/
Текст
В.Н. Симбиркин
С.О. Курнавина
СТАТИЧЕСКИЙ И
ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
МОНОЛИТНЫХ
КАРКАСОВ ЗДАНИЙ С
ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММНОГО
КОМПЛЕКСА STARK ES
«Филиал ФГУП НИЦ «Строительство» -
Центральный научно-исследовательский институт
строительных конструкций имени В.А. Кучеренко
ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко
ООО «ЕВРОСОФТ»
В.Н. Симбиркин
С.О. Курнавина
СТАТИЧЕСКИЙ И ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ МОНОЛИТНЫХ КАРКАСОВ ЗДАНИЙ
С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА STARK ES
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Под редакцией д-ра техн, наук,
проф. Ю.П. Назарова
Москва, 2007
УДК 624.011:004 (075)
ББК 38.5я7
С37
Симбиркин В.Н., Курнавипа С.О. Статический и динамический расчет железобетонных
монолитных каркасов зданий с помощью программного комплекса STARK ES. Учебное по-
собие./ Под. ред. Назарова Ю.П. - Москва: Ф1 УП «НИЦ «Строительство», ООО «Еврософт»,
2007. - 158с.
В учебном пособии дано описание расчетных задач, решаемых при автоматизирован-
ном проектировании несущих конструкций зданий и сооружений, представлены методы их
решения и анализа полученных результатов. Подробно изложен порядок действий пользова-
теля программного комплекса STARK ES в процессе создания расчетной модели, расчета
напряженно-деформированного состояния конструкций при статических и динамических
воздействиях и конструктивных расчетов несущих элементов здания с учетом указаний со-
временных нормативных и рекомендательных документов.
Книга может быть полезна инженерам-проектировщикам и студентам строительных
специальностей при освоении и использовании ими программного комплекса STARK ES и
других подобных программ для решения задач проектирования железобетонных конструк-
ций здании.
Рецензенты: зав. кафедрой строительной механики МГСУ,
д-р техн, наук, профессор В.Л. Мондрус;
директор НИИЖБ, д-р техн, наук А.С. Ссмчснков;
зав. кафедрой «Строительные конструкции» ГГНИ
им. акад. М.Д. Миллионщикова, профессор Х.Н. Мажисв.
ISBN 978-5-9900821-2-0
© ФГУП «НИЦ «Строительство», ООО «Еврософт», 2007
СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ....................................................................5
1 ЗАДАЧИ РАСЧЕТА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ИХ РЕШЕНИЕ С
ПОМОЩЬЮ ПК STARK ES............................................................6
1.1 Методы, используемые при автоматизированном расчете строительных конструкций...6
1.2 Выбор расчетных схем конструкций, анализ исходных данных и результатов расчета...9
1.3 Особенности расчета строительных конструкций на динамические ветровые и
сейсмические воздействия..................................................12
1.4 Анализ устойчивости конструкций.......................................19
1.5 Вопросы проектирования плоских монолитных перекрытий..................21
1.6 Расчет балок, подкрепляющих плиты перекрытий..........................23
1.7 Возможности ПК STARK ES...............................................24
2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАБОТЕ С ПК STARK ES....................................27
2.1 Размерности данных....................................................27
2.2 Окно графического ввода...............................................28
2.3 Команды просмотра.....................................................29
2.4 Планка переключателей 1...............................................29
2.5 Планка переключателей 2............................................. 30
3 РАСЧЕТ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО МОНОЛИТНОГО КАРКАСА МНОГОЭТАЖНОГО
ЗДАНИЯ.....................................................................32
3.1 Исходные данные.......................................................32
3.1.1 Описание задачи...................................................32
3.1.2 Основные расчетные предпосылки....................................35
3.2 Формирование конструктивной модели здания.............................36
3.2.1 Создание модели фундамента здания.................................37
3.2.1.1 Создание фундаментной плиты и фиктивных законтурных плит.........37
3.2.1.2 Создание фиктивных колонн под фундаментной плитой................44
3.2.2 Создание подвального этажа здания............................... 47
3.2.2.1 Копирование нижсрасположенного этажа.............................47
3.2.2.2 Редактирование плиты перекрытия подвала..........................49
3.2.2.3 Создание стен подвала............................................50
3.2.2.4 Создание отверстий в перекрытии и стенах.........................52
3.2.2.5 Задание линейных нагрузок от наружных стен и лестничных маршей...54
3.2.2.6 Редактирование временных нагрузок на лестницах и общих коридорах.56
3.2.2.7 Создание балок перекрытия........................................57
3.2.3 Создание l-ro этажа здания........................................59
3.2.3.1 Копирование подвального этажа................................59
3.2.3.2 Удаление балок и стен............................................60
3.2.3.3 Задание балконных плит..................................... 61
3.2.3.4 Редактирование временной нагрузки................................63
3.2.3.5 Задание линейных нагрузок от массы ограждений балконов...........65
3.2.3.6 Ввод оконных проемов в наружных диафрагмах жесткости.............66
3.2.3.7 Создание фиктивных элементов для последующего задания ветровых
нагрузок..................................................... .......67
3.2.4 Копирование типовых этажей здания.................................69
3.2.5 Редактирование нагрузок на верхнем этаже здания...................70
3.2.5.1 Редактирование постоянной нагрузки на плиту..................70
3.2.5.2 Редактирование временной нагрузки............................71
3.2.5.3 Редактирование линейных нагрузок........................... 72
3.2.5.4 Задание снеговой нагрузки....................................73
3.2.6 Изменение шаблона КЭ-сетки для плит перекрытий подвального и
первого этажей..........................................................75
3.3 Генерация конечно-элементной модели каркаса..............................76
3.4 Альтернативный способ построения конструктивной модели и генерации
конечно-элементной модели здания ...........................................78
3.5 Редактирование конечно-элементной модели каркаса.........................84
3.5.1 Проверка параметров конечно-элементной модели.......................84
3.5.2 Задание упругого основания..........................................88
3.5.3 Задание средней составляющей ветровой нагрузки......................94
3.6 Предварительный статический расчет каркаса..............................101
3.7 Предварительная оценка прочности колонн каркаса.........................102
3 8 Оценка устойчивости каркаса.......................................... 107
3.9 Расчет на действие пульсационной составляющей ветровой нагрузки.........108
3.9.1 Расчет на собственные колебания................................... .. 108
3.9 2 Определение пульсационной составляющей ветровой нагрузки по
СНиП 2.01.07-85*.........................................................110
3.9.3 Контроль ускорений колебаний при действии пульсационной составляющей
ветровой нагрузки по рекомендациям ЦНИИСК................................111
3.10 Расчет на сейсмические воздействия линейно-спектральным методом........113
3.10.1 Расчет на собственные колебания...................................113
3.10.2 Определение сейсмических нагрузок от поступательных воздействий...114
3.10.3 Определение учишваемых форм при вращательном сейсмическом
воздействии..............................................................119
3.10 4 Определение сейсмических нагрузок от вращательных воздействий.. 121
3.11 Линейный статический расчет на основное и особое сочетание нагрузок....122
3.12 Расчет армирования колонн..............................................124
3.12.1 Определение расчетных сочетаний усилий............................124
3.12.2 Расчет количества арматуры в колоннах каркаса.....................128
3.12.3 Унификация колонн каркаса.........................................133
3.13 Расчет армирования плиты перекрытия....................................135
3.14 Расчет армирования ребер плит..........................................142
3.15 Расчет прогибов плиты перекрытия с учетом трещинообразования в бетоне..146
3.16 Проверочный расчет каркаса на сейсмическое воздействие с использованием
акселерограмм сейсмического движения грунта................................151
3 16.1 Расчет на собственные колебания...................................151
3.16.2 Расчет динамической реакции....................................... 151
3.16.3 Оценка прочности вертикальных элементов каркаса................. 154
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................158
ПРЕДИСЛОВИЕ
Современное архитектурно-строительное проектирование трудно представить без ис-
пользования компьютерных технологий. Компьютер и программное обеспечение к нему не
только оказывают неоценимую помощь в работе инженера, но и позволяют рассматривать
задачи, решение которых ранее нс представлялось возможным. В то же время развитие со-
временных технологий проектирования вызывает необходимость в постоянном повышении
квалификации специалистов, выполняющих расчет конструкций.
Настоящее пособие посвящено вопросам практического применения программного
комплекса STARK ES (ПК STARK ES) [1, 2] при расчете несущих конструкций зданий на
прочность, устойчивость и колебания. Оно, по замыслу авторов, поможет инженеру, осваи-
вающему технологию автоматизированного проектирования, вникнуть в круг возникающих
вопросов и проблем, избежать типичных ошибок начинающих расчетчиков, а также изучить
основные возможности ПК STARK ES, используемые при моделировании и анализе прочно-
сти и устойчивости конструкций зданий при статических и динамических воздействиях.
Содержание пособия во многом определено опытом проведения учебных занятий в
ЦНИИСК им. В А. Кучеренко1, опытом работы группы сопровождения программных про-
дуктов ООО «ЕВРОСОФТ» с пользователями ПК STARK ES, а также личным опытом уча-
стия авторов пособия в процессе проектирования и экспертизы строительных объектов. В
первой его части дано краткое описание задач расчета строительных конструкций, а также
особенностей их решения с помощью ПК STARK ES. В двух последующих частях пособия
подробно описаны действия пользователя комплекса при решении задач проектирования же-
лезобетонных конструкций монолитного каркаса многоэтажного гражданского здания. Для
облегчения восприятия материала книги в качестве примера при этом был использован кар-
кас здания простой архитектурной формы.
Основное назначение книги заключается в освоении читателями функций программы,
применяемых при решении задач статического и динамического расчета конструкций.
Именно поэтому был выбран пример здания, некоторые из конструктивных решений которо-
го могут показаться не самыми оптимальными. По этой же причине решение рассмотренных
задач представлено в достаточно простой постановке. Однако расчетные предпосылки и до-
пущения, принятые авторами, широко используются в проектной практике и апробированы
при строительстве и эксплуатации зданий.
Разумеется, что текст пособия нс претендует на нормативный характер и нс указывает,
каким образом должны быть рассчитаны конструкции здания. Выбор варианта компьютер-
ной модели и принятие решения по методикам расчета конструкций остается, безусловно, за
проектировщиком. Авторы надеются на понимание читателями этого вопроса.
Авторы благодарны докторам технических наук, профессорам 10.П. Назарову и А.С
Городецкому, работа с которыми оказала влияние на осмысление ряда вопросов, рассмот-
ренных в пособии. Они также выражают признательность коллективу института ЦНИИСК
им. В.А. Кучеренко и ООО «ЕВРОСОФТ» за помощь в подготовке материала книги. *
За период 2004-2006 г г профессиональную подготовку в ЦНИИСК им В.А. Кучеренко по применению ПК
STARK ES прошли более 600 специалистов проектных. экспертных и учебных организаций.
1 ЗАДАЧИ РАСЧЕТА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ИХ РЕШЕНИЕ С
ПОМОЩЬЮ ПК STARK ES
1.1 Методы, используемые при автоматизированном расчете строительных конструк-
ций
Расчетные задачи, встречающиеся при проектировании несущих строительных конст-
рукций, можно условно разделить на два класса - задачи строительной механики по опреде-
лению напряженно-деформированного состояния конструкций при действии нагрузок и воз-
действий и задачи по определению параметров конструктивных решений в соответствии с
указаниями используемых норм проектирования.
Расчет канструт^нй на основе уетода конечных элементов
При автоматизированном расчете несущих систем зданий или сооружений для опреде-
ления параметров нанряженно-деформированного состояния конструкций применяют, как
правило, метод конечных элементов (МКЭ), позволяющий перейти от исходной континуаль-
ной строительной системы к ее дискретной модели с достаточно простым математическим
описанием. К числу основных расчетов, выполняемых на основе МКЭ, относят следующие
виды расчетов.
Статический расчет - определение напряженно-деформированного состояния (пе-
ремещений, усилий, напряжений, опорных реакций и других параметров) конструк-
ций при действии статических нагрузок и воздействий (силовых, кинематических,
температурных). Задача сводится к решению системы линейных алгебраических
уравнений вида“:
КР = Р,
(1)
где К - матрица жесткости системы, Г - вектор неизвестных узловых перемещений,
Р - вектор узловых нагрузок, соответствующий случаям нагружений или комбина-
ций нагружений.
По результатам статического расчета выполняют проектирование (подбор сечений,
определение армирования и т.п.) конструкций, а также оценивают возможность на-
ступления одного из предельных состояний конструкции.
Расчет на устойчивость - определение п первых (низших) форм потери устойчиво-
сти системы в целом либо ее отдельных частей (элементов), а также минимальных ве-
личин нагрузок (или «коэффициентов запаса устойчивости»), при которых происхо-
дит потеря устойчивости по этим формам. При этом решается следующая обобщенная
задача:
(к+л„АХ=°> (2)
где К- матрица жесткости системы, К - матрица геометрической жесткости систе-
О
мы, Vt - вектор 7-й формы статической неустойчивости, ЛСГ1 - 1-е значение критиче-
ского параметра нагрузки.
Суммарная критическая нагрузка на систему определяется по формуле
=
бинации нагружений .
Расчет режима свободных колебаний - определение п первых (низших) форм соб-
ственных колебаний системы и соответствующих им частот (периодов) колебании:
Л7.где ^Р - суммарная нагрузка на систему в рассматриваемой ком-
Здесь и далее даны формулировки задач линейного расчета.
3 ПК STARK ES позволяет определить критическую нагрузку не только в случае пропорционального натруже-
ния, но и при сложном нагружении.
(к-со21м')Ё1=0,
где К- матрица жесткости системы, М- матрица масс системы, Vt - вектор /-й фор-
мы собственных колебаний, - квадрат 7-й собственной круговой частоты системы.
Результат расчета на собственные колебания дает оценку общей жесткости системы,
показывает, насколько рационально распределены жесткости по объему сооружения
(например, при неудачном расположении диафрагм жесткости возникает закручива-
ние здания в плане — «крутильные» формы колебаний), а также используется для оп-
ределения реакции сооружения на действие динамических нагрузок в рамках метода
разложения по собственным формам.
Спектральный анализ матрицы жесткости системы — определение собственных
значений и векторов матрицы жесткости:
(к - L,Ey, = о,
(4)
где К — матрица жесткости системы, Е - единичная матрица, - 7-й собственный
вектор, L — i-e собственное число.
Спектральный анализ используется для установления распределения жесткостей в
расчетной модели (иногда при этом обнаруживаются ошибки конструирования или
моделирования), определения кинематически подвижных сс частей, а также для оцен-
ки вычислительной погрешности решения разрешающей системы уравнений МКЭ.
Вышеперечисленные расчеты относятся к классу задач строительной механики, решае-
мых безотносительно к используемым нормам проектирования (нормы указывают, каковы
должны быть исходные данные, например, нагрузки, но решение задачи будет выполняться
анало! ично для всех норм проектирования).
С помощью МКЭ можно также решать задачи теплофизики, гидро- и газодинамики и
другие задачи.
Следует отметить, что при решении всех приведенных задач используются численные
методы, позволяющие получать приближенные решения (МКЭ, итерационные методы, ша-
говые методы и др.). Поэтому существует проблема получения решений расчетных задач с
достаточно высокой точностью.
Нелинейные задачи
В подавляющем большинстве случаев расчеты напряженно-деформированного состоя-
ния строительных конструкций при их проектировании выполняют в упрощенной линейной
постановке. При таком подходе считается, что между приложенными нагрузками и парамет-
рами состояния конструкции существует прямо-пропорциональная связь. Это значительно
упрощает процесс расчета (например, правомерно использовать принцип суперпозиции дей-
ствия нагрузок). Однако в определенных случаях необходим учет нелинейной работы конст-
рукций.
Различают следующие виды нелинейностей:
Геометрическая нелинейность — нелинейная зависимость между деформациями и пере-
мещениями. Должна быть учтена при анализе гибких сооружений (большепролетных пе-
рекрытий и покрытий, высоких мачт, башен и других конструкций), характеризуемых
возможностью получения больших деформаций и/или перемещений.
Физическая нелинейность — нелинейная зависимость между деформациями (перемеще-
ниями) и напряжениями (усилиями). Часто выделяют две разновидности физической не-
линейности:
• нелинейность работы материала - работа материала конструкций за пределами при-
менимости закона Гука, возможность образования трещин (в бетоне, кирпичной клад-
ке). Может учитываться только в рамках проверочных расчетов запроектированных
конструкций. Сложность учета нелинейной работы строительных материалов с пла-
стическими свойствами при реальных повторно-переменных нагружениях состоит в
необходимости моделирования стадий нагрузки и разгрузки с учетом конкретной ис-
тории возведения и нагружения сооружения, сведения о которой па этапе проектиро-
вания обычно недостаточно полны. Учитывается такая нелинейность, в основном, при
определении прогибов железобетонных конструкции, а также для оценки реальной
несущей способности конструкций (например, при анализе их поведения в чрезвы-
чайных ситуациях, при аварийных воздействиях);
• конструктивная нелинейность - односторонняя работа элементов, опор, узловых со-
пряжений, зазоры в связях и т.д. Учитывается при анализе таких сооружений, как
мачты на оттяжках и конструкции с гибкими крестовыми связями, элементы которых
могут воспринимать только растягивающие усилия и не работают на сжатие; при воз-
можности отрыва подошвы фундамента от грунта основания и в других случаях.
Расчеты конструкций с учетом нелинейностей выполняются шаговыми, итерационны-
ми или комбинированными методами и требуют значительно больших затрат времени и ре-
сурсов, чем линейные расчеты. Поэтому применение нелинейных расчетов должно быть оп-
равдано значительным повышением эффективности проектных решении конструкций.
Динамические задачи
Определение напряженно-деформированного состояния конструкции при действии ди-
намических нагрузок (гармонических, импульсных, ветровых, сейсмических и др.) может
быть выполнен двумя методами.
Наиболее часто используют упрощенный линейно-спектральный метод расчета, позво-
ляющий по принятым спектрам ответа определить максимальные значения инерционных на-
грузок, возникающих при колебаниях сооружения, и затем - напряженно-деформированное
состояние конструкции при действии этих нагрузок (расчет в частотной области). Задача ре-
шается с привлечением метода разложения (суперпозиции) динамической реакции по собст-
венным формам
Значения инерционных узловых сил по каждой степени свободы определяются для ка-
ждой формы собственных колебаний на основании второго закона Ньютона:
S = m v-KCHun,
(5)
где т - узловая масса, V = а - ускорение колебаний узла, К :Ни11 - произведение корректи-
рующих коэффициентов, которые необходимо учесть в соответствии с используемым норма-
тивным документом.
Решение динамических задач линейно-спектральным методом удобно осуществлять
при выполнении проектных расчетов, целью которых является определение размеров сече-
ний и требуемого количества арматуры в элементах конструкции.
Полную информацию об изменяющемся напряженно-деформированном состоянии
конструкций при динамических воздействиях можно получить на основании динамического
расчета, в результате которого определяются зависимости параметров состояния конструк-
ций во времени при действии динамических нагрузок, меняющихся во времени (расчет во
временной области). При этом решается следующая система дифференциальных уравнений
(формулировка дана для задачи линейного расчета):
MV(t) + CV(t) + KV(t) = P(t)
(6)
где M - матрица масс, С - матрица демпфирования, К - матрица жесткости, F(r) - вектор
неизвестных узловых перемещений, зависящих от времени /, P(t) - вектор узловых нагру-
зок, зависящих от времени /.
Задача может решаться как с привлечением метода разложения динамической реакции
по собственным формам, так и путем прямого интегрирования дифференциальных уравне-
ний динамического равновесия (6) по времени. Решение динамической задачи (6) использу-
ется, как правило, для проверки конструктивных решений, принятых на основании расчета
линейно-спектральным методом.
В отдельный класс расчетных задач выделяют задачи, решаемые в соответствии с ис-
пользуемыми нормами проектирования (в ПК STARK ES такие расчеты названы «конструк-
тивными»). К задачам этого класса относится определение наиболее опасных расчетных со-
четаний усилий (или комбинаций нагружений), а также определение требуемого армирова-
ния, проверка прочности, устойчивости и трещиностойкости элементов конструкций. Такие
расчеты выполняют по соответствующим предельным состояниям, используя методики,
приведенные в нормативных документах, или методики, развивающие принятые в нормах
подходы на случаи, не отраженные либо недостаточно отраженные в этих нормах.
Совместны? использование программ.
Очевидно, что различные программные комплексы обладают разными возможностями.
С одной стороны, каждый программный комплекс имеет в своем составе некоторые уни-
кальные возможности расчетов, посiроения и контроля расчетных схем, оценки точности и
анализа полученных результатов расчета. Совместное использование нескольких программ-
ных продуктов позволяет объединить их разные возможности и решить задачу в более точ-
ной постановке, что не было возможным при использовании одной программы.
С другой стороны, реализация приближенных численных методов в разных программах
может быть различной, отличающейся возможностью и способом учета некоторых факторов.
Это обуславливает различие в результатах решения однотипных задач по разным ripoi рам-
мам, которое в ряде случаев, особенно при недостаточно корректном применении программ,
может быть существенным и свидетельствовать о допущенных ошибках. С целью предот-
вращения получения неверных результатов расчета и, как следствие, недостаточно надежных
и экономичных конструктивных решений, проектные расчеты сложных и уникальных объек-
тов строительства рекомендовано выполнять не менее, чем по двум независимо разработан-
ным программным комплексам, проверенным в проектной практике, и проводить сопостави-
тельный анализ полученных результатов.
В настоящее время разработана технология совместного использования программных
комплексов STARK ES и ЛИРА [3].
1.2 Выбор расчетных схем конструкций, анализ исходных данных и результатов
расчета
Выбор, расчетных схем
Расчетные схемы, которыми в конечно-элементных программных комплексах пред-
ставляются несущие конструкции зданий и сооружений, могут быть произвольными, и ре-
шения по их выбору принимаются пользователями комплексов. Проблема выбора адекват-
ной расчетной схемы сооружения является одной из самых основных и сложных проблем,
возникающих при расчете конструкций.
Очевидно, что расчетная схема должна быть выбрана и построена в соответствии с це-
лью выполняемого расчета. Она должна принципиально правильно отражать те особенности
работы конструкций, оценку которых необходимо выполнить.
Современные программные комплексы предлагают достаточно обширные средства для
создания моделей конструкций, что обеспечивает полноту описания работы конструкций при
действии нагрузок и воздействий. В то же время богатый выбор возможностей из арсенала
программных комплексов может порождать одну из частых ошибок моделирования конст-
рукций, допускаемую, как правило, недостаточно опытными пользователями комплексов.
Заключается она в чрезмерной детализации расчетной схемы, наличии в ней различных «из-
лишеств» для учета факторов, несущественно влияющих на работу конструкций Очевидно,
что точность моделирования строительных конструкций должна соответствовать точности
используемых для расчета исходных данных, которая, как правило, невысока. Чрезмерная
детализация модели нс только бесполезна, но и вредна. Она приводит к повышению времени
и трудоемкости расчета, зачастую - к невозможности анализа расчетной схемы даже с по-
мощью современных вычислительных и программных средств и, главное, - к ухудшению
качества расчетной модели, к более высоким погрешностям численного решения и к затруд-
нению анализа результатов расчета.
При анализе сложных и крупноразмерных задач целесообразно пользоваться приемами
стратификации и фрагментации, снижающими размерность решаемых задач и позволяющи-
ми получить наиболее полное и многостороннее представление о работе конструкции [4].
Какими бы подробными не казались расчетные модели конструкций, они описывают
различные свойства конструкций с различной степенью точности. Стратификация заключа-
ется в представлении конструкции набором моделей (стратов), каждая из которых выявляет
свои особенности напряженно-деформированного состояния конструкции. Например, иссле-
дование работы системы многоэтажного здания при действии горизонтальных (ветровых и
сейсмических) нагрузок можно выполнить на основе модели, плиты перекрытий в которой
служат только горизонтальными связями между вертикальными элементами и могут иметь
достаточно крупную разбивку на конечные элементы. Исследование же плиты перекрытия
должно быть выполнено по другой модели, с подробной густой сеткой конечных элементов
плиты, но учет влияния каркаса при этом может быть упрощен. Правомерность данного под-
хода подтверждается анализом результатов расчета каркаса здания, приведенных на рис. 1 и
в табл. 1 1.
Модель 1 Модель 2
Рис. I. Различные КЭ схемы каркаса здания
Таблица 1.1
Параметр Значение
Модель 1 Модель 2 Различие, %
Размеры ячейки КЭ сетки плит перекрытий, мхм 0.5х0.5 2x2 300.0
Число конечных элементов в модели 50252 4132 91.8
Число уравнений 300114 20076 93.3
Требуемая оперативная память компьютера, МБ 579 32 94.5
Время расчета, с 282 10 96.5
Наибольшее продольное армирование ко- лонн, см2 72.4 (12 0 28 мм) 69.04 (12 0 28 мм) 4.6
Как видно из представленных результатов, применение укрупненной конечно-
элементной сетки для дисков перекрытий практически не снижает точность расчета армиро-
вания колонн каркаса, но при этом в несколько раз уменьшаются требуемые ресурсы компь-
ютера и время расчета.
При использовании фрагментации, в отличие от стратификации, оперируют не со всей
схемой сооружения, а с се частью. Влияние на эту рассматриваемую часть конструкции от-
брошенной части, если это влияние существенно, учитывают посредством описания соответ-
ствующих граничных условий в узлах фрагмента, связывающих его с отброшенной частью.
Например, при фрагментации одной плиты перекрытия многоэтажного здания можно пере-
дать перемещения узлов сопряжения плиты с вертикальными элементами каркаса, получае-
мые из расчета модели здания в целом (рис. 2). ПК STARK ES позволяет передавать переме-
щения узлов из одной модели в другую и учитывать их совместно с другими нагрузками.
Рис. 2. Использование фрагментации при расчете плиты перекрытия здания:
деформированная схема диска перекрытия, вызванная деформацией верти-
кальных элементов каркаса
Представленные подходы позволяют не только упростить задачу расчета конструкций,
но и выполнить расчет более точно. Например, используя прием фрагментации или прием
стратификации с сокращением или исключением несущественных динамических степеней
свободы, можно получить все необходимые формы колебаний плиты перекрытия для ее рас-
чета на вертикальное сейсмическое воздействие, что практически невозможно при анализе
единой модели всего здания.
Точность эегиения
На качество проектирования несущих строительных конструкций влияет как правиль-
ность выбора расчетных моделей для описания различных свойств реальных конструкций,
так и точность анализа этих моделей.
Современные программные комплексы, используемые для выполнения расчетов моде-
лей конструкций, содержат реализацию численных методов, которые дают приближенное
решение задач. Поэтому оценка качества приближенных решений, получаемых с помощью
расчетных программ, имеет весьма важное значение. В ПК STARK ES имеются следующие
функции для оценки точности расчета моделей конструкций:
проверка глобального равновесия системы в целом и выполнения условий равнове-
сия усилий во всех се узлах с выводом значений невязок по каждому направлению;
спектральный анализ матрицы жесткости, позволяющий оценить качество принятых
расчетных схем и конструктивных решений, а также вычислительную погрешность
решения системы уравнений МКЭ;
апостериорные оценки ошибок вычисления усилий в плоских и объемных конечных
элементах по различным критериям.
Подобный расширенный анализ точности результатов расчета способствует обеспече-
нию максимально надежного проектирования конструкций.
Безусловно, на точность расчета влияет умение расчетчика пользоваться программным
продуктом. Опасно применение незаконно приобретенного расчетного программного обес-
печения. Качество такого обеспечения может быть сомнительным, его пользователь нс имеет
возможности получать техническую помощь разработчиков программ.
Для проверки точности решения реальных проектных задач можно и, зачастую, необ-
ходимо использовать следующие приемы:
1) тщательный контроль исходных данных и анализ результатов расчета;
2) сопоставление полученных результатов расчета с параметрами аналогичных или
схожих конструктивных решений, проверенных на практике или в результате экспе-
риментальных исследований;
3) использование альтернативных вариантов расчетных моделей, в том числе сущест-
венно упрощенных и имеющих известное точное или приближенное решение;
4) решение задач по двум различным программным комплексам, включающее выбор и
построение расчетных моделей, их контроль, анализ и сравнение полученных ре-
зультатов с использованием объединенных возможностей двух программных ком-
плексов.
