Расчет металлической колонны в скаде

Обновлено: 18.05.2024

Задача: Проверить расчетное сечение сварного двутаврового профиля для центрально-сжатой стойки высотой 6,5 м.

Источник: Металлические конструкции : учебник для студ. Учреждений высш. проф. Образования / [Ю. И. Кудишин, Е. И. Беленя, В. С. Игнатьева и др.] ; под. Ред. Ю. И. Кудишина. - 13-е изд., испр. - М. : Издательский центр "Академия", 2011. С 256.

Соответствие нормативным документам: СНиП II-23-81*, СП 16.13330, ДБН В.2.6-163:2010.

Имя файла с исходными данными:

Исходные данные:

l = 6,5 м	Высота колонны;
μ = 0,7	Закрепление внизу жесткое, сверху шарнирное;
N = 5000 кН	Расчетное сжимающее усилие;
γ_c = 1	Коэффициент условий работы;
R_y = 24 кН/cм 2	Сталь марки C245;
A = 230,4 см 2	Геометрические характеристики
I_y = 118243,584 см 4 , I_z = 33184,512 см 4 i_y = 22,654 см, i_z = 12,001 см.	принятого сечения;

Результаты SCAD Постпроцессор СТАЛЬ:
[Элемент № 1] Усилия

Макс. -509,68 Т
Привязка 0 м

Макс. 0 Т*м
Привязка 0 м

Макс. 0 Т
Привязка 0 м

Длина стержня 6,5 м
Длина гибкой части 6,5 м
Загружение L1

Расчет выполнен по СНиП II-23-81*
Конструктивный элемент column

Сталь: C245

Длина элемента 6,5 м
Предельная гибкость для сжатых элементов: 180 - 60α
Предельная гибкость для растянутых элементов: 300
Коэффициент условий работы 1
Коэффициент надежности по ответственности 1
Коэффициент расчетной длины XoZ -- 0,7
Коэффициент расчетной длины XoY -- 0,7
Расстояние между точками раскрепления на плоскости 0 м

Сечение

Прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики

Устойчивость при сжатии в плоскости XoY (XoU)

Устойчивость при сжатии в плоскости XoZ (XoV) )

Прочность при центральном сжатии/растяжении

Предельная гибкость в плоскости XoY

Предельная гибкость в плоскости XoZ

Коэффициент использования 1 - Устойчивость при сжатии в плоскости XoY (XoU)

Ручной расчет (СНиП II-23-81*):

1. Проверка прочности принятого сечения колонны:

2. Гибкости колонны:

3. Условные гибкости колонны:

4. Коэффициенты продольного изгиба:

5.Несущая способность колонны из условия обеспечения общей устойчивости при центральном сжатии:

\[ N_ =\varphi_ AR_ \gamma_ =0,9622\cdot 230,4\cdot 24\cdot 1=5320,58 \quad кН; \] \[ N_ =\varphi_ AR_ \gamma_ =0,902\cdot 230,4\cdot 24\cdot 1=4987,7 \quad кН. \]

6. Предельная гибкость колонны:

\[ \left[ \lambda \right]_ =180-60\alpha_ =180-60\cdot \frac <\varphi _AR_ \gamma_ >=180-60\cdot \frac=123,615; \] \[ \left[ \lambda \right]_ =180-60\alpha_ =180-60\cdot \frac <\varphi _AR_ \gamma_ >=180-60\cdot 1=120. \]

Сравнение решений:

Отклонение от ручного счета, %

SCAD Определение расчётной длины колонн в пространственной модели

Познакомился с способом Ильнура по определению расчётной длины колонн в SCAD.
1) SCAD сам в расчёте определяет самый неустойчивый элемент КМ, видимо от сжатия
2) Из SCAD берём продольное усилие N данного элемента от комбинации усилий (видимо самой плохой)

N = Пи^2*E*Imin / (мю*l)^2
Мю = (Пи^2*E*Imin / (N * l^2))^0,5
Для стали Мю =(3,14^2*210*10^9*Imin/(N*l^2))^0,5
Е – модуль Юнга; Imin - минимальный главный центральный момент инерции поперечного сечения стержня (очевидно, что при потере устойчивости изгиб стержня произойдет в плоскости наименьшей изгибной жесткости); мю – коэффициент приведения длины, зависящий от формы потери устойчивости; l – длина стержня.

