Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа № 3
“Стальной каркас одноэтажного производственного здания” по курсу “Автоматизация проектирования в строительстве”
Исходные данные
Пролет цеха L=30м, зданием оборудовано мостовым краном грузоподъемностью Qкр=125т и пролетом Lкр=28м, уровень отметки головки подкранового рельса составляет 16.9м, кровля теплая по прогонам. В результате компоновки поперечной рамы получена конструктивная схема, приведенная на рисунке 1.
Колонны – ступенчато-переменного сечения. Сечение верхней (надкрановой) части колонны – составной симметричный двутавр с высотой hв=1000мм. Нижняя (подкрановая) часть колонны – сквозное сечение, состоящее из двух ветвей: наружная (шатровая) ветвь из двух уголков, соединенных листом; внутренняя (подкрановая) ветвь из прокатного двутавра с параллельными гранями полок; решетка двухплоскостная из уголков. Высота сечения нижней части колонны hн=1500мм. Стропильная ферма – из парных уголков с параллельным очертанием поясов, с треугольной решеткой со стойками. В уровне нижних поясов ферм выполнена система связей по покрытию, состоящая из продольных связевых ферм, расположенных в пределах приопорных панелей на протяжении всего здания, поперечных связевых ферм, расположенных в торцах здания, а также растяжек, связывающих средние узлы ферм.
Примыкание ригеля к колоннам жесткое. Колонны жестко заделаны в фундамент.
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) XOZ.
Выберем в главном меню Схема Создание Регулярные фрагменты и сети. На первой закладке Создание плоских фрагментов и сетей введем данные в соответствии с рисунком 1.
Рисунок 2 – Диалоговое окно Создание плоских фрагментов и сетей
После нажатия кнопки Применить будет сгенерирована рама, у которой нужно выделить с помощью элемента Отметка элементов конечные элементы 1, 5, 8, 10, 14, 17, 20. Чтобы отобразить номера элементов, используем инструмент Флаги рисования.
Далее удалим элементы инструментом Удаление выбранных объектов. Выберем Схема КорректировкаУпаковка схемы. В диалоговом окне Упаковка установим флажок для параметра Висячие узлы, который расположен в группе параметров Исключить из расчетной схемы, установим флажок для параметра Выполнять автосохранение перед началом упаковки, нажмем кнопку Применить.
Рисунок 3 – Упаковка схемы
Поставим высотные отметки на расчетной схеме. Выделим все объекты схемы. Вызовем диалог Перемещение объектов с помощью инструмента Переместить выбранные объекты. На первой закладке Перемещение по параметрам зададим dZ = -0.8м, нажмем кнопку Применить.
Рисунок 4 – Смещение каркаса по оси Z
Переведем расчетную схему в вертикальную плоскость, используя Проекция на XOZ. В падающем меню выполним Схема Строительные оси и отметки. При активной первой закладке щелкнем по узлам, образующим одну из колонн. В результате схема приобретет вид как на рисунке 5. Отобразим размеры. Нажмем кнопку инструмента Флаги рисования. На третьей закладке Общие установим флажок для параметра Размеры на проекции, нажмем кнопку Перерисовать.
Рисунок 5 – Расстановка строительных отметок и размеров
Смоделируем примыкание формы сбоку к колоннам. Выделим узлы, на которые будет опираться ферма (6 и 7). Вызовем диалог Перемещение объектов, на первой закладке Перемещение по параметрам зададим dХ = 0.25м, нажмем кнопку Применить .Выделим узлы 10 и 11, присвоив параметру dХ = -0.25м, нажмем кнопку Применить.
Рисунок 6 – Перемещение каркаса здания по оси X
Создадим ферму. Для этого в меню выполним Схема Создание Фермы. В диалоге Создание плоских ферм нажмем последовательно кнопки, приведенные на рисунке 7.
На закладке Параметры фермы введем следующие параметры:
Нажмем кнопку Нарисовать, убедимся в правильности введенных параметров.
Нажмем кнопку Применить. Схема примет вид как показано на рисунке 7.