Контроль исходные данных и^уезулътатс^^
Помимо правильности принципов, принятых в основу построения расчетной модели
конструкции, следует проверять и правильность задания данных в этой модели. К основным
данным конечно-элементной расчетной модели относятся:
геометрия системы;
качество конечно-элементной сетки (форма и размеры конечных элементов, связь
узлов, исключение дублирования узлов и элементов, «налезайия» элементов друг на
друга и т.п.);
жесткости элементов;
связи (опоры, шарниры в узловых сопряжениях, объединение перемещений узлов и
др);
значения нагрузок и параметры их сочетаний;
распределение масс для динамических расчетов
Значительная часть ошибок в исходных данных обнаруживается при анализе результа-
тов расчета. Этот анализ должен включать в себя:
рассмотрение деформированное схемы сооружения, эпюр и изополей усилий, ани-
мации колебаний и форм потери устойчивости;
анализ порядка усилий, напряжений и перемещений; контроль соответствия между
порядком величин результатов и порядком величин нагрузок;
установление соответствия опорных реакций суммарным равнодействующим нагру-
зок по каждому из нагружений;
установление соответствия полученных результатов инженерному представлению о
работе конструкции, получаемому на основании рассмотрения упрощенных моде-
лей или из опыта строительства, эксплуатации и экспериментального исследования
подобных конструкций.
1.3 Особенности расчета строительных конструкций на динамические ветровые и
сейсмические воздействия
Методы расчета
Несмотря на то, что ветровые и сейсмические воздействия имеют вероятностный харак-
тер, проектные расчеты строительных конструкций при таких воздействиях выполняют на
основе методов детерминированного анализа, считая, что параметры динамических воздей-
ствий являются известными. Их определяют по указаниям соответствующих нормативных
документов.
Расчетное обоснование конструкций зданий и сооружений, проектируемых с учетом
динамических ветровых и сейсмических воздействий, предусматривает выполнение сле-
дующих этанов:
анализ собственных колебаний конструкции и установление наиболее опасных рас-
четных направлений и других параметров динамических воздействий;
определение максимальных инерционных сил (квазисгатичсских нагрузок) линейно-
спектральным методом (в частотной области) для расчетных схем воздействий;
определение усилий в элементах конструкции при действии статических и квазиста-
тичсских нагрузок;
проектные расчеты (определение количества арматуры, размеров сечений, характери-
стик материалов) элементов конструкций с рассмотрением неблагоприятных сочета-
нии статических и квазистатичсских нагрузок;
оценка и, при необходимости, корректировка принятых конструктивных решений на
основе динамического расчета (во временной области) с использованием наборов ак-
селерограмм сейсмического движения грунта. Поскольку этот расчет является более
сложным, чем расчет в частотной области, выполняют его лишь при необходимости,
отмеченной в используемых нормах проектирования (например, СНиП П-7-81* в п.
2.2 требует выполнять такой расчет «при проектировании особо ответственных со-
оружений и высоких (более 16 этажей) здании»).
Применение линейно-спектрального метода расчета ограничено, в основном, линейны-
ми задачами. Однако ряд программных комплексов, в том числе ПК STARK ES, в рамках
этого метода позволяет выполнять и приближенный нелинейный динамический расчет с уче-
том геометрической и конструктивной нелинейности (это необходимо при расчете таких
конструкций, как мачты на оттяжках, высокие башни, конструкции с гибкими крестовыми
связями и др.).
Задача линейно-спектрального расчета решается с привлечением метода разложения
(суперпозиции) динамической реакции по собственным формам. Информация о том, в какие
моменты времени реализуются максимальные инерционные силы по каждой из рассматри-
ваемых форм колебаний (модальные максимумы), теряется. Поэтому для получения суммар-
ной реакции конструкции путем сложения результатов расчета, полученных по разным фор-
мам колебаний, используют приближенные инженерные подходы. Очевидно, что погреш-
ность принятого в СНиП П-7-81* предположения о статистической независимости модаль-
ных максимумов (при этом суммарный результат получается как квадратный корень из сум-
мы квадратов модальных максимумов) может быть достаточно большой в случае простран-
ственной задачи при наличии кратных или близких форм колебаний, между которыми воз-
никает взаимная корреляция В таких случаях предпочтение следует отдавать способам сло-
жения, учитывающим корреляцию по формам колебаний, например, CQC-методу, предло-
женному проф. Э. Вильсоном и др. (США) [5]. Учет эффектов физической нелинейности
осуществляется также приближенным образом путем корректировки решения задачи, полу-
ченного в линейно-упругой постановке.
Динамический расчет во временной области не имеет указанных недостатков линейно-
спектрального метода. Кроме того, он позволяет одновременно учесть пространственное
взаимодействие нескольких составляющих многокомпонентного воздействия, изменяющих-
ся во времени. Задача может быть решена как с привлечением метода разложения по собст-
венным формам (для преимущественно линейных систем), так и путем прямого интегриро-
вания дифференциальных уравнений динамического равновесия по времени шаговым мето-
дом (для линейных и нелинейных систем). Контроль состояния элементов нелинейной кон-
струкции осуществляется в процессе интегрирования по времени. При применении этого ме-
тода возникают проблемы выбора расчетных зависимостей динамического воздействия от
времени (например, наборов акселерограмм землетрясений), а также физических моделей
конструкций при динамическом воздействии.
Следует отметить, что в настоящее время достаточно полно изучен аппарат динамиче-
ского расчета линейных систем, и при проектировании конструкций отдают предпочтение
именно ему. При этом физическая нелинейность конструкционных материалов может быть
приближенно учтена при помощи поправочных коэффициентов, вводимых к результату ре-
шения линейной задачи (коэффициент К/ в СНиП П-7-81*)4. Однако при проектировании
зданий с принципиально новыми конструктивными решениями, с системами сейсмоизоля-
ции, включающимися и выключающимися связями, динамическими гасителями колебаний и
т.п., может потребоваться нелинейный динамический расчет.
При решении динамических задач должны быть описаны инерционные характеристики
модели конструкции посредством задания динамических масс. Динамические массы созда-
ются массой конструкций, оборудования, мебели, людей, автомобилей, находящихся в зда-
нии, т.е. всем тем, что создает гравитационные постоянные и временные нагрузки, и, соглас-
но СНиП, может присутствовать при действии динамической нагрузки и создавать инерци-
онные силы при колебаниях. При задании динамических масс должны быть учтены такие же
коэффициенты надежности и такие же коэффициенты сочетания, какие принимаются для на-
грузок в данном типе их сочетания.
Пррспгранспгвенныр людели воздействий
При использовании пространственных динамических моделей конструкций возникает
необходимость применения пространственных моделей и для описания динамических
воздействий. Упрощенные представления воздействий наподобие тех, что приведены в
СПиП 2.01.07-85* для ветровой нагрузки и в СНиП П-7 81* для сейсмической нагрузки, нс
предназначены для решения задач в общей пространственной постановке.
Современные программные комплексы позволяют выполнять расчет на динамические
ветровые и сейсмические воздействия с учетом как пространственной работы сооружения,
так и пространственного характера таких воздействий. В ПК STARK ES реализованы мето-
дики, разработанные в ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко [6, 7], которые развивают положения
действующих норм. Суть их заключается в следующем.
При расчете на воздействие ветра учитывается корреляция пульсаций давления по по-
верхности сооружения и корреляция реакции по собственным формам. Распределение пуль-
сационной составляющей ветровой нагрузки по поверхности сооружения в общем случае
принимается неравномерным, что позволяет учитывать колебания по крутильным собствен-
ным формам, которые всегда присутствуют в пространственной задаче (заметим, что стан-
дартная методика СНиП 2=01=07-85* не позволяет учитывать крутильные колебания). Анали-
зируются как квазистатичсские, так и резонансные колебания сооружения, что позволяет
достаточно корректно выявить реакцию конструкций при воздействии ветра, а также оце-
нить комфортность пребывания людей, например, на верхних этажах высотного здания.
Сейсмические воздействия, независимо от характера причин землетрясений, носят явно
выраженный сложный волновой характер, который подтверждается многочисленными на-
блюдениями и записями движений грунта. Характерные /?-, /- и 5-фазы землетрясений обла-
дают своими специфическими особенностями. В результате движение основания сооруже-
ния при землетрясении не ограничивается однокомпонентными поступательными переме-
щениями [8, 9]. Как показывают исследования, расчеты конструкций на основе упрощенных
моделей сейсмических колебаний грунта могут приводить к существенным погрешностям
при оценке сейсмической реакции сооружений и при определении усилий в элементах кон-
струкций [10]. Для более точного представления сейсмического воздействия может быть
принята одна из двух пространственных моделей [7]:
Интегральная модель определяется осреднением параметров движения в пределах
грунтового основания, т.е. массив основания рассматривается как единое целое,
сейсмические колебания которого описываются векторами поступательного и вра-
щательного движения, произвольно ориентированными в пространстве (рис. 3).
4 В третьей части пособия приведен пример выполнения такого упрощенного расчета.
Учет вращательного движения (ротации) основания позволяет решить вопрос об
учете крутящего момента при расчете зданий и сооружений, длина или ширина ко-
торых превышает 30 м (п. 2.15 СНиП П-7-81*). При рассмотрении только поступа-
тельного воздействия эта модель редуцируется в модель СНиП П-7-81*.
Носту нательное воздействие Вращательное воздействие
Рис. 3. Интегральная модель сейсмического воздействия
Дифференциальная модель - в каждой точке основания сооружения может быть
определен свой вектор (интенсивность и направление) поступательного движения
для учета асинхронных колебаний (взаимных перемещений) опор сооружения
(рис. 4). Эту модель следует использовать при расчете сооружений, размеры кото-
рых в плане сравнительно велики и превышают % длины сейсмической волны, а
также при оценке сейсмостойкости сооружении, расположенных в близочаювых
зонах землетрясений
Рис 4. Дифференцированная модель сейсмического воздействия
(учет перемещений опор сооружения друг относительно друга)
Расчетные направления воздействий
Ветровые и сейсмические воздействия могут иметь любое направление в пространстве.
Динамический расчет сооружений можно выполнить, рассмотрев ограниченное число на-
правлений воздействия. Очевидно, что для обеспечения надежного проектирования конст-
рукций недостаточно рассмотреть только одно направление. В общем случае может потребо-
ваться рассмотрение следующих направлений динамических ветровых и сейсмических воз-
действий:
направления, соответствующие ориентации основных форм собственных колебаний со-
оружения; как правило, необходимо рассмотреть два ортогональных направления гори-
зонтальною воздействия и вертикальное сейсмическое воздействие, если оно должно
быть учтено согласно указаниям норм (см., например, п. 2 4 СНиП П-7-81*);
направление, при котором реализуется максимум динамической реакции сооружения
при учете необходимого числа первых собственных форм;
направление, соответствующее наиболее вероятному для данной местности местополо-
жению очага возможного землетрясения относительно рассматриваемого здания.
Первые две группы направлений определяются расчетным путем. ПК STARK ES име-
ет соответствующие функции для выполнения этого расчета.
Особенности использования метода разложения по собственным с оомам
Адекватное представление несущей системы здания или сооружения, как правило, тре-
бует применения пространственной расчетной схемы большой размерности (количество не-
известных узловых перемещений обычно составляет 10-10 и более). Метод разложения ди-
намической реакции по собственным формам колебаний служит для значительного сниже-
ния размерности решаемой динамической задачи и, как следствие, к сокращению времени
расчета и необходимых ресурсов компьютера. Этот метод всегда используется при расчете в
частотной области и может использоваться при расчете во временной области.
Для определения реакции конструкции при динамических воздействиях с применением
данного метода предварительно должны быть определены формы и частоты собственных
колебаний сооружения. Результат расчета на собственные колебания является не только
промежуточным результатом, но и свидетельствует об общей жесткости конструкции и о
распределении жесткостей в несущей системе. Например, при проектировании многоэтаж-
ных зданий следует принимать такую расстановку вертикальных диафрагм (связей) жестко-
сти, чтобы первые две формы колебаний характеризовались возвратно-поступательными
движениями, без существенного перекоса и закручивания относительно вертикальной оси
здания (рис. 5). В этом случае будет обеспечено равномерное и симметричное распределение
жесткостей здания в плане (и, соответственно, усилий между его элементами), что повысит
его сопротивляемость динамическим воздействиям. С этой целью вертикальные диафрагмы
или связи жесткости следует располагать симметрично в плане здания, размещать их ближе
к наружному его контуру, а не сосредотачивать их только в средней части здания, например,
в виде ограждения лестничной клетки. Особенно актуально обеспечить достаточную кру-
тильную жесткость конструкций здания при его проектировании в сейсмических районах,
поскольку сложное движение основания сооружения при землетрясении может иницииро-
вать возбуждение крутильных колебаний здания. Как показывает анализ последствий земле-
трясений, это может привести к недопустимым повреждениям и разрушению конструкций,
расположенных в торцевых частях здания5. Аналогично, при проектировании большепро-
летных сооружений следует стремиться к тому, чтобы первые формы колебаний были пред-
ставлены колебаниями большепролетного покрытия (перекрытия), а не конструкций, его не-
сущих (рис. 6).
Учет вклада крутильных форм колебаний в сейсмическую реакцию сооружений при ее оценке стандартными
методами расчета, принятыми в СНиП П-7-81*, затруднен. Учесть влияние крутильных форм прямым образом
возможно на основе применения пространственных моделей воздействия, описанных выше.
Форма 1 - возвратно-
поступательные колебания
по направлению оси ОХ
Форма 2 - возвратно-
поступательные колебания
по направлению оси OY
Форма 3 - крутильные коле-
бания относительно оси OZ
Формы 1,2- возвратно-поступательные ко-
лебания каркаса в двух ортогональных на-
правлениях (кратные формы)
Рис. 5. Типичные первые формы колебаний многоэтажного здания (удачный проект)
Форма 4 - колебания оболочки покрытия
Форма 5 - колебания оболочки покрытия
Рис. 6. Первые формы колебаний большепролетного сооружения
(неудачный проект — несущий каркас имеет меныиую жесткость, чем оболочка покрытия)
При использовании метода разложения по собственным формам в рассмотрение при-
нимается ограниченное число низших (с меньшей частотой) форм колебаний сооружения,
высшие же формы (высокочастотная часть спектра) отбрасываются. Это нс только уменьша-
ет объем вычислений, но и делает результат более надежным, поскольку в МКЭ высшие
формы колебаний аппроксимируются с меньшей точностью, чем низшие формы Однако не-
обходимо следить за тем, чтобы по каждому расчетному направлению динамического воз-
действия было определено достаточное число форм колебаний.
При расчете на ветровые воздействия учитываются формы с частотой колебаний, нс
превышающей некоторую предельную величину.
При сейсмическом анализе нс следует формально подходить к указанию п. 2.9 СНиП II-
7-81* о необходимом количестве учитываемых форм колебаний. Должны быть учтены не
три или одна низшие формы по порядку возрастания частоты, а три или одна формы колеба-
ний по данному рассматриваемому направлению воздействия. Действительно, для расчета
на вертикальное сейсмическое воздействие оболочки покрытия, приведенной на рис. 6, сле-
дует учитывать формы колебаний оболочки, которые начинаются с 4-й формы, первые три
формы почти не дадут вклада в динамическую реакцию по данному направлению воздейст-
вия.
Более общим критерием здесь может служить достаточность учтенных динамических
масс (суммы модальных масс) по данному направлению колебаний. Некоторые рекоменда-
ции и зарубежные нормы проектирования указывают, что при расчете динамической реакции
по каждому из горизонтальных направлений сейсмического воздействия должно быть рас-
смотрено столько форм колебаний, чтобы было учтено не менее 90% масс, а по вертикаль-
ному направлению - не менее 75% масс. Эти рекомендации достаточно жесткие - обеспе-
чить высокий процент учтенных масс может быть не всегда возможно, однако к этому следу-
ет стремиться. Кроме того, должны быть учтены все формы колебаний из частотного диапа-
зона, для которого динамический эффект максимален в соответствии с используемым спек-
тром ответа.
Ис пользование данных сейсмического мшуюраиони^^
Определение сейсмичности площадки строительства следует производить на основании
комплекта карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации -
ОСР-97, утвержденных Российской академией наук, а также на основании данных сейсмиче-
ского микрорайонирования. Сейсмическое микрорайонирование выполняется специализиро-
ванными организациями с учетом геолого-геофизической, геодинамичсской и сейсмологиче-
ской информации для площадки строительства (см. РСН 60-86). На основании сейсмическо-
го микрорайонирования получают расчетные параметры сейсмических воздействий - уточ-
ненную сейсмичность («балльность») площадки строительства, а также вероятное располо-
жение очагов землетрясений, которые могут произойти в данной местности, наборы акселе-
рограмм этих землетрясений и соответствующие им спектры ответа линейных единичных
осцилляторов с определенной характеристикой демпфирования. Акселерограммы землетря-
сений используют при динамическом расчете конструкций во временной области, а спектры
ответа — при расчете в частотной области в дополнение к расчету по стандартным спектрам
ответа, определенным в нормах проектирования. Для учета данных сейсмического микро-
районирования ПК STARK ES предоставляет возможность задавать и обрабатывать произ-
вольные акселерограммы и спектры ответа.
Учет разных свойств конструкций при статическом и динамическом нагружениц
При расчете конструкций на динамические воздействия следует иметь в виду, что
прочностные и жссткостпые свойства материалов при быстроизмсняющсйся динамической
нагрузке, как правило, выше, чем при медленном статическом нагружении Например, жест-
кость грунтов основания при динамическом нагружении может быть на порядок выше, чем
при статическом нагружении6. Пренебрежение этим явлением может привести к занижению
сейсмической нагрузки и к менее надежному проектированию7 В. Это подтверждают результа-
ты расчета железобетонного каркаса здания, приведенные на рис. 7.
6 Это не всегда так, поскольку модуль деформации грунта возрастает с увеличением скорости нагружения, но
падает с увеличением числа циклов nai ружения.
В третьей части пособия приведен пример расчета каркаса многоэтажного здания с учетом различной жестко-
сти грунта основания при статическом и динамическом воздействии
б)
Параметр При динами- ческих свой- ствах грунта При стати- ческих свойствах грунта Различие, %
Период коле- баний, с 2.04 2.94 44.1
Суммарная сейсмическая нагрузка, кН 3525 2906 17.6
Требуемая площадь сече- ния продоль- ной арматуры одной из ко- лонн, см 33 1 (8025 мм) 23 0 (8020 мм) 30.5
Рис 7. Результаты расчета каркаса здания при действии сейсмической нагрузки:
а) — форма колебании каркаса; б) - расчетные параметры
При действии интенсивных динамических нагрузок в работу несущей системы здания
могут активно включаться элементы, сопротивление которых нс учитывается при статиче-
ских воздействиях (например, ненесущие стены и перегородки).
Таким образом, наблюдается изменение параметров расчетной схемы при статическом
и динамическом нагружении, которое в ряде случаев имеет существенное значение и должно
учитываться при расчете систем зданий.
1.4 Анализ устойчивости конструкций
Рассматривается понятие устойчивости конструкций в том смысле, в каком оно исполь-
зуется в строительной механике упругих систем. Инженеры-строители часто придают этому
термину более общий смысл «несущей способности», объединяющий понятия прочности и
устойчивости конструкций. Это объяснимо, поскольку происходящие при разрушении ре-
альных строительных конструкций процессы исчерпания прочности материалов и потери ус-
тойчивости взаимосвязаны и зачастую неразделимы.
В результате расчета на устойчивость, реализованного в программном комплексе, опре-
деляется критическая нагрузка на систему, приводящая к потери устойчивости модели по не-
скольким первым формам. Критерием неустойчивости модели является достижение сю тако-
го деформированного состояния, при котором дальнейшее увеличение на1рузки вызывает
неограниченный рост перемещений какого-либо узла (иначе говоря, анализируется устойчи-
вость равновесия системы).
Наибольший практический интерес представляет первая форма потери устойчивости с
наименьшей критической нагрузкой. Критическая нагрузка, как правило, выводится через
коэффициент критической нагрузки (запаса устойчивости) - число, показывающее, во сколь-
ко раз следует увеличить приложенную к системе нагрузку или се часть, чтобы произошла
потеря устойчивости по z-й форме.
Расчет па устойчивость, который реализован во многих программных комплексах,
обычно оценивает линсино-упругую устойчивость расчетной модели подобно тому, как оце-
нивается устойчивость линейно-упругого шарнирно-опертого центрально сжатого стержня
по формуле Эйлера Очевидно, что несущая способность реального строительною элемента
(колонны) будет всегда меньше, чем критическая сила, определенная по формуле Эйлера, в
несколько, а иногда и в десятки раз. Это объясняется тем, что такой расчет на устойчивость
не учитывает:
1) различные «несовершенства» (неточности монтажа, случайные эксцентриситеты и
т.п.), которые обычно напрямую не вводятся в расчетную схему8, но всегда имеются в реаль-
ных конструкциях и снижают их устойчивость;
2) нелинейную работу материалов, возможное образование трещин, обуславливающие
снижение жесткости элемента по мере его нагружения, а также ограниченную прочность ма-
териалов.
Таким образом, расчет устойчивости равновесия идеализированной линейно-упругой
расчетной модели не позволяет выявить реальную разрушающую нагрузку на строительную
конструкцию. Тем нс менее, он достаточно полезен и должен выполняться при проектирова-
нии.
Во-первых, этот расчет позволяет качественно оценить возможную форму потери ус-
тойчивости сооружения или его частей, выявить, какие элементы необходимо усилить или
подкрепить (раскрепить). Это выполняется путем визуального анализа форм потери устой-
чивости конструкции, а также путем энергетического анализа роли элементов при потери ус-
тойчивости. Во-вторых, расчет на устойчивость дает «верхнюю» границу предельной на-
грузки на конструкцию, и если она оказывается меньше или близка нагрузке, которую в со-
ответствии с нормами должна воспринимать конструкция, то это говорит о необходимости
внесения изменений в проект, зачастую весьма существенных (это особенно актуально при
разработке принципиально новых конструктивных решений). По некоторым рекомендациям,
получаемое значение коэффициента запаса устойчивости идеализированной расчетной моде-
ли не должно быть меньше двух. В-третьих, на основании результатов расчета на устойчи-
вость можно определить расчетные длины сжатых элементов с учетом условий их опирания
и сопряжения с другими элементами в общей расчетной схеме.
При анализе устойчивости сооружений с односторонне работающими элементами сле-
дует учитывать конструктивную нелинейность, оказывающую большое влияние на устойчи-
вость всей конструкции. Например, учет односторонней работы оттяжек мачт только на рас-
тяжение приводит к снижению запаса устойчивости мачты, а учет односторонней работы
элементов гибких крестовых и других связей, благодаря чему на них не передаются сжи-
мающие усилия, дает возможность оценить общую устойчивость конструкции без рассмот-
рения устойчивости этих элементов (нормальная эксплуатация конструкции и ее способ-
ность воспринимать дополнительную нагрузку нс прекращается после того, как отдельные
элементы связей потеряли устойчивость). Анализ устойчивости конструктивно нелинейных
систем может быть выполнен с помощью ПК STARK ES.
Также следует иметь в виду то обстоятельство, что в большинстве алгоритмов расчета
на устойчивость, реализованных в программных комплексах, учитываются только продоль-
ные и мембранные усилия в элементах, а другие силовые факторы - изгибающие и крутящие
моменты, поперечные силы - игнорируются. В том случае, когда на устойчивость конструк-
ции существенно влияют неучтенные силовые факторы (например, в сжато-изогнутых эле-
ментах), результат расчета, выданный программным комплексом, не будет корректным. В
этом случае устойчивость конструкции можно проверить, выполнив геометрически нели-
нейный статический расчет. Если в ходе выполнения этого расчета программа сообщит об
изменяемости системы, то это будет свидетельствовать о неустойчивости упругой модели
конструкции, в противном случае устойчивость системы будет считаться обеспеченной. Вы-
полнение статического расчета с одновременным учетом геометрической и физической не-
линейности позволяет сделать оценку действительной нелинейной устойчивости конструк-
ции.
Современные программные комплексы, в т.н. STARK ES, позволяют учитывать несовершенства непосредст-
венно в расчетной схеме на основе использования теории II порядка Однако обычно эти эффекты учитывают
при проверке устойчивости элементов строительных конструкций по методикам соответствующих норм (в
рамках конструктивных расчетов).
1.5 Вопросы проектирования плоских монолитных перекрытий
Как правило, плоские плиты перекрытий в монолитном каркасе здания армируют вяза-
ными или сварными сетками, с более или менее равномерным размещением арматурных
стержней по площади перекрытия (рис. 8). Однако такой способ армирования плит перекры-
тий недостаточно экономичен, поскольку подбор сечения рабочей арматуры плиты осущест-
вляют по величине наибольших усилий, действующих, как правило, в створах колонн в зо-
нах сопряжения их с плитой и в середине пролетов между колоннами. По мерс удаления от
этих зон усилия достаточно быстро снижаются, однако интенсивность армирования продол-
жает сохраняться Вследствие того, что плиты перекрытий имеют относительно небольшую
толщину, в ряде случаев требуется развивать высоту сечения капительных зон плит у ко-
лонн, что ограничивает архитектурные возможности, либо размещать специальную попереч-
ную или жесткую арматуру в зонах возможного продавливания плиты колонной. Кроме того,
существуют проблемы обеспечения требуемой жесткости и трсщиностойкости перекрытий,
причем эти проблемы возникают уже на стадии строительства здания.
Рис 8 Традиционная схема армирования плоских монолитных плит перекрытий
При пространственном расчете монолитных каркасов с безбалочными перекрытиями па
основе метода конечных элементов колонны каркаса обычно моделируют стержневыми эле-
ментами, а плиты перекрытий и стены - пластинчатыми элементами (элементами плоской
оболочки). При конечно-элементном анализе таких моделей точность расчета существенно
зависит от качества конечно-элементной сетки пластинчатых элементов, которыми модели-
руют плиты перекрытий. Па результаты расчета большое влияние оказывают сингулярности,
особенно в местах опирания плит на колонны и несущие стены, что приводит к затруднению
оценки реального напряженного состояния этих зон. Для смягчения влияния сингулярностей
в ПК STARK ES реализованы два способа моделирования узла сопряжения плита-колонна,
которые могут быть применены автоматически. В первом случае считается, что перемещения
узлов плиты, расположенных в пределах поперечного сечения колонны, кинематически свя-
заны по закону движения абсолютно твердого тела (т.е. фактически используется гипотеза о
недеформируемых поперечных сечениях колонн); во втором случае жесткость стержневого
элемента, моделирующего колонну, передается нс в один узел сопряжения с пластинчатыми
элементами плиты, а во все узлы плиты в пределах поперечного сечения колонны. В качест-
ве примера в табл. 1.2 приведены результаты линейно-упругого расчета поперечных сил и
изгибающих моментов в надопорной зоне плиты перекрытия реального здания.
Таблица 1.2
Модель сопряжения плиты с колонной Шаг КЭ-сетки ПЛИТЫ, м Усилия в надколонной зоне плиты
в узле сопряжения со стерж- невым элементом колонны суммарные вдоль грани ко- лонны (Ь= 50 см)
Л/,„ кН м/м Q,„ к! 1/м М, кНм Q, кН
Абсолютно твердое тело 2.0 0 0 -14.9 14.3
0.5 0 0 -30.9 33.7
Распределение жесткост и КОЛОППЫ 2.0 -93.7 46.8 -32.6 36.5
0.5 -80.1 102.7 -35.0 43.3
Без дополнительных усло- вий 2.0 -140.1 215.4 -31.4 117.4
0.5 -126.4 198.4 -32.7 127.4
Из представленных данных видно, что результаты расчет усилий в надколонной зоне плиты
различаются достаточно сильно при использовании конечно-элементных сеток различной крупности
и при использовании различных способов моделирования сопряжения плиты с колонной. И если для
осрсднснных изгибающих моментов, действующих вдоль ipaim сечения колонны, различия не столь
велики, то для поперечных сил они могут достигать нескольких раз. Это означаег, что применение
различных моделей приведет к примерно одному и лому же требуемому количеству продольной ар-
матуры в плите, но к существенно разным величинам интенсивности поперечной арматуры. Без при-
менения дополнительных условий в моделях сопряжений плиты с колоннами значения поперечных
сил, вследствие эффекта сингулярности, значительно превышают реальные значения. Ввиду большой
вычислительной погрешности вычисления поперечных сил в МКЭ, более точным способом опреде-
ления количества поперечной арматуры, устанавливаемой в опорных зонах плит, будет расчет плит на
продавливание колоннами или пилонами.
Альтернативой традиционной схеме армирования плоских плит перекрытий арматурными сет-
ками может служить «ригельная» схема армирования плит перекрытий монолитных каркасов (рис. 9).
Нижнее армирование Верхнее армирование
Рис. 9 Концентрированное «ригельное» армирование плоских плит
пространственными каркасами
В этом случае основную верхнюю и нижнюю продольную арматуру располагают во взаимно
перпендикулярных направлениях по линиям действия максимальных изгибающих моментов и попе-
речных сил, обычно вдоль створов колонн каркаса. Эту арматуру завязывают хомутами в пространст-
венные арматурные каркасы. Таким образом в перекрытиях образуются условные скрытые ригели. В
средних зонах ячеек каркаса перекрытия армируют только понизу одной сеткой с минимальным ко-
личеством арматуры.
