Признаки схемы и типы стрежневых КЭ для решения задач в ЛИРА САПР
Теги: #ЛИРА-САПР #признак схемы #стержни #пластины
Рекомендации по применению разных признаков схемы и типов стрежневых КЭ для решения задач в ЛИРА САПР
Теоретические предпосылки
Признаки схемы
В ПК ЛИРА-САПР, при создании новой задачи, требуется выбрать признак схемы. Всего признаков схемы шесть (в версии 2018 и старше):
- Признак 1 — схемы, располагаемые в плоскости XOZ; каждый узел имеет 2 степени свободы – линейные перемещения вдоль осей X, Z или X2, Z2
- Признак 2 — схемы, располагаемые в плоскости XOZ; каждый узел имеет 3 степени свободы – линейные перемещения вдоль осей X, Z или X2, Z2 и поворот вокруг оси Y или Y2
- Признак 3 — схемы, располагаемые в плоскости XOY; каждый узел имеет 3 степени свободы – линейное перемещение вдоль оси Z или Z2 и повороты вокруг осей X, Y или X2, Y2
- Признак 4 — пространственные схемы, каждый узел которых имеет 3 степени свободы – линейные перемещения вдоль осей X, Y, Z или X2, Y2, Z2.
- Признак 5 — пространственные схемы общего вида с 6 степенями свободы в узле.
- Признак 6 — пространственные схемы общего вида с 7 степенями свободы в узле. То же что и Признак 5, но с дополнительной степенью свободы W — депланация сечения стержня.
Теоретически признак схемы 5 (шесть степеней свободы в узле) применим для подавляющего большинства расчётных моделей, однако использование только данного признака схемы, вызывает необходимость соответствующим образом дорабатывать расчётные модели, для обеспечения их корректной работы.
В данной статье будут даны рекомендации по применению различных признаков схем для решения разных типов задач с целью экономии времени на создание модели.
Тип конечного элемента
Перечень типов конечных элементов (типов КЭ) представлен в Библиотеке КЭ в соответствующем разделе справки ЛИРА САПР.
При составлении стержневых моделей, в подавляющем большинстве случаев, используется тип КЭ10 – Универсальны пространственный стержневой КЭ, имеющий шесть степеней свободы в узле.
Повсеместное применение данного Типа КЭ, так же, как и пятого признака схемы, вызывает необходимость доработки расчётной модели для её корректной работы.
Практическое использование
Признак схемы 1 (две степени свободы в узле, перемещения X, Z) XOZ
При выполнении расчёта плоской металлической фермы из металлических уголков целесообразно применять признак схемы 1 (Две степени свободы в узле), а стержневым элементам назначать Тип КЭ 1. Чтобы назначить КЭ тип 1 элементам схемы, следует отметить нужные элементы и вызвать команду смена типа КЭ (см. статью https://rflira.ru/kb/3/488/)
Ферма из спаренных уголков
По умолчанию ЛИРА назначает вновь создаваемым стержням КЭ тип 10 – универсальный пространственный стержневой КЭ, обладающий шестью степенями свободы в узле. Для корректной работы данного элемента в составе фермы для задачи с пятым признаком схемы, требуется дополнительно выполнить следующие операции:
1 Отметка стержней и установка шарниров на концах;
2 Отображение местных осей стержней для правильного назначения узлов установки шарниров в стержнях
Применение КЭ1 позволит сэкономить время на выполнении вышеуказанных операций и сократит время выполнения расчёта компьютером.
Область применения первого признака схемы:
- Плоские шарнирно-стержневые системы;
- Однопролётные балки;
Ограничения метода: отсутствует возможность узловой передачи момента, т.к. повороты узлов в данной схеме не предусмотрены. Подходит для задач: балка-стенка, плоская шарнирно-стержневая система.
