Работа конструктора связана с выполнением большого количества расчетов. Определение точных габаритов конструкций, которые зависят от нагрузок и района строительства позволяет на этапе моделирования объекта точно воссоздать будущее здание или сооружение в его виртуальной копии. Для проведения грамотных расчетов будущие специалисты осваивают курсы «Сопротивление материалов» и «Строительная механика», которые позволяют сформировать представление о прикладываемых нагрузках, внутренних силовых факторах и реакциях, научиться строить схемы и определять характер работы элементов. Далее мы рассмотрим методику расчета многопролетной статистически-определимой балки.
Расчет многопролетной статистически-определимой балки
Методика была разработана более 150 лет назад, инженером Г. Семиколеновым, она основана на выделении основных и присоединенных частей. Для проведения расчета условия опирания и сопряжения балок должны отвечать требованиям геометрической неизменяемости, поэтому в каждом пролете не должно быть более двух шарниров и пролеты с шарнирами должны чередоваться с пролетами без шарниров (кроме пролета с жестким закреплением). Также геометрически неизменяемой считается балка, у которой в каждом пролете по одному шарниру следуют друг за другом, а в одном из пролетом нет шарнира.
На основании анализа исходной ситуации выделяются несущие балки, которые вместе с основанием образуют неизменяемую систему, а также несомые балки, которые опираются на несущие.
Пролет – это расстояние между двумя опорами.
На первом этапе проводится кинематический анализ, который позволяет определить число степеней свободы задачи. Если количество степеней свободы равно нулю, то задача считается статически определимой, если значение больше нуля, то геометрически неизменяемой, если меньше нуля, но статически неопределимой.
Для наглядности составляется поэтажная схема, которая позволит определить характер работы каждого диска балки. С помощью схемы легко определить тип балки:
- в первом типе во всех пролетах используется шарнирно-подвижная опора, кроме одного;
- во втором чередуются пролеты с двумя шарнирно-подвижными опорами и безопорные.
Также возможны варианты, в которых совмещены первый и второй тип.
Далее на поэтажной схеме строятся эпюры внутренних силовых факторов, начиная с верхнего этажа. Оцениваются нагрузки от вышерасположенных балок на нижние балки. Выполняется проверка многопролетной балки (сумма заданных сил и реакций пор должна быть нулевой).
Затем строят линии влияния, используя уравнения статики:
- линии влияния реакции опор;
- линии влияния изгибающего момента;
- линии влияния поперечной силы.
Линии влияния – это график, который показывает, как меняется внутренний силовой фактор в сечении балки в зависимости от положения единицы нагрузки на конструкцию.
На следующем этапе определяют внутренние силовые факторы и реакции опор, по соответствующим линиям влияния. Согласно принятым правилам, у изгибающего момента отрицательный знак, а у сосредоточенной силы и нагрузки положительный. Сравнение значений, полученных по линиям влияния и значениям внутренних силовых факторов, приводят в итоговой таблице.
Автоматические системы расчета
Определение всех значений вручную позволяет освоить методику и понять, как работают элементы в зависимости от их закрепления. В учебном процессе студенты в обязательном порядке осваивают эту методику расчета в курсе «Строительная механика», ее наглядность за счет использования поэтажных схем дает полное представление об основных силах и реакциях. В зависимости от специальности объем часов, отведенных на изучение методик расчета может быть разным, но расчет многопролетной статически определимой балки всегда входит в программу направлений «Строительство» и «Архитектура».
В рабочем проектировании используются автоматизированные расчетные комплексы, которые позволяют быстро и корректно оценить возможные варианты решений. Конструкторы применяют программные комплексы для выполнения сложных расчетов:
- Лира;
- Компас:
- SCad;
- NormCad;
- Autodesk Robot Structural.
Освоение этих программных комплексов также начинается еще на этапе обучения в высшем учебном заведении или заведении среднего специального образования. Но изучение программных комплексов должно опираться на знания методики расчета и понимание работы разных элементов под воздействием нагрузок.
Рисунок 1. Расчет балки. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Изучение методик расчета выполняется на первых курсах обучения и позволяет перейти к более сложным дисциплинам, где полученные знания о работе элементов применяются к конкретным конструкциям.
