Как сделать плиту перекрытия в лире
Обновлено: 05.07.2024
Эта статья – рассуждение на тему расчёта монолитных железобетонных конструкций в различных расчётных комплексах.
Многие проектировщики сталкивались с проблемой расчёта монолитных железобетонных плит усиленных балками (другие названия: монолитное ребристое перекрытие, балки с тавровым сечением, балочное монолитное перекрытие и т. д.). С балкой на двух опорах проблем не возникает – тут всё просто: расчётная схема, нагрузки, формулы, усилия, арматура, трещины. Проблемы появляются, когда такую балку (ребристую плиту) нужно смоделировать в конечно-элементной модели каркаса здания. Многие над этим ломают голову, я тоже ломал. Для получения объективных данных я решил посчитать такую конструкцию в двух разных программных комплексах: LIRA и MicroFe.
Исходные данные для задачи: Пролёт балки 9 м. Опоры – жёсткое защемление с двух сторон. Для чистоты эксперимента собственный вес не учитывается. Модуль упругости материала 29420 МПа Нагрузка – распределённая по верху плиты 1 т/м 2 . Поперечное сечение изображено на рисунке
Несколько слов по поводу моделирования данной конструкции в программных комплексах. Начнём с ПК ЛИРА САПР. Если почитать форумы проектировщиков, то практически везде вы найдёте советы моделировать балку (стержень) в плоскости плиты, а потом задать её эксцентриситет при помощи жёстких вставок. В то же время официальная техническая поддержка ЛИРА САПР рекомендует задавать балку ниже плоскости плиты, и, что самое главное, удалять участок плиты над стержнем шириной равной ширине ребра, дабы не было двойного учёта бетона при расчёте прочности и подборе армирования. Таким образом балка и плита живут как бы отдельно друг от друга. Это устраняется введением абсолютно жёстких тел (АЖТ) в каждом треугольнике узлов (плита-балка-плита). Способ довольно трудоёмкий, т. к. АЖТ вводится для каждоё тройки узлов отдельно. В итоге В ПК ЛИРА конструкция была смоделирована двумя способами: с жёсткими вставками и жёсткими телами.
В программе MicroFe конструкция моделировалась при помощи элементов “подбалок”. Разбивка плитной части на конечные элементы в каждой расчётной модели задавалась одинаковой – 0.5х0.5 м. Основные результаты расчёта представлены ниже. Собственный вес при расчёте не учитывался.
Общий вид расчётной схемы
Жёсткости конечных элементов. Толщина плиты во всех случаях равнялась толщине полки сечения.
Первая проверка – это суммарная реакция опор, которая должна равняться сумме приложенных на конструкцию нагрузок. Во всех трёх задачах она оказалась равной 720 кН = 72 тс.
Эпюры изгибающих моментов
Прогиб балки в каждом из случаев:
ЛИРА, задача с жёсткими вставками – 6.97 мм
ЛИРА, задача с АЖТ – 6.54 мм
Армирование подбиралось по II группе предельных состояний (с учётом требований по ограничению ширины раскрытия трещин), в итоге получилось:
ЛИРА, задача с жёсткими вставками – 17.3 см2.
ЛИРА, задача с АЖТ – 19.14 см2.
MicroFe – 6.28 см2
ЛИРА, задача с жёсткими вставками – 15.72 см2
ЛИРА, задача с АЖТ – 26.6 см2
MicroFe – 29.45 см2
Как видно, результаты очень даже разные, особенно в нижнем армировании. Главный вопрос – где правда, и какому расчётному комплексу верить? Если Вы в своей работе решали эту проблему, поделитесь этим в комментариях к статье.
Инженер-проектировщик по специальности ПГС. Инженер-года 2013 тюменской области по отрасли строительство. Опыт проектирования с 2008 года. Получить бесплатный базовый видеокурс AutoCAD от Алексея >>
В этой статье мы познакомимся с интерфейсом программы LIRA, а также выполним расчёт балки на двух опорах с равномерно распределённой нагрузкой. Команды программы lira, рассмотренные в уроке: Выбор признака схемы Создание нового файла Расстановка узлов Создание стержней Установка закреплений Назначение жёсткостей Приложение нагрузок Статический расчёт Чтение результатов расчёта Сохранение файла расчёта. Подробнее смотрите в видеоуроке. […]
Уроки по LIRA SAPR. Жмите>>> Многопустотные плиты перекрытия длиной 4.8–6.3 м (марки ПК) с шагом 0.3 м, шириной 1, 1,2 и 1,5 м и высотой 220 мм изготавливаются из тяжёлого бетона. Класс бетона по прочности определяется заводом–изготовителем. Армирование плиты в нижней (растянутой) зоне выполняется из высокопрочной проволоки периодического профиля диаметром 5 мм с выраженными анкерными головками, по граням контура […]
Уроки по LIRA SAPR. Жмите>>> Узнай ещё: Авторский надзор опыт работы Может ли авторский надзор осуществлять другая организация (не выполнявшая проект)? В соответствии с СП 11-110-99 3.5 Проектировщик – физическое или юридическое лицо, разработавшее, как правило, рабочую документацию на строительство объекта и осуществляющее авторский надзор. Работы по авторскому надзору могут выполняться сторонней организация, т. е. следить […]
Расчёт этой же задачи в СКАД 21 можно посмотреть здесь.
