Программный комплекс SCAD помимо расчетного модуля конечно-элементного моделирования имеет в своем составе набор программ, способных выполнять решение более частных задач. Ввиду своей автономности набор программ сателлитов можно использовать отдельно от основного расчетного модуля SCAD, причем не запрещается выполнять совместные расчеты с альтернативными программными комплексами ( , Robot Structural Analysis , STARK ES). В данной статье мы рассмотрим несколько примеров расчета в SCAD Office.

Пример подбора арматуры в ребре плиты заводской готовности в программе SCAD

Плита будет монтироваться на стройплощадке, например, на кирпичные стены шарнирно. Моделировать для такой задачи всю плиту, часть здания или целиком все здание считаю нецелесообразным, поскольку трудовые затраты крайне несоизмеримы. На помощь может прийти программа АРБАТ. Ребро рекомендуется нормами рассчитывать, как тавровое железобетонное сечение. Меню программного комплекса SCAD интуитивно-понятное: по заданному сечению, армированию и усилию инженер получает результат о несущей способности элемента со ссылкой на пункты нормативных документов. Результат расчета может быть автоматически сформирован в текстовом редакторе. На ввод данных уходит примерно 5-10 мин, что значительно меньше формирования конечно элементной модели ребристого перекрытия (не будем забывать, что в определенных ситуациях расчет методом конечных элементов дает больше расчетных возможностей).

Пример расчета закладных изделий в SCAD

Теперь вспомним расчет закладных изделий для крепления конструкций к железобетонным сечениям.

Нередко встречаю конструкторов, закладывающих параметры из конструктивных соображений, хотя проверить несущую способность закладных довольно просто. Для начала необходимо вычислить срезающее усилие в точке крепления закладной детали. Сделать это можно вручную, собрав нагрузки по грузовой площади, или по эпюре Q конечно-элементной модели. Затем воспользоваться специальным расчетным боком программы АРБАТ, занести данные по конструкции закладной детали и усилиям, и в итоге получить процент использования несущей способности.

Еще с одним интересным примером расчета в SCAD может столкнуться инженер: определение несущей способности деревянного каркаса. Как мы знаем, ввиду ряда причин расчетные программы МКЭ (метод конечных элементов) не имеют в своем арсенале модули расчета деревянных конструкций по российским нормативным документам. в связи с этим расчет может производится вручную или в другой программе. Программный комплекс SCAD предлагает инженеру программу ДЕКОР.

Помимо данных по сечению, программа ДЕКОР потребует от инженера ввода расчетных усилий, получить которые поможет ПК ЛИРА 10. Собрав расчетную модель, можно присвоить стержням параметрическое сечение дерева, задать модуль упругости дерева и получить усилия по деформационной схеме:

В данном примере расчета в SCAD, критическим значением оказалась гибкость элемента, запас по предельному моменту сечений «солидный». Вспомнить предельное значение гибкости деревянных элементов поможет информационный блок программы ДЕКОР:

Пример расчета несущей способности фундамента в SCAD

Неотъемлемой частью моделирования свайно-плитного фундамента является расчет несущей способности и осадки сваи . Справится с задачей подобного рода, инженеру поможет программа ЗАПРОС. В ней разработчики реализовали расчет фундаментов согласно нормам «оснований и фундаментов» и «свайного фундамента» (в расчетных программах МКЭ таких возможностей не встретишь). Итак, чтобы смоделировать сваю, необходимо вычислить жесткость одноузлового конечного элемента. Жесткость измеряется в тс/м и равна отношению несущей способности сваи к ее осадке. Моделирование рекомендуется выполнять итерационно: в начале задавать приближенную жесткость, затем уточнять значение жесткости по вычисленным параметрам сваи. Построенная модель расчета методом конечных элементов позволит нам не только точно найти нагрузку на сваю, но и рассчитать армирование ростверка:

После расчета конструкции пользователь ПК ЛИРА 10 сможет вычислить требуемую нагрузку на сваю по выводу мозаики усилий в одноузловом конечном элементе. Полученное максимальное усилие будет являться требуемой расчетной нагрузкой на сваю, несущая способность выбранной сваи должна превышать требуемое значение.

