soms nogal verschillende snedekrachten en dus tot andere percentages dan deze die PowerFrame voor de optimalisatie inschat. Het is derhalve aangewezen om in geval van een grote overschrijding van de 100 %-waarde bij de optimalisatie een percentage na te streven dat kleiner is dan 100 %; een gelijkaardige redenering geldt bij sterk overgedimensioneerde structuren met beduidend kleinere percentages dan 100 %. De optimalisatie kan gebeuren op basis van - de percentages voor de weerstand van de secties ; - de percentages voor het knikgevaar ; Aan de slag met PowerFrame

83

- beide percentages. We kiezen voor een optimalisatie naar 95% en houden rekening met beide percentages. Vervolgens klikken we op de knop ‘Volgende>’.

In het tweede tabblad kan u aanduiden of PowerFrame zelf de profielen automatisch mag vervangen of u integendeel eerst een overzicht wil zien van de te vervangen profielen waarin u uw bevestiging kan geven. Duidt eveneens aan dat gelijke profielen ook na optimalisatie nog gelijk dienen te zijn. Zo vermijdt u dat bvb. de kolommen die aanvankelijk dezelfde sectie hebben, na optimalisatie plots verschillende secties krijgen. Wanneer u de laatste lijn aankruist, zullen alle staven waaraan u een zelfde design type (zie 3.2.1.1) hebt toegekend dezelfde sectie krijgen. De optimalisatie gebeurt steeds binnen dezelfde profielengroep (IPE, HEA, …) van de bibliotheek. Klik tenslotte op ‘Start optimalisatie’. Wanneer er voor een staaf geen sectie kan gevonden worden die de 100 % benadert, geeft PowerFrame een waarschuwing. Dit zal hier zeker het geval zijn voor de kolommen in de kopgevels, omdat we hierop geen lasten aangebracht hebben en dus het lichtste profiel in de groep nog zeer zwaar zal uitvallen. Om deze melding voor alle volgende staven te vermijden, klikt u in het dialoogvenster van de melding de optie ‘volgende keer niet meer tonen’ aan. Wanneer de optimalisatie beëindigd is, verschijnt er een dialoogvenster met de samenvatting van de optimalisatie :

84


In de lijst kan u de nieuwe keuze accepteren of niet. Eenmaal de optimalisatie beëindigd, dient u de analyse en de verificatie opnieuw te doen. De stijfheden en eigengewichten zijn immers gewijzigd. Door die wijziging, kan de nieuwe verificatie soms resultaten geven die nog niet dicht genoeg bij de 100% liggen. Een tweede verificatie dringt zich dan op. Het is precies om die reden dat we in ons voorbeeld de optimalisatie naar 95 % gemaakt hebben i.p.v. naar 100 %. In het voorbeeld wijzigen de kolommen in de zijwanden naar HEA260, de spantbenen naar IPE330 en de dwarse dakliggers naar IPE180. Opmerking : In dit voorbeeld hebben we geen gebruik gemaakt van kniestukken (coupes) in de hoeken van de portieken. In de praktijk kan het voorzien van dergelijke elementen echter vaak tot een economischere oplossing leiden dan het verzwaren van de profielen. PowerFrame biedt u eveneens de mogelijkheid gebruik te maken van dergelijke kniestukken. Voor meer uitleg verwijzen we u naar het paragraaf over het invoeren van secties op basis van een typevorm in de referentie-handleiding.

3.2.1.6 Berekening van de verbindingen We illustreren hier enkel een aantal mogelijkheden van het programma aan de hand van het voorbeeld. Meer informatie vindt U terug in de referentiehandleiding van PowerFrame. Omtrent de werking van de module PowerConnect verwijzen we naar de handleiding van PowerConnect zelf. Doel is de geometrie en de krachten in een knoop door te geven aan het rekenhart van PowerConnect. Daar worden de sterkte en stijfheid van de verbinding berekend in functie van de aanwezige componenten (bouten, lassen, hoekverstijvers, opdikplaten, ...). Deze berekende stijfheid wordt dan in PowerFrame in rekening gebracht voor een meer accurate globale analyse. Aan de slag met PowerFrame

85

We beperken ons in dit voorbeeld tot twee verbindingstypes: de verbinding tussen kolom en balk, en de verbinding van de nok (balk-balk verbinding). We kiezen de structuur zo dat enkel de spanten zichtbaar zijn. We selecteren bijvoorbeeld één staaf van zo’n spant en houden daarbij de CTRL-toets ingedrukt. Klikken op het icoon

geeft ons het gevraagde resultaat.

In het venster ‘Geometrie’, ‘Lasten’ of ‘Plot’ selecteren we vervolgens alle linkse kolommen en aangrenzende staven van de spantbenen. We duiden gelijktijdig de staven aan welke de nok vormen.

Eenmaal de selectie is beëindigd, klikken we op het icoon in de iconenbalk. Er verschijnt een dialoogvenster met daarin een lijst van mogelijke verbindingen.

86


U bemerkt dat verbindingen met een zelfde geometrische configuratie automatisch zijn samengebracht tot één groep. Om de werking van het venster wat meer in detail te bekijken, selecteren we even de tweede groep uit de lijst. Het betreft de verbinding van de kolom met het spantbeen. U dient natuurlijk eerst nog een keuze te maken omtrent de configuratie van de verbinding. Eén verbinding kan immers verschillende configuraties hebben (balk aansluitend op doorlopende kolom of balk opliggend op onderbroken kolom, enz.). De nummers op de tekening corresponderen met de knoopnummers. Hierdoor kan u makkelijk verifiëren of de voorgestelde configuratie van de verbinding de gewenste is. We behouden de voorgestelde keuze. Om het aantal combinaties, waarop de verbinding dient gecontroleerd te worden, te beperken, zullen we enkel de significante combinaties doorsturen naar PowerConnect. Klik hiervoor op de knop ‘Combinaties kiezen’.


87

Voor meer uitleg over het selectie criterium en het werkingsprincipe van de filter, verwijzen we naar de referentie-handleiding. We bevestingen de voorgestelde keuze en belanden terug in het vorige dialoogvenster. Een ‘V’ verschijnt voor de knop ‘Combinaties kiezen’ om aan te tonen dat deze stap voor de geselecteerde verbinding is voltooid. De combinaties worden bewaard, zelfs indien U naar een andere verbinding overschakelt. Op dit ogenblik beschikt het programma over alle gegevens om de verbinding te berekenen. We starten de module PowerConnect door te klikken op ‘Details en berekening van verbinding’. Een eerste dialoogvenster vraagt U een keuze te maken van het verbindingstype. We opteren voor een verbinding met geboute eindplaat (eerste keuzemogelijkheid).