Иногда применяют комбинированную схему армирования плит, когда в приопорнои зоне плиты арми-
pyiai по «ригелы юй» схеме (например, крестообразно), а на остальной площади - по распределен! юй схеме.
В ряде случаев «ригельная» схема армирования позволяет достичь некоторого положитель-
ного эффекта. Так, сопоставляя обе схемы армирования, нетрудно заметить, что
во втором случае распределение арматуры в большей мере соотвстствует распределению усилий
по площади плиты, а наличие поперечной арматуры в каркасах условных ригелей обеспечи-
вает повышение сопротивления плиты перекрытия продавливанию колонной.
Моделирование диска перекрытия, армированного по «ригельной» схеме, можно вы-
полнять путем сочетания стержневых элементов, представляющих условные ригели, и пла-
стинчатых элементов, представляющих заполнение диска перекрытия между ригелями При
этом желательно стремиться к тому, чтобы наибольшая часть нагрузки на плиту восприни-
малась и передавалась на вертикальные элементы каркаса посредством стержневых элемен-
тов условных ригелей. Такая расчетная модель при применении МКЭ является более надеж-
ной, чем модель безбалочного перекрытия, поскольку усилия в стержневых конечных эле-
ментах определяются с существенно большей точностью, чем усилия в плоскостных элемен-
тах. Поэтому ряд указанных выше расчетных проблем устраняется. Кроме того, расчет на
продавливание плит перекрытий можно заменить более апробированным расчетом условных
ригелей по наклонным сечениям.
Правомерность применения представленного подхода по конструированию и модели-
рованию плит перекрытий монолитных каркасов подтверждена опытом проектирования и
строительства ряда зданий [II]. В этих зданиях обеспечено сокращение расхода стали на ар-
мирование дисков перекрытий по сравнению с традиционной схемой армирования более чем
на 30%.
1.6 Расчет балок, подкрепляющих плиты перекрытии
Проектирование монолитных плит перекрытий, имеющих большие пролеты или вос-
принимающих нагрузки значительной интенсивности, получится более экономичным, если
выполнить перекрытие не плоским, а ребристым. В этом случае плита и ребра, се подкреп-
ляющие, работают при действии нагрузок совмесшо
Моделирование и расчет ребристых плит можно выполнить следующим образом.
1) Плиту перекрытия между ребрами и над (под) ними моделируют пластинчатыми
элементами постоянной толщины (в пространственном случае — элементами пло-
ской оболочки), так же, как и в случае плоского перекрытия.
2) Ребра жесткости моделируют при помощи стержневых конечных элементов, сопря-
женных с элементами плиты с эксцентриситетом Абсолютную величину эксцен-
триситета принимают равной расстоянию между центром тяжести сечения ребра и
срединной плоскостью плиты (рис 10) В том случае, если ребро расположено свер-
ху плиты, значение эксцентриситета принимается положительным, а если снизу
плиты - отрицательным10.
срединная
плоскость плиты
центр тяжести
сечения ребра
эксцентриситет
(жесткая вставка)
Рис. 10 Схема поперечного сечения балки
Это можно выполнить путем назначения стержневым элементам ребра специального тина материала «ребро»
либо путем постановки эксцентриситетов (жестких вставок) во все узлы стержневых элементов ребра. Ребра
можно моделировать и плоскостными элементами большей толщины, срединная пжюкость которых смещена
относительно срединной плоскости остальной части плиты при помощи эксцентриситетов.
Величину эксцентриситета ПК STARK ES определяет автоматически при установке нозиции-балок.
3) Усилия, которые будут использованы при проверке прочности или расчете арми-
рования балки, определяют путем суммирования усилии, действующих в стержне-
вом элементе ребра11, с усилиями, действующими в пластинчатых элементах пли-
ты на всей эффективной се ширине bef2. Иначе говоря, определяют суммарные
усилия, действующие на полное расчетное сечение балки тавровой формы.
4) Проверку прочности балки и определение требуемого количества арматуры осу-
ществляют также по полным тавровым сечениям.
Представленный подход позволяет достаточно корректно выполнить расчет балок
плит. Конструирование армирования балки будет достаточно экономичным, поскольку арма-
тура будет размещена именно в тех зонах сечения балки, где она необходима. Показатель-
ным примером здесь служит сопоставление решения задачи по определению армирования
балки, полученного данным способом, с результатом, полученным путем раздельного расче-
та ребра как стержневого элемента на усилия, действующие только в ребре, а плиты - на
усилия, действующие только в плите (табл. 1.3).
Таблица 1.3
Результат конструирования армирования балки
(изгибающий момент растягивает нижнюю часть сечения балки)
при расчете полного таврового сечения
при раздельном расчете ребра и плиты
------ 14.96 см2
Суммарная площадь сечения продольной ар-
матуры - 15.86 см2
Суммарная площадь сечения продольной ар-
матуры - 23.52 см“
В стержневом элементе ребра действует достаточно большая по величине растягиваю-
щая продольная сила. Поэтому при раздельном расчете элемент ребра конструируется как
внецентренно растянутый элемент, и арматура в нем располагается как в нижней, так и в
верхней части сечения Дополнительно определяется армирование плиты, расположенной
сверху ребра. В результате арматура устанавливается по всему сечению балки, а не только в
его растянутой нижней зоне. Очевидно, что подобное конструирование обеспечит, так же как
и в первом случае, необходимую прочность балки, однако оно не будет рациональным. В
данном примере оно привело к перерасходу стали, требуемой для продольного армирования
сечения балки, на 48.3%.
1.7 Возможности ПК STARK ES
Программный комплекс STARK ES [1] предназначен для расчета несущих конструкций
зданий и сооружений. Он позволяет:
создавать плоские или пространственные расчетные модели здании и сооружений в
интерактивном графическом и табличном режиме; * 12
1 При просмотре эпюр усилий в ребре как в сгержневом элементе эпюры имеют пилообразный вид - в узлах
соединения стержня с плитой имеются скачки усилий, что является вполне нормальным для дискретного мето-
да конечных элементов. Эпюры изгибающих моментов будут выглядеть более естественными, если использо-
вать функцию просмотра усилий в ребрах. В этом случае значения моментов вычисляются не относительно
центра тяжести сечения ребра, а относительно срединной плоскости плиты, которую подкрепляет ребро.
12 Эффективную ширину полки балки назначают на основании рекомендаций, приведенных в нормах проекти-
рования железобетонных конструкции или в других источниках.
выполнять статические, динамические расчеты и расчеты на устойчивость на основе
метода конечных элементов;
выполнять конструктивные расчеты строительных конструкции в соответствии со
СНиП 2 01.07-85* «Нагрузки и воздействия», СНиП 11-7-81* «Строительство в
сейсмических районах», СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструк-
ции», СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные по-
ложения», СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предвари-
тельного напряжения арматуры», СНиП П-23-81* «Стальные конструкции», а также
с рядом специальных рекомендательных документов;
читать и документировать результаты расчета в графическом и табличном виде
Создавать и редактировать расчетные схемы систем зданий и сооружений в программ-
ном комплексе можно как непосредственно в виде конечно-элементной схемы («РЕА-
проскт»), так и путем предварительного описания конструктивной модели («POS-проект»),
состоящей из строительных элементов, с последующей автоматической генерацией конечно-
элементной модели.
ПК STARK ES предоставляет следующие возможности моделирования и расчета кон-
струкций:
Расчеты на основел1е(?юда конечных элехщннюв
- статический расчет;
- расчет на собственные колебания;
- расчет на устойчивость с учетом растянутых элементов, в т.ч. при сложном нагружении;
- спектральный анализ матрицы жесткости;
- нелинейные расчеты с учетом геометрической и физической, включая конструктивную,
нелинейности;
- предельный жестко-пластический анализ;
- быстродействующие алгоритмы составления и решения систем уравнений;
- применение метода подконструкций для больших систем;
- оценка точности расчета.
Крнстрактивные расчеты
- определение расчетных сочетаний усилий в сечениях элементов и нагрузок на фунда-
менты;
- расчет армирования и проверка прочности элементов железобетонных конструкций, в
т.ч. с учетом требований по трсщиностоикости и ограничению ширины раскрытия тре-
щин;
- расчет железобетонных ребристых плит;
- расчет металлических элементов на прочность, общую и местную устойчивость, рас-
чет сварных швов;
- подбор сечений прокатных элементов по напряжениям;
- оценка прочности стержневых и пластинчатых элементов при статических и динами-
ческих воздействиях, включая поверочный расчет с использованием акселерограмм
сейсмического движения грунта по п. 2.2,6 СНиП П-7-81 *.
Расчет на действие пу^тедщюннои составляющей ветровой нагрузки
— расчет в соответствии со СНиП 2.01.07-85*, а также "Рекомендациями по уточненному
динамическому расчету зданий и сооружений на действие пульсационной составляю-
щей ветровой нагрузки" ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко;
- учет геометрической и конструктивной нелинейности;
- определение ускорений колебаний конструкции.
Расчеты на сейсмические воздействия
расчет в соответствии со СНиП 11-7-81*, КМК 2.01.03-96, а также «Рекомендациями по
определению расчетной сейсмической нагрузки для сооружений с учетом пространст-
венного характера воздействия и работы конструкций» ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко,
- определение сейсмических нагрузок линейно-спектральным методом для произвольно-
го спектра ответа и произвольного направления сейсмического воздействия (возмож-
ность расчета по любым нормам);
- учет взаимных перемещений опор пространственных и линейно-протяженных соору-
жений на основе применения дифференцированной модели воздействия;
- учет геометрической и конструктивной нелинейности;
- динамический расчет во времени с использованием многокомпонентных акселеро-
грамм, в т.ч. с учетом ротации основания, с анализом несущей способности конструк-
ций;
- определение опасных направлений динамических воздействий и числа учитываемых
форм.
Возможностиулоделлл^^
Расчетные схемы, которыми в ПК STARK ES представляются здания и сооружения и их
конструкции, могут быть произвольными, и решения по их выбору принимаются пользовате-
лями комплекса. Программа предоставляет следующие возможности для создания расчетных
схем:
- автоматическая генерация конечно-элементных моделей многоэтажных зданий, ферм,
рам, поверхностей вращения и поверхностей, заданных аналитически;
- стержневые конечные элементы для плоских и пространственных задач, в т.ч. с учетом
поперечного сдвига;
- специальные стержневые элементы для моделирования ребер жесткости и канатов;
- высокоточные изотропные и ортотропные пластинчатые и объемные конечные элемен-
ты (гибридные и метода перемещений);
- элементы тонких и толстых плит;
- многослойные стержневые и пластинчатые элементы;
- жесткие и упруго-податливые опоры в произвольно ориентированных системах коор-
динат, в т.ч. односторонние;
- одно- и двухпараметрические упругие основания, включая односторонние;
- идеальные и упругие шарниры для всех типов элементов, в т.ч. односторонние и нели-
нейные;
- учет трещинообразования и ползучести бетона при расчете железобетонных плит и
стен;
- формирование произвольных, в т.ч тонкостенных сечений элементов и расчет их ха-
рактеристик;
- возможность выполнять расчеты пофрагментно и с учетом изменения расчетной схемы
в процессе нагружения;
- учет различных свойств конструкций при статических и динамических воздействиях;
- различные способы моделирования работы конструкций в узлах сопряжения, в т.ч. не-
соосных;
- абсолютно твердые тела и объединение перемещений узлов;
- учет искривления осей («несовершенств») стержней;
- силовые и кинематические сосредоточенные и распределенные нагрузки по любому
направлению, в т.ч. независимые от КЭ сетки;
- температурные нагрузки и нагрузки предварительного напряжения.
Вывод и анализ результатов расчета
- графическая и табличная форма вывода;
отображение деформированной схемы по отдельным нагружениям, комбинациям на-
гружений и собственным формам;
- анимация форм колебаний и потери устойчивости;
- построение эпюр усилий, перемещений и расчетных площадей сечения арматуры по
длине стержней и по указанному сечению плоскостных элементов;
- определение площадей и моментов эпюр;
- построение изолиний и изополей перемещений, площади сечения арматуры и уси-
лий/напряжепий в плоскостных элементах;
- вывод сосредоточенных и распределенных по линии или площади реакций опор (на-
грузок на фундаменты и основание);
- поиск экстремальных значении расчетных параметров внутри определенного фрагмен-
та расчетной схемы как при отдельных нагружениях, так и среди заданных комбинаций
нагружений;
- экспорт результатов расчета в файлы формата DOC, CSV, DXF, HPGL.
Связь с прогрдлшдлги
НК STARK ES имеет функции связи с программами ПРУСК, Металл, ЛИРА, ЛАВР
(ЛИР-ЛАРМ), БЕТА, ArCon, AutoCAD, ArchiCAD, speedikon A, Glaser isb-cad. Это обеспечи-
вает определенное место ПК STARK ES в системе автоматизированного строительного про-
ектирования.
2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАБОТЕ С ПК STARK ES13
2.1 Размерности данных
Если программа не указывает иначе, все входные и выходные данные, используемые в
ПК STARK ES, имеют следующую размерность:
Координаты узлов
Площадь/сдвиговая площадь поперечного сечения
Момент инерции/ момент инерции при кручении
Сила
Момент
Модуль упругости/ модуль сдвига
Плотность
Время
Узловые массы
Перемещения
Продольные, поперечные силы в сечениях стержней
Изгибающие, крутящие моменты в сечениях стержней
Мембранные напряжения в узлах пластин
Поперечные усилия в узлах пластин
Изгибающие, крутящие моменты в узлах пластин
Реакции опор, сосредоточенные в узлах
Реакции опор, распределенные но линии
Реакции опор, распределенные по площади
м
м2
м4
кН
кНм
кПа (кН/м2)
т/м3
с
м, рад.
кН
кНм
кН/м2
кН/м
кН м/м
кН, кНм
кН/м, кНм/м
кН/м2, кНм/м2
Подробное описание работы функций STARK ES содержится в руководстве пользователя [1 ].
2.2 Окно графического ввода
10
Схема окна графического ввода
Проекты Ростр Вставка Полный Виды uvw4Man> Фрагмент Редактировать Расчет Ксйбтащм Результаты
STARK Е5(Со+ья) Версия 4x4 (2007) - Частичный просиT.c:Vdoc\mctod\fefn\monoRtl lea (FEA-лр .ем t)
Таблица 2.1
№ Обозначение Назначение
1 Рабочее окно Рабочая поверхность графического окна
2 Окно бокового меню Меню актуального уровня
3 Окно информации Информационное окно для вывода сообщений
4 Окно координат Окно просмотра координат
5 Окно просмотра Изображение общего плана актуального проекта
6 Планка переключателей 1 Функции улавливания (привязка к объектам), функция де- ления/разрезания
7 Планка переключателей 2 Альтернативные варианты выбора элементов
5 Окно редактора Окно ввода/вывода требуемых/актуальных значений
9 Графические функции Управление изображением и функции вывода данных
10 Окно выбора Меню икон, поле переключателей, списки нагружений и т.д.
1 I Катало! проектов Набор окон, содержащих изображение полного проекта и всех открытых в данное время частичных проектов. Окно актуального проекта подсвечивается красным цветом
12 Окно верхнего меню Общее иерархическое меню
3 Панель инструментов Набор кнопок для облегчения доступа к наиболее часто употребляемым функциям STARK ES
Интерфейс программы представляет собой набор связанных окон: рабочею, редактиро-
вания, информационного (окна подсказок), каталога проектов и др. Окна служат для созда-
ния и редактирования расчетной схемы, а также для вывода необходимой информации о
проекте.
Программный комплекс позволяет работать параллельно с несколькими проектами.
Проект, с которым пользователь работает в данный момент, называется актуальным.
Ввод команд возможен при помощи функциональных клавиш, а также при помощи
двух системных меню, расположенных сверху и справа от рабочего окна и дублирующих
друг друга (поз 12 и поз. 2 на схеме). Верхнее меню является иерархическим, т.с. выбор
пункта меню открывает новое меню более низкою уровня и т.д. В боковом окне (поз. 2 на
схеме окна графического ввода) изображается только меню актуального уровня. Для выхода
в меню более высокого уровня необходимо выбрать пункт меню Назад.
2.3 Команды просмотра
Программой предусмотрены следующие команды просмотра:
3D
или
- У*.
служат для выбора нужной проекции изображения про-
екта.
Zoom - служит для управления изображением проекта. Для увеличе-
ния нужного фрагмента расчетной схемы необходимо включить пере-
ключатель «Zoom» и выделить нужный фрагмент рамкой в рабочем
окне (в режиме просмотра рамка - фиолетовая, а в режиме редактиро-
вания зеленая). Для возвращения к полному изображению расчетной
схемы необходимо щелкнуть по кнопке «Zoom» правой кнопкой мыши.
Zoom
Refr
Print
Окно
просмотра
Refresh (перерисовать) - служит для обновления изображения в графическом окне.
Print - служит для вывода изображения на экране (актуальной графики) на: «Принтер»,
«HPGL Файл», «DXF Файл», «Viewer» (программа просмотра), «MS Word». Для выбора уст-
ройства вывода надо щелкнуть правой кнопкой мыши по переключателю «Print» и в допол-
нительном окне задать нужное устройство левой клавишей мыши.
ч/ Принтер
HPGL Файл
DXF Файл
Viewer
MS Word
При выводе в Word или Viewer актуальное изображение преобразуется в BMP - файл в
соответствии с текущим разрешением экрана.
При выборе DXF-файла (для редактирования при помощи программы Autocad) можно
вывести (по слоям):
узлы и элементы (изображение выводится во всех случаях);
номера элементов и узлов (если они в этот момент отображены на экране);
значения усилий в узлах или расчетную площадь арматуры (при просмотре резуль-
татов);
изолинии (при просмотре результатов расчета плоских элементов);
эпюры усилий в стержневых элементах (при просмотре результатов).
2.4 Планка переключателем 1
A |"r“__Ц“к“ X | W| М | S | Планка переключателей содержит набор кнопок, управляющих
привязкой курсора, узлов и элементов.
А - если включена эта кнопка, курсор притягивается к актуальному объекту (к узлу
расчетной схемы, к точке приложения нагрузки и т.п.)
R - привязка курсора к узлам и линиям растра.
Растр - это вспомогательная сетка с заданным шагом. Растры могут быть полярными,
ортогональными и свободными. Они задаются при помощи команд меню —*Растр в окне
верхнего или бокового меню. Одновременно можно задать несколько растров и переклю-
чаться от одного растра к другому, нажимая клавишу [Пробел].
F - привязка к точке или линии слоя. Этот переключатель используется при работе с
DXF-чертежами, импортированными, например, из программы AutoCAD.
К - координатный ввод. Для каждой точки будут запрашиваться численные координа-
ты в окне редактора (поз. 8 на схеме окна графического ввода).
X - при нажатой кнопке задается относительное смещение в декартовой системе коор-
динат. Следует выделить какую-либо характерную точку (существующий узел расчетной
схемы, узел растра и т.п.) и в окне редактора (поз. 8 на схеме графического окна) численно
задать величины смещения относительно этой точки по всем осям координат. При этом знак
и направление приращений при включенном переключателе [X] определяется относительно
используемой системы координат (глобальной или местной).
W - относительное смещение в полярной системе координат. При использовании пере-
ключателя [W] положение новой точки определяется радиусом dr до точки привязки, углом
dw с глобальной осью ОХ (угол задается в градусах против часовой стрелки) и dz - расстоя-
нием до плоскости, параллельной XOY и проходящей через точку привязки.
М - привязка курсора к средней точке в соответствии с табл. 2.2
Таблица 2.2
Объект 1 Объект 2 Результат
Точка Точка Середина отрезка
Линия (отсутствует) Середина отрезка
Круг (отсутствует) Центр круга
S - привязка к пересечению линий разных объектов в соответствии с табл. 2.3:
Таблица 2.3
Объект 1 Объект 2 Результат
Точка Нет выделения Точка
Линия Точка Точка основания перпендикуляра
Линия Линия Точка пересечения линий (или их продолжении)
Круг Точка Точка основания перпендикуляра
Круг (линия) Линия (круг) Точка пересечения круга и линии, которая ближе к Объекту 2
Одновременно с ней всегда появляется и планка переключателей ви-
| РРО PLI | РР
да:
РРО - переключатель проекции точки на заданную плоскость. После его нажатия вы-
бирается плоскость (оболочки, плиты), а затем - точка. Результат операции - проекция точки
на заданной плоскости;
PL1 - переключатель пересечения плоскости и линии. Вначале выбирается плоскость
(оболочки, плиты), а затем - линия (ребро оболочки, плиты, стержень). Результат операции -
точка пересечения плоскости и заданной линии;
РР - переключатель поиска точки пересечения линии пересечения двух плоскостей и
заданной линии. Сначала выбирается одна плоскость (оболочки, плиты), затем другая плос-
кость (оболочки, плиты). Третьим объектом выбирается линия (ребро оболочки, плиты,
стержень). Результат операции: сначала определяется линия пересечения двух плоскостей,
далее определяется точка пересечения линии и объекта 3.
2.5 Планка переключателей 2
Einz - выбор одного объекта путем одноразового нажатия левой клавиши мыши;
Poly - ввод стержневых элементов по ломаной линии;
Box - выбор всех объектов внутри прямоугольника. Путем нажатия левой клавиши
мыши задаются координаты концов диагонали прямоугольника;
Auto - работает аналогично переключателю [Einz] при наличии растра для проекта;
Krz - этот переключатель работает при нажатом переключателе [Вох]. В этом случае
выбираются все объекты, попадающие не только внутрь прямоугольника, но и пересекаю-
щие его границы;
Только Box
Box и Krz
Схема работы переключателей [Box] и [Krz]. Выбранные элементы отмечены пунктирной
линией
Add - переключатель типа «включить/выключить». Работа этого переключателя зави-
сит от вида объекта.
3 РАСЧЕТ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО МОНОЛИТНОГО КАРКАСА МНОГОЭТАЖНОГО
ЗДАНИЯ
3.1 Исходные данные
3.1.1 Описание задачи
Рассмотрим расчет каркаса 11-этажного (13-ярусного с учетом подвального и техниче-
ского этажей) жилого дома, выполненного в монолитном железобетоне. Основные архитек-
турно-строительные чертежи здания приведены на рисунках ниже.
План типового этажа (цветом отмечены вертикальные несущие элементы каркаса)
План первого этажа (цветом отмечены несущие элементы и балки перекрытия подвала)
1
Схема расположения вертикальных несущих элементов в подвальном этаже здания
Разрез 1-1 и фасад здания
Здание проектируется для возведения во II ветровом районе, типе местности В и в III
снеговом районе. Сейсмичность площадки 8 баллов, грунт основания относится к категории
II согласно классификации СНиП П-7-81*.
Колонны каркаса имеют прямоугольное сечение 400x600 мм, квадратное сечение
400x400 мм и круговое сечение диаметром 500 мм. Толщина несущих стен, одновременно
служащих вертикальными диафрагмами жесткости, составляет 300 мм. Толщина плоских
дисков перекрытий 250 мм. Плита перекрытия над подвалом усилена перекрестной системой
ребер жесткости размером 400x250(11)’ мм (см. план первого этажа), расположенных снизу
плиты. Стены лифтовых шахт - монолитные толщиной 200 мм.
Каркас опирается на монолитную фундаментную плиту толщиной 600 мм. Проектиро-
вание каркаса выполняется в соответствии с указаниями СНиП 2.01.07-85*, СНиП П-7-81* и
СП 52-101-2003.
Класс бетона всех несущих конструкций - В25, класс продольной арматуры - А400,
класс поперечной арматуры - А240.
Информация о статических нагрузках на каркас, которые должны быть заданы пользо-
вателем комплекса, приведена в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Наименование нагрузки Еди- ница изме- рения Расчетное значение Коэф-т надеж- ности yf (Кн) Дли- тельная часть (Кд)15 Номер на- гружения, в котором за- дана нагруз- ка
Постоянные и длительные нагрузки
Собственный вес несущих конструк- -16 ции к! 1/м 27.5 1.1 1.0 1
Вес полов и перегородок (действует на все перекрытия) кН/м2 3.0 1.2 1.0 3
Вес наружных стен кН/м 12.0 1.2 1.0 3
Вес ограждений балконов кН/м 4.0 1.2 1.0 3
Вес парапетов кН/м 10.0, 20 0 1.2 1.0 3
Вес конструкции кровли Ki 1/м 1.95 1.2 1.0 3
Временные нагрузки на перекрытия
на фундаментную плиту кН/м2 2.4 1.2 0.35 2
на перекрытие подвала (1 этаж — офисные помещения) кН/м2 2.4 1.2 0.35 2
на балконах кН/м2 2.4 1.2 0.35 2
на перекрытия жилых этажей: на общих коридорах и лестницах в квартирах кН/м2 кН/м2 3.6 1.95 1.2 1.3 0.3317 0.2 2 4
на кровле кН/м2 0.65 1.3 0 5
Снеговая нагрузка на покрытие (с учетом образования снеговых меш- ков)- кН/м2 1.8...5.4 1:0.7=1.43 0.5 6
Ветровая нагрузка (средняя со- ставляющая) па наветренную сторону здания на заветренную сторону здания кН/м 0.17...0.35 0.13...0.26 1.4 0 7 - направление вдоль буквенных осей (оси OY) 8 - направление вдоль цифровых осей (оси ОХ)
4 Под высотой ребра (250 мм) понимается высота выступающей под перекрытием части ребра, т.е разница ме-
жду полной высотой сечения балки и толщиной плиты перекрытия.
Коэффициент длительности равен отношению пониженного нормативного значения нагрузки к ее полному
значению в соответствии со СНиП 2.01.07-85*.
Значение зависит от процента армирования сечения элемента.
Поскольку коэффициенты длительности этой и предыдущих нагрузок близки, то для простоты расчетов они
объединены в одно нагружение. В общем случае временные нагрузки с разными коэффициентами надежности
или разными коэффициентами длительности должны быть описаны в разных нагружениях.
Требуется:
• выполнить расчет каркаса на действие вертикальных статических нагрузок, ветровых
(средняя и пульсационная составляющие) и сейсмических нагрузок;
• оценить общую жесткость и устойчивость каркаса;
• определить требуемое количество арматуры в колоннах каркаса, в балках перекрытия
над подвалом и в плите перекрытия типового этажа;
• определить прогибы плиты перекрытия типового этажа при действии нормативных
длительных вертикальных нагрузок с учетом образования трещин в бетоне плиты.
3.1.2 Основные расчетные предпосылки
В качестве расчетной модели каркаса здания будем использовать пространственную
оболочечно-стержневую конечно-элементную модель. При ее разработке будем руково-
дствоваться следующими положениями и предпосылками:
1) В расчетную модель каркаса вводим только несущие конструктивные элементы. Счи-
таем, что поэтажно опертые наружные стены, а также перегородки не участвуют в ра-
боте каркаса, и лишь создают дополнительные нагрузки на плиты перекрытий.
2) Плоские плиты перекрытий и покрытия, фундаментную плиту, а также несущие сте-
ны моделируем элементами плоской оболочки, имеющими все шесть степеней свобо-
ды в узле, с учетом сдвиговых деформаций по толщине оболочки на основе теории
Рейсснера-Миндлина.
3) Колонны представляем стержневыми конечными элементами общего вида, жестко
сопряженными с элементами плит перекрытий, покрытия и фундаментной плитой.
4) Сопряжения стержневых элементов, представляющих колонны, с пластинчатыми
элементами плит перекрытий и покрытия моделируем с использованием абсолютно
твердых тел, реализующих кинематическую гипотезу о недеформируемых попереч-
ных сечениях колонн. Такой подход позволяет получать более корректные результаты
при определении усилий и армирования в надколонных зонах плит, поскольку он
смягчает нежелательный эффект сингулярности, свойственный методу конечных эле-
ментов.
5) Ребра жесткости, усиливающие плиту перекрытия над подвалом, моделируем стерж-
невыми конечными элементами прямоугольного сечения, сопряженными с плитой с
эксцентриситетом относительно срединной плоскости плиты, которую они подкреп-
ляют. На величину эксцентриситета, равную расстоянию между центром тяжести реб-
ра и срединной плоскостью плиты, вводится абсолютно жесткая вставка (STARK ES
это делает автоматически при установке позиций-балок, материал которых в fea-
файле имеет тип «ребро»).
6) Верхнюю часть здания моделируем упрощенным способом. Машинное помещение
для размещения и обслуживания лифтового оборудования учитываем только в виде
дополнительной нагрузки.
7) При определении усилий в элементах каркаса здания эффектами физической и гео-
метрической нелинейности пренебрегаем.
8) Последовательность возведения здания в расчете его каркаса непосредственно не учи-
тываем18.
В данном случае это допустимо, поскольку в рассматриваемой задаче требуется определить армирование
плит перекрытий двух нижних этажей здания. При расчете конструкций верхних этажей с учетом последова-
тельности возведения каркаса нс следует учитывать нагрузки, которые были приложены к нижележащей части
здания до устройства этих конструкций.
