Оптимизация проектных решений оснований и фундаментов с помощью Microsoft Excel и Visual Basic for Applications. Методические указания для самостоятел

УДК 69 ББК 38.58

К 99

Рассмотрено на заседании кафедры технологии строительного производства и строительных материалов.

Рецензент: к.т.н., доцент Багдасаров А.С. Составитель: к.т.н., доцент Кятов Н.Х.

К 99 Кятов Н.Х.Оптимизация проектных решений оснований и фундаментов с помощью Microsoft Excel и Visual Basic for Applications:

методические указания для самостоятельной работы слушателей дополнительной образовательной программы повышения квалификации «Строительство зданий и сооружений» по направлению подготовки 270800 Строительство / Н.Х. Кятов.- Черкесск: БИЦ СевКавГГТА,

2013. - 28 с.

Методические указания предназначены для слушателей повышения квалификации, специалистов строительства и жилищно-коммунального комплекса по направлению «Строительство зданий и сооружений».

В методических указаниях представлено содержание внеаудиторной работы слушателя по дисциплине «Оптимизация проектных решений оснований и фундаментов с помощью Microsoft Excel и Visual Basic for Applications» по самостоятельному освоению материала дисциплины, подготовке слушателей к практическим занятиям и аттестационному тестированию. Приведенные в методических указаниях подробно рассмотренные примеры помогут слушателям в успешном освоении материала дисциплины.

УДК 69 ББК 38.58

© Кятов Н.Х. 2013 © ФГБОУ ВПО СевКавГГТА, 2013

2

Содержание

Введение

1.Проработка лекционного материала.

2.Подготовка к практическим занятиям.

3.Итоговый контроль знаний слушателей.

Рекомендуемая литература.

3

Введение

Внеаудиторная самостоятельная работа слушателя является составной частью процесса повышения квалификации. В процессе самостоятельной работы слушатель накапливает дополнительную информацию, приобретает опыт составления собственных программ и приложений расчета оснований фундаментов и переводит ее на уровень знания, умения самостоятельно работать со справочно-нормативной и технической литературой и решать конкретные инженерные задачи оптимизации проектирования.

Основной целью внеаудиторной самостоятельной работы слушателя является закрепление материала аудиторных занятий, материала изучаемой дисциплины и приобретение индивидуальных знаний.

В процессе самостоятельной работы решаются следующие задачи:

1.Углубленное освоение материала дисциплины «Оптимизация проектных решений оснований и фундаментов с помощью Microsoft Excel

иVisual Basic for Applications».

2.Закрепление материала дисциплины путем самостоятельного составления собственных программ и приложений примеров, рекомендуемых в методических указаниях.

3.Подготовка к практическим занятиям и аттестационному тестированию.

4

1. Проработка лекционного материала.

Проработка лекционного материала проводится согласно тем указанных в таблице 1.

Таблица 1 – Наименование тем лекционного материала.

Впроцессе проработки материала дисциплины слушателям следует пользоваться конспектами лекций, учебниками, учебными пособиями, методическими указаниями и справочно-нормативной документацией.

Всвязи с тем, что объем часов лекционного курса охватывает лишь основы использования табличного процессора Excel и языка Visual Basic for Applications для решения некоторых задач расчета и оптимизации проектных решений оснований фундаментов, слушателям следует проработать практический материал, приведенный в учебниках.

Рекомендуемая литература:

1. Олбрайт, К. Моделирование с помощью Microsoft Excel и VBA: разработка систем поддержки принятия решений: пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2005. – 672 с.: ил. – Парал. тит. англ.

5

2.Гарбер, Г.З. Основы программирования на Visual Basic и VBA в Excel 2007. – М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2008. – 192 с.

3.СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. – М.: ФГУП ЦПП, 2006. – 48 с.

Пример 1. Требуется определить распределение вертикальных нормальных напряжений по глубине от действия нескольких сосредоточенных сил (рис. 1) с помощью электронной таблицы Excel.

r3

r1

z

Рис. 1. Действия нескольких сосредоточенных сил.

Для этого выполните следующую последовательность действий:

1.Откройте электронную таблицу Excel.

2.Поместите указатель мыши на ячейку D2 и щелкните правой клавишей мыши. В открывшемся подменю выберите команду Формат ячеек и щелкните на ней левой клавишей мыши. В открывшемся диалоговом окне Формат ячеек раскройте вкладку Шрифт. Выберите шрифт Times New Roman с начертанием полужирный, размером 14 и щелкните на кнопке ОК. Наберите на клавиатуре прописными буквами предложение – ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ ПО ГЛУБИНЕ ОТ ДЕЙСТВИЯ НЕСКОЛЬКИХ СОСРЕДОТОЧЕННЫХ СИЛ. Аналогично в ячейки A4, B4, С4, D4, E4, F4, A7 и B7 вставьте соответственно буквы P1,

6

P2, P3, r1, r2, r3, z и σz тем же шрифтом, а в ячейки A5, B5, C5, D5, E5, F5

вставьте 300, 200, 400, 0,8, 0,5 и 0,3 тем же шрифтом красного цвета.

3.В ячейки A8 и A9 введите соответственно 0 и 0,25 и выделите их. Подведите указатель мыши к маркеру заполнения (к маленькому черному квадрату в правом нижнем углу табличного курсора), который примет вид крестика. Нажмите левую клавишу мыши и, «ухватившись» за маркер заполнения, перетащите его до конца диапазона, т.е. до появления в рамке экранной подсказки числа 4.

4.Выделите ячейку B8. Подведите указатель мыши к строке формул, активизируйте ее нажатием левой клавиши мыши и введите знак равенства. Наберите формулу

для определения вертикальных нормальных напряжений по глубине по оси, отстоящей от осей действия сосредоточенных сил на расстоянии r1, r2 и r3. Здесь константы P1, P2, P3, r1, r2 и r3, следует оформить как абсолютные ссылки, а переменную z – как относительную ссылку.

В строке формул данная формула будет иметь следующий вид

=3*$A$5*A8^3/(2*ПИ()*(КОРЕНЬ(A8^2+$D$5^2))^5)+

+3*$B$5*A8^3/(2*ПИ()*(КОРЕНЬ(A8^2+$E$5^2))^5)+

+3*$C$5*A8^3/(2*ПИ()*(КОРЕНЬ(A8^2+$F$5^2))^5)

После окончания набора формулы щелкните левой клавишей мыши на кнопке Ввод (√) в строке формул. В выделенной ячейке появится результат вычислений по введенной в нее формуле, а сама формула останется в строке формул до тех пор, пока активна ячейка, в которую она введена.

5.Выделите снова ячейку B8 и скопируйте ее щелкнув левой клавишей мыши на кнопке Копировать на панели инструментов

Стандартная.

6.Выделите диапазон ячеек B9:B24. Вставьте скопированную формулу в выделенный диапазон ячеек щелкнув левой клавишей мыши на кнопке Вставить на панели инструментов Стандартная. В диапазоне ячеек B9:B24 появятся результаты вычислений по введенной в них формуле.

7.Далее с помощью Мастера диаграмм постройте графики изменение вертикального нормального напряжения по глубине по оси действия сосредоточенной силы и по оси, отстоящей от этой оси на расстоянии r.

8.Поместите указатель мыши в диапазоне A7:C24, активизируйте любую ячейку из этого диапазона и щелкните левой клавишей мыши на кнопке Мастер диаграмм на панели инструментов Стандартная.

7

9.В открывшемся диалоговом окне выберите тип диаграммы Точечная со значениями, соединенными сглаживающими линиями без маркеров и щелкните левой клавишей мыши на кнопке Далее.

10.В открывшемся диалоговом окне выберите Ряды в столбцах и щелкните левой клавишей мыши на кнопке Далее.

11.В открывшемся диалоговом окне откройте вкладку Легенда, выберите Размещение внизу и щелкните левой клавишей мыши на кнопке

Далее.

12.В открывшемся диалоговом окне выберите Поместить диаграмму на имеющемся листе и щелкните левой клавишей мыши на кнопке Готово. В результате на рабочем столе появится график (рис. 2).

При изменении в ячейках A5, B5, C5, D5, E5, F5 значений P1, P2, P3, r1, r2, r3 автоматически будут изменяться результаты вычислений напряжений и вид графика, что весьма удобно и наглядно. Также по усмотрению пользователя можно изменять глубину определения напряжений и сами значения z.

Рис. 2. Результаты определения напряжений.

8

Если получаемый автоматически вид диаграммы не устраивает пользователя, то его можно отредактировать и придать ему желаемый вид. Для этого выполните следующую последовательность действий:

1.Поместите указатель мыши (стрелку) на Область построения диаграммы (внутри диаграммы) и щелкните правой клавишей мыши.

2.В открывшемся подменю выберите Формат области построения.

Воткрывшемся диалоговом окне выберите цвет рамки черный и заливку прозрачную и щелкните левой клавишей мыши на кнопке ОК.

3.Поместите указатель мыши на Ось у (значений) в области диаграммы и щелкните правой клавишей мыши. В открывшемся подменю выберите Формат оси и щелкните на ней левой клавишей мыши.

4.В открывшемся диалоговом окне откройте вкладку Вид и выберите толщину линии (третья сверху), Основные – наружу, Промежуточные – нет, Метки делений – рядом с осью. Далее откройте вкладку Шрифт,

выберите шрифт Times New Roman, начертание Обычный, размер 12 и щелкните левой клавишей мыши на кнопке ОК.

Аналогичные действия выполните и для оси x (категорий).

1.Поместите указатель мыши на область размещения легенды, щелкните правой клавишей мыши и в открывшемся подменю выберите

Формат легенды.

2.В открывшемся диалоговом окне откройте вкладку Вид и выберите вид рамки Невидимая. Далее откройте вкладку Шрифт, выберите шрифт Times New Roman, начертание Обычный, размер 12 и щелкните левой клавишей мыши на кнопке ОК.

3.Поместите указатель мыши на линию графика σz, щелкните правой клавишей мыши и в открывшемся подменю выберите Формат рядов данных.

4.В открывшемся диалоговом окне откройте вкладку Вид и выберите цвет линии синий, толщину линии (третья сверху), маркер отсутствует и щелкните левой клавишей мыши на кнопке ОК.

Примеры для самостоятельного решения.

1.Требуется с помощью электронной таблицы Excel определить распределение вертикальных нормальных напряжений по глубине по оси полосовой равномерно распределенной нагрузки шириной 2,0 м с учетом

влияния соседней полосовой равномерно распределенной нагрузки шириной 2,4 м. Интенсивность нагрузки на обеих полосах 350 кН/м2. Расстояние между осями полосовых нагрузок 2,2 м.

2.Требуется с помощью электронной таблицы Excel определить распределение вертикальных нормальных напряжений по глубине по оси полосовой равномерно распределенной нагрузки шириной 4,0 м с учетом влияния соседних (с обеих сторон полосы) распределенных по двум

9

полосам шириной каждая 1,8 м по закону треугольника. Общая ширина трапециевидной полосовой нагрузки 7,6 м. Интенсивность равномерно распределенной нагрузки по средней полосе 240 кН/м2.

3. Требуется определить осадку фундамента сварочного цеха с полным железобетонным каркасом с помощью электронной таблицы

Excel.

Фундамент прямоугольный с размерами подошвы: L = 3,3 м; b = 2,4 м. Глубина заложения подошвы фундамента – d = 1,8 м. Среднее давление под подошвой фундамента – Р = 480 кПа.

Грунтовые условия:

1 слой – насыпной слой толщиной 1,6 м: II = 18,2 кН/м3;

2слой – песок средней крупности, средней плотности, насыщенный водой толщиной 2,7 м: II = 19,6 кН/м3, sb = 9,8 кН/м3, E = 36 МПа;

3слой – песок пылеватый, средней плотности, насыщенный водой

толщиной 2,1 м: II = 19,8 кН/м3, sb = 10,2 кН/м3, E = 26 МПа;

4 слой – глина полутвердая, залегающая до разведанной глубины 12

м: II = 20,1 кН/м3, E = 17 МПа.

Уровень подземных вод расположен на глубине 2,1 м.

4. Требуется выполнить расчет основания фундамента девятиэтажного жилого дома с несущими кирпичными стенами без армирования по деформациям с помощью электронной таблицы Excel.

Фундамент ленточный с шириной подошвы: b = 1,6 м. Глубина заложения подошвы фундамента – d = 1,7 м. Среднее давление под подошвой фундамента – Р = 310 кПа.

Грунтовые условия:

1 слой – почвенный слой толщиной 0,6 м: II = 16,2 кН/м3;

2слой – песок мелкий, средней плотности, насыщенный водой толщиной 2,7 м: II = 19,5 кН/м3, sb = 9,9 кН/м3, E = 31 МПа;

3слой – супесь пластичная толщиной 2,5 м: II = 19,9 кН/м3, sb = 10,5

кН/м3, E = 16 МПа;

4 слой – суглинок тугопластиный, залегающий до разведанной

глубины 14 м: II = 20,2 кН/м3, E = 19 МПа.

Уровень подземных вод расположен на глубине 2,0 м.

5. Требуется выполнить расчет основания фундамента монтажного цеха с полным стальным каркасом по деформациям с помощью электронной таблицы Excel.

Фундамент прямоугольный с размерами подошвы: L = 3,0 м; b = 2,4 м. Глубина заложения подошвы фундамента – d = 1,6 м. Среднее давление под подошвой фундамента – Р = 520 кПа.

Грунтовые условия:

10