88


PowerConnect maakt een verbinding aan, gebruik makend van een aantal standaard ingestelde parameters (zie gebruikershandleiding PowerConnect). Dimensioneer de verbinding zo optimaal mogelijk en sluit daarna PowerConnect af. In het eerste dialoogvenster verschijnt een tweede ‘V’, ditmaal voor de knop ‘details en berekening van de verbinding’. Op dit moment hebt u de verbinding met zijn resultaten slechts tijdelijk bewaard. Wilt U de verbinding opslaan in de interne bibliotheek van het project, dan dient U de derde knop ‘De verbinding in de bibliotheek plaatsen’ aan te prikken. De interne bibliotheek is de bibliotheek welke verbonden is met het project zelf. In een later stadium kunt U de verbinding toevoegen in een externe bibliotheek. Op die manier kan deze verbinding ook in andere projecten toegepast worden. In het dialoogvenster vult U de naam in van de verbinding. Na klikken op ‘OK’ verschijnt een derde ‘V’.

Rest er ons nog de verbinding toe te kennen aan het model. Met de knop ‘De verbinding toekennen aan het model’ definieert U ten eerste een relatie tussen de geselecteerde knopen en de verbinding uit de bibliotheek. Ten tweede worden aan de staafuiteinden van de betreffende knopen rotatiestijfheden ingevoerd. De classificatie van de knoop wordt hierbij tevens Aan de slag met PowerFrame

89

meegegeven (stijf – halfstijf – scharnierend). Laatstgenoemde gebeurt uiteraard niet indien de staaf van in den beginne scharnierend wordt verondersteld of indien geen rekenregels voorhanden zijn voor het berekenen van deze waarde. Ingeval de stijfheden van de verbinding werden berekend, wordt U onderaan het dialoogvenster gevraagd welke stijfheid U in rekening wenst te brengen.

Een verbinding kan immers onderworpen zijn aan zowel een positief als een negatief moment. PowerConnect berekent de stijfheid voor beide tekens, maar kan slechts één stijfheid in rekening brengen in de globale analyse. In geval de verschillende combinaties inderdaad van teken verschillende momenten genereren in de betrokken knoop, laat PowerFrame u de keuze omtrent de te gebruiken stijfheid. Standaard stelt PowerFrame u voor de kleinste stijfheid te gebruiken.

90


De weg om de eerste verbinding te dimensionneren is op dit moment afgelegd. Het dialoogvenster laat toe om nog andere verbindingen te berekenen, niettegenstaande een nieuwe elastische analyse eigenlijk noodzakelijk is. Op die manier kunt U sneller en efficiënter tot een oplossing komen. Op het ogenblik dat U een andere verbinding selecteert in de verbindingslijst, verdwijnen alle ‘V’s en moet de procedure stap voor stap herhaald worden. Herneem bijvoorbeeld de procedure voor de laatste verbinding in de lijst (balk-balk verbinding). Eens deze twee verbindingen zijn berekend, sluiten we het dialoogvenster. Bedenk dat U de naam van de verbinding in het venster kunt weergeven, indien bij de parameters voor de visualisatie, de verbindingsnaam staat aangevinkt.

3.2.1.7 Een bestaande verbinding toekennen U hebt wellicht opgemerkt dat slechts de verbindingen langs één zijde van de structuur zijn berekend. Gezien de balk-kolom verbindingen aan de rechterzijde een identieke configuratie bezitten, kunnen we aan deze knopen dezelfde verbinding toekennen. Men dient hiervoor wel knoop per knoop te werk te gaan. Selecteer bijgevolg de twee staven welke de eerste rechterverbinding vormen en klik op het icoon .


91

Bij het aanprikken van het icoon , gaat PowerFrame in de eerste plaats na of er staven zijn geselecteerd. Er zijn drie mogelijkheden: - Ofwel verschijnt een lijst met alle gedefinieerde verbindingen in de bibliotheek; - Ofwel toont het dialoogvenster de reeds toegekende verbinding; - Ofwel geeft PowerFrame een lijst met verbindingen die mogelijks aan de staven toegekend kunnen worden. Het betreft hier de laatste mogelijkheid, gezien PowerFrame in één van zijn bibliotheken (in dit geval de interne bibliotheek) een verbinding zal terugvinden die aan de geselecteerde staven kan toegekend worden.

In dit geval bevindt er zich nog maar één verbinding in de bibliotheek. In gevorderde stadia zult U natuurlijk beschikken over meerdere verbindingen afkomstig uit de interne en externe bibliotheek. Om de verbinding effectief toe te kennen aan de geselecteerde staven, klikt U op de knop linksonder: ‘Verbinding toewijzen’. De naam van de verbinding verschijnt dan in het model. Het toekennen van dezelfde verbinding aan de andere knopen gebeurt op dezelfde wijze. 92


3.2.1.8 Verifieren PowerFrame

van

knopen

binnen

Vermits we de stijfheid van alle verbindingen gewijzigd hebben, dringt een nieuwe berekening zich op. Opmerking: Er werd door PowerConnect tevens een verbindingsklasse uitgerekend. U houdt hiermee rekening door in het dialoogvenster van de globale analyse de optie ‘Berekenen met de classificatie van de verbindingsstijfheid’ aan te duiden. Op die manier houdt PowerFrame geen rekening met de gedefinieerde rotatiestijfheden maar wordt de verbinding beschouwd als volledig stijf, halfstijf of perfect scharnierend. In principe moeten we, na de globale analyse, de verbindingen opnieuw doorrekenen in PowerConnect. PowerFrame is echter in staat om de verbindingen te verifiëren op de aangrijpende krachten zonder dat u opnieuw naar de detaillering in PowerConnect dient over te stappen. Hierdoor wordt het aantal manipulaties en de benodigde rekentijd sterk gereduceerd. U voert deze controle uit via de knop . Er verschijnt dan een dialoogvenster met daarin 4 tabbladen. Ieder tabblad komt overeen met een specifiek verbindingstype.