9) Дсформативность грунтового основания учитываем путем задания на элементы фун-
даментной плиты двухпарамстрического упругого основания. Коэффициенты жестко-
сти этого основания при статическом нагружении вычисляем для следующих харак-
теристик грунта: коэффициент Пуассона v = 0.33, глубина сжимаемой толщи
Н, = 7.2 м, модуль деформации на части площади основания под фундаментной пли-
той- Esls =16-10 кПа, на остальной части - Esl s = 12 10 кПа.
10) Считаем, что при динамических ветровых и сейсмических воздействиях значение мо-
дуля деформации грунта основания возрастает в 10 раз по сравнению с его значением
при статическом нагружении.
11) Коэффициенты снижения временных нагрузок на перекрытия согласно н.п. 3.8 и 3.9
СНиП 2.01.07-85* нс учитываем.
12) Ветровую нагрузку прикладываем в виде сил, сосредоточенных в узлах наружных
кромок дисков перекрытий.
13) Принимаем, что средняя составляющая ветровой нагрузки изменяется по высоте зда-
ния линейно (по закону плоскости). Учитываем только горизонтальную составляю-
щую ветровой нагрузки по направлению действия ветра.
14) Расчет армирования консольных участков плит перекрытий не рассматриваем, по-
скольку он должен проводиться отдельно в соответствии с п. 2.11 СНиП II-7-81*.
Кроме того, используем ряд расчетных предпосылок, принятых в нормативных доку-
ментах, в соответствии с которыми должны быть запроектированы конструкции каркаса.
3.2 Формирование конструктивной модели здания
Конструктивная модель (в терминологии STARK ES - «позиционная модель» или
«POS-проект») служит для облегчения построения расчетной модели многоэтажного здания
и описывается посредством строительных объектов («позиций») - колонн, плит, балок и т.п.
Расчетная конечно-элементная модель («КЭ-модель» или «FEA-проект») здания будет авто-
19
матически сгенерирована из конструктивной модели .
Создать новую FE модель
С FEA Проект
(• 3D POS-Проект
С POS-Проект (Плита)
С POS-Проект (Балка-стенка)
С POS-Проект (Тело вращения)
ОК Отменить
тельности возведения каркаса не следует учитывать нагрузки, которые были приложены к нижележащей части
здания до устройства этих конструкции.
1 Также КЭ-модель может быть создана непосредственно с помощью функций программы по работе с конеч-
ными элементами.
Новый проект создается при помощи команд верхнего меню -^Проекты —^Создать
или кнопки
DJ панели инструментов (поз. 13 на схеме окна графического ввода). В рабочем
окне появится диалоговое окно «Создать новую FE-модель». В этом окне выбираем опцию
«3D POS-Проект», задаем «Имя файла» (не более восьми символов без пробелов латин-
скими буквами)20.
3.2.1 Создание модели фундамента здания
3.2.1 Л Создание фундаментной плиты и фиктивных законтурных плит
После создания нового проекта в рабочем окне поя-
вится диалоговое окно «Новый(е) этаж(и)».
Новыи(е) этаж(и)
В этом окне указываем21:
- Высота этажа = 4 м (поскольку данный этаж будет
содержать только плоскую фундаментную плиту,
задастся любая величина больше 0);
- Уровень этажа = -4 м (отметка верха фундамент-
ной плиты);
- Количество = 1.
Количество
Затем нажимаем кнопку «ОК».
ОК Отменить Помощь
Поскольку плита перекрытия подвала имеет простую форму в плане ее ввод можно осущест-
вить при помощи позиций без использования подосновы (DXF-файла).
Создание вспомогательного растра
При помощи команд верхнего меню -^Растр -^Создать создаем сетку осей (растр) для по-
следующей привязки основных несущих конструкций. В окне выбора (поз. 10 на схеме окна
графического ввода) появится дополнительная командная панель, на которой надо нажать
переключатель «Своб.» для задания свободного растра.
~1рям_]|своб7 Полярный |
Вкл. | Линии
Сечение I
РВ5РХУ I J&apj снизу
41 I Кол-во = 0 I ►
2 Поля «FE-Модель», «Название проекта» и «Разработчик» заполняются по желанию и содержат дополни-
тельную информацию о создаваемом проекте и его разработчике. Ввод завершается нажатием клавиши «ОК».
Поля «Наименование» и «Замечания» заполняются по желанию и содержат дополнительную информацию.
Затем тремя точками задается плоскость растра.
После появления внизу в окне информации (поз. 3 на схеме
окна графического ввода) надписи «Задайте точку PJ, нача-
ло RST-координат» в окне редактора задается начало коор-
динат (точка привязки растра).22
ПрямПсвобГ Полярный |
| Вкп. I Линии
Сечение
Точка Р1
ПрямЛсвоб Полярный |
| Вкп. | Линии
_______Сечение______|
сверху! растр I снизу I
4 I Кол-во = 0 I ►
После появления надписи «Задайте точку Р2, на положи-
тельной R-oc.ii» задаются координаты точки, лежащей па
продольной оси -г растра (в данном случае она совпадает с
глобальной осью X).
ПрямЛсвоб. Полярный |
| Вкп. | Линии
______Сечение______|
сверху! растр I снизу
I Кол-во - 0 I ►
Х=1
Y = 1_
Z=-4
После появления надписи «Задайте точку РЗ, в плоскости
R-S» задаются координаты любой точки, лежащей в плоско-
сти растра, но не на продольной оси -г.
В появившемся диалоговом окне «Растр»
задается шаг осей в продольном (dr) и по-
перечном (ds) направлении. Продольное
направление совпадает с глобальной осью
X, а поперечное - с глобальной осью Y.
Кнопки «+» и «-» позволяют добавлять но-
вые или удалять ненужные строки, кнопка
«V» позволяет выделить несколько строк.
Поле «Начало» позволяет сместить растр
относительно заданного пользователем на-
чала координат.
В поле «Alpha» задается угол наклона рас-
тра в заданной пользователем плоскости
относительно r-оси растра.
ТочкаРЗ
Для задания численных значений следует щелкнуть левой клавишей мыши в окне редактора (поз. 8 на схеме
окна графического ввода). Переход от строки к строке в окне редактора осуществляется при помощи стрелок
14 или клавиши (Enter] Положение курсора показывается при помощи красной черты. Нажатием клавиши
|Enter], когда курсор стоит на нижней строке, завершается ввод.
В поле «Ars» задается угол наклона попе-
речных осей растра относительно продоль-
ных.
Ввод завершается нажатием кнопки «ОК».
После этого в рабочем окне появляется
вспомогательная сетка осей23 *. Для более
удобного просмотра изображения жела-
тельно пользоваться клавишей «ZOOM»
(см. п. 2.3 «Команды просмотра») или кла-
вишами цифровой клавиатуры.
Результат работы функциональных клавиш представлен в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Клавиша Назначение
0 Показ в рабочем окне всего изображения
1 Изображение в рабочем окне перемещается вверх направо
2 Изображение в рабочем окне перемещается вверх
3 Изображение в рабочем окне перемещается вверх налево
4 Изображение в рабочем окне перемещается вправо
6 Изображение в рабочем окне перемещается влево
7 Изображение в рабочем окне перемещается вниз направо
8 Изображение в рабочем окне перемещается вниз
9 Изображение в рабочем окне перемещается вниз налево
Изображение в рабочем окне приближается в два раза относительно центра экрана
— Изображение в рабочем окне отдаляется в два раза относительно центра экрана
* Изображение в рабочем окне приближается в два раза относительно текущего положе- ния курсора
/ Изображение в рабочем окне отдаляется в два раза относительно текущего положения курсора
. или, Размер изображения в рабочем окне изменяется с помощью задания коэффициента масштабирования в окне редактора
Ввод фундаментной плиты
Последовательно выбираем пункты ме-
ню верхнего меню (поз. 12 на схеме ок-
на графического ввода): -^Редактиро-
вать -^Позиции -^Плита/стена/рам-
24
па -^-установить .
В появившейся боковой командной па-
нели (поз. 10 на схеме) нажимаем кноп-
ку «Плита»25.
р-1
Характеристики
Видимые этажи
Плита Стена Рампа
Перемещать изображение сетки в рабочем окне и менять его размеры можно при помощи стрелок на цифро-
вой клавиатуре. Поворачивать изображение можно при помощи стрелок рядом с цифровой клавиатурой (Т 4- <—
7».
4 Для выбора нужно подвести мышь к нужному пункту меню. При этом появится соответствующее ему меню
более низкого уровня и т.д. При выборе последнего пункта (в самом нижнем меню) следует щелкнуть по нему
левой клавишей мыши.
2 Верхняя кнопка панели позволяет задать название позиции (в данном случае «D-I»). Переключатель «Види-
мые этажи» (включенный по умолчанию) позволяет скопировать все введенные позиции на последующие эта-
жи Во избежание ошибок в общем случае его лучше отключать.
Материал | Нагрузки} Шаблон | Опорная плоскость
УАосле нажатия кнопки «Характеристи-
ки» появляется диалоговое окно «Свой-
ства плиты/ стены/ рампы».
В закладке «Материал» задаются свой-
ства плиты:
• Толщина фундаментной плиты по-
стоянная 6 - 0.6 м;
• Материал - изотропный;
• Модуль упругости Е = 3.0е+7 кН/м2
(для бетона естественного твердения
класса В25);
• Коэффициент Пуассона = 0.2;
• Плотность плиты Rho = 2.75 т/м3
(задастся расчетная плотность, т.е. с
учетом коэффициента надежности
по нагрузке от собственной массы
плиты).
Активизируем опцию «Со сдвиговой
деформацией» для учета деформаций
поперечного сдвига по толщине плиты.
Выбрав закладку «Нагрузки», задаем
значения нагрузок, равномерно распре-
деленных по всей площади плиты:
Постоянная (g) = -3 кН/м2 (расчетное
значение постоянной нагрузки на пли-
ту без учета ее собственного веса; на-
грузка будет записана в нагружение
№127);
Временная (р) = -2.4 кН/м" (расчетное
значение временной нагрузки на плиту;
нагрузка будет записана в нагружение
№2)й.
Контролируем данные в закладке
«Опорная плоскость» (координата Z
опорной плоскости плиты должна со-
ответствовать отметке этажа). Затем
нажимаем кнопку «ОК».
- Т олщина
Постоянная
Толщина jo g
Переменная
X Гм! Y Гм] Г D Гм]
0 0 0.2
0 0.2
0 0.2
Характеристики
Изотропный С Ортотропный
Модуль упругости Е Зе+007 кН/м2
Коэффициент Пуассона 02
Плотность плиты Rho j |2.75 т/мЗ
✓ Юо сдвиговой деформацией
ОК Отменить
Помощь
При выборе переключателя «Переменная» задаются три точки плоскости плиты в глобальной системе коор-
динат и соответствующие им толщины Толщины во всех остальных точках получаются путем интерполяции
по закону плоскости.
Затем номер нагружения будет изменен с 1-го па 3-й.
3 Знак «минус» показывает, что нагрузка действует против оси Z, т.е. сверху вниз.
Возможно несколько способов задания контуров плиты: непосредственно по координатам
или с использованием графической подосновы (растра или DXF-файла). Мы рассмотрим
первые два способа.
1 способ:
Простые в плане конструкции можно задавать непосредственно в окне редактора (поз. 8 на
схеме окна графического ввода) так, чтобы они образовывали замкнутый контур.
Задаем координаты вершин фундаментной плиты: (0, 0, -4); (23.1, 0 ,-4); (23.1 ,21.4, -4); (О,
21.4, -4)29.
Точка 1 (и завв]Ш1ающая^
Точка 2
Точка. 3
Точка 4________
Ввод плиты заканчивается повторным заданием координат начальной точки (0, 0, -4).
2 способ:
В планке переключателей 1 (поз. 6 на схеме
окна графического ввода) нажимаем кноп-
ки30:
[А] (привязка к актуальным объектам);
[R] (привязка к растру);
[S] (привязка к точке пересечения линий).
В планке переключателей 2 (поз. 7 на схеме
окна графического ввода) нажимаем кнопку
[Einz] (ввод по отдельным точкам).
[А’рТ_Д~ Х|Wj .МЦЗ"
В графическом окне щелчком мыши (по ли-
нии, но за пределами точки пересечения) вы-
бираем одну из линий растра, ограничиваю-
щих контур плиты. Указанная ось отмечается
жирной линией.
Переход от строки к строке в окне редактора осуществляется при помощи стрелок Т 4 или клавиши Enter.
Отмена неправильно заданной точки осуществляется при помощи щелчка правой кнопкой мыши
’ Переключатель [К] (координатный ввод) остается включенным всегда.
Таким же образом выбираем вторую линию
контура плиты, пересекающую первую ли-
нию.
Происходит автоматическая привязка к точке
пересечения указанных линий.
Отмеченная красным квадратом точка счита-
ется первой точкой позиции-плиты.
Таким же образом осуществляем выбор трех
других угловых точек плиты '.
Ввод позиции заканчивается путем повтор-
ного указания на первую точку, отмеченную
красным квадратом.
В графическом окне появляется отображение
позиции плиты с указанием ее обозначения
(D-1) в красном прямоугольнике31 32.
Ввод фиктивных законтурных плит
Фиктивные законтурные плиты служат для моделирования работы грунта за пределами фун-
дамента здания при использовании двухпараметрической модели упругого основания (моде-
ли Пастернака). При расчете здания на абсолютно жестком основании или упругом основа-
нии винклеровского типа ввод фиктивных законтурных элементов нс требуется.
В боковом меню (поз. 2 на схеме окна графического
ввода) выбираем пункт меню -^-копировать.
В дополнительной планке переключателей нажимаем
кнопку «Плита».
Щелчком левой кнопки мыши выбираем заданную
фундаментную плиту (опа подсвечивается красным
цветом).
Выбор завершается после щелчка правой клавишей
мыши в рабочем окне.
В планке переключателей 1 должны быть нажаты
кнопки:
[А| (привязка к актуальным объектам);
[R] (привязка к растру).
Щелчком левой кнопки мыши в рабочем окне задастся
исходная (например, левый нижний угол плиты) и ко-
нечная точка копирования (например, правый нижний
угол плиты).
31 При неправильном выборе точки или линии последний выбор отменяется путем нажатия на правую клавишу
мыши
32 Обозначение плиты появляется при нажатой кнопке
BE
ВС]
. Плита закрашивается при нажатии па кнопку---
После завершения операции копирования,
выбранные позиции продолжают подсвечи-
ваться, и, указав новое положение для вы-
бранной ранее точки привязки, можно вы-
полнить следующее копирование и т. д.
Операция многократного копирования пре-
рывается при повторном нажатии на кла-
вишу [CTRL) и правую кнопку мыши или
при выходе из пункта меню -^-копировать.
Процесс копирования повторяется до тех
пор, пока фундаментная плита не будет
скопирована 8 раз, как показано на рисунке.
При этом выбираются точки привязки, ко-
торые удобны пользователю.
Свойства плиты / стены / рампы
Материал | Нагрузки | Шаблон | Опорная плоскость |
Толщина
<• Постоянная
Выбираем в боковом меню пункт
-^Изменить свойства и щелкаем левой
кнопкой мыши по одной из скопированных
плит (в дополнительной командной панели
должна быть нажата кнопка «Плита»).
Толщина |q7
С Переменная
Х[м] Y[m] || Р[м] 1
0
f.
и
С Ортотропный
Характеристики
(• Изотропный
В появившемся диалоговом окне «Свойства
плиты» задаем любую другую толщину
плиты, отличную от 0.6 м3:>. Например, 0.1 м.
В закладке «Нагрузки» задаем величины
нагрузок равными (Г4.
Модуль упругости Е
Коэффициент Пуассона
Плотность плиты Rho
Зе+00? _ кН/м2
0.2
1° т/мЗ
Р Со сдвиговой деформацией
ОК Отменить
Помощь
Толщина плиты может быть любой, поскольку впоследствии жесткость фиктивных элементов буден задана
нулевой.
При необходимости учета влияния осадок от близкорасположенных зданий на фиктивные законтурные эле-
менты задастся вертикальная нагрузка от этих зданий.
В закладке «Шаблон» задаем точку привяз-
ки КЭ сетки и шаг разбиения плиты (сред-
ний размер конечных элементов):
Координата X начала = 0;
Координата Y начала = 0;
Шаг в направлении оси OR = 2 м (шаг
разбивки на конечные элементы вдоль бук-
венных осей);
Шаг в направлении оси OS = 2 м (шаг
разбивки на конечные элементы вдоль циф-
ровых осей);
Угол поворота относительно оси OR = 0.
Нажимаем кнопку «ОК» и повторяем опе-
рацию со всеми другими скопированными
плитами33.
При помощи пунктов верхнего меню —^Проекты -^Сохранить как... или кнопки ““ со-
храняем файл под имеющимся или новым именем3 .
3.2.1.2 Создание фиктивных колонн под фундаментной плитой
Фиктивные колонны здесь задаются для того, чтобы сгенерировать конечно-элементную
сетку фундаментной плиты со сгущением в местах опирания на нее колонн каркаса. Это даст
возможность определять значения усилий и площадей сечения арматуры в сечениях фунда-
ментной плиты по грани колонн. Если определять армирование фундаментной плиты не тре-
буется, то вводить фиктивные колонны нет необходимости.
При моделировании комбинированного свайно-плитного фундамента подобным образом мо-
гут быть установлены элементы, моделирующие сваи.
Последовательно выбираем пункты верхнего меню:
-^Редактировать —^Позиции —^Колонны —^-устано-
вить. Появляется дополнительная планка переключате-
лей. Отключаем кнопку «Видимые этажи».
В планке переключателей 1 нажимаем кнопки:
[А] (привязка к актуальным объектам);
[R] (привязка к растру);
[S] (привязка к точке пересечения линий).
ST-1
Характеристики
Видимые этажи
|A[R" _Х| УУ! MJ[^"
35 Операцию по изменению свойств законтурных элементов можно было выполнить после ввода одной из фик-
тивных плит перед ее копированием на другие участки. Проверить заданные материалы можно, посмотрев их в
п И z
цветовом изображении. Для этого следует нажать кнопку — на панели инструментов (поз. 13 на схеме окна
0
графического ввода) при отключенной кнопке__
Для сохранения файлов проектов желательно создать отдельную директорию FEM
После нажатия кнопки «Характери-
стики» появляется диалоговое окно
«Свойства колонны».
В закладке «Колонна» указываем:
Тип сечения - прямоугольная;
Ширина сечения = 0.4 м;
Высота сечения = 0.6 м;
Длина колонны = 4 м (любое число
больше нуля);
Модуль упругости Е = Зс+7 кН/м2
(для бетона естественного твердения
класса В25);
Удельный вес = 27.5 кН/м3 (расчет-
ное значение);
Коэффициент Пуассона = 0.2.
Ставим галочку в окне «Деление
колонн» для сгущения КЭ-сетки
плиты в месте опирания на нее ко-
лонн каркаса.
Ввод завершается нажатием кнопки
«ОК».
При помощи переключателей [А],
[R| и [S] на планке переключателей 1
задаем привязку3 колонн по архи-
тектурным осям «В/1», «В/2», «В/5»,
«Б/2», «Б/5», «Б/6» аналогично при-
вязке вершин плиты38.
3 Можно задавать точки привязки колонн численно в окне редактора (поз. 8 на схеме окна графического вво-
да).
При задании колонн в версии ПК STARK ES 4.4 (2007) можно использовать также функцию копирования ра-
нее введенных колонн.
Вводим колонны прямоугольного
сечения по осям «Г/2», «А/3», «А/4»,
«А/5» таким же образом, как указано
выше, но при задании характеристик
высоту сечения колонны принимаем
равной 0.4 м, а ширину - равной 0.6
м.
При вводе колонны квадратного се-
чения ширина и высота сечения за-
дается равной 0.4 м. В окне редакто-
ра вводим точку привязки колонны
по осям «Г/4»39.
Повторно нажимаем кнопку «Ха-
рактеристики», задаем тип сечения
- «круглая», и принимаем величину
«Диаметр» сечения = 0.5 м. В окне
редактора или щелчком левой кноп-
ки мыши в рабочем окне вводим
точки привязки колонн по осям
«Г/1» и «А/6».
При помощи пунктов меню Проекты -^Сохранить как... или кнопки
сохраняем файл
под имеющимся или новым именем.
В окне редактора есть встроенный калькулятор, который позволяет выполнять простейшие арифметические
действия, а также вводить некоторые функции: SIN (синус),COS (косинус), TAN (тангенс), СОТ (котангенс),
ASN (арксинус), ACS (арккосинус), ATN (арктангенс), ACT (арккотангенс), LOG (десятичный логарифм), LGT
(натуральный логарифм), ЕХР (экспонента), SQRT (квадратный корень), ABS (абсолютная величина), MIN
(минимальное значение MIN(el,e2,....,en)), МАХ (максимальное значение МАХ(е1,е2,....,еп)), Р1=3.1415926. .
3.2.2 Создание подвального этажа здания
3.2.2.1 Копирование нижерасноложенного этажа
Последовательно выбираем пункты верхнего меню:
-^Редактировать -^Позиции ->Этажи -^-создать.
В появившемся диалоговом окне «Новый(е) этаж(и)»
указываем:
- Высота этажа = 4 м (расстояние от верха перекрытия
подвала до верха фундаментной плиты);
- Уровень этажа = 0 м (отметка верха плиты перекры-
тия подвала);
- Количество = 1.
В окне «Скопировать» задается наименование этажа,
характеристики которого послужат эталоном для созда-
ния нового этажа (в нашем случае «Фундамент»).
Включаем переключатель «Все», в этом случае копи-
л40
руются все конструкции и нагрузки с этажа-эталона .
Ввод завершается нажатием кнопки «ОК».
Новый(е) этаж(и)
Скопировать ...-
Этаж (Фундамент 3
<• Всё С Ничего С Выбор
OK I Отменить Помощь
Актуальный этаж
Выбираем пункт бокового меню: -^-актуальный (ра-
бочий).
Наименование этажей
Фундамент (L=-4, Н=4)
0 Подвал (1_=0 Н=4)
В появившемся окне «Актуальный этаж» галочкой
отмечаем «Подвал».
Нажимаем кнопку «ОК».
OK I Отменить Помощь
Переключатель «Ничего» позволяет создать «пустой» этаж, а переключатель «Выбор» дает возможность
скопировать лишь отдельные позиции списка.
Выбираем пункт бокового меню -^-видимые.
В появившемся окне «Видимые этажи» нажимаем
переключатель «Актуальный этаж».
Нажимаем кнопку «ОК».
Последовательно выбираем пункты верхнего меню:
—^Редактировать —^Позиции -^Плита/стена/рам-
па -^-удалить.
В появившейся боковой командной панели выбираем
кнопку «Плита».
Щелчком левой кнопки мыши в рабочем окне удаляем
все фиктивные плиты за пределами здания.
При помощи команд верхнего меню —> Растр
—>Редактировать переносим растр на высоту пере-
41
крытия подвального этажа .
Плоскость растра задается тремя точками (0, 0, 0) (1,
0, 0) и (1,1,0)в окне редактора42.
Щелкаем правой кнопкой мыши по кнопке «ZOOM»
(поз. 9 на схеме окна графического ввода). * 4
41 Переключаться между растрами, а также включать/отключать изображение растром можно при помощи кла-
виши [Пробел].
4 В окне информации (поз. 3 на схеме окна графического ввода) появляются текстовые команды, определяю-
щие порядок действий пользователя.
Выбираем пункт бокового меню —>Назад и в дополнитель-
ной планке переключателей под окном просмотра (поз. 5 на
схеме) нажимаем на кнопку XY для перевода изображения
в графическом окне в проекцию па плоскость XOY 3.
3.2.2.2 Редактирование плиты перекрытия подвала
Последовательно выбираем пункты
верхнего меню: -^Редактировать
-^Позиции -^Плита/Стена/Рампа
—^Изменить свойства.
Нажимаем кнопку «Плита» в дополни-
тельной планке переключателей. После
выбора плиты (щелчком левой клавиши
мыши в рабочем окне) появляется диа-
логовое окно «Свойства плиты/ стены/
рампы».
В закладке «Материал» задаются новые
свойства плиты:
• Толщина плиты постоянная* 44 - 0.25
м;
• Материал - изотропный;
• Модуль упругости Е = 3.0е+7 кН/м
(для бетона естественного твердения
класса В25);
• Коэффициент Пуассона = 0.2;
• Плотность плиты Rho = 2.75 т/м3
(задается расчетная плотность, т.е. с
учетом коэффициента надежности
по нагрузке от собственной массы
плиты).
В поле «Со сдвиговой деформацией»
должна стоять галочка.
При помощи пунктов меню Проекты —^Сохранить как.,, или кнопки сохраняем файл
под имеющимся или новым именем45. Операцию сохранения файла рекомендуется выпол-
нять регулярно после внесения в проект более или менее весомых изменений.
4 Если изображение растра выходит за пределы экрана, его размеры можно откорректировать при помощи
кнопок «+» (увеличение в 2 раза относительно центра экрана) и «-» (уменьшение в 2 раза относительно центра
экрана).
Если изображение растра смещено относительно центра экрана, его положение выравнивается при помощи
клавиш «6 (->)» «2 (4)» «8 (Т)» «4 (<-)» на цифровой клавиатуре. Поворачивать изображение па экране (при
включенном переключателе 3D) можно при помощи стрелок «—>» «Ф» «1» «<—».
44 При выборе переключателя «Переменная» задаются три точки плоскости плиты в глобальной системе коор-
динат и соответствующие им толщины (см. порядок ввода фундаментной плиты в п. 3.2 1.1).
4 На вопрос «Сохранить все (Да) или видимые (Нет) этажи» следует ответить утвердительно
3.2.2.3 Создание стен подвала
В дополнительной планке переключате-
лей справа должна быть нажата кнопка 3D
- показ трехмерного изображения.
Той же цели служит переключатель ви-
дов, вызываемый путем выбора соответ-
ствующей кнопки на панели инструмен-
тов (поз. 13 на схеме окна графического
ввода).
После нажатия кнопки «Характери-
стики» появляется диалоговое окно
«Свойства плиты/ стены/ рампы».
В закладке «Материал» задаются
свойства стены:
• Толщина стены постоянная -
0.3 м;
• Материал - изотропный;
• Модуль упругости Е = 3.0с+7
кН/м2 (для бетона естественного
твердения класса В25);
• Коэффициент Пуассона = 0.2;
• Плотность плиты Rho = 2.75
т/м3.
Активизируем опцию «Со сдвиговой
деформацией» для учета деформаций
поперечного сдвига по толщине плиты.
46 Переключатель «4 м вниз» (по умолчанию его значение равно высоте этажа) позволяет изменить высоту за-
даваемой стены.
Если включен переключатель «Видимые этажи», то введенная конструкция автоматически копируется на все
видимые этажи. Во избежание ошибок начинающим пользователям лучше его отключать
рсключателей 1 (поз. 6 на схеме окна гра-
фического ввода) вводим диафрагму по
оси «Б».
Стена задается в плане в виде ломаной
линии. Ввод вершин стены аналогичен
вводу вершин плиты. Последовательно
выбираются пересекающиеся линии рас-
тра (с использованием переключателя
[S]). Или щелчком левой кнопкой мыши
выбираются непосредственно точки пере-
сечения линий растра (с использованием
переключателя [R]).
Двойной щелчок по последней вершине
ломаной означает окончание ввода сте-
47
НЫ .
Недопустим ввод пересекающихся стен В точке пересечения стену нужно разбить на две части.
Аналогично вводятся все остальные стены
подвала. При этом можно пользоваться
как функцией установки, так и функцией
копирования уже заданных стен.
При необходимости следует изменить их
толщину при помощи кнопки «Характе-
ристики» (см. выше). Толщина стенок
лифтовых шахт равна 0.2 м48.
При помощи пунктов меню Проекты —^Сохранить как,,, или кнопки сохраняем файл
под имеющимся или новым именем.
3.2.2.4 Создание отверстий в перекрытии и стенах
Последовательно
-^Редактировать
установить.
выбираем пункты верхнего меню:
—^Позиции —^Отверстия
В планке переключателей 1 должны быть нажаты кнопки [А]
и [S], и желательно отключить кнопку [RJ.
Отверстие задается в виде замкнутой ломаной линии.
Щелчком левой кнопки мыши по точке пересечения стен по
осям «В» и «3» задастся первый угол отверстия.
Аналогично задаются остальные углы отверстия.
Ввод отверстия заканчивается повторным заданием началь-
ной точки.
Отверстия прямоугольного очертания могут быть заданы
также с помощью переключателя [Box], а отверстия круглого
очертания - с помощью переключателя [Circ].