Условие применимости формулы Эйлера, через понятие гибкости стержня.
Лямбда (гибкость) = l расчётная длина / i радиус инерции > лямбда предельное = Пи* (E/напряжение предела пропорциональности)^0,5
Предельная гибкость – постоянная для данного материала величина. Например, для стали Ст. 3 предельная гибкость около 100.
Формула Эйлера основана на интегрировании дифференциального уравнения упругой линии стержня. Это уравнение справедливо только в пределах линейной зависимости между напряжениями и деформациями, поэтому и формула Эйлера применима только до тех пор, пока критические напряжения не превосходят предела пропорциональности сигма пц.

3) По авторитетному мнению IBZ, применение данного метода к 3Д схеме даёт принципиально неправильные значения мю.
Обосновывает он это простым примером консоли мю=2 с силой на верху.

Со своей стороны просчитал пример в скаде.
Консольная колонна высотой 3 м, сила 750 кН, двутавр 20К1 по СТО АСЧМ.
КЗУ системы по первой форме потери устойчивости 1,014 (потеря устойчивости из плоскости стенки).
КЗУ системы по второй форме потери устойчивости = 2,898.
КЗУ местной потери устойчивости 16,16.
Свободные длины СКАДа в плоскости стенки двутавра 5,99 м, из плоскости стенки 10,14 м.
Далее используем методику п.2 выше.
Мю =(3,14^2*210*10^9*Imin/(N*l^2))^0,5
l 3 м
N 750000 Н
Imin 1,3414E-05 м4
мю= 2,02846
Из теории известно, что мю=2.
Разница 1% (видимо от 1% от КЗУ системы).
Результат получен только для одной оси двутавра - ИЗ плоскости стенки (в плоскости полки). Результат для второй оси получить в данной схеме не удастся, а в данном случае его получить вообще невозможно.
Результат удалось интерпретировать только после анализа формы потери устойчивости (двутавр естественно гнётся куда проще). При неявном непонятном анализе в сложных схемах, результат использовать невозможно.

Обратите внимание на свободные длины. Вторая 10 м из-за мю=3 по формуле Эйлера.
l 3 м
N 750000 Н
Imin 3,846E-05 м4
мю= 3,434 Мю =(3,14^2*210*10^9*Imin/(N*l^2))^0,5
свободная длина 10,30 м

Для сравнения Кисп= 1,34 из плоскости стенки (0,78 в плоскости стенки) с мю = 2. То есть скад по устойчивости показывает, что система несёт нагрузку, а по формуле СНиПа система перегружена на 34% и уже обрушается. То ли в формуле СНиП запасы 34%, то ли скад врёт.

Вывод1 : Применение методики в 3Д постановке может дать правильный результат исключительно при очевидной форме потери устойчивости.
Вывод2 : СКАД считает устойчивость системы каким-то своим способом. При этом не учитываются запасы стального СНиПа. Поэтому система может соответствовать нормам только при КЗУ системы более 1,35 (а может и не соответствовать, надо проверять формулами СНиП).
Вывод3 : свободные длины считаются СКАДом как длина * мю по формуле Эйлера. В эксперименте свободная длина соответствовала расчётной только в первой форме потери устойчивости. То есть им никак нельзя доверять в трёхмерной постановке в сложных схемах.

Ну я в общем всё сделал как надо (наверное), ввёл шарниры по концам крестовых связей в связевых поясах, шарниры в балках.
А SCAD выдаёт ведь только 1 неустойчивый элемент.
Ну и выдал мне балку.
Я повысил жёсткость балок на типоразмер.
Теперь выдаёт неустойчивую крестовую связь (вертикальную, вообще разные выдавал). А мне для расчёта мю нужна самая неустойчивая колонна.

На работе то я уже решил вопрос тем, что леплю г. (мю=1) в приказом порядке под надзором свыше.
Но очень интересно, как выходят из ситуации опытные гуру КМ.
Подскажите, пожалуйста, что тут правильно делать ?

Ведь гибкие связи по идее и должны быть неустойчивы и должны выключаться при сжатии.
И всегда будут выдаваться расчётом как самый неустойчивый элемент первее колонн.

