Загальні положення

Методичні вказівки до виконання контрольної роботи з дисципліни “Будівельні конструкції, будівлі та споруди” (цикл вільного вибору) для студентів, котрі навчаються за напрямком “Будівництво”, розроблені у відповідності з робочою навчальною програмою курсу “Будівельні конструкції, будівлі та споруди” (цикл вільного вибору) для студентів спеціальності 6.092101- “Промислове та цивільне будівництво” денної та заочної форм навчання.

Мета контрольної роботи – перевірити вміння студентів використовувати при проектуванні будівель і споруд електронно-обчислювальну техніку та сучасні методи будівельного проектування, зокрема, ПОК SCAD; моделювати різноманітні граничні умови та навантаження; розраховувати на статичне навантаження стержневі, пластинчаті та комбіновані системи.

Контрольна робота складається із задач з розрахунку плоских та просторових систем за допомогою проектно-обчислювального комплексу SCAD:

Задача 1. Розрахунок регулярної плоскої рами.

Задача 2. Розрахунок статично невизначної плоскої рами.

Задача 3. Розрахунок просторового каркасу.

Задача 4. Розрахунок простої балочної ферми.

Задача 5. Розрахунок двоскатної ферми.

Задача 6. Розрахунок арки.

Задача 7. Розрахунок поверхонь обертання (циліндра, конуса,

сфери,тора).

У методичних вказівках наведено приклади розрахунку статично невизначної плоскої рами, ферми, арки та просторової конструкції (купола).

Вихідні дані для рішення задач слід вибирати за шифром Вашої залікової книжки (дві останні цифри номера) з таблиць, розміщених у кожній задачі. Задачі, виконані не за шифром, на перевірку не приймаються і повертаються без рецензії.

Зразок оформлення титульної сторінки контрольної роботи – на стор.73.

Студенти заочної форми навчання реєструють виконані контрольні роботи спершу в деканаті будівельного факультету, потім – на кафедрі ПЦБ.

Консультації щодо рішення задач можна отримати на кафедрі промислового та цивільного будівництва.

Вступ

Проектно-обчислювальний комплекс (ПОК) SCAD призначений для чисельного дослідження на ЕОМ напружено-деформівного стану і стійкості конструкцій, а також для автоматизованого виконання ряду процесів конструювання. ПОК SCAD забезпечує дослідження широкого класу конструкцій: плоскі та просторові стержньові системи, довільні пластинчаті і оболонкові системи, мембрани, масивні тіла, комбіновані системи - рамно-зв'язні конструкції висотних будівель, плити на грунтовій основі, ребристі системи, багатошарові конструкції.

Розрахунок виконується на статичні та динамічні навантаження. Статичні навантаження моделюють силові дії від зосереджених чи розподілених сил або моментів, температурного нагріву і переміщень окремих частин конструкції. Динамічні навантаження моделюють дії від землетрусу, пульсуючого потоку вітру, вібраційні дії від технологічного устаткування, ударні дії.

Досліджувані об'єкти можуть мати довільні контури, локальні ослаблення у вигляді різної форми отворів і порожнин, різні умови обпирання.

ПОК SCAD реалізує чисельний метод дискретизації суцільного середовища методом скінченних елементів (МСЕ). Цей метод добре адаптований до реалізації на ЕОМ. За єдиною методикою розраховуються стержньові, пластинчаті та комбіновані системи. Легко моделюються різноманітні граничні умови і навантаження.

Основними етапами рішення задач за МСЕ є: розчленування досліджуваної системи на скінченні елементи і призначення вузлових точок, в яких визначаються вузлові переміщення; побудова матриць жорсткості; формування системи канонічних рівнянь, що відображають умови рівноваги у вузлах розрахункової схеми; рішення системи рівнянь і обчислення значень вузлових переміщень; визначення компонентів напружено-деформівного стану досліджуваної системи за знайденими значеннями вузлових переміщень.

В ПОК SCAD автоматизовані всі етапи рішення задач за МСЕ, у тому числі й процес генерації сітки скінченних елементів.

В ПОК SCAD включена велика кількість типів скінченних елементів: стрижні, чотирикутні і трикутні елементи плити, оболонки (ізотропний і ортотропний матеріал, багатошарові конструкції), чотирикутні і трикутні елементи плити на пружній основі; просторові елементи у вигляді тетраедра, паралелепіпеда, восьмигранника загального вигляду; одновимірний і двовимірні (трикутний і чотирикутний) елементи для вирішення осесиметричної задачі теорії пружності; спеціальні елементи, що моделюють зв'язок кінцевої жорсткості, пружну податливість між вузлами; елементи, що задаються чисельною матрицею жорсткості.

Розвинута бібліотека скінченних елементів, сучасні ефективні алгоритми рішення систем рівнянь і задач на власні значення практично не накладають обмеження на тип і властивості об'єкта, що розраховується, і дають можливість вирішувати задачі з великою кількістю невідомих.

ПОК SCAD включає модулі, що автоматизують ряд процесів проектування: вибір невигідних комбінацій навантажень, уніфікація елементів за міцністю, оптимальне армування перерізів залізобетонних конструкцій. Підключення нових модулів такого типу і адаптація до спеціальних норм будівельного і машинобудівного проектування розширюють можливості ПОК SCAD в області автоматизації процесів проектування. Універсальність і легка адаптація до проблеми дозволяють застосовувати SCAD при автоматизації проектування різноманітних інженерних об'єктів:

будівництва - покриття і перекриття великих прольотів, конструкції висотних будівель, підпірні стіни, фундаментні масиви, каркасні конструкції промислових цехів, окремі елементи (колони, ригелі, ферми, панелі);

мостобудування і транспортного будівництва - коробчаті конструкції великих прольотів, пілони і вантові системи висячих мостів, мостові опори, тунелі; дорожні і аеродромні покриття; насипи, підпірні стіни;

спеціальних споруд - конструкції висотних башт і щогл, телескопів, магістральних трубопроводів, гідротехнічних споруд, важкі конструкції атомної енергетики;

машинобудування - конструкції транспортних машин, баштових і портальних кранів, дорожньо-будівельних і гірничодобувних механізмів, турбін; казанів, корпусів і окремих фрагментів судів, літальних апаратів.

В програмному комплексі SCAD версії 7.25 реалізовані будівельні норми і правила станом на 1998 рік.

Задача 1