Возможности проектирования армокаменных конструкций в среде APM Civil Engineering

Необходимо отметить, что гражданское строительство развивается как в направлении воз-ведения высотных зданий, так и малоэтажного строительства. Россия, с ее огромными простора-ми, по заявлению правительства страны, делает ставку на малоэтажное строительство, которое предоставляет более комфортные условия для проживания в городах и в сельской местности.

Для того чтобы выполнить всевозрастающие задачи малоэтажного строительства с наи-меньшими затратами необходимо иметь полный комплекс инструментов для расчета и проектиро-вания объектов малой этажности, большая часть которых изготавливается из кирпичей и блоков с армированием и без. Кроме армокаменных, в малоэтажном строительстве широко используются деревянные и металлические конструкции, а также сэндвич - панели.

Для удовлетворения потребностей строительного проектирования в НТЦ АПМ создан про-дукт под названием APM Civil Engineering, в котором имеются инструменты, позволяющие выпол-нить весь комплекс проектировочных и проверочных расчетов как армокаменных, так и деревян-ных конструкций. Подробная информация о возможностях APM Civil Engineering в части проекти-рования деревянных конструкций было опубликовано в номере 02/2007 журнала. Пример расчета железобетонной конструкции рассмотрен в номере 02/2008 «САПР и графика». В этой статье речь пойдет о проектировании каменных и армокаменных строительных объектов.

Возможности APM Structure3D по расчету армокаменных конструкций

1. Создание геометрической модели здания в соответствии с заданием на расчет.
2. Установка опор.
3. Задание сечений стержней. Для этого могут использоваться стандартные и параметриче-ские библиотеки сечений APM Construction или специализированный редактор сечений для создания произвольного пользовательского сечения.
4. Задание материала с помощью библиотеки APM Material с возможностью редактирования характеристик используемых материалов.
5. Приложение нагрузки. APM Structure3D предусматривает задание нормативной нагрузки а также специализированной снеговой, ветровой в соответствии со СНиП 2.01.07-85* Нагруз-ки и воздействия, а также сейсмической с последующим учетом коэффициентов надежно-сти по нагрузке и формировании линейной комбинации наиболее неблагоприятного соче-тания для определения реакций в опорах или расчетного сочетания усилий (РСУ) для кон-структивного расчета элементов модели здания.
6. Создание конструктивных элементов.

Особенности создания армокаменных конструктивных элементов

• конструктивный элемент необходимо создавать в пределах высоты этажа.
• конструктивный элемент задается равным ширине простенка.
• конечные элементы одного конструктивного элемента не должны содержать проемов, же-лезобетонных элементов или примыкания поперечной несущей стены.

• силикатные пустотелые камни, H<150;
• силикатные пустотелые камни с круглыми вертикальными пустотами диаметром до 35мм, толщиной 88мм и 138мм;
• керамический пустотелый кирпич, Н<150;
• керамический сплошной кирпич, Н<150;
• керамический пустотелый кирпич с щелевидными вертикальными пустотами шириной 8-10 мм или с квадратными вертикальными пустотами размером 20x20;
• природный камень правильной формы, Н < 150;
• керамические камни с щелевидными вертикальными пустотами шириной 8-10 мм высота ряда 200-250мм;
• природный камень правильной формы высотой ряда 200-300мм;
• природный камень правильной формы, Н > 500мм;
• бетонные пустотелые камни высота ряда 200-300мм;
• бетонные сплошные камни, 200 < Н < 300мм;
• бетонные крупные пустотелые блоки, Н > 500мм;
• бетонные крупные сплошные блоки, Н > 500мм;
• шлакобетонные пустотелые камни, высота ряда 200-300мм;
• шлакобетонные сплошные камни, высотой ряда 200-300мм;
• гипсобетонные пустотелые камни, высотой ряда 200-300мм;
• гипсобетонные сплошные камни, высотой ряда 200-300мм;
• рваный бутовый камень;
• постелистый бутовый камень;
• бутобетон.

Рис. 1 Диалоговое окно параметров материала Кладка.

Расчет армокаменных конструктивных элементов по аналогии с железобетонными реали-зован в виде проектировочного и проверочного. Проектировочный расчет позволяет подобрать армирование каменной кладки, если оно требуется. Проверочный расчет может быть использован как для расчета неармированной кладки, так и кладки с предопределенным армированием.

Рис. 2 Армокаменная колонна - столб

Рис. 3 Модель здания с выдленными армокаменными конструктивными элементами - стенами

Рис. 4 Диалоговое окно армокаменный конструктивный элемент - стена

Параметры конструктивного элемента, такие как тип (колонна или оболочка), материал и размеры определяются автоматически. Выбор коэффициентов условий работы или расчетной длины может быть осуществлен из вспомогательного информационного окна (рис. 5-6).

Рис. 5 Коэффициент условий работы

Рис. 7 Нагрузки на конструктивный элемент

Постановка задачи

Кирпичная кладка характеризуется сравнительно невысоким сопротивлением действию динамических нагрузок. Для равномерного распределения и восприятия сейсмических нагрузок между несущими элементами предусматривают антисейсмические пояса по периметру несущих стен, а также железобетонные включения, существенно повышающие несущую способность ка-менных конструкций. Для обеспечения совместной работы железобетонных элементов устраивают выпуски арматуры в кладку примерно на 50 см, а сами железобетонные элементы замоноличивают в антисейсмические пояса и обвязки [2]. Армирование антисейсмического пояса и железобетонных включений устанавливают по расчету не менее регламентированного [3].

Таким образом, рассматриваемая конструкция является комплексной, включающая желе-зобетонные, кирпичные, стальные и деревянные элементы (рис. 3), требующие выполнения расчета по соответствующему СП или СНиП. Построение модели осуществлялось полностью в среде APM Structure3D. Учитывая симметрию расположения основных несущих элементов модели, для построения широко использовались команды «Копирование» и «Зеркало». Каждое перекрытие одного уровня и каждый этаж располагаются в отдельном слое, что позволяет эффективно рабо-тать с моделью одного этажа или перекрытия.

Задание материала

Особенности задания нагрузки

Особенности подготовки модели к расчету задания

Критерии расчета

• центральное-сжатие (п. 4.1);
• внецентренное сжатие (п. 4.7, 4.10);
• центральное-растяжение (п. 4.19);
• срез (п.4.20).

Результаты расчета выводятся в виде коэффициентов использования по моменту и по продольной силе для каждого критерия (рис. 2-3). Если для всех конструктивных элементов коэф-фициенты использования меньше 1, то условие прочности кирпичных стен выполнено. Фильтры диалогового окна конструктивных элементов позволяют отобразить в списке только те элементы, прочность которых не обеспечена. Такие элементы можно выделить и на расчетной модели.

В рассматриваемом примере расчета армирование каменных конструктивных элементов не требуется. При этом необходимо выполнить конструктивное армирование, предусмотренное п. 7.6.13 [3].

Выводы: APM Structure3D позволяет выполнять расчет пространственной схемы, определить усилия в элементах и осуществить проверки конструктивных элементов комплексных конструкций (стальных, железобетонных, каменных, деревянных), к которым относится большинство проекти-руемых зданий.

Литература

1. СНиП II-22-81* Каменные и армокаменные конструкции
2. Сейсмостойкое строительство зданий. Под ред. И.Л. Корчинского Учебное пособие для вузов. М., Высшая школа, 1971 г., 320 с.
3. СП 31-114-2004 Правила проектирования жилых и общественных зданий для строительства в сейсмических районах.