И вопрос №2. Какую гибкость всё-таки правильно задавать ригелям пространственных одноэтажных рам (в разных направлениях шарнир или заделка на колонне) в анализе устойчивости ?
Видел примеры с лямбда=400, но почему 400 ? Видел рекомендации делать 1, но тогда все балки не проходят 100-130 раз, красные.
В общем понял что брать надо побольше, так как СКАД всё равно их устойчивость не проверяет, но какую именно цифру и как обосновать ?

CADmaster

Приемы моделирования и расчета двухветвевой колонны в SCAD++

Главная » CADmaster №3(97) 2021 » Архитектура и строительство Приемы моделирования и расчета двухветвевой колонны в SCAD++

В этой статье мы расскажем о развитии технологии моделирования двухветвевых колонн в программе SCAD++ , представленной автором ранее, в статье [1].

Перед разработкой расчетной модели двухветвевой колонны, как и для любой другой расчетной модели, следует определить, какие проверки необходимо произвести, какие требования должны быть выполнены, что должно быть приведено в качестве результатов расчета, в том числе и в текстовой части проектной документации согласно [2]. Кроме того, нужно изучить опыт расчета и проектирования аналогичных конструкций и особенности применяемого программного обеспечения, после чего можно быть уверенным в надежности расчетной модели и принятых на ее основе проектных решений. Ниже приведен перечень необходимых проверок для двухветвевой колонны по несущей способности (здесь мы ограничимся только проверками общей несущей способности и не будем рассматривать расчет узлов и проверки по прогибам):

устойчивость внешней ветви в плоскости колонны;
устойчивость внешней ветви из плоскости колонны;
прочность внешней ветви;
предельная гибкость внешней ветви в плоскости колонны;
предельная гибкость внешней ветви из плоскости колонны;
устойчивость внутренней ветви в плоскости колонны;
устойчивость внутренней ветви из плоскости колонны;
прочность внутренней ветви;
предельная гибкость внутренней ветви в плоскости колонны;
предельная гибкость внутренней ветви из плоскости колонны;
устойчивость соединительной решетки;
прочность соединительной решетки;
предельная гибкость соединительной решетки;
устойчивость стержня колонны в плоскости;
предельная гибкость стержня колонны.

Также нужны данные по нагрузкам для расчета фундамента.

Общий вид расчетной модели двухветвевой колонны, которая позволяет выполнить необходимые проверки и получить необходимые результаты расчета, представлен на рис. 1. Ветви и соединительная решетка моделируются стержневыми элементами 5-го типа. Элементы соединительной решетки располагаются на необходимом расстоянии от ветвей по центрам тяжести элементов решетки, а для обеспечения совместной работы узлы решетки и ветвей соединяются специальными элементами твердого тела (тип 100). В статье [1] был рассмотрен способ соединения узлов решетки через объединение перемещений. Преимущество соединения узлов решетки с узлами ветвей с использованием элементов твердого тела заключается в том, что позволяет включить решетку в работу колонны из плоскости рамы. В узлах элементов соединительной решетки задаются шарниры по направлениям U_y и U_z. Для получения результатов проверки устойчивости и предельной гибкости стержня колонны, а также с целью получения нагрузок на фундамент, в нижней части задается короткий элемент длиной 100 мм, получивший в инженерной среде название «пенёк». Нижний узел «пенька» закреплен по всем направлениям, кроме U_x (условный шарнир из плоскости). Жесткость «пенька» задается в виде составного сечения, а при создании группы конструктивных элементов указываются параметры соединительной решетки (рис. 2). Для обеспечения совместной работы «пенька» и ветвей его верхний узел соединяется с нижними узлами ветвей элементом твердого тела.

Отметим, что при раздельных траверсах в нижних узлах ветвей нужно установить шарниры, а при сплошной траверсе (рис. 3) шарниры использовать не следует. Однако если есть сомнения, то можно рассмотреть две модели: с учетом и без учета шарниров в нижних узлах ветвей.

Расчетная длина стержня колонны в плоскости рамы, оборудованной мостовым опорным краном, обычно определяется по схеме двухступенчатой колонны согласно приложению И СП 16.13330.2017. Для определения расчетных длин ветвей из плоскости можно воспользоваться рекомендацией серии [4] и принять расчетные длины ветвей равными их геометрической длине, умноженной на коэффициент 0,8, учитывающий защемление колонны в уровне баз (это касается только конструктивного решения двухветвевых колонн с раздельными траверсами согласно рис. 3). Следует отметить, что коэффициент расчетной длины ветвей 0,8, а возможно и меньше, можно обосновать не только за счет их защемления в уровне баз, но и выполнив уточненный расчет по формуле (139) СП 16.13330.2017.

