Лира расчет металлического каркаса

Обновлено: 02.07.2024

Каждый, кто хоть раз сталкивался с устройством навеса для автостоянки, задумывался о том, устоит ли конструкция при сильных порывах ветра или обильном снегопаде. Навес не самое ответственное сооружение, однако, при его обрушении страдает то, что находилось в этот момент под ним, например, автомобиль. Избежать обрушение может помочь только точный расчет стальной конструкции.

Самое сложное в расчете стальной конструкции, в нашем случае, расчет стального навеса для автостоянки – это правильно собрать нагрузку. Ввиду продуваемости навеса для автостоянки и большого угла свеса ветровая, как и снеговая нагрузка действует на схему не равномерно, а трапециевидно. Вручную правильно приложить нагрузку на каркас весьма сложно. В данном вопрос поможет вычислить нагрузка на поверхность новая версия ПК ЛИРА 10.6, которая преобразует нагрузку с площади на линию автоматически.

Наглядно оценить работу ПК ЛИРА и ознакомится с методикой расчета стальных конструкций вы можете с помощью видеозаписи вебинара "Шпаргалки для конструктора". Урок 17. "Расчет стального навеса для автостоянки"

На вебинаре были рассмотрены особенности расчетной модели в ПК ЛИРА версия 10.6 при работе с поверхностными нагрузками, также была рассмотрена возможность импорта модели из AutoCAD.

Вебинар «Расчет стального навеса для автостоянки» собрал более 100 человек не только из России. Активно подключались инженеры стран СНГ. На вебинаре обсуждались интересные вопросы, некоторые из них приведены ниже:

Вопрос 1. Почему нагрузки от, например, ветра задавались в нормативном значении, а снеговое загружение в расчетном значении?

Ответ:

В ПК ЛИРА 10.6 не необходимости задавать нагрузи строго в расчетном или нормативном значении, можно задавать в любых значениях, главное при этом правильно указать коэффициенты перехода к нормативным и расчетным значениям.

Вопрос 2. Можно ли нагрузки на поверхность перераспределить потом в локальную нагрузку на элемент?

Нет, пока нагрузка распределяется только в глобальном направлении. Разработчика ПК ЛИРА информация донесена, будем ждать появления такой функции в новом релизе.

Вопрос 3. Как можно учесть деформацию каркаса навеса в зависимости от деформации при осадке грунта?

Можно смоделировать пластинчатые элементы в основании стоек и задать коэффициент постели (значение коэффициентов постели может быть вычислено с помощью модуля Грунт). Можно с помощью одноузлового КЭ упругой связи: установить упругую связь в основании стойки и задать жесткость (Значение жесткости вычисляется вручную)

Вопрос 4. если подобный каркас собрать в Revit, что перейдет потом в ПК ЛИРА?

В ПК ЛИРА версия 10.6 из Revit импортируются все элементы, которые входят в аналитическую модель. Каркас в ПК ЛИРА будет состоять из архитектурных элементов, которые удобно редактировать.

Вопрос 5. Как смоделировать покрытие навеса из профлиста?

Смоделировать его можно пластиной с разнонаправленным режимом работы, однако, я бы не рекомендовал это делать. Профлист можно рассчитать отдельно как многопролетную балку, зная момент сопротивления его вдоль гофр.

29. Расчёт металлических конструкций по предельным состояниям в ПК ЛИРА 10.4

Подбор и проверка металлических конструкций в ПК ЛИРА 10.4 имеет ряд преимуществ и особенностей. Разберем подробно тонкости расчёта конструирования металлических конструкций.

В ПК ЛИРА 10.4 реализована функция автоматического определения характера работы элемента. В процессе расчёта производится внутрипрограммный выбор характера работы элементов стальных конструкций (центральное растяжение-сжатие; сжатие-растяжение с изгибом вокруг одной или двух главных осей; изгиб в одном или в двух главных направлениях). Данная функция программы освобождает пользователя от анализа работы элемента и, таким образом, снижает вероятность допущения ошибки, поскольку один и тот же элемент при различных комбинациях загружений может работать по-разному. Выбор производится в зависимости от соотношения действующих в рассматриваемом сечении усилий, которое определяется величиной относительного или приведенного относительного эксцентриситета (таблица 1).

