8 Расчет пространственной модели здания

1

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8

«Расчет пространственной модели здания с использованием программ «Форум» и SCAD программного комплекса SCAD Office»

Работа выполняется с помощью программ «Форум», в котором создается пространственная модель каркаса здания и генерируется сетка конечных элементов (запуск программы осуществляется через меню «Пуск \Программы \ SCAD Office \ Форум»), и «SCAD», где производится загружение схемы, расчет и анализ результатов.

Цель работы: ознакомление с основными возможностями программ «Форум» и «SCAD» по моделированию и расчету пространственных моделей зданий.

Для выполнения работы Вам необходимы навыки выполнения лабораторных работ с использованием программы SCAD. Программа «Форум» работа-

ет неустойчиво, поэтому старайтесь сохранять Вашу схему почаще!

Краткое описание назначения программы «Форум»

В отличие от конечно-элементных моделей, где в качестве «кирпичиков», из которых складывается расчетная схема, выступают конечные элементы, в основу модели в препроцессоре ФОРУМ положены укрупненные элементы (объекты), максимально приближенные по своему назначению и наименованию к функциональным составным частям реального сооружения. В их число входят такие, наиболее часто используемые объекты, как колонны, балки, стены, перекрытия и крыши. Группы объектов могут быть объединены в более крупные подсистемы сооружения — блоки. Как правило, объединение выполняется по позиционному принципу, при котором в один блок входят элементы, моделирующие один этаж сооружения или одна секция многосекционного здания, хотя возможны и другие условия группировки (например, блоком можно объявить все колонны здания).

Такой подход к моделированию часто используется в системах автоматизированного проектирования архитектурной части проекта, что создает предпосылки к переходу от архитектурной модели к расчетной и, в какой-то мере, упрощает создание геометрии расчетной схемы, для которой архитектурная модель может служить некоторой подосновой.

Очевидным преимуществом укрупненных моделей является их относительная простота по сравнению с соответствующими им конечно-элементными моделями, что значительно облегчает контроль больших схем. Наличие укрупненной модели, состоящей из объектов, позволяет автоматизировать процесс объединения конечных элементов в конструктивные элементы (по принадлежности одному объекту). Переход от укрупненной модели к расчетной схеме комплекса SCAD выполняется путем автоматического или управляемого пользователем преобразования элементов модели в конечные элементы.

2

Последовательность выполнения лабораторной работы

1.Создание пространственной объектной модели здания осуществляется с использованием программы «Фо-

рум»	1б	1а При воздании нового
проекта (1а, 1б) необходимо указать идентификаци-
онные данные проекта (1в), используемые единицы			1в	1г
измерения в проекте (1г, 1д) и название файла для со-

хранения.

2б	2а

2. Во вкладыше «Схема» необходимо задать координационные оси (2а, 2б). По точкам пересечения осей 1д создаются узлы для последующего создания объектов. Представлен пример создания сетки координаци-

онных осей (2в, 2г, 2д, 2е) для моделирования представленной на последующем рисунке схемы. Обратите внимание на состояние панели фильтров отображения (!).

2в

2г

2д

2е

!

3

3.Для каркасного здания необходимо указать колонны, ригели стены и перекрытия; для бескаркасного – только стены и перекрытия. Рассмотрим пример создания модели здания из металлического каркаса. Во вкладыше «Схема» (3а) необходимо создать новый блок (3б, 3в).

3б 4а 5а 6а 7а

3а

3в

4.Создание колонн осуществляется через (4а), после чего необходимо задать параметры колонны (в данном случае все колонны примем сечением из металлопроката, 4б, 4в). Так заданием предусматривается автоматический подбор элементов каркаса, первоначально сечения можно определить любыми из соответствующего каталога металлопрокатов. При явном задании высоты колонны (в данном случае 3м), колонны устанавливаются автоматически после выбора нижнего узла. Для быстрой установки всех колонн достаточно выбрать все узлы (с помощью возможности быстрого выбора) и нажать . В случае различных по высоте колонн целесообразно воспользоваться способом задания высоты колонн непосредственно при вводе, когда необходимо указывать на схеме начальный (нижний) и конечный (верхний) узлы.

4б

4в

5. В пункте «Балка» (5а) задаются параметры несущих балок каркаса (5б, 5в).

4б

4в

4

Балки необходимо задавать явным образом, т.е. непосредственно указанием на схеме начального и конечного узлов (показан пример создания каркаса здания с поперечными несущими балками).

6.Параметры перекрытия назначаются после нажатия кнопки (6а). Контур перекрытия создается путем указания контурных узлов и заканчивается после полного обхода и указания начального узла (например, для задания перекрытия первого этажа с лестничным проемом указаны узлы: 2, 20, 23, 32, 29, 47, 53, 8 и снова 20).

7.Создание наружных стен (7а) выполнено после ввода параметров стены (высота стены выбрана равным 10 м для учета выступа парапетной части стены). При создании стен на примере последовательно выбраны узлы: 1 и 46, 46 и 52, 52 и 7, 7 и 1.

5

8.Изменение схемы в случае поузловой или поэлементной корректировки целесообразно производить во вкладышах «Операции с узлам» и «Операции с элементами». Изучение данных пунктов является самостоятельной работой студентов. Распечатайте схему.

