что такое статический расчет
Статический расчет
Статический расчет – определение внутренних усилий (сил и моментов) в конструкции от конкретной комбинации воздействий.
Полезное
Смотреть что такое «Статический расчет» в других словарях:
СТАТИЧЕСКИЙ — СТАТИЧЕСКИЙ, статическая, статическое; в качестве кратк. употр. статичен, статична, статично. 1. только полн. прил. к статика в 1 знач.; основанный на законах статики (мех.). Статический расчет. Статически (нареч.) неопределимая система. 2. перен … Толковый словарь Ушакова
Статический критический коэффициент интенсивности напряжений — – значение условного коэффициента интенсивности напряжений, определяемое при равновесных испытаниях образцов, характеризующее критическое состояние материала при статическом начале движения магистральной трещины. [ГОСТ 29167 91] Рубрика… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Статический момент вибровозбудителя — – произведение неуравновешенной массы дебаланса на расстояние от ее центра тяжести до оси вращения. [Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ «Строительство» НИИЖБ им. А. А. Гвоздева, Москва, 2007 г. 110 стр.] Рубрика… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Теория и расчет конструкций — Термины рубрики: Теория и расчет конструкций Аварийная расчетная ситуация Автоматизированная система мониторинга технического состояния несущих конструкций … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Метод статический — Метод статический – метод определения критической нагрузки из условия равновесия системы в отклоненном состоянии. [Строительная механика. Терминология. Выпуск 82. Изд. «Наука» М.1970] Рубрика термина: Теория и расчет конструкций Рубрики… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
проверочный расчет светопрозрачной ограждающей конструкции — 3.13 проверочный расчет светопрозрачной ограждающей конструкции : Расчет (теплотехнический, статический, светотехнический и др.) существующей СПК и (или) отдельных частей, элементов по действующим нормам проектирования с введением в расчет данных … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Джей-интеграл статический — – значение джей интеграла, определяемое при равновесных испытаниях образцов, характеризующее поле напряжений и деформаций вблизи вершины магистральной трещины при начале ее движения. [ГОСТ 29167 91] Рубрика термина: Свойства бетона Рубрики… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Висячие конструкции — строительные конструкции, в которых основные элементы, несущие нагрузку (тросы, кабели, цепи, сетки, листовые мембраны и т.п.), испытывают только растягивающие усилия. Работа В. к. на растяжение позволяет полностью использовать… … Большая советская энциклопедия
Сельскохозяйственная экономия — в широком смысле слова совпадает с агрономическим обществоведением и включает в себя, кроме С. экономии, также статистику сельского хозяйства, историю сельского хозяйства и С. правоведение (законоведение). С. экономия в более ясном и… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Сельскохозяйственная экономия — в широком смысле слова совпадает с агрономическим обществоведением и включает в себя, кроме С. экономии, также статистику сельского хозяйства, историю сельского хозяйства и С. правоведение (законоведение). С. экономия в более ясном и… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Статический расчет строительных конструкций
В результате проведения статического расчета определяются усилия (M,Q,N), которые являются исходными данным для выполнения расчетов железобетонных конструкций зданий.
Для выполнения статического расчета конструкций необходимо установить расчетную схему конструкции, определить расчетную длину l0 и собрать нагрузку на расчетную схему (см. таблицу 3.1)
Расчетная длина определяется исходя из размеров, указанных на компоновочных схемах. Принимается во внимания, что при шарнирной опоре расчетная длина считается между середины площадки опирания.
На рисунке 3.1 приведен пример назначения грузовых полос (площади) для сбора нагрузок. На рисунках 3.2 и 3.3 показано определение расчетных длин.
 | Рис. 3.1. К определению грузовой полосы и грузовой площади для сбора действующей на конструктивные элементы нагрузки |
 | Рис. 3.2. Схема к определению расчетной длины плиты (Lплиты=6,5 м) |
 | Рис. 3.3. Схема к определению расчетной длины ригеля (Lригеля=5,5 м) |
Статический расчет. Определение расчетных сочетаний усилий
Статический расчет рамы
Статический расчет необходимо выполнять по соответствующим программным комплексам с использованием электронно-вычислительной техники (расчет рам производится по плоскостной схеме). Для упрощения расчетов рекомендуется использовать симметрию систем.
Цель статического расчета – найти усилия в каждом элементе и в узловых сопряжениях от всех видов нагрузок, а также и от расчетных сочетаний, необходимых как для подбора сечений элементов, так и для расчета сопряжений (в том числе и сопряжений с фундаментом).