В настоящей версии программы выполняются следующие проверки стальных конструкций, в качестве нормативного документа будем рассматривать СП 16.13330.2011.
Первое предельное состояние

Проверки прочности	Обозначение	Формулы проверок
Проверки прочности	Обозначение	СП 16.13330.2011
Прочность по нормальным напряжениям:	(106) – без учёта стеснённого кручения. (105) – без учёта стеснённого кручения.
– без учёта развития пластических деформаций
– с учётом развития пластических деформаций
Прочность несимметричных сечений из высокопрочной стали по нормальным напряжениям растяжения		(107)
Прочность по касательным напряжениям		(42)
Прочность по приведенным напряжениям (совместное действие нормальных и касательных напряжений)		(44)

Прочность по нормальным напряжениям может проверяться с учётом, или без учёта развития пластических деформаций. Возможность учёта развития пластических деформаций задаётя пользователем в параметрах конструирования. При этом можно руководствоваться разд. 8.1. Следует отметить, что в настоящей редакции СП 16.13330.2011, в связи с отсутствием коэффициентов учёта пластики для полного пластического шарнира, конструкции 3 класса по виду напряжённого состояния (полный пластический шарнир) считаются так же, как и конструкции 2 класса (ограниченное развитие пластики).

проверка 1 – с учетом развития пластических деформаций;
проверка 2 – без учета развития пластических деформаций.

Если прочность по проверке 1 обеспечивается, а по проверке 2 – нет, то элемент в данном сечении действительно работает с учетом развития пластических деформаций. И только в этом случае производится учет пластики в дальнейших проверках устойчивости и местной устойчивости.
Формулы для проверки прочности по нормальным напряжениям, указанные в таблице 2 и используемые в программе, учитывают все составляющие усилий в рассматриваемом сечении.

Прочность по касательным напряжениям проверяется по формулам (42) в основе которых лежит формула Журавского.
Прочность по приведенным напряжениям (совместное действие нормальных и касательных напряжений) проверяется по формулам теории прочности (44).

Общая устойчивость

Проверка устойчивости плоской формы изгиба (по φb) производится для открытых профилей следующих типов: двутавр симметричный, двутавр несимметричный, тавр, швеллер, а также для полосы. При определении коэффициента устойчивости при изгибе φb используется расчётная длина lef b, которая задаётся пользователем по указаниям пунктов 8.4.2 и часто равна расчётной длине элемента в плоскости минимальной жёсткости. Коэффициент φb определяется в соответствии с указаниями приложения Ж. Все задаваемые исходные данные соответствуют таблицам указанных приложений. Если заранее известно, что для рассматриваемого конструктивного элемента такая проверка не понадобится или вид нагрузки и загруженный пояс определить невозможно (например, колонна каркаса здания), рекомендуется для симметричных двутавров и швеллеров задать балочную схему работы, два и более боковых закреплений, а для несимметричных двутавров и тавров задать вид нагрузки, вызывающий чистый изгиб.
Для сечений из несимметричных двутавров или тавров в программе отсутствует проверка устойчивости плоской формы изгиба для консолей, по причине отсутствия указаний для такой проверки консолей в действующих нормах.
Поскольку для сечений из полосы в нормах отсутствуют указания для проверки устойчивости плоской формы изгиба, в программе определение коэффициента устойчивости при изгибе φb производится по формулам (Ж.1), (Ж.2).