Признак схемы 2 (три степени свободы в узле, перемещения X, Z, Uy) XOZ
При выполнении расчёта фермы из замкнутых гнуто-сварных профилей по серии 1.263.2-4, а также ферм серии 1.460.3-14 типа «Молодечно», требуется выполнить её расчёт как плоской рамной системы, т.к. в узлах соединения элементов данной фермы будут возникать изгибающие моменты, влияющие на проверку и подбор стального сечения.
Ферма из замкнутых-гнуто-сварных профилей (прямоугольных или квадратных труб)
Применяемый тип конечного элемента для расчёта фермы: Тип 2, Тип 10.
Для каждого из этих типов КЭ нет необходимости установки шарниров, так что операцию по смене типа КЭ выполнять необязательно.
Область применения второго признака схемы:
- Расчёт плоских рам
- Расчёт неразрезных многопролётных балок
Ограничения метода: работа в плоскости XOZ
Признак схемы 3 (три степени свободы в узле, перемещения Z, Ux, Uy) XOY
При выполнении расчёта плит, расположенных в горизонтальной плоскости, целесообразно применять признак схемы 3 (три степени свободы в узле), элементам пластин при этом следует назначить тип КЭ11.
Важно: конструктивная схема плиты должна исключать возможность появления в ней мембранных усилий (сил в плоскости самой плиты)
Плита в горизонтальной плоскости
Применение КЭ11 позволит сэкономить время при выполнении расчёта компьютером.
Область применения данного признака схемы:
- расчёт неразрезных многопролётных балок
- расчёт плитных конструкций со свободным опиранием и жёстким защемлением
Ограничения метода: работа в горизонтальной плоскости (XOY)
Признак схемы 4 (три степени свободы в узле, перемещения X, Y, Z)
К таким конструкциям, как правило, относятся металлические башни с шарнирным соединением стержней. Рекомендации по расчёту металлических башен можно посмотреть здесь https://rflira.ru/kb/105/722/Металлическая башня из круглых труб
Применяемый тип конечного элемента – Тип 4, Тип 10
Выгоды применения данного признака схемы такие же, как у признака 1 – нет необходимости врезки шарниров. Ввиду отсутствия поворотов узлов, тип КЭ менять не обязательно
Область применения четвёртого признака схемы: Шарнирно-стержневые модели
Ограничения метода: нет возможности расчёта пространственных рам, с передачей моментов в узлах схемы.
Признак схемы 5 (шесть степеней свободы в узле, перемещения X, Y, Z, Ux, Uy, Uz)
Это самый широко используемый признак схемы, подходящий для решения подавляющего большинства задач. При моделировании шарнирно-стержневых систем, рекомендуется использовать признак схемы 4, однако, в случае невозможности применения данного признака схемы, когда, к примеру, шарнирно-стержневая модель находится в составе пространственной рамы, используется пятый признак схемы.
Для исключения возможности передачи изгибающего момента, на концах стержней следует устанавливать шарниры (см. статью https://rflira.ru/kb/108/667/). Применение конечного элемента Тип 4 позволит сэкономить время на выполнении данной операции.
При моделировании многостержневых систем, в целях экономии времени целесообразно использовать КЭ Тип 4 для элементов, конструктивная схема которых подразумевает работу элемента только при действии осевых сил.
Данный приём позволит сэкономить время на установке шарниров на концах стержней, а также сократит время расчёта такой схемы компьютером.
Расчётная модель одноэтажного промышленного здания
Ограничения применения КЭ Тип 4 в пятом признаке схемы: При расчёте на действие динамических нагрузок, подразумевающих определение форм и вычисление периодов/частот колебаний системы, не допускается собирать массы для динамики из нагрузок (в т.ч. собственного веса) стержней КЭ Тип 4, в противном случае будет получена геометрически изменяемая система.
Фермы металлические
Вернуться в раздел «Металлические конструкции»
Металлическая ферма – это стержневая строительная конструкция, которая передает нагрузки от кровли или перекрытия на колонны или стены зданий и сооружений. Ферма состоит из верхнего и нижнего пояса, раскосов и стоек. Раскосы и стойки называют решеткой фермы. Опорный раскос называют шпренгелем.
