Раздел 2 расчетно-конструктивная часть

2.1. Исходные данные.

Элементы каркаса:

Фундамент –монолитный плита толщиной 700мм из бетона класса В20.

Колонны - сборные 400х400 из бетона класса В30.

Ригели - сборные сечением 300х250(h)мм, общая высота 410мм сборно-монолитного ригеля соответственно образуются из высоты нижней сборной части 250мм и омоноличивания верха 160мм из бетона класса В30.

Перекрытие - сборно-монолитные плиты толщиной 160мм образуются из высоты плит-опалубок 60мм и омоноличивания верха 100мм из бетона класс В30.

Диафрагмы жесткости – стенки 160мм из бетона класса В20.

Ограждающие конструкции – кладка по краю перекрытий в пределах одного этажа из пеноблоков, утеплителя и навесного вентилируемого фасада.

Уровень ответственности здания – II (нормальный) по ГОСТ 27751-88, СНиП 2.01.07-85*.

Степень огнестойкости – II по СНиП 21-01-97*

Класс конструктивной пожарной опасности С1 по СНиП 21-01-97*.

Основные строительные конструкции класса пожарной опасности - КО по СНиП 21-01-097*.

Здание имеет II-степень огнестойкости (R90)-1,5 часа.

Согласно таблице 1 МДС 21-2.2000 защитные слои железобетонных конструкций обеспечены для предела огнестойкости в минутах:

- для несущих элементов здания (колонны и ригеля и диафрагмы жесткости) имеют предел огнестойкости R90–1,5 часа,

-перекрытия междуэтажные имеют предел огнестойкости RЕI 60– 1,0 часа,

-лестничные клетки:

а) внутренние стены (диафрагмы жесткости) REI 90-1,5 часа,

б) марши и площадки R60-1.0 часа.

2.2. О программе и расчетной схеме

Общие данные

Расчет выполнен с помощью проектно-вычислительного комплекса МОНОМАХ версия 4.2. Комплекс реализует конечно-элементное моделирование статических и динамических расчетных схем, проверку устойчивости, выбор невыгодных сочетаний усилий, подбор арматуры железобетонных конструкций, проверку несущей способности стальных конструкций. В представленной ниже пояснительной записке описаны лишь фактически использованные при расчетах названного объекта возможности комплекса МОНОМАХ 4.2.

Краткая характеристика методики расчета

В основу расчета положен метод конечных элементов с использованием в качестве основных неизвестных перемещений и поворотов узлов расчетной схемы. В связи с этим идеализация конструкции выполнена в форме, приспособленной к использованию этого метода, а именно: система представлена в виде набора тел стандартного типа (стержней, пластин, оболочек и т.д.), называемых конечными элементами и присоединенных к узлам.

Тип конечного элемента определяется его геометрической формой, правилами, определяющими зависимость между перемещениями узлов конечного элемента и узлов системы, физическим законом, определяющим зависимость между внутренними усилиями и внутренними перемещениями, и набором параметров (жесткостей), входящих в описание этого закона и др.

Узел в расчетной схеме метода перемещений представляется в виде абсолютно жесткого тела исчезающе малых размеров. Положение узла в пространстве при деформациях системы определяется координатами центра и углами поворота трех осей, жестко связанных с узлом. Узел представлен как объект, обладающий шестью степенями свободы - тремя линейными смещениями и тремя углами поворота.

Все узлы и элементы расчетной схемы нумеруются. Номера, присвоенные им, следует трактовать только, как имена, которые позволяют делать необходимые ссылки.

Основная система метода перемещений выбирается путем наложения в каждом узле всех связей, запрещающих любые узловые перемещения. Условия равенства нулю усилий в этих связях представляют собой разрешающие уравнения равновесия, а смещения указанных связей - основные неизвестные метода перемещений.

В общем случае в пространственных конструкциях в узле могут присутствовать все шесть перемещений:

1 - линейное перемещение вдоль оси X;

2 - линейное перемещение вдоль оси Y;

3 - линейное перемещение вдоль оси Z;

4 - угол поворота с вектором вдоль оси X (поворот вокруг оси X);

5 - угол поворота с вектором вдоль оси Y (поворот вокруг оси Y);

6 - угол поворота с вектором вдоль оси Z (поворот вокруг оси Z).

Нумерация перемещений в узле (степеней свободы), представленная выше, используется далее всюду без специальных оговорок, а также используются соответственно обозначения X, Y, Z, UX, UY и UZ для обозначения величин соответствующих линейных перемещений и углов поворота.

В соответствии с идеологией метода конечных элементов, истинная форма поля перемещений внутри элемента (за исключением элементов стержневого типа) приближенно представлена различными упрощенными зависимостями. При этом погрешность в определении напряжений и деформаций имеет порядок (h/L)^k, где h — максимальный шаг сетки; L — характерный размер области. Скорость уменьшения ошибки приближенного результата (скорость сходимости) определяется показателем степени k, который имеет разное значение для перемещений и различных компонент внутренних усилий (напряжений).

Программы ПК МОНОМАХ — КОМПОНОВКА, БАЛКА, КОЛОННА, ФУНДАМЕНТ, ПОДПОРНАЯ СТЕНА, ПЛИТА, РАЗРЕЗ (СТЕНА), КИРПИЧ, ГРУНТ.

Программа КОМПОНОВКА — программа автоматизированного проектирования многоэтажных каркасных зданий из монолитного железобетона, а также зданий с кирпичными стенами.

Область применения.

Программа КОМПОНОВКА является 32-разрядным приложением для Windows-95/98/ME, Windows-NT/2000/XP. Данная программа используется для автоматизированного проектирования монолитных железобетонных конструкций каркасных зданий и ориентирована на инженеров-проектировщиков железобетонных конструкций.