Все результаты расчета, кроме проверки устойчивости и гибкости стержня колонны, принимаются по коэффициентам использования элементов, моделирующих ветви и решетку, а устойчивость и гибкость стержня колонны принимается по соответствующим коэффициентам использования «пенька» (рис. 4).

Рис. 4. Результаты расчета двухветвевой колонны при жестком сопряжении ветвей с элементом твердого тела

Результаты, представленные на рис. 4, получены при жестком сопряжении ветвей колонны с элементом твердого тела, что соответствует конструктивному решению опорного узла со сплошной траверсой, а на рис. 5 приведены результаты расчета при шарнирном сопряжении ветвей колонны с элементом твердого тела, что в большей степени соответствует конструктивному решению опорного узла с раздельными траверсами.

Рис. 5. Результаты расчета двухветвевой колонны при шарнирном сопряжении ветвей с элементом твердого тела

Достаточно часто можно встретить способ моделирования решетки составным сечением (рис. 6), который визуально выглядит вполне правдоподобно, но при этом не обеспечивает расчет в соответствии с требованиями норм. Дело в том, что согласно п. 10.1.4 СП 16.13330.2017 для сечений элементов из одиночных уголков при определении гибкости, если расчетная длина l_ef ≥0,85l (где l — расстояние между центрами ближайших узлов), то радиус инерции принимается по минимальному значению (i=i_min), а если l_ef l, то радиус инерции принимается относительно оси уголка, перпендикулярной или параллельной плоскости колонны (i=i_x или i=i_y) в зависимости от направления продольного изгиба. При этом расчетные длины определяются по табл. 24 СП 16.13330.2017 и в зависимости от направления продольного изгиба (в плоскости или из плоскости), а также от вида раскоса (опорный или прочий элемент решетки) могут принимать значения от 0,9l до l (п. 1б табл. 24 СП 16.13330.2017). Однако применение способа моделирования составным сечением обеспечивает проверку устойчивости при гибкости, определенной по радиусу инерции относительно оси, параллельной полке уголка, что не соответствует требованиям норм. На рис. 7 приведено сравнение результатов расчета при описанном выше правильном способе моделирования решетки, когда гибкость при расчете в SCAD++ определяется по минимальному радиусу инерции, и при неправильном способе моделирования составным сечением. Как видно, при моделировании составным сечением коэффициент использования получился в 1,43 раза ниже требуемого!

Рис. 6. Неправильный способ моделирования решетки составным сечением, который не соответствует требованиям СП 16.13330.2017

Также при создании конструктивных групп не следует забывать о коэффициентах условий работы. 16.13330.2017 для элементов решетки из одиночных уголков коэффициент условий работы равен 0,75 (таким образом учитывается наличие эксцентриситета), а для всех остальных элементов колонны при наличии крановых нагрузок — 1,05.

В заключение следует отметить, что способ моделирования двухветвевой колонны одним стержнем целиком, даже с учетом решетки при выполнении проверок, имеет следующие недостатки:

нормы предъявляют разные требования к расчетным длинам опорных и прочих раскосов, что усложняет идентификацию раскосов при выполнении проверок (в SCAD++ принято, что все раскосы — рядовые);
как показывают тестовые расчеты, усилия в опорном раскосе превышают усилия в прочих раскосах при постоянном поперечном усилии, а методика определения усилий в раскосах по поперечным усилиям в стержне не позволяет это учесть;
при моделировании одним стержнем необходимо принимать какие-то меры по учету дополнительных моментов во внешних ветвях от ветровой нагрузки, а при необходимости — и от стенового ограждения (см. рекомендации в серии [4]);
не всегда (особенно для средних колонн) удается обеспечить соединение элементов решетки с ветвями без расцентровки, что вызывает дополнительные моменты в ветвях (см. рекомендации в серии [4]) и не может быть корректно учтено при моделировании одним стержнем.

