Проектирование многопролетной металлической балки с использованием ПК «ЛИРА-САПР»

УДК 725:624.014 
ББК  38.54 
         П79 

Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите детей от 
информации, причиняющей вред их здоровью и развитию» 
данная продукция маркировке не подлежит. 

Рецензент  канд. техн. наук, доц. Е.В. Андреева (СибАДИ) 

Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве методических 
указаний. 

Рассмотрены рекомендации по проектированию металлических балок. Приведен 
алгоритм статического расчета балок с применением метода конечных элементов в 
ПК «ЛИРА-САПР», алгоритм конструктивного расчета в соответствии с  требованиями  
СП16.13330-2017 «Стальные конструкции», необходимые данные для назначения 
геометрических параметров рассчитываемых конструкций. 
Имеет интерактивное оглавление в виде закладок. 
Рекомендовано для обучающихся по образовательной программе магистратуры 
08.04.01 «Промышленное и гражданское строительство: проектирование» при выполнении 
курсового(ой) проекта (работы) по курсу «Компьютерное  моделирование 
строительных конструкций».  

Текстовое (символьное) издание (1,6 Мб) 
Системные требования: Intel, 3,4 150 Мб; Windows XP/Visa/7; 
1 Гб свободного места на жестком диске; программа для чтения pdf-файлов: 
Adobe Acrobat Reader; Foxit reader 

Редактор Н.И. Косенкова 
Техническая подготовка Л.Р. Усачева 

Издание первое. Дата подписания к использованию 06.06.2022 

Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 
РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1 

 ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2022 

Проектирование многопролетной металлической балки с использованием ПК 
«ЛИРА-САПР» : методические указания  / СибАДИ, Кафедра «Строительные 
конструкции» ; сост. : Л.В. Красотина, Н.Н. Разливкина. – (Серия внутривузовских 
методических указаний СибАДИ). – Электрон. дан. – Омск : СибАДИ, 2022. – Режим 
доступа : http://bek.sibadi.org/MegaPro, для авторизованных пользователей. – Загл. с 
экрана.

         
П79 

~ 3 ~ 

~ 4 ~ 

Предельные состояния первой группы проверяются расчетом на максимальные (
расчетные) нагрузки и воздействия, возможные при нарушении 
нормальной эксплуатации; предельные состояния второй группы – на 
эксплуатационные (нормативные) нагрузки и воздействия, отвечающие 
нормальной эксплуатации конструкций. 
Нормативные нагрузки принимаются на основе статистических данных 
или по номинальному значению. 
Постоянные нагрузки от массы конструкций определяются по данным 
стандартов и заводов-изготовителей или по размерам, установленным 
в процессе проектирования на основе предыдущих проектировок и справочных 
материалов. 
Временные нагрузки и воздействия на перекрытия принимают по СП 
20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» в зависимости от назначения помещений. 
Вес оборудования – по стандартам, каталогам или по проектному заданию 
в зависимости от производственных процессов. Снеговые, ветровые, 
гололедные нагрузки, температурные воздействия устанавливаются по соответствующим 
главам СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия». 

Расчетные нагрузки – нагрузки, которые обладают определенной из-

менчивостью и могут отличаться от значений, установленных нормами. 

Возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную (большую или 

меньшую) сторону от их нормативных значений вследствие изменчивости 
нагрузок или отступлений от условий нормальной эксплуатации учитывается 
коэффициентами надежности по нагрузке (перегрузки) γf, устанавливаемыми 
с учетом назначения зданий и сооружений и условий их эксплуатации 
по СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия». 

Расчетные нагрузки для расчета конструкций на прочность и устой-

чивость (по первой группе предельных состояний) определяют умножением 
нормативных нагрузок на коэффициент перегрузки γf (обычно больший 
единицы, за исключением специально оговоренных случаев). 
Расчет конструкций в курсовом проекте (курсовой работе) выполняется 
на основе исходных данных по заданию (прил. 1). 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ 
КУРСОВОГО ПРОЕКТА (КУРСОВОЙ РАБОТЫ) 

Исходные данные принимаются по трехзначному шифру задания 
(см. прил. 1). 
Исходные данные по материалу: 
 материал несущих конструкций балочной клетки и колонны принимается 
из стали марки С245; 
 настил из сборных железобетонных (нетиповых) плит толщиной 
0,3 м (вместе с конструкцией пола).  

