С е р и я в н у т р и в у з о в с к и хм е т о д и ч е с к и х у к а з а н и й С и б А Д И

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)»

Кафедра «Строительные конструкции»

Автоматизированное проектирование в отрасли

Методические указания к практическим занятиям

Составитель И.А. Чакурин

Омск ▪ 2019

СибАДИ

УДК 725 А22

Рецензент: д-р. техн. наук, проф. И. Л. Чулкова. (СибАДИ)

Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве методических указаний.

А22 Автоматизированное проектирование в отрасли [Электронный ресурс] : методические указания к практическим занятиям / сост. И.А. Чакурин. – (Серия внутривузовских методических указаний СибАДИ). – Электрон. дан. – Омск : СибАДИ, 2019. – Режим доступа: http://bek.sibadi.org/fulltext/esd949.pdf, свободный после авторизации. – Загл. с экрана.

Содержат сведения о моделировании и порядке расчета различных строительных конструкции методом конечных элементов с использованием программы «ЛИРА-САПР».

Имеют интерактивное оглавление в виде закладок. Предназначены для обучающихся заочной формы обучения по направлению

бакалавриата 08.03.01 «Строительство» профиль «Промышленное и гражданское строительство».

Подготовлены на кафедре «Строительные конструкции».

Текстовое (символьное) издание (690 КБ) Системные требования: Intel, 3,4 GHz; 150 Мб; Windows XP/Vista/7; DVD-ROM;

1 Гб свободного места на жестком диске; программа для чтения pdf-файлов: Adobe Acrobat Reader; Foxit Reader

Техническая подготовка Н.В. Кенжалинова Издание первое. Дата подписания к использованию 24.01.2019

Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1

ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2019

Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию» данная продукция маркировке не подлежит.

СибАДИ

ВВЕДЕНИЕ

Практические занятия по дисциплине «Автоматизированное проектирование в отрасли» необходимы для более углубленного изучения дисциплины.

Разработанные методические указания содержат сведения о моделировании и порядке расчета различных строительных конструкции методом конечных элементов с использованием программы «ЛИРА-САПР». Материалы могут быть использованы при выполнении выпускной квалификационной работы.

Моделирование работы строительных конструкций и сооружений

Тема. Моделирование работы и расчет металлической фермы

Практическое занятие № 1 «Расчет металлической фермы»

Цель: Изучение приемов построения стержневых конструкций. Приобретение навыков расчета стальных пространственных конструкций.

Задание и исходные данные

Постройте геометрическую схему кровельной металлической фермы (Рис. 1). Смоделируйте опоры, задайте нагрузки и произведите расчет. Подберите сечения элементам фермы. Проанализируйте полученные результаты расчетов. Исходные данные для расчетов представлены в таблице 1.

Сечения элементов: Колонны - коробка из швеллеров № 24; Верхний пояс фермы - два уголка 120х120х10; Нижний пояс фермы - два уголка 100х100х10; Раскосы и стойки фермы - два уголка 75х75х6; L – пролет фермы, м; К – число панелей фермы, шт;

3

СибАДИ

Рис. 1. Металлическая ферма

Таблица.1 Исходные данные для практического занятия № 1

№ варианта Исходные данные № схемы L, м К H, м h, м P1, кН P2, кН

1 а 12 4 3 2,5 15 7,5 2 а 12 4 2,7 2,2 13 6,5 3 а 18 6 2,5 2 11 5,5 4 а 18 6 2,2 1,8 10 5 5 а 18 6 2 1,5 9 4,5 6 б 12 - 2,5 -- 15 7,5 7 б 12 - 2,2 -- 13 6,5 8 б 12 - 2 -- 11 5,5 9 б 18 - 1,8 -- 10 5 10 б 18 - 2 -- 9 4,5 11 в 12 4 2 -- 15 7,5 12 в 12 4 1,8 -- 13 6,5 13 в 18 6 1,6 -- 11 5,5 14 в 18 6 1,5 -- 10 5 15 в 18 6 1,2 -- 9 4,5 16 г 12 3 2 - 15 7,5 17 г 12 3 1,8 - 13 6,5 18 г 18 5 1,6 - 11 5,5 19 г 18 5 1,5 - 10 5 20 г 18 5 1,2 - 9 4,5

H h

Р1 Р1 Р1 Р1 Р2 Р1 Р1 Р1 Р2

4

СибАДИ

Порядок выполнения работы. Алгоритмы статического расчета ферм и каркасов в ПК ЛИРА-

САПР представлены в источниках указанных в списке литературы [1-5]. Контрольные вопросы: 1. Значения каких величин находятся в результате статического расчета фермы? 2. Какие усилия возникают в стержнях фермы при узловой нагрузке, при внеузловой нагрузке? 3. Перечислите основные способы и инструменты для создания геометрической модели конструкции фермы в ПК «ЛИРА-САПР». 4. Какой тип конечного элемента использовался для расчета фермы на плоскости? 5. Какой тип конечных элементов использовался для расчета стержней фермы в составе пространственного каркаса? 6. С помощью какого блока из состава программы лира происходил подбор сечений стержней фермы? 7. Что такое конструктивный элемент и как его создать?