Более подробно о фермах можно прочитать на странице:
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ФЕРМАХ
Проектирование любой фермы начинается с компоновка конструктивной схемы фермы. Подробную информацию о компоновке ферм можно почитать на странице:
КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ ФЕРМЫ
После выбора общей компоновки, назначают предварительные генеральные размеры ферм. Подробно об этом написано на странице:
НАЗНАЧЕНИЕ ГЕНЕРАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ФЕРМ
После того как назначены генеральные размеры фермы, следует назначить сечения ферм. Рекомендации читаем на странице:
ТИПЫ СЕЧЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ФЕРМ
Помимо компоновки фермы, необходимо обеспечить ее устойчивость из плоскости ферм.
Как ее обеспечить, читаем на странице:
ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ФЕРМ
На основе расчетной схемы выполняются все расчеты. Расчетную схему с указанием геометрических размеров и усилий показывают на чертеже. Зачем это нужно? Наверное, так эксперту удобнее проверять, но у него и так есть на руках все расчеты. Вероятно это дань советским традициям, когда использовались типовые серии. Брали расчетную схему из типовой серии, делали ссылку, а самих расчетов не требовалось. Возможно, это нужно проектировщику, который будет разрабатывать КМД.
Смотреть: пример оформления расчетной схемы фермы на чертеже.
Мы подробно рассмотрим следующий вид ферм:
1. Фермы из парных уголков;
2. Ферма с поясами из широкополочных тавров;
3. Фермы типа «Молодечно»;
4. Фермы из круглых труб;
5. Мало-элементные фермы.
Самый выгодный угол наклона раскосов к поясу составляет 45 — 50° (в раскосной решетке 35 — 50°).
Опорный раскос может быть восходящим или нисходящим.
Нисходящие раскосы более предпочтительны, т.к. работают на растяжение.
Генеральными размерами фермы — это пролет фермы (т.е. длина фермы) и ее высота. Оптимальное отношение высоты фермы к ее пролету h/l ≈ 1/8, т.к. при этом отношении металлоемкость фермы будет минимальная.
Фермы эффективны при пролете от 6-8 метров. Использовать фермы меньше пролетом меньше 6 метров не целесообразно, т.к. проще использовать балки.
При назначении высоты фермы, следует учитывать условия транспортировки ферм:
— транспортировка ферм по железной дороге требует габарит конструкции по вертикали — не более 3,8 м по горизонтали — 3,2 м;
Пролеты ферм принимаются кратные 3 м (до 18 м.), а для больших пролетов — кратными 6 м (18, 24, 30, 36 м. и т.д.). Отступления от этих размеров допускаются при специальном обосновании.
Типы ферм.
Фермы в зависимости от очертания можно разделить на следующие типы:
— фермы с параллельными поясами;
— фермы с полигональными поясами;
— треугольные фермы.
Применяют при крутых крышах.
Выбор типа фермы зависит от архитектуры здания, материала кровли, системы водоотвода и т.д.
Тип решётки
Геометрическая неизменяемость фермы достигается устройством решетки (Система поясов и раскосов).
— треугольная решетка;
— раскосная;
— ромбическая решетка;
— полураскосная.