Важную роль при выполнении статического расчета на ПЭВМ играет правильное выполнение формальных процедур по составлению исходной информации. Наиболее простым программным комплексом для расчета является программа «INTAB».
А. Подготовка данных для расчета
При использовании программы «INTAB» предварительно необходимо подготовить, а затем ввести (операция «ВВОД») следующие данные о рассчитываемой раме:
1) обозначить цифрами характерные узлы рамы (см. РГР №1);
3) предварительно необходимо задаться площадью сечения элементов и их моментами инерции. В РГР №1 объясняется, как это сделать.
Затем осуществляется ввод узлов. В четвертой графе таблицы «Узлы» необходимо указать тип опоры. Если принято жесткое сопряжение, надо нажать клавишу «7»; если шарнирно неподвижная опора – клавишу «3».
В пятой графе этой же таблицы указывается есть или нет в узле шарнир. Если шарнира нет, то надо нажать клавишу «0» (шарнира нет); если есть – клавишу «1» (шарнир есть).
При вводе стержней в таблицу «Стержни» необходимо указать в последней графе «Сечение» тип (номер) сечения (см. РГР №1 – тип сечения обозначен цифрой в прямоугольнике).
Если ригель примыкает к колонне шарнирно (например, малоэлементная ферма и из ГСП), то в таблице «Стержни» в девятой графе при вводе соответствующего стержня (начало – конец) надо нажать клавишу «1» (шарнир есть).
В таблице «Сечения» указывается значение модуля упругости для сталитЕ = 2,1∙ 10 8 кН/м 2 (если координаты узлов введены в метрах, а нагрузки будут введены в килоньютонах) для всех номеров (типов) сечений, а затем соответственно значения площадей F и моментов инерции J для каждого типа сечения (см. РГР №1).
Значения нагрузок вводятся либо в таблицу «Узловые силы»), либо – «Распределенные силы» в зависимости от характера приложения той или иной нагрузки. Каждая из нагрузок рассматривается как отдельное загружение.
В графе «Направление» необходимо указать, как направлены нагрузки по отношению к координатным осям (вертикально – клавиша «2», горизонтально – клавиша «1»). А в графе «Значение силы» указать величину нагрузок со знаком «минус», если они направлены сверху вниз или справа налево, со знаком «плюс», если они направлены слева направо или снизу вверх (то есть в соответствии с направлением координатных осей).
После заполнения всех пяти таблиц производится расчет поперечной рамы. Результаты расчета в программе «INTAB» можно получить в табличной форме, а также в виде эпюр M, N и Q от каждого загружения в отдельности. Эпюры M, N и Q можно построить самостоятельно, используя полученные в табличной форме значения этих усилий (рекомендуется для контроля правильности проведенного расчета).
Определив в раме усилия от каждой из расчетных нагрузок, далее определяются их наиболее невыгодные сочетания, которые не одинаковы для разных сечений элементов рамы.
Определение расчетных сочетаний
После определения внутренних усилий (изгибающие моменты М, продольные и поперечные силы N и Q) в поперечной раме каркаса от каждой нагрузки в отдельности необходимо выявить их неблагоприятные сочетания, которые определят расчетные (наибольшие) усилия в характерных сечениях рамы.
В зависимости от учитываемого состава нагрузок в соответствии со СНиП [1] различают:
· Основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных;
· Особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок (сейсмических, взрывных и др.).
Для рам производственных зданий, находящихся в обычных условиях, составляются комбинации нагрузок основных сочетаний (постоянные, снеговые, крановые и ветровые нагрузки).
Для каждого элемента (сечения) конструкции определяют наиболее опасное сочетание нагрузок. При этом анализируют следующие варианты:
· Основные сочетания постоянных с одной временной (длительной или кратковременной) нагрузкой. В таких сочетаниях учитывают расчетные значения нагрузок Fi = Fin∙ γfi с коэффициентом сочетаний ψ = 1.
Итак, расчеты элементов каркаса здания должны выполняться с учетом наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок и соответствующих им усилий. Эти сочетания устанавливают на основе анализа возможных вариантов одновременного действия различных нагрузок. Для этого, как уже отмечалось, статический расчет рамы производят отдельно на каждую нагрузку. Пользуясь данными такого расчета, находят для каждого характерного (расчетного) сечения рамы свою комбинацию нагрузок (усилий), которая создает наиболее неблагоприятные условия работы этого сечения.
