Введение.
1. Аналитический раздел.
1.1 Применение ЭВМ в строительстве
1.2 Системный подход к проектированию
1.3 Повышение качества расчетов строительных конструкций на основе совместного использования программных комплексов
1.4 Недостатки имеющихся расчетных комплексов
2. Цель и задача диссертации.
3. Теоретический раздел.
3.1 Классификация и область применения ферм
3.2 Компоновка конструкций ферм
3.3 Типы сечений стержней ферм
3.4 Подбор сечений элементов ферм
4. Экспериментально-исследовательский раздел.
4.1 Расчет и конструирование стропильной фермы из гнутосварных профилей.
4.2 Сбор нагрузок
4.3 Определение усилий.
4.4 Подбор сечений элементов фермы.
4.5 Расчет узлов фермы.
4.6 Расчет и конструирование стропильной фермы из
гнутосварных профилей в lira 9.4
4.7 Проверка несущей способности элементов
4.8 Проверка несущей способности ферменных элементов
4.9 Представление результатов расчета
4.10 Расчетные усилия в стержнях
4.11тПодбор сечений «Молодечно» сталь С275
4.12 Проверка подобранных сечений «Молодечно» сталь С275
4.13 Расчет и конструирование стропильной фермы из гнутосварных профилей в skad office
4.14 Общие данные
4.15 Краткая характеристика методики расчета
4.16 Расчетная схема
4.17 Результаты расчета
4.18 Расчетные усилия в стержнях
4.19 Подбор сечений «Молодечно» сталь С275
5. Заключение.
Библиографический список использованных источников.
Фермы широко используются в современном строительстве, в основном для перекрытия больших пролётов с целью уменьшения расхода применяемых материалов и облегчения конструкций, например — в строительных большепролётных конструкциях, типа мостов, стропильных систем промышленных зданий, спортивных сооружений, а также — при возведении небольших лёгких строительных и декоративных конструкций — павильонов, сценических конструкций, тентов и подиумов;
Из вышесказанного можно сделать вывод, что потребность в изготовлении ферм довольно высока и ещё долго будет поддерживаться.
В качестве меры повышения качества расчётных обоснований проектных решений, Главгосэкспертиза России в 2004 году высказала предложение: [12] «...осуществлять расчёты не менее чем по двум
сертифицированным, независимо разработанным и проверенным в практике программным комплексам, проводить сопоставительный анализ полученных результатов».
Благодаря высокой приспособленности метода конечных элементов (МКЭ) к возможностям современной вычислительной техники в настоящее время существует множество самых различных по своей направленности и по своим возможностям программно-вычислительных комплексов (ПВК), реализующих метод конечных элементов. Из числа ПВК, используемых при выполнении расчетов, сопровождающих строительное проектирование, отметим ANSYS, COSMOS/M, Лира-САПР, SCAD, STAAD Pro, FEM models, PLAXIS, Robot Millennium.
ПВК SCAD и ПВК Лира-САПР были выбраны для сравнения в данной работе, из-за их доступности, широты распространения, соответствия СНиП и ГОСТ. Так же эти ПВК внедрены и широко используется в учебном процессе.
Лира-САПР — данный программный комплекс предназначен для численного исследования прочности и устойчивости конструкций, а также для автоматизированного выполнения ряда процессов конструирования. ПВК «Лира-САПР» обеспечивает исследование широкого класса конструкций: пространственные стержневые и оболочечные системы,
массивные тела, комбинированные системы — рамно-связевые конструкции высотных зданий, плиты на грунтовом основании, ребристые плиты, многослойные конструкции.
SCAD Office — программный комплекс нового поколения - позволяет проводить расчет и проектирование стальных и железобетонных конструкций. В состав комплекса входят универсальная программа конечно¬элементного анализа SCAD, а также ряд функционально независимых проектно- расчетных и вспомогательных программ. Программа SCAD предназначена для расчета сооружения в целом. Другие проектно-расчетные программы ориентированы на выполнение детальных проверочных расчетов несущих строительных конструкций (отдельных балок, колонн, плит) в соответствии с действующими нормами.