5

СибАДИ

Тема. Моделирование работы и расчет стальной плоской рамы

Практическое занятие № 2 «Расчет плоской стальной рамы»

Цель: Изучить и отработать навыки расчета и моделирования стальных рамных конструкций. Изучение методики подбора и проверки стальных сечений элементов рамы.

Задание и исходные данные

Во всех вариантах средствами программного комплекса ЛИРА-САПР, необходимо: 1 - создать расчетную схему плоской рамы здания (Рис. 2). 2 - заполнить таблицу РСН. 3 - проверить предложенные и подобрать стальные сечения элементов рамы. 4 - сформировать отчет в электронном виде. Схема рамы и ее закрепления (Рис. 2). Размеры рамы приведены в таблице 2. Шаг рам - 6 метров. Сечения элементов: крайние колонны - коробка из швеллеров № 24; средние колонны - швеллер № 24; балка настила - двутавр № 36; верхний пояс фермы - два уголка 120х120х10; нижний пояс фермы - два уголка 100х100х10; стойки и раскосы фермы - два уголка 75х75х6; Нагрузки: Загружение 1 - нагрузка от собственного веса элементов схемы; Загружение 2 - Нагрузка от оборудования; Загружение 3 - Ветровая нагрузка; Загружение 4 - Вес конструкции кровли. Загружение 4 - Снеговая нагрузка.

6

СибАДИ

Рис. 2. Расчетная схема рамы здания Таблица.2 Исходные данные для практического занятия № 2

№ варианта

Размеры рамы м

L L1 L2 H1 H2 1 4 4 4 4 3 2 5 4 5 4 4 3 6 4 6 5 3 4 7 4 7 5 3,5 5 4 4 4 6 4 6 5 4 5 4 3 7 6 4 6 4 4 8 7 4 7 5 3 9 6 6 6 5 3,5 10 8 8 8 4 3 11 7 8 7 4 4 12 4 4 4 5 3 13 5 4 5 5 3,5 14 6 4 6 6 4 15 7 4 7 4 3 16 7 4 7 4 4 17 7 4 7 5 5 18 8 8 8 5 3,5 19 8 8 8 7 4 20 8 8 8 7 3

7

СибАДИ

Алгоритм статического расчета рам в ПК ЛИРА-САПР

представлен в источниках указанных в списке литературы [1-5]. Контрольные вопросы: 1. С помощью каких команд и инструментов Вы создали геометрическую схему рамы здания? 2. Какой признак схемы Вы использовали для расчета рамы? 3. Какие типы конечных элементов можно применять для расчета рамы? 4. Приведите алгоритм задания жесткостных параметров элементам рамы. 5. Перечислите пункты алгоритма создания таблицы расчетных сочетаний нагрузок. 6. Приведите инструменты для просмотра результатов расчета в графической форме. 7. Расскажите порядок формирования таблиц результатов расчета.

8

СибАДИ

Тема Моделирование работы и расчет плоской ж/б рамы

Практическое занятие № 3 «Расчет рамы промышленного здания»

Цель: Изучить и отработать навыки расчета и моделирования Ж/б конструкций. Изучение методики подбора арматуры для элементов рамы. Конструирования неразрезной балки и колонны.

Задание и исходные данные Во всех вариантах средствами программного комплекса ЛИРА-

САПР, необходимо: 1 - создать расчетную схему плоской рамы здания. 2 - заполнить таблицу РСУ. 3 - подобрать арматуру для элементов рамы. 4 - законструировать неразрезную балку. 5 - сформировать отчет в электронном виде.

Схема рамы и ее закрепления, сечения элементов показаны на рис. 3. Материал рамы – железобетон В30. Исходные данные для расчета: размеры рамы и нагрузки приведены в таблице 3.

