Тема 10. Конструюючі системи ПК «ЛІРА-САПР». Залізобетонні конструкції
| Сайт: | Навчально-інформаційний портал НУБіП України |
| Курс: | Основи автоматизованого проектування в будівництві ☑️ |
| Книга: | Тема 10. Конструюючі системи ПК «ЛІРА-САПР». Залізобетонні конструкції |
| Надруковано: | Гість-користувач |
| Дата: | пʼятниця, 3 січня 2025, 01:24 |
1. Призначення та можливості систем проектування залізобетонних конструкцій АРМ-САПР в локальному та наскрізному режимі.
ПК ЛІРА дозволяє здійснювати підбір арматури і перевірку заданого армування в стержневих і пластинчастих елементах для різних випадків напруженого стану. Розрахунок ведеться відповідно до вимог ДБН В.2.6-98:2009
«Бетонні і залізобетонні конструкції. Основні положення», СНиП 2.03.01-84*, СП 63.13330.2012, EUROCODE 2. При розрахунку армування застосовуються характеристики арматури, що відповідають ДСТУ 3760-98 «Прокат арматурний для залізобетонних конструкцій».
Площі арматури за першою та другою групою граничних станів обчислюються за зусиллями від окремих завантажень, за розрахунковими сполученнями навантажень (РСН) або розрахунковими сполученнями зусиль (РСЗ), отриманими у результаті розрахунку конструкції. Вихідними даними для розрахунку армування є результати розрахунку зусиль та РСЗ в основній схемі. Усі дані необхідні для розрахунку і конструювання залізобетонних конструкцій зберігаються в файлі з основною схемою з розширенням *.lir.
Визначення армування здійснюється на основі нормативних даних, які містять відомості про розрахункові характеристики арматури та бетону, діаметри і площі арматурних стержнів і т.п.
Для підбору армування в ПК ЛІРА в інтерактивному режимі задаються додаткові дані: нормативні та розрахункові характеристики бетону і арматури, призначаються конструктивні елементи, задається уніфікація елементів і т.п.
Для визначення та перевірки армування в системі ЛАРМ-САПР початкові дані можна ввести як у інтерактивному режимі, так і шляхом експорту даних із ВІЗОР- САПР з їх подальшим корегуванням. Можна багато разів змінювати параметри перерізу, геометричні характеристики, задане армування перерізу, інформацію про матеріали, зусилля та сполучення і здійснювати багатоваріантний підбір арматури.
Для визначення армування в елементах розрахункової схеми розроблені 4 модулі армування: СТЕРЖЕНЬ, БАЛКА-СТІНКА, ПЛИТА, ОБОЛОНКА.
Результати визначення армування, конструювання і перевірки на задане армування видаються у вигляді таблиць. Також результати можна проглянути в графічному виді на екрані монітора.
2. Армування стержневих елементів.
Модуль армування СТЕРЖЕНЬ здійснює підбір арматури в стержневих елементах від таких зусиль:
- поздовжньої сили (стиск або розтяг) Nx;
- крутного момента Мk;
- згинальних моментів у двох площинах My, Mz;
- поперечних сил у двох площинах Qy, Qz.
Розрахунок виконується за першою (на міцність) і другою (на тріщиностійкість) групами граничних станів.
Допустимі форми перерізу: прямокутник, тавр з полицею внизу чи вгорі, двотавр, кільце, круг, хрестовий переріз, кутник, тавр зі зміщеною стінкою (полиця внизу або вгорі).
При підборі поздовжньої арматури граничний стан перерізу прийнятий у відповідності до ДБН В.2.6-98:2009: стиснута зона бетону з розрахунковим напруженням, розтягнута і стиснута арматура з розрахунковими опорами сталі.
Алгоритм має дві гілки: для плоского випадку (за наявності згинального моменту в одній площині та поздовжньої сили) і для просторового випадку (за наявності згинаючих моментів у 2-х площинах і поздовжньої сили).
У плоскому випадку завжди розраховується тавровий переріз з полицею в стиснутій зоні. За необхідності полиця знищується шляхом призначення для неї нульової висоти.
У просторовому випадку переріз розбивається на елементарні прямокутні площинки. Граничний стан шукається методом ітерацій.
При розрахунку здійснюється контроль відсотка армування. Якщо перевищені 5%, то видається повідомлення з рекомендацією збільшити розміри перерізу або підвищити класи матеріалів. У просторовому випадку, крім того, контролюється гранична площа стиснутої зони, величина якої збільшується за наявності стискаючої поздовжньої сили.
