Проектирование и расчет металлических конструкций

Расчет металлоконструкций в APMСтальные конструкции

Проектирование и строительство зданий и сооружений тесно связано с применением в качестве несущих элементов стальных конструкций. Стальные конструкции надёжны и практичны в использовании, так как позволяют сформировать практически любые пространственные геометрические формы проектируемых объектов, в том числе уникальных, сохраняя свою прочность, жёсткость и устойчивость при внешних термомеханических воздействиях. Расчёт подобных конструкций требует определённых инженерных навыков, необходимых для представления реальных объектов в виде расчётных моделей, а также требует программной реализации, необходимой для выполнения соответствующих расчётов.
Программный комплекс APM Civil Engineering, основанный на методе конечных элементов, позволяет выполнять расчёты по определению напряжённо-деформированного состояния зданий и сооружений со стальным каркасом с применением стержневых элементов, пластин и оболочек, объёмных тел при действии разнообразных типов внешних воздействий.
Модельное представление (расчётная схема) реальных зданий и сооружений со стальным каркасом, как правило, ограничивается применением стержневых элементов и пластин (оболочек) для оценки прочности, жёсткости и устойчивости. Однако, зачастую требуется произвести оценку напряжённо-деформированного состояния узлов стальных конструкций, учитывающих наличие рёбер жёсткости, опорных плит, отверстий в элементах, а также способа прикрепления к фундаменту или соединения стальных элементов между собой. Выполнение расчёта таких узлов стальных конструкций требует использования объёмных элементов, реализованных в программе APM Civil Engineering, и позволяющих достоверно описать конструктивные особенности рассчитываемых элементов.

Особенности расчёта стальных конструкций

Программа APM Civil Engineering обладает широким инструментальными возможностями, позволяющими инженеру выполнить расчёты зданий и сооружений различного назначения, в основе которых приняты стальные несущие элементы. Различают две принципиальные группы выполняемых расчётов стальных строительных конструкций: проектировочный и проверочный.

Проектировочный расчёт в среде APM Civil Engineering позволяет осуществить подбор поперечных сечений стержневых элементов, толщин листового металла (пластины и оболочки), удовлетворяющих условиям прочности, жёсткости и устойчивости. Проверочный расчёт предполагает выполнение проверки заданных сечений на соответствие необходимым критериям.

Выполнение расчётов стальных конструкций в программе APM Civil Engineering, независимо от типа проводимого расчёта (проектировочный или проверочный), предполагает на начальном этапе построение конечно-элементной модели, включающей в себя при необходимости стержневые элементы, плоские элементы, моделируемые пластинами (оболочками), а также объёмные тела, с последующим вычислением параметров напряжённо-деформированного состояния. Последующий этап расчётов предполагает моделирование узлов (типовых, нетиповых) стальных конструкций с использованием объёмных (плоских) конечных элементов с включением их в общую модель здания или сооружения, или с передачей на них рассчитанных в общей модели силовых факторов или начальных смещений (в виде линейных перемещений и углов поворота).

Окончательным этапом выполнения расчётов стальных конструкций является проверка конструктивных элементов на соответствие критериям, предъявляемым к таким конструкциям, действующими нормативными документами.

Программа APM Civil Engineering обладает необходимым функционалом для выполнения проектировочных и проверочных расчётов стальных конструкций на каждом из описанных выше этапов.

Оценка напряжённо-деформированного состояния стальных конструкций выполняется на основании результатов расчёта эквивалентных напряжений в стержневых, плоских и объёмных элементах при внешнем термосиловом воздействии. Расчёт эквивалентных напряжений осуществляется в соответствии с известными теориями прочности (наибольших нормальных напряжений, наибольших деформаций, наибольших касательных напряжений, энергетической теории). Полученные результаты позволяют выполнить проверку прочности рассчитываемых стальных конструкций.

APM Civil Engineering позволяет выполнить расчёты общей и локальной устойчивости пространственных стальных конструкций. Подобный функционал позволяет инженеру сформулировать выводы о необходимости дополнительного усиления стержневых стальных элементов или установке дополнительных рёбер жёсткости в пространственных стальных сечениях, образованных листовой сталью (пластины и оболочки).

Для стержневых стальных конечных элементов реализована проверка прочности и устойчивости поперечных сечений в соответствии с методиками, приведёнными в действующих нормативных документах. Расчёт таких элементов в программе APM Civil Engineering может быть выполнен по результатам формирования комбинаций внешних нагрузок или расчётным сочетаниям внутренних силовых факторов. Подобные расчёты, в соответствии с заданными правилами формирования расчётных сочетаний, позволяют учесть наиболее невыгодное сочетание внешних нагрузок. После выполнения указанных расчётов инженер имеет возможность графического вывода результатов проверки стальных конструктивных элементов. Результаты проверки выводятся в виде коэффициентов использования поперечных сечений в каждом из рассчитанных элементов по всем критериям, по которым выполняется проверка. В случае, если проверяемые сечения не удовлетворяют предъявляемым критериям, возможности работы с конструктивными элементами, позволяют выполнить подбор поперечных сечений.

Расчётное сочетание нагрузок (РСН) представляет собой функционал, в котором пользователь либо самостоятельно, либо используя процедуру автоматического вычисления, может задать все возможные комбинации внешних нагрузок, на которые должна быть рассчитана рассматриваемая конструкция.

Расчётное сочетание усилий (РСУ) также является встроенным функционалом в APM Civil Engineering, который позволяет определить для рассматриваемой конструкции наиболее невыгодное сочетание внутренних силовых факторов в соответствии с критериями, изложенными в соответствующих нормативных документах.

Функциональные возможности РСУ и РСН в APM Civil Engineering позволяют сгруппировать типы внешних воздействий на здание или сооружение в зависимости от их классификации, изложенной в действующих нормативных документах, а также задать правила формирования РСУ и РСН, если имеются знакопеременные, взаимоисключающие или сопутствующие воздействия. Каждой из заданных нагрузок в автоматическом режиме присваиваются коэффициенты надёжности по нагрузке и коэффициенты сочетания и затем по результатам вычислений, в APM Civil Engineering имеется возможность графического вывода результатов расчёта РСУ и РСН (включая перемещения по всем направлениям). Графический вывод представляет собой стандартную карту результатов, в которой отображается интересуемый силовой фактор в каждом из конечных элементов.

Возможности APM Civil Engineering в части выполнения расчётов строительных конструкций позволяют в автоматическом режиме осуществлять задание ветровых нагрузок, включая пульсацию, сейсмических нагрузок. Средняя составляющая основной ветровой нагрузки рассчитывается автоматически в зависимости от применяемых пользователем настроек программы, которые включают задание типа местности, ветрового района и иной информации, предусмотренной действующими нормативными документами для выполнения расчётов, и задаётся переменной по высоте к выделенным элементам объекта. Аналогичным образом осуществляется задание сейсмической нагрузки, которая может быть учтена с помощью заданных пользователем спектров ответа или в соответствии с методикой, изложенной в нормативных документах.

APM Civil EngineeringAPM Civil Engineering

Реализованные в программе APM Civil Engineering функциональные возможности по расчёту стальных строительных конструкций, включающие расчёт РСУ (РСН), проверку стальных конструктивных элементов, задание внешних воздействий и возможности детального моделирования узловых соединений, позволяют инженеру проектировщику осуществить расчёт с получением наиболее оптимальных сечений, отвечающих требованиям прочности, жёсткости и устойчивости.

Продукты