¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

23 августа 2010

–асчет монолитных железобетонных конструкций в APM Structure3D

Ќаучно-технический центр јѕћ продолжает развивать систему автоматизированного расчета и проектировани€ конструкций дл€ промышленного и гражданского строительства APM Civil Engineering. —реди основных возможностей системы APM Civil Engineering:
  • проектирование металлических конструкций при различных видах нагружени€ и закреплени€ с возможностью автоматического подбора поперечных сечений и генерацией стандартных уз-лов соединений металлоконструкций;
  • проверочный расчет железобетонных конструкций по первой и второй группам предельных состо€ний, а также автоматизированный подбор армировани€ бетонных плит, ригелей и колонн;
  • проектирование дерев€нных конструкций, включающее как прочностной расчет конструкции, так и расчет соединений металлическими зубчатыми пластинами и нагел€ми. ѕолучение схем распиловки на все элементы конструкции;
  • расчет соединений металлоконструкций с оценкой статической и усталостной прочности (в форме проектировочного и проверочного расчетов);
  • использование при проектировании поставл€емых баз данных стандартных сечений, пара-метрических моделей и материалов; создание пользовательских баз данных.

APM Structure3D Ц основной расчетный модуль

ќсновным расчетным модулем APM Civil Engineering €вл€етс€ система конечно-элементного анализа APM Structure3D. APM Structure3D имеет сертификат соответстви€ є –ќ—— RU.—ѕ 15.Ќ00086 требовани€м следующих нормативных документов: —Ќиѕ 2.01.07-85* Ќагрузки и воздействи€; —Ќиѕ II-7-81 —троительство в сейсмических районах; —Ќиѕ II-23-81 —тальные конструкции; —Ќиѕ 52-01-2003 Ѕетонные и железобетонные конструкции. ќсновные положени€; —ѕ 52-101-2003 Ѕетонные и железобетонные конструкции без предварительного напр€жени€ арматуры.

ќсновные методы расчета неметаллических строительных конструкций, в том числе железобетонных, подробно изложены в книге ¬.¬. Ўелофаст, ≈.√. —тайнова ЂЌеметаллические строитель-ные конструкцииї.  нига €вл€етс€ теоретическим пособием, позвол€ющим осознанно примен€ть технические возможности системы APM Civil Engineering. ƒл€ лучшего воспри€ти€ теоретического материала привод€тс€ примеры с решени€ми. —одержащийс€ в книге материал соответствует действую-щим на насто€щий момент нормативным документам (—ѕ и —Ќиѕ).

ќтличительной особенностью системы APM Structure3D €вл€етс€ возможность расчета по —Ќиѕ комбинированных конструкций: стальных, железобетонных, дерев€нных, а также фундаментов.  ритерии расчета по —Ќиѕ учитываютс€ дл€ конструктивных элементов: стальных (—Ќиѕ II-23-81) или железобетонных (—Ќиѕ 52-01-2003, —ѕ 52-101-2003). ќб одном таком примере расчета комбини-рованной конструкции здани€ и пойдет речь в данной статье.

«дание магазина промышленных товаров в г. “уапсе содержит три этажа (рис. 1). “ретий этаж выполнен в виде мансарды.  рыша сделана в виде стальной ферменной конструкции.  аркас здани€ и перекрыти€ выполнены из монолитного железобетона. ‘ундаменты под наружные стены и колонны Ц ленточные. ”читыва€, что прочностному расчету металлоконструкций в APM Structure3D посв€щено значительное число статей в Ђ—јѕ– и графикаї, основной акцент сделан на расчете железобетонной конструкции.


–ис. 1. ќбщий вид модели

–еализаци€ расчета железобетонной конструкции

–асчет железобетонных конструкций реализован в APM Structure3D в форме проектировочно-го и проверочного. ѕроектировочный расчет провод€т с целью подбора армировани€ дл€ наиболее неблагопри€тного сочетани€ нагрузки. јвтоматизированный подбор армировани€ осуществл€етс€ из всей номенклатуры арматуры или из пользовательского диапазона диаметров и количества. ѕоверочный расчет провод€т, как правило, дл€ существующих конструкций при изменении действующих на них нагрузок, условий эксплуатации и объемно-планировочных решений, а также, если предвари-тельно задан вариант армировани€. Ќа основании поверочного расчета определ€етс€, достаточно ли армировани€ дл€ воспри€ти€ нагрузок.

–асчет фундаментов

–асчет фундаментов (рис. 2) в APM Sturcture3D реализован в виде расчета одиночного, лен-точного или сплошного фундаментов или различных их комбинаций. –асчет фундамента начинаетс€ с выбора конструктивного решени€ и назначени€ предварительных параметров, таких как размер по-дошвы и глубина заложени€. ѕроверка пригодности прин€тых размеров, а также выбор размеров отдельных частей фундамента выполн€етс€ исход€ из расчета несущей способности грунта.