В качестве исходных данных в программу ЗАПРОС вводиться тип сваи (буровая, забивная), параметры сечения сваи и грунтовые условия согласно данным геологических изысканий.

Пример расчета узловых соединений в SCAD

Расчет узловых соединений – важная часть анализа несущей способности зданий. Однако, зачастую, конструктора пренебрегают данным расчетом, результаты могут оказать крайне катастрофическим.

На рисунке приведен пример отсутствие обеспечения несущей способности стенки верхнего пояса подстропильной фермы в точке крепления стропильной фермы. Согласно СП «Стальные конструкции» подобные расчеты производятся в обязательно порядке. В программа расчета методом конечных элементов и такого расчета тоже не встретишь. Выходом из ситуации может стать программа КОМЕТА-2. Здесь пользователь найдет расчет узловых соединений согласно действующих нормативных документов.

Наш узел – ферменный и для его расчета необходимо выбрать советующий пункт в программе. Далее пользователь выбривает очертание пояса (наш случай V-образный), геометрические параметры панели, усилия каждого стержня. Усилия, как правило, вычисляются в расчетных программах МКЭ. По введенным данным программа формирует чертеж для наглядного представления конструкции узла и вычисляет несущую способность по всем типам проверки согласно нормативным документам.

Пример построения расчета МКИ в SCAD

Построение моделей расчета методом конечных элементов не обходится без приложения нагрузок , вычисленные вручную значения присваиваются в расчетных программах МКЭ на элемент. Помощь в сборе ветровых и снеговых нагрузках инженеру окажет программа ВЕСТ. Программа включает в себя несколько расчетных модулей, позволяющих по введенном району строительства и очертанием контура здания вычисляет ветровую и снеговую нагрузку (самые распространенные расчетные модули программы ВЕСТ). Так, при расчете навеса, конструктор должен указать высоту конька, угол наклона и ширину ската. По полученным эпюрам нагрузка вводится в расчетную программу, например, ПК ЛИРА 10.4.

В качестве вывода, могу сказать, что программный комплекс SCAD и его сателлиты позволяют пользователю существенно снизить трудозатраты при вычислении локальных задач, а также формировать точные расчетные модели, а также содержат справочные данные, необходимые в работе инженеров - строителей. Автономность программ позволяет конструкторам использовать их в сочетании с любыми расчетными комплексами, основанных на расчете методом конечных элементов.

То, чего долго ждали все наши пользователи, наконец свершилось: в ПК ЛИРА 10.6 появился новый конечный элемент 57 – «Свая», реализующий положения СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты». Появление этого конечного элемента значительно расширяет возможности программного комплекса, при расчёте зданий на свайных фундаментах, позволяет делать такие расчёты быстрее и точнее. Если ранее пользователям ПК ЛИРА приходилось моделировать сваи 56 КЭ, при этом их жесткость высчитывалась либо в сторонних программах, либо вручную, то теперь все сделает программа, необходимо лишь ввести исходные данные.

Реализация

В ПК ЛИРА 10.6 реализованы следующие расчётные ситуации:

Одиночная свая (п.п.7.4.2 – 7.4.3, СП 24.13330.2011);

Свайный куст (п.п. 7.4.4 – 7.4.5, СП 24.13330.2011);

Условный фундамент (п.п. 7.4.6 – 7.4.9, СП 24.13330.2011);

При этом принимаются следующие допущения:

Условно принято, что несущая способность сваи обеспечена; - Грунт, на который опирается свая, рассматривается, как линейно-деформируемое полупространство; - Выполняется соотношение: (l – длина, d - приведенный диаметр ствола сваи).

Реализованы следующие типы свай (рис. 1):

• Оболочка;

  Прямоугольная;

  Квадратная.

При этом конец сваи может быть, как заостренным, так и булавовидным.

Рис. 1. Типы свай. ПК ЛИРА 10.6

Расчёт одиночной сваи

Для каждой сваи, будь она одиночной или в составе куста/условного фундамента, задаются следующие параметры (рис. 2):

• Длина сваи

• Количество участков разбиения – чем больше это число, тем точнее производится расчет

• Модуль упругости ствола – характеристика материала из которого изготовлена свая;

• Коэффициент Пуассона материала;

• Глубина от поверхности земли, на которой не учитывается сопротивление грунта по боковой поверхности (при сейсмических воздействиях).