9.Далее необходимо вы-

полнить «Генерацию ре-			9б
зультирующего		проек-
та», заполнить парамет-
ры генерации и пере-
дать их	в программу
SCAD (9а, 9б, 9в).
		9а	9в
10.Функции	по	создании

расчетной модели с использованием программы «Форум» на этом заканчиваются. Дальнейшая работа с расчетной схемой производится в программе SCAD.

11.Через «Экран управления проектом» необходимо войти по препроцессор (Исходные данные \ Расчетная схема). Не забывайте следить за состоянием фильтров отображения.

12.Установить жесткие связи по всем нижним узлам (Назначение \ Установка связей в узлах). Для быстрого выбора узлов в панели визуализации выберите проекцию на плоскость XoZ, нажмите правой кнопкой мыши на области отображения расчетной схемы, выберите вид курсора – прямоугольник и заключите в создаваемую рамку нижние узлы. После выбора узлов не забывайте нажать «Enter» или .

13.Во вкладыше «Загружение» задайте и сохраните как отдельное загружение нагрузку от собственного веса , полезную нагрузку на перекрытия (при быстром выборе необходимо инвертировать выбор пластин в плоскости XoY).

14.Задайте две схемы ветровых нагрузок на наружные поперечные стены (ветер слева и ветер справа). Выполните экспрессконтроль, распечатайте конеч- но-элементную расчетную схему, выйдите в экран управления проектом.

15.В специальных исходных данных задайте параметры расчетных сочетаний усилий (необхо-

6

дим при подборе элементов каркаса). Обратите внимание на взаимоисключающие загружения (ветер слева и справа не могут действовать одновременно, поэтому они включены в группу 1 взаимоисключающих загружений).

16.Выполните расчет (выберите многофронтальный анализ). Зайдите в графический анализ результатов расчета. Распечатайте деформированную схему модели от собственного веса.

17.Во вкладке «Построцессоры» (17а) зайдите в режим «Проверка сечений из металлопроката» (17в), «Назначьте группу конструктивных элементов» (17в) отдельно для всех колонн и ригелей. Например, при воздании конструктивной группы «Колонны» необходимо выбрать все вертикальные стержневые элементы (17д), нажать (17е), заполнить параметры (17ж), нажать кнопку (17и). Аналогично создать группу «Ригели».

	17б	17е		17а
	17в	18а 18б	19а

20а

17ж

17и

18г

18в

17д

18.Выполнить расчет по проверке сечений (18а) и отобразить результаты на экране (18б). Включить «Оцифровку изополей \ изолиний» (18в) и распечатать результаты. Также распечатать схему с отображением профилей стержней (по 18г нажать правой кнопкой мыши и настройте фильтр).

	7
По 2-ой части задания (только
для студентов дневного обуче-
ния).	19а

19.Выполнить «Подбор сечений» (19а). Двойное нажатие на (19а) приводит к выводу информации о каждом элементе. Применить подобранные

сечения. Выполнить перерасчет схемы с изменившейся схемой распределения нагрузки от собственного веса (для этого необходимо удалить нагрузки с загружения «Собственный вес» и добавить собственный вес заново).

20.Выполните все пп.16…18. Дополнительно распечатайте результаты и цветовую схему отображения типов жесткостей колонн и ригелей, для этого в панели «Фильтры» нажмите правой кнопкой мыши на пиктограмму (20а) и настройте ее в соответствии со схемой справа.

21.Произвести расчет необходимого армирования для перекрытий. Расчет вести в соответствии с указаниями по лабораторной работе №6 (см. п.13 по 17). Распечатайте результаты подбора арматуры для плит перекрытий (AS1, AS2, AS3, AS4).

8

Задания для выполнения лабораторной работы

Варианты заданий необходимо выбирать согласно значениям A1…A5, которые определяются как:

A1 – количество гласных букв в фамилии; A2 – количество согласных букв в фамилии; A3 – количество гласных букв в имени;

A4 – количество согласных букв в имени. A5 – номер группы.

1-ая часть задания.

Поперечные стены (5 пролетов по цифровым осям) с шагом: 3·A1, м, 3 пролета по A2, м (для условного учета лестничной клетки), 3·A3, м.

Продольные стены (три пролета по цифровым осям) с шагом: 2·A1, м, 2·A2, м, 2·A3, м.

Высота этажа – A1, м (4 этажа).

Перекрытия – из бетона B25 толщиной A1, дм. Стены – из бетона B15 толщиной A2, дм.

Металлические элементы выбираются из полного каталога профилей ГОСТ…

Колонны – из труб по ГОСТ 10704-91. Ригели – из двутавров по ГОСТ 8239-89.

Не указанные явным образом параметры выбираются из примеров!!!

2 часть задания (только для студентов дневного обучения).

Выполнить пп.19…21.

Требования к отчету по лабораторной работе

Отчет должен быть оформлен на бумажном носителе и содержать:

1.Титульный лист;

2.Расчетную схему (с программы «Форум»);

3.Расчетную схему с полезной нагрузкой (с программы SCAD);

4.Деформированную схему модели от собственного веса;

5.Результаты поверки металлического каркаса;

6.Схему с отображением профилей стержней;

По вариантному анализу:

7.Результаты поверки металлического каркаса;

8.Схему с отображением профилей стержней;

9.«Цветовая» схема отображения типов жесткостей колонн и ригелей;

10.Результаты подбора арматуры для плит перекрытий (AS1, AS2, AS3, AS4).

11.Выводы о возможностях совместного использования программ.