Строительство в Севастополе — сообщество мастеров строителей и отделочников
Строительные работы в Севастополе
Начинаем со скучного сбора нагрузок К собственному весу вопросов нет, как и к оборудованию. Давление грунта на стенки. Я люблю графический способ, но для разнообразия в данном случае, воспользуюсь банальными формулами: У нас грунт засыпки - песок. Минимальный угол 28°, удельный вес 1,8 кг/см³. По графику (методика, касающаяся определения давления грунта, заимствована у Линовича, начиная с 322 страницы) этому углу соответствует примерно значение 0,35. Чем меньше угол, тем больше значение, а следовательно, больше давление. Давление на грунт складывается из собственного веса площадки (а это 300 мм железобетона) и веса автомобиля, груженого автомобиля (в нашем случае 20 тонн груза и вес КамАЗа, около 7 тонн). Если привести нагрузку от веса площадки проблем нет, то как быть с колесной нагрузкой? Нагрузки и воздействия говорят о равномерной распределенной нагрузке и сосредоточенной. Например от грузовика, общим (значит с грузом) весом до 16 тонн - не менее 10 тонн на колесо (это я написал на колесо, а там нет слова "колесо") и не менее 0,7 т/м². В нашем случае "пусть технолог разбирается". Побудем немного технологами, зададим 15 тонн нормативной нагрузки на колесо. Теперь мы опять проектировщики, продолжаем нести свой крест (на секунду мне показалось, что быть технологом (они же смежники) не так уж и плохо, не так уж и трудно. Во время рабочего дня смотришь на их озабоченные лица и мутные глаза и кажется, что несут они ношу не посильную. А тут так легко все выходит. Показалось наверное). к таблице - чем больше нагрузка на грунт, тем большее давление сосредотачивается наверху подпорной стены. Мня уверяют, что все 20 тонн, что были в грузовике, не смогут оказаться в приямке одномоментно, хотя допускают такую возможность. Я решил ее (возможность) не упускать. Еще нагрузка на трапы, для разгрузки автомобиля с торца. Там мы просто приложим нагрузку от колеса на балку и всего делов. Общий вид. Прикладываем нагрузки и получаем следующее: Далее расчет. Хотел по обыкновению передать плоскость плиты основания в КРОСС, но в программе предусмотрена контролирующая функция, не дающая возможность передавать горизонтальные плоскости на разных отметках. Они горизонтальны - повторял и повторял я. Пока не пришла в голову мысль передать их по отдельности. В этом случае включается контролирующая функция в другой программе. Не поспоришь. Используем встроенный в SCAD механизм определения коэффициентов постели. Применяем к основанию коэффициенты (не забываем, что пластины у нас 42 и 44 типа и не забываем задать в узлах 51 элемент) и делаем несколько манипуляций с РСУ и комбинациями загружений. В расчете обращаем внимание на деформации. Несмотря на такой модуль деформации грунта осадка не значительная - до 1 сантиметра. Но из-за неравномерной нагрузки возможен крен, это имеет значение в случае если ванна является основанием для чего нибудь требовательного к крену, например: для высотной башни, как в моем случае. Победа над креном возможно лишь при достаточности исходных данных (геология, нагрузки), мы можем менять геометрию и размеры подошвы, укреплять грунт ну или еще что-нибудь из конструктивных требований (которые чаще всего так и остаются на бумаге). Армирование получилось в основном конструктивное. Пики в местах опор металлических балок. Отлично все получилось. Места опоры балок за армировали как следует, положили закладные. Расчет подпорных стен в scad
Расчет сооружений/конструкций в грунте. SCAD
Конструкция в грунте приямок для приема зерна. Внутри конвейер. Выгрузка вдоль одной из длинных сторон и с торца, да и еще и в двух уровнях.
Расчет фундаментной плиты в SCAD.
Попробуем рассчитать фундаментную плиту под небольшое гражданское здание, нам ассистирует программа SCAD и КРОСС
Считаем что у нас все готово, а именно мы знаем что давит на нее сверху и что сопротивляется этому давлению снизу.
Шаг 1. Создаем очертание плиты. Создаем контур, отступая от габаритов колонн или стен здания. Вылет консоли плиты желательно делать не менее ширины плиты. Теперь контур необходимо разбить на определенной количество пластинчатых элементов. В SCAD существует как минимум два способа:
Первый
На вкладке "узлы и элементы" выбираем элементы(1), затем создаем элементы(2) и после разбиваем(3). Минусы - постоянно необходимо просчитывать на какое количество элементов ты хочешь разбить и в обоих направлениях, при это неусыпно следить за направлениями собственных осей. Если у вас сетка 6х6 - хорошо. А если нет, а если кривое здание и треугольные элементы? Для треугольных элементов есть своя кнопка, аналог (3), но ей лучше никогда не пользоваться, как и треугольными элементами. Это окно будет сниться, если будете делать это впервые для плиты как в этом примере.