Рис. 3. Схема рамы и сечения элементов

9

СибАДИ

Рис. 4. Схемы нагружения рамы здания

10

СибАДИ

Таблица 3. Исходные данные для практического занятия № 3

№ варианта

Размеры рамы м

Нагрузки, т

L L1 H H1 g1 g2 g3 g4 g5 P1 P2 P3 P4 1 4 3 6 3 2 1.5 3 4 2 1 1.5 0.75 1.125 2 4,5 3,5 6,5 3,5 1.5 2 2.5 4.5 2 1 1.5 0.75 1.125 3 5 4 7 3 1 1.5 3 5 2.5 1 1.5 0.75 1.125 4 5,5 4,5 7,5 3,5 2.5 2 3 3.5 2.3 1 1.5 0.75 1.125 5 6 5 8 4 1.3 2.5 3.5 3.7 1.8 1 1.5 0.75 1.125 6 6,5 5,5 6 3 1.2 2.3 3.2 3.9 1.7 1 1.5 0.75 1.125 7 7 3 6,5 3,5 2 1.5 3 4 2.2 1 1.5 0.75 1.125 8 7,5 3,5 7 4 1.5 2 2.5 4.2 1.8 1 1.5 0.75 1.125 9 8 4 7,5 3 1 1.5 3 4 2 1 1.5 0.75 1.125 10 8,5 4,5 8 3,5 2.5 2 3 4.5 2 1 1.5 0.75 1.125 11 4 5 6 4 1.3 2.5 3.5 5 2.5 1 1.5 0.75 1.125 12 4,5 5,5 6,5 4,5 1.2 2.3 3.2 3.5 2.3 1 1.5 0.75 1.125 13 5 3 7 3 2 1.5 3 3.7 1.8 1 1.5 0.75 1.125 14 5,5 3,5 7,5 3,5 1.5 2 2.5 3.9 1.7 1 1.5 0.75 1.125 15 6 4 8 4,5 1 1.5 3 4 2.2 1 1.5 0.75 1.125 16 6,5 4,5 6 4 2.5 2 3 4.2 1.8 1 1.5 0.75 1.125 17 7 5 6,5 3,5 1.3 2.5 3.5 3.7 1.8 1 1.5 0.75 1.125 18 7,5 5,5 7 3 1.2 2.3 3.2 3.9 1.7 1 1.5 0.75 1.125 19 8 3 7,5 3 2.5 2 3 4 2.2 1 1.5 0.75 1.125 20 8,5 4 8 3,5 1 1.7 2.5 4.2 1.8 1 1.5 0.75 1.125

Алгоритм статического расчета рам в ПК ЛИРА-САПР

представлен в источниках указанных в списке литературы [1-5]. Контрольные вопросы: 1. С помощью каких команд и инструментов Вы создали геометрическую схему рамы здания? 2. Какой признак схемы Вы использовали для расчета рамы? 3. Какие типы конечных элементов можно применять для расчета рамы? 4. Приведите алгоритм задания жесткостных параметров элементам рамы. 5. Перечислите пункты алгоритма создания таблицы расчетных сочетаний усилий. 6. Приведите инструменты для просмотра результатов расчета в графической форме. 7. Расскажите порядок формирования таблиц результатов расчета.

11

СибАДИ

Тема Моделирование работы и расчет ж/б плиты перекрытия

Практическое занятие № 4 «Расчет ж/б плиты перекрытия»

Цель: продемонстрировать процедуру построения расчетной схемы плиты. Показать технику задания нагрузок и составления РСУ. Показать процедуру подбора арматуры.

Задание и исходные данные

Дана железобетонная плита. Дальняя сторона плиты свободно оперта

по всей длине, ближняя – свободно оперта своими концами на колонны. Длинные стороны плиты свободны. Исходные данные для расчетов представлены в таблице 4.

Загружение 1 – собственный вес плиты. Загружение 2 – сосредоточенные нагрузки Р=1т, приложенные по

схеме (рис. 5). Загружение 3 – равномерно распределенная нагрузка 200 кг/м2. Во всех вариантах средствами программного комплекса ЛИРА-

САПР, необходимо создать расчетную схему Ж/б плиты, выполнить расчет и построить эпюры изгибающих моментов Му, Мх и поперечных сил Qz. Определить перемещение по оси Z, и угол поворота узлов конечно-элементной сетки. По выполненному расчету необходимо сформировать отчет в электронном виде. Размеры конечно-элементной сетки выбирать самостоятельно.

Рис. 5. Схемы приложения нагрузки

L

Н

L1

Р

Р

Р

L/4

L/4

L/4

L1/2

12

СибАДИ

Таблица 4. Исходные данные для практического занятия № 4

№ Варианта

Размеры плиты LxL1, мм

Толщина плиты H, мм

1 2400х1000 220 2 2700х1000 220 3 3000х1000 220 4 3300х1200 220 5 3600х1200 220 6 3900х1500 220 7 4200х1500 220 8 4500х1500 220 9 4800х1800 220

10 5100х1800 260 11 5400х1800 260 12 5400х2400 260 13 5700х2400 260 14 6000х2400 260 15 6000х3000 260 16 5700х3000 300 17 5400х3000 300 18 5100х3600 300 19 4800х3600 300 20 4500х3600 300

Алгоритм статического расчета плит в ПК ЛИРА-САПР

представлен в источниках указанных в списке литературы [1-5]. Контрольные вопросы: 1. С помощью каких команд и инструментов Вы создали геометрическую схему плиты перекрытия? 2. Какой признак схемы Вы использовали для расчета плиты перекрытия? 3. Какие типы конечных элементов можно применять для расчета плит перекрытия? 4. Приведите алгоритм задания жесткостных параметров элементам плиты. 5. Перечислите пункты алгоритма создания таблицы расчетных сочетаний усилий. 6. Приведите инструменты для просмотра результатов расчета в графической форме. 7. Расскажите порядок формирования таблиц результатов расчета.