93

Per groep en per knoop wordt een nazicht van de verschillende snedekrachten en combinaties ervan verricht. Wanneer een nazicht niet voldoet, wordt dit in het rood aangeduid, in het andere geval in het groen. Op die manier krijgt U snel een overzicht van de verbindingen die eventuele problemen zouden kunnen leveren.

94


3.2.2 Voorbeeld 2: 3D-structuur in beton Om het 3D aspect voor betonconstructies toe te lichten, zullen we onderstaande structuur invoeren.

3.2.2.1 Modelleren van de geometrie We zullen starten met het tekenen van de eerste portiek in een 2D-zicht. Vervolgens gaan we deze portiek 4 keer copiëren. We starten dus met de eerste portiek. Zorg ervoor dat het venster Geometrie het actieve venster is. Is dit niet het geval, selecteer dan de menu-instructie ‘Venster’ – ‘Geometrie’. Klik vervolgens op de knop ‘zicht’ onderaan links in het venster en selecteer de middenste knop (vooraanzicht). Om de invoer te vergemakkelijken maken we gebruik van een raster. Klik op in de iconenbalk om dit raster in te stellen. de knop PowerFrame stelt twee type rasters voor : een regelmatig en een variabel raster. We gebruiken het regelmatig raster (standaardraster). Voor meer uitleg over het variabel raster verwijzen we naar de referentiehandleiding.


95

Om een regelmatig raster te gebruiken met mazen 1m x 1 m vervolledigt u het dialoogvenster als volgt :

Eenmaal het raster ingesteld, tekenen we de portiek. Klik in het Geometrie. Klik vervolgens met de linkermuisknop op de plaats in palet op het icoon het Geometrie-venster waar u de portiek wil beginnen te tekenen. Houdt de muisknop ingedrukt en verplaats ondertussen de cursor naar de gewenste plaats. Terwijl u de muis verplaatst, worden onderaan de cursor-positie en de relatieve verplaatsing weergegeven. Wanneer u de gewenste plaats bereikt hebt, laat u de muis los. De staaf wordt in het Geometrie-venster getekend.

96


Eenmaal de staaf getekend is, kan men de geometrie wijzigen door te dubbelklikken op de staaf. Men kan tevens de coördinaten wijzigen door te dubbelklikken op de knopen. Hieronder vindt u de tekening en afmetingen van de eerste portiek.

Selecteer de twee kolommen. Om meerdere elementen terzelfdertijd te selecteren, creeërt men een selectievenster. Men kan ook het ene na het andere element aanklikken terwijl men de 'Shift' toets ingedrukt houdt. Hieronder vindt u een illustratie van een selectievenster.

Eenmaal de 2 kolommen geselecteerd zijn, gaan we deze verdelen in 2 stukken. Met de knop kan men de geselecteerde staven onderverdelen in een bepaald aantal stukken


97

Nadat u met de knop 'OK' bevestigd heeft, zijn de beide staven in 2 stukken verdeeld. Men kan de nieuwe knooppunten gebruiken om nieuwe staven te tekenen. We maken hiervan gebruik om de balk te plaatsen die de vloer draagt. Als we echter onmiddelijk de verbindingslijn tussen die 2 nieuwe knooppunten tekenen, zal men zien dat deze niet horizontaal is. Men moet eerst de lengte van de onderste staven aanpassen. In principe moet enkel het onderste gedeelte van de linker kolom worden aangepast. Dubbelklik dus op dit deeltje van de kolom maar zorg ervoor dat de cursor dichter bij het onderste punt dan bij het bovenste punt staat. Zo bepaalt men dat het onderste punt op zijn plaats blijft en dat het bovenste punt verplaatst zal worden.

Na het dubbelklikken, verschijnt er een venster waarin we de geselecteerde staaf kunnen wijzigen. Hierin kan de lengte van de staaf gewijzigd worden. Vul hier een waarde van 300 cm in.

De tussenliggende punten liggen nu op dezelfde hoogte. We konden ook dubbelklikken op het te wijzigen knooppunt en de coördinaten aanpassen. Teken nu een staaf tussen de 2 tussenliggende punten op dezelfde manier zoals in het begin. 98


Opmerking : Het tekenen van deze laatste balk had veel sneller kunnen gebeuren door gebruik te maken van de intelligente cursor. Bij het verplaatsen van de cursor naar het midden van de niet-gedeelde rechter kolom, wijzigt PowerFrame de cursor automatisch in ½. Dit betekent dat als u vanaf dit punt een nieuwe staaf tekent, PowerFrame deze automatisch vasthecht in het midden van de aangeduide staaf. Op dezelfde manier kan u de intelligente cursor ook gebruiken voor de linkser staaf; de cursor zal dan in het symbool ┴ veranderd zijn. Voordat we het eerste portiek verschillende malen copiëren, tekenen we nog een laatste kolom op zes meter rechts van de eerste kolom. Opnieuw zijn er verschillende methodes mogelijk: ofwel maken we een kopie van de eerste kolom met een verschuiving van 6 meter, ofwel creëren we een staaf vanuit een bepaald punt d.m.v. de functie "extrusie". Laten we de 2de methode gebruiken om te oefenen op deze extrusie vanaf een knooppunt. Vooreerst wordt de vloerbalk in 2 stukken verdeeld. Vervolgens wordt de lengte van het rechtse deel aangepast tot 6 meter. U kent reeds alle handelingen die nodig zijn om dit te realiseren. Aan u om ze toe te passen.

Eenmaal het portiek gewijzigd is zoals hierboven, selecteert u het nieuwe punt op de balk en klikt u vervolgens op de knop .


99

Een dialoogvenster verschijnt waarin we de coördinaten kunnen ingeven die nodig zijn om een staaf te tekenen vanaf het geselecteerde punt. Vul het venster als volgt aan.

De randvoorwaarden moeten nu nog gedefinieerd worden. Selecteer de 3 in het pallet. onderste punten. Klik vervolgen op de knop Met het dialoogvenster kan men alle bestaande types definiëren. Elk steunpunt kan men definiëren aan de hand van 6 vrijheidsgraden: de verplaatsing in de 3 richtingen en rotaties rond de 3 hoofdassen. Elke vrijheidsgraad kan gedefinieerd worden als vrij of belemmerd of als een veer met een welbepaalde stijfheid.