Описанные выше приемы комбинированного моделирования двухветвевой колонны (ветви и решетка плюс «пенёк» в нижней части) лишены всех перечисленных недостатков и позволяют получить не только все необходимые результаты расчета для обоснования надежности конструктивного решения и его соответствия требованиям норм, но и нагрузки на фундамент. Однако для подбора сечения двухветвевой колонны и быстрой оценки несущей способности сечения способ моделирования одним стержнем является вполне приемлемым и также может быть реализован в программе SCAD++ путем задания параметров решетки в конструктивных группах элементов стальных конструкций.

Литература

Маляренко А.А., Теплых построения расчетных моделей и анализа результатов в системе SCAD Office: модели металлокаркасов. — CADmaster, /2004, с. 93−97.
Постановление «О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию».
СП 16.13330.2017 Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23−81*.
Серия 1.424.3−7. Стальные колонны одноэтажных производственных зданий, оборудованных мостовыми опорными кранами. Выпуск 1. — ЦНИИПСК им. Мельникова, 1985 г.

Технологии построения расчетных моделей и анализа результатов в системе SCAD Office. Модели металлокаркасов

Главная » CADmaster №4(24) 2004 » Архитектура и строительство Технологии построения расчетных моделей и анализа результатов в системе SCAD Office. Модели металлокаркасов

В настоящее время достаточно остро ощущается недостаток в литературе, посвященной практическим приемам построения расчетных моделей с использованием метода конечных элементов и, соответственно, использованию программных продуктов, реализующих этот метод. С другой стороны, развитие и внедрение средств автоматизации проектирования (в том числе расчетов) с неизбежностью приводит к появлению новых — зачастую оригинальных и неожиданных — подходов к решению, казалось бы, стандартных и давно всем известных задач. Надеемся, эта статья станет далеко не последней в серии материалов, посвященных практическим приемам и технологиям построения расчетных моделей и анализа результатов в среде программного комплекса SCAD Office. Приглашаем к разговору инженеров-практиков, использующих систему SCAD и желающих поделиться или обменяться опытом.

В этой статье мы рассмотрим подходы к построению расчетных моделей металлокаркасов на примере цеха непрерывной разливки стали. Не вдаваясь глубоко в конструктивные подробности, приведем основные характеристики здания:

Здание двухпролетное (25+31,5)х94 м.
Высота до низа несущих конструкций покрытия — 38,5 м.
Высота по коньку фонаря — 47,6 м.
Крановое оборудование — подвесные краны грузоподъемностью 10 тонн и мостовые краны грузоподъемностью 125 и 400 тонн.
Часть каркаса здания ниже подкрановых балок состоит из двухветвевых колонн.
Подкрановые балки коробчатого сечения.
На подкрановые балки опираются продольные фермы, к которым присоединяются поперечные фермы.

Общие виды расчетной модели здания в различных проекциях (в том числе и с отображением сечений элементов) представлены на рис. 1.

Рис. 1. Общий вид расчетной модели

Рассмотрим краткое описание расчетной модели, а затем более подробно остановимся на способах моделирования и расчета двухветвевой колонны.

Модель содержит 11298 узлов, 13701 элемент, 65718 неизвестных и 69 загружений. Время полного (статика, РСУ, комбинации, эквивалентные напряжения) расчета мультифронтальным методом на компьютере c процессором Pentium IV, 1,8 ГГц и 744 Мб ОЗУ составляет 21,35 мин., при этом выбор РСУ в системе SCAD осуществляется всего за 8 мин., что, на наш взгляд, очень быстро и говорит о продуманности алгоритмов, а также корректности их программной реализации, учитывая достаточно большое количество загружений. Предвидя вопросы о целесообразности построения пространственных моделей производственных зданий, отметим следующее:

Указанная модель строилась поэтапно сверху вниз. Вначале была построена и рассчитана модель поперечной фермы покрытия, затем модель поперечной рамы и лишь после этого строилась модель всего здания.
Пространственные модели зданий из металлокаркасов имеет смысл применять только при наличии в таком здании кранового оборудования. Модель позволяет учитывать включение в работу всего здания при воздействии тормозных нагрузок (кстати, об этом говорится во многих книгах, посвященных расчетам и проектированию металлических конструкций). На рис. 2 представлена картина деформированного состояния при воздействии тормозной крановой нагрузки на поперечную раму по оси 6 (отчетливо видно включение в работу всего каркаса здания за счет связей по покрытию и жесткости подкрановых балок).
При отсутствии крановых нагрузок и воздействии в поперечном направлении только ветровой нагрузки все рамы работают одинаково. Это позволяет ограничиться расчетом серии плоских моделей, отдельно рядовой рамы, рамы фахверка и связевого блока в продольном направлении.

