1623

РАСЧЕТ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ В SCAD OFFICE

Методические указания к выполнению расчетов строительных конструкций

для студентов строительных специальностей

Омск - 2013

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»

Кафедра строительных конструкций

РАСЧЕТ СТРОИТЕЛЬНЫХ

КОНСТРУКЦИЙ В SCAD OFFICE

Методические указания к выполнению расчетов строительных конструкций

для студентов строительных специальностей

Составитель Н.В. Беляев

Омск

СибАДИ

2013

УДК 624.083 ББК 38.54

Рецензент канд. техн. наук М.Ю. Архипенко

Работа одобрена научно-методическим советом специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство» в качестве методических указаний для студентов специальностей 270102 «Промышленное и гражданское строительство», 270114 «Проектирование зданий», 270105 «Гражданское строительное хозяйство».

Расчет строительных конструкций в SCAD office: методические указа-

ния к выполнению расчетов строительных конструкций для студентов строительных специальностей / сост. Н.В. Беляев. – Омск: СибАДИ, 2013. 20 с.

Вметодических указаниях изложена технология использования пакета программ SCAD Office для решения проблем проектирования строительных конструкций. Программы позволяют решать задачи анализа и синтеза, то есть задачи оценки и подбора.

Работа рассчитана на читателя, знающего основы сопротивления материалов, строительной механики и строительных конструкций.

Вработе подробно изложены основные принципы работы пакета прикладных программ SCAD Office, а также материал по использованию программы «Арбат».

Методические указания могут быть полезны студентам и аспирантам строительных вузов, инженерам, научным работникам, чья деятельность связана с расчетами строительных конструкций.

Ил. 8. Библиогр.: 5 назв.

© ФГБОУ ВПО «СибАДИ», 2013

3

ВВЕДЕНИЕ

В основу пакета программ SCAD Office положен общий принцип – ориентация на достаточно строгое и, по возможности, полное выполнение всех требований, представленных в нормах по проектированию конструкций. Появление этих программ связано с тем, что системы SCAD и ЛИРА, являясь универсальными вычислительными комплексами, предназначенными в большей степени для расчета систем в целом, не оперируют той детализированной информацией о конструктивном решении, которая требуется в процессе конструирования.

Автономные программы ориентированы на выполнение детальных проверочных расчетов несущих строительных конструкций в соответствии с действующими нормами. Разработчики программ не ставили перед собой цели получения с их помощью проектной (точнее, конструкторской) документации, ограничившись выполнением детальной проверки заданной конструкции (заметим, что строительные нормы и правила – СНиП – построены как проверочные системы).

Разработчики старались создать такие программные продукты, которые могли бы предохранить пользователя от пропуска любой из многочисленных проверок, представленных в нормах проектирования. В частности, набор конструктивных решений продиктован в числе прочего и тем, что рассматриваются только такие конструкции, для которых нормы проектирования полностью обозначили все требования.

Таким образом, набор идей, положенных в основу программ, можно сформулировать так:

•пользователь должен быть уверен, что программа проведет исчерпывающую и строгую экспертизу в соответствии с требованиями норм проектирования, и в ней будут реализованы только положения норм, а другие (быть может, весьма разумные) проектные идеи и процедуры не будут применяться;

•пользователь не должен быть связан необходимостью поиска основной справочной и нормативной информации, она должна присутствовать в базе данных программы;

•пользователю предоставляется возможность детального анализа результатов экспертизы, и за ним оставляется право принятия решений по изменению и улучшению конструктивного решения.

4

1.ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ

1.1.Оценка конструктивного решения

Любой набор нормативных требований может быть представлен

где Fj – функция основных переменных, реализующая j-ю проверку; S

– обобщенные нагрузки (нагрузочные эффекты); R – обобщенные сопротивления.

Ориентируясь на значения функций Fj, можно ввести понятие коэффициента использования ограничения (К), и критерий проверки представить в виде

maxj Kj < 1,

включающем все необходимые проверки. Значение Kj при этом определяет для элемента (узла, соединения, сечения и т.п.) имеющийся запас прочности, устойчивости или другого нормируемого параметра качества. Если требование норм выполняется с запасом, то коэффициент Kj равен относительной величине исчерпания нормативного требования (например, Kj = 0,7 соответствует 30 %-ному запасу). При невыполнении требований норм значение Kj > 1 свидетельствует о нарушении того или иного требования, т.е. характеризует степень перегрузки. Таким образом, Kj – левая часть расчетного неравенства, представленного в приведенной выше форме (рис. 1).