De kleine tekeningen in het bovenste deel van het venster laten toe om sneller een steuntype te kiezen. Klik op de derde tekening om een inklemming aan te geven en verlaat het venster door op OK te klikken.

100


Definieer nu de te gebruiken profielen. Gebruik ronde kolommen met een diameter van 25 cm. Voor alle andere staven wordt een rechthoekige profiel gebruikt van 20 cm op 45 cm. Klik in het hoofdmenu 'Wijzig – Selekteer' aan. Er verschijnt een menu met verschillende mogelijkheden.

Kies 'Vertikale staven' om alle kolommen te selecteren. Klik vervolgens op de knop om een sectie op basis van een typevrom te definiëren. Vul het dialoogvenster als volgt aan:


101

Klik op 'Wijzig – Selecteer – Profiel - ?' Hierdoor selecteert men alle andere staven en kan men hen een profiel toekennen.

102


Het eerste portiek is nu volledig gedefiniëerd.


103

Kopieer nu verschillende keren dit portiek om een 3D structuur te bekomen. . Vervolledig Selecteer het gehele portiek en klik vervolgens op de knop als volgt:

Als u dit ingegeven hebt, vraagt u aan PowerFrame om het portiek 4 maal (N) te kopiëren om de 6m op de Z-as. Door de optie 'met verbindingen' aan te vinken worden er verbindingsstaven tussen de gekopieerde gecreëerd. Klik op OK en ga naar het 3D zicht door onderaan links de knop 'zicht' in het Venster 'Geometrie' aan te klikken. Maak gebruik van de schuifbalken rechts en onderaan om een beter zicht van de structuur te verkrijgen.

Selecteer de nieuwe staven door in het hoofdmenu 'Wijzig – Selecteer – Profiel - ?' te kiezen. Klik vervolgens op om een profiel te kiezen. Gebruik hetzelfde profiel als bij de andere kolommen. In het venster om de profielen 104


te definiëren ziet u in eerste instantie een uitrolmenu met de naam van het profiel. Dit menu bevat alle profielen die reeds gebruikt werden. Het volstaat dus om te kiezen voor P45/20. Eenmaal deze laatste stap gezet is, is de structuur helemaal opgebouwd.

3.2.2.2 De lasten Pas een permanente last van 0.5 kN/m2 op het dak toe en een permanente last van 1 kN/m2 en een gebruikslast van 3 kN/m2 op de verdieping. Deze lasten worden enkel toegepast op de balken van de hoofdportieken. Om toegang te krijgen tot de diverse belastingsgevallen met hun veiligheidsen combinatiefactoren, klikt u op de knop .


105

Als het nog niet gebeurd is, vervolledig het venster zoals hierboven en bevestig met ok. Zorg er steeds voor dat het rolmenu in het pallet van het venster lasten, op het juiste belastingsgeval staat. Selecteer eerst de optie 'permanente' last in het pallet. Selecteer vervolgens alle draagbalken voor dak.

106


om een Als deze balken geselecteerd zijn, druk dan op de knop oppervlaktelast toe te passen. Zoals u kunt zien is het niet alleen mogelijk om een oppervlaktelast toe te passen maar kan men ook een verdeelde last en puntlast toepassen door middel van de knoppen op het pallet. Vul de waarde 0.5 kN/m2 in het dialoogvenster in en kies de juiste oriëntatie.

We gaan nu de permanente lasten op de tussenverdieping definiëren. Blijf in hetzelfde belastingsgeval en selecteer alle balken die de vloer dragen.


107

Klik terug op

om een last van 1 kN/m2 toe te passen.

Kies vervolgens in het rolmenu van het lastenpallet de keuze 'gebruikslasten'. Definiëer een last van 3kN/m2 op de vloer van de verdieping. Dit is wat men zou moeten bekomen voor de gebruikslasten:

De laatste stap die uitgevoerd moet worden is het combineren van de lasten. om het dialoogvenster te openen. Gebruik de knop PowerFrame is voorzien van een automatische generator voor het combineren van lasten volgens de Eurocode. De generator maakt gebruik van de coëfficienten die in het dialoogvenster worden ingegeven. Deze coëfficienten definiëren de verschillende mogelijke lasten. Onderaan het dialoogvenster staat een knop met de benaming 'genereer combinaties'. Klik op deze knop. PowerFrame vraagt welke combinaties gegenereerd moeten worden. Klik alle mogelijkheden aan.

108


Als we OK gedrukt hebben, verschijnen de combinaties in een tabel zoals in het onderstaand dialoogvenster.

PowerFrame genereert hier 8 combinaties met voor de uiterste grenstoestand en 4 combinaties voor de gebruiksgrenstoestanden. De structuur is nu klaar voor de analyse.


109

3.2.2.3 De berekening van de kniklengtes Voor we aan de analyse beginnen, is het mogelijk om PowerFrame de juiste kniklengtes voor elke staaf te laten berekenen. Dit is een heel eenvoudige handeling. Het vraagt wel wat rekentijd voor de computer. Dit is niets in vergelijking met de juistheid van de resultaten die uit de analyse zullen voortvloeien. Klik op

in de iconenbalk bovenaan.

In een dialoogvenster kan u aangeven voor welk type structuur u de kniklengtes wil berekenen. Om meer hierover te vernemen verwijzen wij naar de paragraaf die dit behandelt in het referentiedeel van deze handleiding. Vink de volgende mogelijkheden aan en druk op OK.

PowerFrame houdt u op de hoogte van de vooruitgang van de berekening. Men kan de resultaten bekijken door naar het venster "Geometrie" te gaan. in de iconenbalk. Er opent zich een venster Vervolgens klikt men op waarin kan aangegeven worden welke gegevens moeten getoond worden. Door de mogelijkheden ivm de kniklengtes aan te vinken kan men de gewenste gegevens op het scherm krijgen.

3.2.2.4 Analyse We laten PowerFrame een analyse doen op de ingegeven structuur. We beperken ons tot een analyse van de eerste orde hoewel een analyse van de 2de orde zeker mogelijk is. In de iconenbalk klikken wij op om de analyse te starten. Er wordt gevraagd of u het project wil bewaren. We kunnen enkel aanbevelen om regelmatig het project waar u aan werkt te bewaren. Dit voorkomt onaangename verrassingen. 110


Om de analyse te starten, toont Powerframe een dialoogvenster waarin verschillende berekeningshypotheses kunnen gekozen worden.