Второй
На вкладке "схема" находим кнопку (1), затем определяем контур при помощи кнопки (2). Окончанием определения контура должно служить двукратное нажатие левой кнопки мыши. После кнопка (3) и появится окно для выбора параметров разбивки.
Я обычно в этом окне выбираю метод "В", "создание ортогональной сетки с заданным максимальным размером элемента", "шаг триангуляции" назначаю в зависимости от толщины (как правило шаг 0,3 - 0,4) и ставлю галочку "объединить 3-х узловые элементы в 4-х узловые". Можно и сразу назначит жесткости.
Эффективным, как и должно быть, является смешанный метод. Первым методом задаешь количество в том или ином направлении, а вторым затем разбиваем с тем же шагом. Так же не забываем изменить/задать тип элементов фундаментной плиты - это должен быть 44 тип КЭ (вкладка "назначение" - "назначение типов конечных элементов"). Ранее у нас колонны/стены были защемлены якобы в фундаменте. Сейчас вместо него плита и если мы уберем защемление, то все наше "добро" "провалится" и расчет не будет выполнен. Есть несколько подходов к решению этой проблемы. Некоторые защемляют несколько узлов по краям и в середине, или полосами вдоль и поперек. Некоторые используют 51 тип КЭ. Я пробовал и тот и другой вариант. При использовании защемления в этих местах получим пиковое армирование, а в случае 51 КЭ - нет. В остальном разницы не нашел, поэтому я за 51 КЭ. Все узлы фундаментной плиты выделяем и задаем "связи конечной жесткости" ("узлы и элементы" - "специальные элементы").
Шаг 2. Расчет при помощи КРОСС.
То, что будет описано ниже - воистину танец с бубном! Если нет времени лучше неуклонно следовать инструкции, но сначала дочитайте до конца.
Для первоначального расчета нам необходимо значение равномерно распределенной нагрузки на поверхность плиты. Взять ее можно из протокола решения задачи, сложив суммарные нагрузки по Z, и разделив на площадь фундаментной плиты. Площадь фундаментной плиты можно попытаться измерить инструментом "определении площади полигона" на вкладке "управления". Если даже объект смоделирован в SCAD и хотелось бы рассчитать "так как есть", то все равно придется первый раз пробежаться с равномерно распределенной, потому что во так вот. При передачи данных в КРОСС нас будут спрашивать постоянно "открыть ли существующую площадку". Первый раз все-таки "нет", а потом возможно что "да". Увлекательный процесс задания грунтов и скважин не описывается, о нем можно прочитать здесь. Задаем равномерно распределенную нагрузку и отметку фундаментной плиты. Рассчитываем и предаем данные в SCAD. В окне "назначения коэффициентов упругого основания" можно изменить количество коэффициентов, а можно и не менять. После коэффициенты применяются к плите. Результат можно увидеть нажав правой кнопкой мыши на иконку "номера типов жесткости" панели "фильтры отображения и выполнив ряд манипуляций.Соглашаемся и выбираем загружение или комбинацию
Данные передаются в КРОСС. Далее по идеи необходимо зайти в "настройки" - "нагрузки получены из SCAD" и убрать равномерно распределенную нагрузку (сделать ее равной нулю). Можно считать. После расчета (если получилось), передаем снова данный в SCAD, пересчитываем, снова передаем в КРОСС и т.д. пока не надоест. Если что-то не получилось я отметил ниже, то с чем столкнулся сам, может поможет:
Сначала по делу. При итерациях КРОСС - SCAD изменения можно увидеть и не только при смене равномерно распределенной нагрузки на результаты реакции грунта. Только на результат в итоге это не сильно повлияло, возможно у меня был такой "неудачный" пример. А вот если рассмотреть методическое пособие, на которое ссылался выше, то там различия мне найти не удалось, сколько не всматривался. Результат полученный собственно SCAD сопоставим с КРОССом.
Чтобы не быть голословным вот таблица
Давление грунта под подошвой (расположение соответственно таблице)
\Спасибо создателем КРОСС, что не бросили нас в беде вместе со SCAD, только один вопрос -
создатели SCAD и КРОСС, кто вы? Мне казалось что эти люди если не одни и те же, то хотя бы сидят рядом.
www.half-science.com
(o_O ): Подпорная стена с контрфорсами
Подпорная стена с контрфорсами.
Если необходимо рассчитать подпорную стену с контрфорсами, то за помощью обращаемся к литературе, например к СП 101.13330.2012, СП 43.13330.2012, пособию к СНиП 2.09.03-85, руководству по проектированию подпорных стен и стен подвалов для промышленного и гражданского строительства, к Клейну или к Линовычу. И находим "Тонкостенные контрфорсные подпорные стены состоят из трёх элементов: лицевой плиты, жесткого контрфорса и фундаментной плиты. При этом нагрузка от лицевой плиты частично или полностью передаётся на контрфорс". Всё понятно? Тогда начнём.
Выделяем один из участков и определяем грузовую площадь
Готовим разрез и наносим на него все необходимую информацию.
