Оптимизация топологии металлических ферм

Abstract

Исследованы рациональное расположение узлов и способ их соединения между собой в однопролетной шарнирной ферме с заданной нагрузкой. В качестве примера рассмотрим шестипанельную ферму с горизонтальным нижним поясом, нагруженную по верхнему поясу. Кроме семи его директивных узлов, задан также восьмой узел на оси симметрии, определяющий высоту фермы. Вариацию топологии ограничиваем 22 узлами, расположенными на вертикальных линиях, служащих границами панелей. В каждой панели предполагаем наличие одного восходящего (нисходящего) раскоса. Оптимизация ведется на основе вариационного принципа структурного синтеза. В случае однородного линейно-упругого материала упомянутый критерий оптимальности идентичен минимуму потенциальной энергии деформации и объему затраченного материала на ферму. По результатам исследования прослеживается тенденция сосредоточения материала в нагруженных узлах и выявлена конструкции, которая в пределах оговоренных требований эффективно выполняет свое функциональное назначение.