Анализируя все возможные комбинации, для дальнейших расчетов выбирается наиболее неблагоприятное сочетание усилий, по которому затем подбирается сечение рассматриваемого элемента конструкции, а на все остальные проверяют это сечение.
Для расчета стропильных ферм при ее жестком сопряжении с колонной следует найти наибольший опорный момент в верхнем сечении колонны. Определив такой момент на одной стороне фермы, необходимо определить величину опорного момента на другой ее стороне при этой же комбинации нагрузок.
Не надо забывать о том, что нагрузки от вертикального давления и поперечного торможения двух кранов рассматриваются как одна кратковременная нагрузка.
Для удобства расчетов все выше указанное оформляется в виде сводной таблицы усилий в характерных сечениях рамы.
Статические расчеты
Статический расчет является частью структурного планирования здания (изделия, конструкции) и представляет собой арифметическую часть. Расчеты выполняются экспертами (инженерами-строителями), которые обладают соответствующими знаниями и опытом. Документ, подготовленный экспертом, имеет доказательную функцию, т.е. служит доказательством устойчивости, долговечности, работоспособности.
С помощью универсальной программной системы конечно-элементного (МКЭ) анализа Ansys статические расчеты можно разработать для:
Определение и контроль напряженно-деформированного состояния (НДС) материала конструкций
Расчеты НДС материала конструкций необходимо для изделий машиностроения, трубопроводы, сосуды и конструкции различного назначения, и их элементы, в том числе на сварные соединения любого конструктивного исполнения, изготовленные из стали и сплавов, чугуна и других конструкционных материалов без ограничения размеров и толщин.
При разработке технической, проектной и эксплуатационной документации на продукцию, представляющую собой элементы узлов, деталей или агрегатов объектов промышленной опасности, например: трубопроводы; сосуды, работающие под избыточным давлением; ответственных силовых конструкций и т.д., должны быть предусмотрены методы неразрушающего контроля напряжений и требования по их выбору.
Контроль НДС состояния металла конструкций объекта контроля, включает:
После завершения контроля оформляется протокол, который может содержать:
Требования к порядку подтверждения и проверки расчетной модели.
(для численного моделирования в упругой части НДС сложных элементов конструкции)
Достоверность расчета с использованием разработанной расчетной модели достигается:
Этапы расчета строительных конструкций
Рассмотрим последовательность шагов по расчету строительных конструкций на конкретном примере. Пусть требуется рассчитать стальную балку межэтажного перекрытия гаража, свободно лежащую на стенах.
Итак, расчет строительных конструкций (в нашем случае, балки) включает в себя, в основном, следующие этапы:
Построение расчётной схемы
Непосредственно перед построением расчетной схемы гаражной конструкции, желательно построить ее конструктивную схему.
Конструктивная схема – упрощенное изображение фактической конструкции с фиксацией основных ее особенностей и параметров, необходимых для расчета.
В нашем случае изобразим некий горизонтальный элемент – балку, имеющую свободное опирание на вертикальные элементы – стены.
Здесь же зафиксируем основные геометрические параметры рассчитываемого элемента: расстояние между опорными элементами – стенами и глубину опирания балок на них.
При построении конструктивной схемы можно также обдумать форму поперечных сечений элементов. Так, в сопротивлении материалов доказывается, что наиболее рациональной формой поперечного сечения балок (и в принципе, элементов, работающих на изгиб) является двутавр.
Далее от конструктивной схемы, по правилам строительной механики, переходят к расчетной схеме, в которой элементы представляются более упрощенными. Так, в нашем случае, балка представляется ее осью, стены – опорами балок. Здесь же фиксируется расчетный пролет балки, вычисляемый в зависимости от условий опирания.
Переход от конструктивной к расчетной схеме можно интерпретировать и следующим образом: происходит как бы «свертывание» поперечных сечений элементов в точки осей, что дает возможность рассматривать не напряжения в бесчисленном множестве точек поперечных сечений, а их суммарные эквиваленты – усилия или внутренние силовые факторы (N, Qy, Qz, My, Mz, Mx). Так, нормальные напряжения, суммируясь по сечению дают продольную силу N и изгибающие моменты My, Mz, касательные – поперечные силы Qy, Qz и крутящий момент Mx.
В нашем случае, для балки, работающей в одной плоскости, получаем два силовых фактора – изгибающий момент My и поперечную силу Qz.