Функции программы:

- Предоставляется инструментарий для формирования модели здания с заданными нагрузками на плиты перекрытия этажей.

- Выполняется сбор нагрузок на конструктивные элементы с учетом принятой схемы здания — связевая, рамно-связевая или рамная.

- Выполняется расчет на ветровые и сейсмические воздействия с определением горизонтальных перемещений здания в уровнях перекрытий.

- Определяются требуемые сечения железобетонных элементов.

- Выполняется формирование расчетной схемы и конечно‑элементый расчет. Определяются перемещения узлов, усилия и напряжения в сечениях элементов. Для динамических воздействий определяются периоды, частоты и формы колебаний для каждого тона.

- Определяется расход материалов и стоимость конструкций здания.

- Экспортируются сведения об элементах для работы в конструирующих программах БАЛКА, КОЛОННА, ФУНДАМЕНТ, ПЛИТА, РАЗРЕЗ (СТЕНА), КИРПИЧ.

- Экспортируется расчетная схема в Программный комплекс ЛИРА.

- Экспортируются данные в Программную систему ФОК‑ПК.

- Формируются чертежи планов этажей. Формируются dxf‑файлы чертежей для работы в других графических комплексах (AutoCAD, ArchiCAD, AllPlan).

- По результатам расчета формируется rtf‑файл расчетной записки для работы в текстовых редакторах (Microsoft Word).

При разработке программы КОМПОНОВКА учитывались требования следующих нормативных документов:

-СНиП 2.01.07‑85. Нагрузки и воздействия;

-СНиП II‑7‑81. Строительство в сейсмических районах;

-СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции.

Системы координат.

Координаты точек и приращения вдоль осей задаются относительно текущего положения базиса. Для некоторых команд построения предусматривается возможность задавать координаты также и в относительной системе координат (например, при задании следующего узла контура плиты можно указать координаты относительно последней заданной точки).

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.

Расчетные предпосылки и выполнение расчета

Нагрузки

Вертикальные нагрузки на плиты перекрытия задаются их нормативными значениями (расчетными значениями с коэффициентом надежности по нагрузке равным единице). Собственный вес конструктивных элементов автоматически включается в постоянное загружение. Чтобы учесть ветровые и сейсмические воздействия пользователь задает расчетное направление ветра и сейсмики (можно задать по два разных направления), а также ветровой и сейсмический районы площадки строительства здания. Сбор нагрузок выполняется по их нормативным значениям.

Принятая расчетная схема здания (рамная, связевая или рамно-связевая) учитывает, каким образом будут распределены горизонтальные нагрузки, вызванные ветровыми и сейсмическими воздействиями на колонны и стены. При выборе рамной схемы горизонтальные нагрузки будут распределены только на колонны, при выборе связевой — только на стены, а при выборе рамно-связевой — будут распределены на колонны и стены в соответствии с их горизонтальной жесткостью.

Учет требований пунктов 3.8, 3.9 СНиП 2.01.07‑85 Нагрузки и воздействия по снижению полных нормативных значений равномерно распределенных нагрузок на перекрытие должен выполняться пользователем вручную в программах конструирования.

При подборе или проверке сечений конструктивных элементов нормативные значения нагрузок автоматически приводятся к расчетным значениям (для каждого вида нагружения принимаются осредненные коэффициенты надежности по нагрузке), и, в соответствии со стандартными коэффициентами сочетаний, формируются расчетные сочетания нагрузок.

Железобетонные элементы, размер сечения которых зафиксирован, проверяются при расчете. При отсутствии фиксации выполняется подбор сечений. Расчет сечений элементов, материал которых отличен от железобетона, не выполняется.

Приняты следующие коэффициенты надежности по нагрузке и коэффициенты расчетных сочетаний:

	Постоянное	Длительное	Кратковременное	Ветровое	Сейсмическое
f	1,1	1,2	1,2	1,4	1,0
1 сочетание, основное	1,0	1,0	1,0	1,0	нет
2 сочетание, основное	1,0	0,95	0,9	0,9	нет

Табл. 1 Коэффициенты надежности по нагрузке и расчетных сочетаний

Коэффициент надежности по ответственности принят равным 1,0. При необходимости коэффициенты надежности по нагрузке и коэффициенты расчетных сочетаний могут быть изменены в диалоге Коэффициенты меню ЗАГРУЖЕНИЯ. Аэродинамический коэффициент для ветровой нагрузки принят равным 1,4 (0,6+0,8). При необходимости к этому коэффициенту может быть задан множитель в окне диалога Сейсмика и ветер меню СХЕМА.

Выполнение расчета

В программе предусмотрено осуществление предварительного (упрощенного) расчета и МКЭ расчета.

Предварительный (упрощенный) расчет производится с помощью команд Расчет текущего этажа и Расчет всего здания меню РАСЧЕТ. В процессе расчета выполняется диагностика созданной схемы. Обнаруженные нарушения выводятся в окне диалога. Щелчок мышью в строке списка ошибок выделит на схеме красным цветом элемент, из‑за которого произошла ошибка.

По результатам расчета всего здания формируются таблицы нагрузок, таблицы объемов и стоимости, выполняется экспорт данных в программы конструирования.

МКЭ расчет может быть выполнен после расчета всего здания, когда известны сечения элементов и определена ветровая нагрузка на здание. Расчет производится с помощью команды МКЭ расчет меню РАСЧЕТ. Этот расчет представляет собой традиционный расчет методом конечных элементов пространственной расчетной схемы, которая автоматически формируется по созданной из конструктивных элементов модели. В окне диалога МКЭ расчет могут быть изменены параметры, влияющие на расчетную схему.