Методика компьютерных расчетов стальных стержневых плит покрытий (структур)

Общие данные для расчета структур

Анализ конструктивных решений структур будем проводить на основе результатов реальных расчетов, выполненных с помощью программы «SteelTruss» (Стальные фермы).

Определим нагрузки на структуру, приняв утепленную кровлю из стального профилированного настила по прогонам, а снеговую нагрузку — для 1-го района (Узбекистан). Постоянная нагрузка равна qп = 1,75 кН/м2, средний коэффициент надежности для определения перемещений от нормативной нагрузки гср = 1,75/1,5 = 1,16.

Нормативная снеговая нагрузка 0,5 кПа (50 кг/м2), расчетная снеговая нагрузка qсн = 0,5· 1,4= 0,7 кН/м2. Распределенная нагрузка для определения сейсмических масс равна:

Sп = 0,9· qп + 0,5· qсн = 0,9· 1,75+ 0,5· 0,7 = 1,925 кН/м2.

Для первоначального анализа примем сечения стержней из круглых труб, а расчетное сопротивление стали Ry = 230 МПа.

Расчет структур с типовой расчетной схемой

Типовая схема для программы «SteelTruss» может быть сгенерирована автоматически путем задания минимального числа параметров. Рассмотрим в качестве примера структуру размерами в плане 24×30 м. Примем вначале опирание через капители с 6-метровыми консолями по всем сторонам; высота структуры 2 м.

Загрузим программу «SteelTruss», создадим новую задачу для пространственной фермы, затем выберем в панели инструментов «Генерацию схемы». Здесь выберем правую схему и зададим все параметры. В результате получим заполненные таблицы исходных данных, которые при необходимости можно корректировать. На рис. 2.1 показаны скопированные из программы схемы структуры.

По команде «Расчет» будет будут выполнены все этапы расчета, включая подбор сечений стержней. Однако первоначально заданные сечения могут оказаться перегруженными или неоптимальными, поэтому с помощью меню «Расчет-Замена профилей» нужно повторить расчет до полного совпадения заданных и расчетных профилей (обычно требуются 2−5 попыток). Протокол расчета последнего приближения показан на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Протокол расчета структуры

Здесь видно, что решаемая структура имеет 183 узла и 656 стержней, порядок матрицы жесткости, равный количеству неизвестных перемещений — 537, ширина ленты матрицы 300. Время расчета на обычном компьютере с процессором 3,2 ГГц и оперативной памятью 1 Гб не составило даже 1 секунды.

Таблица окончательных результатов (спецификация) показана на рис. 2.2.

Рис. 2.3. Окончательные сечения типоразмеров и их массы

Общая масса структуры равна 9863,42 кг, а приведенная масса равна 9863,42/(24· 36) = 11,42 кг/м2.

Анализ таблицы подбора сечений показывает, что при заданной унификации стержней значительная их часть недогружена, к тому же сечение труб одно из наименьших в сортаменте. Отсюда вытекают два вывода:

• 1) для уменьшения массы необходима более детальная унификация стержней;
• 2) с увеличением пролета удельная масса структуры должна расти медленнее пролета, т. е. эффективность структур должна возрастать.