Рис. 2. Картина деформированного состояния здания при воздействии тормозной крановой нагрузки вдоль оси 6

Все несущие конструкции, кроме подкрановых балок, смоделированы стержневыми элементами 5-го типа (пространственные стержни), а решетка колонн — элементами 4-го типа (стержни пространственных ферм). Подкрановые балки смоделированы оболочечными элементами 44-го типа, что позволяет учесть реальные размеры подкрановой балки сечением 2×3 метра из листовой стали толщиной 30 мм. Зона стыка подкрановой балки с колонной показана на рис. 3.

Рис. 3. Зона стыка подкрановой балки с колонной

Следует заметить, что в данном случае такой подход оказывается наиболее эффективным, поскольку позволяет напрямую анализировать напряжения в оболочках, используя различные теории прочности. Возможность вывода напряжений в MS Excel обеспечивает очень быстрый поиск наиболее нагруженных элементов. Полученная с помощью SCAD цветографическая картина распределения нормальных напряжений в подкрановой балке представлена на рис. 4. Классический для строителей подход — моделирование стержнями — вызывает затруднения как при построении расчетной модели, адекватной реальности, так и при анализе результатов: к напряжениям приходится переходить «вручную», через M, N, Q, что не только неудобно, но и сопряжено с риском совершения ошибок. Несколько отступая от рассматриваемой модели, отметим также, что использование оболочечных элементов позволяет с помощью модуля устойчивости, реализованного в системе SCAD, решать задачи потери устойчивости плоской формы изгиба сечений любой формы. Подобный расчет через формулы СНиП практически невозможен ввиду отсутствия данных по коэффициенту φ_b.

Рис. 4. Фрагмент цветового изображения напряжений Nx в стенке балки в центрах конечных элементов

Перейдем к рассмотрению модели двухветвевой колонны поперечной рамы, изображенной на рис. 5, и возможностям ее расчета с помощью системы SCAD.

Прежде чем выбрать способ построения расчетной модели в SCAD, необходимо определиться со следующими вопросами:

Какие виды проверок следует выполнить при расчете того или иного элемента конструкции?
Какие виды проверок могут быть автоматически реализованы в системе SCAD 1 ?
Какие виды проверок придется выполнять «вручную» или с помощью программ, работающих по принципу инженерного калькулятора (например, «Кристалл»), и какие для этого понадобятся исходные данные?

Рис. 5. Поперечная рама каркаса

Только получив ответ на все эти вопросы, следует приступать к построению расчетной модели или серии моделей, каждая из которых учитывает особенности рассчитываемого элемента конструкции.

Сначала подробнее рассмотрим устройство модели двухветвевой колонны, а затем покажем, какие виды проверок эта модель закрывает автоматически, и проведем сравнение с классическим подходом, представленным во всех учебниках по металлоконструкциям. На рис. 6 показан фрагмент модели с отображением типов конечных элементов, закреплений и объединений перемещений в узлах (к сожалению, рамки журнальной статьи не позволяют рассмотреть порядок построения такой модели).

Рис. 6. Фрагмент расчетной модели колонны

Модель устроена следующим образом:

