Методичні вказівки до курсового проекту Статичний розрахунок поперечної рами за допомогою програмного комплексу Ліра

ЗМІСТ

ВСТУП.. 3

1. Геометрична схема рами. 5

2. Навантаження рами. 8

2.1. Постійні навантаження. 8

2.1.1. Навантаження від покриття (навантаження 1) 9

2.1.2. Навантаження від ваги підкранових балок (навантаження 2) 9

2.1.3. Навантаження від власної ваги колон (навантаження 3) 10

2.1.4. Навантаження від ваги стін та вікон (навантаження 4) 10

2.2. Тимчасові навантаження. 11

2.2.1. Снігове навантаження (навантаження 5) 11

2.2.2. Вертикальні кранові навантаження (навантаження 6-9) 12

2.2.3. Горизонтальні кранові навантаження (навантаження 10-14) 13

2.2.4. Вітрове навантаження (навантаження 14, 15) 14

3. Генерація таблиці розрахункових сполучень зусиль. 14

4. Зусилля в елементах рами. 17

Рекомендовані джерела. 23

ВСТУП

Навчальним планом підготовки студентів спеціальності 7.06010101 та 8.06010101 "Промислове і цивільне будівництво" передбачено виконання курсового проекту з дисципліни "Проектування залізобетонних та мурованих конструкцій", в якому необхідно запроектувати залізобетонний каркас одноповерхової виробничої будівлі обладнаної мостовими кранами.

Одним із завдань курсового проекту є статичний розрахунок поперечної рами будівлі, який можна виконувати наближеними методами за допомогою таблиць додатку 6 [7], формул глави 6 [10], або з використанням ПЕОМ (програми "Ліра", "Міраж", Ansys, Scad Office, тощо). В даних методичних вказівках наведений приклад статичного розрахунку поперечної рами будівлі за допомогою програмного комплексу "Ліра".

"Ліра" – це багатофункціональний програмний комплекс, який призначений для розрахунку, проектування та дослідження роботи різноманітних конструкцій та споруд. ПК "Ліра" використовує метод кінцевих елементів (МКЕ) у формі переміщень, який дає можливість легко алгоритмізувати процес обчислювань з використанням комп’ютерної техніки.

У методичних вказівках: "Вихідні дані. Компонування конструктивної схеми та збір навантажень на поперечну раму" [9] наведений приклад компонування будівлі, виконаний підбір основних конструкцій та визначенні навантаження на поперечну раму. На основі цих даних виконаний даний приклад.

Вихідні дані для проектування будівлі:

1. Довжина будівлі А = 84 м.

2. Проліт рами L = 18 м.

3. Кількість прольотів n = 2.

4. Крок колон В = 6 м.

5. Висота до низу кроквяних конструкцій Н = 10,8 м.

6. Вантажопідйомність крану Q = 30/5 т.

7. Район будівництва – м. Рівне.

8. Кроквяна конструкція – безроскісна ферма.

9. Будівля опалюється.

1. Геометрична схема рами

Розрахунок поперечної рами будівлі виконується за допомогою програмного комплексу "Ліра 9.6", тому розрахункову схему компонуємо з врахуванням особливостей комп’ютерного розрахунку.

При компонуванні каркасу [9] розроблена конструктивна схема рами, а саме: визначені габаритні розміри рами, типи окремих її елементів (підкранової та надкранової віток колон, ригеля, підкранової балки, тощо) та обраний спосіб вузлових сполучень.

Принцип адаптації геометричної схеми поперечної рами для розрахунку в "Лірі" наведений на рис. 1.1. Реальні конструктивні елементи рами представляємо у вигляді стержнів, які центруються по геометричним осям елементів. За геометричну вісь елемента приймають лінію, що проходить через центр ваги перерізу.

Оскільки жорсткість ригеля є набагато більшою від жорсткості колон, то кроквяну конструкцію умовно можна замінити одним жорстким стержнем (кроквяну конструкцію можна моделювати без спрощень, наприклад, рисувати всі елементи ферми: пояси, стояки, розкоси). При шарнірному сполучені ригелів (кроквяних конструкцій) з колонами за геометричну вісь ригеля приймаємо лінію, що з'єднує верхні кінці колон. Консолі колон також моделюємо через жорсткі вставки (див. жорсткість тип 4 в табл. 1.1).

