• Центр компетенций САПР
  • в строительстве с 1994 г.
Техподдержка

Техподдержка

Все о системах автоматизированного проектирования (САПР) и BIM технологии

Расчет стальной фермы в ПК SCAD

600x200_ferma_20377.png

Одной из самых распространённых конструкций в строительной отрасли является ферма. Ферма, как правило, выступает элементом каркаса покрытия, бывает стальной, железобетонной, деревянной и др. Существует большое количество готовых конструктивных решений конструкции фермы, представленных в виде серий. Например, серия 1.460.3-14 на фермы типа "молодечно" или 1.460.2-10_88 «фермы из парных уголков». Расчет ферм хоть и не самая сложная задача, однако, очень ответственный, нельзя упускать ни каких мелочей, ведь ферма – основной несущий элемент покрытия. В статье мы рассмотрим расчет стальной фермы из гнуто сварных профилей в ПК SCAD.

Ферма – элемент каркаса, несущая способность которого мало зависит от деформации остальной части конструкции. Однако наиболее точным будет расчет в составе рамы, или всего здания, например, ветровая нагрузка оказывает некоторое влияние на усилия элементов фермы.

Создание модели для расчета стальной фермы может идти разными путями: с помощью стержневых конечных элементов (в ПК SCAD), с помощью встроенного шаблона, с помощью возможности импорта dxf чертежа. Все способы расчета по-своему хороши, главное, соблюдать сходимость элементов.

New Call-to-action

Итак, предположим, что собрали мы модель для расчета стальной фермы с помощью шаблона. Для расчета стальной фермы выбраны следующие характеристики:

image002.png

Если вы пользуетесь шаблоном для расчета в ПК SCAD, то проверяйте тип конечных элементов, по умолчанию он устанавливается под номером 4 – ферменный элемент. Соединение таких элементов автоматически устанавливается шарнирным. Я не сторонник таких элементов, поэтому сразу перевожу их в 5-ый тип конечных элементов – универсальный стержневой конечный элемент (команда по смене типа конечного элемента в ПК SCAD находится во вкладке «назначение»). Шарнирные примыкания в таком случае устанавливаются вручную.

После установки фермы на место в схеме, в ПК SCAD необходимо присвоить жесткотные характеристики всем элементам, например, пояса – 140х7, опорный раскос – 120х5, остальная решетка – 100х4 (это можно сделать с помощью соответствующей кнопки во вкладке назначение).

image002.png

Далее задаем нагрузки в ПК SCAD. Нагрузки задают или сосредоточенные (покрытие ребристыми плитами, прогонами), или равномерно распределенные (покрытие профлистом, сэндвичпанелями). Здесь также важно разделять нагрузки, а не собирать их в одном значении: нагрузки должны складываться согласно правилу сочетаний по СП «Нагрузки и воздействия». В нашем примере расчета стальной фермы в ПК SCAD, я задам нагрузку собственного веса (автоматически), кровельного материала покрытия (50кг/м2), снеговая нагрузка (180 кг/м2). Нагрузку приложим равномерно распределено, не забудем о ширине приложения нагрузки (например, 4м). Загружения необходимо упаковать в РСУ с соответствующими коэффициентами.

 image002.png

Нагрузка от покрытия (тс/м)

image002.png

Снеговая нагрузка (тс/м)

Теперь перейдем к закреплениям в ПК SCAD. Фермы крепятся на колоннах шарнирно, задаче с рамой или со всей схемой надо будет добавить шарниры, в задаче с отдельной фермой – правильно установить связь. Обязательно ставим неподвижный шарнир в плоскости в одном конце фермы и подвижный в другом, иначе получим сжатие в нижнем поясе:

image002.png

Также при назначении связей в задаче с изолированной фермой необходимо поставить связи, например, в верхних узлах фермы над колоннами из плоскости и поворота из плоскости (в пространственной задаче эту роль выполняют связевые элементы или прогоны).

Проанализировав полученные усилия и деформации в схеме, по алгоритму расчета стальной фермы переходим к конструированию элементов. Здесь ПК SCAD предлагает на выбор два способа назначения конструктивных особенностей (присвоение расчетных длин, параметров гибкости): назначение конструктивных элементов и назначение групп конструктивных элементов. Первый способ рассматривает цепочку конечных элементов, как цельный неделимый элемент, второй способ будет рассматривать при присвоении коэффициента расчетной длины непосредственно каждый конечный элемент. Сразу скажу, что оба способы по своему хороши, но чаще всего я использую второй способ (первый не использую ввиду его трудоемкости), им и будем пользоваться. В п 10 СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» расписаны значения расчетных коэффициентов для всех элементов фермы. Согласно таблице 24 СП «Стальные конструкции» для расчета стальной фермы присвоим коэффициент расчётной длины каждой панели верхнего пояса в плоскости – 1, опорный раскос – 1, решетка – 0,9. Значения из плоскости будут завесить от расстановки связевых элементов и прогонов, для верхнего пояса при установке, например, прогонов в каждом узле фермы коэффициент будет также 1, опорного раскоса – 2 (в случае, когда шпренгельный элемент делит раскос на 2 равные части), остальной решетки – 0,9 (согласно СП «Стальные конструкции»). Коэффициент расчетной длины нижнего пояса в нашем случае устанавливать не требуется, т.к. он при всех комбинациях усилий будет растянут. Однако я рекомендую все-таки коэффициенты назначать также как и для сжатых поясов, потому что разные очертания поясов ферм, разные комбинации усилий в редких случаях способны вызвать сжатие, и тогда инженер рискует не выполнить очень важную проверку устойчивости. Если же при всех комбинация пояс растянут, то и расчета верхнего пояса стальной фермы на устойчивость не последует, сечение будет подобрано исключительно по продольному растягивающему усилию.

При назначении конструктивных параметров ориентируемся на локальные оси. Результатом расчета стальных конструкций в ПК SCAD является коэффициент использования сечения. В нашей ферме он получился таким:

image002.png

Более точные коэффициенты можно посмотреть с помощью меню информации об элементе, раздел «стальные факторы». Например, для опорного раскоса я получил такие коэффициенты:

image002.png

Если нет конструктивных особенностей, то, скорее всего, инженер решит оптимизировать сечения, установив сечение, коэффициент использования которого будет ближе к 1.

В завершении, хочу рассказать о моментах в элементах фермы при расчете в ПК SCAD: если Вы выполняете расчет стальной фермы, не установив шарниры, то они, конечно же, появляются. Однако, я уверен – это не ошибка. Так, для ферм из гнутосварных профилей должна выполняться проверка устойчивости пояса в месте примыкания решетки к поясу. В приложении Л.2 СП «Стальные конструкции» описаны формулы для расчета, в каждой из них (формула зависит от вида узла: один раскос, два раскоса и тд.) имеется значение момента:

image002.png

image002.png

image002.png

Это означает, что момент в узле присутствует, и не учитывать его – ошибочно.

Вывод: в нашей стать мы рассмотрели наиболее важные особенности при расчете стальной фермы из гнутосварных профилей в ПК SCAD. На первый взгляд, казалось бы, очень легкий расчет стальной фермы в ПК SCAD обладает рядом сложностей, поэтому относится к такому расчету нужно предельно внимательно.

 

пример задачи из статьи

Теги: SCAD Office


« Вернуться на главную
Подписаться на блог

Популярные публикации

Облако тегов

Показать все

Авторы

Показать всех

Предложить тему для публикации

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку своих персональных данных.

Подробнее