Тем же способом вводятся отверстия в месте расположения
лифтовых шахт.
т—। 49
Подводим курсор к торцевой стене лестничной клетки и
нажимаем клавишу [F4]. В окне редактора задаем, тип вре-
менного растра в плоскости стены «Тип = 1» (прямоуголь-
ный) и нажимаем клавишу [Enter]. Затем в окне редактора
задаем шаг временного растра стены dr =1, ds = 1.
48 Для ввода стен лестничной клетки и лифтовых шахт удобно пользоваться относительной привязкой (пере-
ключатель [X] в планке переключателей 1). После его нажатия сначала при помощи мыши в рабочем окне вы-
бирается какая-либо заданная точка, а затем в окне редактора задаются величины относительного смещения по
осям (dr - вдоль глобальной оси X, ds - вдоль Y, dt- вдоль Z)
Для поворота изображения пользуемся стрелками рядом с цифровой клавиатурой
На экране появится изображение нужной нам стены с сеткой
растра.
Выбираем пункт бокового меню: -^-установить.
На планке переключателей 1 нажимаем кнопку [X]. Пере-
ключатели [А] и [R] можно включать или отключать при не-
обходимости для более удобного ввода.
Щелкаем левой кнопкой мыши по левому нижнему углу сте-
ны и в окне редактора задаем относительную привязку (dr =
0.7; ds = 0; dt = 0). Аналогично задаются остальные угловые
точки дверного проема. Ввод проема завершается повторным
вводом начальной точки.
Отверстия прямоугольного очертания могут быть заданы
также с помощью переключателя (Вох|, а отверстия круглого
очертания - с помощью переключателя [CircJ.
Выбираем пункт бокового меню: -^-Назад. В дополнитель-
ной планке переключателей под окном просмотра (поз. 5 на
схеме) нажимаем кнопку 3D - показ трехмерного изображе-
ния. Затем нажимаем клавишу (Пробел) до тех пор, пока на
экране нс появится изображение сетки осей.
Последовательно выбираем пункты бокового меню
-^-Отверстия -^-установить. Затем аналогично задаем
дверные проемы в стенах лифтовой шахты и в диафрагмах
жесткости.
При помощи пунктов меню Проекты -^Сохранить как... или кнопки m сохраняем файл
под имеющимся или новым именем.
3.2.2.5 Задание линейных нагрузок от наружных стен и лестничных маршей
Последовательно выбираем пункты
верхнего меню: -^Редактировать
-^Позиции —^Нагрузки -^Линейные
Линейная нагрузка позиции
-^-установить.
После нажатия кнопки «Характеристи-
ки» появляется диалоговое окно «Ли-
нейная нагрузка позиций».
В закладке «Нагрузки» указываем:
- Нагружение - 3 °;
- ставим галочку в окне «Подгонка сет-
ки»;
- выбираем глобальную систему коор-
динат; - ставим кружок в окне «Pz» (на-
грузка действует вдоль глобальной оси
Z);
- задаем величину нагрузки в начальной
и конечной точке линии: -12 кН/м (знак
«-» означает, что нагрузка направлена
против глобальной оси, т.е. вниз)51.
Ввод завершается нажатием кнопки
«ОК».
Подводим курсор к плите и нажимаем
клавишу [F4|. В окне редактора задаем
тип временного растра в плоскости сте-
ны «Тип = 1» (прямоугольный) и нажи-
маем клавишу [Enter], Затем в окне ре-
дактора задаем шаг временного растра
стены dr =1, ds = 1.
На экране изображается опорная плос-
кость плиты.
Нагрузка | Опорная плоскость
Нагружение Г"3 Р Подгонка сетки
В глобальной системе координат
С Рх С Ру (• Pz
С Мх С Му С Mz
Нагрузка
Текст
Отменить
dr = 1
ds = 1
alpha = О
кН/м
кН/м
стен
Помощь
0 Первое нагружение желательно оставить пустым, т.к. в нем хранятся вычисленные через плотность материа-
ла значения собственного веса несущих конструкций здания
В окне «Текст» даются пояснения но желанию пользователя.
При помощи переключателей [А] и |S]
на планке переключателей 1 щелчком
левой кнопки мыши в рабочем окне за-
даем начальную и конечную точку при-
ложения линейной нагрузки, например,
вдоль стены, расположенной по оси
«I»52 (см. архитектурные чертежи, п.
3.1.1).
1 11 м i ! ! 1 1. 1 1 ‘
<Рг2=-12 -r-f — r-1- t--|“ -r
J l_l_L J_L J_L J_. 1 4. L J_ L
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 l I l 1 I 1 1 1
1-4-1-4-F Ч-ЬЧ- F-4- -I- + -F4-F4- F-H — -F
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 J
1 ГТ “ГД “Г "IT “Г — 1— T Г “1 “ ТТТТТП" Г"Г
4 |_4--к-4-£4-£-1- .-I-- 4 — U4- . 4-—1—4 — 1-4 — £-4- -1-
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
- “1~ТТЧ ~Г ПТ“Г" _ -r - 7 Г“1 “ -ГТ"Г7“Óà FT “Г
J _I_X_I_4 LJ-LJ- 1 L J- . J_1_L 4 J_ L _l_ _L
И । । । 0 til I i i i iOi i 1 1 1
- “1“ -г “Г 4 - Г -1 - Г -1*“ - r-r-t — t--|-r-|-t-r-|-r-|- r-i-
_ J_1_L _1_L J_L J_. L_L 1 LJ_LJ_1_LJ_LJ_ L J_ _
1 1 1 1 1 1 1 1 1 .. T i 1 1 1 1 i 1 i 1 1 1 1 1
ч 1-4--F4-H4-F-I-- — . + — Ы-f- Ч-4-Н4-НЧ- F4- -1-
1 1 1 1 1 1 1 1 1 I i 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 ГТТТ’ПТТ “Г i ГТГ“ГТ_ГТ_Г_à Óà г
4 I-X-U4-L--I-L-1- - -U i — |_ _| _ X —1—4-—1—4 — 1--1 — £-1- — 1—
1 1 1 1 1 1 1 1 1 i 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
ГТ“ГТ“Г*1“ГП’ T Г7“Г-ГТ“Г7’Т7“ Г“1“ “ г
J_ J_L J_L _l__ 4 — L J_L J_ L-l-
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 i
-4 1 1 tn — F — -7ГТ 7" r-i- f г-r
J 1 • 1 *11* * 1 * * J_L J_J L_L L J_1 I i _ J__L_L J_ L J_ L J
1 l 1 I 1 1 1 1 1 l 1 1 l I I 1 1 1 1 1 1 1 1 “Г
ч l- + -l-4-h4-F4-r F - I- - 4 — -Ч-+-Н4-НЧ- ЕЧ- — F
1 1 1 1 1 1 1 1 1 I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
ГТ”Г'Т"П"Óà ÓÑ I ’— пттттттт ГТ
4 I-X-U4-L-4-L-I-- U-I-- 4 J_ _ 4-—1—4 —1—4 — X 4 — £—1 — — 1—
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1“Т“ГТ“Г“1”Г“1“в “Г ' 7 Г “1~ I Г“1“ “Г
J Ll-L_l_LJ_L J-. L_L J L J_ 1 _LL_L_l_LJ_ £ J_ _L
1 i 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 i 1 1 1 1 1 1 I 1 1 1 1
t n x ) — i-
1 J Ffel—12J^ J _ J _ L J_ J I _L 1 u L J_1 _ J_1_L J_L J_ s J & 1 L_l
1 । i । i i i । i i i i i i i Г 1 1 1 1 I l i I 1
Аналогично задаются линейные нагруз-
ки от других наружных стен, а также от
лестниц53.
Постоянные нагрузки от веса лестнич-
ных маршей и площадок (-18.0 кН/м) за-
даем в нагружении № 3, а временные (-
10.1 кН/м) - в нагружении № 2.
Выбираем пункт бокового меню: -^-Назад.
В дополнительной планке переключателей под окном про-
смотра (поз. 5 на схеме) нажимаем кнопку 3D - показ
трехмерного изображения. Затем нажимаем клавишу
[Пробел) до тех пор, пока на экране не появится изобра-
жение сетки осей.
При помощи пунктов меню Проекты -^Сохранить как... или кнопки
сохраняем файл
под имеющимся или новым именем.
2 Линия действия нагрузки отображается зеленым цветом. Рядом с начальной и конечной точкой проставляют-
ся числовые значения нагрузки, а стрелочками указывается направление содействия.
1 STARK ES позволяет задавать в позиционной модели непосредственно лестничные марши в виде наклонных
плит (рамп), а также промежуточные лестничные площадки. В примере принят упрощенный способ - от лест-
ничных маршей учитывается нагрузка, а сами они в расчетную модель не вводятся Тем более, что их конст-
рукция позволяет им свободно перемещаться при сейсмических воздействиях, не влияя на общую жесткость
здания.
3.2.2.6 Редактирование временных нагрузок на лестницах и общих коридорах
В дополнительной планке переключателей справа на-
жимаем на кнопку XY для перевода изображения в
графическом окне в проекцию на плоскость XOY.
Последовательно выбираем пункты верхнего меню:
-^Редактировать -^Позиции -^Плита/Стеиа/Рампа
-^Делить. В появившейся боковой командной панели
выбираем кнопку «Плита».
Щелчком левой кнопки мыши выбираем нужную нам
плиту перекрытия подвала.
В правом верхнем углу появится дополнительная план-
ка переключателей, с помощью которой можно выбрать
способ деления плиты (слева направо): перпендикуляр-
ными линиями в точке, по вертикали в точке, по гори-
зонтали в точке, по двум точкам, по многоугольнику.
Плита
Стена
Рампа
В данном случае наиболее удобным будет деление
по многоугольнику (переключатель «/V»). После-
довательно задаем левой кнопкой мыши в рабочем
окне или численно в окне редактора вершины
прямоугольника, показанного на рисунке. Окон-
чание ввода контура - двойной щелчок левой
кнопкой мыши по последней точке.
Па вопрос «Сохранить ли выбранное разбиение
(на 2)?» отвечаем «да».
Последовательно выбираем пункт бокового
меню’ —^Изменить свойства.
Свойства плиты / стены / рамгы
Материал Нагрузки Шаблон | Опорная плоскость
Нажимаем кнопку «Плита» в дополнитель-
ной планке переключателей.
Щелчком левой клавиши мыши в рабочем
окне выбираем плиту, расположенную в зоне
лестничной клетки. Появляется диалоговое
окно «Свойства плиты/ стены/ рампы».
Выбрав закладку «Нагрузки», задаем значе-
ния нагрузок, равномерно распределенных по
всей площади плиты:
Постоянная (g) = -3 кН/м2;
Временная (р) = -3.6 кН/м2.
Ввод завершаем нажатием кнопки «ОК».
На остальной площади плиты перекрытия
значение временной нагрузки остается рав-
ным -2.4 кН/м2.
Постоянная (д) -3 кН/м2
Временная (р) |-3 6 кН/м2
ОК
Отменить
Помощь
При помощи пунктов меню Проекты -^Сохранить как.., или кнопки сохраняем файл
под имеющимся или новым именем.
3.2.2.7 Создание балок перекрытия
Последовательно выбираем пункты
меню: -^Редактировать
-^Позиции —*Балки
-^-установить.
В дополнительной планке переклю-
чателей (поз. 10 на схеме окна гра-
фического ввода) отключаем кнопку
«Видимые этажи» (если она нажата)
и нажимаем кнопку «Характери-
стики».
В появившемся диалоговом окне
«Свойства балок» задаем следую-
щие параметры:
• Ширина сечения балки = 0.4 м;
• Высота сечения балки = 0.25
ми;
• В окне «Эксцентриситет» ста-
вим кружок в поле «Подбал-
ка» 5;
• Модуль упругости Е = 3.0е+7
кН/м~ (для бетона естественного
твердения класса В25);
• Т-фактор = 1 (в этом случае же-
сткость балки на кручение будет
учитываться полностью);
• Плотность плиты Rho = 2.75
т/м3.
4 Задастся высота выступа ребра под или над плитой.
В этом случае эксцентриситет будет вычислен автоматически, исходя из условия, что верхняя грань сечения
ребра располагается на уровне нижней поверхности плиты.
Проверяем закладку «Опорная
плоскость» (се координата Z долж-
на соответствовать отметке перекры-
тия).
Ввод характеристик завершается на-
жатием кнопки «ОК».
Выбираем пункт бокового меню —*Назад. В дополни-
тельной планке переключателей справа нажимаем на
кнопку 3D для перехода к трехмерному изображению.
Затем снова выбираем пункты меню: ~^>Балки -^-уста-
новить.
В планке переключателей 1 оставляем включенным пе-
реключатель [R] (привязка к линиям растра) и [S] (при-
вязка к точке пересечения линий).
Балка задается в виде ломаной линии. Ре-
комендуется указывать все промежуточные
точки балки (узлы сопряжения с другими
2jJF_jr _xjw|Ms
конструктивными элементами - колоннами,
стенами, балками). Повторный щелчок ле-
вой кнопкой мыши по последней точке оз-
начает окончание ввода.
Выбираем линию растра по оси «2» (она
подсвечивается на экране). Затем щелкаем
левой кнопкой мыши по линии растра, сов-
падающей с осью «А». Таким образом зада-
ем точку их пересечения (в рабочем окне
она выделяется квадратиком).
Затем аналогично задаем вторую точку бал-
ки (дважды).
Таким же способом задаются
вес остальные балки.
сохраняем файл
При помощи пунктов меню Проекты -^Сохранить как.,, или кнопки
под имеющимся или новым именем.
3.2.3 Создание 1-го этажа здания
3.2.3.1 Копирование подвального этажа
Последовательно выбираем пункты меню:
-^Редактировать —^Позиции -^Этажи -^-создать.
После создания нового прое кта в рабочем окне поя-
вится диалоговое окно «Новый(е) этаж(и)». В этом
окне указываем:
- Наименование - «1»;
- Высота этажа = 3 м;
- Уровень этажа = 3 м (отметка верха плиты 1 этажа);
- Количество = 1.
В окне «Скопировать» выбираем наименование эта-
жа, характеристики которого послужат эталоном для
создания нового этажа (в нашем случае «Подвал»).
Включаем переключатель «Все», в этом случае скопи-
руются все созданные конструкции со всеми нагруз-
ками56.
Ввод завершается нажатие кнопки «ОК».
При нажатии переключателя «Ничего» создается «пустой» этаж, а переключатель «Выбор» дает возмож-
ность скопировать лишь отдельные позиции списка.
Первый этаж будет являться копией подвального
этажа, но с другой высотой стен и колонн.
Актуальный в данный момент этаж окрашивается в
розовый цвет, а остальные этажи - в голубой.
Выбираем пункт бокового меню: -^-актуальный (ра-
бочий).
В появившемся окне «Актуальный этаж» галочкой
отмечаем 1 этаж.
Нажимаем кнопку «ОК».
Выбираем пункт бокового меню: —^-видимые.
В появившемся окне «Видимые этажи» нажимаем
переключатель «Актуальный этаж».
Нажимаем кнопку «ОК».
При помощи пунктов меню Проекты -^Сохранить как... или кнопки
под имеющимся или новым именем.
сохраняем файл
3.2.3.2 Удаление балок и стен
Последовательно выбираем пункты верхнего меню:
-^Редактировать —^Позиции -^Балки -^-удалить. На-
жимаем кнопку [Box] в планке переключателей 2. Затем
рамкой в рабочем окне выбираем все балки.
Нажимаем правой кнопкой мыши на переключатель
«Zoom» (поз. 9 на схеме окна графического ввода).
б
При нажатой кнопке___, щелчком левой кнопки мы-
ши выбираем поочередно наружные стены, которые
нужно удалить .
Оставляем только те стены, которые будут служить
диафрагмами жесткости.
3.2.3.3 Задание балконных плит
При помощи команд верхнего меню —*Растр -^Редактировать переносим свободный
растр (сетку осей) на высоту перекрытия первого этажа. Плоскость растра задается 1рсмя
точками
(0,0,3) (1, 0,3) и (1,1,3) в окне редактора 58.
Для ввода балконной плиты криволинейного очертания соз-
даем дополнительный растр при помощи команд верхнего
меню —>Растр -^Создать. На дополнительной командной
панели выбираем опцию «Полярный» для задания полярно-
го растра.
Полярный
Линии
Сечение
сверху.) jm
Плоскость полярного растра задаем точками (11.4, 28.2, 3),
(12.4, 28.2, 3), (12.4, 29.2,3) в окне редактора (поз. 8 на схеме
окна графического ввода).
Kqb-bq =
Там же указываем следующие параметры:
dr = 30 м - радиус растра;
dvv = 7° - угол между линиями растра;
alpha = 180° - угол между линией R растра и глобальной
осью X 9.
В дополнительной планке переключателей под окном про-
смотра (поз. 5 на схеме окна графического ввода) нажимаем
на кнопку XY для перевода изображения в графическом окне
в проекцию на плоскость XOY.
Для ввода балконных плит последовательно выбираем пункты верхнего меню:
—> Редактировать —^Позиции —>Плшпа/стена/рампа -^-передать свойства.
В дополнительной планке переключателей (поз. 10 на схеме окна графического ввода) на-
жимаем кнопку «Плита». Левой кнопкой мыши щелкаем по плите перекрытия за пределами
лестничной клетки. Па вопрос «Свойства позиции становятся текущими (Да) (передаются
вновь задаваемым объектам (Нет))?» отвечаем утвердительно.
Поворачивать изображение можно при помощи стрелок рядом с цифровой клавиатурой.
В окне информации (поз. 3 на схеме окна графического ввода) появляются текстовые команды, определяю-
щие порядок действий пользователя
Переключение между растрами осуществляется при помощи клавиши (Пробел].
Свойства материала, шаблон КЭ сетки и нагрузки на балконные плиты будут такими же, как
и для плиты перекрытия.
Выбираем пункт бокового меню -^-установить.
В появившейся боковой командной панели выбираем кнопку «Плита».
Нажимая клавишу [Пробел], переключаемся на прямоугольный растр
на высоте 3 м.
При помощи переключателей [R] и [S] (поз. 6 на схеме окна графиче-
ского ввода) осуществляем привязку к пересечению осей «2» и «А».
При помощи переключателя [S] выделяем линию растра, совпадаю-
щую с осью «2».
Затем при помощи клавиши [Пробел] переключаемся на полярный
растр и левой клавишей мыши выбираем ближайшую касательную
линию.
Затем левой кнопкой мыши последовательно щел-
каем по узлам полярного растра. Точки балконной
плиты по осям «3» и «4» задаются так же, как и
точка по оси «2».
Ввод последних двух точек балконной плиты ана-
логичен вводу первых точек (попеременное ис-
пользование прямоугольного и полярного растра).
Создание балконной плиты заканчивается повтор-
ным вводом первой заданной точки.
Ввод остальных балконных плит осуществляем при помощи
относительной привязки.
В планке переключателей 1 (поз. 6 на схеме) нажимаем пере-
ключатели [A], [R], [X] (относительная привязка) и [S] (пере-
сечение отрезков).
Включаем прямоугольный растр на высоте 3 м. С помощью
переключателя [S] выбираем пересечение линий, соответст-
вующих осям «1» и «Б».
В окне редактора запрашиваются величины относительных
смещений от выбранной точки. Задаем:
dr = -1.2 м - смещение вдоль глобальной оси X;
ds = О м - смещение вдоль глобальной оси Y;
dt = 0 м - смещение вдоль глобальной оси Z.
В планке переключателей 1 нажимаем переключатель [М]
(середина отрезка). Левой кнопкой мыши щелкаем по сере-
дине отрезка между осями «Б» и «В».
-J-WlfM'fS
Затем в окне редактора задаем'
dr = -1.5 м - смещение вдоль глобальной оси X;
ds = 0 м - смещение вдоль глобальной оси Y;
dt = 0 м - смещение вдоль глобальной оси Z.
Отключив переключатель [М], при помощи
относительной привязки задаем следую-
щую вершину плиты (dr = -1.2, ds = 0, dt =
0).
Затем отключаем переключатель «X» и по-
следовательно вводим оставшиеся вершины
балконной плиты.
Ввод плиты заканчивается повторным зада-
нием начальной точки.
Остальные балконные плиты задаются ана-
логично при помощи относительной при-
вязки к линиям растра (переключатели [R]
и [X] на планке переключателей 1).
3.2.3.4 Редактирование временной нагрузки
Последовательно выбираем пункты верхнего
меню: -^Редактировать —^Позиции -*Пли-
та/Стена/Рампа —^Изменить свойства.
Нажимаем кнопку «Плита» в дополнитель-
ной планке переключателей.
Щелчком левой клавиши мыши в рабочем
окне выбираем плиту, расположенную вне
зоны лестничной клетки. Появляется диало-
говое окно «Свойства пли гы/ стены/ рам-
пы».
Выбрав закладку «Нагрузки», задаем значе-
ния нагрузок, равномерно распределенных по
всей площади плиты:
Постоянная (g) = -3 кН/м2;
Временная (р) = 0 кН/м2.
Ввод завершаем нажатием кнопки «ОК».
Свойства плиты / стены / рампы
Материал Нагрузки | Шаблон | Опорная плоскость |
Нагрузки
Постоянная д) -3 кН/м2
Временная (р) S кН/м2
OK I Отменить
Помощь
Выбираем пункт верхнего или бокового ме-
ню: —^Редактировать —^Позиции
-^Нагрузки —^Поверхностные
-^-установить на позицию.
После этого нажимаем кнопку «Характери-
стики» и задаем.
• Новый номер нагружения - «4»;
• Тип системы координат - «глобальная»
(ГСК);
• Направление действия - вдоль глобальной
оси «Z» (переключатель «Pz»);
• Величина действующей равномерно рас-
пределенной нагрузки на перекрытие60 р =
-1.95 кН/м2 во всех трех точках.
Нажимаем переключатель «Подгонка сет-
ки»61.
Ввод завершаем нажатием кнопки «ОК».
Затем щелчком левой кнопки мыши в рабо-
чем окне выбираем плиту перекрытия за пре-
делами лестничной клетки.
60 Нагрузка задается в трех точках задаваемой области, а в остальных точках интерполируется по закону плос-
кости
61 При формировании конечно-элементной модели в точках приложения нагрузки будут введены дополнитель-
ные узлы, а нагрузка будет иметь тип равномерно распределенной нагрузки на пластины.
3.2.3.5 Задание линейных нагрузок от массы ограждений балконов
Поскольку при копировании подвального этажа были переданы и все линейные нагрузки от
наружных стен, необходимо задать только нагрузки от балконных ограждении.
Последовательно выбираем пункты
верхнего меню* -^Редактировать
-^Позиции —^Нагрузки —>Линейные
-^-установить.
После нажатия кнопки «Характеристи-
ки» появляется диалоговое окно «Ли-
нейная нагрузка позиций».
Указываем:
- Нагружение - 3;
- Ставим галочку в окне «Подгонка
сетки»;
- Выбираем глобальную систему коор-
динат в соответствующем окне. Ставим
кружок в окне «Pz» (нагрузка действует
вдоль глобальной оси Z);
- Задаем величину нагрузки в начальной
и конечной точке линии: -4 кН/м.
Ввод завершается нажатием кнопки
«ОК».
Линейная нагрузка позиций
Нагрузка Опорная плоскость
Нагружение гз R Подгонка сетки
В глобальной системе координат ▼
OK I Отменить
Помощь
Подводим курсор к плите и нажимаем клавишу [F4]. В окне редактора задаем, тип времен-
ного растра в плоскости стены «Тип = 1» (прямоугольный) и нажимаем клавишу [Enter]. За-
тем в окне редактора задаем шаг временного растра стены dr =1, ds = 1. На экране изобража-
ется опорная плоскость плиты.
В планке переключателей 1 нажимаем кнопку [А] (при-
вязка к актуальным объектам).
Щелчком левой кнопки мыши в рабочем
окне задаем начальную и конечную точку
приложения линейной нагрузки.
Все остальные нагрузки вводятся анало-
гично.
3.2.3.6 Ввод оконных проемов в наружных диафрагмах жесткости
Выбираем пункт бокового меню: -*-Назад,
В дополнительной планке переключателей под окном про-
смотра (поз. 5 на схеме) нажимаем кнопку 3D - показ трех-
мерного изображения. Затем нажимаем клавишу [Пробел] до
тех пор, пока на экране не появится изображение сетки осей.
Последовательно выбираем пункты верхнего меню: —^Редактировать —^Позиции
Отверстия -^-установить.
Подводим курсор к наружной диафрагме по оси I62 и
нажимаем клавишу [F4]. В окне редактора задаем, тип
временного растра в плоскости стены «Тип = 1» (пря-
моугольный) и нажимаем клавишу [Enter]. Затем в
окне редактора задаем шаг временного растра стены
dr =1, ds = 1.
На экране появится изображение нужной нам степы с
сеткой растра
Выбираем пункт бокового меню: -^-уста-
новить.
На планке переключателей 1 нажимаем кнопку
[X].
Щелкаем левой кнопкой мыши по левому ниж-
нему углу стены и в окне редактора задаем от-
носительную привязку (dr = 0.5; ds = 1; dt = 0).
Аналогично задаются остальные угловые точки
оконного проема. Ввод проема завершается по-
вторным вводом начальной точки. Также мож-
но использовать переключатель [Вох].
Аналогично задастся второй оконный проем
или копируется ранее заданный проем на новое
место.
гаттт _Г“ [х- w] j4j[s
Выбираем пункт бокового меню: —Назад, В дополнитель-
ной планке переключателей под окном просмотра (поз. 5 на
схеме) нажимаем кнопку 3D - показ трехмерного изображе-
ния.
XY | YZ | XZ ||ЗР SP
Затем нажимаем клавишу [Пробел] до тех пор, пока на экране не появится изображение сет-
ки осей.
Последовательно выбираем пункты бокового меню -^-Отверстия -^-установить. Затем
аналогично задаем оконные проемы в стенках остальных диафрагм жесткости.
62 Для поворота изображения пользуемся клавишами-стрелками рядом с цифровой клавиатурой
При помощи пунктов меню Проекты -^Сохранить как... или кнопки сохраняем файл
под имеющимся или новым именем.
3.2.3.7 Создание фиктивных элементов для последующего задания ветровых нагрузок
Задание ветровых нагрузок возможно несколькими способами. Однако если пульсационную
составляющую ветровой нагрузки необходимо рассчитать автоматически, средняя состав-
ляющая должна быть задана в виде узловых нагрузок.
Расчет ветровой нагрузки в каждом узле затруднителен. Поэтому возможен ее ввод в виде
распределенных свободных нагрузок на фиктивные балочные или плоские элементы с авто-
матическим преобразованием в узловые силы и моменты. Для задания этих нагрузок в том
случае, когда поэтажно опертые или навесные наружные стены не представляются в расчет-
ной модели элементами, в POS-проскте задаются специальные фиктивные стены или балки.
В настоящем пособии будут показаны два альтернативных способа задания ветровой нагруз-
ки.
Ветровую нагрузку, действующую по направлению оси OY, будем задавать с помощью фик-
тивных балок, которые установим вдоль наружных кромок плит перекрытий по осям «А» и
Последовательно выбираем пункты
верхнего меню: —^Редактировать
-^Позиции -^Балки -^-установить.
В дополнительной планке переключате-
лей (поз. 10 на схеме окна графического
ввода) нажимаем кнопку «Характери-
стики».
Характеристики балок могут быть лю-
быми (поскольку материал впоследст-
вии удаляется). Однако для удобства
желательно, чтобы эти характеристики
были бы одинаковы для всех фиктивных
балок, а эксцентриситет - равен О63 64.
В появившемся диалоговом окне уста-
навливаем кружок в поле «Вручную», и
задаем величину эксцентриситет е = 0.
Ввод завершается нажатием кнопки
«ОК».
Нажимаем переключатель [А] и [S] на планке
переключателей 1.
63 Задание фиктивных наружных стен и ветровых нагрузок, действующих но направлению оси ОХ, будет пока-
зано в п. 3.4.3.
64 Для того, чтобы характеристики всех балок были одинаковы, желательно после ввода первой балки выбрать
пункт меню —► Передать свойства, а затем щелкнуть мышью по введенной балке. В этом случае свойства вы-
бранной балки будут задаваться по умолчанию.
Балка задастся в виде ломаной линии. Реко-
мендуется указывать все промежуточные
точки балки (узлы сопряжения с другими
конструктивными элементами - колоннами,
стенами, балками). Повторный щелчок левой
кнопкой мыши по последней точке означает
окончание ввода.
Выбираем одну из линии пересечения граней
плиты по осям «1» и «А» (она подсвечивается
на экране). Путем выбора второй линии зада-
ем точку их пересечения (в рабочем окне она
выделяется квадратиком).
Затем аналогично задаем остальные точки
балки.
Точно таким же способом задастся фиктивная
балка по оси «Г»65.