~ 5 ~ 

1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЛОСКИХ СТЕРЖНЕВЫХ СИСТЕМ
В ПК «ЛИРА-САПР» 

1.1. Порядок расчета конструкций в ПК «ЛИРА-САПР» 

Для выполнения статического расчета конструкции в ПК «ЛИРА
САПР» необходимо:  
1. Задать «Признак схемы», соответствующий статической работе конструкции. 

2. Задать геометрию схемы.
3. Задать связи в опорных узлах схемы (задание граничных условий
1-го рода). 
4. Назначить шарниры в узлах схемы (если предусмотрены).
5. Задать жесткости элементов конструкции и характеристики материалов. 

6. Приложить нагрузки на схему (задать силовые граничные условия).
7. Выполнить расчет конечно-элементной (КЭ) модели конструкции.
8. Проанализировать результаты расчета.
9. Сформировать отчет.

1.2. Создание новой задачи 

Для создания новой задачи необходимо активизировать команду 
на панели инструментов (Файл / Новый).  
В появившемся меню «Описание схемы» (рис. 1.1) задаются следующие 
параметры:  
– имя создаваемой задачи – например, «Задача 1» (шифр задачи по
умолчанию совпадает с именем задачи); 
– из выпадающего списка необходимо выбрать «Признак схемы»;
– в поле «Описание задачи» может вводиться краткое пояснение или
описание решаемой задачи. 
Затем нажмите кнопку «Подтвердить» 
. 

Рис. 1.1. Меню «Описание схемы» 

~ 6 ~ 

Под «Признаком схемы» понимается количество степеней свободы в 
узле конечно-элементной модели (КЭМ) рассчитываемой конструкции. 
Для работы с меню «Признак схемы» необходимо иметь в виду, что ПК 
«ЛИРА» имеет фиксированную систему координат. Ось Z  вертикальна, ось 
X  горизонтальна, ось Z ортогональна плоскости чертежа и направлена в соответствии 
с принятой в ПК правой декартовой системой координат. 
Признак 1 – схемы располагаются в вертикальной плоскости XOZ; каждый 
узел схемы имеет 2 степени свободы – линейные перемещения вдоль 
осей X, Z или Y. Используя этот признак схемы, возможно выполнить расчеты, 
например плоских ферм, загруженных узловой нагрузкой (в этом случае 
все элементы фермы будут испытывать только растяжение или сжатие). Используя 
этот признак схемы, при расчете фермы ее рассчитывают отдельно, 
без учета совместной работы с элементами рамы. 
Признак 2 – схемы располагаются в вертикальной плоскости XOZ; 
каждый узел схемы имеет 3 степени свободы – линейные перемещения 
вдоль осей X, Z и поворот вокруг оси Y (ортогональной плоскости чертежа). 
Используя этот признак схемы, рассчитывают, например, плоские 
рамы различной конфигурации, фермы, элементы которых работают на 
сжатие с изгибом или растяжение с изгибом (нагружены внеузловой нагрузкой), 
балки-стенки и т.д. 
Признак 3 – схемы располагаются в горизонтальной плоскости XOY; 
каждый узел имеет 3 степени свободы – линейные перемещения вдоль 
осей X и Y и возможны повороты вокруг оси Z. Используя этот признак 
схемы, можно рассчитать связевые фермы, балочные ростверки, плиты 
перекрытия; при необходимости возможен учет упругого основания. 
Признак 4 – пространственные схемы, каждый узел которых имеет 3 
степени свободы – только линейные перемещения вдоль осей X, Y, Z. Используя 
этот признак схемы, можно рассчитать пространственные фермы, 
загруженные узловой нагрузкой, элементы которых испытывают 
только растяжение или сжатие, без изгиба, а также объемные тела. 
Признак 5 – пространственные схемы общего вида с 6 степенями 
свободы в узле. Используя этот признак схемы, можно рассчитать пространственные 
каркасы, оболочки, допускается включение в схемы объемных 
тел, учет упругого основания и т.п. 

1.3. Создание геометрической модели рассчитываемой 
конструкции 

Прежде чем создавать геометрическую модель любой проектируемой 
конструкции, необходимо настроить единицы измерения. 