Рисунок 7 – Диалоговое окно Создание плоских ферм
На данный момент положение опорных узлов фермы не соответствует опиранию
фермы на колонны сбоку. Откорректируем положение узлов. С помощью инструмента
Отметка блока выделим ферму, щелкнув по любому ее узлу или элементу. Выполним в
меню Вид Фрагментация. Выделите опорные узлы 2 и 4, переместим их на 0.5м по
оси Х. Выделим опорные узлы 31 и 33, переместим их на -0.5м по оси Х. Восстановите
полный вид расчетной схемы, выполнив в меню Вид Восстановление конструкции.
Упакуем схему.
Рисунок 8 – Корректировка положения узлов фермы
Задание граничных условий
Выделим нижние узлы колонн. Выполните в меню Схема Связи. В диалоге
Связи в узлах установите флажки для параметров X, Z, UY (такая комбинация связей
для плоской поперечной рамы будет соответствовать жесткой заделке колонн в
фундаментах).
Рисунок 9 – Задание граничных условий
Задание жесткостных характеристик
Предварительно приняты следующие размеры сечений:
Присвоение принятых типов сечений элементам расчетной схемы начнем с
верхней части колонны. Создание жесткостных характеристик проводится с помощью диалога Жесткости, который вызывается из меню Жесткости Жесткости элементов
или нажатием кнопки на панели инструментов. После нажатия кнопки Добавить >>
диалоговое окно расширится. Выберем вторую закладку База типовых сечений и
дважды щелкните на эскизе Составной двутавр. В окне Стальное сечение (рисунок 10)
щелкнем на полке двутавра, далее в выпадающем списке Сортамент выберем строку
Прокат листовой горячекатаный толщиной 2.5…25мм, а в выпадающем списке
Профиль – строку – 560×20.
Листовое сечение 960×12 в стандартном сортаменте не задано. Зададим его с
помощью подпрограммы ЛИР-РС. Нажмем кнопку напротив выпадающего списка
Профиль, в появившемся окне ЛИР-РС установим флажок в пункте меню Правка
Разрешить правку. Выполним Правка Новая строка. В окне Вставить новый
профиль введем 960×12, нажмем кнопку OK. Зададим следующие параметры: высота
h=960мм, толщина t = 12мм, уд. масса = 90.432 кг, нажмем кнопку OK. Отсортируем
сортамент по высоте h, щелкнув на соответствующем заголовке таблицы.Обязательно нужно нажать кнопку Расчитать характеристики автоматически, иначе Лира не вудет воспринимать это сесчение как самостоятельное. Сохраним сортамент и закроем ЛИР-РС. Для того чтобы обновить список профилей, повторно выберем в выпадающем списке Сортамент строку Прокат листовой горячекатаный толщиной 2.5…25мм, а в выпадающем списке Профиль – строку – 960×12.
В строке Комментарий напишем “надкран. часть колонны”. Щелкнем по кнопке
Цвет, в окне выберите любой цвет из основной палитры.
Нажмем кнопку OK, закрыв диалог Цвет. Диалоговое окно после выполнения всех вышеописанных операции приведено на
рисунке 11.
Рисунок 10– Диалоговое окно Стальное сечение
Назначение добавленных типов жесткостей элементам расчетной схемы
производится следующим образом:
Необходимо выделить в Списке типов жесткостей нужный тип (для надкрановой
части колонны – это тип 1);
Нажать кнопку Установить как текущий тип или дважды щелкнуть на названии
назначаемого типа жесткости, после этого в строке Текущий тип жесткости появится
название типа жесткости;
Выделить на расчетной схеме элементы, которым будет присвоен текущий тип
жесткости (для надкрановой части колонны – это элементы 1, 2, 49, 50). Нажать кнопку
Назначить.
Для того чтобы проверить правильность выполненных действий, рекомендуется
отобразить цвета жесткостей с помощью инструмента Флаги рисования. Для этого на первой закладке Элементы установим флажки у параметров Типы жесткостей и Показать жесткости цветом, нажмем кнопку Перерисовать.