Каждый из программных комплексов, представленных в предыдущих разделах статьи, предоставляет инженеру достаточно обширные возможности для выполнения расчетов строительных объектов практически любого вида и сложности и может использоваться как самостоятельный программный продукт. Однако следует отметить, что ряд методов, составляющих расчетную базу современных программных комплексов, в том числе метод конечных элементов, являются численными, т.е. дают не точное, а некоторое приближенное решение. В программных комплексах, разработанных независимо друг от друга, применены различные модификации численных методов и алгоритмов, что, очевидно, обуславливает различие результатов расчета, получаемых с их помощью. Это различие, как правило, возрастает при недостаточно корректном использовании программного комплекса, при применении расчетных схем, не соответствующих его возможностям и особенностям. Поэтому такая ситуация может свидетельствовать о допущенных просчетах, что подтверждается анализом ряда аварийных ситуаций и отказов, возникших в ходе строительства и эксплуатации зданий и сооружений по причине недостаточно надежных решений их несущих конструкций.
Для некоторого (и немалого) числа практических расчетных задач, встречающихся при строительном проектировании, оценка точности получаемых приближенных решений затруднена в связи с отсутствием точного, аналитического либо аналогичного, проверенного на практике, решения. В этой связи с целью предотвращения получения неверных результатов расчета и, как следствие, недостаточно надежных и экономичных конструктивных решений, экспертные органы России рекомендуют выполнять проектные расчеты сложных и уникальных объектов строительства не менее чем по двум независимо разработанным программным комплексам, проверенным в проектной практике, и проводить сопоставительный анализ полученных результатов. Во исполнение данных рекомендаций ООО «ЕВРОСОФТ» совместно с ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко и ООО «ЛИРА СОФТ» совместно с НИИАСС Госстроя Украины приступили к разработке и внедрению технологии выполнения расчетов строительных объектов на основе совместного использования программных комплексов SKAD и ЛИРА.
В программных комплексах SKAD и ЛИРА, разработанных независимо, использованы различные способы построения конечных элементов и выдачи результатов в них, различные способы дискретизации (приведения к узловым) распределенных нагрузок и динамических масс, реализованы различные модели нелинейно деформируемых тел и сред, различные математические методы решения линейных и нелинейных задач, различные методики ряда конструктивных расчетов строительных конструкций. Кроме того, имеются отличия в возможностях программ, в частности, по учету совместной работы здания с деформируемым грунтовым основанием, учету стадийности возведения здания, по расчету на действие подвижных и динамических нагрузок, а также по диагностике исходных данных и анализу полученных результатов. Поэтому совместное использование в практике проектирования двух программных комплексов SKAD и ЛИРА
позволит:
объединить разные возможности программ, используя их при расчете одного и того же объекта;
обратить внимание инженера, выполняющего расчет, на результаты расчета и дать ему дополнительную информацию к размышлению при анализе результатов расчета по разным ПК, что, безусловно, поможет обнаружить допущенную ошибку и будет способствовать повышению квалификации специалиста;
на основе численных результатов оценить особенности различных методик, реализованных в ПК;
оценить устойчивость полученных решений. В результате можно ожидать существенного снижения риска ошибки при моделировании конструкций и ошибки расчета.
Ввод расчётной модели «вручную» лучше организован в ПВК ЛИРА- САПР. Большой выбор инструментов позволяет быстрее набрать схему. Но это преимущество является спорным, т.к. при импорте из программы «AutoCAD» ПВК SCAD Office 11.5 ведёт себя корректнее, к примеру, он сам распознаёт промежуточные узлы. Это позволяет в AutoCAD такой элемент как пояс начертить одним отрезком. Для того, чтобы импортировать в ПВК ЛИРА-САПР пространственную модель из AutoCAD придётся тот же самый пояс разбить с учётом всех промежуточных узлов.
ПВК SCAD Office 11.5 и ПВК ЛИРА-САПР имеют обширную библиотеку отечественных и зарубежных сортаментов. Сам процесс задания жесткостных характеристик, связей и нагрузок в данных ПВК не отличается.