Kies een eerste-orde analyse zonder rekening te houden met de scheefstand (functie die hoofdzakelijk nuttig is bij metalen constructies). Hou geen rekening met de verbindingsvoorwaarden. In het gekozen voorbeeld, worden alle staafverbindingen als stijf beschouwd. Eenmaal de analyse beëindigd is, klikt u op het venster 'Plot' om de grafieken met de resultaten te kunnen bekijken. In het pallet van het venster 'Plot' vindt u een rolmenu. Daarin vindt u niet alleen de afzonderlijke belastingsgevallen en de gecreëerde combinaties terug maar ook de afkortingen 'UGT', 'GGT ZC' 'GGT QP' zonder een cijfer achter. Deze 3 laatste mogelijkheden zijn niets anders dan de omhullenden van de diverse grenstoestanden. Voor de omhullende UGT bekomt men volgend moment voor één portiek.


111

Om slechts een deel van de totale structuur zichtbaar te maken, kan men de en gebruiken om de geselecteerde staven respectievelijk te iconen , verbergen, te tonen of alles zichtbaar te maken. Aarzel niet om een beetje de tijd te nemen om de bekomen resultaten te analyseren voor u aan de wapeningsberekening begint.

3.2.2.5 Wapeningsberekening De laatste stap in dit voorbeeld is het bepalen van de benodigde hoeveelheid wapening voor het opnemen van de aanwezige krachten. We bekijken eerst de parameters van het beton en het staal. Klik op "Studie – Instellingen beton – beton ' in het hoofdmenu. Vervolledig het dialoogvenster als volgt:

112


Klik vervolgens op "Studie – Instellingen beton – Wapeningsstaal" en vul als volgt aan:

Meer uitleg hierover vindt u in het referentiegedeelte van de handleiding. Om de wapeningsberekening te starten klikt u op

.

PowerFrame toont de vooruitgang van de berekening. Eenmaal de berekening gebeurd is, verschijnen er knoppen in het pallet van het venster "plot" die ons toelaten om de hoeveelheden wapening die nodig zijn op een grafische manier te bekijken. Aan de slag met PowerFrame

113

In het geval dat een sectie te klein is, geeft PowerFrame een foutmelding en verschijnt er een doodskop op de te herziene sectie. Dit is hier het geval voor een reeks balken. Dan moeten de afmetingen worden aangepast. Klik op de eerste knop

om de langswapening te bekomen.

Hieronder vindt u de resultaten voor een balk die de eerste verdieping draagt. Deze balk werd in hetzelfde portiek gekozen als deze waarvoor we de momentenlijn UGT getoond hebben (zie hierboven)

De dunne lijn in de grafiek steld de hoeveelheid wapening voor die nodig is om alleen aan UGT te voldoen. De dikkere lijn houdt ook rekening met de beperking van de spanningen onder GGT en met de minimale wapeningspercentages. In parallel met het venster 'Plot' vindt u in het venster 'Resultaten' de resultaten in tabelvorm. Wanneer u in het venster 'Plot' één element selecteert, worden in het venster 'Resultaten' de detailresultaten voor deze staaf getoond.

114


3.2.3 Voorbeeld 3 : een drie-dimensionele structuur in hout Dit voorbeeld laat toe om een houtstructuur in 3D te berekenen. We gaan eerst de structuur opbouwen, vervolgens gaan we de lasten aanbrengen en tenslotte maken wij de analyse en gaan we de secties controleren. Hieronder vindt u de te berekenen structuur.

3.2.3.1 De opbouw van de structuur We beginnen met de structuur in 2D op te bouwen. Om het zicht van de tekening te bepalen, klikken we op de knop links in het venster "Geometrie". Daar hebben we de keuze uit verschillende aanzichten.

De centrale knop laat toe om in vooraanzicht te werken (meest gebruikte zicht in PowerFrame). We bepalen eveneens het raster van de tekening. Klik in de iconenbalk op .


115

Vul het venster zoals hierboven aan om een raster van 1m op 1m te bekomen. Voor we verder gaan met dit project kontroleren we eerst de karakteristieken van de materialen die we gaan gebruiken. Deze karakteristieken zijn terug te vinden in de bibliotheek van de materialen. Om toegang te krijgen tot deze bibliotheek klik op "Wijzig – materiaal bibliotheek – Wijzig"

Wijzig eventueel om een elasticiteitsmodulus van 12000N/mm2 te bekomen. Als het venster volledig ingevuld is, druk dan op OK om terug naar uw project te gaan.

116


Teken de eerste portiek als volgt:

We tekenen direct met de muis. De eerste stap is om de muis te activeren in te drukken in het pallet. Als de tekenmode. Dit doet men door op de knop deze knop ingedrukt is, kan u een staaf tekenen door op een punt te klikken met de linker muisknop. Hou de linkermuisknop ingedrukt en verplaats de muis naar het eindpunt van de te tekenen staaf. Als u het eindpunt bereikt hebt laat u de linker muisknop los. Na de eerste staaf getekend te hebben, kan men gemakkelijk de volgende staven tekenen en is een goede verbinding met de reeds getekende structuur verzekerd. Dankzij deze uitleg, zou u geen moeilijkheden meer mogen hebben om bovenstaande structuur te tekenen. Als een knooppunt niet juist gepositioneerd werd door een verkeerde handeling, kan je door te dubbelklikken op het punt een venster openen waarin je de coördinaten van dat punt kan wijzigen. Dit geldt ook voor de staven zelf. Opmerking : De intelligente cursor kan men instellen via de menu-instructie "Wijzig – Algemene Instellingen". We creëren variabele inertieprofielen voor de kolommen en balken. Dit profiel heeft een breedte van 150mm en een hoogte variërend van 300 tot 600 mm. We beginnen met de balken. Selecteer de balken door ofwel een selectievenster te maken met de muis ofwel de balken één voor één aan te klikken terwijl u de Shift toets ingedrukt houdt.