Зададим жесткость конечным элементам подкрановой части колонны.
В списке База типовых сечений диалога Жесткости элементов дважды щелкнем
на эскизе Швеллер с двутавром.
В появившемся диалоговом окне щелкнем на изображении двутавра, далее в
выпадающем списке Сортамент выберем строку Двутавр с параллельными гранями
полок типа Б (балочный), а в списке Профиль – 70Б2.
Щелкнем на изображении полки швеллера, в выпадающем списке Сортамент
выберем строку Уголок равнополочный, а в списке Профиль – 180×180×12.
Щелкнем на изображении стенки швеллера, в выпадающем списке Сортамент
выберем строку Прокат листовой горячекатаный толщиной 2.5…25мм, а в
выпадающем списке Профиль – строку – 630×12.
Нажмем кнопку Стыковка. В появившемся диалоговом окне присвоем
параметру b = 1500мм, установите радио-кнопку для сварного швеллера, у которого
уголки приварены к листу Обушком, присвойте параметру a = -35 мм, нажмите кнопку
ОК.
В строке Комментарий напишем “подкран. часть колонны”, зададим ассоциированный с данным типом жесткости цвет, жмем кнопку ОК.
Установитм 2 тип жесткости как текущий, выделите элементы, принадлежащие
нижней части колонны (5 и 45), назначим им жесткость.
Проверим правильность назначения жесткостных характеристик.
Так как жесткостные характеристики заданы еще не для всех элементов, то
необходимо выделить вертикальные элементы колонн, а затем выполнить фрагментацию
схемы.
В меню выполним Вид Пространственная модель (3D-графика).
В открывшемся окне вы увидим элементы колонны, отображенные в виде
стержней. На панели инструментов нажмем кнопку Показать сечения элементов,
после этого они обретут трехмерное изображение.
С помощью кнопок на клавиатуре и мыши развернем схему таким образом, чтобы
увидеть геометрию поперечных сечений. Как видно, сечение колонны по оси “А”
ориентировано неверно: положение шатровой и подкрановой ветви изменено.
Правила использования клавиатуры смотрим в справочной системе в разделе
Пояснения Применение клавиатуры в системе ЛИР-ВИЗОР Применение
клавиатуры (режим 3D-визуализации).
Закроем окно 3D-визуализации. Выполним восстановление расчетной схемы.
Развернем сечение колонны по оси “А” в соответствии с конструктивной схемой
поперечной рамы:
Выделим элемент подкрановой части колонны по оси “А” (5).
Удалим элементы инструментом Удаление выбранных объектов.
Добавим элемент с помощью кнопки Добавить элемент . В диалоге Добавить элемент на первой закладке Добавить стержень поставьте флажок напротив Указать узлы курсором и проведите стержень от узла 17 к узлу 6.
Зададим жесткости для элементов фермы.
Отфрагментируем ферму, предварительно выделив ее как блок.
На закладке База типовых сечений диалога Жесткости элементов дважды
щелкнем на эскизе Два уголка.
В выпадающем списке Сортамент выберем строку Уголок равнополочный.
Далее в выпадающем списке Профиль выберем строку 250×250×20.
В строке Комментарий напишем “верхний пояс фермы”, зададим цвет, нажмем
кнопку ОК.
Установим данный тип как текущий, назначим его предварительно выделенным
элементам верхнего пояса.
Жесткостную характеристику для элементов нижнего пояса скопируем из
жесткости верхнего пояса. Выделим в Списке типов жесткостей тип жесткости 3,
жмем кнопку Копировать, выделим в списке тип жесткости 4, жмем кнопку
Изменить. В открывшемся диалоговом окне Стальное сечение жмем дважды кнопку
Поворот, чтобы сечение развернулось на 180°, в строке Комментарий напишем
“нижний пояс фермы”, задаем цвет, нажмите кнопку ОК. Присвоим данное сечение
элементам нижнего пояса фермы.