Удельный вес грунта 2 т/м3, давление на грунт 0,2 т/м2
Находим E - равнодействующую от давления грунта на 1м.п. стены, по формуле:
$$E=0.5\gamma H(H+2h_{0})\mu = 0.5\cdot2\cdot3.3 (3.3+2\cdot0.1) 0.5 = 5.78 т$$
$$h=\frac{q}{\gamma}=\frac{0.2}{2}=0.1 м$$
μ зависит от угла внутреннего трения грунта и находится по графикам из книги Линовича в районе 324 или 325 страницы.По рекомендациям в рекомендациях найдём равнодействующую от давление грунта на контрфорс, для этого умножим равнодействующую на 1 м.п. на длину грузовой площади в плане $$E = l E = 5.25 \cdot 5.78 = 30.35 т.$$
Для получения опрокидывающего момента умножаем приведённую к контрфорсу равнодействующую на плечо, которое вычисляется как 1/3 от высоты стены (так как давление грунта на подпорную стену имеет треугольную эпюру, то равнодействующая находится в центре тяжести; и - высота стены - участок стены между уровнями грунта с лицевой и тыльной стороны) $$M_{опр}= E \cdot e = 30.35 \cdot 1.1 = 33.85 тм$$
Найдём удерживающий момент относительно точки, находящийся на краю контрфорса. Для этого определим вес подпорной стены и контрфорса.
$$G_{стены} = 5,25 \cdot 3.9 \cdot 0.4 \cdot 2.4 + 5.25 \cdot 1.5 \cdot 0.38\cdot 1.9 = 28.96 т$$
$$G_{контр} = ( 1.8 \cdot 2.1 + 0.9 \cdot 1.2 ) \cdot 2.4 = 4.66 т$$
Теперь необходимо плечо - расстояние от приложения нагрузки до точки, относительно которой находится момент. Определить это расстояние можно прибегнув к программе Консул, если, кончено, вы не на работе и у вас не вся рабочая недели впереди.
Таким образом удерживающий момент $$M_{уд}= 1.719 (28.96 + 4.66) = 57.79 тм$$
Условие выполняется $$M_{уд} > M_{опр} \rightarrow 57.79 > 33.85$$
Исходя из тех же рекомендаций и если логически развивать мысль далее, то стенка работает как балка. В пролёте возникает растягивающий момент, который воспринимается бетоном, а на опоре горизонтальное усилие, воспринимающееся контрфорсом. Мы не переживаем за контрфорс, а вот проверить материал стены в центре - можно. Думаю вряд ли кто-нибудь будет спорить с предположением, что узел стыка контрфорса и стенки не является шарнирным, а следовательно момент в середине пролёта (между контрфорсами) будет равен $$M=\frac{ql^{2}}{24}=\frac{5.78 \cdot 4.9^{2}}{24}=5.78тм$$
Момент сопротивления сечения подпорной стены $$W=\frac{bh^2}{6}=\frac{3.9\cdot0.4^2}{6}=0.104 м^3$$
Для бетона В7,5, из которого делаю блоки стен подвалов, расчётное сопротивление растяжению $$R_{bt}=\frac{R_{bt,n}}{\gamma_{bt}}=\frac{0.7}{1.3}=0.538 МПА=54,84 т/м2$$
Проверяем условие
$$R_{bt}\leq \frac{M}{W}\rightarrow 54.84\leq 55.58$$
Условие не выполняется и стенку необходимо усилить или, как вариант, уменьшить нагрузку. Так как условие не удовлетворяется примерно на 1%, то проще уменьшить нагрузку, нежели затевать усиление. Мы принимали в расчёте давление на грунт 200 кг/м2 и теперь самое время отказаться от этой затеи, выставив ограждение на метр-полтора от стены или повысить уровень земли с лицевой стороны, если позволяет рельеф.
Будьте внимательны! Данный расчёт лишь логическое движение мысли на основе знаний теоретической механики и сопротивления материалов, вызванное коротким и точным тезисом из наших нормативных документов.
www.half-science.com
Расчёт фундаментной плиты под свинарник (SCAD 21)
Фундаментная плита, толщиной 200 мм, на почти (стабилизированный грунт) естественном основании под свинарник в новом SCADНачало стандартное - схема в AutoCAD. Экспорт в новый SCAD срабатывает исключительно, если чертёж в dxf формате
Форма плиты сложная, много пересечений. Воспользуемся "генерацией сетки произвольной формы на плоскости" и выделим сразу вес контур (ведь есть же новая функция "улучшение качество триангуляции").
