1. Призначення і можливості системи СТК-САПР

ПК ЛІРА-САПР дозволяє виконувати підбір та перевірку перерізів у стержневих елементах металоконструкцій відповідно до вимог:

•  ДБН В.2.6-198:2014 «Сталеві конструкції. Норми проектування»;
•  СНиП ІІ-23-81 «Стальные конструкции»;
• СП 16.13330.2011;
•  Eurocode 3.1.1;
• AISC 360-10.

Розрахунок виконується на одне чи декілька розрахункових сполучень зусиль чи навантажень (РСЗ чи РСН), отриманих із розрахунку конструкції. Вихідні дані та результати розрахунку сталевих конструкцій зберігаються в основному файлі моделі з розширенням *.lir. Можливий детальний локальний розрахунок окремих елементів у модулі СТК-САПР, при результати якого зберігаються в окремих файлах з розширенням *.stc.

Результатами розрахунку є розміри перерізів елементів і коефіцієнт використання несучої здатності перерізів елементів (у %) за відповідними перевірками відповідно до вимог ДБН В.2.6-198:2014 «Сталеві конструкції». Результати перевірки чи підбору видаються у вигляді текстових, HTML, xls (Excel) таблиць чи в графічному вигляді.

Розрахунок здійснюється на базі нормативних даних, що містять відомості про розрахункові характеристики сталей та розміри листового і сортаментного прокату. База сортаменту міститься в системі РС-САПР (редактор сортаменту) і може бути відредагована та доповнена користувачем.

Розрахунок ведеться за трьома граничними станами:

1)  Перевірка на міцність та загальну стійкість;

2)  Перевірка на жорсткість та деформації;

3)  Перевірка на місцеву стійкість перерізу.

Залежно від зусиль, що діють в перерізі, для стержневих елементів визначені наступні розрахункові процедури:

• ферми – поздовжня сила N;
• балки – згинальні моменти М_у (в площині Zl), M_z (в площині Y1), поперечні сили Q_z і Q_y;
• колони – нормальна сила N і згинальні моменти M_y, M_z; поперечні силиQ_z, Q_y;
• канати – поздовжня сила N ( тільки розтяг).

Таблиця 10.1 – Відповідність між перерізами та розрахунковими процедурами ПК ЛІРА

Підбір перерізів прокатних елементів здійснюється простим перебором від першого перерізу в сортаменті по порядку. За замовчуванням профілі відсортовані в порядку зростання площ перерізів. Отже, підбирається переріз із найменшою площею, що задовольняє усі перевірки по ДБН В.2.6-198:2014. Змінити порядок сортування профілів в сортаменті можна за допомогою програми РС-САПР.

Підбір складених перерізів здійснюється за допомогою перебору всіх можливих профілів. Наприклад, переріз "Складений двотавр" підбирається наступним чином. Фіксується стінка і здійснюється підбір поясу; потім фіксується наступна стінка і знову підбирається пояс, і так далі. У результаті утворюється безліч рішень, при яких задовольняються всі перевірки несучої здатності, і з яких треба вибрати оптимальне. Оптимальне рішення це або переріз мінімальної площі, або переріз мінімальної вартості (якщо сортамент стінки та полиці в базі даних відсортований по вартості). За замовчуванням сортамент відсортовано за площею, то буде підібраний переріз мінімальної площі.

Також можливе автоматичне проектування вузлів з’єднання сталевих елементів, зокрема: шарнірне та жорстке примикання двотаврової балки до колони; стик та спряження двотаврових балок; стик двотаврових колон; шарнірна та жорстка база колони двотаврового чи коробчастого перерізу; примикання зв’язків з одного чи двох кутників (рис. 10.1).

2. Додаткові дані для розрахунку перерізів

Для виконання розрахунку металевих конструкцій потрібно  задати додаткові дані, необхідні для розрахунку перерізів.

В першу чергу задаються дані про матеріал елементів – марка або клас сталі за відповідним стандартом.

Рисунок 10.1 – Вузли з’єднання сталевих елементів

Додаткові дані для елементів ферм

Гранична гнучкість. Гранична гнучкість на розтяг завжди задається чисельно. Гнучкість на стиск може задаватися чисельно або як один із стандартних випадків ДБН В.2.6-198:2014. Гранична гнучкість на розтяг за замовчуванням рівна 300.

Додаткові дані для балок (елементів, що працюють на згин)

Ребра жорсткості. Необхідно вказати, чи потрібно ставити ребра жорсткості. Якщо значення кроку ребр жорсткості встановити рівним 0, то буде вибраний максимально допустимий крок. Необхідно вказати, як проводити розрахунок: в межах пружних чи незначних пластичних деформацій.

Відносний прогин. Для розрахунку за другою групою граничних станів потрібно вказати граничний відносний прогин, тобто значення, що вказується у знаменнику. Розрахунок прогину відбувається для всіх розрахункових перерізів стержня, тому збільшення їх кількості призводить до більш точного розрахунку балки. Передбачена можливість визначення прогину відносно двох умовно нерухомих точок (точок розкріплення). Якщо розкріплення не задані (рис. 13.2), то прогин на кожному прольоті балки буде визначатися за її повною довжиною.

Рисунок 10.2 – Механізм визначення прогинів балки

Крок решітки. Якщо крок з’єднувальної решітки заданий рівним 0, то приймається, що її нахил до осей віток складеного перерізу рівний 60°, а крок підбирається автоматично.

Якщо у двовітковому перерізі типу [ ] або ][ задати відстань між осями віток рівну нулю, то буде здійснений підбір оптимального розсунення віток.

Додаткові дані для канатів

Коефіцієнт агрегатної міцності – для канатів одинарного звивання та закритих несучих канатів.

3. Наскрізний та локальний розрахунок елементів.

