В предыдущих статьях было выполнено моделирование пространственного каркаса в ПК САПФИР. В рамках данной статьи выполним экспорт модели в ЛИРА САПР и полный расчёт, на основании результатов которого можно будет составлять техническое задание на выполнение чертежей металлоконструкций.
Подготовка модели САПФИР к экспорту в ЛИРА САПР
Перед экспортом модели в ЛИРА САПР, следует выполнить ряд дополнительных настроек.
Назначение граничных условий
По умолчанию, все колонны имеют жёсткую заделку в основание, т.е. связи по направлениям X, Y, Z, UX, UY, UZ. Для того, чтобы расчётная модель отражала работу конструкции здания, следует удалить ряд связей по нижним концам колонн и стоек фахверка.
Для основных колонн, следует удалить жёсткую заделку относительно оси Y.
Для стоек фахверка следует удалить заделки относительно осей X, Y.
Настройки поиска пересечений объектов
Поскольку в модели присутствуют стержни, находящиеся в одних и тех же координатах (прогоны и распорки по верхнему поясу ферм), следует выполнить настройку, чтобы программа правильно выполнила пересечение данных стержней.
Настройке подлежат следующие параметры:
- поиск пересечений 5 мм, чтобы обеспечить сшивку узлов в месте примыкания отдельных стержней, если при построении были допущены неточности;
- 2 общих узла при пересечении параллельных стержней – для корректной сшивки узлов прогонов и распорок в уровне верхнего пояса;
Экспорт модели в ЛИРА САПР
Когда конструктивная модель будет закончена и для неё будут выполнены все необходимые настройки, следует создать расчётную модель, в ПК САПФИР, аналогично расчётной модели плоской рамы.
При создании расчётной модели, также следует выполнить пересечение стержней и триангуляцию.
После создания модели, следует выполнить её визуальный осмотр, убедиться в том, что в неё присутствуют все несущие элементы из конструктивной модели и все приложенные нагрузки, после чего следует выполнить экспорт модели в ЛИРА САПР.
Работа с моделью в ЛИРА САПР
В окне ЛИРА САПР, также следует выполнить визуальный осмотр импортированной из САПФИР модели и внести небольшие доработки, для корректной работы модели.
Создание объединений перемещений узлов верха колонн с опорными узлами ферм в связевых отсеках
В рамках данной корректировки, следует обеспечить совместное перемещение вдоль глобальной оси Х, верхнего узла колонны и опорного узла фермы.
Данная операция выполнятся только для отсеков, в которых находятся горизонтальные связи в уровне верхнего пояса, она выполняется для того, чтобы исключить большие перемещения опорных узлов ферм вдоль оси Х, которые обусловлены низкой жёсткостью колонны при работе на кручение. В построенном здании, данные перемещения будут исключаться за счёт включения в работу конструкций, примыкающих к колонне, а также за счёт жёсткости ограждающих конструкций.
Сбор масс для динамики
Поскольку элементы ферм соединены между собой шарнирно, то при расчёте на динамические воздействия, это может привести к появлению геометрической изменяемости системы. Обусловлено это тем, что при вычислении форм колебаний, программа считает, что массы от отдельных загружений собираются в узлы элементов. В случае с нагрузкой от собственного веса стальных конструкций, массы будут сконцентрированы узлах соединения раскосов и поясов, которые соединены между собой шарнирно.
Для того, чтобы обеспечить корректную работу расчётной модели, следует определить, какие именно конструкции будут рассчитаны на усилия, возникающие от динамических загружений (в рамках данного проекта, на пульсацию ветра). Это следующие конструкции:
- Основные колонны и стойки фахверка (воспринимают ветер непосредственно);
- Система связей в покрытии (перераспределяет усилия от ветровой нагрузки между элементами);
- Вертикальные связи между колоннами (воспринимают усилия от ветровой нагрузки в торец здания);
Нижние пояса и раскосы ферм, а также распорки в уровне нижних поясов не участвуют в работе на динамические загружения. Также, если проанализировать распределение масс от отдельных загружений по высоте здания, то выяснится, что большая часть массы создаётся загружениями от собственного веса покрытия и снеговой нагрузки, а сами массы будут сосредоточены в уровне верхних поясов ферм.