Задание РСУ в данных ПВК практически не отличается. А вот комбинации загружений и нагрузки от фрагмента схемы в случае ПВК ЛИРА-САПР надо определять после расчёта конструкции. В ПВК SCAD Office 11.5 удобнее организован этот процесс, все эти параметры можно задать в разделе: «Специальные исходные данные».
Результаты расчётов в ПВК SCAD и ПВК ЛИРА-САПР сопоставимы и имеют незначительные, в пределах 10%, расхождения. Максимальные перемещения от расчетной нагрузки в ПВК SCAD Office 11.5 имеют большие значения, чем в ПВК ЛИРА-САПР. И те, и другие значения лежат в пределах допустимых для исследуемой конструкции.
Вывод результатов расчёта лучше организован в ПВК SCAD Office 11.5.
Например, при получении значений нагрузок от фрагмента схемы в ПВК ЛИРА-САПР можно вывести результаты только в табличной форме. Для этого надо знать номера узлов и их расположение. В ПВК SCAD Office 11.5 можно на схему вывести направления и значения усилий, что упрощает анализ результатов.
1. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой России. М.: ГУП ЦПП, 2003.
2. Давыдов Е. Ю. Проектирование ферм из круглых и прямоугольных труб / Мн.: БГПА, 2000.
3. ГОСТ 30245-2003. Профили стальные гнутые замкнутые сварные квадратные и прямоугольные для строительных конструкций. М.: МНТКС, 2003.
4. Методическое пособие «Проектирование облегченных металлических конструкций» по дисциплине «Специальные строительные конструкции» / Составитель А. В. Столбов. Набережные Челны: КамГПИ, 2003.
5. Бирюлев В.В., Кошин И.И., Крылов И.И., Сильвестров А.В. Проектирование металлических конструкций: Спец. курс. Л.: Стройиздат, 1990. 432 с.
6. Металлические конструкции: учебник для студ. высш. учеб. заведений / под ред. Ю. И. Кудишина. - 9-е изд., стер. - М.: Изд. Центр Академия, 2007.
7. Серия 1.460.2-10. Стальные конструкции покрытий одноэтажных производственных зданий с фермами нормальной высоты из прокатных парных уголков. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988.
8. Серия 1.460-8. Стальные конструкции покрытий производственных зданий с применением широкополочных тавров. Вып.1. Покрытия пролетами 18-36 м с применением стального профилированного настила. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1977.
9. Мельников Н.П. Металлические конструкции. Ч.1. М.: Стройиздат, 1978. 267с.
Серия 1.460.3-17. Стальные конструкции покрытий
производственных зданий с применением круглых труб. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1983.
11. Серия 1.460.3-14. Стальные конструкции покрытий производственных зданий пролетами 18, 24 и 30 м с применением замкнутых профилей прямоугольного сечения типа «Молодечно». М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1982.
12. Балдин В.А. Легкие металлические несущие и ограждающие конструкции для одноэтажных промышленных зданий // Пром.стр-во. 1972. №9. С. 9 -14.
13. Лихтарников Я.М. Вариантное проектирование и оптимизация стальных конструкций. М.: Стройиздат, 1979. 319 с.
14. Мельников Н.П., Винклер О.Н., Левитанский И.В. Холодно-гнутые замкнутые сварные профили - высокоэффективный
15. Брудка Я., Лубиньски М. Легкие стальные конструкции. 2 изд. / Пер. с польск. М.: Стройиздат, 1974. 342 с.
16. Абрикосов Б.Б. Исследование работы сварной стропильной фермы до разрушения. М.: НТИ, 1931. 36 с.
17. Никифоров С.А. Устойчивость сжатых стержней сквозных ферм. М.: Госстройиздат, 1938. 168с.
18. Трофимов В.И. Оценка снижения несущей способности стальных ферм за счет искривления отдельных стержней: Тр. ЦНИИСК им. Кучеренко. 1961. Вып. 7. 56с.
19. Бельский Г.Е. Теоретические и экспериментальные исследования деформативности и устойчивости упруго-защемленных стержней // Труды ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. М.: Госстройиздат, 1961. Вып. 7. С. 66-74.