Підбір і перевірка перерізів можуть здійснюватися у двох режимах:

1)     Наскрізний режим призначений для швидкого підбору або перевірки поперечних перерізів елементів усієї конструкції чи її довільного фрагменту. Цей розрахунок дозволяє отримати:

-    таблиці результатів для довільного фрагменту чи всієї схеми. Результати створюються в текстовому, HTML, XLS (Excel) форматах;

-      наглядне уявлення про роботу перерізів розрахункової схеми. Колір елементів розрахункової схеми в режимі мозаїки відображає використання несучої здатності перерізів за перевірками за першою та другою групою граничних станів, дозволяючи візуально визначити перевантажені чи недовантажені елементи. Цю операцію зручно застосовувати для швидкого пошуку небезпечних перерізів.

2)     Локальний режим дозволяє розрахувати окремий сталевий переріз за розрахунковим сполученням зусиль, що задаються. Режим застосовується для виконання простих інженерних задач, що стосуються безпосередньо розрахунку окремого елемента як за результатами роботи ПК ЛІРА, так і без них. Допускається здійснювати як багатоваріантний підбір, так і перевірку елемента. Локальний розрахунок дозволяє отримати дуже детальну інформацію про елемент. У вікні локального розрахунку можуть відображатися огинаючі епюри зусиль, таблиця з вихідними даними для розрахунку елемента і таблиця, що містить детальні результати розрахунку елемента і його поперечного перерізу.

4. Представлення результатів розрахунку.

Результат виглядає так:

(10.1)

Відсоток використання перерізу за першою групою граничних станів (1ГС) – це найбільший з відсотків за перевірками міцності та загальної стійкості, обчислений за всіма РСЗ.

Відсоток використання перерізу за другою групою граничних станів (2ГС) – це найбільший з відсотків за перевірками граничної гнучкості або прогину, узятий за всіма РСЗ.

Відсоток використання перерізу за місцевою стійкістю (МС) – найбільший з відсотків за перевірками стійкості стінки і полиці перерізу, узятий за всіма РСЗ.

Результати розрахунку представляються в табличній формі. Таблиці результатів формуються для виділених на схемі елементів або для всієї схеми. Форма таблиці залежить від виду елемента. Існують таблиці для БАЛОК, КОЛОН, НАСКРІЗНИХ КОЛОН, ФЕРМ і КАНАТІВ. Таблиці результатів мають такий вигляд:

Колони

Наскрізні стержні

Балки

Ферми

Канати

В даних таблицях використовуються наступні позначення: Елемент – номер скінченного елемента

НП – номер перерізу по довжині скінченного елемента Група – група уніфікації елемента, конструктивний елемент

Крок ребер (планок) – крок поперечних ребер жорсткості чи з’єднувальної решітки (планок)

Ф_b min – мінімальний коефіцієнт поперечного згину Прг –чвідносний прогин балки (наближено)

нор – нормальні напруження тау – дотичні напруження

с1– еквівалентні (приведені) напруження СБ – загальна стійкість балки

СY1 – стійкість відносно осі Y1 СZ1 – стійкість відносно осі Z1

СYZ – стійкість колони, стиснутої у 2-х площинах ГY1 – гранична гнучкість відносно осі Y1

ГZ1– гранична гнучкість відносно осі Z1

Г>Г^*– відношення гнучкості наскрізної колони до гнучкості вітки СС – місцева стійкість стінки

СП – місцева стійкість стиснутого поясу

1ГС – зведений % використання перерізу за 1 групою граничних станів 2ГС – зведений % використання перерізу за 2 групою граничних станів МС – зведений % використання перерізу на місцеву стійкість

Довжина елемента – геометрична довжина конструктивного елемента

5. Призначення конструктивних елементів і уніфікація при виконанні підбору поперечних перерізів елементів.

Уніфікація скінченних елементів використовується, коли необхідно підібрати однаковий поперечний переріз для декількох елементів. Використовуються наступні типи уніфікації:

-      всі перерізи уніфікуються між собою;

-      елементи уніфікуються між собою по відповідних перерізах;

-      елементи уніфікуються між собою з врахуванням симетрії.

Для уніфікації по 2-у і 3-у типах потрібно, щоб кількість розрахункових перерізів в уніфікованих елементах була однаковою.

Підбір перерізів уніфікованої групи відбувається по найбільш небезпечних РСЗ, котрі виникли у всіх перерізах елементів уніфікованої групи. Перевірка перерізів для елементів уніфікованої групи проводиться по РСЗ, що виникають в кожному елементі, а не по РСЗ всієї уніфікованої групи.

Якщо елементи виду БАЛКА об’єднані в групу уніфікації, то на схемі вони будуть позначені УБ, а далі номер групи уніфікації. Для КОЛОН аналогічно УК, а далі номер групи уніфікації. Для ФЕРМ – УФ, а далі номер групи уніфікації.

Також дозволяється уніфікація конструктивних елементів, коли необхідно підібрати для них однаковий поперечний переріз. При уніфікації конструктивних елементів необхідно, щоб кількість елементів, що входять в уніфіковані конструктивні елементи, розміри перерізів та кількість розрахункових перерізів елементів були однаковими.

Якщо конструктивні елементи виду БАЛКА об’єднані в групу уніфікації, то умовне позначення буде УКБ, а далі номер групи уніфікації конструктивних елементів. Аналогічно для елементів виду КОЛОНА – УКК, ФЕРМА – УКФ.

Уніфікація скінченних та конструктивних елементів використовується тільки при розрахунку по РСЗ. При підборі перерізів елементів за окремими навантаженнями чи РСН уніфікація елементів ігнорується. При розрахунку будуть використані значення розрахункових зусиль для кожного елементу, а не для групи уніфікації.