Далее задаем жесткости для раскосов и стоек. Для элементов, моделирующих примыкание фермы к колоннам и уступы колонн (имитируем абсолютно жесткие вставки), зададим условную жесткость, как для бруса 100×100см.
На закладке Стандартные типы сечений дважды щелкните по пиктограмме Брус.
Введите следующие параметры: E = 2e9 кН·м; В = 100 см; Н = 100 см в строке
Комментарий введите “условные стержни”.
Нажмем кнопку Подтвердить, выделим элементы 2, 3, 5, 6, 46-49, присвоим им
созданный тип жесткости.
Расчетная схема с отображением типов жесткостей приведена на рисунке 11
Рисунок 11 – Рсачетная схема с отображением типов жесткости
Задание нагрузок
Выполните в главном меню Нагрузки Выбор загружения. В строке Имя
диалога Активное загружение напишите “1 – постоянное”, нажмите кнопку
Применить.
Вызовите диалог Задание нагрузок. На закладке Нагрузки в узлах с помощью
радио-кнопок установите параметры Система координат – Глобальная и Направление
– Z.
В диалоговом окне Параметры нагрузки задайте в строке Значение = 65.7 кН.
Выделите верхние узлы колонн (3 и 30), нажмите кнопку Применить в диалоговом окне
Задание нагрузок. Схема примет вид как показано на рисунке 20.
Задайте остальные узловые нагрузки, действующие на ферму, в соответствии с
рисунком 2.
В диалоговом окне Задание нагрузок перейдем на закладку Нагрузки на
стержни. В появившемся диалоге задайте Р = 27.72 кН/м, нажмем кнопку ОК. Выделим вертикальные элементы колонн (1, 2, 4, 44, 48, 49). Нажмем кнопку Применить в диалоге Задание нагрузок. Данная нагрузка определена от собственного веса стеновых панелей. Не учтен эксцентриситет действия данной нагрузки относительно осей колонны.
Приложите нагрузку от собственного веса конструкций, выполнив в меню
Нагрузки Добавить собственный вес. В диалоге Добавить собственный вес
поставьте радио-кнопку для параметра Собственный вес назначить на: выделенные
элементы (предварительно выделив все элементы, кроме элементов, имитирующих
жесткие вставки) и, указав Коэф. надежности по нагрузке равным 1.05, нажмите
Применить.
Вид расчетной схемы после задания всех нагрузок первого загружения приведен на
рисунке 12.
Рисунок 12 – Загружение 1 – Постоянное
Зададим нагрузки в загружении 2 (2 – снеговое). Вид расчетной схемы после задания
всех нагрузок данного загружения приведен на рисунке 13.
Рисунок 13 – Загружение 2 - Снеговое
Задайте имя загружения как “3 – кран Dmax слева”.
В диалоге Задание нагрузок на закладке Нагрузки в узлах с помощью радио-кнопок установите параметры Система координат – Глобальная и Направление – Z..
В диалоговом окне Параметры нагрузки задайте в строке Значение = 350 т.
Выделим верхний узел подкрановой части колонны (узел 5), нажмите кнопку
Применить в диалоговом окне Задание нагрузок.
С помощью радио-кнопок установите параметр Направление – Z. Значение нагрузки 55 т. Выделите узел 27, нажмите кнопку Применить. Вид расчетной схемы после задания всех нагрузок данного загружения приведен на рисунке 14.
Рисунок 14 – Загружение 3 – Кран Dmax слева
Аналогично задается загружение 4 – кран Dmax справа, лишь стем отличием что силы поменялись местами – теперь 350 т справа.
Рисунок 15 – Загружение 4 - Кран Dmax справа
Зададим загружение 5. В данном загружении действует горизонтальная крановая
нагрузка Tmax, направленная поперек кранового пути. Данная нагрузка передается на
колонну в уровне тормозной конструкции.
Выделите элементы 1 и 48. В меню выполните Схема Корректировка
Добавить элемент. В появившемся диалоге перейдите на пятую закладку Разделить на
N равных частей, задайте параметр N = 2, нажмите кнопку Применить.
