Тема 10. Конструюючі системи ПК «ЛІРА-САПР». Залізобетонні конструкції

Модуль армування СТЕРЖЕНЬ здійснює підбір арматури в стержневих елементах від таких зусиль:

-  поздовжньої сили (стиск або розтяг) N_x;

-   крутного момента М_k;

-   згинальних моментів у двох площинах M_y, M_z;

-  поперечних сил у двох площинах Q_y, Q_z.

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 γ_b2 (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 (М_у або М_z) 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):