Кожний переріз перевіряється на отриману з лінійного розрахунку кількість розрахункових сполучень зусиль (РСЗ). РСЗ формуються у результаті попереднього розрахунку в схеми або задаються користувачем в автономному режимі. Критеріями вибору РСЗ є екстремальні напруження в периферійних зонах перерізу.
Формуються дві внутрішні групи РСЗ: за наявністю короткочасних навантажень, сумарна тривалість яких мала (група В) і без таких (група А). Для цих двох груп РСЗ застосовуються різні коефіцієнти умов роботи бетону γb2 (ДБН В.2.6- 98:2009). У розрахунку можна також використовувати РСН або зусилля, отримані після розрахунку всієї схеми.
Модуль враховує в розрахунку арматуру, що встановлюється за конструктивними вимогами. Для елементів, що працюють на згин, це стержні Ø10 мм по кутках перерізу, для стиснутих елементів – стержні Ø16 мм чи Ø12 мм для малих перерізів. При значних розмірах перерізу по сторонах ставиться конструктивна арматура. За необхідності можна відмовитися від конструктивних вимог ДБН В.2.6-98:2009.
Модуль СТЕРЖЕНЬ спирається на нормативну базу, в якій містяться розрахункові і нормативні характеристики матеріалів, а також процедури для визначення геометричних характеристик бетонного перерізу.
На вимогу користувача виконується розрахунок ширини розкриття тріщин. Допустима ширина тривалого і короткочасного розкриття тріщин задається користувачем. Нульову ширину розкриття тріщин задавати заборонено.
Передбачена ознака особливих умов роботи стержнів:
- звичайний стержень;
- балка;
- колона;
- пілон.
За бажанням користувача може бути виконане симетричне або несиметричне армування відносно місцевих осей перерізу Y1 або Z1. Як правило, для елементів, що працюють на згин (балки), призначають несиметричне армування (зазвичай відносно горизонтальної осі Y1). Для колон, як правило, призначають симетричне армування, оскільки в колонах згинаючі моменти обумовлені головним чином знакозмінними навантаженнями. Несиметричне армування колон може бути виправдане за наявності значних місцевих навантажень (кранових, ґрунтових). Користувачу досить призначити несиметричне армування, не визначаючи вісь, відносно якої відсутня симетрія. Ця вісь визначається автоматично, шляхом аналізу РСЗ.
У модулі СТЕРЖЕНЬ реалізовані два алгоритми підбору арматури, які вибираються користувачем:
1) алгоритм дискретної арматури з пріоритетним розташуванням стержнів у кутових зонах перерізу забезпечує найраціональніше розташування арматури, оскільки кутові стержні сприймають згинальні моменти обох напрямів. Цей підхід дозволяє зменшити необхідну площу арматурних стержнів;
2) алгоритм розподіленої арматури з рівномірним розташуванням розрахункових площ по сторонах перерізу. У порівнянні з алгоритмом дискретного армування такий підхід призводить до перевитрат арматури. Проте в цьому випадку користувачу надається можливість здійснити вибір діаметрів і розстановку арматурних стержнів самостійно.
Основний алгоритм, що реалізований в модулі СТЕРЖЕНЬ при підборі арматури надає перевагу кутовим стержням (в межах встановленого користувачем обмеження на максимальний діаметр арматури). Це зумовлене тим, що кутові стержні здатні найефективніше сприймати згинальні моменти різних напрямків. Крім цього, кутові стержні, як правило, встановлюються за умовами конструювання залізобетонного елемента.
Алгоритм розподіленої арматури не допускається у таких випадках:
• при розрахунку просторового стержня, в якому один із згинальних моментів (Му або Мz) перевищує інший на 10%;
• за наявності арматури, обумовленої дією крутного моменту, яка розташовується по сторонах перерізу і не може бути рівномірно розподіленою;
• у двотавровому перерізі.
У загальному випадку результати для кожного перерізу видаються у трьох рядках:
1) повна арматура, підібрана за першою та другою групами граничних станів;
2) арматура, підібрана за першою групою граничних станів;
3) частина арматури, зумовлена крученням.
У необхідних випадках друк супроводжується повідомленнями про помилки або попередженнями. У вихідних таблицях видаються також відсотки армування, перерізи поперечної арматури у двох напрямках і ширина розкриття тріщин.