В который раз убеждаюсь, что эта функции в новом SCADе работает! (в первый раз плита была разбита на элементы с длиной стороны 0,2 м, что вылилось в 40 минут расчёта, вторая попытка с длиной стороны 0,5 м сократила время расчёта до 9 минут)
Добавляем жесткости для стоек и балок и получаем в итоге готовую схему вот такого вида:
(балки 150х150 мм, столбики 300 мм в диаметре)
Вводим данные по нагрузкам. Процедур отличается от предыдущей версии только тем, что мы сразу назначаем тип и вид нагрузки, что упрощает в последствии ввод РСУ
Зададим коэффициенты постели при помощи экспорта в "Кросс". Для начала необходимо узнать давление на плиту. Для этого в протоколе решения задачи находим таблицу суммарных внешних нагрузо и складываем все значения в столбце Z. В последствии делим на площадь плиты
| Плита 79,4х25,7, делим на суммарную нагрузку и получаем 2,2 т/м² |
Почему нагрузка ноль? Потому что, как и в прошлой версии, если в дальнейшем будет
необходимо передать нагрузки из SCAD, необходимо будет в существующей площадке равномерно распределённую нагрузку задать нулю и "Кросс" может выдаст ошибку.Чтобы избежать этого лучше иметь под рукой готовую площадку со скважинами и геологией, и с нулевой распределённой нагрузкой на плиту. В этом случае, при передачи нагрузки из SCAD проблем с расчётом быть не должно. Что такое М10? Это стабилизированный грунт - грунт, физико-механические характеристики которого значительно увеличены, относительно его же в природном состоянии, благодаря добавлению химических веществ. Целью использования стаб грунта в качестве основания плиты - оправдать минимальное армирование (цель не была достигнута). Выполняем расчёт, сохраняем данные и закрываем окно "Кросс" - стандартный способ передачи данных обратно в SCAD. Выбираем количество значения (очевидным является тот факт, что если выбрать значений более 100, то время расчёта значительно увеличиться).Чтобы увидеть коэффициенты постели необходимо нажать правой кнопкой на иконке "номера типов жесткости" и в появившемся окне поставить галочку на "цветовом отображении" и выбрать необходимый для отображения коэффициент упругого основания.
Перед расчётом необходимо закрепить плиту. Есть множество способов и каждый из них был опробован и исходя из опыта, на мой взгляд, самый простой - этот (см. картинку)
Целью этой задачи было проверить армирование и поэтому мы может прибегнуть к нововведению в SCAD - зададим схемы армирования пластинчатых элементов
Для начала выберем тем элементы, которые необходимо проверить. В данном случае нижняя арматура диаметром 10 с шагом 200 мм лежит только под несущими стенами и частично под столбами между ними.
Также изначально мы можем сформировать группы армирования, так как это делалось в предыдущей версией с единственным отличием в том, что в новой версии группы армирования можно сформировать до расчёта.
После расчёта проверяем заданное армирование - вкладка "железобетон" - "экспертиза железобетона" - "расчёт". Информационное окно с номерами элементов, армирование которых не требуется - как использовать эту информацию мне пока не понятно.
Сам же результат расчёта неутешителен
| Заданное армирование не проходит |
Замечал ранее, что нужен был проверочный расчёт, который и показал, что армирование данной плиты только под несущими стенами является некорректным. Данную плиту, как и вообще плиты, необходимо армировать в обоих зонах, несмотря на то что основанием является стабилизированный грунт с 45 МПа и вся плита рассечена на почти ровные квадраты со стороной 6 м противоусадочными швами.
www.half-science.com
Расчет железобетонного монолитного здания в SCAD
Монолитное железобетонное здание - далее просто здание - действительно здание. Формы и очертания взяты с картинки из интернета и ничего общего с реальностью не имеют. Заточим карандаши, положим перед собой лист бумаги и в бой.
Вот такая картина в первом приближении и рядом картина во втором. На второй картине нанесены вспомогательные линии, они помогут сделать хорошую сетку. Импортируем в SCAD, выбираем масштаб и получаем схему. Иногда бывает, что схема ориентирована не верно. Исправить можно функцией "геометрические преобразования".Если все сделали правильно, то картина расчетный схемы при виде сверху будет соответствовать той, что была нарисована в AutoCAD.
Далее разбиваем сетку. Две мне известных функции есть в SCAD:
Узлы и элементы - Элементы - Добавление пластин. Алгоритм работы инструмента - выбираем 4 узла, создаем элемент, затем разбиваем ее на нужное нам количество элементов инструментом "Дробление 4-х узловых пластин" в той же линейке. При дроблении надо следить за направлением местных осей, что делает это способ очень утомительным.
Схема - Генерация сетки произвольной формы. Здесь немного сложнее. Надо создать контур из любого количества точек, затем "Генерация треугольной сетки КЭ на плоскости". В появившемся меню выбираем необходимые нам параметры. У обоих есть свои плюсы и минусы. Идеально они работает компенсирую друг друга. Неважно каким из способов создавать сетке, главное результат.
Ну вот и прошли эти 5-6 часов жизни (в какой-то сторонней программе на создание всей схемы с нагрузками ушло бы столько же). Результат ниже.
Этажи у нас типовые (такое часто встречается), поэтому лучше всего отработать это перекрытие на все 100%:
- найти и исправить все ошибки (инструментов для этого на этой стадии, наверное, и нет, кроме визуального)
- задать нагрузки
- направить вектора выдачи усилий в одну сторону (Назначение - Переход к напряжениям вдоль заданного направления для пластин) для корректного отображения усилий и результатов подбора арматуры
- задать типы элементов (в данном случае лучше оперировать 44 и 43 типами пластинчатых элементов)
- задать оси здания и отметки перекрытий для удобства чтения схемы и т.д.