При проектировании ферм, могут быть полезными следующие типовые серии:
| № п/п | Номер | Наименование | Примечания |
| 1 | Серия 1.460.2-10/88 | Стальные конструкции покрытий одноэтажных производственных зданий с фермами из парных уголков. | Смотреть |
| 2 | Серия 1.460.2-11 | Стальные конструкции покрытий одноэтажных производственных зданий с применением ферм с поясами из широкополочных двутавров. | Смотреть |
| 3 | Серия 1.460.3-14 | Стальные конструкции покрытий производственных зданий пролетами 18, 24 и 30 м с применением замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного сечения типа «Молодечно». Чертежи КМ. | Смотреть |
| 4 | Серия 1.466-2 | Пространственные решетчатые конструкции из труб типа «Кисловодск». Рабочие чертежи. | Смотреть |
| 5 | Серия 1.263.2-4 | Унифицированные конструкции стальных ферм для покрытий зальных помещений общественных зданий. | Смотреть |
Калькулятор стропильной фермы | Принципы проектирования ферм крыши
Делитесь любовью
Когда вы входите во многие современные здания и дома, вы быстро замечаете, что фермы используются для придания кровле устойчивости и прочности. Интересно, сколько стоит такой дизайн? Какие размеры вам нужны? Вы можете использовать калькулятор стропильных ферм, чтобы найти эти ответы, но сначала вам нужно понять основные принципы строительства стропильных ферм.
В этом посте мы обсудим некоторые из наиболее важных элементов стропильных ферм и то, как рассчитываются их размеры.
Продолжайте читать, чтобы начать свой путь к идеальной конструкции стропильной фермы.
Что такое стропильные фермы?
В стропильных фермах используются прямые куски дерева, образующие треугольники, которые обычно выдерживают большие нагрузки. Стропильная ферма несет вес крыши здания. Части треугольников испытывают растяжение и сжатие, но не поддаются нагрузке.
Почему они сейчас так популярны?
Есть несколько причин. Самое главное, стропильные фермы экономичны — они эффективно используют строительные материалы и позволяют легко транспортировать и собирать, особенно по сравнению с другими вариантами конструкции крыши.
Когда вы начнете изучать фермы крыши, вы обнаружите, что конструкционная высота фермы должна быть больше, чем высота аналогичных конструкций, в которых используются сплошные балки, а не треугольники. Это не недостаток, а скорее еще одно преимущество. Размер балок и их углы обеспечивают превосходный дренаж крыши и водонепроницаемость.
Различные формы крышных ферм
Плоские
Вы не удивитесь, узнав, что плоские фермы используются для зданий с плоскими крышами. Они очень похожи на фермы пола, но все же обеспечивают большую поддержку. Однако они не придают крыше уклона, что не способствует отводу воды и мусора.
Фронтон
Категория ферм «фронтон» включает несколько различных типов, в том числе:
- King Post
- Королевский пост
- Хоу
- Дабл Хоу
Эти фермы используются на скатных или остроконечных крышах и являются одним из самых популярных типов. Они обеспечивают отличную поддержку и могут использоваться в довольно больших зданиях (коммерческих или жилых).
Односкатная
Односкатная крыша имеет только одну поверхность, а ее фермы довольно простые. Цель состоит в том, чтобы экономично поддерживать террасы или дома с более современными конструкциями крыш.
Вальмовая
Вальмовая или вальмовая ферма используется для создания скатов крыши со всех четырех сторон, которые затем сходятся в точке посередине.
Это умная конструкция фермы для зданий в ветреных или снежных районах. Они очень стабильны, но также приятны с точки зрения архитектуры.
Это лишь некоторые из самых популярных типов ферм. Чтобы узнать больше или просмотреть другие виды ферм, поговорите с нашими экспертами.
Теперь мы подошли к собственно «расчетной» части процесса проектирования фермы. Будьте с нами, пока мы вводим некоторые числа и формулы.
Как можно комбинировать нагрузки на ферму?
Понять, какие нагрузки будут выдерживать ваши фермы, сложнее, чем может показаться. Вам нужно будет учитывать различные факторы, от максимальных ветровых нагрузок в этом районе до уровня снега и ожидаемых осадков.
Допустим, вы проектируете стропильную ферму для местности с сильным ветром и снегом. Вы закончите рассматривать снег как серьезное воздействие, а ветер как критическую «жизненную нагрузку».
Что такое динамическая нагрузка? Проще говоря, это величина силы (временной или переходной), действующей на здание.
В данном примере это ветер.