117

Opmerking : als u het selectievenster met de muis tekent van links naar recht worden enkel de elementen die zich volledig in het selectievenster bevinden geselecteerd. Tekent u het venster van rechts naar links dan worden alle elementen die zelfs gedeeltelijk in het venster terechtkomen eveneens meegeselecteerd. PowerFrame werkt altijd vanuit het volgende principe: eerst een selectie maken en vervolgens een bewerking doen op de geselecteerde elementen. Hierdoor kan men veel tijd winnen omdat men kan werken op verschillende elementen tegelijkertijd. Bovendien heeft u een visuele controle op de aangepaste balken. Als de balken geselecteerd zijn, worden een aantal iconen geactiveerd in het pallet. Klik op om een profiel te definiëren.

Als het venster verschijnt moet men eerst het profiel een naam geven. Vul hier « P150/600-300 » in. Kies vervolgens een vorm. Het rolmenu geeft een aantal mogelijkheden. In de referentiehandleiding kan u meer informatie vinden over de beschikbare vormen. Vervolgens kiezen we als materiaal "hout". Een aantal velden laten toe om de afmetingen van het profiel in te vullen. In eerste instantie krijgt u maar 1 veld om de hoogte in te geven. Wilt u echter 118


te drukken. een variabel profiel invoegen dan volstaat het op de knop Hierdoor krijgt u een tweede veld om een hoogte in te geven. Opmerking : De eenheden die in dit veld gebruikt worden zijn afhankelijk van de eenheden die gekozen werden. Om deze eenheden aan te passen gaat u via het hoofdmenu naar "Scherm – Eenheden en decimalen" Na de balken doen we hetzelfde voor de kolommen. De hoogte aan de voet is 300mm en 600mm aan de top. De breedte is 150mm. Geef aan het profiel de naam « C150/300-600 ». Opmerking : Als u een profiel aan een staaf wilt toekennen dat reeds gebruikt werkt in hetzelfde project, dan kiest u in het dialoogvenster bij "profiel" het gewenste profiel uit het rolmenu. Dit voorkomt dat u het ganse profiel opnieuw moet definiëren. Dit is wat u zou moeten bekomen. (Door in de inkonenbalk op de knop te drukken kan men bepalen welke gegevens er op het scherm getoond worden)

Bekijken we nu hoe we de steunpunten moeten definiëren. Eerst moeten de onderste punten geselecteerd worden. U kan ze selecteren door op de twee punten te klikken en daarbij de Shift toets ingedrukt te houden. U kan de punten ook selecteren door gebruik te maken van een selectievenster die u tekent van links naar rechts. Klik op een punt dat iets meer naar links en iets hoger ligt dan het linkse knooppunt. Verplaats nu de muis en houd daarbij de linker muisknop ingedrukt. U eindigt op een punt iets lager en iets meer naar rechts dan het rechtse punt. Als u nu de linkermuisknop loslaat zouden in principe de twee onderste punten geselecteerd moeten zijn. Eenmaal de punten geselecteerd zijn wordt de knop geactiveerd in het pallet. Klik hierop. Kies voor scharnierende opleggingen. In het dialoogvenster kan men werken met alle belemmerde vrijheidsgraden en kan men een stijfheid definiëren van 0 tot oneindig.


119

Bepaalde configuraties kan men gemakkelijk bekomen door op de iconen in het bovenste gedeelte van het venster te klikken. In ons voorbeeld klikken we op het 2de icoontje voor scharnierende steunpunten. We zien onmiddellijk dat de verplaatsingen in de 3 richtingen geblokkeerd zijn en dat de rotaties in de 3 richtingen vrij zijn. Het eerste portiek is nu volledig ingevoerd. We vertrekken nu van dit portiek om de volgende te genereren. Opmerking : De volgende portieken worden gedefinieerd door het kopiëren van het eerste portiek. Bij het kopiëren worden ook de toegepaste lasten op het eerste portiek overgenomen op de andere portieken. Dit betekent dat als een zelfde last toegepast wordt op elke portiek, het beter is om eerst de last te definiëren alvorens te kopiëren. Zo heeft u minder werk bij het opbouwen van de structuur. Voor we een kopie nemen van het portiek, delen we de 2 balken op in drie delen en genereren we terzelfder tijd de dwarsbalken. Selecteer de 2 balken en druk op de knop in het pallet. PowerFrame vraagt het aantal delen. Vul hier drie in.

120


Hieronder ziet u het resultaat.

PowerFrame heeft automatisch de hoogtes van de verschillende delen van de balken aangepast. Als de verdeling gedaan is, selecteer dan de volledige structuur door middel van een selectievenster en klik vervolgens op .

In het veld ‘N’ vult u het aantal gewenste kopieën in. (Als het om een simpele translatie gaan, blijft N gelijk aan 0) In de 3 velden daaronder kan men de waarden van de translatievector ingeven (of de kopievector). Als u tenslotte nog het vakje "met verbindingen" aanvinkt, vraagt u aan PowerFrame om automatisch lijnen te trekken tussen de gekopieerde punten. Dit zijn tevens de lijnen voor de dwarsbalken. Vul het venster aan zoals hierboven en druk op OK. Om nu te zien wat PowerFrame gedaan heeft, moet men het project in een 3D zicht plaatsen. Klik op "Zicht" onderaan links in het venster "Geometrie". Kies 3D zicht. Er verschijnen onderaan en rechts van het venster schuifbalken waarmee u het gezichtspunt kan veranderen. U kan ook de toets F12 gebruiken om de gehele structuur in het venster te kunnen zien.


121

De profielen van de dwarsbalken zijn nog niet gedefiniëerd. Selecteer nu alle dwarsbalken en geef hen een profiel van 80mm breedte en 180mm hoogte. Om de dwarsbalken te selecteren druk op "Wijzig – Selecteer" Er zijn verschillende selecties mogelijk. Kies voor "Profiel - ?" Op deze manier selecteert u alle balken waar nog geen profielen aan zijn toegekend. Als u bij elke stap in het project telkens de profielen definiëert, dan zijn de laatst bijgetekende staven altijd zonder profielen. Op de bovenstaande manier is het dan heel gemakkelijk om deze staven te selecteren. We hadden ook kunnen opteren voor de keuze "horizontale staven". Geef het nieuwe profiel voor de dwarsbalken de naam ‘P80/180’. De dwarsbalken nemen in het programma standaard een vertikale oriëntatie aan. Maar in praktijk volgen de dwarsbalken de helling van draagbalken. Als we nu dubbelklikken op een deeltje van één van de draagbalken kan men in het venster zien dat de helling van deze balk 11,3° bedraagt. We gaan nu de dwarsbalken dezelfde helling geven. De nokpan behoudt de vertikale oriëntatie. Selecteer nu alle dwarsbalken aan de linkerkant zoals u op onderstaande tekening kan zien.

