3.3. Расчетная схема поперечной рамы, определение усилий и их расчетных сочетаний. Статический расчет рамы

Расчетная схема создается во втором признаке схемы из конечных элементов (КЭ) типа 10. Для элементов фермы применяется тип КЭ 1. Светоаэрационный фонарь в расчетную схему не включается. Переход от конструктивной схемы к расчетной начинается с замены реальных стержней поперечной рамы конечными элементами, которые задаются через центры тяжести реальных стержней. Центр тяжести верхней части колонны будет соответствовать положению продольной разбивочной оси. Для нижней части колонны положение центра тяжести сечения зададим как 0,5 h_н от наружной грани колонны. В нашем случае подкрановая часть моделируется на расстоянии 0,25 м от надкрановой части (разбивочной оси), а нагрузка прикладывается на расстоянии 0,75 разбивочной оси. Определение координат узлов для конечных элементов ферм выполняется в предположении, что расстояние между центрами тяжести поясов равно 3,15 м, длина панели по нижнему поясу равна 6 м, длина панели по верхнему поясу равна 3 м. Моделирование примыкания фермы сбоку к колонне и уступов ступенчатых колонн осуществляется условными стержнями. Контур расчетной схемы, нанесенный жирной линией поверх конструктивной схемы поперечной рамы, приведенный на рис.  3.8.

Программный комплекс ЛИРА-САПР предлагает широкий выбор инструментов для моделирования. Многие операции, описанные в этом разделе, могут быть выполнены другими методами. Использованные методы работы позволяют, с точки зрения авторов, максимально осветить возможности ПК ЛИРА-САПР, однако, их применение не является догмой.

Рис. 3.8. Расчетная и конструктивная схемы поперечной рамы

3.3.1. Создание геометрической схемы поперечной рамы

Создаем новую задачу с именем и шифром «Рама» и признаком схемы 2 – Три степени свободы в узле (два перемещения и поворот) X0Z.

Вызовите диалоговое окно Создание плоских фрагментов и сетей щелчком по кнопке – Генерация регулярных фрагментов (панель Создание на вкладке Создание и редактирование).

В этом диалоговом окне задайте данные в соответствии с рис. 3.9.

После нажатия кнопки будет сгенерирована рама (рис.3.10), которую нужно откорректировать в соответствии с исходными данными.

Рис. 3.9. Диалоговое окно «Создание плоских фрагментов и сетей»

Рис. 3.10. Созданная схема рамы

Далее нужно привести полученную схему к расчетной. Для этого удалить элементы, отмеченные стрелками. Предварительно выделите эти элементы, и удалите их щелчком по кнопке – Удаление выбранных объектов (панель Редактирование на вкладке Создание и редактирование). Сохраните задачу. Щелчком по кнопке – Упаковка схемы (панель Редактирование на вкладке Создание и редактирование) вызовите диалоговое окно Упаковка, в этом окне установите флажок для параметра «Висячие узлы», который расположен в группе параметров Исключить из расчетной схемы, установите флажок для параметра Выполнять автосохранение перед началом упаковки, нажмите кнопку .

Выделите все элементы схемы, нажав на клавиатуре Ctrl+A. Вызовите диалоговое окно Перемещение объектов щелчком по кнопке – Перемещение (панель Редактирование на вкладке Создание и редактирование).

На первой закладке Перемещение по параметрам задайте dZ=-0.6 м. Нажмите кнопку

Снимите выделение с объектов щелчком по кнопке – Отмена выделения на панели инструментов Панель выбора.

Для удобства контроля за процессом создания расчетной схемы рекомендуется регулярно отображать высотные отметки, строительные оси и размеры.

Проставим высотные отметки на расчетной схеме.

Переведите расчетную схему в вертикальную плоскость, используя инструмент Проекция на XOZ.

Вызовите диалоговое окно Строительные оси и отметки щелчком по кнопке – Строительные оси и отметки (панель Создание на вкладке Создание и редактирование).

При активной первой закладке щелкните по узлам, которые создают одну из колонн. В результате схема должна выглядеть как на рис. 3.11.

Отобразим размеры.

Нажмите кнопку инструмента Флаги рисования .

На третей закладке Общие установите флажок для параметра Размеры на проекции, нажмите кнопку Перерисовать .

В случае необходимости уточнения размеров пользуйтесь инструментом Информация о размерах .

Рис. 3.11. Рама с установленными высотными отметками

Можно отменить отображение строительных отметок и размеров, убрав соответствующие флажки в диалоге Флаги рисования, и, нажав кнопку Перерисовать.

Для дальнейшей работы отразите нумерацию узлов и элементов с помощью инструмента Флаги рисования.