Важным вопросом при выполнении этой проверки является определение расчётных длин элементов. Расчётные длины задаются пользователем. При этом он может руководствоваться разделом 10, или специальной литературой (например, С. Д. Лейтес «Справочник по определению свободных длин элементов стальных конструкций», Москва, 1963 г).
Для сечений из одиночного уголка пользователь должен задать радиус инерции, используемый для данной проверки. При этом следует руководствоваться п. 10.1.4, 10.2.2 и 10.2.3.
Следует отметить, что в соответствии со всеми рассматриваемыми нормами коэффициент продольного изгиба при внецентренном сжатии (см. примечание п. 2 к таблице коэффициентов Для коробчатых сечений и для сечений из сплошного прямоугольника (полосы) обозначение – по формулам (120).
Для сечения из одиночного швеллера при наличии изгиба в плоскости большей жёсткости значения коэффициента формы сечения Для несимметричных двутавров общего вида с произвольным соотношением площадей большей и меньшей полок, в нормах отсутствуют значения коэффициента формы сечения . В программе коэффициент (осевой коэффициент асимметрии несимметричного двутавра), где Afc и Аft соответственно площадь сжатой и растянутой полки.
В программе определяется значение коэффициента Для сечений из круглой трубы или сплошного круглого сечения при проверке устойчивости по изгибной форме:

Устойчивость по изгибно-крутильной форме

Проверка производится по формулам (111.
Для сечения из одиночного швеллера при наличии изгиба в плоскости большей жёсткости значения коэффициентов α и β принимаются как для симметричного двутавра, о чём выводится соответствующее предупреждение.
При относительных эксцентриситетах в плоскости большей жёсткости (имеется в виду, что плоскость большей жёсткости X10Z1). При этом, в соответствии с указаниями п. 9.2.4 [9.11коэффициент φb, входящий в эту формулу определяется как для балки с двумя и более боковыми закреплениями, независимо от заданных пользователем.
Программой предусмотрена проверка устойчивости также и для растянуто-изогнутых элементов. Проверка производится на основании формулы

Сила растяжения в этом случае оказывает разгружающее действие, но это не гарантирует устойчивость сжатого пояса элемента.
Для сечения из полосы

При проверке местной устойчивости стенок учёт локальных напряжений не предусмотрен. Предполагается также отсутствие продольных рёбер жёсткости. Наличие и шаг поперечных рёбер жёсткости задаёт пользователь, руководствуясь п. 8.5.9, п. 9.4.4. Для изгибаемых элементов отсутствие поперечных рёбер жёсткости приводит к увеличению толщины стенки, которая в этом случае проверяется из условия При проверке местной устойчивости коробчатых сечений, в общем случае, при наличии изгибающих моментов в обоих главных направлениях (Му ≠ 0, Мz ≠ 0), необходимо определить, какие из граней коробки считать стенками, а какие полками.


Центральное сжатие. Стенками считаются все 4 стороны	Внецентренное сжатие вокруг оси Y1. Стенками считаются стороны, параллельные Z1	Изгиб вокруг оси Y1. Стенками считаются стороны, параллельные оси Z1
Внецентренное сжатие вокруг оси Z1. Стенками считаются стороны, параллельные оси Y1	Внецентренное сжатие в двух направлениях. Стенками считаются стороны, параллельные оси Z1	Стенками считаются стороны, параллельные оси Z1
Изгиб вокруг оси Z1. Стенками считаются стороны, параллельные оси Y1	Стенками считаются стороны, параллельные оси Y1	Изгиб в двух направлениях. Стенками считаются стороны, параллельные оси Z1