• Объёмный вес материала сваи.

Рис. 2. Задание параметров сваи. ПК ЛИРА 10.6

Параметры расчёта для одиночной сваи задаются при нажатии на кнопку «Вычисление жесткости одиночной сваи» (Рис. 3).

Рис. 3. Параметры для вычисления жесткости сваи. ПК ЛИРА 10.6

При этом боковой коэффициент постели на поверхность сваи вычисляется по формуле:

Где К - коэффициент пропорциональности, принимаемый в зависимости от вида грунта, окружающего сваю (Приложение В, таблица В.1); γс - коэффициент условий работы грунта. Для одиночной сваи γс =3.

Расчёт осадки одиночной сваи производится в соответствии с СП 24.13330.2011: для сваи без уширения по п. 7.4.2 а, для сваи с уширением по п. 7.4.2 б.

Расчёт свайного куста

Для создания свайного куста необходимо вызвать команду «Группы свай», которая находится на панели инструментов либо в пункте меню «Назначения». Для задания свайного куста необходимо выделить группу свай, которая будет входить в куст и нажать на кнопку «Добавить свайный куст» (рис. 4).

Рис. 4. Задание свайного куста. ПК ЛИРА 10.6

Методика расчета свайного куста соответствует п. п. 7.4.4 – 7.4.5 СП 24.13330.2011. При этом жесткостные характеристики сваи вычисляются автоматически в Редакторе грунта, для чего в последнем таблица задания физико-механических характеристик дополнилась четырьмя столбцами (рис. 5):

Показатель текучести «IL» для пылевато-глинистых грунтов;

Коэффициент пористости «e» для песчаных грунтов;

Коэффициент пропорциональности «К», который можно задать численно, либо интерполировать выбором грунта из колонки «Тип грунта для свайного основания»;

• Тип грунта для свайного основания (таблица В.1 СП 24.13330.2011). Используется для интерполяции значений «К» по заданному показателю текучести «IL» или коэффициенту пористости «e» грунта.

Рис. 5. Таблица физико-механических характеристик ИГЭ. ПК ЛИРА 10.6

В параметрах расчёта (рис. 6) появилась новая вкладка – «Сваи», в которой указываются необходимые для расчёта параметры:

k - коэффициент глубины под пятой (п.7.4.3 СП 24.13330.2011);

γ c - коэффициент условий работы для расчета свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента (п. В.2, Приложение 2, СП 24.13330.2011);

γ с а - коэффициент уплотнения грунта при погружении сваи, учитывается для понижения коэффициента пропорциональности К при работе свай в составе куста (п. В.2, Приложение 2, СП 24.13330.2011).

Рис. 6. Вкладка расчёт свай. ПК ЛИРА 10.6

Расчет осадки Свайного куста производится согласно п. п. 7.4.4 - 7.4.5 СП 24.13330.2011. При расчете осадок группы свай учитывается их взаимное влияние. Расчет коэффициента постели Сz грунта на боковой поверхности сваи, с учетом влияния свай в кусте, производится, как для одиночной сваи, но коэффициент пропорциональности К умножается на понижающий коэффициент αi.

Взаимное влияние осадок кустов свай учитывается так же, как при расчете условных фундаментов. Расчет жесткостей свай в свайных кустах происходит по той же методике, что и для одиночных свай, но с учетом их взаимовлияния как в кусте, так и между кустами.

Расчет условного фундамента

Задание условного фундамента от свайного куста отличается лишь тем, что в «Группе свай» выбирается пункт «Условный фундамент». Также необходимо задать дополнительно Аcf - площадь условного фундамента и способ расстановки свай - рядовой или шахматный.

Геологические условия, а также физико-механические характеристики грунтов основания задаются в Редакторе грунта.