Розпочинаючи роботу в ПК "Ліра" через меню Файл → Новый створюємо нову задачу. У діалоговому вікні Признак схемы задаємо схему №2 (Три степени свободы в узле (два перемещения и поворот) X0Z).

Рис. 1.1 - Геометрична схема поперечної рами та її реалізація в ПК

По координатам через діалогове вікно Добавить узел вводимо вузли поперечної рами (за початок координат можна прийняти т. О, див. рис. 1.1).

Через діалогове вікно Добавить элемент сполучаємо побудовані вузли стержнями. При цьому необхідно звернути увагу на те, що нумерація перерізів у стержні починається з точки, з якої починається його побудова, тому для зручності всі колони будуємо знизу вверх (тоді перший переріз в стержні завжди буде знизу).

Через діалогове вікно Связи в узлах задаємо граничні умови для вузлів №1, 6, 10 (див. рис. 1.2), що моделюють жорстке защемлення колон у фундаменті (в’язі по осям X та Z, кут повороту UY).

Через діалогове вікно Шарниры для ригелів (елементи 5, 13) задаємо на кінцях стержнів шарніри (поворот UY).

Через діалогове вікно Жесткости элементов призначаємо типи жорсткостей для елементів рами (див. табл. 1.1).

Таблиця 1.1.

Жорсткості елементів

Для спрощення процесу введення геометричної схеми можна побудувати лише ліву частину рами (в осях А-Б), а потім скористатись діалоговим вікном Копирования объектов віддзеркалити другу половину в площині YOZ по осі середньої колони.

Після завершення побудови геометричної схеми для того, щоб видалити вузли та елементи, які повторюються, "висячі" вузли і т.п., її необхідно "упакувати" за допомогою кнопки  на панелі інструментів.

Рис. 1.2 - Геометрична схема поперечної рами у середовищі ПК "Ліра"

2. Навантаження рами

2.1. Постійні навантаження

Всі постійні навантаження можна задавати в одному вікні навантаження ПК "Ліра", проте для зручності кожний вид постійного навантаження будемо задавати в окремому вікні навантаження програми.

Назву та номер навантаження вводимо через діалогове вікно Активное загружение .

Навантаження на вузли та елементи задаються через діалогове вікно Задание нагрузок . При цьому необхідно пам’ятати, що додатнім вважається згинальний момент Му направлений проти руху годинникової стрілки, якщо дивитись на екран (див. рис. 2.1).

Рис. 2.1 - Правила знаків зусиль у стержні в ПК "Ліра"

2.1.1. Навантаження від покриття (навантаження 1)

У вузлах 5 та 14 прикладаємо зосереджену силу G₁ = 204,39 кН (див. рис. 4.4 [9]), у вузлі 8 – 2·G₁ = 408,78 кН. Оскільки сила G₁ прикладена з ексцентриситетом е_1,А = 40 мм, тому додатково у вузлах 5 та 14 прикладаємо згинальний момент рівний (як варіант, ексцентриситет можна задавати шляхом побудови додаткового стержня (жорсткої вставки), що має довжину, яка дорівнює значенню ексцентриситету):

M₁ = G₁ × e_1,A = 204,39 × 0,04 = 8,18 кН·м.

При цьому у вузлі 5 цей момент додатній, а у 14 – від’ємний.

Рис. 2.2 - Навантаження від ваги покриття (навантаження 1)

2.1.2. Навантаження від ваги підкранових балок (навантаження 2)

У вузлах 4, 9, 15 та 13 прикладаємо зосереджену силу від ваги підкранових балок G₂ =47,06 кН (див. рис. 4.5 [9]). Ексцентриситети е_2,А та е_2,Б задані жорсткими вставками, тому задавати додаткові згинальні моменти не потрібно.