- вставить АЖТ (Узлы и элементы - Специальные элементы - Твердые тела) в местах прохождения колонн через перекрытия. Тем самым мы снимем (хотя бы частично) пики усилий и как следствия армирования в этих местах (ставить из вовсе не обязательно, на усмотрение)
Временные
- технологическая нагрузка и ее разновидности и варианты приложения;
- снеговая нагрузка;
- ветровая нагрузка.
Для ускорения процесса моделирования на типовую плиту можем задать нагрузку от пола, ограждающих конструкций, перегородок, технологическую нагрузку. Остальные (я привык) задаю после сборки всей схемы. Колонны для четырехэтажного здания скорее всего не будут большого сечения, 400х400 достаточно. Говорят, что балки при таких колоннах, для простого решения узла примыкания, целесообразно делать на 100 мм меньше. Высоту балок (сделаем ее тоже 300 для начала) будем корректировать позже. Толщина плиты подбирается исходя из конструктивного условия 1:30 пролета. Пролеты в данном случае везде разные, максимальный 6700 мм, то есть толщина плита 220 мм. Толщина стен шахты лифта 200 мм (это самодеятельность, так как классическая толщина 180 мм, на которой настаивает СП). Лестница - сборные ступени по стальным Z-образным косоурам, опирающимся на промежуточные стальные и этажные железобетонные балки. Лестница нужна исключительно для нагрузки (чтоб не высчитывать), ну и если понадобится, то ее можно легко превратить в монолитную. Чтобы лестница не оказывала влияние на остальные конструкции надо добавить шарниры и проконтролировать, лестница не имела общих узлов с перекрытием. Так же обращаем внимание куда попадает наш первый косоур. Если в основании у нас фундаментная плита, то просто опираем на нее, но если у нас столбчатый фундамент, придется либо добавлять дополнительные элементы, приводящие нагрузки в узлы колонн, или убирать первый марш и заменять его сосредоточенной нагрузкой. Есть и еще момент - в нормах есть разница между коэффициентами по нагрузке бетона и металла. И это может означает два загружения собственного веса. Задали загружение (можно одно), задали защемление колонн в фундаменте (Назначение - установка связей в узлах) и можно запускать расчет. Уверен, что ошибок масса. У меня всегда так. Есть программный контроль и нахождение ошибок - Управление - Экспресс контроль расчетной схемы. Но прежде для профилактики рекомендуется - Узлы и элементы - Узлы/Элементы - Объединение совпадающих узлов/элементов и Упаковка данных(!) Если ошибки остались - смотрим на какой узел или элемент ругается, находим и стараемся понять что не так. Когда все ошибки в типовом этаже будут исправлены, копируем его столько раз, сколько необходимо. В данном случае 4 раза. Четвертый и пятые этажи будут отличаться, над ними придется поработать, откорректировать. После каждой корректировки лучше проверять все загружение. Обязательно проверить условия прикрепления. Мы копировали этаж, который был закреплен (условия примыкания/закрепления копируются по умолчанию), и теперь в уровне каждого этажа колонны жестко закреплены, это надо исправить. Последний этаж меньшей высота, стало быть можно не без основательно полагать, что верхний узел предпоследнего этажа не совпадет с нижним последнего. Тоже лучше исправить. Подобных ситуация может быть больше в любом другом случае. Далее продолжаем работу со всей схемой - задаем оставшиеся нагрузки. Список загружений выглядит следующим образом: Несколько технологических загружений объясняется требованием руководства по расчету безбалочных перекрытий. Как собирались нагрузки: Шаг второй - расчет. Прежде чем приступить к расчету сформируем исходные данные для него: РСУ, комбинации, данные для анализа устойчивости. По завершению расчета приступаем к анализу полученных результатовШаг третий - анализ Многие ограничиваются записью в протоколе расчета "Расчет выполнен". Надпись крупная, буквы заглавные, можно ставить точку. Но мы пойдем дальше. Нас будут интересовать деформации и прочность элементов, так как именно это интересует тех, кто идет далее по цепочке: заказчик, строители, эксперты, наконец. Деформации каркаса здания и прочность его элементов мы будем рассматривать исходя из жесткого защемления в фундаменте, то есть без учета совместной работы, так как не известно, что за фундамент будет в итоге: сваи, столбчатый, плита. (В действительности были разработаны все виды: столбчатые и сваи в ФОКе, плита здесь, в SCADe). С плитой все понятно, моделируем плиту, считаем, проверяем, все здесь, в одной программе (кстати, расчет плиты под это здание здесь). С ФОКом как быть? Поясню: посчитать в ФОКе, несмотря на то, что он чудит не хуже SCADa, а иногда и превосходит его, можно. Мы получим осадку, которую можно попробовать задать в расчетной схеме, но это осадка от всех нагрузок и так сказать "разом". В реальной жизни, здание будет садится плавно, от собственного веса, который, между прочим, чуть ли не 50% всех нагрузок. То есть такой подход не совсем верен, мягко говоря и, возможно даст не совсем адекватный результат армирования. То же можно и сказать о свайном фундаменте, хотя и осадка будет в разы меньше, а у нашего здания вообще вряд ли превысит