~ 7 ~ 

Для этого необходимо активизировать команду «Опции» на панели 
инструментов. В открывшемся меню выбирать пункт «Единицы измерения» (
рис. 1.2). 
В меню «Единицы измерения» (рис. 1.3) из выпадающих списков необходимо 
выбрать требуемые единицы измерения величин в закладках 
«схема» и «результаты». 
Рекомендуется использовать: для геометрических величин – мм; для 
силовых величин – кН или т. 

Рис. 1.2. Меню «Опции» 

Рис. 1.3. Меню «Единицы измерения» 

Для создания геометрической схемы в ПК семейства «ЛИРА» существует 
несколько вариантов. Один из них – с использованием команды 
«Создание регулярных фрагментов и сетей».  

~ 8 ~ 

Рис. 1.5. Меню «Создание пло-

ских фрагментов и сетей»

Здесь возможны два пути: 
– из меню «Создание» (рис. 1.4.) выбрать команду «Регулярные
фрагменты и сети» 
. 
– на панели инструментов найти команду «Регулярные фрагменты и
сети» 
. 

Рис. 1.4. Меню «Создание» 

В открывшемся диалоговом окне «Создание плоских фрагментов и 
сетей» (рис. 1.5) необходимо задать: 
– координаты первого узла схемы (без
необходимости лучше оставить этот параметр 
таким, 
как 
он 
принят 
по 
умолчанию 
(х=0; y=0; z=0); 

– заполнить таблички «Шаг вдоль пер-

вой оси» и «Шаг вдоль вторй оси», обращая 
внимание на единицы измерения. 
Шаг вдоль первой оси – шаг вдоль оси 
Х, шаг вдоль второй оси – Y. Во второй колонке 
каждой из этих двух таблиц заполняется 
количество шагов.  
Эти таблицы заполняются имея в виду, 
что первая точка схемы – самая нижняя 
точка слева. 
В случае расчета балки (линейный элемент) 
заполняется только табличка «Шаг 
вдоль первой оси» (см. рис. 1.5). 

~ 9 ~ 

После этого необходимо щелкнуть по кнопке 
 «Применить» и на 
рабочем поле появится изображение геометрической схемы конструкции. 

1.4.  Отметка узлов схемы 

Существует два пути: 
– войти в падающее меню «Выбор» (рис. 1.6), выбрать команду
«Отметка узлов» 
, курсором указать требуемый узел (или несколько узлов), 
с которыми будете работать;

Рис. 1.6. Меню «Выбор» 

– или найти на панели инструментов и активизировать кнопку
. 
Выбранные (активные) узлы окрашиваются в красный цвет. 

~ 10 ~ 

1.5. Назначение связей в узлах схемы  
(задание граничных условий 1-го рода) 

В ПК «ЛИРАСАПР» опоры моделируются запрещением степеней 
свободы (наложением связей) на узлы модели. 

Для этого существует два пути: 
– в падающем меню «Схема» выбирать команду «Связи»
 (рис. 1.7); 

Рис. 1.7. Меню «Схема»
Рис. 1.8. Диалоговое окно 

«Связи в узлах»

– на панели инструментов найти и активировать кнопку
. В результате 
появится диалоговое окно «Связи в узлах» (рис. 1.8). 
В диалоговом окне «Связи в узлах» (см. рис. 1.8) указаны линейные 
перемещения вдоль осей координат – X, Y, Z и угловые перемещения UX, 
UY, UZ относительно осей X, Y, Z соответственно.  
В этом окне, с помощью установки флажков, необходимо отметить 
направления, по которым запрещены перемещения опорных узлов схемы.  
После этого необходимо щелкнуть по кнопке – 
 (применить) и 
опорные узлы окрашиваются в синий цвет. 
Ниже приведены варианты моделирования опорных узлов создаваемой 
схемы контракции.  
В случае жесткой заделки диалоговое окно «Связи в узлах» должно 
иметь вид (рис. 1.9): 

~ 11 ~ 

Рис. 1.9. «Жесткая» заделка

В случае шарнирно-подвижной опоры (допускаются линейные перемещения 
вдоль глобальной оси Х и угловые перемещения относительно 
глобальной оси Y) диалоговое окно «Связи в узлах» должно иметь вид 
(рис. 1.10): 

Рис. 1.10. Шарнирно-подвижная опора

В случае шарнирно-неподвижной опоры (допускаются только угловые 
перемещения относительно оси Y) диалоговое окно «Связи в узлах» 
должно иметь вид (рис. 1.11): 

Рис. 1.11. Шарнирно-неподвижная опора