Второе предельное состояние

Прогибы элементов или конструктивных элементов проверяются в направлении их локальных осей Y1 и Z1. Необходимость такой проверки при подборе или проверке стальных конструкций задаётся пользователем на основании приложения Е СП 20.13330.2011 или других нормативных документов. При этом используются нормативные (эксплуатационные) значения постоянных нагрузок и длительные нагрузки, или длительно действующая часть кратковременных нагрузок со своими коэффициентами сочетаний. Такой подход справедлив для конструкций, загруженных постоянными, полезными, снеговыми и другими нагрузками, имеющими длительно действующую часть. К таким конструкциям относятся, например, стропильные балки, ригели покрытия, прогоны покрытия, балки и ригели перекрытий, балки рабочих и обслуживающих площадок, лестничные косоуры и марши, балки балконов и лоджий. Опоры конструктивных элементов (места, где прогибы принимаются равными нулю) задаются с помощью раскреплений. Если заданы раскрепления конструктивного элемента, то его прогиб считается относительно прямой линии, соединяющей эти раскрепления. При отсутствии раскреплений принимается полное перемещение сечений конструктивного элемента в составе расчётной схемы. Необходимость задания раскреплений определяет пользователь. Следует обратить внимание, что в режиме подбора сечения конструктивного элемента принято, что величина его прогиба изменяется обратно пропорционально изгибной жёсткости ЕI рассматриваемого конструктивного элемента и не учитывает перемещение других элементов расчётной схемы. Если при наличии раскреплений это предположение справедливо, то при их отсутствии такой подход может привести к неправильному результату. Поэтому в случае обоснованного отсутствия раскреплений окончательный расчёт сечений должен быть выполнен в режиме проверки.
Предельно допустимые прогибы задаются пользователем. При этом в каждом из направлений он может задать как величину прогиба в миллиметрах или в долях пролёта, так и автоматический выбор предельного прогиба по п. 2 таблицы Е.1 СП 20.13330.2011.
Для конструкций, у которых ограничены горизонтальные прогибы и перемещения от ветра по п. Е.2.4.1, Е.2.4.3, Е.2.4.4 СП 20.13330.2011 следует выполнить дополнительную проверку таких прогибов по локальным эпюрам перемещений, либо проверку горизонтальных перемещений соответствующих узлов от нормативных (эксплуатационных) значений ветровых нагрузок. К таким конструкциям относятся, например, колонны каркаса, стойки фахверка, ригели фахверка, опоры конвейерных галерей.
Проверку прогибов сложных стержневых систем, например, стропильных ферм или структурных блоков покрытия, следует выполнять по перемещениям характерных узлов в различных комбинациях загружений (с помощью РСН).

Необходимость такой проверки задаётся пользователем. Проверка гибкости конструктивных элементов производится на основании п. 10.4.1, 10.4.2 СП 16.13330.2011. Величину предельно допустимой гибкости задаёт пользователь. При этом он может задать требуемую величину сам, либо воспользоваться подсказкой программы, выбрав нужную строку из предлагаемых таблиц действующих норм.

Расчет каркаса промздания в ЛИРЕ(кто как считает ?)

1. В лире задается полная схема каркаса (включая кровельные прогоны),
- все элементы задаются 10 типом и связи тоже(в том числе крестовые и реактивные).
- коэффициент мю по колоннам из плоскости рамы равен 1 (в плоскости считается отдельно)
- вес ограждающих конструкций прикладывается к верху колонн
2. В лире задается каркас, состоящий из рам и реактивных связей, прогоны и крестовые связи считаются отдельно.
- крестовые связи не ставятся, но коэффициент мю по колоннам из плоскости рамы равен 1 (в плоскости считается отдельно)
3. В лире считается только плоская рама(выбирается наихудший случай)

Во всех 3 случаях усилия для расчета узлов берутся из таблицы усилий элементов РСУ. Эти же усилия берутся и для расчета фундаментов.

Я по молодости считал и по 1 и 3 варианту.
- 1 варианте будет достаточно сложно добиться правильного расчета крестовых связей.
- во 2 варианте будут подобраны большие сечения колон
- а 3 вариант, требует очень хорошего понимания работы конструкций

По промзданиям по-моему было в:
-Современные технологии расчета и проектирования металлических и деревянных конструкций / Курсовое и дипломное проектирование. Исследовательские задачи.
-Компьютерные технологии проектирования железобетонных конструкций

А я вот, получив материал на экспертизу, по примененной расчетной схеме (для простых зданий и сооружений) зачастую на 90% процентов делаю вывод о квалификации расчетчика. Впрочем, как и по постам на форуме.