одного сантиметра. Можно пойти на следующую хитрость - сделать два варианта каждого фундамента. Первый - собственный вес, второй - все загружения. Разницу между осадками задать в расчетной схеме. Подход грубый, но может дать некое представление о совместной работе и удовлетворить просящего или требующего такой расчет. Что нас может интересовать в анализе здания по деформациям? Деформации не должны превышать допустимых, формы собственных колебаний, по крайней мере первые две не должны быть крутильными (не знаю откуда растут ноги у этого утверждения, но оно используется настолько часто, что стало неким догматом при расчете на устойчивость). Прежде чем, позволю себе напомнить, что проверяем мы на нормативные нагрузки с учетом коэффициентов сочетания нагрузок и(!) с пониженным модулем бетона (это требование СП 52-103-2007 п.6.2.7). Возможно лучшим вариантом будет сделать отдельную схему с пониженными модулями и удалить из нее что-нибудь не относящиеся анализу на устойчивость, например - лестницы по стальным косоурам или еще что-нибудь, что может дать большие деформации и ввести в смуту. При таких исходных данных даже в таком здании, как в этом примере, мы получим перемещения вертикальные более допустимых, но как бы не хотелось для примера, крутильную форму так и не получили. В любом случае каркас необходимо ужесточать. Как можно это сделать - конечно это диафрагмы. По своему опыту могу сказать, что мне не удалось указать на лучшее для этого место в здании. Был проведен не один десяток экспериментов для выявления лучшего места. Миссия по анализу деформаций на этом заканчиваться - наши горизонтальные и вертикальные прогибы не превышают максимально допустимых и здание не крутит, по крайней мере в двух первых формах собственных колебания. Красота теперь выглядит так: Прочность элементов. При расчете прочности железобетонный или стальных элементов я всегда проверяю результат в "сторонней" программе, например "Арбат" или "Кристалл" для объективности (но ведь это программы одной и той же компании - скажете вы и будете правы, вот только как выяснилось, люди, работающие над одним продуктом, не знаю, что делаю люди, работающие над другим). Всегда результаты отличаются как минимум не порядок. Это явление нормальное и не стоит драматизировать. Берем, естественно, в большую сторону. Но если разница более, то надо искать ошибку или прибегать к литературе. Такое возможно, например, если SCAD или "Арбат" или "Кристалл" рассматривает элемент на действие момента, а он на самом деле его не воспринимает. Эти десятые, а порой и сотые доли момента, эта точность вычислений, которая, кончено же идет в плюс SCADу, способна влиять таким образом. Есть пример, он приведен тут. В этом примере нас будет интересовать армирование колонн, плит, диафрагм и шахты лифтов. Как задается армирование в построцессоре SCAD я описывать не буду, с этом не должно возникнуть проблем. Как проверять в "Арбат" - "сопротивление сечения". Так можно проверить на РСУ из SCAD стержневые элементы - колонны, балки. Можно выписать усилия худшие на наш взгляд и посчитать как колонну или балку, но такой способ не практикуется массами и результат такой проверки я не могу комментировать. Проверить плиту в "Арбат" - я не делал ни разу и вам не советую. Тоже касается стен. Хотя есть вариант проверки плиты по классической теории - необходимо отсечь все не нужно, а места , где плита опиралась на колонны заменить жесткими опорами и считать, что на всех типовых этажах будет одно и тоже армирование. Хочу добавить полезность ориентации векторов выдачи усилий и ориентации собственных осей, о которых написано здесь, и ещё... при расчете армирование плит вы упретесь в красненькие элементы в области опоры плиты на колонну. Решить эту проблему можно здесь при помощи капителей. Это был анализ, которого вполне достаточно для выдачи задания, выполнения чертежей и для экспертизы. Но, мы снова пойдем дальше и на волне этой темы проследуем: - монтаж, на примере этого здания; - расчет столбчатых фундаментов в ФОК; - расчет свайных фундаментов в ФОК; - анализ совместной работы каркаса здания с фундаментом (плита, сваи, столбы).www.half-science.com
Приложение ветровой и снеговой нагрузок в SCAD (эксперимент)
Для расчета конструкций и сооружений в SCAD не редко приходится учитывать ветровую иногда и снеговую нагрузки и каждый раз, в зависимости от случая, задаешься вопросом - как именно лучше и правильнее приложить!?Допустим у нас каркас с определенным шагом колонн. Мы можем собрать ветровую (или снеговую) нагрузку и приложить к колонне (к ригелю). Но а если нам необходимо рассчитать фахверк (прогон), горизонтальный или вертикальный? А если вычислить грузовую площадь приходящуюся на колонну (фахверк, прогон, ригель) не просто?За свою практику я встречал три случая:
- вычисляем в ручную и задаем на колонну или фахверк;
- используем пластины для передачи усилий на элементы каркаса, причем и те и другие имеют общие узлы;
- то же, что и во втором случае, только узлы не общие. передача производится может различными способами: через стержневые элементы, через жесткие вставки и через объединение узлов.