Полная осадка свайного поля фундамента определяется по формуле:

Где: - осадка условного фундамента,

Дополнительная осадка за счет продавливания свай на уровне подошвы условного фундамента,

Дополнительная осадка за счет сжатия ствола сваи.

Дополнительная осадка за счет сжатия ствола сваи - вычисляется по формуле:

Нахождение осадки условного фундамента, а также расчет взаимовлияния групп свай (в том числе и свайных кустов) возможно производить по аналогии с плитными фундаментами по 3-м различным методам:

Метод 1 - модель основания Пастернака,

Метод 2 - модель основания Винклера-Фусса,

• Метод 3 - модифицированная модель Пастернака.

В случае, если расчёт производится в модуле Грунт, необходимо, как для расчёта пластинчатых элементов, назначить сваям начальную нагрузку, которую потом можно будет уточнить с помощью функции преобразования результатов в исходные данные (рис. 7). Это делается в команде «Упругое основание».

Рис. 7. Назначение сваям начальной нагрузки. ПК ЛИРА 10.6

После расчёта в модуле Грунт, вызвав функцию «Анализ модели», можно отследить осадки, жесткости, и прочие параметры свай и грунта (рис. 8).

Рис.8. Визуализация расчёта. ПК ЛИРА 10.6

Таким образом, мы рассмотрели новую функцию, появившуюся в ПК ЛИРА 10.6, которая позволяет рассчитывать здания на свайных фундаментах.

Инженер, столкнувшийся с расчетом каркаса здания, одним из несущих элементов которого является колонна, придет к необходимости расчета отдельно стоящего фундамента. Для расчета в вычислительном комплексе SCAD разработчики предусмотрели практически полный функционал для определения несущей способности по всем критериям проверки фундамента.

Итак, выполнив построение каркаса, например, металлического потребуется расчет отдельно стоящих фундаментов. Для этого в вычислительном комплексе SCAD необходимо указать узлы, закрепленные от смещения по заданным направлениям и углам поворота (именно в этих узлах можно выполнить расчет реакции опор). Анализу подвергаются чаще всего вертикальная реакция, горизонтальная и момент в плоскости работы конструкции. Вычислительный комплекс SCAD выводит реакции для всех узлов, отмеченных пользователем, как правило, рассматривается три комбинации нагрузок для:

Rz макс, Rx соотв, Ruy соотв

Rz соотв, Rx макс, Ruy соотв

Rz соотв, Rx соотв, Ruy макс

Максимальные значения при большой загруженности схемы визуально определить непросто, можно воспользоваться инструментом «документирование», где с помощью вывода таблицы всех значений из вычислительного комплекса SCAD в MS Excel фильтруется нужные ячейки чисел.

Полученные комбинации значения необходимо далее использовать при расчете отдельно стоящего фундамента. Расчет отдельно стоящих фундаментов можно выполнять и вручную, для этого производятся вычисления давления под подошвой фундамента.

Ввиду возникающего момента, давление получается неравномерным. Вычисление краевых значений производится по формуле

Следующим этапом расчета отдельно стоящего фундамента становится определение расчетного сопротивления грунта. Вычисления производятся по СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений», формула 5.7. Для расчета нужны инженерно-геологические изыскания слоев грунта рассматриваемой площадки строительства (или непосредственно под отдельно стоящем фундаменте).

Вычисления расчетного сопротивления грунта для отдельно стоящего фундамента можно также производить с помощью программы ЗАПРОС (сателлита вычислительного комплекса SCAD). В программе реализован расчет по СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений».

Получившееся значение R должно быть обязательно больше значения давления P. В противном случае требуется уменьшение давления на грунт, например, увеличением площади отдельно стоящего фундамента. Площадь фундамента и момент сопротивления сечения фундамента находятся в знаменателе формулы нахождения давления P, что и заставляет снижать показатель давления.

При расчете отдельно стоящего фундамента нельзя также забывать и о расчете фундаментной плиты на продавливание и вычисления несущей способности. Фундаментная плита по несущей способности рассчитывается как двух консольная балка, нагрузка на которую равна давлению на грунт (III закон Ньютона). Результатом расчета становится установка рабочей «нижней» арматуры сечения плиты.

Усилие на плиту от колонны приходит весьма существенное, поэтому при расчете на продавливание может возникнуть необходимость установки дополнительных ступеней отдельно стоящего фундамента.

Продавливание, как и расчет двух консольной балки, может выполнить программа АРБАТ (сателлита вычислительного комплекса SCAD).

При выполнении всего вышеописанного алгоритма можно считать расчет отдельно стоящего фундамента выполненным.

Теперь вернемся к схеме каркаса здания. Любой фундамент на грунтовом основании (кроме скального) проседает под действием той или иной нагрузки. Полученная дополнительная деформация схемы способствует изменению перераспределению усилий уже в элементах схемы. Отсюда появляется необходимость в некоторых случаях (наиболее ответственных) устанавливать не жесткое защемление, а упругую связь, в месте примыкания колонны к отдельно стоящему фундаменту. Вычислительный комплекс SCAD не вычисляет автоматически жесткость упругой связи, но можно эту операцию выполнить вручную. Жесткость упругой связи при вертикальном смещении равна отношению несущей способности отдеьлно стоящего фундамента к его осадке, полученное значение измеряется в т/м. Осадка может быть вычислена с помощью программы ЗАПРОС (сателлита вычислительного комплекса SCAD).

Произведя расчет отдельно стоящих фундаментов мы получаем более точную картину деформации здания, а значит и более точные усилия в конченых элементах.

Итак, с помощь вычислительного комплекса SCAD пользователь сможет выполнить требуемый расчет отдельно стоящих фундаментов, подобрать необходимую площадь основания, выполнить расчет на продавливание, определить крен здания, а также учесть перераспределение усилий в зависимости полученной осадки конструкции.

Геометрические характеристики здания

Здание в плане имеет прямоугольную форму, размеры 75,0 х 24,0 м, высота 15,9 м в верхней точке. Здание включает 3 этажа. Первый этаж высотой 4,2 м; второй этаж – 3,6 м; третий этаж – 3,5 м.

Несущая система здания

За относительную отметку 0,000 принят уровень чистого пола первого этажа, что соответствует абсолютной отметке +12.250м. Отметка подошвы ростверка +10.700. Здание имеет прямоугольную форму в плане размерами: 75,0х24,0 м. Поперечные рамы здания установлены с шагом 6 м и 3 м. Пролет здания составляет 24,0 м. Здание имеет 2 внутренних уровня перекрытий, отметка чистого пола первого этажа 0,000, второго этажа +4,200 и третьего этажа +7,800. Отметка низа несущей конструкции покрытия (фермы) составляет +12,000.

Конструктивная схема здания – рамно-связевой каркас.

Каркас здания запроектирован металлическим с покрытием из стропильных ферм, выполненных из гнуто-сварных стальных труб квадратного сечения.Стропильные фермы пролетом 24м с уклоном верхних поясов 3% от конька в обе стороны. Нижние пояса - горизонтальные. Основными несущими конструкциями каркаса являются стальные колонны, объединенные системой вертикальных и горизонтальных связей.

Прочность и пространственная неизменяемость обеспечиваются жесткой заделкой колонн в фундаментах в плоскости рам и вертикальными связями по колоннам из плоскости рам. Фермы крепятся к колоннам шарнирно.

Устойчивость покрытия создает жесткий диск покрытия – система горизонтальных стержневых связей и профилированный лист по верхним поясам стропильных ферм. Горизонтальные связи покрытия расположены по верхним поясам ферм. Для обеспечения устойчивости ферм при монтаже используются съемные инвентарные распорки, разработанные в проекте производства работ.

Каркас здания

Согласно схемам загружения покрытия принято две марки стропильных ферм:

1.Ф1, в осях 2-4;

2.Ф2 в осях 1, 5-13.

Стропильные фермы выполнены из двух монтажных марок. Верхние пояса соединяются на фланцах, нижние - с помощью накладок на высокопрочных болтах (фрикционные соединения). В качестве сечений приняты стальные гнутые замкнутые сварные квадратные профили по ГОСТ 30245-2003.

Стропильная ферма марки Ф1:

1.Верхний пояс – гнутый квадратный профиль 180х10;

2.Нижний пояс - гнутый квадратный профиль 140х8;

3.Опорные раскосы - гнутый квадратный профиль 120х8;

4.Растянутые/сжатые раскосы - гнутый квадратный профиль 120х6;

Стропильная ферма марки Ф2:

1.Верхний пояс – гнутый прямоугольный профиль 180х140х8;

2.Нижний пояс - гнутый квадратный профиль 140х7;

3.Опорные раскосы - гнутый квадратный профиль 120х5;

4.Растянутые/сжатые раскосы - гнутый квадратный профиль 100х4;

5.Стойки - гнутый квадратный профиль 80х3.

Колонны каркаса имеют постоянное по высоте здания сечение и запроектированы из прокатного профиля двутаврового сечения типа «К», 35К2 (СТО АСЧМ 20-93);

Балки межэтажных перекрытий запроектированы из прокатного профиля двутаврового сечения типа «Б» (СТО АСЧМ 20-93):

Главные балки - двутаврового сечения 70Б1;

Второстепенные балки - двутаврового сечения 40Б2;

Балки покрытия в осях 14/А-Д запроектированы из прокатного профиля двутаврового сечения типа «Б» (СТО АСЧМ 20-93), 60Б2.

Монорельс для тали – 45М (СТО АСЧМ 20-93);

Связи (горизонтальные и вертикальные) запроектированы из гнуто-сварных стальных труб квадратного сечения. В качестве сечений приняты стальные гнутые замкнутые сварные квадратные профили по ГОСТ 30245-2003:

1.Вертикальные связи - гнутый квадратный профиль 180х5;

2.Горизонтальные связи - гнутый квадратный профиль 150х4.

Перекрытия выполнены из монолитных железобетонных плит, выполненных по стальному профилированному листу СКН50-600-0,7, используемому в качестве несъемной опалубки. Толщина перекрытия 110 мм. Принят бетон класса В25, W4, F100. Перекрытия выполнены по верхним поясам металлических балок.

Распорки запроектированы из стального гнутого замкнутого сварного квадратного профиля по ГОСТ 30245-2003.

1.Распорки по верхним поясам ферм (Р1) - гнутый квадратный профиль 120х5;

2.Распорки по нижним поясам ферм (Р2) - гнутый квадратный профиль 120х5;

3.Распорка в осях 1-2/В (Р3) - гнутый квадратный профиль 120х5;

4.Распорки в плоскости второго этажа (Р4) - гнутый квадратный профиль 120х5.

Основание и фундамент

Фундаменты здания цеха - свайные, приняты на основании данных инженерно-геологических изысканий. Ростверки под колонны несущего каркаса данных корпусов – столбчатые монолитные железобетонные из бетона В20, W6. Высота ростверков 1,6 м. Фундаментные балки – монолитные железобетонные из бетона В20, W6. Сваи приняты сборные железобетонные длиной 6,0 м, сечением 30 х 30 см из бетона класса В20, W6, F150. Заделка свай в ростверки принята жесткая, на глубину 350 мм.

Сваи – забивные висячие, сечением 30х30 см, длинной 18,0 м с опиранием в грунты ИГЭ 9, ИГЭ 10 и ИГЭ 11 в зависимости от расположения на площадке.

Площадка свайных фундаментов под здание цеха разбита на следующие участки в зависимости от количества свай в кусте:

1.Ростверки Р1 под колонны в осях 2-5/Б-Г – по 6 свай в кусте;

2.Ростверки Р2 под колонны в осях 2-5/А, Д – по 5 свай в кусте;

3.Ростверки Р3 под колонны в осях 1/А-Д, 6-12/А-Д – по 4 сваи в кусте;

4.Ростверки Р4 под колонны в осях 13-14/А-Д – по 4 сваи в кусте.

Несущая способность свай определена расчетом и на основании данных статического зондирования. До начала массовой забивки свай следует выполнить статические испытания свай отмеченных в проекте в соответствии с требованиями ГОСТ5686-94 “Грунты. Методы полевых испытаний сваями”. Если результаты испытаний покажут другую несущую способность свай, фундаменты должны быть откорректированы.

Расчет осадки фундаментов здания выполнен в программе Foundation 12.4 и методом послойного суммирования. Расчетные величины осадок свайных ростверков не превышают 6 мм.

Наружные стены, перегородки, покрытие

Покрытие - сборное по профилированному листу Н114-750-1. с эффективным утеплителем из базальтового волокна и финишным покрытием Техноэласт, профилированный лист покрытия крепится к верхним поясам ферм, он крепится по двухпролетной неразрезной схеме, при этом длина листа 12 метров.

Лестничные марши лестниц запроектированы сборными. Основой служат косоуры с опиранием на стальные балки каркаса двутаврового профиля. Межэтажные площадки лестниц выполнены в виде монолитных железобетонных плит по несъёмной опалубке из профилированного листа.

Наружные ограждающие стены запроектированы из трехслойных навесных термопанелей. Стены крепятся к несущим конструкциям стального каркаса здания.

Общие требования к железобетонным конструкциям

Арматурная сталь принята проектом согласно главе 5.2 СП 52-101-2003 "Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры" для классов А400 (А-III) (сталь марки 25Г2С, ГОСТ 5781-82* "Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия"), А240 (A-I) (сталь марки Ст3сп3; Ст3пс3).

Толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры не менее 25 мм. Для обеспечения толщины защитного слоя необходима установка соответствующих фиксаторов, обеспечивающих проектное положение арматуры.

Инженерно-геологические условия площадки строительства

В геологическом строении территории в пределах глубины бурения 25,0 м принимают участие:

1.Современные - техногенные (t IV ), биогенные (b IV ), морские и озерные (m , l IV ) отложения;

2.Верхнечетвертичные осташковского горизонта – озерно-ледниковые Балтийского ледникового озера (lg III b ), озерно-ледниковые (lg III lz ) и ледниковые отложения Лужского стадиала (g III lz ).

Расчёт моделей в ПК SCAD

В расчётах используется версия SCAD 11.5.

Расчет был выполнен для двух типов решения задачи:

1. Линейная постановка.

Тип схемы

Расчетная схема определена как система с признаком 5. Это означает, что рассматривается система общего вида, деформации которой и ее основные неизвестные представлены линейными перемещениями узловых точек вдоль осей X, Y, Z и поворотами вокруг этих осей.

Количественные характеристики расчетной схемы

Расчетная схема характеризуется следующими параметрами:

Количество узлов - 831

Количество конечных элементов - 1596

Общее количество неизвестных перемещений и поворотов - 4636

Количество загружений - 15

Количество комбинаций загружений - 5

Выбранный режим статического расчета

Статический расчет системы выполнен в линейной постановке.

Общий вид расчётных моделей см. рис. 1

Рис.1 Общий вид расчётной модели

Граничные условия

Граничные условия заданы следующим образом. Колонны в плоскости рам закреплены жестко по всем степеням свободы, из плоскости – шарнирно.

Нагрузки и воздействия

Нагрузки и воздействия на здание определены согласно СП 20.13330.2011 «СНиП 2.01.07 - 85 «Нагрузки и воздействия. Общие положения». В расчётном комплексе SCAD прикладываются полные расчётные нагрузки. С помощью комбинации загружений и модуля РСУ учитывается система коэффициентов для расчета по I и II группам ПС. Наименование принятых нагрузок представлены в табл. 1

Табл. 1 . Нагрузки и воздействия

примечание: SCAD* - нагрузка определяется программным комплексом автоматически;

где: P n – нормативное значение нагрузки, кгс/м 2 (кроме оговоренных);

γ f – коэффициент надежности по нагрузке;

P – расчетное значение нагрузки, кгс/м 2 (кроме оговоренных);

К длит – коэффициент перехода от полных значений кратковременной нагрузки к пониженным значениям временной нагрузки длительного действия (доля длительности);

К 1 – коэффициенты для комбинации #1, определяющие расчетные значения нагрузок с учетом понижающих коэффициентов сочетаний, включающих постоянные и не менее двух временных нагрузок (для расчётов по

Нагрузки от ветра определялись с помощью программы Вест. Ветровой район – II . Тип местности - B (городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м). Значения представлены в виде графиков (рис. 2 и рис. 3). Значения представлены в виде графиков (рис. 4.4 и рис 4.5). Усилия прикладываются к колоннам по высоте. Значения прикладываемых усилий представлены в табл. 2.

Таблица 2. Нагрузки от ветра

примечание: * - значения ветрового давления – расчетные, прикладываются к колоннам с учетом ширины грузовой площади b =6,0; 1,4 м (парапет).

Комбинации нагрузок и расчетные сочетания

Расчет конструкций и оснований по предельным состояниям первой и второй групп выполнен с учетом неблагоприятных сочетаний нагрузок или соответствующих им усилий.

Эти сочетания установлены из анализа реальных вариантов одновременного действия различных нагрузок для рассматриваемой стадии работы конструкции или основания.

В зависимости от учитываемого состава нагрузок согласно СП 20.13330.2011, пункт 6 назначены (табл.4.8):

а) основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных;

Наименование нагрузок, комбинации нагрузок, сводную ведомость нагрузок смотреть таблицу 3-4. При задании расчетных сочетаний были учтены взаимоисключение нагрузок (ветровых), знакопеременность (ветровых).

Табл. 3. Имена загружений

Табл.4. Комбинации загружений

Выводы. Основные результаты расчёта

Расчетом по I

Все конструкции здания для предотвращения разрушения при действии силовых воздействий в процессе строительства и расчетного срока эксплуатации.

Расчетом по II группе предельных состояний проверены:

Пригодность всех конструкций здания к нормальной эксплуатации в процессе строительства и расчетного срока эксплуатации.

Перемещения

Максимальный прогиб по центру фермы:

1.Для комбинации №2 составляет 57,36 мм;

2.Для комбинации №3 составляет 63,45 мм;

3.Для комбинации №4 составляет 38,1 мм;

4.Для комбинации №5 составляет 57,19 мм.

Допустимое значение прогиба согласно СП 20.13330.2011 составляет 24000/250=96 мм.

Максимальный прогиб здания составляет 63,45 мм при комбинации нагрузок № 3, что не превышает допустимого значения.

Перемещение верха здания по оси Y при совместном воздействии вертикальных и горизонтальных нагрузок не превышают f = 52,0 мм (f < l /200 = 14670/200= 73,35 мм).

Перемещение верха здания по оси X при совместном воздействии вертикальных и горизонтальных нагрузок не превышают f = 4,6 мм (f < l /200 = 14670/200= 73,35 мм).

Прогиб главной балки:

Допустимое значение прогиба согласно СП 20.13330.2011 составляет 6000/200=30 мм.

Максимальный прогиб главной балки составляет 10,94 мм при комбинации нагрузок № 2, что не превышает допустимого значения.

Прогиб балки под монорельс тали:

Допустимое значение прогиба согласно СП 20.13330.2011 составляет 6000/500=12 мм.

Максимальный прогиб главной балки составляет 4,7 мм при комбинации нагрузок № 3, что не превышает допустимого значения.

Усилия

Максимальное значение продольного усилия N в базе:

1.Колонн в осях 2-4/Б-Г составляет 152,35 тс;

2.Колонн в осях 5/Б-Г составляет 110,92 тс;

3.Колонн в осях 6-12/А-Д составляет 77,97 тс;

4.Колонн в осях 1/А-Д составляет 78,45 тс;

5.Колонн в осях 2-5/А,Д составляет 114,37 тс;

6.Колонн в осях 13-14/А-Д составляет 77,97 тс.

Коэффициенты запаса устойчивости системы

Коэффициенты запаса устойчивости для комбинаций загружений представлены в ниже приведенных таблицах 5.

Табл.5 Коэффициенты запаса устойчивости

Выводы: Минимальный коэффициент запаса устойчивости конструкции здания по комбинациям загружений №1-5 не ниже минимального значения равного 1,5.

Расчет и проверка элементов стальных конструкций выполнен в программном вычислительном комплексе SCAD Office 11.5 согласно требованиям СНиП II-23-81*. Результаты по проверке элементов стальных конструкций представлены в файле расчета.