Сравнение результатов расчётов в Скад 21 и LIRA 2015 можно посмотреть здесь.
Начну создание схемы с загрузки dxf файла плана подвала. Сетка создается с местным колоритом.
При помощи "сборки" добавляем очередной этаж и проводим с ним те же манипуляции, что и с подвалом. Открываем оба окна - с основной и с присоединяемой схемой. В окне основной схема выбираем "сборка", "базовая" и ставим галочку на "указать узлы" и узлы указываем (три как минимум и не лежащие на одной прямой). В окне присоединяемой схемы те же самые манипуляции, только выбираем "присоединяемая" вместо "базовая". Возвращаемся в окно основной схемы и нажимаем на, ставшую активной, кнопку "собрать".
При создании сетки возникали проблемы. Несовпадение узлов в месте пересечения стен и перекрытия решал изменением координат узлов.
Следующее перекрытие (к счастью) похоже на предыдущее, поэтому после сборки (добавление очередного этажа из dxf файл) скопировал нижележащее перекрытие и откорректировал.
После, вырезаю лестнично-лифтовые узлы вместе с, примыкающими к ним, элементами, для моделирования стен. Стены моделирую одновременно с лестничными маршами. При помощи функции "добавить узел на расстоянии" вводим узлы для лестничных маршей на плитах перекрытия этажей и на промежуточных площадках. Дверные проёмы вырезаю в последнюю очередь.
Так как лестниц две, и они симметричны, чтобы не создавать по новый, попробуем отразить зеркально. Для этого я создал блок из элементов лестничной клетки и, выделив узел симметрии и плоскость, скопировал.
Очень важный момент - параметры расчёта и коэффициенты для бетона (в окне "жесткость и материалы" на вкладке "ж/б" кнопка "настройки")
Добавляем загружение: собственный вес, вес конструкции пола, вес ограждающих конструкций, вес конструкции кровли, вес перегородок, давление грунта на стены подвала, технологическая (полезная) нагрузка, нагрузка от снега, нагрузка от ветра.
Задаём коэффициенты постели. Во избежание геометрической неизменяемости нас просят задать дополнительные граничные условия с помощью одноузловых КЭ 56 в узлах фундаментной плиты. Жесткость для всех КЭ 56 должна составлять 70% от жесткости упругого основания C1z, умноженная на грузовую площадь вокруг одного КЭ 56. Рекомендуют в начале задаться величиной 200 т/м, а потом уточнить. Если проанализировать этот конкретный пример, немного забегая вперёд, то жесткость КЭ 56 должна быть равна 0,7*1720 (С1z)*0.3*0.3=108.36 т/м
Далее необходимо задать равномерно распределённую нагрузку на плиту, а уж затем перейти к расчёту грунтового основания в программе Грунт. Для этого суммируем всю нагрузку, направленную по оси Z и делим её на площадь плиты. Вносим полученный результат и обязательно нажимаем на галочку. Как позднее выяснилось, вовсе необязательно задавать реальную равномерно распределённую нагрузку на плиту. Программе нужно любое, отличное от нуля число, для того, чтобы просто начать.
Без первоначальной равномерно распределённой нагрузки на плиту будет невозможным передача данных в программу "Грунт". После применения нагрузки возвращаемся к той же панели, но уже выбираем "модель грунта". В появившимся окне выбираем "Подключить модель грунта" и, во вновь появившемся окне, вписываем имя для нового файла и нажимаем "открыть" (создать, открыть - какая разница).
Наконец мы в программе "Грунт". Сперва-наперво зададим грунты. Затем задаём сетку, затем расставляем и заполняем скважины. При заполнении скважин задаем отметку устья, по очереди выбираем ИГЭ и задаем глубину залегания.
Очень важно не забыть задать абсолютную отметку приложения нагрузки (она же отметка низа фундаментной плиты) в окне "Импортированные нагрузки.