При помощи пунктов меню Проекты -^Сохранить как.,, или кнопки сохраняем файл
под имеющимся или новым именем.
65 Нажав кнопку
на панели инструментов (поз. 13 на схеме окна графического ввода) при отключенной
кнопке___можно посмотреть заданные материалы в цветовом изображении
3.2.4 Копирование типовых этажей здания
Последовательно выбираем пункты верхне-
го меню: —^Редактировать —^Позиции
—>Этажи -^-создать.
В рабочем окне появится диалоговое окно
«Новый(е) этаж(и)». В этом окне указыва-
Л 66.
ем :
- Высота этажа = 3 м;
- Уровень этажа = 6 м (отметка верха пли-
ты 2 этажа);
- Количество =11.
В окне «Скопировать» выбираем наимено-
вание этажа, характеристики которого по-
служат эталоном для создания новых эта-
жей (в нашем случае «1»).
Включаем переключатель «Все», в этом
случае скопируются все созданные конст-
рукции со всеми нагрузками.
Ввод завершается нажатием кнопки «ОК».
Копирование этажей производится снизу
вверх. На вышележащие этажи передаются
все заданные параметры66 67.
При помощи пунктов меню Проекты -^Сохранить как,,, или кнопки
сохраняем файл
под имеющимся или новым именем.
66 Поля «Наименование» и «Замечания» заполняются по желанию.
6 Так как стены и колонны откладываются вниз от перекрытия (уровня этажа), то по высоте этажа определяет-
ся положение нижней границы стен и колонн.
Все вновь создаваемые этажи имеют одну и ту же высоту и ставятся друг на друга. Уровни их перекрытий оп-
ределяются по заданному уровню нижнего создаваемого этажа и по указанной высоте этажа.
3.2.5 Редактирование нагрузок на верхнем этаже здания
Актуальный этаж
Последовательно выбираем пункты верхнего ме-
ню: -^Редактировать -^Позиции -^Этажи
-^-актуальный (рабочий).
В появившемся окне «Актуальный этаж» галоч-
кой отмечаем последний 12-й этаж.
Нажимаем кнопку «ОК».
Наименование этажей
□ 5(L=15, Н=3)
□ 6 (L=18, Н=3)
□ 7(L=2LH=3)
□ 8 (L=24. Н=3)
□ 9 (L=27, Н=3)
□ 10 (L=30. Н=3)
□ 11 (L=33.H=3)
0 12(L=36. Н=3)
ОК I Отменить I Помощь
Видимые этажи
Выбираем пункт бокового меню: -^-видимые.
В появившемся окне «Видимые этажи» нажимаем
переключатель «Актуальный этаж».
Нажимаем кнопку «ОК».
Выбираем пункт бокового меню -^>-Назад, и щел-
каем правой кнопкой мыши по переключателю
«ZOOM».
Показ
♦ Актуальный этаж
С Всеэтажи
С' Актуальней и выбранные этажи
Актуальный Подвал
этаж:
OK I Отменить Помощь
3.2.5.1 Редактирование постоянной нагрузки на плиту
Выбираем пункты верхнего меню:
—^Редактировать -^Позиции
-^Плита/стена/рампа -^Изменить
свойства, в дополнительной планке пере-
ключателей нажимаем кнопку «Плита» и
щелчком левой кнопки мыши в рабочем
окне выбираем плиту покрытия за преде-
лами лестничной клетки.
В появившемся диалоговом окне «Свой-
ства плиты» выбираем закладку «На-
грузки» и задаем значения нагрузок, рав-
номерно распределенных по всей площади
плиты:
Постоянная (g) = -1.95 кН/м2;
Временная (р) = 0 кН/м2.
Ввод завершаем нажатием кнопки «ОК».
Точно так же изменяем значения нагрузок
на плитах балконов.
3.2.5.2 Редактирование временной нагрузки
Выбираем пункт меню -^Редактировать -^Позиции -^Нагрузки -^Поверхностные
-^-удалить. С помощью стрелок прокрутки выбираем нагружение 4. При помощи рамки (пе-
реключатель [Box]) выбираем в рабочем окне все плиты.
В дополнительной планке переключателей
справа нажимаем на кнопку XY для пере-
вода изображения в графическом окне в
проекцию на плоскость XOY.
[W YZ I XZ | 3D I SP |
Поверхностная нагрузка позиции
Выбираем пункт меню -^-установить на
позицию.
Нажимаем кнопку «Характеристики», и в
появившемся диалоговом окне задаем па-
раметры временной нагрузки:
• Новый номер нагружения - «5»;
• Тип системы координат - «глобаль-
ная» (ГСК);
• Направление действия - вдоль гло-
бальной оси «Z» (переключатель
«Pz»);
• Величину расчетной равномерно рас-
пределенной нагрузки на покрытие68
р = -0.65 кН/м2 во всех трех точках.
Нажимаем переключатель «Подгонка
сетки».
Нагрузка | Опорная плоскость |
Нагружение [5 F Подгонка сетки
|В глобальной системе координат
Нагрузка
|бременная на кровле
Текст
Ввод завершаем нажатием кнопки «ОК».
Щелчком левой кнопки мыши в рабочем
окне выбираем все плиты покрытия за
пределами лестничной клетки.
Помощь |
Отменить |
ОК
68 Нагрузка задается в трех точках задаваемой области, а в остальных точках интерполируется по закону плос-
кости.
3.2.5.3 Редактирование линейных на1рузок
Последовательно выбираем пункты верхнего меню:
-^Редактировать —^Позиции -^Нагрузки —^Линейные
-^-удалить.
При помощи линейки прокрутки выбираем нагружение
помер 3.
В планке переключателей 2 нажимаем кнопку [Box] (уда-
ление всех объектов внутри рамки).
Затем при помощи рамки выбираем все линейные нагруз-
ки, действующие на плиту покрытия.
Einz Krz
В планке переключателей 2 нажимаем кнопку [Einz] (выбор единичного объекта).
Подводим курсор к плите и нажимаем клавишу [F4J. В окне редактора задаем, тип времен-
ного растра в плоскости стены «Тип = 1» (прямоугольный) и нажимаем клавишу [Enter]. За-
тем в окне редактора задаем шаг временного растра стены dr =1, ds = 1. На экране изобража-
ется опорная плоскость плиты.
Задаем линейные нагрузки от технического
этажа на отм. 36.000.
Выбираем пункт бокового меню: -^-уста-
новить.
После нажатия кнопки «Характеристики»
появляется диалоговое окно «Линейная
нагрузка позиций».
Указываем:
1 Гагружение № 3;
Ставим галочку в окне «Подгонка сетки»;
Выбираем в окне глобальную систему ко-
ординат, ставим кружок в окне «Pz» (на-
грузка действует вдоль глобальной оси Z).
Задаем величину нагрузки в начальной и
конечной точке линии: -45 кН/м.
Ввод завершаем нажатием кнопки «ОК».
Щелчком левой кнопки мыши в рабо-
чем окне задаем начальную и конеч-
ную точку приложения линейной на-
грузки (переключатель [R] в планке
переключателей 1 лучше отключить).
Аналогично задаются остальные ли-
нейные нагрузки от технического эта-
жа и от массы парапетов.
3.2.5.4 Задание снеговой нагрузки
Выбираем пункты верхнего меню:
—^Редактировать -^Позиции
—^Нагрузки позиций -^нагрузки
—^Поверхностные -^-установить на
Поверхностная нагрузка позиции
позицию.
После нажимаем кнопку «Характери-
стики».
В появившемся диалоговом окне задаем:
• Новый номер нагружения - «6»;
• Тип системы координат - «глобаль-
ная» (ГСК);
• Направление действия - вдоль гло-
бальной оси «Z» (переключатель
«Pz»);
• Величину расчетной снеговой на-
грузки за пределами парапетов
р = -1.8 кН/м2 (без учета снеговых
мешков) 9.
Нажимаем переключатель «Подгонка
сетки».
Нагрузка Опорная плоскость
Нагружение Р Подгонка сетки
|В глобальной системе координат ▼
С Рх С Ру (• Pz
Нагрузка |-1 8 кН/м2
-18 кН/м2
Р 8 кН/м2
Текст |Снеговая
ОК Отменить
Помощь
Ввод завершаем нажатием кнопки
«ОК»
Затем щелчком левой кнопки мыши в
рабочем окне выбираем балконные пли-
ты.
69 Нагрузка задается в трех точках задаваемой области, а в остальных точках интерполируется по закону плос-
кости.
Нажимаем кнопку «Характеристики»,
и в появившемся диалоговом окне зада-
ем величину действующей снеговой на-
грузки с учетом снеговых мешков рядом
с парапетами (высотой 3 м).
Максимальная величина нагрузки соста-
вит 5.4 кН/м'. Номер нагружения - 6.
Ввод завершаем нажатием кнопки
«ОК».
При помощи пункта меню -^-устано-
вить на позиции задаем область дейст-
70
вия поверхностной снеговой нагрузки .
Выбираем
-^-Назад.
пункт бокового меню:
В дополнительной планке переключате-
лей справа нажимаем на кнопку «3D»
для перехода к трехмерному изображе-
нию. При помощи клавиши [Пробел]
отключаем изображение растров.
При помощи пунктов меню Проекты -^Сохранить как.., или кнопки
сохраняем файл
под имеющимся или новым именем.
70 Повышенное значение снеговой нагрузки с учетом влияния парапетов и надстройки над лестничной клеткой
и лифтовыми шахтами упрощенно задано равномерным. При необходимости задания неравномерного распре-
деления снеговой на1рузки вводятся значения в трех характерных точках. Во всех остальных точках нагрузка
вычисляется по закону плоскости.
3. 2.6 Изменение шаблона КЭ-сетки для плит перекрытий подвального и первого этажей
Согласно цели расчета, нам необходимо
определить армирование балок перекрытия
над подвалом и плиты перекрытия первого
этажа. Поэтому эти конструкции следует
описать более подробно, чем остальные.
Зададим для плит перекрытий этих этажей
более мелкий шаблон, который будет ис-
пользован при генерации конечно-
элементной сетки.
Последовательно выбираем пункты верхне-
го меню: -^Редактировать -^Позиции
—>Этажи -^-актуальный (рабочий),
В появившемся окне «Актуальный этаж»
галочкой отмечаем 1 этаж.
Нажимаем кнопку «ОК».
Выбираем пункт бокового меню: -^-види-
мые,
В появившемся окне «Видимые этажи»
нажимаем переключатель «Актуальный и
выбранные этажи».
Выбираем в списке Подвальный и 1-й эта-
жи.
Нажимаем кнопку «ОК».
Выбираем пункт бокового меню -+-Назад,
и щелкаем правой кнопкой мыши по пере-
ключателю «ZOOM».
х|
Актуальный этаж
ОК I Отменить Помощь
Выбираем пункты
-^Редактировать
-^Свойства.
верхнего меню:
-^Позиции
Материал | Нагрузки Шаблон | Опорная плоскость | Геог 5
В появившемся диалоговом окне «Пози-
ции» выбираем тип позиции «Плиты».
Выбираем первую плиту в окне «Наиме-
нование» (в рабочем окне выбранный эле-
мент подсвечивается серым цветом).
Переходим к закладке «Шаблон» и изме-
няем значения шага КЭ-сетки:
- Шаг в направлении оси OR = 0.5 м;
- Шаг в направлении оси OS = 0.85 м.
Операцию повторяем для всех плит,
имеющихся в списке, приведенном в поле
«Наименование».
Ввод завершаем нажатием кнопки «ОК».
1ередат|1 Удалить
Этменитм Помощь
Перед началом генерации конечно-элементной модели необходимо сохранить файл под
имеющимся или новым именем при помощи пунктов меню Проекты -^Сохранить как...
или кнопки ®.
3.3 Генерация конечно-элементной модели каркаса
Выбираем пункты меню: -^Редактировать
-^Позиции -^Этажи -^-видимые.
В появившемся окне «Видимые этажи» нажима-
ем переключатель «Все этажи».
Нажимаем кнопку «ОК».
В верхнем меню (поз. 4 на схеме окна графического ввода) выбираем пункт -^Полный и пе-
реходим к редактированию полного проекта.
В боковом меню выбираем пункт -^Вставка1'.
Созданный частичный POS- проект будет вставлен
в полный таким образом, чтобы местные системы
координат w-v-w в полном и частичном проектах
совпадали'2. На экране эти системы координат
изображаются в полном проекте желтым, а в час-
тичном проекте красным цветом.
В меню полного проекта выбираем пункты меню:
-^Слияние -+-по шаблону -^Отметить все ЧП
(частичные проекты).
Вставленный проект (или проекты) будут выделе-
ны красным цветом 3.
Выбираем пункт меню Параметры КЭ-сетки.
В окне выбора (поз. 10 на схеме окна графического
ввода) нажимаем кнопку «Шаг стержней».
В окне редактора (поз. 8 на схеме) задаем равным
О (чтобы не разбивать колонны на несколько ко-
нечных элементов по высоте этажа).
Посмотреть приближенную схему разбиения кон-
струкций на конечные элементы можно, выбрав в
боковом меню пункт —^Показать шаблон.
dst = О
Возможна вставка нескольких частичных проектов в полный или многократная вставка одного частичного
проекта. В этом случае используется пункт меню -^Вставки, и в окне редактора задаются координаты вставки
частичного проекта. В этих точках помещается местная система координат u-v-w частичного проекта
Если пользователю необходимо изменить координаты точки вставки или угол поворота частичного проекта
относительно координатной системы полного проекта, можно воспользоваться меню «иvw-Задать». Это под-
меню позволяет смещать начало местной системы координат и поворачивать ее вокруг любой из осей Эту опе-
рацию можно проводить с координатной системой как частичного, так и полного проекта (в зависимости от то-
го, какой из них является актуальным).
Если необходимо работать не со всеми вставленными частичными проектами, а лишь с некоторыми из них,
можно воспользоваться пунктами меню -^Отметить и -ьСнять отметку. Нужные проекты выбираются в
рабочем окне при помощи мыши
Г енерация сетки
Выбираем пункт бокового
—^Генерация КЭ-сетки,
меню
В появившемся диалоговом окне щелкаем ле-
вой кнопкой мыши по полю «Кинематиче-
ская гипотеза». В этом случае на плите пе-
рекрытия будет сформирован «след» попе-
речного сечения колонны из конечных эле-
ментов. В пределах этого «следа» плита будет
двигаться как абсолютно жесткое тело 4.
Г Суммирование номеров нагружений
Г Генерация опор для стен/колонн
Г Генерация линейных опор
Г При генерации балок учитывать наибольшую
(наименьшую) толщину примыкающей плиты
Г Генерация эксцентриситетов для стен
Способ учёта работы колонны и плиты
С Совместную работу не учитывать
• Кинематическая гипотеза
С Статическая гипотеза
После запуска генерации конечно-
элементной сетки осуществляется автомати-
ческая проверка всех заданных пользовате-
лем позиций. Если не обнаружено ошибок, то
программа запрашивает у пользователя имя
созданного FEA-файла75.
Построение КЭ-сеток происходит по шабло-
ну, заданному пользователем. Если шаблон в
позициях не задавался, то конечно-
элементная сетка создастся с шагом, приня-
тым программой по умолчанию (1x1 м) или
заданным пользователем в полном проекте в
пункте меню полного проекта —^Параметры
КЭ сетки.
ОК Отменить
3.4 Альтернативный способ построения конструктивной модели и генерации конечно-
элементной модели здания
В предыдущих разделах пособия описан способ построения расчетной модели здания, при
котором позиционная (конструктивная) модель строилась для всего здания целиком. Альтер-
нативный способ формирования модели каркаса здания заключается в следующем:
создают несколько позиционных моделей, соответствующих различным частям со-
оружения (обычно в каждую отдельную позиционную модель записывают один из
уникальных (неповторяющихся) этажей здания);
4 Пользователь может выбрать несколько альтернативных способов учета совместной работы колонны и пла-
стины. Взамен кинематической гипотезы может быть использована статическая гипотеза - жесткость колонны
«размазывается» по всем узлам плиты, расположенных в пределах поперечного сечения колонны. Совместную
работу можно и не учитывать (не применять две указанные гипотезы). Использование гипотез желательно, если
необходимо выполнить расчет плит. При расчете жесткости и устойчивости здания в целом, а также вертикаль-
ных элементов каркаса гипотезы можно не использовать В этом случае можно не выполнять сгущение КЭ-
сетки плит у колонн (создание «следов»), что значительно упростит модель.
Созданный конечно-элементный проект считается частичным и в дальнейшем может быть объединен с дру-
гими конечно-элементными проектами в полный проект.
полную конструктивную модель здания создают в полном проекте путем вставок от-
дельных позиционных моделей; повторяющиеся части (этажи) здания получают пу-
тем многократной вставки одной и той же позиционной модели в различные места;
выполняют слияние полного проекта в конечно-элементный проект, задав для каждой
из вставок свои параметры для генерации КЭ-сетки.
Такой подход удобен по двум причинам:
1) при необходимости внесения изменении в имеющуюся модель корректировать данные
придется нс на всех этажах здания без исключения, а только на тех этажах, которые были
заданы в отдельных позиционных проектах;
2) возможность задания разных параметров генерации КЭ сетки для различных частей
здания позволяет создать более «экономную» конечно-элементную расчетную модель
(например, для этажей, рассчитывать конструкции которых нет необходимости, можно
использовать более крупную КЭ сетку, нс выполнять сгущение сетки плит у колонн и
т.п.).
Допустим, имеются следующие отдельные позиционные модели частей здания:
Fundam.pos - модель фундамента;
Podval.pos - модель подвального этажа;
1 Floor.pos — модель первого этажа;
TypFloor.pos — модель типового этажа (2 0 - 1 Г этажей);
TopFloor.pos — модель верхнего этажа.
Целью расчета является определение армирования конструкций здания, расположенных в
подвальном и на первом этажах здания. Для этих этажей будет использован более мелкий
шаблон для генерации КЭ сетки. Кроме того, только на этих этажах будет выполнено сгуще-
ние КЭ сетки плит перекрытий в узлах сопряжении с колоннами с постановкой в этих узлах
абсолютно твердых тел. С этой целью в свойствах колонн позиционных моделей подвально-
го и первого этажей должна быть установлена галочка в поле «Деление колонн», а для ко-
лонн на других этажах этой галочки быть не должно.
Покажем, как осуществляется сборка полной конструктивной модели каркаса здания и гене-
рация его конечно-элементной модели.
При помощи команд верхнего меню —^Проекты
-^Открыть или кнопки на панели инструмен-
тов (поз. 13 на схеме окна графического ввода) по-
следовательно открываем все перечисленные выше
отдельные позиционные проекты частей здания.
В каталоге проектов в левой части экрана (поз. 11
на схеме окна графического ввода) при этом появ-
ляются изображения открытых проектов. Послед-
ний из открытых частичных проектов считается
актуальным, и его окно в каталоге проектов под-
свечивается красным цветом.
Полную модель каркаса здания будем создавать
«снизу вверх». Поэтому в качестве актуального
проекта выбираем нижнюю часть здания (в данном
случае - файл Fundam.pos). Это делается с помо-
щью щелчка мыши по окну нужного проекта в ка-
талоге проектов.
Переходим в окно полного проекта. Это можно
сделать, выбрав в верхнем меню пункт —^Полный,
либо щелкнув в каталоге проектов по окну полного
проекта (по умолчанию он имеет имя LEER). В
рабочем окне изображение модели отсутствует,
поскольку полный проект не содержит ни одной
вставки частичного проекта.
В верхнем или боковом меню выбираем пункт
-^Вставки.
В рабочем окне с помощью щелчка мыши или в
окне редактора с помощью значений трех коорди-
нат задаем точку вставки проекта Fundam pos11.
В рабочем окне и в окне полного проекта в катало-
ге проектов появляется изображение вставленного
в полный проект частичного проекта.
В каталоге проектов в качестве актуального проек-
та выбираем проект Podval.pos (следующая часть
(этаж) здания).
Переходим в окно полного проекта, нажав на
кнопку LEER в верхней части каталога проектов
либо выбрав пункт меню —^Полный.
В верхнем или боковом меню выбираем пункт
Вставки.
Так же, как в предыдущем случае, задаем точку
вставки проекта Podval.pos.
В рабочем окне и в окне полного проекта в катало-
ге проектов появляется изображение полного про-
екта, составленного из двух частей 8.
Аналогичным образом вставляем остальные час-
тичные позиционные проекты в полный проект.
Вставку проекта TypFloor.pos следует осуществ-
лять 10 раз подряд, каждый раз изменяя координа-
ту Z точки вставки, увеличивая ее на высоту этажа
(в данном случае 3 м). * 7
Положение точки вставки задастся с учетом положения начала местной системы координат u-v-w вставляе-
мого частичного проекта. В указанную точку помещается начало система координат u-v-w. Если пользователю
необходимо изменить координаты точки вставки или угол поворота частичного проекта относительно коорди-
натной системы полного проекта, можно воспользоваться меню «uvw-Задать». Это подменю позволяет сме-
щать начало местной системы координат и поворачивать ее вокруг любой из осей. Эту операцию можно прово-
дить с координатной сисгемой как частичного, так и полного проекта (в зависимости от того, какой из них яв-
ляется актуальным)
7 Вставку частичного проекта в полный проект можно осуществить и при помощи пункта -^Вставка. В этом
случае, в отличие от вставки с помощью пункта -^Вставки, положение точки вставки не запрашивается.
78 Если частичный проект вставлен в ошибочно указанное место, то его необходимо сначала исключить из пол-
ного проекта (пункт меню —^Исключить), а затем вставить повторно. Функция —^Исключить работает для по-
следнего из вставленных частичных проектов. Если необходимо исключить нс последний вставленный проект,
то вначале потребуется исключить проекты, вставленные после ошибочно установленного проекта.
охр анить как
Палка
После создания всей модели каркаса здания пол-
ный проект желательно сохранить для возможно-
79
сти его последующего использования .
В меню полного проекта выбираем пункты меню:
-^Слияние ->-по шаблону —^Отметить.
В рабочем окне щелчком мыши указываем все
этажи здания, кроме подвального и первого эта-
жей.
Отмеченные этажи будут выделены красным цве-
том
Выбираем пункт меню —^Параметры КЭ-сетки,
В окне выбора (поз. 10 на схеме окна графического
ввода) нажимаем кнопку «Размер».
В окне редактора (поз. 8 на схеме) задаем:
dx = 1 м (размер ячейки шаблона КЭ сетки в на-
правлении оси ОХ(г));
dy = 1.7 м (размер ячейки шаблона КЭ сетки в на-
правлении оси OY(s));
Колонны = 2 («следы» поперечного сечения ко-
лонн на плитах будут созданы только для тех ко-
лонн, в свойствах позициях которых стоит галочка
«Деление колонн»; на отмеченных этажах это
сделано не будет).
dx = 1
dy = 1.7
Колонны = 2
Нажимаем кнопку «Шаг стержней».
В окне редактора (поз 8 на схеме) параметр dst за-
даем равным 0 (чтобы не разбивать колонны на не-
сколько конечных элементов по высоте этажа).
dst = О
Файл полного проекта, имеющий расширение fr, является файлом ссылок на вставленные в него частичные
проекты. При изменении вставленных частичных проектов будет меняться и полный проект. Например, при
изменении файла TypFloor.pos изменения будут огражены на всех типовых этажах модели здания.
Выбираем пункт меню —*Снятъ отметку. В ра-
бочем окне заливка красным цветом отмеченных
ранее этажей пропадает.
Выбираем пункт меню —> Отметить. В рабочем
окне щелчком мыши указываем на подвальный и
первый этажи здания.
Выбираем пункт меню -^Параметры КЭ-сетки.
В окне выбора нажимаем кнопку «Размер».
В окне редактора задаем:
dx = 0.5 м (размер ячейки шаблона КЭ сетки в на-
правлении оси ОХ);
dy = 0.85 м (размер ячейки шаблона КЭ сетки в
направлении оси OY);
Колонны = 2 («следы» поперечного сечения ко-
лонн на плитах будут созданы только для тех ко-
лонн, в свойствах позициях которых стоит галочка
«Деление колонн»; на отмеченных этажах это бу-
дет сделано).
Нажимаем кнопку «Шаг стержней».
В окне редактора параметр dst задаем равным 0
(чтобы не разбивать колонны на несколько конеч-
ных элементов по высоте этажа).
Посмотреть приближенную схему разбиения кон-
струкций на конечные элементы можно, выбрав в
боковом меню пункт -^Показать шаблон.
Начало
Размер
Угол
Шаг стержней
dx = 0.5
dy = 0.85
Колонны = 2
dst = 0
Г енерация сетки
Выбираем пункт бокового меню
-^Генерация КЭ-сетки,
В появившемся диалоговом окне щелкаем ле-
вой кнопкой мыши по полю «Кинематиче-
ская гипотеза». В этом случае на плите пе-
рекрытия будет сформирован «след» попе-
речного сечения колонны из конечных эле-
ментов. В пределах этого «следа» плита будет
двигаться как абсолютно жесткое тело80.
После запуска генерации конечно-
элементной сетки осуществляется автомати-
ческая проверка всех заданных пользовате-
лем позиций. Если не обнаружено ошибок, то
программа запрашивает у пользователя имя
созданного FEA-файла81.
Суммирование номеров нагружений
Генерация опор для стен/колонн
Г” Генерация упругого основания
Г Генерация линейных опор
При генерации балок учитывать наибольшую
(наименьшую) толщину примыкающей плиты
Генерация эксцентриситетов для стен
Способ учёта работы колонны и плиты
С Совместную работу не учитывать
<• Кинематическая гипотеза
С Статическая гипотеза
3.5 Редактирование конечно-элементной модели каркаса
3.5.1 Проверка параметров конечно-элементной модели
В каталоге проектов (поз. 11 на схеме окна графического ввода) название актуального проек-
та подсвечивается красным цветом. Для удобства работы частичный POS-проект и полный
X
проект можно закрыть при помощи кнопки в панели инструментов (поз. 13 на схеме
графического ввода). При этом сначала следует выбрать пункт верхнего меню -^Полный и
закрыть полный проект82. А затем нажать пункт верхнего меню -^Частичный, и закрыть
частичный POS-проект. Для дальнейшей работы пользователь должен находиться в частич-
ном проекте (в верхнем меню должен быть высвечен пункт -^Полный).
80 Пользователь может выбрать несколько альтернативных способов учета совместной работы колонны и пла-
стины. Взамен кинематической гипотезы может быть использована статическая гипотеза - жесткость колонны
«размазывается» по всем узлам плиты, расположенных в пределах поперечного сечения колонны. Совместную
работу можно и не учитывать (не применять две указанные гипотезы)
1 Созданный конечно-элементный проект считается частичным и в дальнейшем может быть объединен с дру-
гими конечно-элементными проектами в полный проект.
82 Для выбора нужного частичного или полного проекта следует щелкнуть но нему левой кнопкой мыши в ка-
талоге проектов (поз. 11 на схеме окна графического ввода).
При помощи кнопки можно отключить (или
включить снова) изображение конечно-
элементной сетки, оставив только контуры кон-
струкций.
Наличие дополнительных линий на «проволоч-
ной» модели здания показывает на наличие де-
фектов в конечно-элементной сетке (например,
отсутствие связи между элементами, наложение
элементов друг на друга, неплоские пластинча-
тые элементы и т.п.). Чаще всего такие дефекты
вызваны ошибками при вводе позиций (напри-
мер, неточным заданием координат), а также не-
удачным выбора шаблона для генерации КЭ-
сетки.
I м
При помощи кнопки 1—1 в панели инструментов
можно посмотреть цветовое отображение всех
или выбранных пользователем жесткостей ко-
нечных элементов.
Параметры изображения задаются пользователем
в диалоговом окне «Показать материалы».
Каждому выбранному материалу соответствует
свой цвет (если их число нс превышает 50).
Проверить параметры заданных мате-
риалов можно при помощи пунктов
верхнего меню: —^Редактировать
—^Материалы -^-редактировать*3 4.
В появившемся диалоговом окне нужно
выбрать закладку, соответствующую
нужному типу материла: «3D-
стержень» (для колонн), «Ребро» (для
балок перекрытия или ребер фунда-
ментной плиты) или «Изотропный»
(для стен или плит). Затем выбирается
номер редактируемого материала, и при
необходимости исправляются физиче-
ские и геометрические параметры ссчс-
84
НИЯ .
Редактирование нагружений
При создании фундаментной плиты в POS-проскте в диалоговом окне «Характеристики»
были заданы величины постоянной и временной нагрузок. При генерации конечно-
элементной модели эти нагрузки автоматически преобразуются в элементные и записывают-
ся соответственно в нагружения 1 и 2.
Однако при задании нагрузок для удобства нагружение 1 желательно оставлять свободным,
поскольку в нем записываются значения нагрузок от собственного веса несущих элементов,
вычисляемые через заданную плотность материала. Поэтому мы перенесем элементные на-
грузки из нагружения 1 в нагружение 3, в котором уже записаны все прочие нагрузки от соб-
ственного веса конструкций.