Прежде чем приступить к эксперименту, нужно определится с тем, что берем за эталон. Так как до появления компьютеров пользовались пользовались методикой, описанной в первом пункте, ее и примем.
Общие для всех - ветровая нагрузка 35 кг/м²
Схема подопытного каркаса для каждого способа
Способ первый - задаем ветровую нагрузку на колонну собранную в ручную.
Разобьем первый способ на 2 варианта:
- приложим к колонне, грузовая площадь - 4 м². На среднею стойку 140 кг/м.п., на крайние 70 кг/м.п.
- приложим к фахверку, грузовые площади 0,95 м и 1,95 м, на нижний и верхний фахверк 33,3 кг/м.п., на средний 68,3 кг/м.п.
Эпюра моментов (слева направо нагрузка на колонну и нагрузка на фахверк)
Эпюра поперечной силы (слева направо нагрузка на колонну и нагрузка на фахверк)
По результатам расчета (эпюрам) можно сделать вывод, что результат идентичный. На колонну пришла одна и та же ветровая нагрузка (разница менее 3%).
Второй способ - задаем нагрузку на пластины, имеющие общие узлы с каркасом.
Разбиваем пластины и элементы каркаса на отрезки примерно по 0,5 м, и задаем нагрузку в 35 кг/м². Жесткость пластины - сталь толщиной 0,8 мм
Эпюры моментов и поперечной силы
У этого способа явный недостаток - мы, без специальных мероприятий, не можем анализировать работу фахверка, так как общие узлы пластины имеются и с узлами колонны, стало быть часть нагрузки идет на колонну минуя фахверк. Я менял жесткость с 8 мм до одного метра и в итоге получил получил едва заметную разницу.
Третий способ - задаем нагрузку на пластины, не имеющие общих узлов с каркасом. Пластины те же, что и в предыдущем способе, относим их на определенное расстояние (для меня это 0,5 метра) и соединяем с узлами каркаса. Я буду соединять как и следует исключительно с узлами фахверка. Первый вариант - объединение перемещений. Объединяем перемещения вдоль той оси, вдоль которой направлена ветровая нагрузка. Изюминка в том, что нельзя сделать это разом, необходимо выделять каждую пару и применять именно к ней. Эпюры моментов и поперечной силыВторой вариант - АЖТ. Выбираем два узла и устанавливаем в низ АЖТ с жесткой связью вдоль действия ветровой нагрузки. Этот вариант проще предыдущего, так как можно АЖТ копировать.
Эпюры моментов и поперечной силыТретий вариант - элементы. Жесткость не должна иметь значения, но мы их сделаем круглыми и жесткими.
Эпюры моментов и поперечной силы
У этого способа есть и преимущества и недостатки. Преимущество перед вторым в том, что можно анализировать работу фахверка, если это необходимо. Недостаток - сложнее моделировать, задавать отдельно объединение (АЖТ, элементы) для каждой пары узлов.
Выводы:
Чтобы не быть голословным результаты в таблице. Рассматривалась во всех случаях колонна в осях "Г"/"1"
M (внизу/вверху) | Q (внизу/вверху) | |
эталон (ветер на колонны) | 1,17/-0,31 | -0,66/0,15 |
ветер на фахверк | 1,14/-0,34 | -0,66/0,15 |
ветер на пластины с общими узлами | 1,20/-0,36 | -0,60/0,13 |
ветер на пластины через объединение узлов | 1,18/-0,35 | -0,67/0,14 |
ветер на пластины через АЖТ | 1,18/-0,35 | -0,67/0,14 |
ветер на пластины через элементы | 1,18/-0,45 | -0,68/0,11 |
Получается, что для передачи все способы хороши и выбор способа будет определять сложность схемы, количеством свободного времени и привычкой. Для простой схемы - первый способ (можно второй, если уж совсем не хочется считать грузовые площади), для сложной - третий. Если выбирать из вариантов третьего способа, я, наверное, за объединение узлов. Надо понимать, что второй и третий способ нельзя использовать при расчете схемы на устойчивость (второй способ в добавок может повлиять на анализ колонн и фахверка), но можно обойти эту проблему, передав нагрузку через "нагрузку на фрагмент схемы".
Уверен, что то, что справедливо для ветра, будет справедливо и для снеговой нагрузки. Кто при сборе снеговой нагрузки учитывает угол ската? Третий способ передачи нагрузки позволит и об этом забыть.И еще, раз и навсегда выяснить, есть ли необходимость менять направление местных осей прогона, если необходимость в жестких вставках, повлияет ли это на конечный результат?Испытуемые:1 - прогон как есть, без поворота местных осей и жестких вставок2 - прогон с поворотом местных осей3 - и с поворотом местных осей и с жесткими вставками
Прогоны шарнирно примыкают к ферме.