Выделите появившиеся узлы. Выполните Схема Корректировка Переместить выбранные объекты. Задайте параметр dZ = -1.535м, нажмите кнопку
Применить.
Задаем сосредоточенную нагрузку на узел 31. Для этого установим с помощью
радио-кнопки параметр Направление – X. Нажмем кнопку , зададим
значение нагрузки равным 30т. Выделим узел 31, нажмите кнопку Применить. Вид
расчетной схемы после выполнения вышеописанных операций приведен на рисунке 16
Рисунок 16 - Загружение 5- Тmax слева
Рисунок 17 – Загружение65- Тmax справа
Зададим ветровые загружения. Ветровая нагрузка по высоте колонны изменяется на
характерных отметках. Трапециевидные участки нагрузки можнозадать с помощью
соответствующего типа нагрузки (кнопка ), указывая привязки начала иконца
нагрузки к первому узлу конечного элемента.
Задайте имя для загружения 8 – “8 – ветер слева”.
Откорректируем геометрию схемы таким образом, чтобы в сетку КЭ включить
узлы на отм. +5м, +10м и +20м. Выделите элементы нижней части колонны (5 и 45),
разделите их на 3 части. Выделите элементы верхней части колонны, разделите их на 2
части (1 и 7). Откорректируйте координату Z для полученных узлов с помощью
перемещения или инструментом, который вызывается из меню Выбор Информация
об узле или элементе.
Зададим равномерно распределенную нагрузку, действующую до отм. +5м. В
диалоге Задание нагрузок на закладке Нагрузка на стержни с помощью радио-кнопки
установите параметр Направление равным Х. Нажмите кнопку , в появившемся
окне присвойте параметру Р = 2.86 кН/м, нажмите ОК. Выделите элемент 56, нажмите
кнопку Применить. Аналогичным образом задайте нагрузку 1.97 кН/м на элемент 57,
принадлежащей колонне по оси Б.
Зададим трапециевидный участок нагрузки между отметками +5 м и +10 м.
Нажмите кнопку , в появившемся диалоге задайте следующие параметры:
Р1= 2.86 кН/м; А1= 0м; Р2 = 3.71 кН/м; А2 = 5 м. Нажмите кнопку ОК. Выделите элемент
55, нажмите кнопку Применить. Аналогичным образом задайте нагрузку на стержень
58.
Зададим трапециевидный участок нагрузки между отметками +10 м и +20 м.
Нажмите кнопку . В диалоговом окне Неравномерная нагрузка задайте
следующие параметры: Р1= 3.71 кН/м; Р2 = 4.86 кН/м; вдоль оси Z. Нажмите кнопку
ОК, выделите стержни 50, 54, 60, нажмите кнопку Применить. Аналогичным образом
задайте нагрузку для колонны по оси Б, а также для участков колонн между отметками
+20 м и + 24.7 м. Окончательный вид расчетной схемы в загружении 7 приведен на
рисунке 27.
Формирование РСУ
В меню выполним Нагрузки РСУ Генерация таблицы РСУ. Появится
окно Расчетные сочетания усилий, в котором будем вводить построчно информацию о
каждом загружении.
В данный момент параметр Номер загружения равен 1, параметр Название
загружения равен названию первого загружения, т.е. “1 – постоянное”. Выберем в
выпадающем списке Вид загружения строку Постоянное (0), остальные параметры
оставим без изменения. Окно приобретет вид как показано на рисунке 29.
Введем характеристики для загружения “2 – снеговое”. Выберем в выпадающем
списке Вид загружения строку Кратковременное (2). В строке ввода для параметра N
группы взаимоисключающих загружений напишите цифру 1. Параметру
Коэфффициент надежности присвойте значение 1.4. Нажмите кнопку Подтвердить.
Введем характеристики для загружения “3 – кран Dmax слева”. Выберите в выпадающем списке Вид загружения строку Крановое (3). В строке ввода для параметра N группы взаимоисключающих загружений напишите цифру 2. В первой строке ввода параметра NN сопутствующих загружений напишите цифру 5, во вторую строку ничего не вводите. Параметру Коэфффициент надежности присвойте значение 1.1. Нажмите кнопку Подтвердить.