Рис. 1. Геометрическая иллюстрация области проверок в случае двух переменных

5

Все полученные в результате проверок значения коэффициентов Kj доступны для анализа в диалоговом окне «Диаграмма факторов» или же в полном отчете о проведенной проверке. В рабочих диалоговых окнах выводится значение Kmax – максимального (т.е. наиболее опасного) из обнаруженных значений Kj и указывается тип проверки (например, прочность, устойчивость), при которой этот максимум реализовался.

1.2. Прямая и обратная задачи

Нормы проектирования строительных конструкций построены как система проверок известного конструктивного решения, т.е. они решают задачу оценки конструкций, а не проблему ее синтеза. Конструкторская программа «АРБАТ» нацелена на решение обеих упомянутых проблем – задачи оценки и задачи подбора. Но последняя проблема (подбор) решается в ограниченной постановке как целенаправленный перебор по списку возможных конструктивных решений.

Так, при проектировании стальных конструкций могут подбираться сечения из указанного сортамента профилей, который упорядочен по возрастанию веса. Поскольку просмотр сортамента реализуется по возрастанию величины (веса) профиля и останавливается на первом, удовлетворяющем всем требованиям норм, то реализуется выбор сечения с наименьшим расходом стали. Аналогично, при проектировании железобетонных конструкций в рамках заданных опалубочных размеров перебирается, постепенно увеличиваясь, площадь арматуры.

Описанный подход к подбору (синтезу) поперечного сечения приводит к решениям, которые, по той или иной причине (конструктивные соображения, унификация и др.), могут не удовлетворить проектировщика. Он имеет возможность скорректировать решение, предлагаемое программой, и оперативно провести его проверку в режиме экспертизы.

1.3.Анализ несущей способности сечения

Впрограмме «Арбат» предусматривается возможность детального исследования несущей способности поперечного сечения, которое выполняется в рамках режима «Сопротивление сечений». Активизация функции «Кривые взаимодействия» дает возможность получить

6

графическое изображение области несущей способности для выбранной пары усилий, действующих в поперечном сечении. Кривые (рис. 2) окружают начало координат замкнутой линией, внутри которой располагаются точки с условно-допустимыми парами рассматриваемых усилий. Напомним, что пара усилий считается допустимой, когда Kmax < 1. При этом все остальные усилия полагаются равными нулю. Именно отбрасывание других компонент усилий заставляет говорить об условной, а не об абсолютной допустимости указанных точек.

Рис. 2. Пример кривой взаимодействия

Кривую взаимодействия можно оперативно «ощупать» с помощью курсора. Для каждого его положения будут указаны координаты точки в пространстве усилий, действующих на сечение, а также соответствующее этой точке значение Kmax с указанием критического фактора, где этот максимум реализовался.

Полезно заметить, что использование техники анализа кривых взаимодействия дало возможность обнаружить некоторые неточности норм. Например, для стальных конструкций оказалось, что можно встретить случаи, когда область несущей способности элемента оказывается невыпуклой. Пример такой кривой представлен на рис. 3.

7

Рис. 3. Область несущей способности стального двутавра

Здесь рассмотрено поперечное сечение в виде симметричного

четная длина стержня в обоих главных плоскостях составляет 600 см, коэффициент условий работы и коэффициент надежности по назначению приняты равными с = 1,0 , n = 1,0.

Граница области несущей способности на участках АВ и АН определяется условием прочности при совместном действии растяжения и изгиба, на участках ВС и GH – устойчивостью плоской формы изгиба, на участках CD и GF, как и на участке DEF, – устойчивостью из плоскости действия момента.

Невыпуклость кривой CDEFG связана со сменой типа зависимости коэффициента влияния формы сечения, вычисляемого по формулам [2, формулы (57) - (59)], от величины относительного эксцентриситета m. Эта зависимость для трех значений длины стержня приведена на рис. 4. Характерный излом при значении m = 10, где функция C(m) меняется с линейной на гиперболическую.

8

Рис. 4. Зависимость С(m) стального двутавра

Невыпуклыми оказываются области несущей способности железобетонных сечений, где на границе «растяжение-сжатие» кривая взаимодействия терпит разрыв, определяемый проверкой на трещиностойкость. Сама по себе невыпуклость рассматриваемой области может привести ко многим неприятным последствиям. Наиболее очевидным из них является следующее: по традиции, оценивая невыгодные сочетания усилий, инженеры либо вообще не рассматривают некоторые воздействия, либо учитывают их полностью. Для невыпуклой области, однако, возможно и такое, что невыгодным является некоторое промежуточное значение.

2.ПРОГРАММА«Арбат»

2.1.Общие сведения

Программа «Арбат» предназначена для проверки несущей способности или подбора арматуры в элементах бетонных и железобетонных конструкций, для вычисления прогибов в железобетонных балках, для проверки местной прочности элементов железобетонных конструкций (включая закладные детали) согласно требованиям од-

9