Сохраняем, но не закрываем файл с моделью грунта. Нажимаем на расчёт схемы и если появилось вот такое окно (ниже), то всё сделано верно.
Если они отличаются то присваиваем Rz фундаментной плите, нажав на кнопку "Приложить отпор грунта" и пересчитываем. Важно прикладывать отпор грунта от РСН, а не от отдельного загружения.
Использование вычислительных программных комплексов играют первостепенную роль в развитии методик расчёта [1], а так же экономической эффективности проектирования [2]. Однако при их использовании могут возникнуть ряд проблем, одной из такой проблемы можно считать метод сопряжения пластичных элементов по шарнирной схеме, группа учёных Пензенского государственного университета архитектуры и строительства занимается решением данной проблемой. Существует множество способов, как решать данную проблему, изложим некоторые из них.
Как создать шарнирное опирание монолитной ж/б плиты на стену (Фундаментные блоки или кирпичную)? Создана модель когда плита опирается по контуру на балки (предполагаемые стены заменили балками), нагрузка приложена — 1т и собственный вес, после расчёта по эпюре моментов видно что это жёсткая заделка, а как сделать шарнирное опирание?" — «можно сделать, на мой взгляд, проще.
2-й вариант — сдвинуть перекрытие на 5см по отношению к примыкающим узлам стены и ввести 55КЭ с нулевыми жесткостями по UX UY UZ (в этом случае при необходимости можно учесть жесткость раствора шва кладки). Шаг узлов я обычно принимаю 0.5–0.6м и вертикальную жесткость 1E6.
Необходимо быть внимательным при выборе КЭ для балок-стенок. Их ориентация в общей системе координат. При необходимости можно через узлы провести вертикальные стержни фиктивной жесткости. При динамических расчетах надо заменить балки-стенки на оболочки.
Для моделирования сопряжение кирпичной стены А, с монолитной плитой. По логике вещей жесткие узлы оставлять нельзя, так как в случае появления несущей кирпичной стены (в виде балки-стенки), если на нижележащем этаже такой стенки нет, то возникает ситуация:
В итоге для практических расчетов как с этим поступать? Шарнирное опирание задавать не надо, так как, если посмотреть и сравнить результаты с шарнирами в узлах и без них, то получатся две совершенно одинаковые картины с мизерными моментами в кирпичной стене, то есть они будут практически отсутствовать.
Это происходит, так как модуль упругости бетона во много раз больше модуля кирпича, отсюда и получается шарнир, так как плита во много раз жестче кирпичной стены.
Для решения данной проблемы команда авторов создала несколько расчетных схем на которых и будут представлены варианты возможного моделирования сопряжения пластинчатых элементов по шарнирной схеме.
Общий вид расчетной схемы, где q- единичная распределенная нагрузка, представлен на рисунке 1.
Рис.1. Общий вид расчётной схемы
Рис.2. В расчетной схеме используется жесткая заделка
Рис. 3. Объединение и перемешивание смежных узлов
Рис. 4. Моделирование шарнирного соединения с помощью введения дополнительных стержневых элементов с жесткостью эквивалентной жесткости стены, где1 — Плита перекрытия; 2 — Введенные стержневые элементы; 3 — Стены
с
Рис. 5. Моделирование шарнирных сопряжений осуществляется путем задания жесткости крайним элементам плиты перекрытия втри раза большей, чем у самой плиты, где 1- EI1 =2750000 (т/м 2 ); 2- EI2=2750000 (т/м 2 ); 3-EI3=2750 (т/м 2 ); EI1=EI2=3EI3
Рис. 6. Где 1- EI1 =2750000(т/м 2 ); 2- EI2 =2750000(т/м 2 ); 3-EI3= 2750000000 (т/м 2 ); EI1=EI2=EI3
Был произведен расчет, по которому получены характерные эпюры напряжений и деформаций данных расчетных схем. Их анализ будет проводиться в следующих статьях.
1. Арискин М. В., Гуляев Д. В., Гарькин И. Н., Агеева И. Ю. Современные тенденции развития проектирования в строительстве [Текст] // Молодой учёный (№ 10(45) Октябрь 2012 г.) С.31–33.
2. Арискин М. В., Гуляев Д. В., Гарькин И. Н, Агеева И. Ю.. Экономическая эффективность проектирования в комплексе Аllplan по сравнению с существующими CAD-системами [Текст] // Молодой ученый. — 2013. — № 5. — С. 32–35.
Основные термины (генерируются автоматически): кирпичная стена, расчетная схема, шарнирное опирание, жесткая заделка, общий вид, плита, шарнирная схема.
Читайте также: