Функция задания конструктивных элементов в ПК ЛИРА 10 позволяет объединять несколько конечных элементов в один конструктивный, расчёт которого будет производиться в программе как единого элемента. В отличие от предыдущих версий, сейчас есть возможность объединять в конструктивный элемент не только элементы, лежащие на одной прямой линии, но и другие элементы, не лежащие в одной плоскости. Это могут быть элементы, узлы которых лежат на дуге окружности или образуют любую выпуклую фигуру, например, круговые или параболические арки. Регулируя параметр точности, можно объединять в конструктивный элемент и другие элементы, такие как плоские выпукло-вогнутые элементы или даже пространственные элементы, например, косоуры винтовой лестницы.
Следует отметить, что, если расчётная длина lef , используемая в проверках на общую устойчивость и предельную гибкость, задаётся коэффициентом приведения длины μ, то этот коэффициент идёт множителем к длине конструктивного элемента. Но, если рассматриваемый элемент не входит в состав конструктивного элемента, тогда коэффициент приведения длины принимается к геометрической длине самого конечного элемента. Поэтому, если для некоторой конструкции (например, участок колонны каркаса, панель сжатого пояса фермы, нераскреплённая балка), состоящей из нескольких конечных элементов, коэффициент приведения длины μ задаётся по указаниям раздела 10 СП 16.13330.2011, то нужно не забыть эти элементы объединить в один конструктивный элемент. Иначе расчётная длина будет определена неправильно, причём ошибка будет в «опасную» сторону.
Для применения конструктивных элементов в ПК ЛИРА 10.4. необходимо в меню Конструированиевызвать команду Редактировать конструктивные элементы (рис. 1).
Скачать демо-версию ПК ЛИРА 10
Рис. 1. Панель задания конструктивных элементов
При создании конструктивных элементов нужно соблюдать следующие условия:
● Конструктивный элемент должен состоять из 2-х и более стержневых элементов;
● Стержням должны быть назначены однотипные:
- материал;
- сечение;
- параметры конструирования.
● Стержни должны иметь одинаковые направления локальных осей (в противном случае, необходимо применить команду «сонаправить», которая приводит к единообразной ориентации местных осей в предварительно отмеченных стержнях);
● Стержни должны иметь общие узлы;
● Элементы группы не должны входить в другие конструктивные элементы.
Для назначения конструктивного элемента необходимо выделить группу стержней на расчетной схеме и нажать кнопку 
Кнопка 
позволяет несколько ускорить задание конструктивных элементов в больших схемах, но эта опция действует только для прямолинейных конструктивных элементов. При создании множества конструктивных элементов к вышеперечисленным требованиям добавляются следующие:
● Границей конструктивного элемента является узел, в который входят свыше 2-х стержней:
- узел, в который входят свыше 2-х стержней;
- узел, в который входят стержни с разным направлением локальных осей;
- замыкающий узел конструктивного элемента;
Рассмотрим на конкретных примерах применение конструктивных элементов.
1. Расчёт рамы с криволинейной фермой
Рассмотрим пример расчёта рамы одноэтажного здания со стропильной фермой, пояса которой не являются прямолинейными (рис. 2). В данном случае, для корректного моделирования криволинейности необходимо разбивать пояса стропильной фермы на множество конечных элементов. При этом если мы не будем применять конструктивные элементы, мы можем получить неправильные результаты. Кроме этого, сформированные по подбору и проверкам таблицы будут весьма внушительны, что затрудняет анализ.
Рис. 2. Рассчитываемая конструкция
Задание конструктивных параметров для расчёта фермы
В данном примере пояса фермы, как правило, представляют собой дугу окружности. Поэтому, соответствующим образом задаётся и геометрия конструктивного элемента. Кроме того, для верхнего пояса, по характеру работы являющегося сжато-изогнутым, действует пункт 9.2.3 СП 16.13330.2011, где сказано, что значение изгибающего момента для проверки устойчивости по изгибной форме, т. е. по φеy, следует принимать равным наибольшему моменту в пределах средней трети длины панели пояса. Решить задачу определения момента, принимаемого для указанной проверки, достаточно сложно в общем случае, но бывает достаточно просто в конкретной задаче, на уровне принятой расчётной схемы. Так, в нашем случае верхний пояс фермы закреплён из плоскости фермы сплошным профилированным настилом, опирающимся на него непосредственно, без прогонов. Поэтому проверка по формуле (120) теряет смысл, а формула (121) превращается в формулу (109) СП 16.13330.2011. Для того чтобы реализовать указания п. 9.2.3, количество конечных элементов, на которое делится каждая панель верхнего пояса должно быть кратно трём. В нашем случае имеем 12 участков на каждой панели. Что также позволяет с достаточной точностью описать криволинейное очертание пояса. Далее элементы, находящиеся в пределах средней трети панели, объединяем в один конструктивный элемент, а элементы, находящиеся за пределами средней трети панели – в два других конструктивных элемента (рис. 3).