–ис. 2. ‘ундамент на упругом основании

ѕри расчете деформаций оснований, согласно —ѕ 50-101-2004 ѕроектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений регламентируютс€ предельные деформации основа-ний (относительна€ разность осадок, крен и максимальна€ осадка). ƒанные параметры могут быть также получены по результатам расчета.

ѕодготовка модели к расчету

ћодель здани€ (рис. 1) была полностью построена средствами APM Structure3D. —ледует заметить, что APM Structure3D поддерживает также импорт модели из формата *.dxf. ƒл€ задани€ се-чений металлоконструкции использовалс€ встроенный редактор сечений, который позвол€ет созда-вать произвольные пользовательские сечени€. «адание сечений железобетонного каркаса осуществл€лось из библиотеки стандартных сечений, а фундамента Ц параметрически (рис. 2).  онструктивно ленточные фундаменты представл€ют собой железобетонные балки таврового сечени€, установлен-ные на упругом основании.

ќсобенностью расчетной модели €вл€етс€ необходимость единого армировани€ присущего группе объектов: плиты, квадратные колонны, круглые колонны, ригели, элементы фундамента одного сечени€ и т.д. ѕоэтому дл€ удобства работы группы объектов были размещены по отдельным сло€м: крыша, колонны, ригели, плиты, фундаменты.

«адание нагрузок

Ќагрузки задавались в полном соответствии со —Ќиѕ 2.01.07-85* Ќагрузки и воздействи€. Ѕыли предварительно созданы отдельные загружени€ дл€ каждого вида нагрузок. Ёто позвол€ет форми-ровать в дальнейшем расчетные сочетани€ нагрузок (комбинацию загружений) и расчетные сочетани€ усилий. –асчет проводилс€ на основное и особое сочетание нагрузок.

  зданию приложены следующие нагрузки:

  1. ѕосто€нные нагрузки: собственный вес конструк-ции, наружных стен и внутренних стен, настила крыши, витражей, лестничных маршей;
  2. временные длительные нагрузки: от эскалаторов;
  3. кратковременные нагрузки: от людей на перекрыти€, лест-ничные марши, снегова€ и ветрова€ нагрузки;
  4. особа€: сейсмическа€ (сейсмичность площадки строительства Ц 8 баллов).
ƒл€ задани€ нагрузок специального вида Ц снеговых, ветровых (по —Ќиѕ 2.01.07-85* Ќагрузки и воздействи€) и сейсмических (по —Ќиѕ II-7-81 —троительство в сейсмических районах) используютс€ инструментальные средства. ѕри определении нагрузок прин€то, что нагруз-ки от людей на пол 1-го этажа (отметка +0,000), воспринимаетс€ грунтом. „то вытекает из конструк-ции пола. ћножитель собственно веса принимаем равным 1.2.

APM Structure3D позвол€ет настраивать единицы измерени€ задаваемых нагрузок и учитывать коэффициенты надежности по нагрузке, регламентированные —Ќиѕ 2.01.07-85*.  оэффициенты на-дежности по нагрузке могут быть заданы отдельно при создании расчетной комбинаций загружени€ или формировани€ расчетного сочетани€ усилий. ѕри таком подходе задание нагрузок может быть сведено к вводу нормативных значений, что сокращает дополнительные операции пересчета.

«адание опор и расчет оснований

ƒл€ ограничени€ перемещени€ по горизонтали (в плоскости XY) заданы опоры по внешнему фундаменту. ќпоры ограничивают перемещени€ по направлению, перпендикул€рному к фундаменту, что характеризует опору фундамента на боковой грунт.

ќпоры по вертикали (по оси Z) упругие, жесткость которых зависит от коэффициентов пропор-циональности, называемых коэффициентами постели.  оэффициенты постели завис€т от структуры и физико-механических характеристик грунтов, а также от нагрузки на основание. Ќа основании данных инженерно-геодезических изысканий APM Structure3D позвол€ет задать структуру грунта в виде слоев и определить коэффициенты постели, а также выполнить расчет оснований по несущей спо-собности и предельным деформаци€м. ќсновными параметрами грунтов, определ€ющими несущую способность оснований и их деформации, €вл€ютс€ прочностные и деформационные характеристики (угол внутреннего трени€ , удельное сцепление с, модуль деформации грунтов ≈). —ледует отме-тить, что коэффициенты постели, определ€ютс€ в каждом узле точке основани€. „то позвол€ет про-водить расчет при неоднородной структуре грунтов по площадке строительства и/или несимметрич-ной нагрузке на основани€. “ак как коэффициенты постели завис€т от глубины продавливани€, кото-ра€ в свою очередь определ€етс€ нагрузкой на основание, то их расчет осуществл€етс€ в два этапа. ѕервоначально коэффициенты постели определ€ютс€ исход€ из посто€нной нагрузки на все основа-ни€. ƒалее, после проведени€ статического расчета, проводитс€ их пересчет в зависимости от на-грузки, приложенной к каждому элементу основани€.

