BIM в России: преднапряженный железобетон — два подхода при моделировании в Revit-Robot

В настоящее время в строительной отрасли России все большую популярность приобретает использование монолитного железобетона. После 1991 года в новом строительстве явно наметился уход от сборного железобетона, хотя последний обладает многими преимуществами. В частности, в сборном железобетоне активно применяется технология преднапряжения конструкций методом на упоры в заводских условиях.

Также за последние 10-15 лет резко увеличилось количество возводимых высотных и большепролетных зданий с нестандартными архитектурно-планировочными решениями. Эти и некоторые другие факторы заставляют российских инженеров применять «новые технологии» для возведения, например, плит перекрытия с большим шагом колонн (площадью ячейки от 49 кв м, шаг колонн от 7×7 м), использовать балки и балки-стенки длинной свыше 9 м, пилоны, оболочечные и цилиндрические конструкции.

Одна из технологий, позволяющих возводить подобные конструкции, давно известна, но мало применялась в СССР и России — это технология преднапряжения на бетон (постнапряжения). Неразвитость отечественной технологии постнапряжения отчасти связанна с отсутствием нормативной базы (СНИП и СП почти не регламентируют расчет таких конструкций). Единственным документом в нашей стране, в которым описан расчет данного вида конструкций, является СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы», в то время как европейские и американские нормы отлично регламентируют расчет постнапряженных конструкций. В результате в странах Европы и Северной Америки технология постнапряжения монолитных железобетонных конструкций широко применяется с начала 50-х годов прошлого века. В некоторых странах число возводимых монолитных перекрытий с канатной арматурой даже достигает 70%. При этом сами системы постнапряжения конструкций применяются в двух видах: со сцеплением и без сцепления канатной арматуры с бетоном.

В России в настоящее время расчет преднапряжных конструкций ведется следующими способами:

• методами СНИП и СП с использованием такого мощного оружия конструктора, как программа Microsoft Excel,
• с помощью методов эквивалентных сил и отрицательных температур в программных комплексах SCAD Office и ЛИРА-САПР.

Рис 1. Реализация в России технологии постнапряжения монолитных конструкций на объектах ГК «ПРОМСТРОЙКОНТРАКТ».

Рис 2. Модель плиты перекрытия 9×6 м с приложенными силами, моделирующими обжатие и отпор в канатной арматуре (без сцепления с бетоном) в Revit Structure 2012.

Рис 3. Конечно-элементная модель в Robot с приложенными силами, моделирующими постнапряжение. Модель импортирована из Revit Structure 2012.

Рис 4. Результаты расчета в Robot поля моментов Mxx, Myy и характерные деформации выгиба плиты перекрытия от постнапряжения (деформации увеличены в 100 раз). Постнапряжение моделировалось метод эквивалентных сил.

Рис 5. Модель плиты перекрытия 9×6 м в Revit Structure 2012 с канатной арматурой, разложенной по эпюре моментов.

Рис 6. Другой подход — модель импортирована из Revit Structure 2012, канатная арматура в виде стержневых элементов с заданным температурным воздействием.

Рис 7. Результаты расчета в Robot. Поля моментов Mxx, Myy и характерные деформации выгиба плиты перекрытия от постнапряжения (деформации увеличены в 100 раз). Постнапряжение моделировалось методом отрицательных температур.