За эталон возьмем прогон с той же нагрузкой, но посчитанный в "Кристалле"
Что думает про прогоны SCAD:
Неожиданно?
Передаем сочетание усилий в "кристалл" и в "сопротивлении сечения" задаем соответствующие характеристики:
Теперь самое интересное, попрано что думает о прогоне SCAD и что думает о прогоне "Кристалл"
Результаты SCAD очень сильно отличаются от "Кристалла" ("Кристалл" явно лучшего мнения о 10 швеллере). Невооруженным глазом видно, что при изменении угла и геометрического положения прогона, что-то изменяется. Причем SCAD учитывает без учета пластики, а "Кристалл" с учетом. Вообщем - не сильно то сравнивать можно, они вроде одно дело делают, да только и пути и результаты слишком разные. Повторяется история со SCAD и "КРОСС". Кончено, когда мы считаем прогоны в SCAD, часть не нужных нам усилий (таких как сжимающая или растягивающая сила) участвуют в расчете, но не они являются критическими. Момент из плоскости. Им можно пренебречь, когда мы используем тяжи или крепим профлист в каждой гофре, создавая жесткий диск и тем самым закрепляя из плоскости. Можно сказать это "Кристаллу", поставив вместо значений нули при проверки сечения. В SCAD этого не сделать. Поэтому, если нет необходимости учитывать работу прогона в составе каркаса в качестве связи ли распорки, то лучше их (прогоны) исключить из схема вовсе.www.half-science.com
Моделирование монолитного здания в SCAD 21
Моделирование монолитного здания в новой версии SCAD. Так как программа "Форум" в предыдущей (11) версии программы мной не освоена, то и в новой версии пока обойдём её стороной. По привычки сначала создадим контуры плиты и колонны в файл dxf и импортируем в SCADМеню новой версии очень похоже на предыдущую, поэтому без проблем можно найти "генерацию сетки..." на той же вкладке "схема" (значки выглядят тоже так же). Приятной неожиданность стало то, что после "установки контура" нас никуда не выбрасывает, а мы остаемся в там же в меню.
Прошлая версия славилась ужасным качеством сетки при разбиении контуров неправильной форму, Проверим.
Несмотря на то, что он не захотел основную массу расположить вдоль существующих элементов и изуродовать сетку по наклонной части, результат выглядит гораздо лучше, более того, его можно использовать. Появилась новая кнопка "Улучшение качества триангуляции", при нажатии что-то происходит, но так и не удалось выяснить как это влияет на качество. Есть ещё одна новая кнопка "Качество триангуляции" - красит в красный цвет элементы, которые по форме не удовлетворяют теории расчёта, то есть в этих элементах усилия, а следовательно и армирование, будет некорректным (это я сам додумал, может не совпадать с идеей авторов).
Пойдём дальше и проверим на участке ещё более сложной формы
Получим не плохую сетку
Нажмём несколько десятков раз на кнопку "Улучшение качества триангуляции" (каждый раз при нажатии визуально что-то изменяется, но с каждым новым разом всё менее и менее заметно)
Что-то выровнялось, однако там, где вполне могли быть элементы правильно формы, остались элементы не совсем правильной формы. Благо мест таких совсем не много и результат вполне приемлем.
Задаём жесткости элементам. Процесс от предыдущей версии не отличается,
В новой версии добавилась возможность назначить начальное армирование для стержней и плит.
Для стержней в окне вводе, к сожалению, нет эскиза. Посмотреть что такое S1, S2 и тд можно лишь после того, как мы применим его к элементам, посмотрев в "Информации об элементе"
Для пластин процесс идентичен за тем лишь исключением, что и в "Информации об элементе" нам эскиз армирования не покажут.
Назначения связей в основании.
Проверка схемы. Помимо "Экспресс анализа" появилась кнопка "Проверка готовности к расчёту". Нельзя назвать её совсем уж бессмысленной, хотя прочувствовать на данный момент её крайнюю необходимость не представилось. Вообще процесс проверки исходных данных в новой версии мне показался гораздо менее удобным, нежели в предыдущей.
Для изменения направления оси X1 отыскиваем известную нам из предыдущей версии кнопку "Изменение направления местной оси X1 стержней" и видим вот такое диалоговое окно. На мой взгляд это очень полезный инструмент.
Над загружениями явно поработали. Помимо названия теперь необходимо указать множество данных, которые ранее использовались при создании РСУ. Фактически РСУ и создается на этапе создания загружений, поэтому при изменении норма, например со старого СНиПа на новый СП придётся некоторые моменты изменять в самих загружениях (точно касается снеговой нагрузки).
Группа армирования задаются сразу в исходных данных перед расчётом, что скорее удобнее, чем нет.
Колонны задаю привычным способом.
www.half-science.com