изменить номер
копировать
Выбор пунктов верхнего меню -^Редактировать
-^Нагрузки -^Нагружения —> -нагружения позволяет
посмотреть состав нагрузок по номерам нагружений, а
также отредактировать нагружения 5.
______удалить______
масштабировать
1 -4 | Нагружение 1 | ►
Узловых нагрузок = О
Элемент нагрузок = 10390
Нагрузок по стор = 0
Точечных нагрузок = 0
Линейных нагрузок = 0
Плоскостных нагр = 0
Редактировать материалы желательно для небольших фрагментов модели, которые можно выбрать при по-
мощи пунктов меню -^Фрагмент. Порядок действий при фрагментировании показан ниже.
4 При нажатии на кнопку «...» появляется диалоговое окно, в котором приведены стандартные значения плот-
ности, модуля упругости, модуля сдвига и коэффициента Пуассона для бетона различных классов, стали и чу-
гуна. При выборе пользователем какого-либо типа материала его характеристики автоматически передаются в
диалоговое окно «Имена материалов».
При нажатии кнопки «Стандарт» выбранному материалу автоматически присваиваются параметры, заданные
по умолчанию.
Помер рассматриваемого нагружения изменяется при помощи линейки прокрут ки
Выбираем нагружение № 1 и в дополнительной ко-
мандной панели (поз. 10 на схеме окна графического
ввода) нажимаем кнопку «изменить номер».
В окне редактора задаем новый номер нагружения - 3.
Все внешние нагрузки будут перенесены из Hai ружения
1 и добавлены в нагружение 3 (собственный вес элемен-
тов модели, заданный через плотность материала, к
внешним нагрузкам нс относится и останется в нагру-
жении 1). На вопрос «Нагружение 3 уже имеется.
Нужно ли добавить нагрузки?» следует ответить утвер-
дительно.
При выборе пунктов меню -^Редактировать
—^Нагрузки —^Элементные —^Равном. распредел.
-^-показать пользователь имеет возможность посмот-
реть заданные равномерно распределенные нагрузки на
стержни и пластины в цветовом изображении.
Для этого в появившейся дополнительной командной
панели необходимо выбрать номер нагружения, тип
системы координат («ГСК», т.е. «глобальная») и задать
направление воздействия («Qz/t»).
I Нагрукение 1 I ► I
Новый номер - 3
Аналогичным образом могут быть проконтролированы заданные линейные нафузки. Для
этого используется пункт меню —^Редактировать —^Нагрузки -^Независимые -^Линейные
-^-показать в цвете.
Задание KNFL
Для управления выводом результатов статического расчета для оболочечных элементов ис-
пользуется понятие “плоскостей осреднения” - KNFL. Напряжения/усилия для каждого эле-
мента вычисляются во всех узлах этого элемента. Если мы хотим, чтобы для узлов, принад-
лежащих разным элементам, эти результаты были осреднены, то эти элементы должны при-
надлежать одной плоскости осреднения. Значения усилий и напряжений усредняются только
среди элементов, принадлежащих одной плоскости KNFL. В случае если осреднение нс
должно проводиться (например, для определения скачков поперечных сил в районе опор),
такие элементы должны принадлежать разным плоскостям осреднения (KNFL). При этом
нужно следить за тем, чтобы местные системы координат для элементов, принадлежащих
одной KNFL, были согласованы друг с другом.
Например, если необходим расчет армирования плиты и применяются абсолютно твердые
тела (АТТ) для моделирования совместной работы плиты и колонн, то для корректного оп-
ределения усилий в сечениях плиты по грани колонн «следы» колонн на плите должны быть
заданы в отдельной от остальной плиты KNFL. «Следы» колонн всех плит можно задать в
одной KNFL, поскольку эти элементы друг с другом не соединены, и нс имеет значения,
принадлежат они разным или одной KNFL.
Для того чтобы сформировать отдельную KNFL, содержащую только «следы» колонн, сдела-
ем видимыми и доступными для работы только плиты перекрытия, покрытия и фундамент-
ную плиту. Для этого воспользуемся командами фрагментирования (в меню —> Фрагмент).
Выбираем пункты верхнего меню (поз. 12 на
схеме окна графического ввода): -^Фрагмент
—ИЧараллел. плоскости -^-установить.
В рабочем окне при помощи мыши выбираем 3
узла, принадлежащих законтурным элементам
основания или одному из перекрытии .
Также можно задать три точки численно в окне
редактора (поз. 8 на схеме окна графического
ввода).
Находясь в меню —^Фрагмент, выбираем пункт
бокового меню: —► Назад.
XY
В дополнительной планке переключателей спра-
ва нажимаем на кнопку XY для перевода изо-
бражения в графическом окне в проекцию на
плоскость XOY.
Для задания новой KNFL выбираем пункты
верхнего меню: -^Редактировать —>KNFL.
Новая KNFL
В дополнительной командной панели нажимаем
кнопку «Новая KNFL».
С помощью рамки (переключатель [Box] на
планке переключателей 2) выбираем элементы
плиты по «следу» колонн .
Показать МСК |
4 ________________►
◄ Новая KNFL ►
|\ |/ N ь 1
Ai
\
л с 1
? 1 L \
л
5—
г ...
X
/ X
• У — \//
' • "2 \1/
V" 1 \ IV
3.5.2 Задание упругого основания
Для дальнейшей работы необходимо отредактировать часть конечно-элемептного проекта,
моделирующую фундамент и грунт основания.
Сначала необходимо снова сделать видимой и доступной для редактирования всю модель
здания. Для этого выбираем пункты верхнего меню (поз. 12 на схеме окна графического вво-
да): —^Фрагмент -^Элементы -^-установить. В дополнительной командной панели (поз.
10 на схеме окна графического ввода) нажимаем кнопку «Вся модель». В дополнительной
86 В окне информации (поз. 3 на схеме окна 1рафического ввода) высвечивается информация о иорядке дейст-
вий пользователя.
87 При таком способе выбора будут выделены элементы по «следу» колонн на всех перекрытиях, покрытии и
фундаментной плите.
планке переключателей справа нажимаем па кнопку «3D» для перехода к трехмерному изо-
бражению.
Затем необходимо выделить в отдельный фрагмент фундаментную плиту, фиктивные колон-
ны под ней и законтурные элементы.
По-прежнему находясь в меню —^Фрагмент, выбираем пункты бокового меню (поз. 2 на
схеме окна графического ввода): —^Элементы -^-установить.
В дополнительной планке переключателей справа нажимаем на
кнопку YZ для перевода изображения в графическом окне в
проекцию на плоскость YOZ.
В планке переключателей 2 нажимаем кнопку [Вох|. Затем при
помощи рамки выбираем фундаментные плиты и фиктивные
колонны 8.
Удаление фиктивных колонн
Фиктивные колонны задавались в POS-проекте, чтобы при генерации автоматически создать
«следы» колонн на фундаментной плите. Поскольку в дальнейшем они не нужны, их следует
удалить.
Выбираем пункты меню: Редактировать
-^Геометрия -^Элементы :-^-удалить.
В дополнительной командной панели нажи-
маем кнопки «Стержни» и «Узлы».
В планке переключателей 2 нажимаем кнопки
[Box] и [Krz]. Затем рамкой пересекаем ряд
колонн, не задевая элементы фундаментных
плит.
Таким образом, удаляем фиктивные колонны.
Можно выбрать элементы при помощи чис-
ленной SD-рамки. Ее границы задаются при
помощи трех пар чисел в окне редактора (на-
пример: Xmin=-23.1; Xmax=46.2; Ymin=-21.4;
Ymax=42.8; Zmin=-10; Zmax=-4).
В дополнительной планке переключателей
справа нажимаем на кнопку XY для перевода
изображения в графическом окне в проекцию
на плоскость XOY.
4.
X-V Y
Удаление абсолютно твердых тел с фундаментной плиты
При наличии абсолютно твердых тел в узлах сопряжения фундаментной плиты с колоннами
реакции, возникающие в этих узлах со стороны колонн, суммируются с отпором грунта. Это
делает неудобным анализ картины давлений под фундаментной плитой.
Для удобного вывода давления фундаментной плиты на грунт основания удаляем с фунда-
ментной плиты абсолютно твердые тела (АТТ) и заменяем их конечными элементами боль-
~ 89
шои жесткости .
88 При больших проектах вместо выбора элементов в графическом окне лучше пользоваться координатным за-
данием фрагмента в окне редактора.
Выбираем пункты меню: -^Редактировать
—*Связи -^Абсол. твердые тела -^-удалить
узлы.
В дополнительной командной панели при
помощи линейки прокрутки выбираем нуж-
ный номер группы и тип системы координат.
Соответствующая группа узлов (номер групп
выбирается при помощи линейки прокрутки
«Группа») высвечивается в рабочем окне ко-
90
ричневым цветом .
Выбираем се при помощи рамки (переключа-
тель [Box] включен, переключатель [Krz] вы-
ключен) и отвечаем утвердительно на вопрос
«Удалить эту группу?». Аналогично удаля-
ются все группы абсолютно твердых тел,
расположенные в пределах фундаментной
плиты.
Установка элементов повышенной жесткости по «следу» колонн
Выбираем пункты верхнего меню:
—★Фрагмент —>KNFL -^-удалить.
В планке переключателей 2 нажимаем кнопку
[Einz]. Затем последовательно щелкаем левой
кнопкой мыши в рабочем окне в области
фундаментной плиты и всех законтурных
плит, не задевая «следов» колонн. В видимои
части проекта останутся только «следы» ко-
лонн на фундаментной плите.
Имена материалов
Выбираем пункты верхнего меню:
-^Редактировать -^Материалы
—>~р ед акт ироват ь.
Бетон
Слоистый
Изотропный
В диалоговом окне «Имена материалов»
выбираем закладку «Изотропный» и нажи-
маем кнопку «Новый».
В появившемся диалоговом окне задаем па-
раметры материала фундаментной плиты, но
увеличиваем модуль упругости в 3 раза.
Ортотропный(пластины)
Арматурный слой
3D-стержень ] Ребро Трос
Стандарт
Новый ]
Снижение^
Задание материала завершается нажатием
кнопки «ОК».
Отмена
89 Установка элементов большой жесткости является альтернативным вариантом учета совместной работы пли-
ты и колонн. При отсутствии необходимости расчета усилий и армирования в фундаментной плите эту опера-
цию можно не выполнять.
° При номере группы, равном «0», высвечиваются все группы узлов.
<s>
Выбираем пункт бокового меню: -^-устано-
вить. На дополнительной планке переключа-
телей (поз. 10 на схеме окна графического
ввода) нажимаем кнопку «Iso», а в окне ре-
дактора (поз. 8 на схеме) задаем номер нового
материала.
Затем в рабочем окне при помощи рамки
(кнопка [Box]) выбираем все видимые эле-
менты плиты.
Удаление жесткости фиктивных законтурных элементов
Фиктивные законтурные элементы вводятся только для корректного задания упругого осно-
вания Пастернака (при задании упругого основания по модели Винклера законтурные эле-
менты не нужны). Они нс должны воспринимать нагрузки, действующие на здание, т.е. не
должны обладать жесткостью. Программный комплекс STARK ES позволяет исключить эти
элементы из работы расчетной модели, просто удалив их материал.
Выделяем законтурные элементы плиты в отдельный фрагмент, сделав все прочие конструк-
тивные элементы невидимыми (и недоступными для редактирования). Для этого выбираем
пункт верхнего меню: —^Фрагмент —^Плоскость -^-установить. В планке переключателей
2 нажимаем кнопку [Einz|. Затем щелкаем левой кнопкой мыши в рабочем окне, указывая
три любых узла, не лежащих на одной линии.
Находясь в меню -^Фрагмент, выбираем пункты бокового меню —^Материал -^-уста-
новить. В рабочем окне щелкаем левой кнопкой мыши на область законтурных элементов
плиты.
Для удаления материала выбираем пункты верхнего меню: —^Редактировать
-^Материалы -^-удалить. В планке переключателей 2 нажимаем кнопку [Вох]. Затем рам-
кой выбираем все изображенные на экране элементы.
Для удобства работы объединяем законтурные элементы в одну KNFL.
Выбираем пункты
-^Редактировать —>KNFL.
верхнего
меню:
В дополнительной командной панели нажимаем
кнопку «Новая KNFL».
Новая KNFL
Показать МСК
В дополнительной командной панели (в окне вы-
бора) нажимаем кнопку «Новая KNFL».
С помощью рамки (переключатель [Box] на планке
переключателей 2) выбираем все законтурные
элементы.
Задание упругого основания за пределами фундаментной плиты
Выбираем пункты верхнего меню: -^Редактировать
-^Упругое основание —^Упругое основание -^-устано-
вить.
В окне выбора (поз. 10 на схеме окна графического ввода)
появляется планка переключателей, позволяющая опре-
делить способ задания упругого основания. Выбираем
кнопку «Е, nue, hl» (задание упругого основания через
модуль упругости и коэффициент Пуассона и величину
сжимаемой толщи грунта) и задаем в окне редактора ве-
личины этих параметров:
Е = 12000091 кН/м2;
v = 0.33;
111 =7.2 м.
В планке переключателей 2 нажимаем кнопку [Вох]. При
помощи рамки выбираем все изображенные на экране
элементы. Им всем присваивается упругое основание
№ I.
Задание упругого основания под фундаментной плитой
Выделяем элементы фундаментной плиты в отдельный фрагмент. Для этого выбираем пунк-
ты верхнего меню: —^Фрагмент —^Плоскость -^-установить.
В планке переключателей 2 нажимаем кнопку [Einz]. Зачем щелкаем левой кнопкой мыши в
рабочем окне, указывая три любых узла, не лежащих на одной линии.
Выбираем пункт бокового меню: ~^»KNFL -^-удалить.
В рабочем окне щелкаем левой кнопкой мыши на область законтурных элементов плиты. В
видимой части останется фундаментная плита без законтурных элементов.
Выбираем пункты верхнего меню-
-^Редактировать —► Упругое основа-
ние -^Упругое основание -^-устано-
вить.
На дополнительной планке переключа-
телей нажимаем кнопку «Новое осно-
вание». Щелкаем левой кнопкой мыши
в окне редактора и задаем следующие
параметры:
Е = 160000 кН/м2;
v = 0.33;
Ы=7.2м.
Затем при помощи рамки выбираем об-
ласть фундаментной плиты.
9 Поскольку нам предстоит рассчитывать собственные частоты колебаний здания для определения сейсмиче-
ских нагрузок, задаем динамические характеристики основания (см п. 3.1.2) Для более точного определения
характеристик грунтового основания, в т.ч. многослойного, при статических и динамических нагрузках можно
воспользоваться, например, npoi раммой СпИн
Установка недостающих опорных закреплений
Как описано выше, при помощи ко-
манд фрагментирования устанавлива-
ем в видимой части проекта всю плос-
кость фундаментной плиты, включая
законтурные элементы основания.
Выбираем пункты меню:
—^Редактировать —+ Связи
—^Опорные закрепления -^Узловые
опоры: -^-установить.
В окне выбора появится дополнитель-
ная планка переключателей (поз. 10 на
схеме окна графического ввода). На
ней выбираем следующие параметры:
• Степени свободы, по которым на-
ложены связи: X, Y, Rz, поскольку
упругое основание обеспечивает
закрепление только по степеням
свободы Z, Rx и Ry;
• Система координат ГСК (глобаль-
ная);
• Связи двухсторонние - параметр
«Сж.+Р.» (работа на сжатие и рас-
тяжение).
В окне редактора задаем значения же-
сткости закрепления по X и по Y, и на
поворот вокруг оси Z равными нулю
(что соответствует бесконечной жест-
кости).
В рабочем окне при помощи рамки
выбираем все изображенные на экране
элементы.
Х = О
Y = О
Rz = 0
Поскольку материал фундаментной плиты обладает жесткостью, то заданные закрепления в
области фундаментной плиты следует удалить.
Удаляем из фрагмента законтурные элементы. Выбираем пункт меню: —^Фрагмент —+KNFL
-^-удалить. В рабочем окне щелкаем левой кнопкой мыши на область законтурных элемен-
тов плиты. В видимой части останется фундаментная плита без законтурных элементов.
Выбираем пункт меню —^Редактировать -^Связи —^Опорные закрепления -^Узловые опо-
ры: -^-удалить. Затем в рабочем окне при помощи рамки (переключатель |Вох|) выбираем
всю область фундаментной плиты.
Для обеспечения геометрической не-
изменяемости системы, а также сво-
бодной деформации фундаментной
плиты в горизонтальной плоскости,
устанавливаем закрепления узлов
плиты по степеням свободы X и Y по
крестообразной схеме92 93 *.
При помощи пунктов меню -^Проекты —^Сохранить как.,, или кнопки сохраняем файл
93
под имеющимся или новым именем .
3.5.3 Задание средней составляющей ветровой нагрузки
Поскольку пульсационная составляющая ветровой нагрузки в нашем примере будет рассчи-
тываться автоматически, средняя составляющая должна быть задана в виде узловых нагру-
зок.
Чтобы нс определять среднюю составляющую ветровой нагрузки в каждом узле, задаем ее в
виде распределенных свободных нагрузок на фиктивные балочные и плоские элементы с ав-
томатическим преобразованием в узловые силы и моменты. Для этого в POS-проекте были
заданы специальные фиктивные стены и балки.
Выделяем фиктивные балки в отдельный фрагмент.
Нажимаем кнопку «3D» для перехода к пространственному
изображению модели.
Выбираем пункт верхнего меню —^Фрагмент -^-устано-
вить стержни. На экране останутся видимыми только
стержневые элементы. Далее выбираем пункты бокового ме-
ню: —^материал: -^-установить, и щелкаем левой кнопкой
мыши по фиктивным балкам.
Поскольку эти фиктивные элементы не должны участвовать в работе расчетной модели, мы
удалим их материал.
Здесь показан один из возможных упрощенных способов наложения связей в узлах фундаментной плиты. Бо-
лее точным способом задания краевых условий в плоскости фундаментной плиты будет наложение упругопо-
датливых связей во всех узлах плиты, соприкасающихся с грунтом Жесткость связей определяется горизон-
тальной жесткостью 1рунтового массива и возможностью трения скольжения нижней поверхности фундамента
по грунту.
93 Далее при сохранении проекта программа будет выдавать сообщения «В проекте имеется ... элементов с нс-
заданными материалами. Продолжить?» и «Существуют элементы консоли основания...». Пользователю сле-
дует отвечать «Да».
Выбираем пункты верхнего меню: -^Редактировать -^Материалы -^-удалить. В планке
переключателей 2 нажимаем кнопку [Вох]. Затем при помощи рамки выбираем в рабочем
окне все элементы.
Для задания статической составляющей ветровой нагрузки
выбираем пункты верхнего меню: -^Редактировать
-^Нагрузки -^-Свободные -^-установить.
Нажав на кнопку «Нагружение», задаем в окне редактора
новый номер нагружения - 7.
В дополнительной планке переключателей нажимаем кнопку
«Стерж.(уз.)» (задание на1рузки на стержневые элементы с
преобразованием ее в узловую)94.
Нажимаем кнопку направления нагрузки «Pz/t». На планке
переключателей нажимаем кнопку «Новая нагрузка».
Свободные нагрузки на стержни задаются в местной
системе координат стержневых элементов. Для про-
смотра направления местных осей элементов можно
воспользоваться кнопкой на панели инструментов
(поз. 13 па схеме окна графического ввода). При авто-
матической генерации горизонтальных стержневых
элементов ось -t направлена вдоль глобальной оси Y,
а ось -s - вдоль глобальной оси Z.
В рабочем окне при помощи мыши задаем две точки
линии приложения нагрузки (начальную и конечную).
2
Затем в окне редактора вводим значения нагрузки в
этих двух точках95. Размерность нагрузки - кН/м.
Pt 1 = -0.504
Pt2 = -0.504
В рабочем окне при помощи рамки (переключатель [Box]) выбираем все элементы, на кото-
рые действует нагрузка96.
Повторно нажимаем кнопку «Новая нагрузка», указываем в рабочем окне начальную и ко-
нечную точку линии приложения нагрузки, задаем в окне редактора ее новое значение (в на-
4 Если выбрать опцию «Стержни», то нагрузка на стержневые элементы будет преобразована в равномерно
распределенную.
Для определения значения нагрузки можно воспользоваться программой СпИн
96 В окне информации (поз. 3 на схеме окна графического ввода) высвечиваются подсказки, определяющие по-
рядок действий пользователя.
чальной и конечной точке соответственно), а затем в рабочем окне при помощи рамки выби-
97
раем нужные элементы .
Аналогично задаются все остальные ветровые нагрузки с наветренной и подветренной сто-
роны здания.
После этого выбираем пункт бокового меню -^преобразовать. Па вопрос «В проекте зада-
ны свободные нагрузки (количество нагружений 1)?» следует ответить утвердительно* 9 .
Свободные нагрузки на стержни будут преобразованы в узловые силы и моменты" и поме-
щены в нагружение № 7.
о
При помощи пунктов меню —^Проекты —^Сохранить как... или кнопки сохраняем файл
под имеющимся или новым именем.
Создание плоских фиктивных элементов в стене по оси «1».
Для задания ветровых нагрузок вдоль оси X воспользуемся вторым способом. Для этого ис-
пользуем фиктивные плоские элементы, которые задаем без материала, чтобы исключить их
из работы.
Выбираем пункты верхнего меню: -^Фрагмент —^Элементы -^-установить. В дополни-
тельной планке переключателей нажимаем кнопку «Вся модель». На экране появится изо-
бражение всей расчетной модели.
Выделяем стену по оси «1» в отдельный фрагмент. Выбира-
ем пункты бокового меню -^Плоскость :^>-установшпъ.
В рабочем окне при помощи левой кнопки мыши выбираем
3 узла, лежащих в плоскости стен по оси «1» 00 (для удобст-
ва можно поворачивать изображение при помощи стрелок и
использовать кнопку «ZOOM»).
Нажимаем пункт бокового меню Назад и включаем на
панели инструментов (поз. 13 на схеме окна графического
ввода) кнопку -Ж. (показ узлов).
В планке переключателей справа нажимаем на кнопку «YZ»
для перевода изображения в графическом окне в проекцию
на плоскость YOZ.
Для удобства можно поворачивать модель при помощи стрелок на клавиатуре (<— Ф Ф
После преобразования свободных нагрузок в узловые фиктивные элементы можно удалить.
9 Для удобства последующей работы с моделью полученные моментные нагрузки могут быть удалены путем
использования функции работы с узловыми нагрузками. Однако данная операция необязательна.
100 См. архитектурные чертежи, п. 3.1.1.
Включаем переключатель [Einz] на планке переключате-
лей 2. Последовательно (по часовой или против часовой
стрелки) щелчком левой кнопки мыши в рабочем окне зада-
ем четыре узла элемента фиктивной стены .
Аналогично задаются вес остальные фиктивные элементы.
При этом могут быть использованы функции копирования
ранее введенных элементов или задания массива (много-
кратных копий) элементов (пункты бокового меню
—^Элементы: -^-копировать или —^Создать: -^-массив).
Копировать
*/ материалы
*/ шарниры элементные
✓ шарниры узловые
1*7 узловые опоры
[*7 МСК стержней
*/ МСК пластин
ОК Отменить
При выборе пункта меню -^-копировать появляется одно-
именное окно, в котором пользователь может выбрать из
списка параметры элементов, которые следует скопировать.
Выбор завершается нажатием кнопки «ОК».
В рабочем окне при помощи рамки (переключатель [Box])
или щелчком левой кнопки мыши в рабочем окне (переклю-
чатель [Einz]) выбираем элементы для копирования. Затем в
дополнительной планке переключателей нажимаем кнопку
«Точки». В рабочем окне при помощи мыши или в окне ре-
дактора задаем положение начальной и последующих точек
копирования (например, точку (0,0,0), затем (0,0,3), (0,0,6) и
т.д.). Для окончания копирования нужно выйти из данного
пункта меню.
| Пластины'| Стержни
Точки )тменит1|
Кол-во = 0 I ►
Аналогичным образом задаем фиктивные элементы, моде-
лирующие остекление оконных проемов.
10 Высота фиктивного элемента равна высоте этажа, а ширина - длине пролета между вертикальными несущи-
ми элементами (чтобы нагрузки передавались на элементы стен, колонн и перекрытий). Если в фиктивном эле-
менте существуют промежуточные узлы, нс принадлежащие несущим конструкциям, то система становится
геометрически изменяемой, и ее расчет будет невозможен.
Ввод свободных нагрузок
Выбираем пункты верхнего меню: —^Редактировать
—^Нагрузки -^-Свободные -^-установить.
Нажав на кнопку «Нагружение», задаем в окне редактора
новый номер нагружения - 8.
В дополнительной планке переключателей нажимаем кноп-
ку «Пластины». Нажимаем кнопку направления нагрузки
«Рх»102.
На планке переключателей нажимаем кнопку «Новая на-
Iрузка».
Нагрузка на плоские элементы задается в трех точ-
ках, а в остальных точках определяется путем дву-
мерной интерполяции (по закону плоскости). В ра-
бочем окне задаем опорные точки области приложе-
ния нагрузки в уровне перекрытий первого (уровень
земли) и последнего этажей .
В окне редактора (поз. 8 на схеме окна графического
х 104
ввода) задаем значения нагрузок в этих точках .
Рх1 =0.17
Рх2 = 0.17
РхЗ = 0.35
Свободные нагрузки на пластины задаются в глобальной системе координат.
Схему распределения ветровой нагрузки по высоте здания и способ ее задания выбирает сам пользователь
Если значения свободной нагрузки во всех точках одинаковые, то она преобразуется в элементную равно-
мерно распределенную нагрузку. Если необходимо преобразовать свободную нагрузку именно в узловую, то
заданные значения должны отличаться хотя бы в одной точке (отличие может быть малым).
Для определения значения нагрузки можно воспользоваться программой СпИн
Затем в рабочем окне при помощи рамки (переклю-
чатель [Box]) выбираем все элементы, на которые
действует нагрузка (они подсвечиваются красным
цветом).
После этого выбираем пункт бокового меню -^преобразовать. На вопрос «В проекте за-
даны свободные нагрузки (количество нагружении 1)» следует ответить утвердительно.
Свободные нагрузки на пластины будут преобразованы в узловые силы и моменты и по-
мещены в нагружение № 8.
Полученные при таком способе задания моментные нагрузки при желании можно удалить
Для этого выбираем пункты верхнего меню: -^Редактировать -^Нагрузки -^Узловые
—*Силы и моменты -^-удалить.
Нажав на кнопку «Нагружение», задаем в окне редактора помер нагружения - 8. В дополни-
тельной планке переключателей необходимо отюиочить направление «Рх», а остальные ос-
тавить включенными. После чего в рабочем окне при помощи рамки (переключатель [Box])
выбираем все узлы, на которые действуют моменты.
При помощи пунктов меню -^Проекты -^Сохранить как... или кнопки ™ сохраняем файл
под имеющимся или новым именем.
Создание плоских фиктивных элементов в стене по оси «6»
Выбираем пункты верхнего меню: —^Фрагмент -^Параллел. Плоскости -^-установить. В
рабочем окне указываем три любых узла, нс лежащих на одной прямой.
Нажимаем на кнопку перехода к трехмерному изображению
на панели инструментов (поз. 13 на схеме окна графического
ввода.
Выбираем пункты бокового меню —^Плоскость:—^-установить. В рабочем окне при помо-
щи мыши выбираем три узла, лежащих в плоскости стен по оси «6»105.
Нажимаем пункт бокового меню —>Назад.
В планке переключателей справа нажимаем на кнопку «YZ»
для перевода изображения в графическом окне в проекцию на
плоскость YOZ.
1 См. архитектурные чертежи, п. 3.1.1.
Выбираем пункты верхнего меню: -^Редактировать
-^Геометрия —^Элементы -^-установить.
В дополнительной планке переключателей нажимаем кнопку
«Оболочки». В рабочем окне последовательно вводим фик-
тивные элементы стен (так же как для стен по оси 1) при па-
жатой кнопке
При помощи мыши в рабочем окне задаем фиктивные эле-
менты, моделирующие остекление оконных проемов.
Ввод свободных нагрузок
Выбираем пункты верхнего меню: -^Редактировать
-^Нагрузки -^-Свободные -^-установить.
В дополнительной планке переключателей нажимаем кнопку
«Плас I ины». Нажимаем кнопку направления нагрузки
«Рх»106. На планке переключателей нажимаем кнопку «Но-
вая нагрузка».
Нагрузка на плоские элементы задастся в трех точках, а в ос-
тальных точках определяется путем двумерной интерполя-
ции (по закону плоскости). В рабочем окне задаем опорные
точки области приложения нагрузки в уровне перекрытий
первого (уровень земли) и последнего этажей.