Рис. 2.3 - Навантаження від ваги підкранових балок (навантаження 2)

2.1.3. Навантаження від власної ваги колон (навантаження 3)

Для стержнів 1, 4, 6, 7, 9 та 12 в ПК "Ліра" власну вагу задаємо автоматично через меню Нагрузки → Добавить собственный вес.

При цьому задаємо коефіцієнт надійності за навантаженням рівний 1,1 (відповідно до табл. 5.1 [6]).

У вузлах 4 та 13 прикладаємо зосереджені сили від ваги підкранових консолей: G_К,А = 2,09 кН, а у вузлі 7 – G_К,Б = 15,05 кН.

Крім того у вузлах 4 та 13 прикладаємо згинальні моменти величиною (зліва – від’ємний, справа – додатній), які зумовлені ексцентриситетом прикладання сил G _К,А по відношенню до точки обпирання підкранової балки:

M₁ = G_К, А × e_К, A = 2,09 × 0,15 = 0,31 кН·м.

Рис. 2.4 - Навантаження від власної ваги колон (навантаження 3)

2.1.4. Навантаження від ваги стін та вікон (навантаження 4)

У вузлах 5 та 14 прикладаємо зусилля G_р1 = 44,32 кН (див. рис. 4.6 [9]) та момент, що рівний:

M _р1 = G_р1 × e_р1 = 44,32 × 0,34 = 15,07 кН·м.

У вузлах 3 та 12 – зусилля G_р2 = 64,74 кН та момент:

M _р2 = G_р2 × e_р1 = 64,74*0,34=22,01 кН·м.

Силу G_р3 = 51,98 кН умовно прикладаємо у вузлах 1 та 10, момент відповідно рівний:

M _р3 = G_р3 × e_р2 = 51,98*0,55=28,59 кН·м.

При цьому на ліву колону діють моменти із знаком "+", а на праву із знаком "-".

Рис. 2.5 - Навантаження від ваги стін та вікон (навантаження 4)

2.2. Тимчасові навантаження

2.2.1. Снігове навантаження (навантаження 5)

У вузлах 5 та 14 прикладаємо зосереджене зусилля від дії снігового навантаження Q_s = 70,28 кН (див. п. 4.2.2 [9]) та згинальний момент (у вузлі 5 додатній, у вузлі 14 від’ємний):

M _s = Q_s × e_1,А = 70,28 × 0,04 = 2,81 кН·м.

Ексцентриситет прикладання снігового навантаження співпадає з ексцентриситетом від ваги покриття.

У вузлі 8 прикладаємо зусилля 2·Q_s = 140,56 кН.

Рис. 2.6 - Навантаження від ваги снігу (навантаження 5)

2.2.2. Вертикальні кранові навантаження (навантаження 6-9)

В програмі "Ліра" окремо задаються вертикальні та горизонтальні (гальмівні) кранові навантаження. Навантаження 6, 7, 8, 9 – це вертикальні кранові навантаження, коли почергово максимальне вертикальне кранове навантаження F_m,max = 484,98 кН (див. п. 4.2.2 [9]) знаходиться в прольоті зліва, а мінімальне F_m,min = 142,89 кН справа і навпаки максимальне – справа, мінімальне – зліва в кожному з прольотів рами. Вертикальні кранові навантаження прикладаються на кінці кранової консолі, тобто у вузлах 4, 9, 13, 15.

Рис. 2.7 - Вертикальне кранове навантаження в прольоті А-Б, кран зліва (навантаження 6)

Рис. 2.8 - Вертикальне кранове навантаження в прольоті А-Б, кран справа (навантаження 7)

Рис. 2.9 - Вертикальне кранове навантаження в прольоті Б-В, кран зліва (навантаження 8)

Рис. 2.10 - Вертикальне кранове навантаження в прольоті Б-В, кран справа (навантаження 9)

2.2.3. Горизонтальні кранові навантаження (навантаження 10-14)

Наступні навантаження – це горизонтальні кранові навантаження, коли почергово гальмівне зусилля крана Н_m = 22,52кН (див. п. 4.2.2 [9]) направлене зліва направо та навпаки: справа наліво, – в кожному з прольотів рами.

Сила Н_m прикладена до надкранових віток колон (стержні 4, 7, 12) на рівні верху підкранової балки, а саме: на відстані 1,0 м від верху кранової консолі.