Сбор нагрузок
Любая строительная конструкция, в том числе и являющая составной частью гаража, не существует сама по себе, она взаимодействует как с человеком (через нагрузки от веса людей, мебели, оборудования, складируемых материалов и т.п.), так и с окружающей средой (через нагрузки от веса снега, воздействия ветра, температуры и влажности и т.п.). Кроме этого, на конструкцию действует нагрузка от «самой себя» (так называемая нагрузка от собственного веса) и от ее «одежды» (нагрузка от веса полов, кровли, отделочных слоев и т.п.). Нагрузками представляются и другие силовые воздействия на конструкцию.
Переход от воздействий к расчетным нагрузкам регламентируется СП «Нагрузки и воздействия»
Нагрузки на конструкцию собираются в согласовании с ее расчетной схемой. В нашем случае нагрузку приводят к оси балки – получается нагрузка, распределенная по линии; собирают нагрузку с так называемой грузовой полосы.
Так как большинство силовых воздействий на конструкцию имеют сложный характер с точки зрения своего распределения, то при переходе от силового воздействия к нагрузкам производят упрощения в этом отношении. В нашем случае получается равномерно распределенная нагрузка.
Статический расчет конструкции
Результатом статического расчета являются так называемые эпюры усилий – графики изменения усилий по длине элемента при прохождении от точки оси элемента к точке. Также на данном этапе вычисляют перемещения точек.
Статический расчет конструкции выполняют методами строительной механики и, в настоящее время, с помощью компьютерных программ.
Выявление наибольших усилий или невыгодных их сочетаний
Выше было отмечено, что усилия есть суммарный эквивалент напряжений, действующих в сечениях. Так как нас должны интересовать наибольшие напряжения (чем больше напряжение, тем ближе оно к предельному), то и усилия нас должно интересовать также наибольшие.
В нашем случае: изгибающий момент принимает наибольшее значение посередине балки (в центральной точки оси), поперечная сила – на опорах (в концевых точках оси): Mmax=36 кН·м, Qmax=24 кН.
Стоит отметить, что для простейших случаев, можно воспользоваться формулами сопротивления материалов. Так, для нашей балки:
Стоит отметить, что для более сложных конструктивных схем на данном этапе происходит поиск невыгодного сочетания усилий.
Расчет по несущей способности и жесткости.
Расчет строительных конструкций домов и гаражей в настоящее время ведут по так называемому «Методу предельных состояний», требования по расчету, в котором, выделяют в две группы:
Метод предельных состояний
Стоит отметить, что конструкции, выполненные из определенных материалов, имеют свои особенности как в характере своей работы, так и в сопротивлении потере прочности, жесткости и устойчивости. В связи с чем, расчет ведут в соответствии с требованиями конкретного СП (СНиП), каждый из которых раскрывает эти особенности.
Далее продолжим расчет стальной балки, выполнив его в соответствии с СП «Стальные конструкции».
Расчет по первой группе предельных состояний (по несущей способности)
Расчет на прочность
Несущая способность может быть исчерпана вследствие потери прочности, характеризуемая предельными напряжениями, после достижения которых материал переходит в качественно иное состояние (разрушается, получает существенные остаточные деформации и пр.).
В ходе расчета на прочность наибольшие напряжения сравниваются с предельными напряжения, в качестве которых выступают так называемыми расчетные сопротивления R, которые приводятся в соответствующих СП в зависимости от материала, расчетной ситуации и пр.
Так, для нашего случая:
– расчетное сопротивление стали растяжению/сжатию, в том числе при изгибе (сопротивление нормальным напряжениям);
– расчетное сопротивление стали сдвигу (сопротивление касательным напряжениям).
Причем, для обеспечения прочности, наибольшие напряжения не должны превышать расчетные сопротивления, что достигается рациональной формой поперечного сечения и подбором его соответствующих геометрических характеристик (методы сопротивления материалов позволяют установить взаимосвязь между усилиями и напряжениями через геометрические характеристики сечений):
Данные неравенства называют, соответственно, условием прочности по нормальным напряжениям и условием прочности по касательным напряжениям. Причем первое считается основным, по нему определяют предварительные геометрические характеристики сечения.
Можно дать следующую интерпретацию данным зависимостям: происходит обратный переход от усилий к напряжениям. Точки осей как бы «развертывается» обратно в поперечные сечения. Но делается это уже для определенных точек оси с наибольшими усилиями.
Итак, для нашего случая, из условия прочности по нормальным напряжениям определим момент сопротивления W сечения балки.
После этого, по сортаменту, где для каждой формы поперечного сечения прописаны ее геометрические характеристики, подбираем номер двутавра, приняв его с тем расчетом, что фактический момент сопротивления будет несколько выше, полученного по расчету.