122


Klik vervolgens op de knop als volgt.

in het pallet en vervolledig het dialoogvenster

Vervolgens doet u het zelfde voor de rechtse dwarsbalken maar nu vult u 11.3 (ipv -11.3). We kunnen eveneens een excentriciteit geven aan de dwarsbalken. Maar dat is niet echt nodig voor dit voorbeeld. Een laatste belangrijk punt is het bepalen van de scharnieren aan de uiteinden van de dwarsbalken. We gaan uit van de hypothese dat de verbindingen op het uiteinde van dwarsbalken geen belangrijk moment kunnen aannemen. We selecteren alle dwarsbalken via het menu "Wijzig – Selecteer – profiel – P80/180". Vervolgens klikt u op de knop en kan u het venster als volgt vervolledigen.


123

Opmerking : de waarde van 500 kNm/rad laat toe om rekening te houden met een zekere stijfheid van de verbinding. U moet de vierde tekening in het bovenste gedeelte van het venster aanklikken en vervolgens "(gedeeltelijke) inklemming" aanduiden. Op die manier brengt u op elk uiteinde van de dwarsbalken een scharnier aan.

Om de opbouw van de structuur te vervolledigen, is het belangrijk om de windverbanden aan te brengen om de stabiliteit van het geheel te kunnen 124


verzekeren. We gebruiken hiervoor metalen stangen met een diameter van 20mm. Om deze verbanden aan te leggen moet men eerst de staven tekenen. Dit is direct mogelijk in de tekening in het 3D perspectief. Klik op de knop om het tekenen van staven te activeren. Teken vervolgens de windverbanden door middel van de intelligente cursor.

Selecteer de getekende lijnen via het menu "Wijzig – selecteer – profiel - ?". Vervolledig als volgt:


125

Ten slotte moeten deze staven als trekstaven gedefiniëerd worden d.w.z. dat deze staven geen druk kunnen opnemen. Als de staven geselecteerd zijn, klikt u op de knop en kiest u voor de eerste optie namelijk "trekstaaf". De structuur is nu volledig opgebouwd. Nu gaan we de verschillende belastingsgevallen aanbrengen.

3.2.3.2 De lasten We gaan eerst de belastingsgevallen definiëren die we willen toepassen. Plaats het venster "Lasten" op de voorgrond (Menu "Venster – Lasten"). Klik op de knop en het dialoogvenster waarin we de verschillende lasten kunnen definiëren verschijnt. Opmerking : de soorten lasten en de lasten die we toepassen zijn willekeurig. We houden hier geen rekening met wind- of sneeuwlasten. Deze lasten worden besproken in een afzonderlijk deel van deze handleiding.

126


We definiëren 3 bijkomende belastingsgevallen naast het eigengewicht (automatisch berekend door PowerFrame): permanente last, variabele last 1, variabele last 2. In de eerste kolom vindt u al enkele standaardlasten. Niets weerhoudt u ervan om de naam te wijzigen en andere lasten bij te plaatsen. Vervolledig het venster zoals hierboven is aangegeven en druk vervolgens op OK. Als deze lasten gedefiniëerd zijn, kan men verder gaan met het toepassen van lasten op de structuur zelf. We passen een permanente last toe van 0,3 kN/m2 op de dwarsbalken. Zorg ervoor dat in het rolmenu van het lastenpallet het belastingsgeval "permanent" vermeld staat. We kunnen puntlasten, momenten, verdeelde lasten en opgelegde verplaatsingen toepassen. Het programma bevat ook een functie om een oppervlaktelast te verdelen over de geselecteerde staven. We gaan een verdeelde last rechtstreeks op de dwarsbalken toepassen. De afstand tussen 2 parallelle dwarsbalken is 1,7m. Dus op iedere dwarsbalk is er een lineaire last aanwezig van 1,7m / 2 x 0.3 kN/m2 wat een lineaire last geeft van 0.255 kN/m. Deze waarde wordt toegepast op de onderste dwarsbalken (onderaan het dak), terwijl de andere dwarsbalken een last die 2maal zoveel is nml 0,51 kN/m dragen. We beginnen met het toepassen van de lasten op de onderste dwarsbalken. Selecteer de balken zoals op de en vervolledig het venster als volgt. tekening hieronder. Klik vervolgens op


127

Daarna passen we de lasten toe op de andere dwarsbalken.

128


Doe nu hetzelfde voor een variabele last van 2 kN/m2 op dezelfde dwarsballken. Vergeet niet om eerst het rolmenu op 'variabele last' te zetten. Pas vervolgens een last toe van 1.7kN/m op de uiterste dwarsbalken en een last van 3.4kN/m op de andere dwarsbalken.


129

We passen nu een variabele last van 1kN/m toe op de linkse palen. Zorg ervoor dat in het rolmenu 'variabele last 2' staat aangeduid. Selecteer . Vervolledig het vervolgens de linkse kolommen en klik op de knop venster als volgt.

U krijgt het volgende resultaat:

Alle lasten zijn nu aangebracht. Nu moeten nog de belastingscombinaties in het pallet. gegenereerd worden. Klik hiervoor op

130


In principe bevat het venster nog geen enkele combinatie. Om combinaties tussen lasten te genereren klikt u op de knop 'Genereer combinaties'. PowerFrame vraagt u dan welke combinaties u wenst te genereren. Vink elke optie aan.

Als u dit venster gevalideerd hebt, komt u terug in het venster 'lastencombinaties' waarin nu een serie combinaties zichtbaar worden.


131

Alles is nu klaar om de berekeningen te maken.