Рис. 3. Задание конструктивных элементов
Здесь конструктивные элементы se7 и se9 расположены за пределами средней трети длины панели. Для этих элементов при конструировании расчётная длина в обеих плоскостях назначается равной нулю. Конструктивный элемент se11 расположен в средней трети панели. При конструировании его расчётная длина в плоскости фермы (относительно оси Y1) в соответствии с п. 10.1.1, и табл. 24 СП 16.13330.2011 принимается равной полной длине панели. (Если задавать расчётную длину коэффициентом к длине конструктивного элемента, то этот коэффициент равен 3).
Есть в этой ферме также панель, половина которой вогнута, а половина выпукла (рис. 4). Её геометрия не является ни прямой линией, ни окружностью, ни выпуклой фигурой. Однако же конструктивный элемент здесь можно создать, используя параметр точности, т. е. задать его прямой линией, а параметр точности, показывающий допустимые отклонения от указанной геометрии, задать достаточно большой (рис. 5).
Рис. 4. Панель с разным направлением выпуклости поясов
Рис. 5. Задание точности при формировании конструктивного элемента
В данном случае имеем для верхнего пояса три конструктивных элемента se19, se21. se23, находящиеся за пределами и внутри средней трети длины панели. Для нижнего, растянуто-изогнутого пояса, нет необходимости дробления на три конструктивных элемента, поэтому он здесь один se47.
Задание параметров конструирования для колонн
Для колонн элементы надкрановой и подкрановой части также должны входить в конструктивные элементы. Для сжато-изогнутых колонн в 9.2.3 СП, где сказано, что значение изгибающего момента для проверки устойчивости по изгибной форме, т. е. по φеy, следует принимать равным наибольшему моменту на длине участка постоянного сечения. Также в п. 9.2.6 СП сказано, что значение изгибающего момента для проверки устойчивости из плоскости рамы по изгибно-крутильной форме, т. е. по сφz, следует принимать равным наибольшему моменту в пределах средней трети участка между боковыми раскреплениями, но не менее половины наибольшего момента по длине этого участка. Поэтому здесь также подкрановая и надкрановая части колонны делятся на участки кратно трём. Расчётная длина из плоскости поперечной рамы (относительно Z1) для конструктивных элементов, находящихся за пределами средней трети длины для каждого из участков постоянного сечения, может быть задана нулевой, в то время как для конструктивных элементов, находящихся внутри средней трети эта длина задаётся, как правило, равной расстоянию между точками бокового раскрепления на основании п. 10.3.9 СП.
Такой подход может дать хорошую экономию стали. Однако, прежде чем задавать такие расчётные длины, пользователь должен внимательно проанализировать результаты расчёта и убедиться, что изгибающий момент в средней трети длины участка не меньше половины наибольшего момента по длине этого участка, как оговорено в п. 9.2.6 СП. В нашем примере, если для надкрановой части колонны это условие будет выполняться, то для подкранового участка такой уверенности нет. Также нужно проанализировать конструктивные особенности заделки колонны в фундамент, узлы примыкания элементов связей, наличие промежуточных связевых распорок, и т. д. Но эти вопросы лежат за пределами использования ПК ЛИРА 10.4.
2. Расчёт винтовой лестницы
Рассмотрим еще один пример, в котором применение конструктивных элементов оказывается оправданным. На рисунке 6 приведена расчётная схема винтовой лестницы.
Рис. 6. Расчётная схема винтовой лестницы
Данный пример интересен тем, что без применения конструктивных элементов анализ результатов расчёта будет весьма затруднителен, т.к. каждый косоур лестницы состоит из 120 конечных элементов.
Как говорилось выше, в ПК ЛИРА версии 10.4 таким элементам можно назначить конструктивные элементы. Для этого необходимо увеличить допустимые отклонения от заданной геометрии с помощью параметра «точность» (рис. 5).
После чего можно успешно производить расчёты конструирования и косоуры будут посчитаны как единый элемент.
В данном случае, при расчёте косоура как единой конструкции, может возникнуть проблема с назначением расчётных длин для такого конструктивного элемента. Продольная сила в косоуре меняется от максимального сжатия в нижней части до возможного даже растяжения вверху. Строго говоря, следует избегать таких конструктивных элементов, у которых сила N меняется по длине. Это связано с тем, что теоретически переменной продольной силе будет сопутствовать и переменная расчётная длина. Но, в данном случае, возможно, следует поступить следующим образом:
а) С помощью подсистемы «Устойчивость» определить расчётные длины всех элементов косоура.
б) Воспользоваться указаниями п. 10.3.2 СП и принять для всех элементов косоура расчётную длину, соответствующую тем элементам, в которых возникает наибольшие значения продольной силы. Это, кстати, будет минимальная расчётная длина.
Уважаемые коллеги, нам очень интересно ваше мнение по поднятым в этой заметке вопросам, оставляйте комментарии, высказывайте вашу точку зрения, следите за нашими новостями и вебинарами.
Читать другие заметки экспертов