Далее проверяем выполнение условия прочности по касательным напряжениям:
Недостающие для расчета геометрические характеристики сечения (момент инерции I, статический момент S, толщину стенки t) находятся по сортаменту (так как номер двутавра уже известен):
Условие выполняется, значит несущая способность балки по прочности обеспечена. Если бы условие не выполнялось, необходимо было бы выбрать другой двутавр, геометрические характеристики которого обеспечивали бы удовлетворение данного условия.
Стоит отметить, что добиться выполнения данного условий можно и другими способами, например, введением ребер жесткости.
Расчет на устойчивость
Несущая способность может быть исчерпана также вследствие потери устойчивости, характеризуемая напряжениями, называемыми критическими, после достижения которых элемент теряет форму упругого равновесия (начинает резко выпучиваться). Потеря устойчивости начинается с частей элемента с наиболее сжатыми волокнами.
В ходе расчета на устойчивость полученные ранее напряжения сравниваются с критическими напряжения, которые вычисляются занижением расчетного сопротивления сжатию путем его умножения на коэффициент устойчивости, который зависит от множества факторов и вычисляется отдельно:
Причем, для обеспечения устойчивости, вычисленные ранее напряжения не должны превышать критических напряжений, что также достигается рациональной формой поперечного сечения, подбором его соответствующих геометрических характеристик или конструктивными мероприятиями:
Итак, для нашего случая – для балки, работающей на изгиб, потеря устойчивости проявляет себя в потере плоской формы изгиба (потеря общей устойчивости балки), когда балка начинает выпучиваться из плоскости.
Условие по недопущению потери общей устойчивости будет выглядеть следующим образом:
Однако, в данном случае, общую устойчивость балки обеспечим конструктивными мероприятиями. Выше отмечено, что потеря устойчивости начинается с частей элемента с наиболее сжатыми волокнами – в нашем случае – с верхнего пояса.
Значит, если по верхним поясам балок выполнить сплошной настил, например, из профлиста, причем соответствующим образом его закрепив, то он будет препятствовать выпучиванию балки (выполнено так называемое раскрепление из плоскости) и общая устойчивость будет обеспечена.
Итак, несущая способность балки обеспечена, причем прочность – путем выбора рациональной формы поперечного сечения и подбором его соответствующих геометрических характеристик, общая устойчивость – конструктивными мероприятиями.
Расчет по второй группе предельных состояний (по жесткости)
Даже при обеспечении несущей способности конструкции, ее эксплуатация может быть по каким-то причинам затруднена (говорят, что конструкция непригодна к нормальной эксплуатации).
Так, при превышении прогиба балки определенного значения, у людей, находящихся в помещении ниже, может возникнуть ощущение дискомфорта, что ставит так называемые эстетико-психологические требования к жесткости. Также, при существенном прогибе на полах или кровле могут появиться трещины или вспучивания (они находятся в сжатой зоне), что ставит так называемые конструктивные требования к жесткости.
Все эти требования предопределяют расчет на жесткость, характеризуемую предельными деформациями или перемещениями (или суммарными их проявлениями – например, прогибами), после достижения которых эксплуатация конструкции затрудняется.
В ходе расчета на жесткость наибольшие перемещения и деформации сравниваются (на предмет их не превышения) с предельными перемещениями и деформациями.
Перемещения и деформации вычисляют методами строительной механики или, для простейших случаев, пользуются формулами сопротивления материалов.
Так, для нашей балки:
Предельные перемещения и деформации, в основном, приводятся в СП «Нагрузки и воздействия» в зависимости от типа конструкции, пролета, расчетной ситуации и пр.
Так, для нашего случая:
В итоге, условие жесткости выглядит следующим образом:
Условие выполняется, значит жесткость балки обеспечена. Если бы условие не выполнялось, необходимо было бы выбрать другой двутавр, геометрические характеристики которого обеспечивали бы удовлетворение данного условия.
Стоит отметить, что добиться выполнения данного условий можно и другими способами, например, усилением поясов двутаврового профиля пластинами.
Итак, несущая способность и жесткость балки двутаврового сечения №20 обеспечены, что и определяет суть расчета.
В заключении стоит отметить, что мы рассмотрели этапы расчета строительных конструкций на одном из самых простейших примеров – балки, свободно лежащей на опорах. В реальной инженерной практике, в том числе и при строительстве гаражей, приходится сталкиваться с существенно более сложными конструктивными схемами, обеспечение несущей способности и жесткости которых требует выполнения существенно больших условий.