Колонна смоделирована не в виде одного стержня, а так, как она выглядит в реальности: в виде двух ветвей и решетки.
Ветви колонны смоделированы стержневыми элементами 5-го типа с расстоянием между ними, равным расстоянию между центрами тяжести ветвей (2,5 м). При этом обе ветви представлены в виде сварных двутавров, заданных параметрическим способом назначения жесткостных характеристик. В реальности внешняя ветвь имеет сечение швеллера, но ее пришлось задавать эквивалентным по площади двутавром, поскольку в системе не реализована автоматическая проверка прочности параметрически заданных швеллеров.
Решетка смоделирована стержневыми элементами 4-го типа (элементы пространственной фермы). При этом наличие в узлах элементов 4-го типа только поступательных степеней свободы автоматически обеспечивает шарнирное присоединение элементов решетки к элементам ветвей. Следует отметить, что для моделирования решетки вполне возможно использовать и элементы 5-го типа, но при этом придется задавать шарниры в узлах элементов решетки.
Из соображений наглядности построения и визуализации модели элементы решетки разнесены от элементов ветвей на некоторое условное расстояние, принятое в данной модели равным фактическому расстоянию от оси колонны до оси решетки. Для обеспечения совместности деформаций узлы решетки объединены в группы объединения перемещений по поступательным степеням свободы. Решетка выполнена из уголка, заданного в расчетной модели путем выбора из сортамента металлопроката.
В модели, использованной для расчета на прочность и устойчивость, нижние узлы ветвей и решетки закреплены по всем направлениям.
Для расчета нагрузок на фундаменты в виде М, N, Q от всей колонны приходится использовать еще одну модель, в которой добавляются два горизонтальных элемента (на рис. 7 это элементы и 13724) и один вертикальный (элемент на рис. 7), расположенный строго по центру тяжести всей колонны с жесткостью заведомо большей, чем жесткость колонны. Среди инженеров, использующих такой подход при моделировании двухветвевых колонн, этот вертикальный элемент получил название «пенёк».

Рис. 7. Фрагмент расчетной модели колонны для получения нагрузок на фундаменты

В таблице 1 представлен требуемый перечень проверок для двухветвевой колонны и сопоставлена степень автоматизации работ при подходе к моделированию, описанном в этой статье, и при классическом подходе к построению модели в виде стержня с приведенными жесткостными характеристиками. Сравниваемые модели показаны на рис. 8.

Рис. 8. Две модели для расчета колонн. Модель (слева) представлена в этой статье; модель — классическая

Таблица: Сравнение степени автоматизации при различных способах построения расчетных моделей

Вид работ или проверки		Степень автоматизации расчета при использовании модели	Степень автоматизации расчета при использовании модели
1	Задание жесткостных характеристик элементов	Полная автоматизация путем выбора сечения из каталога металлопроката или задания с помощью параметрических сечений	Расчет приведенных жесткостных характеристик «вручную» или с помощью конструктора сечений, с последующим их численным заданием
2	Проверка по деформациям	Полная автоматизация	Полная автоматизация
3	Проверка прочности, устойчивости ветвей между узлами решетки и устойчивости всей колонны из плоскости изгиба	Полная автоматизация	Получение РСУ в виде M, N, Q c последующей «ручной» проверкой прочности и устойчивости
4	Проверка прочности и устойчивости элементов решетки от действующих нагрузок	Полная автоматизация	Получение РСУ в виде M, N, Q c последующим «ручным» расчетом усилий в элементах решетки и «ручной» проверкой их прочности и устойчивости
5	Проверка предельной гибкости ветвей и элементов решетки	Полная автоматизация	Полностью «ручной» расчет или расчет с использованием программы «Кристалл»
6	Проверка прочности решетки на Q_fic в соответствии с п. 5.8 СНиП II-23−81*	Полностью «ручной» расчет	Полностью «ручной» расчет
7	Проверка общей устойчивости двухветвевой колонны в плоскости изгиба как целого стержня	Полностью «ручной» расчет по значениям РСУ, полученным при расчете нагрузок на фундаменты, и расчетной длине, рассчитанной по СНиП	Полностью «ручной» расчет по значениям РСУ и расчетной длине, рассчитанной по СНиП

Вывод напрашивается сам собой. При грамотном подходе к разработке технологий создания расчетных моделей в системе SCAD возможно существенное сокращение сроков выполнения расчетов и повышение их достоверности. Под грамотным подходом здесь следует понимать более полное и продуманное использование возможностей, предоставляемых программным комплексом…

Мы почти ничего не сказали об интеграции системы в общий процесс проектирования и взаимодействии SCAD с другими системами (в первую очередь — с программами геометрического моделирования). Эта проблема, на наш взгляд, очень актуальна и вполне может стать темой одной из следующих статей.

Для этого нужно внимательно ознакомиться с главой 17 Руководства пользователя, где четко прописан набор проверок по СНиП II-23−81*, реализуемых в модуле проверки несущей способности стальных сечений. ↑

Читайте также: