Сквозной расчет стальных конструкций
Предназначен для быстрой проверки заданных сечений или их подбора во всех элементах конструкции или выделенной части с целью быстрого получения основной информации для конструкции. В результате этого расчета выводится наглядное световое изображение элемента конструкции со шкалой, по которой можно оперативно определить недогруженные или перегруженные сечения в элементах конструкции, и параллельно выводятся стандартные таблицы в формате txt, html или exl, в которых зафиксированы подробные результаты проверки элементов конструкции.
Локальный расчет стальных элементов
Позволяет выполнить расчет отдельных стальных сечений на расчетное сочетание нагрузок, заданных для статического расчета, или же ввести новые нагрузки для этого сечения. Вместе с тем можно выполнить вариацию размера или типа сечений. Данный расчет полезен для вариации сечений конструкций. На выходе получается достаточно много полезной информации, в том числе огибающие эпюры моментов от задаваемых нагрузок. Результаты всех расчетов представлены в табличной форме отдельно для первой и второй групп предельных состояний. Доля первой группы выводятся результаты проверки устойчивости, а по второй – результаты проверки гибкости и прогибов.
λ=i/l0 ,
где l0 – расчетная длина элемента;
i – радиус инерции.
Результаты выводятся в виде процентного использования сечений в сравнении с предельной величиной напряжений, гибкости или прогибов.
% исп.= 100% *(наибольшее значение/несущая способность)
% исп.= 100% * (фактическая гибкость/ предварительно дополнительная гибкость) - примерно 60%
% исп.= 100% * (фактический прогиб/ предварительно дополнительный прогиб) - примерно 80%
Кроме этой информации выдаются обобщающие сведения по 1 и 2 группам предельных состояний также в процентах использования. При этом здесь указывается максимальный процент использования, полученный из расчета по прочности и устойчивости.
1ПС – max% (прочность, прогиб)
2ПС – max% (гибкость, прогиб)
Подбор и проверка армирования в железобетонных элементах
Для выполнения этой процедуры результат статического расчета следует экспортировать в систему Лира АРМ.
Армирование выполняется строго на основе принципов нормах расчета железобетонных конструкций.
Дополнительные данные: вид и предполагаемый диаметр рабочей арматуры; величина защитного слоя бетона; класс бетона; допустимая ширина раскрытия трещин; вид проектируемого железобетонного элемента (балка, колонна, плита, оболочка).
Кроме того указывается, устанавливается ли арматура по конструктивным соображениям. В этой же системе можем поменять сечение элемента в статическом расчете. Считается, что если при перемене сечений соотношение жесткостей изменилось не более, чем на 10%, то пересчет выполнять не требуется.
Для разных элементов имеются различные специфические модули армирования, которые определяют тип сечения и схему армирования элемента.
Модуль армирования «стержень»
Выполняется подбор арматуры от действия следующих усилий: 1)продольная сила N; 2) крутящий момент Mx; 3) изгибающий момент в двух плоскостях My и Mz; 4) поперечная сила в двух плоскостях Qy и Qz.
Расчет выполняется по двум группам: 1) прочность; 2) трещиностойкость и прогибы.
Здесь имеется объемная база сечений для армирования: прямоугольник, тавр с полкой сверху, тавр с полкой внизу, кольцевое, коробчатое, круглое сечения и др.
При подборе арматуры задействованы следующие процедуры, отвечающие требованиям норм:
1) определение высоты сжатой зоны;
2) контроль напряжений в сжатой зоне;
3) контроль относительной высоты в сжатой зоне
ξ ≤ ξR
ξ=x/h0
Алгоритм расчета арматуры здесь имеет две ветви:
Действие изгибающего момента в одной плоскости вместе с продольной силой;
Действие изгибающего момента в двух плоскостях вместе с продольной силой.
Во всех случаях происходит разделение поперечного сечения на элементарные площадки, и выполняются итерации, на каждом шаге которых сечение принимается линейно-упругим.
На каждой итерации определяется напряжение на элементарных площадках, выполняется исключение из расчета перенапряженного бетона, растянутого бетона и арматуры, в которой превышается расчетное сопротивление.
При этом по мере изменения геометрического сечения уменьшаются и внешние нагрузки. При этом может оказаться, что сечение вырожденное. В этом случае процессор возвращается к исходному сечению, увеличивает количество арматуры, и алгоритм расчета повторяется.
После выполнения расчета и определения сечения проверяется количество арматуры и сравнивается с предельно допустимым коэффициентом армирования. Если коэффициент армирования больше 5%, то выдаются рекомендации увеличить размеры сечения. Когда имеется изгибающий момент и поперечная сила, то высота сжатия зоны вычисляется в дополнительных напряжениях, вызванных продольной силой. Если в элементе действует продольная сила, то учитывается и влияние прогиба в соответствие с нормами.
Коэффициент η учитывает степень приближения критической силы к фактически действующей.
е0 – эксцентриситет действующей силы
е – реальный эксцентриситет
е = η * е0 + h/2
η учитывает ползучесть бетона при длительных нагрузках за счет чего может возрасти эксцентриситет действующей продольной силы.
N≤Nкр является некоторой функцией геометрических характеристик сечения, модуля упругости материала колонны и соотношение кратковременных и длительных нагрузок.
η = 1/(1-N/ Nкр)
В принципе нормы допускают не вводить коэффициент η, если расчет выполняется в физико-нелийнейной подстановке.
Изменения сечения увеличивает количество продольной арматуры до предельно допустимого, чтобы увеличить Nкр.
Если это не помогает выводится сообщение о том, что сечение мало.
Отметим, что сечение арматуры выполняется на основании РСУ, полученного в результате статического расчета, а сами РСУ на основе анализа напряжения в переферийных точках сечения, в которых возникает критическое напряжение.
Всего применяется до тридцати четырех критерия для прямоугольных сечений.
РСУ – расчетное сочетание усилий;
РСН – расчетное сочетание нагружений.
При расчетах армирования формируются и внутренние группы РСУ, которые разделяют сочетания на два типа:
Сочетания, включающие нагрузки непродолжительного действия.
Сочетания, в которые таковые нагрузки не входят.
Это делается для нахождения коэффициента γв – условие работы бетонав соответствие с нормами.
При расчетах стержневых элементов пользователь имеет возможность задать несколько признаков работы стержневых элементов:
Обычный стержень;
Балка;
Колонны первого этажа многоэтажного здания;
Другие сжатые элементы многоэтажного здания.
Есть возможность задать симметричное или несимметричное армирование. В колоннах задается симметричное армирование, но если колонна подвержена несимметричным длительно действующим нагрузкам, например, колонна подвала, воспринимающая давление от грунта, задается несимметричное армирование.
Результаты армирования обычно представлены в трех основных строчках: полное количество арматуры, полученной по расчету двух предельных состояний, во второй строчке – арматура, полученная только по расчету первого предельного состояния, в третьей – часть арматуры, обусловленная кручением.
Пользователь также имеет возможность задать дополнительную ширину раскрытия трещин в железобетонных элементах. Ширину, равную нулю, присваивать не допускается.
В принципе предварительно напряженная арматура в стержнях тоже может быть смоделирована. Для этого используется процедура жестких вставок.
Процедура подбора арматуры выполняется на основе сформированных сочетаний нагрузок, которые могут быть либо подобраны в авторежиме по критерию напряженного состояния элементов, либо могут быть заданы пользователем.
Кроме того формируются группы сочетающихся нагрузок: группы А и В. Разница между типами сочетания в том, что в группу А не входят нагрузки, действующие короткое время, а в группу В входят. Это разделение выполнено для того, чтобы реализовать требования норм по расчету железобетонных конструкций, которые касаются коэффициентов γв2.
γв2=0,9 и γв2=1,1
Если пользователь в настройках указывает на необходимость учета конструктивных требований, то она устанавливается следующим образом:
если рассчитывается изгибающий момент (балка), то в углах сжатой зоны ставятся два стержня диаметром 10мм;
если сечение имеет большую высоту, то стержни устанавливайся по высоте.
Если имеется внецентренно-сжатый элемент, то конструктивная арматура устанавливается в виде стержней диаметром 15-16мм в зависимости от размера сечения.
Кроме того, проверяется и содержание арматуры в элементе и сравнивается с заданным пользователем минимальным или максимальным его значением. Если количество арматуры меньше минимального, которое задал пользователь, то количество арматуры увеличивается до равенства минимальному. Если количество арматуры больше максимального, заданного пользователем, то выдается сообщение «сечение мало». При это необходимо либо увеличить класс бетона, либо размер сечения.