Затем вы будете использовать следующие формулы для расчета сочетаний нагрузок на фермы крыши:
Вариант (1): Общая нагрузка S’1 = 1,0 G + 0,9 Qsnow + 0,7 Qwind
Случай (2): Общая нагрузка S’2 = 1,0 G + 0,9 Qwind + 0,7 Qsnow
Выглядит сложно?
Мы не виним вас за то, что вы так думаете, но именно для этого мы здесь с нашим калькулятором ферм крыши и знаниями. Мы являемся экспертами в понимании разницы между постоянными и временными нагрузками, и мы позаботимся о том, чтобы конструкция вашей фермы выдержала любые нагрузки.
Какие размеры вам нужны?
Здесь в игру вступает наш опыт. Средний проект фермы крыши стоит от 7 200 до 12 000 долларов, и большая часть этого расхождения в цене связана с количеством используемых материалов и, следовательно, с размерами проекта.
Чтобы помочь вам, мы создали удобный инструмент, который вычисляет длину ската вашей крыши. Другими словами, этот калькулятор стропильных ферм использует размеры пролета, свеса и шага для расчета длины скоса.
Используя эту информацию, вы сможете лучше оценить, сколько будет стоить конструкция стропильной фермы и какие материалы вам потребуются.
Обеспечение устойчивости стропильных ферм
Использование стропильных ферм не является надежным способом предотвращения бокового смещения или полной устойчивости конструкции. Необходимо понимать, какие силы будут воздействовать на ферму и какая система сдерживания или раскосов потребуется.
Большое внимание уделяется обеспечению безопасности и надежности каждой конструкции стропильной фермы, над которой мы работаем. Мы не просто помогаем вам разобраться в фермах крыши и рассчитать их размеры — мы позаботимся о том, чтобы вы построили надежную и устойчивую конструкцию крыши.
Если вы чувствуете себя подавленным или неуверенным, протяните руку. Ни один дизайн не является слишком сложным или трудоемким для нашей команды.
Запросите расчет или предложение сегодня
Имея более чем 75-летний опыт производства ферм, мы быстро предоставляем подробные и надежные оценки цен.
Мы обещаем не скрывать никаких затрат, не срезать углы и не оставлять камня на камне, когда дело доходит до удовлетворения ваших потребностей. Все наши расценки также учитывают критические факторы окружающей среды, потребности клиентов и короткие сроки выполнения работ.
В компании Hitek Truss Design мы предоставляем расчеты и оценки для:
- Кровельных ферм
- Половые фермы
- Индивидуальные конструкции ферм
Чтобы начать расчет стоимости фермы крыши, позвоните по телефону 352-797-0877 или запросите предложение онлайн. Мы готовы начать ваш путь к идеальному проекту по строительству ферм в округах Эрнандо, Цитрус, Паско, Самтер, Хиллсборо, Полк, Марион и Пинеллас.
Spread the love
Ферма крыши Расчет ветровой нагрузки по МС 875-2015
Санджай Сингх
В этой статье мы объясняем расчет ветровой нагрузки на ферму крыши в соответствии с пересмотренными нормами 875-2015. Объяснены все этапы расчета ветровой нагрузки с решенным примером. Так что читайте статью до конца и комментируйте, если что-то не так в этой статье.
Содержание
Ступени стропильной фермы Расчет ветровой нагрузки в соответствии с 875-2015. Этап-1: Угол стропильной фермыУгол фермы крыши = tan -1 ( Подъем/(Размах/2))
Шаг 2: Определение основной скорости ветра (V b )Базовая скорость ветра на странице Поиск № 6 или 51 IS 875 часть-3-2015 в зависимости от местоположения.
Этап 3: Расчет давления ветра 1. Расчетная скорость ветра (V z ) : Для определения расчетной скорости ветра формула приведена на стр. 5 IS 875 часть-3 2015.
V Z = V B × K 1 × K 2 × K 3 × K 4
, где9,