P.S. И если вариант плоской рамы требует большего понимания работы конструкции, чем пространственной схеы, то я умолкаю

P.P.S. Не по теме, но добавлю: объем расчетных материалов иногда просто прямо указывает, что результаты никто не анализировал -"А у меня все машина посчитала"

Я имел в виду, что мы считаем только плоскую раму в Лире, а все остальное прикидываем в ручную.
И что забить тупо схему элементами типа 10 намного проще, а потом сказать что машина все посчитала.

я считаю пространственную схему в Лира с последующей передачей в лира стк, но конечно же, вариант с плокой рамой никто не отменял.
Лира Стк имеет возможность проверить некоторые типовые узлы.
сложные хорошо проверять в ansys

ОК, Вы принесли мне расчет на экспертизу. Первое, что я Вас спрашиваю: почему применен 10-й тип КЭ, а не 5-й. Разницу понимаете ?

P.S. Такая "экспертиза" все-таки гипотическая и доброжелательная. В реале обнаружив "неположенные" изгибающие моменты, например, в месте шарнирного опирания стропильной фермы я напишу: "Статическтй расчет представляется недостоверным - объяснить наличие изгибающих моментов в размере . в месте. "

P.P.S. А вот по грамотному ручному расчету вопросов не будет. Никогда. Только вот не нравится слово "прикидываем"

P.P.P.S. Кстати, по первой схеме автор изначального вопроса в 99 % случаев неверно посчитает прогоны, если передаст этот расчет в ЛИР-СТК или аналогичные "навески"

Как я понимаю, даже если при расчете фермы взять 10 тип КЭ, то моменты там будут стремится к 0, и ими можно пренебречь. (разумеется если схема задана правильно. )

- как считать в сейсмическом районе
- как считать крестовые связи
(я не нашел ни одного внятного объяснения как это сделать, если использовать нелинейные элементы то лира не позволяет использовать РСУ. )
- как получить нагрузки на фундаменты
(я беру максимальную по модулю нагрузку из таблицы "РСУ стержни")

з.ы. пришел к выводу что прогоны нужно считать в ручную.
з.з.ы имеется в виду крестовые связи в пространственном каркасе. в ручную конечно они считаются на раз.

Ну например на том, что вертикальный предельный прогиб прогона определяется с учетом длительной снеговой нагрузки [таб.19, СНиП 2.01.07-85*], которая равна 0,5 кратковременной (см. п 1.7к СНиП 2.01.07-85*]. А вот прочность и устойчивость с учетом кратковременной.
Да и еще , если прогоны не работают в схеме как распорки, то учесть это тоже проблематично, хотя и можно.

- так же, как и в несейсмическом, с добавлением воздействий по СНиП II-7-81*. При этом потребуется разобраться с особенностями ввода в программу исходных и последующего анализа результатов.
- все же существует способ - где-то читал, просто Лиру не знаю. Принцип скорее такой: связи задаются элементами одностороннего действия (на сжатие не работают), пользуясь СНиПовским допущением о "выключении" сжатой гибкой связи.
- нагрузки на фундаменты лучше получить отдельно по загружениям. И так и выдавать. Получить можно в виде реакций опор, или нагрузок от фрагмента и т.д. Более правильные нагрузки получаются при совместном расчете сооружения и основания.
- прогоны вручную считать надо эксперту IBZ, он любит это дело. Надеюсь, он сам расшифрует свое предостережение.

Лира расчет металлического каркаса

Расчёт этой же задачи в СКАД 21 можно посмотреть здесь.
Сравнение результатов расчётов в Скад 21 и LIRA 2015 можно посмотреть здесь.

Начну создание схемы с загрузки dxf файла плана подвала. Сетка создается с местным колоритом.