Одновременно с расчетом на прочность производится расчет на раскрытие трещин в железобетонном элементе. При этом длительная ширина раскрытии я трещин и кратко временя задается пользователем. Нулевую ширину раскрытия трещин задавать не допускается. Чем меньше раскрытие трещин, тем больше расход арматуры, поэтому ее нужно задавать максимально возможной.
Основная масса ненапрягаемой арматуры работает по третьей категории: кратковременная – ширина 0,4 мм; длительная – 0,3 мм.
В любом случае в результате выдается количество арматуры, полученной по первому предельному состоянию, и количество арматуры из расчета по ширине раскрытия трещин. В ряде случаев эти величины совпадают.
При подборе арматуры пользователь имеет возможность задать тип армирования: симметричный или несимметричный.
Несимметричное армирование задается в элементах, в которых действует момент одного знака (балка или колонна подвала, подвергающаяся постоянному напору грунта). Симметричное армирование задается в элементах, на которые действует моменты разных знаков, одинаковые по величине при одной и той же продольной силе (колонны одноэтажного промышленного здания, многоэтажные здания).
Если задано для балки, получим значительный расход арматуры.
Общий результат расчета выдается в трех строках : 1) армирование только по второй группе предельных состояний; 2) армирование, подобранное по первой группе предельных состояний(по прочности); 3) армировании, подобранное из условий кручения.
При расчетах количества арматуры используют два основных алгоритма для стержневых элементов (алгоритм дискретного армирования и алгоритм распределенного армирования).
При расчетах по этому типу получаем более экономичное решение в том случае, если изгибающие моменты действуют в двух плоскостях, поскольку угловые стержни включаются в работу при действии моментовдвуз знаков в узлах.
Дискретное распределение арматуры.
Распределенное армирование, связанное с равномерным распределением арматуры вдоль грани сечения.
Этот способ более старый, и он реализовывался, начиная с ранних версий программы. При этом количество арматуры мы можем сами переводить в стержни круглого диаметра и размещать произвольно вдоль грани сечения.
Таким образом, алгоритм распределения арматуры приводит к некоторому перерасходу. Однако достоинством здесь является то, что пользователь может произвольно назначать стержень и его диаметр. А при расчете дискретной арматуры стержни большего диаметра всегда размещаются только в углах.
Программа Лира АРМ имеет в своем составе локальную программу. Эта подпрограмма предназначена для проверки заданного армирования. При этом по специальному шаблону пользователь задает расположение продольной и поперечной частей.
В продольном армировании различают промежуточные и угловые стержни. Этот вид стержней может располагаться в два и более ряда. В поперечном направлении – поперечная арматура и арматура, работающая на кручение.
Если восприятие крутящего момента не обеспечено, выделяются соответствующие значения, затем проверяется поперечная арматура. Продольная арматура проверяется на действие изгибающего момента и продольной силы. Если изгибающий момент поперечной силы задается пользователем, то программа рассчитывает коэффициент запаса сечения по арматуре.
Результаты расчета арматуры могут быть представлены в разном виде: отдельная индикация арматуры, воспринимающая поперечную силу, кручение, количество арматуры в углах сечения, при дискретном алгоритме количество распределенной арматуры вдоль грани. Или же общее количество арматуры в сечении выбранного направления или выбранного типа. Задается четыре типа армирования: армирование вдоль верхней грани по локальным осям X1,Y1 и вдоль нижней грани в этом же направлении.
Кроме того по требованиям пользователя может быть выведена информация о необходимости установки поперечной арматуры. При расчете плитных элементов качестве результатов могут быть выведены разноцветные изополя, отражающие требуемое количество арматуры в различных частях оболочки. Может быть выведена картинка в виде «клеенки», когда каждый элемент приобретает цвет, который сравнивают со шкалой. Кроме того может быть предоставлен цифровой вывод информации, когда в каждой клеточке приводится число, соответствующее количеству арматуры на 1 кв метре рассматриваемого сечения. В этом случае необходимо наиболее оптимальным образом распределить арматуру на 1 м поперечного сечения плиты (принять стержень большего диаметра и уменьшить шаг или наоборот).
Критерием может являться минимальный запас количества арматуры по сравнению с расчетом, а также технологические соображения (вопрос о качестве бетонирования конструкции).
При армировании плит шаг арматуры не меньше 150 мм, а при бетонировании фундаментных плит – не менее 200 мм.