Рис. 2.11 - Горизонтальне кранове навантаження в прольоті А-Б, кран гальмує справа наліво (навантаження 10)

Рис. 2.12 - Горизонтальне кранове навантаження в прольоті А-Б, кран гальмує зліва направо (навантаження 11)

Рис. 2.13 - Горизонтальне кранове навантаження в прольоті Б-В, кран гальмує справа наліво (навантаження 12)

Рис. 2.14 - Горизонтальне кранове навантаження в прольоті Б-В, кран гальмує зліва направо (навантаження 13)

2.2.4. Вітрове навантаження (навантаження 14, 15)

Вітрове навантаження задаємо як рівномірно розподілене, що діє на крайні колони рами на ділянках від 0,000 до +10,800 (низу кроквяних конструкцій) відповідно до рис. 4.8 [9].

До вузлів 5 та 14 прикладаємо зосереджене навантаження W=2,36 кН та W`= 1,47 кН.

Вітрове навантаження задається як з навітряної (активний тиск), так і завітряної сторони (відсос).

Рис. 2.15 - Вітрове навантаження, вітер діє зліва (навантаження 14)

Рис. 2.16 - Вітрове навантаження, вітер діє справа (навантаження 15)

3. Генерація таблиці розрахункових сполучень зусиль

Для розрахунку конструкцій використовують сполучення навантажень, які враховують ймовірність одночасної дії декількох навантажень (враховується коефіцієнт сполучення навантажень ψ) та вагомість їх впливу. При виборі найневигідніших сполучень навантажень і впливів необхідно керуватись ДБН В.1.2-2 [6]. ПК

"Ліра" дозволяє автоматично знайти найбільші зусилля в елементах при різних можливих комбінаціях навантажень, які формуються згідно нормативів. Для цього необхідно виконати розрахунок на "РСУ" (Расчетные сочетания усилий).

Для створення таблиці "РСУ" вибираємо пункт меню Нагрузки →РСУ →Генерация таблицы РСУ. При генерації таблиці РСУ задаються види навантажень (постійне, короткочасне, кранове і т.д.), супутні навантаження, взаємовиключні навантаження (які фізично неможливі), співвідношення коефіцієнтів надійності за розрахунковими навантаженнями, відсоток квазіпостійних (довготривалих) навантажень.

Відношення коефіцієнту надійності граничного значення навантаження до експлуатаційного складає:

- для постійних та кранових навантажень 

- для снігового навантаження 

 (γ_fe = 0,49 згідно табл. 8.3 [6]);

- для вітрового навантаження 

(γ_fe = 0,21 згідно табл. 9.3 [6]).

Для постійних навантажень доля квазіпостійних (довготривалих) навантажень складає 1,0, для всіх інших, крім снігових, приймаємо, що це відношення дорівнює 0. Для снігових навантажень доля квазіпостійних (довготривалих) навантажень складає:

 (див. п. 4.2.2 [9]).

Параметри "РСУ" наведені в табл. 3.1.

Таблиця 3.1.

Параметри РСУ (меню Окно →Интерактивные таблицы)

Згідно п.п. 7.17 та 7.19 [6] при розрахунку міцності та стійкості рам слід приймати в кожному прольоті не більше двох кранів, а при врахуванні суміщення кранів в одному створі (в різних прольотах), то для вертикальних кранових навантажень необхідно враховувати не більше двох таких навантажень (чотири крани), а горизонтальних (гальмівних) – не більше одного (два крани). Цю умову необхідно вказати при створенні таблиці "РСУ" (вказано "по замовчюванню").

У колонці групи взаємовиключних навантажень (див. табл. 3.1) вказуються номер групи, в яку не можуть одночасно входити деякі навантаження (наприклад: у групу №5 не можуть одночасно входити вітрове навантаження як зліва, так і справа).

4. Зусилля в елементах рами

Після виконання розрахунків (кнопка ) переходимо у режим Результаты расчета (кнопка ) та виділяємо елементи крайньої (стержні 1, 4) або середньої колон (стержні 6, 7). При цьому стержні 1 та 6 відповідають підкрановій вітці, а стержні 4 та 7 – надкрановій вітці колон. Далі заходимо у меню Окно →Интерактивные таблицы, вибираємо пункт РСУ (Стержни), для виділених елементів та необхідні зусилля в стержнях: граничні розрахункові (расчетные), експлуатаційні розрахункові (нормативные), або квазіпостійні розрахункові (расчетные длительные).

Зусилля в елементах рами наведені в табл. 4.1 – 4.6 (табл. 4.1 та 4.4 наведені в повному обсязі, а всі інші, для економії місця, скорочено). Заливкою в таблицях виділені ті зусилля, на які в подальшому необхідно проводити розрахунок (N_max, M і Q – відповідно та |М_max|, N і Q – відповідно).

Таблиця 4.1.

Зусилля від повних граничних розрахункових навантажень в крайній колоні

Таблиця 4.2.

Зусилля від повних експлуатаційних розрахункових навантажень в крайній колоні (скорочено)

Таблиця 4.3.

Зусилля від квазіпостійних розрахункових навантажень в крайній колоні (скорочено)

Таблиця 4.4.

Зусилля від повних граничних розрахункових навантажень в середній колоні

Таблиця 4.5.

Зусилля від повних експлуатаційних розрахункових навантажень в середній колоні (скорочено)

Таблиця 4.6.

Зусилля від квазіпостійних розрахункових навантажень в середній колоні (скорочено)

Рекомендовані джерела

1. Современные технологии расчета и проектирования металлических и деревянных конструкций: Курсовое и дипломное проектирование. Исследовательские задачи / Под ред. А. А. Нилова. – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2008. – 326 с.

2. Городецкий А. С., Евзеров И. Д. Компьютерные модели конструкций. / А. С. Городецкий, И. Д. Евзеров. – К.: «Факт», 2005. – 344 с.

3. Компьютерные технологии проектирования железобетонных конструкций: Курсовое проектирование / Ю. В. Верюжский, В. И. Колчунов, М. С. Барабаш, Ю. В. Гензерский. – К.: Книжное изд-во НАУ, 2006. – 808 с.

4. Лира 9.2. Примеры расчета и проектирования: Учебное пособие / М. С. Барабаш, Ю. В. Гензерский, Д. В. Марченко, В. П. Титок. – К.: «Факт», 2005. – 106 с.

5. Байков В. Н., Сигалов Э. Е. Железобетонные конструкции: Общий курс: Учеб. для вузов. / В. Н. Байков, Э. Е. Сигалов. – М.: Стройиздат, 1991. – 767 с.

6. ДБН В.1.2-2:2006. Навантаження і впливи: Норми проектування. – Київ: Мінбуд України, 2006. – 75 с.

7. Железобетонные конструкции. Курсовое и дипломное проектирование / Под ред. А. Я. Барашикова. – К.: «Вища школа», 1987. – 416 с.

8. Залізобетонні конструкції: Підручник / За ред. П. Ф. Вахненка. – К.: Вища школа, 1999. – 508 с.

9. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни "Проектування залізобетонних та мурованих конструкцій" для студентів спеціальності 7.06010101 та 8.06010101 "Промислове і цивільне будівництво". "Вихідні дані. Компонування конструктивної схеми та збір навантажень на поперечну раму" / Конончук О. П., Дубіжанський Д. І., Сорочак А. П. – Тернопіль: ТНТУ, 2013, – 36 с.

10. Проектирование железобетонных конструкций. Справочное пособие / Под ред. А. Б. Голышева. – К: Будівельник, 1985.– 496 с.

11. ДБН В.2.6-98:2009 Конструкції будинків і споруд. Бетонні та залізобетонні конструкції. Основні положення. – Київ: Мінрегіонбуд України, 2011. – 71 с.

12. ДСТУ Б В.2.6-156:2010. Конструкції будинків і споруд. Бетонні та залізобетонні конструкції з важкого бетону. Правила проектування. – Київ: Міністерство регіонального розвитку та будівництва України, 2010.– 166 с.

З повагою ІЦ "KURSOVIKS"!