3.2.3.3 Berekenen van de kniklengtes Vooraleer we aan de analyse beginnen, berekenen we de kniklengtes. Deze handeling is heel eenvoudig maar het vraagt toch een zekere rekentijd afhankelijk van de capaciteit van uw computer. De eerste stap is het aanklikken van de knop in de iconenbalk. Er verschijnt een venster waarin u kan aangeven of de knopen als verplaatsbaar of onverplaatsbaar dienen beschouwd te worden. Afhankelijk van de gekozen analysemethode en structuur geeft de norm verschillende berekeningscriteria. In ons geval, kiezen we voor een analyse van de 1ste orde voor een ongeschoorde structuur: de knopen worden dan als verplaatsbaar beschouwd. Opmerking : Om een structuur als geschoord te kunnen beschouwen, moeten de 3 mogelijke verplaatsingsrichtingen geschoord zijn. Dit is in ons voorbeeld niet het geval. Eenmaal de keuze gemaakt is, drukt u op OK. De berekening wordt gestart. U kan de voortgang van de berekeningen op het scherm volgen. Als de berekening geëindigd is, kan men de resultaten bekijken in het venster en daar aan te vinken dat u de "Geometrie" door te klikken op de knop kniklengtes wilt bekijken. Hieronder vindt u een voorbeeld van een deel van de resultaten.

132


3.2.3.4 Analyse De berekening van de structuur gebeurt in 2 stappen. Eerst gaat PowerFrame een analyse uitvoeren. Vervolgens gaat hij een controle uitvoeren volgens een gekozen norm. We gaan ons eerst toeleggen op de eerste stap. PowerFrame gebruikt de verplaatsingsmethode. Deze methode laat toe om de elastische vervormingen, de krachten in de verschillende staven (M,V et N) en de spanningen te berekenen. PowerFrame laat de keuze tussen een 1ste of 2de ordeberekening (m.a.w één niet-lineaire berekening om rekening te houden met vervorming en bijkomende lasten die ze genereert). Om de rekenmethode te kiezen en de berekeningen te starten selecteert u de menu-instructie "Studie – Analyseer". Kies in het venster voor een "eerste orde analyse". Onderaan het venster kan men aanduiden of men al of niet rekening wil houden met de onvolmaaktheden (scheefstand) van de structuur. Vink deze optie aan.


133

Als u op OK drukt, wordt de berekening gestart. Zoals bij de berekening van de kniklengtes, verschijnt er ook een balk op het scherm die u de voortgang van de berekeningen toont. Als de berekeningen gedaan zijn, ga naar het venster "Plot" om de resultaten te bekijken. Er verschijnt bij dit venster ook een pallet met knoppen. Het eerste element in het pallet is een rolmenu waar u kan kiezen tussen verschillende belastingsgevallen, combinaties of omhullenden. De omhullenden zijn ‘UGT’, ‘GGT ZC’ en ‘GGT QP’. U vindt deze helemaal aan het einde van het rolmenu. Een omhullende toont de meest extreme resultaten van de combinaties. Kies bijvoorbeeld voor de omhullende 'UGT'. De knoppen onder het rolmenu laten u toe om het resultaat te kiezen dat u wenst. Door te klikken op , bekomt u de momentenlijn rond de sterke as van elke staaf.

Wij kunnen ook de vervorming bekijken in de richting van de y-as van de na het rolmenu structuur voor de omhullende 'GGT ZC' Klik op de knop aangepast te hebben.

134


Neem de tijd om de resultaten te bekijken en te begrijpen. Daarna gebeurt de controle volgens een gekozen norm.

3.2.3.5 De controle PowerFrame past een controle toe volgens de Eurocode 5 voor houten structuren. Deze controle is afhankelijk van de weerstandswaarden en karakteristieken van het hout. Men moet er dus over waken om de juiste waarden in te geven. In het menu ‘Studie’, klikt u op ‘Instellingen hout…’. Kies voor het hout ‘C30’. De karakteristieken passen zich zelf aan aan de gekozen houtklasse.


135

. Zoals bij de andere Om de controle te starten, klik op het icoon berekeningen verschijnt ook nu een balk die de voortgang van de berekeningen toont. Tijdens deze berekeningen, gaat PowerFrame een controle uitoefenen op de verschillende formules betreffende de weerstand en de stabiliteit in Eurocode 5 en dit voor alle staven en voor alle combinaties. Als de berekeningen klaar zijn, verschijnen 2 nieuwe knoppen in het pallet & . De eerste laat toe om de resultaten van de controle op de weerstand te visualiseren. De andere knop laat de resultaten van de controle op instabiliteitsproblemen zien. De grafische resultaten zijn weergegeven in een percentage t.o.v. de maximum capaciteit van de weerstand of de stabiliteit. Bekijken we nu de twee bekomen grafieken. Voor de weerstand:

136


Voor de stabiliteit:

Als we de resultaten analyseren, zien we dat de kolommen een afmeting hebben die voldoende is, terwijl de balken onder-gedimensioneerd zijn. We kunnen nu een optimalisatie toepassen. Deze optimalisatie kunnen we enkel toepassen voor de dwarsbalken en de trekstaven omdat de variabele profielen niet automatisch geoptimaliseerd kunnen worden.


137

3.2.3.6 Optimalisatie We optimaliseren enkel de dwarsbalken. We selecteren alle dwarsbalken en klikken vervolgens op in de iconenbalk.

In het eerste tabblad kan men de richtwaarde en de eigenschappen van de optimalisatie aangeven. Vul het venster aan zoals hierboven.

In het tweede tabblad wordt de mogelijkheid geboden om eerst een samenvatting van de optimalisatie te bekijken op het scherm alvorens deze 138


toe te passen. Op deze manier kan u de optimalisatie controleren en eventueel aanpassen. Een andere mogelijkheid die hier wordt gegeven is om bij aanpassing van een profiel dat meerdere keren voorkomt, tegelijkertijd al die profielen aan te passen. Het derde tabblad is oorspronkelijk bijna leeg. Men moet eerst op een profiel in de lijst klikken om alle criteria van de optimalisatie te laten verschijnen. Hieronder ziet u wat u kunt invullen voor het huidige profiel.

Om te eindigen klikt u op ‘Start optimalisatie’. Er kan een bericht verschijnen dat aangeeft dat bepaalde staven altijd te groot of te klein zijn ten opzichte van de toegepaste krachten. Het aanvinken van het kleine vakje onderaan het bericht voorkomt dat dit bericht nog verschijnt voor de andere staven. Een ander bericht kan u verwittigen dat bepaalde profielen niet aangepast kunnen worden omdat het variabele profielen zijn. Door ook hier het vakje aan te vinken voorkomt men dat het bericht nog verschijnt bij andere variabele profielen. Hieronder vindt u de lijst met de voorgestelde profielen.


139

140


Deel 1 : Aan de slag met PowerFrame

Recommend Documents