Создадим ферму. Для этого щелчком по кнопке – Генерация ферм (панель Создание на вкладке Создание и редактирование) вызовите диалоговое окно Создание плоских ферм. В этом диалоге нажмите последовательно кнопки, приведённые на рис. 3.12.

Рис. 3.12. Кнопки, используемые для вызова диалогового окна Создание плоских ферм.

В поле Параметры фермы введите следующие параметры:

длина фермы L=23.996 м;

высота фермы H=3.15 м;

количество пролетов (панелей по нижнему поясу) К=4;

установите флажок в поле Указать узел привязки и укажите узел №7 (узел окрашивается в лиловый цвет).

Нажмите кнопку Нарисовать, убедитесь в правильности введенных параметров. Нажмите кнопку .

Смоделируем примыкания фермы сбоку к колоннам. Выделите крайнюю левую стойку фермы с помощью инструментов Отметка элементов .

Вызовите диалоговое окно Перемещение объектов (кнопка на панели Редактирование на вкладке Создание и редактирование). На первой закладке Перемещение по параметрам задайте dX=0.2 м. Нажмите кнопку и снимите выделение с объекта.

Далее выделите крайнюю правую стойку фермы. В диалоговом окне Перемещение объектов введите dX=-0.2 м.

Соедините верхние узлы колонн с нижними крайними узлами фермы стержнями, и установите в местах стыка стержней с фермой шарниры.

Схема примет вид, приведенный на рис. 3.13.

Рис. 3.13. Расчетная схема после моделирования примыкания фермы (добавить стрелочки на рисунке, указывающие на увеличеный узел)

Элементы, отмеченные стрелками, необходимо разделить пополам с помощью диалогового окна Добавить элемент, закладки Разделить на N равных частей. Затем соединить верхние крайние узлы с узлами, созданными посреди отмеченных элементов, как показано на фрагменте (рис.3.14).

Смените типа конечных элементов для элементов фермы, для этого выделите все элементы фермы. Щелчком по кнопке – Смена типа КЭ (панель Схема на вкладке Расширенное редактирование) вызовите диалоговое окно Смена типа конечного элемента. В этом окне в списке типов конечных элементов выделите строку Тип 1 – КЭ плоской фермы. Щелкните по кнопке – Применить

Рис. 3.14. Рама с установленной формой

Упакуйте схему .

Теперь необходимо смоделировать стык верхней подкрановой ветви колонны с нижней подкрановой ветвью составного сечения. На рис. 3.15 представлена расчетная схема колонны, характерной для промышленного здания.

Рис.3.15. Расчетная схема колонны

Стержень 1-2 моделирует нижнюю (подкрановую) ветвь колонны составного сечения, 3-4 - верхнюю надкрановую ветвь колонны. Оси этих ветвей не совпадают. Этот узел решают с помощью мощной траверсы. В расчетной схеме траверсу моделируют или стержнем 2-3 большой жесткости, или абсолютно жесткой вставкой 2-3. Абсолютно жесткая вставка может быть отнесена или к одному из стержней 1-2 или 3-4, или введена как самостоятельное абсолютно жесткое тело 2-3.

В нашем примере введем абсолютно жесткое тело (АЖТ). Для этого вызовите диалоговое окно Добавить узел (рис.3.16) щелчком по кнопке – Добавить узел (панель Создание на вкладке Создание и редактирование).

В этом диалоговом окне нужно ввести координаты двух дополнительных узлов:

X Y Z

0.748 0 9.8

23.248 0 9.8

Рис.3.16. Диалоговое окно «Добавить узел»

Далее, вызовите диалоговое окно Абсолютно жесткие тела (рис.3.17) щелчком по кнопке – Абсолютно жесткое тело (панель Жесткости и связи на вкладке Создание и редактирование). Создание АЖТ выполняется с помощью отметки на схеме соответствующих узлов и присвоения одному из них статуса базового узла.

Щелкните по кнопке – Отметка узлов в раскрывающемся списке Отметка узлов на панели инструментов Панель выбора.

При помощи курсора выделите узлы, моделирующие траверсу (рис.3.15).

В диалоговом окне Абсолютно жесткие тела в поле ввода Назначить ведущий узел текущего АЖТ установите флажок Указать ведущий узел курсором. Укажите нижний узел верхней ветви колонны (узел окрашивается в черный цвет). Для создания первого абсолютно жесткого тела в блоке Задание абсолютно жестких тел щелкните по кнопке – Добавить АЖТ.

Создайте АЖТ так же и для соседней колонны. Мы получили схему, представленную на рис.3.17.

Рис.3.17. Задание АЖТ