У результаті підбору арматури видаються такі величини (позначення – на рис. 10.3):
1. Поздовжня арматура (площі поздовжньої арматури (см2) і відсоток армування):
- AU1 – площа кутової нижньої поздовжньої арматури (в лівому нижньому кутку перерізу);
- AU2 – площа кутової нижньої поздовжньої арматури (в правому нижньому кутку перерізу);
- AU3 – площа кутової верхньої поздовжньої арматури (в лівому верхньому кутку перерізу);
- AU4 – площа кутової верхньої поздовжньої арматури (в правому верхньому кутку перерізу);
- AS1 – площа нижньої поздовжньої арматури;
- AS2 – площа верхньої поздовжньої арматури;
- AS3 – площа бічної поздовжньої арматури (біля лівого краю перерізу);
- AS4 – площа бічної подовжньої арматури (біля правого краю перерізу).
2. Поперечна арматура (площа поперечної арматури (см2):
- ASW1 – вертикальна поперечна арматура;
- ASW2 – горизонтальна поперечна арматура.
Видається також ширина короткочасного і тривалого розкриття тріщин (мм).
При підборі арматури з пріоритетом кутових стержнів у таблиці результатів площі кутових стержнів будуть виведені в графах AU1, AU2, АU3, AU4, а в графах AS1, AS2, AS3, AS4 – площі арматури без кутових стержнів.
Якщо був використаний алгоритм розподіленої арматури з рівномірним розташуванням розрахункових площ уздовж сторін перерізу, то кутова арматура AU1, AU2, AU3, AU4 входитиме у величини AS1, AS2.
Рисунок 10.3 – Розміщення арматури в перерізах стержнів
3. Армування елементів пластин.
Алгоритм призначений для визначення армування:
- тонкостінних залізобетонних елементів, у яких діють згинальні та крутні моменти, осьові та поперечні сили – елементи оболонки (Nx, Ny, Txy, Qx, Qy, Mx, My, Mk);
- плоских залізобетонних елементів, у яких діють згинальні та крутні моменти, а також поперечні сили – елементи плити (Qx, Qy, Mx, My, Mk);
- залізобетонних елементів, що знаходяться у плоскому напруженому стані – елементи балки-стінки(Nx, Nz, Txz).
Поздовжня арматура в пластинах підбирається окремо за міцністю та тріщиностійкістю.
Підбір поздовжньої арматури здійснюється із забезпеченням мінімуму сумарної витрати арматури у напрямках X1 і Y1 при задоволенні умов міцності ДБН В.2.6-98:2009.
Підбір поперечної арматури виконується із умови міцності за поперечною силою як для одновісного напруженого стану при врахуванні кожного з напрямків зусиль (Qx, Qy) окремо, відповідно до норм ДБН В.2.6-98:2009. Поперечна арматура для балок-стінок не обчислюється.
У результаті підбору видаються (рис. 10.4):
1. Поздовжня арматура – площі поздовжньої арматури (см2 на погонний метр):
- AS1 (АSх-н) – нижня арматура у напрямку X (для балки-стінки посередині перерізу);
- AS2 (ASx-в) – верхня арматура у напрямку X;
- AS3 (ASy-н) – нижня арматура у напрямку Y (для балки-стінки посередині перерізу);
- S4 (ASy-в) – верхня арматура у напрямку Y.
2. Поперечна арматура – площі поперечної арматури (см2 на погонний метр):
- ASW1 – у напрямку X;
- ASW2 – у напрямку Y;
Видається також ширина короткочасного і тривалого розкриття тріщин (мм).
Рисунок 10.4 – Розміщення арматури в пластинчастих елементах:
а) – балках-стінках; б) – плитах і оболонках4. Перевірка заданого армування.
Перевірка армування здійснюється в системі АРМ-САПР локальний (ЛАРМ-САПР).
При перевірці заданого армування стержневих елементів у перерізі елемента за шаблоном задається розстановка поздовжніх арматурних стержнів і поперечної арматури. Розрізняють такі типи поздовжніх стержнів за розташуванням у перерізі – кутові нижні та верхні, нижні, верхні та бічні стержні першого і другого ряду. Довільні стержні задаються за координатами.
Перевірка здійснюється в кілька етапів. Спочатку визначається кількість поздовжньої арматури, що необхідна для сприйняття крутного моменту. Така арматура повинна бути розташована біля граней перерізу (не в кутках). Якщо необхідна арматура відсутня, видається повідомлення: «Переріз не проходить при перевірці роботи на кручення. Коефіцієнт запасу [k]».
Якщо сприйняття крутного моменту забезпечене, то арматура, необхідна для сприйняття моменту при перевірці на поздовжню силу і згинальні моменти, виключається.
Потім перевіряється поперечна арматура на дію поперечних сил. Якщо поперечної арматури недостатньо для сприйняття поперечної сили, видається повідомлення: «Переріз не проходить за умовою перевірки поперечної арматури на дію поперечної сили».