13

СибАДИ

Тема Формирование и документирование результатов расчетов для заказчика и экспертизы

Практическое занятие № 5 «Формирование отчета

и протокола расчета в ПК ЛИРА-САПР» Цель: Изучение приемов и выработка навыков создания отчетов по результатам проектирования строительных конструкций.

Задание и исходные данные

Преподаватель по результатам расчета ж/б рамы здания показывает и

рассказывает студентам алгоритм формирования отчета. Объясняет содержимое отчета.

Студенты, слушая объяснения преподавателя, самостоятельно выполняют указанные действия.

1. Выбор режима просмотра результатов. 2. Отображение и протоколирование деформированной расчетной

схемы. 3. Смена номера текущего загружения. 4. Вывод на экран эпюр внутренних усилий. 5. Анализ и протоколирование перемещения узлов расчетной схемы. 6. Анализ и протоколирование усилий (напряжений) в сечениях

элементов. 7. Формирование стандартных и интерактивных таблиц результатов. 8. Фрагментация отображения расчетной схемы. 9. Графический контейнер.

В состав отчета входят: 1. Схемы нумерации (из графического контейнера):

1.1. Узлов; 1.2. Элементов; 1.3. Жесткостей элементов.

2. Таблицы (из интерактивных таблиц): 2.1. Узлов; 2.2. Жесткостей.

3. Таблицы нагрузок. 4. Результаты статического расчета:

4.1. Эпюры усилий (напряжений) в элементах; 4.2. Таблицы усилий (напряжений) в элементах.

5. Результаты расчета по деформациям: 5.1. Мозаики перемещений узлов;

5.2. Таблицы перемещений узлов.

14

СибАДИ

Контрольные вопросы: 1. Приведите состав отчета о расчете конструкции в ПК ЛИРА-САПР. 2. Приведите порядок формирование стандартных и интерактивных таблиц результатов? 3. С помощью каких инструментов можно создать отчет о расчете конструкции? 4. Из каких пунктов состоит алгоритм расчета балки. 5. Какие типы конечных элементов вы примените для расчета балки? 6. Перечислите инструменты для анализа результатов расчета в ПК ЛИРА-САПР. 7. Назовите назначение инструмента «Графический контейнер».

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Чакурин, И. А. Статический расчет конструкций численными методами [Электронный ресурс]: учебное пособие: [для всех форм обучения направления "Строительство"] / И. А. Чакурин, А. А. Комлев, С. А. Макеев ; СибАДИ, Кафедра СК. - Электрон. дан. - Омск : СибАДИ, 2017. - 101 с. : ил. - Загл. с титул. экрана. - Библиогр.: с. 93-94. - 62.00 р. Прил. : с. 95-101. http://bek.sibadi.org/fulltext/esd391.pdf

2. Городецкий, Д.А. Программный комплекс «Лира-САПР» 2013 : учебное пособие. /, М.С. Барабаш, Р.Ю. Водопьянов, В.П. Титок, А.Е. Артамонова; под ред. академика РААСН, А.С. Городецкого. Киев Москва. : Электронное издание, 2013. 376 с.

3. Водопьянов, Р.Ю. Программный комплекс ЛИРА-САПР Руководство пользователя. Обучающие примеры / Р.Ю. Водопьянов, В.П. Титок, А.Е Артамонова, М.А. Ромашкина Под редакцией академика РААСН Городецкого А.С. Электронное издание, 2017г., – 535 с.

4. Тухфатуллин, Б. А. Численные методы расчета строительных конструкций. Метод конечных элементов : учеб. пособие для академического бакалавриата / Б.А. Тухфатуллин. — 2-е изд., испр. и доп. — М. : Издательство Юрайт, 2018. — 157 с. — (Серия : Бакалавр. Академический курс). — ISBN 978-5-534-08899-1. — Режим доступа : www.biblio-online.ru/book/5101648E-DBF9-483D-9F44-1636D0935753.

5. Кривошапко, С. Н. Архитектурно-строительные конструкции : учебник для академического бакалавриата / С. Н. Кривошапко, В. В. Галишникова. — М. : Издательство Юрайт, 2018. — 460 с. — (Серия : Бакалавр. Академический курс). — ISBN 978-5-534-03143-0. — Режим доступа : www.biblio-online.ru/book/E2BFEC68-D489-4421-824B-01B85EB92AF1.

15

СибАДИ