Расчет и проектирование стальных конструкций
В состав Лиры входит подпрограмма Лира СТК, которая позволяет выполнить проверку и подбор сечений стержневых конечных элементов. При этом пользователь, создавший систему стальных сечений, выполняет расчет и экспортирует результаты расчета в Лиру СТК. В этой подпрограмме задаются дополнительные исходные данные для проверки расчетов строительных конструкций, которые характерны для расчета со СНиП. В том числе вводится марка стали. Однако имеется возможность задать вид стали, не соответствующей стали по ГОСТу. Задаются дополнительные данные, которые зависят от конкретного вида конструкций, которые мы рассчитываем.
Подбор и проверка стальных элементов может производиться в двух режимах: сквозной режим, когда расчет выполняется для всех элементов, и локальный режим, когда выполняется многовариантное проектирование одного элемента. В этом случае можно варьировать с сечением элемента и маркой стали, можно менять расположение ребер жесткости. Работа основана на базе нормативных требований по расчету стальных конструкций , действующих сортаментов стального проката и индивидуально задаваемых сортаментов Лира РС (редактируемый сортамент). Можно добавлять характеристики стальных материалов.
Проектирование сечения в Лира стк и соответствующие процедуры:
Ферменные элементы.
Допускается наличие только продольных усилий (сжатие или растяжение).
Изгибающие элементы.
Допускается наличие изгибающих элементов в плоскости z1 y1, а также перерезующих сил Qz, Qy.
Внецентренное сжатие колонны.
Допускается наличие изгибающих моментов и поперечных сил.
Канаты.
Допускается наличие продольных сил, но только растягивающих.
Для выполнения расчетов в этой подпрограмме помимо данных, введенных для статического расчета, необходимо ввести дополнительные данные, которые требуются для расчетов согласно требованиям СНиП «Стальные конструкции».
Во-первых, для всех типов рассчитываемых элементов задается коэффициент условий работы γс и коэффициент надежности по зданию γн. При этом для проверки по прочности устойчивости могут быть введены различные коэффициенты γс, а коэффициент γн всегда задается для конструкции в целом. Кроме того, если в схеме имеются элементы, подтверждающие действие осевой силы, необходимо указывать расчетные длины элементов. Если система пространственная, то расчетные длины указываются в двух плоскостях либо длина элемента по схеме умножается на коэффициент. В случае задания в единицах длины эта величина может отличаться от длины элемента по схеме. Особо следует обратить внимание на термин устойчивость относительно оси. Этот термин обозначает плоскость, перпендикулярную соответствующей оси.
Дополнительные данные для ферменных элементов
Задается марка стали, вид элемента (элемент пояса, опорный или неопорный элемент решетки). Эти данные требуются для автоматического определения допустимой гибкости элемента в плоскости и из плоскости фермы в соответствии с требованиями СНиП «Стальные конструкции».
Гибкость растянутых элементов по умолчанию принимается равной 300.поскольку программа способна выполнить автоматический подбор сечения элементов, необходимо задать и параметры подбора сечения (вид сечения и пределы варьирования). Эти данные задаются дополнительно к тем, которые задавались ранее для статического расчета конструкции. Однако здесь имеются моменты, которым необходимо особое внимание. Дело в том, что 1) имеется много разных типов ферм, которые отличаются условиями работы; 2) при проверке существующих конструкций приходится учитывать дополнительные усилия, вызванные погрешность монтажа конструкции.
В некоторых фермах допускается неузловая нагрузка на верхний пояс в виде сосредоточенных сил и равномерно распределенной по всему поясу нагрузки.
В следствие этого в элементах верхнего пояса и раскосах помимо осевых усилий возникают и расчетно-изгибающие моменты. Наиболее частым дефектом при изготовлении ферм является расцентровка геометрических осей элемента решетки. В результате этого возникает изгибающий момент во всех примыкающих к узлу элементах.
Допустим требуется выполнить расчет фермы
Такая ситуация может возникнуть при отсутствии прогонов по ферме. Отметим, что в этом случае верхний пояс фермы приходится рассматривать как неразрезной изгибный элемент, который опирается шарнирно на элементы решетки.
Выполняется статический расчет, и получаем изгибающий момент и продольную силу в элементах. Получаем сжато-изогнутые элементы фермы. Затем, поставив задачу проверки сечения фермы, мы экспортируем данные статического расчета в систему Лиры СТК и в дополнительные данные задачи нахождения сечения элементов фермы.
Выделенные элементы программа расценивает как элементы ферм, а в алгоритмах для этих элементов заложено только сжатие или растяжение. При этом просмотр элементов с помощью справочной системы Лиры СТК дает значение продольных сил и моментов в элементах, то есть проблема заключается в том, что несмотря на фактическую работу элементов как сжато-изогнутых программа рассчитывает их только на продольную силу. Кроме того допустим, что в элементах фермы действуют только осевые усилия растяжения и сжатия (классическая ферма). Такая ферма выполняется из одиночных уголков. В этом случае при общем подходе при расчете ферм снова получается неправильный результат. Дело в том, что в фермах с одиночными уголками элементы решетки крепятся к поясу меньшей или большей полками.
Поскольку продольные усилия на уголок передаются через полку, то они оказываются приложенными к элементам решетки с эксцентриситетом относительно геометрической оси элементов (уголков). Поэтому в элементах таких ферм по определению возникают изгибающие моменты.
σ = N/An ± Mx/Yx*y0 ± My/Yy*x0 ,
где y0 – расстояние до рассматриваемого уголка.
Отметим, что в таких ситуациях расчет сжато-изогнутых элементов выполняется в ручную по нормам непосредственно на основании статических расчетов ферм.
При расчетах изгибающих элементов в системе Лира СТК необходимо ввести дополнительные данные для расчета не только прочности балки, но и для проверки общей устойчивости сжатого верхнего пояса и местной устойчивости стенки. Поэтому приходится отвечать на вопрос, связанный с наличием ребер жесткости, шагом, наличием закреплений в верхнем поясе балки, пролете, величиной расчетной длины сжатого пояса балки для проверки общей устойчивости балки.
Подбор сечений прокатных элементов выполняется простым перебором типовых сечений, заданных в сортаменте ПК Лира. Интервал перебираемых сечений принимается в соответствии с заданным пользователем интервалом на вкладке ограничения подбора. При этом процесс подбора прекращается, когда находятся сечения, имеющие линейную прочность и отвечающие условиям расчета по первой и второй группе предельных состояний. С этой целью сечения в сортаменте расположены по мере увеличения площади. Однако в ряде случаев требуется найти сечение минимальной стойкости. В этом случае пользователь имеет возможность расположить сечения в сортаменте по мере увеличения их стоимости. Для этого в ПК Лира существует редактируемый сортамент Лира РС. К редактируемому сортаменту нужно обращаться в том случае, если необходимо дополнить сортамент сечения, которое там не имеется, или поменять размеры существующих сечений. Особым образом выполняется подбор сечений составных элементов. Подбор таких элементов выполняется следующим образом: фиксируется стенка балки и происходит подбор имеющегося в сортаменте в порядке возрастания балки. когда цикл перебора поясов заканчивается, а сечение не подобрано, фиксируется следующий размер стенки, и процесс подбора поясов повторяется.