Потім здійснюється перевірка поздовжньої арматури на дію нормальної сили і згинальних моментів у двох площинах. Якщо переріз проходить, то зусилля збільшуються з кроком 5% до тих пір, доки не перевищать несучу здатність перерізу. У результаті цього видається повідомлення: «Переріз проходить. Коефіцієнт запасу [k]», де k – коефіцієнт до зовнішніх зусиль на передостанньому кроці ітерацій.
Якщо переріз не проходить, то зусилля зменшуються з кроком 5% до тих пір, поки переріз не стане достатнім і видається повідомлення: «Переріз не проходить. Коефіцієнт запасу [k]», де k – коефіцієнт до зовнішніх зусиль на останньому кроці ітерацій.
При перевірці заданого армування пластинчастих елементів спочатку виконується введення або корегування поздовжньої та поперечної арматури в перерізі на 1 погонний метр довжини. При цьому може задаватися як кількість арматури та її діаметр, так і значення сумарної площі поперечного перерізу арматури.
Перевірка поперечного армування здійснюється за максимальною поперечною силою (із двох напрямків). Якщо поперечної арматури в одному з напрямів недостатньо, то видається повідомлення: «Переріз не проходить за умовою перевірки поперечної арматури на дію поперечної сили». Розрахунок припиняється.
Далі виконується перевірка поздовжньої арматури за першою та другою групами граничних станів на дію згинальних та крутого моментів і осьових сил. Якщо арматури недостатньо, то видаються повідомлення: «Переріз не проходить за умовами міцності» або «Переріз не проходить за умовами тріщиностійкості».
5. Призначення конструктивних елементів і уніфікація при розрахунку армування.
Конструювання можливе тільки в стержневих елементах. Для того, щоб виконати конструювання залізобетонних стержневих елементів були введені наступні види елементів залежно від їх функціонального призначення і правил конструювання: БАЛКА; КОЛОНА.
Конструктивний елемент – це сукупність декількох скінченних елементів, які при конструюванні розглядатимуться як єдине ціле. Якщо конструктивний елемент складається з елементів виду БАЛКА, то на схемі він позначатиметься КБ, КОЛОНА – КК.
У конструктивний елемент можуть входити тільки елементи з однаковим перерізом. Між ними не повинно бути розривів, вони повинні мати спільні вузли і лежати на одній прямій. Конструктивні елементи не можуть входити в склад інших конструктивних елементів чи груп уніфікації скінченних елементів.
Для розрахунку конструктивних елементів вибираються всі РСЗ для всіх перерізів елементів, що входять в конструктивний елемент.
Уніфікація скінченних елементів використовується, коли необхідно підібрати однакове армування для декількох елементів. Використовуються наступні типи уніфікації:
- всі перерізи уніфікуються між собою;
- елементи уніфікуються між собою по відповідних перерізах;
- елементи уніфікуються між собою з врахуванням симетрії.
Для уніфікації по 2-у і 3-у типах потрібно, щоб кількість розрахункових перерізів в уніфікованих елементах була однаковою.
Підбір армування уніфікованої групи відбувається по найбільш небезпечних РСЗ, котрі виникли у всіх перерізах елементів уніфікованої групи. Перевірка армування для елементів уніфікованої групи проводиться по РСЗ, що виникають в кожному елементі, а не по РСЗ всієї уніфікованої групи.
Якщо елементи виду БАЛКА об’єднані в групу уніфікації, то на схемі вони будуть позначені УБ, а далі номер групи уніфікації. Для КОЛОНИ аналогічно УК, а далі номер групи уніфікації. Якщо елементам, об’єднаним в уніфіковану групу не призначений вид, то вони позначаються буквою У і номером групи уніфікації.
Також дозволяється уніфікація конструктивних елементів, коли необхідно підібрати для них однакове армування. При уніфікації конструктивних елементів необхідно, щоб кількість елементів, що входять в уніфіковані конструктивні елементи, розміри перерізів та кількість розрахункових перерізів елементів були однаковими.
Якщо конструктивні елементи виду БАЛКА об’єднані в групу уніфікації, то умовне позначення буде УКБ, а далі номер групи уніфікації конструктивних елементів. Аналогічно для елементів виду КОЛОНА – УКК, а далі номер групи уніфікації конструктивних елементів.
Пластинчаті елементи також можуть бути включені в групи уніфікації. При цьому БАЛКИ-СТІНКИ на схемі вони будуть позначені УТ, ПЛИТИ – УП, ОБОЛОНКИ – УО, а далі номер групи уніфікації.
Шрифти
Розмір шрифта
Колір тексту
Колір тла