Введем характеристики для загружения “4 – кран Dmax справа”. Выберите в выпадающем списке Вид загружения строку Крановое (3). В строке ввода для параметра N группы взаимоисключающих загружений напишите цифру 2. В первой строке ввода параметра NN сопутствующих загружений напишите цифру 6, во вторую строку ничего не вводите. Параметру Коэфффициент надежности присвойте значение 1.1. Нажмите кнопку Подтвердить.
Введем характеристики для загружения “5 – Тmax слева”. Выберите в выпадающем
списке Вид загружения строку Тормозное (4). Параметру Коэфффициент надежности
присвойте значение 1.1. Поставьте флажок Учитывать знакопеременность. Нажмите кнопку Подтвердить.
Введем характеристики для загружения “6 – Тmax справа”. Выберите в выпадающем
списке Вид загружения строку Тормозное (4). Параметру Коэфффициент надежности
присвойте значение 1.1. Поставьте флажок Учитывать знакопеременность. Нажмите
кнопку Подтвердить.
Введем характеристики для загружения “7 – ветер слева”. Выберите в выпадающем
списке Вид загружения строку Кратковременное (2). Параметру Коэфффициент
надежности присвойте значение 1.4. Нажмем кнопку Подтвердить.
Завершение формирования таблицы РСУ осуществляется нажатием кнопки Закрыть.
Запустим задачу на расчет с помощью меню Режим Выполнить расчет (кнопка на панели
инструментов).
Просмотр и анализ результатов расчета
После расчета задачи, переход в режим результатов расчета осуществляется с помощью меню
Режим Результаты расчета (кнопка на панели инструментов).
В режиме просмотра результатов расчета по умолчанию расчетная схема отображается с учетом перемещений узлов (рис. 2.10). Для отображения схемы без учета перемещений узлов выполним пункт меню Схема Исходная схема (кнопка панели инструментов).
Рисунок 19 – Эпюра Му при 1-ом загружении- Постоянное
Рисунок 20 – Эпюра Му для колонн рамы при 3-ем загружении – кран Dmax слева
Рисунок 21 – Эпюра Му для колонн рамы при 3-ем загружении – кран Dmax справа
Рисунок 22 – Эпюра Му рамы при 7-ем загружении – ветровая нарузка слева
Подбор элементов фермы
Выполним подбор сечений стоек фермы. Работу начнем с назначения
дополнительных характеристик сечения.
Вызовите диалог Жесткости элементов. В Списке типов жесткости выберите
тип 6. Нажмите кнопку Изменить >>.
В окне Стальное сечение на первой закладке в выпадающем списке Сталь
выберите 09Г2С.
Нажмите кнопку Стыковка, установите параметр Y=Y1=1.6 см. Данный параметр
должен назначаться исходя из предполагаемой толщины фасонок между уголками.
Перейдите на закладку Дополнительные характеристики. Для параметра Тип
элемента установите радио-кнопку Ферменный. Окно заполнится дополнительными
параметрами:
Рисунок 23 – Диалоговое окно Стальное сечение
Создадим унифицированную группу для элементов стоек. Выделите элементы
стоек. В меню выполните Редактировать Унифицировать элементы. В диалоге
Унифицированные группы для параметра Типы унификации установите радио-кнопку Все сечения между собой. Нажмите кнопку ОК. Рядом с элементами стоек появятся подписи УФ11.
Для подбора сечений на панели инструментов нажмите кнопку Расчет.
Выделите элементы стоек. Нажмите кнопку Таблицы. В диалоге Таблицы
результатов в выпадающем списке выберите Excel-формат. В списке выделите Подбор
выделенных элементов по РСУ. Нажмите кнопку Просмотр. Окно с результатами
расчета приведено на рисунке 32.
Рисунок 23 – Подбор сечений элементов по РСУ в стойках