–еализаци€ расчета

ƒл€ сокращени€ времени расчета сначала была создана модель крыши, выполнен ее статиче-ский расчет. јнализ результатов расчета металлоконструкции показал, что в узле балки верхнего по€са фермы возникают повышенные напр€жени€. ƒл€ повышени€ запаса прочности в модель были добавлены монтажные пластины (Ђфасонкиї), а также в конструкцию раскосов ферм введены допол-нительные стержни, монтаж которых должен осуществл€тьс€ нормально по отношению к верхнему по€су ферм. ¬ результате модернизации произошло перераспределение напр€жений в элементах металлоконструкции и максимальный уровень напр€жений понизилс€ до 167 ћѕа, а коэффициент запаса прочности по пределу текучести материала составил 1,46. ƒалее вниз от крыши была до-строена модель железобетонного каркаса здани€. “аким образом, получена полна€ модель здани€.

ƒл€ расчета железобетонных элементов используетс€ следующий пор€док выполнени€ расчета: статический расчет, уточнение коэффициентов постели от приложенной нагрузки, повторный статический расчет с учетом упругого основани€, определение расчетных сочетаний усилий. ѕосле статического расчЄта и определени€ расчетных сочетаний усилий можно провести подбор/проверку армировани€ железобетонных конструктивных элементов в соответствии с —ѕ 52-101-2003. ƒл€ этого выдел€ем группу железобетонных стержней или пластин и помещаем в отдельные конструктивные элементы. —истема автоматически определ€ет тип элемента: оболочка, колонна или ригель. ƒалее задаем единые параметры армировани€ дл€ всей группы элементов одного сечени€, что позволит провести проверочный расчет единого армировани€. “акую операцию необходимо повторить дл€ плит, колонн круглых, колонн квадратных, ригелей, а также дл€ каждого сечени€ фундамента.

–асчет по первой и второй группе предельных состо€ний производитс€ в точном соответствии с разделом 6 и 7 —ѕ 52-101-2003 и определ€етс€ классом бетона, классом арматуры, характером армировани€, типом поперечного сечени€ элемента и совокупностью действующих на него нагрузок. ¬ случае неудовлетворительной прочности по причине малого размера сечени€, а также при внесе-нии иных изменений в конструкцию весь пор€док расчета, начина€ со статического, необходимо по-вторить.

јвтоматизированный подбор армировани€ возможен дл€ выбранных или дл€ всех конструктивных элементов. ¬ общем случае нагружени€ конструкции получить единое армирование сразу не всегда удаетс€. “огда пор€док подбора единого армировани€ дл€ группы элементов осуществл€етс€ в два этапа. ¬о-первых, выполн€етс€ проектировочный расчет группы элементов. ƒалее в рамках проверочного расчета по максимальному армированию осуществл€етс€ единый подбор диаметров и количества арматуры дл€ удовлетворени€ всех критериев прочности по первой и второй группе предельных состо€ний. ƒл€ получени€ полного представлени€ об армировании элементов служит объемна€ визуализаци€ железобетонных элементов (рис. 3).


–ис. 3. ѕример объемного отображени€ армировани€ стержней

ќсновными критери€ми проверочного расчета выступают коэффициенты использовани€ арматуры.  оэффициенты использовани€ арматуры должны быть меньше единицы. ѕример карты коэффициентов использовани€ продольного армировани€ стержней при косом изгибе показан на рисунке 4.


–ис. 4.  оэффициент использовани€ продольного армировани€ стержней при косом изгибе

ќдним из критериев расчета по второй группе предельных состо€ний выступает ширина непродолжительного раскрыти€ трещин (рис. 5). ¬ данном случае максимальное значение непродолжительной ширины раскрыти€ трещин составл€ет 0,37 мм по ригел€м на отметке +4,010, что меньше 0,4 мм Ц предельно допустимого значени€ ширины раскрыти€ трещин из услови€ сохранности арматуры.


–ис. 5. Ќепродлжительна€ ширина раскрыти€ трещин

¬ ходе выполнени€ прочностного расчета здани€ магазина проведен подбор армировани€ всех железобетонных элементов. ƒл€ обеспечени€ прочности потребовалось дополнительное увеличение первоначальных размеров сечений фундамента на 100 мм.

¬ыводы

¬ чем же преимущество APM Structure3D по сравнению с другими системами? ќтличитель-ной особенностью €вл€етс€ расчет по —Ќиѕ и —ѕ одновременно всех плит, колонн и ригелей Ц конструктивных элементов. ѕри этом отпадает необходимость отдельной проверки каждого эле-мента или определени€ наиболее нагруженного.

–еализаци€ комплексного расчета в рамках одного модул€ позвол€ет избежать Ђлишнихї операций по передаче данных из одной расчетной среды в другую.  роме того, едина€ модель об-ладает гораздо большей гибкостью дл€ представлени€ различных вариантов конструктивного исполнени€ заказчику или при проведении серии расчетов.

„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: √лавное отличие человека от животного в том, что он хочет знать
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2020 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.