Получается следующее соотношение масс:
3.268 т в уровне нижнего пояса фермы (от собственного веса раскосов и нижних поясов);
21.09+109.62=130.71 т в уровне верхних поясов ферм (от веса ограждающих конструкций и снега);
На основании вышеизложенного, можно принять решении о применении приёма «Конденсация масс» для расчёта на динамические воздействия. Такой приём позволяет перенести массы от нагрузок на выбранные элементы в примыкающие к ним узлы.
Для конденсации масс выбираем следующие элементы:
- раскосы и нижние пояса ферм;
- распорки по нижним поясам ферм;
- раскосы вертикальных связей между фермами;
Расчёт модели в ПК ЛИРА САПР
После внесения необходимых доработок выполняем полный расчёт, включая расчёт РСУ, РСН и Конструктивный расчёт. После завершения расчёта, выполняем визуальный анализ перемещений модели от отдельных загружений и их сочетаний, проверяем численные значения деформаций от вертикальных и горизонтальных нагрузок, следим, чтобы они не превосходили значения, полученные на этапе расчёта плоской рамы. Когда анализ результатов статического расчёта будет закончен, переходим к анализу результатов расчёта по СП 16.13330.2017.
Убедившись, что использование сечений по первому и второму предельным состояниям, а также по местной устойчивости не превосходят 100%, можем переходить к расчёту узлов соединений отдельных конструкций, которые не было возможности посчитать, на этапе расчёта плоской рамы.
Расчёт узла соединения вертикальной связи с колонной
Для выполнения этого расчёта, рекомендуется создать отдельную расчётную модель, в которой следует удалить одну из диагоналей вертикальной связи, из предположения, что данная диагональ будет терять устойчивость, при действии сжимающей силы, и все внутренние усилия, будет воспринимать растянутая ветвь.
Дополнительно, следует выполнить настройку таблицы РСН следующим образом:
1 Удалить все столбцы РСН, кроме одного;
2 В оставшемся столбце настроить коэффициент 1 для пульсационного загружения, действующего вдоль здания;
В окне Вариантов конструирования, следует выбрать расчёт по РСН.
Данные настройки выполняются для того, чтобы получить наиболее невыгодное сочетание усилий для расчёта вертикальной связи, и соответственно узла её примыкания к колонне. Выполним расчёт стальных конструкций и проверим, каков процент использования сечения вертикальной связи.
Как видно, поперечное сечение связи, подобранное по типовой серии 1.423.3-8 «Стальные колонны одноэтажных производственных зданий без мостовых кранов» Выпуск 2, лист 22КМ, используется на 78.2 %. Программа предлагает заменить данное сечение на два уголка 110х7, которое будет более эффективным. Произведём замену сечения, после чего необходимо будет выполнить полный расчёт заново. После выполнения полного расчёта с повторной проверкой использования всех элементов, переходим к расчёту узла примыкания связи к колонне.
Для расчёта узла, на вкладке «Сталь» вызываем соответствующее диалоговое окно:
Выбираем тип узла «Связи», сечение связи уголковое, сварное соединение. В диалоговом окне назначения элементов выбираем Элемент 1 – ветвь связи, Элемент 2 – колонна, использовать заданное поперечное сечение. После нажатия ОК, программа откроет окно СТК-САПР.
Примем решения по материалам узла:
Колонна и Уголок – оставляем как есть, т.к. эти параметры были настроены на стадии создания расчётной модели.
Шов Ш1 – электрод Э46 Rwf=200 Н/мм2 по табл. Г.2 СП 16.13330.2017, катет шва kf=4 мм, по таблице 38;
Пластина 1: сталь – С245, такая же марка стали, как у ветви, толщина – 1 см;
После настройки параметров узла выполняем расчёт.
В результате получаем, что созданный узел используется по прочности на 34.2%. По результатам выполненных расчётов, можно приступать к формированию задания на выполнение чертежей металлических конструкций.