При помощи "сборки" добавляем очередной этаж и проводим с ним те же манипуляции, что и с подвалом. Открываем оба окна - с основной и с присоединяемой схемой. В окне основной схема выбираем "сборка", "базовая" и ставим галочку на "указать узлы" и узлы указываем (три как минимум и не лежащие на одной прямой). В окне присоединяемой схемы те же самые манипуляции, только выбираем "присоединяемая" вместо "базовая". Возвращаемся в окно основной схемы и нажимаем на, ставшую активной, кнопку "собрать".

При создании сетки возникали проблемы. Несовпадение узлов в месте пересечения стен и перекрытия решал изменением координат узлов.

Следующее перекрытие (к счастью) похоже на предыдущее, поэтому после сборки (добавление очередного этажа из dxf файл) скопировал нижележащее перекрытие и откорректировал.

После, вырезаю лестнично-лифтовые узлы вместе с, примыкающими к ним, элементами, для моделирования стен. Стены моделирую одновременно с лестничными маршами. При помощи функции "добавить узел на расстоянии" вводим узлы для лестничных маршей на плитах перекрытия этажей и на промежуточных площадках. Дверные проёмы вырезаю в последнюю очередь.

Так как лестниц две, и они симметричны, чтобы не создавать по новый, попробуем отразить зеркально. Для этого я создал блок из элементов лестничной клетки и, выделив узел симметрии и плоскость, скопировал.

Очень важный момент - параметры расчёта и коэффициенты для бетона (в окне "жесткость и материалы" на вкладке "ж/б" кнопка "настройки")

Добавляем загружение: собственный вес, вес конструкции пола, вес ограждающих конструкций, вес конструкции кровли, вес перегородок, давление грунта на стены подвала, технологическая (полезная) нагрузка, нагрузка от снега, нагрузка от ветра.

Задаём коэффициенты постели. Во избежание геометрической неизменяемости нас просят задать дополнительные граничные условия с помощью одноузловых КЭ 56 в узлах фундаментной плиты. Жесткость для всех КЭ 56 должна составлять 70% от жесткости упругого основания C1z, умноженная на грузовую площадь вокруг одного КЭ 56. Рекомендуют в начале задаться величиной 200 т/м, а потом уточнить. Если проанализировать этот конкретный пример, немного забегая вперёд, то жесткость КЭ 56 должна быть равна 0,7*1720 (С1z)*0.3*0.3=108.36 т/м

Далее необходимо задать равномерно распределённую нагрузку на плиту, а уж затем перейти к расчёту грунтового основания в программе Грунт. Для этого суммируем всю нагрузку, направленную по оси Z и делим её на площадь плиты. Вносим полученный результат и обязательно нажимаем на галочку. Как позднее выяснилось, вовсе необязательно задавать реальную равномерно распределённую нагрузку на плиту. Программе нужно любое, отличное от нуля число, для того, чтобы просто начать.

Без первоначальной равномерно распределённой нагрузки на плиту будет невозможным передача данных в программу "Грунт". После применения нагрузки возвращаемся к той же панели, но уже выбираем "модель грунта". В появившимся окне выбираем "Подключить модель грунта" и, во вновь появившемся окне, вписываем имя для нового файла и нажимаем "открыть" (создать, открыть - какая разница).

Наконец мы в программе "Грунт". Сперва-наперво зададим грунты. Затем задаём сетку, затем расставляем и заполняем скважины. При заполнении скважин задаем отметку устья, по очереди выбираем ИГЭ и задаем глубину залегания.

Очень важно не забыть задать абсолютную отметку приложения нагрузки (она же отметка низа фундаментной плиты) в окне "Импортированные нагрузки.

Сохраняем, но не закрываем файл с моделью грунта. Нажимаем на расчёт схемы и если появилось вот такое окно (ниже), то всё сделано верно.

Если они отличаются то присваиваем Rz фундаментной плите, нажав на кнопку "Приложить отпор грунта" и пересчитываем. Важно прикладывать отпор грунта от РСН, а не от отдельного загружения.

Читайте также: