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.

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

Тип нагрузки

γ f

К длит

К 1

Постоянные:

· с.в. несущих конструкции

SCAD *

1,05

SCAD *

· с.в. ограждающих конструкций:

192 кгс/пм

231 кгс/пм

· с.в. монолитной ж.б. плиты по профнастилу с грузовой пл., 1,5 м с грузовой пл., 0,75 м

527 кгс/пм 263 кгс/пм

579 кгс/пм 290 кгс/пм

· с.в. сборных лестничных маршей

1150 кгс

1265 кгс

· с.в. кровли: с грузовой пл., 6,0 м с грузовой пл., 4,5 м с грузовой пл., 3,0 м с грузовой пл., 1,5 м

282 кгс/пм 212 кгс/пм 141 кгс/пм 71 кгс/пм

338,4 кгс/пм 254 кгс/пм 169 кгс/пм 85 кгс/пм

· с.в. полов с грузовой пл., 1,5 м с грузовой пл., 0,75 м

375 кгс/пм 188 кгс/пм

413 кгс/пм 206 кгс/пм

Временные: - длительного действия:

· с.в. временных перегородок с грузовой пл., 1,5 м с грузовой пл., 0,75 м

81 кгс/пм 40 кгс/пм

105 кгс/пм 53 кгс/пм

0,95

· с.в. стационарного оборудования: · на отм. 0,000 · на отм. +4,200: с грузовой пл., 1,5 м · с грузовой пл., 0,75 м на отм. +7,800: с грузовой пл., 1,5 м с грузовой пл., 0,75 м

1000 1500 кгс/пм 750 кгс/пм 4500 кгс/пм 2250 кгс/пм

1,05 1,05

1050 1575 кгс/пм 788 кгс/пм 5400 кгс/пм 2700 кгс/пм

0,95

Временные: - кратковременные:

· крановая вертикальная горизонтальная

7500 кгс 750 кгс

9000

0,95

· полезная (1-3-ий этажи) · первый этаж · со 2 по 3-ий этаж: с грузовой пл., 1,5 м · с грузовой пл., 0,75 м на покрытие: с грузовой пл., 6,0 м с грузовой пл., 4,5 м с грузовой пл., 3,0 м с грузовой пл., 1,5 м

600 кгс/пм 300 кгс/пм 323 кгс/пм 242 кгс/пм 162 кгс/пм 81 кгс/пм

720 кгс/пм 360 кгс/пм 420 кгс/пм 315 кгс/пм 210 кгс/пм 105 кгс/пм

0,35

· снеговая в р/о 4-13/ширина 18 м с грузовой пл., 6,0 м с грузовой пл., 4,5 м

756 кгс/пм 687 кгс/пм

1,429

1080

· снеговой мешок вдоль парапета, 2,8 м с грузовой пл., 6,0 м с грузовой пл., 4,5 м с грузовой пл., 1,5 м · в р/о 1-4/А-Д с грузовой пл., 6,0 м с грузовой пл., 3,0 м

205,5 1236 кгс/пм 927 кгс/пм 309 кгс/пм 252 кгс/пм 1512 кгс/пм 756 кгс/пм

1,429

1766 кгс/пм 1325 кгс/пм 442 кгс/пм 360 кгс/пм 2161 кгс/пм 1080 кгс/пм

· ветровая

рис.2-3

табл. 2

±0,9

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

Высота, м	Наветренная поверхность*, кгс/пм	Подветренная поверхность*, кгс/пм
С 0,0 до 5,0 м
С 5,0 до 14,0 м
14,0 м

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

Имена загружений

Наименование

Собственный вес

С.в. ограждающих конструкций

С.в. монолитной плиты по профнастилу

С.в. полов

С.в. кровли

Вес стационарного оборудования

С.в. лестниц

Вес временных перегородок

Полезная на перекрытия

Полезная на покрытие

Табл.4. Комбинации загружений

Комбинации загружений

(L1)*1+(L2)*1+(L3)*1+(L4)*1+(L5)*1+(L7)*1

(L6)*1+(L8)*0.95+(L9)*1+(L10)*0.7+(L11)*0.7+(L12)*0.9+(L14)*0.7+(C1)*1

(L6)*1+(L8)*0.95+(L9)*0.7+(L10)*0.9+(L11)*0.7+(L12)*1+(L14)*0.7+(C1)*1

(L6)*1+(L8)*0.95+(L9)*0.7+(L10)*0.7+(L11)*1+(L13)*0.9+(L14)*0.7+(C1)*1

(L6)*1+(L8)*0.95+(L9)*0.7+(L10)*0.7+(L12)*0.9+(L14)*0.7+(L15)*1+(C1)*1

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

Коэффициенты запаса устойчивости для комбинаций загружений

Номер

Наименование загружения/комбинации

Значение

Коэффициент запаса > 3.0000

Коэффициент запаса > 3.0000

Коэффициент запаса > 3.0000

Коэффициент запаса > 3.0000

Коэффициент запаса > 3.0000

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.

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

Рис.1 Рассматриваемый каркас здания (вертикальная реакция) в вычислительном комплексе SCAD

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.

Рис.2 Деформированная схема каркаса здания. Вычислительный комплекс SCAD

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.

В качестве основы для расчета осадок свайных фундаментов была принята технология, предложенная SergeyKonstr в этой теме: "ОФЗ по СП 24.13330.2011", на dwg.ru , переработанная в меру своего понимания, под собственные инструменты и возможности.

СП 24.13330.2011: S=Sef+Sp+Sc

где, S - осадка сваи, Sef - осадка условного фундамента, Sp - осадка от продавливания, Sc - осадка за счет сжатия ствола сваи.
Технология следующая:

1. Расчитываю схему как на естественном основании в (СКАД+Кросс) получаю среднюю осадку (Sef)
2. Расставляю сваи на плане. Создаю дополнительную расчетную схему, которая включает в себя только фундаментную плиту и сваи. С целью загрузить плиту единичной нагрузкой (1Т/м2), и выяснить грузовую площадь расставленных свай, или "площадь ячейки сваи" которая нужна для вычисления осадки продавливания. Есть загвоздка - какую площаь принять для крайних и угловых свай? Я просто по интуитивным соображениям, добавил коэффициент к площади ячейки равный 2 и 4
4. Sc вычислить не проблема, зная нагрузку на сваю, и ее параметры.
5. Зная Sef, Sp, Sc получаю жесткость свай и выполняю несколько итераций расчета.

Для моделирования свай я решил использовать универсальные стержни. С ними в СКАДе работать намного удобнее, чем например со связями конечной жесткости.
При помощи СПДС Графикс, был разработан параметрический объект "Свая" , "таблица для расчетов" . Все вычисления производятся внутри этого объекта, нам просто необходимо задать ему начальные параметры:
1. Задаем сваям параметры (сечение, длина) и параметры грунта (E1, Mu1, E2, Mu2,)
2. Задаем нагрузку на сваю (в первом приближении суммарная вертикальная нагрузка на здание / количество свай).
3. Задаем сваям осадку условного фундамента, посчитанную при помощи СКАД+Кросс, и глубину просадочной толщи. Вот изополя осадки моей плиты, соответственно сваям задавалась Sef в зависимости от того в какое поле они попадали.

4. Задаем грузовые площади (реакция в свае от единичной нагрузки).
5. Параметрический объект, получая все эти параметры вычисляет общую осадку, и соответственно жесткость (E=N/S), и строит вертикальный стержень, длиной равной 1000/Е.

6. Собственно мы эти объекты расчленяем, оставляем только вертикальные стержни, и импортируем их в СКАД, где назначаем всем стержням жесткость EF = 1000.
7. Задавать каждой свае осадку, нагрузку итд в большом свайном поле нереально. Присвоение данных сваям происходит при помощи Excel - Таблица СПДС. Но это возможно только в том случае, если номера свай в СКАДЕ соответствовали номерам свай на плане в Автокаде. Поэтому сваи в автокаде сортируются по Х, Y и нумеруются при помощи таблицы. Перед тем как импортировать стержни в СКАД, они должны быть перестроены в том же порядке что и сваи. Пользователи Нанокада могут воспользоваться макросом , который оформил swell{d} . Так же можно применить для этой цели ПК Лира, которая умеет перенумеровывать стержни в зависимости их координат по Х,У.