Затем в окне редактора задаем значения нагрузок в этих
107
точках .
Рх Ру/s | Pz/t
)ластиньСтержнфтерж(у:
◄ Новая нагрузка ►
Ч Нагружение 8 | ►
Рх1 =0.13
Рх2 = 0.13
РхЗ = 0.26
1 Для пластин свободные нагрузки задаются в глобальной системе координат
Если значения свободной нагрузки во всех точках одинаковые, то она преобразуется в элементную равно-
мерно распределенную нагрузку. Если необходимо преобразовать свободную нагрузку именно в узловую, то
значения должны отличаться хотя бы в одной точке (отличие может быть малым).
Затем в рабочем окне при помощи рамки (переключатель [Box])
выбираем все элементы, на которые действует нагрузка (они под-
свечиваются красным цветом).
После этого выбираем пункт бокового меню -^преобразовать. На вопрос «В проекте за-
даны свободные нагрузки (количество нагружении 1)» следует ответить утвердительно.
Свободные нагрузки на пластины будут преобразованы в узловые силы и моменты и по-
мещены в нагружение № 8108.
При помощи пунктов меню -^Проекты -^Сохранить как... или кнопки ® сохраняем файл
под имеющимся или новым именем.
3.6 Предварительный статический расчет каркаса
Данный расчет необходим для контроля правильности задания параметров расчетной схемы,
а также для предварительной проверки назначенных размеров сечении элементов.
Выбираем пункты верхнего меню: —^Расчет Общий.
После преобразования свободных нагрузок в узловые фиктивные элементы можно удалить.
В появившемся диалоговом окне выбираем опцию «Статический расчет». Запуск на расчет
происходит после нажатия кнопки «ОК». Перед запуском на расчет частичный проект ав-
томатически сохраняется.
В процессе расчета на экране появляется
диалоговое окно, отражающее ход вы-
числений, а также выводится протокол
расчета в программе Viewer.
В протоколе отражаются данные о рас-
четной схеме, требования к оперативной
109
памяти и памяти на жестком диске
компьютера, суммарные величины на-
грузок и опорных реакций системы по
нагружениям (при выполнении нели-
нейного расчета - по комбинациям на-
гружений).
Если расчетная схема представляет со-
бой изменяемую систему, процесс рас-
чета прерывается, а в протокол расчета
выводятся сообщения об ошибках. Ука-
зываются номера узлов и степени сво-
боды, в направлении которых эти узлы
являются подвижными.
Если расчет завершен успешно, в прото-
кол выводится соответствующее сооб-
щение.
Происходит повторная загрузка про-
граммы STARK ES, и появляется диало-
говое окно, в котором пользователь вы-
бирает тип заг ружаемых проектов. Выбор
завершается нажатием кнопки «ОК».
3.7 Предварительная оценка прочности колонн каркаса
Проверим упрощенным образом, достаточное ли сечение имеют колонны каркаса.
Выбираем пункты верхне! о меню: -^Фрагмент -^Элементы
-^-установить стержни. На экране останутся только стерж-
невые элементы.
Выбираем пункт бокового меню —^Материал: -^-устано-
вить.
В планке переключателей справа нажимаем на кнопку «YZ»
для перевода изображения в графическом окне в проекцию на
плоскость YOZ.
Используя переключатели |Вох| и [Krz], выделяем все колон-
ны нижнего яруса здания, не затрагивая балки.
1 9 В случае недостатка оперативной памяти компьютера при решении большеразмерной задачи (обычно более
300 тыс. неизвестных) модель следует разделить на ряд подконструкций, используя функции ручного или авто-
матического деления на подконструкции в меню -^Редактировать —*Подконструкции.
Выбираем пункт верхнего меню —^Комбинации, Задаем параметры комбинаций* 1 (табл.
3.3):
Таблица З.З111
№ комби- нации № наг жения
1 1 2 3 4 5 6 7 8
К-1 1 1 0.9 1 0.9 о112 0.9 0 0.9
К-2 1 1 0.9 1 0.9 0 0.9 0.9 0
К-3 1 1 0.9 1 0.9 0 0.9 0 -0.9
К-4 1 1 0.9 1 0.9 0 0.9 -0.9 0
Ввод комбинаций завершается нажатием кнопки «ОК».
В планке переключателей справа нажимаем на кнопку «3D» для перехода к трехмерному
изображению.
Выбираем пункты верхнего меню: -^Расчет -^Оценка прочности. В появившемся диало-
говом окне «Оценка прочности элементов» необходимо нажать кнопку «Добавить группу
стержней».
Задавать группы можно в табличном виде (для каждой строки в соответствующей колонке
задастся номер начального элемента списка, номер конечного элемента и шаг)113. Для удале-
ния строки из таблицы необходимо нажать кнопку «Удалить», а при нажатии кнопки «Очи-
стить» стираются все данные из таблицы.
Однако более удобным является графический ввод. В появившемся окне «Задание группы
элементов» нажимаем кнопку «Выбор в графике», и программа автоматически переклю-
чится на рабочее окно проекта.
Появится дополнительная планка переключателей. Для
г м
удобства ввода нажимаем кнопку
при отключенной
кнопке
Нажимаем кнопку «Отметить» в дополнительно ко-
мандной панели (поз. 10 на схеме окна графического
ввода).
Отметить
Отменить
Расчет
Новую комбинацию нафужений можно задать после нажатия кнопки «Новая».
1 При составлении комбинаций нагружений учтены коэффициенты сочетания временных нафузок согласно
СНиП 2.01.07-85*. Нагружение 3 в запас прочности считаем постоянным, несмотря на то, что помимо постоян-
ных нагрузок, в него входит и длительная нагрузка от массы перегородок.
Нагружение 5 (временная нагрузка па покрытие) не учитываем, поскольку в комбинацию входит большая по
величине снеговая нагрузка.
1 Элемент входит в группу, если его номер равен одному из первых двух чисел, или лежит в промежутке меж-
ду ними и отстоит от номера первого элемента на целое число шагов:
М- К/,
Nc=Hr,
Ne= Nf + iNs, где i - целое wNf<Nc< Nt.
Здесь Ne - номер элемента, Nf - номер первого элемента группы, N, - номер последнего элемента группы, N, -
шаг по элементам. При задании группы число троек нс ограничено
Затем при помощи рамки (переключатель [Вох|) выби-
раем все колонны по осям «В/1», «В/2», «В/5», «Б/2»,
«Б/5», «Б/6»114. Для удобства можно поворачивать изо-
бражение при помощи стрелок рядом с цифровой кла-
виатурой.
По окончании выбора нажимаем кнопку «Расчет».
ок
Таблица в диалоговом
окне «Задание группы
элементов» заполняется
автоматически
Для выхода 'нажимаем
кнопку «ОК».
Номера элементов в группе
Задание группы элементов
первый последний первый
15948 15955 1
16775 16783 1
16790 16845 1
16912 16922 1
Отменить
Выбор в
графике
Помощь
Удалить |
Очистить
При нажатии кнопки «Рассчитать (ЖБК)...» появляется окно «Размеры сечения». Задаем
следующие данные:
• форма колонны - прямоугольник;
• высота сечения h = 60 см;
• ширина сечения b = 40 см;
• схема армирования - равномерно распределенная по контуру A s, tot = 122.2 см2 (зада-
ем максимально возможное количество продольной арматуры колонн в виде 12
стержней 0 36 мм);
• норма проектирования - СП 52-101-2003;
• бетон — тяжелый класса В25;
• Gb=0.72"5;
• арматура класса А400;
• Gs = 0.8"6;
• толщина защитного слоя - 5 см.
14 При неправильном выборе можно нажать кнопку «Отменить» и отметить в рабочем окне ошибочно вы-
бранные элементы. Они будут удалены из списка.
1 Gb- произведение всех коэффициент ов условий работ ы бетона Здесь учтены коэффициенты уы=1, Тьз=О 9, а
также коэффициент продольного изгиба, приблизительно равный 0.8: G, = 1 0-0.9 0.8 = 0.72»
16 Gs - произведение коэффициентов условий работы арматуры. Здесь учтен коэффициент продольного изгиба,
равный 0.8.
Задание данных для расчета области прочности стержней
; прямоугольник
b |<0 0 см
h |б0 0 см
Г СНиП 2 03 01-84*
<• СП 52-101-2003
Бетон тяжелый
Класс |в25 ▼
Gb
Арматура
Класс | А40
Gs F5
ОК
Отменить
Схема армирования
| Равномерно распределенная по контуру
As.tot |122.20 см2
Защитный слой
h 5 00 см
После задания исходных данных нажимаем кнопку «ОК». Аналогично задаются остальные
группы. Но для колонн круглого сечения в области «Форма» выбирается тип сечения коль-
цо/круг с размерами г2 = 25 см; п = 0 см. Вместо толщины защитного слоя задается радиус
от центра сечения до центра тяжести арматуры (г = 20 см). Арматура равномерно распреде-
лена по контуру. Суммарная площадь арматуры для проверки As,tot = 122.2 см2 (12 0 36 мм),
что соответствует максимально возможному количеству продольной арматуры в колоннах.
После нажатия кнопки «Расчет» программа автоматически сохраняет всю введенную ин-
формацию и запускает задачу на расчет. По окончании выдастся сообщение «Расчет завер-
шен успешно», а на экран выводится цветовое изображение результатов расчета по прочно-
сти. При нажатии кнопки «Статистика по элементам» па экране выводится цветовая шкала
коэффициентов использования прочности 1 и количество элементов, соответствующих каж-
дому цвету 18. Если коэффициент использования прочности больше 1.0, следует увеличить
сечение элемента. * 118
Коэффициент использования прочности показывает, насколько нагружен элемент при данной комбинации
нагружений по отношению к своей несущей способности. Например, значение коэффициента 0.62 показывает,
что элемент нагружен на 62% своей несущей способности, а значение 1.29 - что элемент перегружен на 29% и
его необходимо усилить.
118 Для просмотра статистики кнопка ® должна быть отключена.
Статистика по элементам:
Оценка прочности элементов. Статистика
Номер комбинации
Максимальное значение
коэффициента прочности
в комбинации
09091
по всем комбинациям
0.9091
В нашем случае наибольшее значение коэффициента использования прочности составило
О 9091< 1.0. Следовательно, увеличивать размеры сечения колонн не требуется.
В том же случае, если необ-
ходимо увеличить сечение
каких-либо колонн, в верхнем
меню следует выбрать пункт
-^Редактировать -^Мате-
риалы -^-сечения ЖБК. В
окне редактора (поз. 8 на
схеме окна графического
ввода) следует задать номер
материала этих колонн, в
появившемся диалоговом ок-
не выбрать тип сечения и за-
дать его новые размеры.
Имена материалов
Ортотропный(пластины) | Бетон
Арматурный слой | Слоистый
3D-стержень Ребро Трос Изотропный
После этого можно выбрать
пункт бокового меню —^ре-
дактировать и проверить
характеристики материала
(модуль упругости, плотность
и др.). При необходимости
можно внести изменения.
Новый
Номер маг.
Ссылок 240
OK I Отмена
Затем статический расчет здания и предварительная оценка прочности колонн проводится
повторно с новыми размерами сечений элементов.
3.8 Оценка устойчивости каркаса
В верхнем меню выбираем пункт -^Расчет ->ОбщийХХ). В появившемся диалоговом окне
«Выбор типа расчета» задаем опцию «Устойчивость». Задаем число собственных значе-
ний, например, 3 "°. Поскольку для решения задачи на собственные значения применяется
метод итерации подпространства, необходимо задать точность расчета и предельное количе-
ство итераций. Можно оставить значения, заданные по умолчанию. После нажатия кнопки
«ОК» запускается расчет.
Выбираем пункты верхнего меню -^Результаты —^Графика. В появившемся диалоговом
окне выбираем пункт «Перемещения». В рабочем окне изображается форма потери устой-
чивости (при помощи линейки прокрутки можно выбрать номер формы и номер заданной
комбинации нагружений). В данном случае потеря устойчивости по первой форме обуслов-
лена потерей устойчивости диафрагмы по оси «Б» в уровне подвала здания. Вторая форма
сопровождается потерей общей устойчивости каркаса.
1-я форма потери устойчивости
2-я форма потери устойчивости
1 9 Расчет на устойчивость в данном случае можно выполнить без учета ветровой нагрузки. В этом случае ос-
тавляется одна комбинация нагружений, содержащая только вертикальные нагрузки.
1 Практический интерес, как правило, представляет 1-я форма потери устойчивости конструкции с наимень-
шей критической нагрузкой. Однако определение нескольких форм потери устойчивости позволяет получить
более полную информацию о распределении жесткостей в системе здания.
В окне редактора показывается величина критического
параметра нагрузки 21. Если она больше единицы, то ус-
тойчивость идеализированной линейно упругой модели
каркаса обеспечена.
Учитывая, что устойчивость конструкций реальных зда-
ний всегда будет меньше устойчивости такой модели, ве-
личина Рсг, согласно некоторым рекомендациям, нс
должна быть меньше двух.
{оэф-j Смет. | Framel Ver
3.9 Расчет на действие пульсационной составляющей ветровой нагрузки
3.9.1 Расчет на собственные колебания
Для анализа колебаний системы необходимо описать ее инерционные характеристики путем
задания динамических масс. Динамические массы от собственного веса несущих конструк-
ций генерируются автоматически, исходя из значений плотности Rho в описании материалов
элементов.
Закладка «Массы» позволяет задать комбинацию внешних нагрузок, из которых следует
сгенерировать динамические массы дополнительно к собственной массе элементов. Тогда
при расчете значения внешних нагрузок будут преобразованы с заданными пользователем
коэффициентами в массы.
В верхнем меню выбираем пункт -^Комбинации и закладку «Массы». Нажав кнопку «Но-
вая», задаем следующие коэффициенты для нагружений122. Ненулевые коэффициенты вво-
дим к нагружениям, содержащим гравитационные нагрузки (табл. 3.4).
Таблица 3.4
№ нагружения 1 2 3 4 5 6 7 8
Коэффициент о123 0.09124 0.1 0.09 о125 0.09 0 0
По окончании ввода нажимаем кнопку «ОК».
Выбираем последовательно пункты меню -^Расчет -ьОбщий. В появившемся диалоговом
окне в области «Вид расчета» выбираем опцию «Собственные колебания». Предваритель-
но задаемся числом собственных значений, на которые проводим расчет (например, 6). Зада-
ем предельное число итераций и требуемую точность расчета126.
Рекомендуется включать в диалоговом окне для задания параметров расчета опцию «Про-
верка по Штурму» (это диалоговое окно появляется после нажатия кнопки «Задание стан-
дартов»), которая определяет, корректно ли были определены собственные значения. Так
как поиск собственных значений проводится приближенным методом, то может возникнуть
ситуация, когда будет пропущено одно или несколько собственных значений. Проверка по
Штурму позволяет определить такую ситуацию.
Эта величина показывает, во сколько раз должна быть увеличена приложенная в данной комбинации нагру-
жений нагрузка, чтобы произошла потеря устойчивости равновесия модели.
Для корректного перевода нагрузки (веса) в массу нужно разделить значение веса на ускорение свободного
падения (9.81 м/с2). То есть, для перевода статической нагрузки в массу один к одному следует использовать
коэффициент комбинации, приближенно равный 0.1
Собственная масса элементов, автоматически рассчитанная исходя из плотности материала, на задаваемый
здесь коэффициент нс умножается. Поэтому значение коэффициента может быть любым
Значения собственной массы умножаются на соответствующий коэффициент сочетаний.
По примечанию к табл. 3 СНиП 2 01.07-85* в расчетах учитывается либо снеговая нагрузка, либо временная
нагрузка на кровлю. Интенсивность снеговой нагрузки больше, поэтому учитываем снеговую нагрузку (нагру-
жение 6).
При достижении заданной точности расчет прекращается. Если превышено предельное число итераций, а
требуемая точность не достигнута, процесс расчета также будет остановлен. При желании можно оставить па-
раметры, заданные по умолчанию
Запуск на расчет происходит после нажатия кнопки «ОК». Ход расчета отражается в соот-
ветсч вующсм диалоговом окне:
'femodel' Stru - MicroFe
СОБСТВЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ
Прервать|
Help |
---- Итерации подпространства
200 Максимальное количество итераций
Изменить
1е-005 Точность
Итерация 9
Актуальная точность 0 00106354
Разложение..
И1111111111111И
Кроме того, в отдельном окне выводится протокол расчета на собственные колебания.
Посмотреть результаты расчета на собственные формы можно после загрузки проекта в
STARK ES, выбрав пункты верхнего меню -^Результаты -^Графика. В появившемся диа-
логовом окне нужно выбрать пункт «Перемещения» и нажать кнопку «ОК».
В появившейся дополнительной планке переключателей
можно при помощи линейки прокрутки выбрать номер
рассматриваемой формы. При этом в окне редактора бу-
дут показаны соответствующие ей частоты W (круговая)
и f, а также период колебаний Т.
Масштаб изображения деформированной схемы можно
задать при помощи кнопки «Коэф.». Абсолютные вели-
чины перемещений, получаемые при расчете собствен-
ных форм, физического смысла не имеют.
Коэф.ПСист. Frame Ver
Iso I Fl I S I W
ГОГ Uy I Uz I Rx I Ry I Rz I
Rtot I Utot I
411 Форма 1 I ►
W = 4 984 рад/с
f = 0 7933 Гц
T= 1.261 c
В рабочем окне изображается деформированная схема модели по соответствующей форме:
Следует стремиться к тому, чтобы первые две формы колебаний не были крутящими (в дан-
ном случае такая форма — третья). Если это условие не выполняется, желательно принять
другую конструктивную схему здания (например, схему расположения диафрагм жесткости),
обладающую большей жесткостью па кручение.
3.9.2 Определение пульсационной составляющей ветровой нагрузки по
СНиП 2.01.07-85*
Выбираем последовательно пункты меню -^Расчет -^Конструктивный. В появившемся
диалоговом окне в области «Пульсации ветра» выбираем опцию «Нагрузки по СНиП
2.01.07-85* (пространственная модель). Затем нажимаем кнопку «ОК».
Определяем пульсационную составляющую ветровой нагрузки, действующей по направле-
нию оси Y.
В появившемся диалоговом окне «Расчет
пульсаций ветра» задаем следующие па-
127
раметры :
• Номер статического ветрового на-
гружения - 7;
• Тип расчета — собственные коле-
бания;
• р (Ro) по оси X = 21.4 • 0.4 = 8.6 м;
• p(Ro) ПО оси Y = 23.1 м;
• р (Ro) по оси Z = 23.1 м;
• % (Hi) по оси X = 40.2 м;
• % (Hi) по оси Y = 40.2 м;
• % (Hi) по оси Z = 21.4 м.
Нажимаем кнопку «Дополнительные ус-
ловия» и в появившемся диалоговом окне
задаем номер ветрового района (II), лога-
рифмический декремент колебаний (0.3) и
тип местности (В). Нажав кнопку «ОК»,
возвращаемся в основное диалоговое окно.
По этим данным будет автоматически рас-
считана величина коэффициента простран-
ственной корреляции пульсаций давления
v и предельное значение частоты собст-
венных колебании ft, определяющее коли-
чество учитываемых форм128.
Ввод завершается нажатием кнопки «ОК».
Значения точности определения инерционных сил и моментов можно оставить заданными по умолчанию.
1 8 Поскольку формы колебаний здания в пространстве с частотами ниже критической нс всегда совпадают с
расчетным направлением ветра, количество и номера учитываемых форм лучше задавать вручную после визу-
ального анализа форм колебаний
Затем нажимаем кнопку «Расчет». Результаты расчета записываются в виде узловых нагру-
зок в нагружения № 9, 10.
Аналогично рассчитывается пульсационная составляющая ветровой нагрузки в направлении
оси X129.
Выбираем последовательно пункты меню -^Расчет -^Конструктивный В появившемся
диалоговом окне в области «Пульсации ветра» выбираем опцию «Нагрузки по СНиП
2.01.07-85* (пространственная модель)».
В появившемся диалоговом окне «Расчет пульсаций ветра» задаем следующие параметры:
• Номер статического ветрового нагружения - 8;
• Тип расчета - собственные колебания;
• р (Ro) по оси X = 21.4;
• P(Ro) по оси Y = 23.1 • 0.4 = 9.93 м;
• р (Ro) по оси Z = 21.4 м;
• % (Hi) по оси X = 40.2 м;
• % (Hi) по оси Y = 40.2 м;
• х (Hi) по оси Z = 23.1 м.
Далее порядок действий такой же, как в предыдущем случае. Затем нажимаем кнопку «Рас-
чет». Результаты расчета записываются в виде узловых нагрузок в нагружения № 11, 12.
3.9.3 Контроль ускорений колебаний при действии пульсационной составляющей вет-
ровой нагрузки по рекомендациям ЦНИИСК
Контроль ускорений колебаний при действии пульсационной составляющей ветровой на-
грузки требуется выполнять при проектировании высотных (высотой более 75 м) зданий.
Рассматриваемое здание не относится к классу высотных, однако покажем, как выполняется
этот расчет.
Последовательно выбираем пункты меню -^Расчет -^Конструктивный. В появившемся
диалоговом окне в области «По рекомендациям ЦНИИСК» выбираем опцию «Предельная
частота» и нажимаем кнопку «ОК».
Опять появляется диалоговое окно «Расчет ветровых нагрузок». Задаем следующие исход-
ные данные:
• Номер статического нагружения - 7 (ветер вдоль глобальной оси Y);
• Ветровой район - II;
• Дополнительный коэффициент надежности - I (все данные соответствуют СНиП
2.01.07-85*);
• Высота начала координат относительно земли - 0 м;
• Размерность расчетной системы - пространственная;
• Тип сооружения - общего типа;
• Точность расчета — 0.01 (оставляем значение заданное по умолчанию).
После нажатия кнопки «Дополнительные условия» задастся декремент затухания и тип ме-
стности, как при расчете по СНиП. Затем нажимаем кнопку «Расчет». После этого на экран
выводится значение предельной частоты:
До окончания расчета ветровых пульсационных нагрузок но всем направлениям сохранять проект не следу-
ет, поскольку в противном случае придется проводить заново расчет на собственные колебания
Предельная собственная частота = О 707725
Аналогично вычисляется предельная частота при действии ветровой нагрузки по оси X (на-
гружение 8) 13°.
Выбираем последовательно пункты меню -^Расчет -^Конструктивный. В появившемся
диалоговом окне в области «По рекомендациям ЦНИИСК» выбираем опцию «Перемеще-
ния и усилия» и нажимаем кнопку «ОК».
Опять появляется диалоговое окно «Расчет ветровых нагрузок». Задаем следующие исход-
ные данные:
• Ветровой район - II;
• Номер статического нагружения - 9 (ветер вдоль глобальной оси Y);
• Количество учитываемых форм - 2;
• Дополнительный коэффициент надежности - 1 (все данные соответствуют СНиП
2.01.07-85*);
• Высота начала координат относительно земли - 0 м;
• Размерность расчетной системы - пространственная;
• Тип сооружения - общего типа.
Ставим кружок в поле «динамическая добавка»131. Все прочие данные можно оставить та-
кими же, что и по умолчанию. Затем нажимаем кнопку «Расчет».
Посмотреть результаты расчета можно при помощи команд верхнего меню -^Результаты
-^Графика. Далее выбирается нужный тип результатов («Перемещения», «Усилия в
стержнях» и т.д.).
При просмотре перемещений в дополнительной планке переключателей (поз. 10 на схеме
окна графического ввода) нажимаем кнопку «Utot» (просмотр полных перемещений) В ра-
бочем окне изображается исходная и деформированная схема здания по каждой форме (но-
мер формы выбирается при помощи линейки прокрутки на той же планке переключате-
лей1 “), на которых желтым и красным кружком отмечается узел с максимальным абсолют-
ным перемещением. Внизу в информационном окне (поз. 3 на схеме окна графического вво-
да) выводится абсолютная величина максимального перемещения и номер этого узла.
Этот расчет является оценочным. Необходимо, чтобы как минимум все формы с частотами меньше предель-
ной учитывались при расчете
При расчете конструкций здания по первой группе предельных состояний усилия в них при действии пуль-
сационной составляющей ветровой нагрузки должны определяться с использованием опции «Полная динами-
ческая реакция».
Помимо вывода результатов по отдельным формам колебаний, вывод осуществляется по двум комбинациям
форм: сложение форм по «СНиП-методу» и по «CQC-методу». Результирующие усилия при расчете но «СНиП-
методу» определяются по формулам
I
а при расчетах по «CQC-методу» - по формулам
Здесь S - результирующее усилие, - усилие для /-го нагружения (формы), д - коэффициент корреляции
/-го иj-го нагружений (форм).
Выбираем пункт бокового меню -^Таблицы.
пункт «Ускорения».
В планке переключателей справа нажимаем
на кнопку XZ для перевода изображения в
графическом окне в проекцию на плоскость
XOZ.
Появляется дополнительная планка пере-
ключателей. На ней нажимаем кнопку «От-
метить» и при помощи рамки (переключа-
тель [Box]) выбираем нужные узлы (напри-
мер, все узлы перекрытия верхнего жилого
этажа), где должно контролироваться усло-
вие комфортности пребывания людей.
Затем нажимаем кнопку «Вывести».
В появившемся диалоговом окне выбираем
форму вывода (в Word или во Viewer) и ста-
вим кружок в поле «Отмеченное в графиче-
ском окне».
Затем нажимаем кнопку «ОК».
В таблице будут выведены ускорения для
отмеченного узла/узлов по всем формам и
суммарные, рассчитанные по «СНиП-
методу» и «CQC-методу».
В конце таблицы будет выведено максималь-
ное значение ускорения от расчетной ветро-
вой на1рузки. С предельно допустимым
должно сравниваться значение ускорения,
полученное при коэффициенте надежности
по нагрузке yf < 1 (согласно МГСН 4.19-
2005 yf = 0.7, поэтому полученное значение
должно быть умножено на коэффициент
0.771.4=0.5).
В появившемся диалоговом окне выбираем
3.10 Расчет на сейсмические воздействия линейно-спектральным методом
3.10.1 Расчет на собственные колебания
Расчет на сейсмические воздействия ведется на особое сочетание нагрузок в соответствии со
СНиП 11-7-81*. Поэтому необходимо исправить коэффициенты, с которыми вертикальные
статические нагрузки будут преобразованы в динамические массы.
В верхнем меню выбираем пункт -^Комбинации и закладку «Массы». Задаем следующие
коэффициенты для нагружений (табл. 3.5).
Таблица 3.5
№ нагружения 1 2 3 4 5 6 7 8 9- 12
Коэффициент 0'34 0.05135 0.09 0.05 0 0.05 0 0 0
Для корректного перевода нагрузки (веса) в массу нужно разделить значение веса на ускорение свободного
падения (9.81 м/с ). То есть для перевода статической нагрузки в массу один к одному следует использовать ко-
эффициент комбинации, приближенно равный 0.1.
1 4 Собственная масса элементов, автоматически рассчитанная исходя из плотности материала, на задаваемый
здесь коэффициент не умножается. При необходимости учета коэффициента сочетания 0.9 для постоянных на-
грузок, на него нужно умножить плотность материалов.
По окончании ввода нажимаем кнопку «ОК».
Выбираем последовательно пункты верхнего меню -^Расчет —>Общий. В появившемся
диалоговом окне в области «Вид расчета» выбираем опцию «Собственные колебания».
Предварительно задаемся числом собственных значений, на которые проводим расчет (на-
пример, 20). Задаем предельное число итераций и требуемую точность расчета 56. После на-
жатия кнопки «ОК» программа автоматически запускается на расчет. После успешного за-
вершения расчета вновь открывается основное окно программы и загружается рассчитанный
проект.
3.10.2 Определение сейсмических нагрузок от поступательных воздействий
Будем рассматривать три наиболее неблагоприятных направления поступательного сейсми-
ческого воздействия - два ортогональных направления, соответствующие ориентации пер-
вых двух форм собственных колебаний каркаса, а также направление, при котором реализу-
ется максимум динамической реакции конструкций здания при учете всех определенных
собственных форм (далее - «наихудшее направление»). Определим ориентацию этих на-
правлений, а также выявим тс формы, которые следует учитывать при расчете сейсмических
нагрузок по этим направлениям воздействия.
Выбираем последовательно пункты верхнего меню -^Расчет -^Конструктивный. В поя-
вившемся диалоговом окне в области «Определение опасного направления» выбираем оп-
цию «Поступательного воздействия» и нажимаем кнопку «ОК».
ОК
Отменить
Опасное направление
fit р Рассчитать (оценить)
Вывести во Viewer
(просмотреть)
Р оценить факторы участия
Г учитывать спектр ответа
В появившемся диалоговом окне ставим галочку в поле «Рассчитать/оценить» и в поле
«оценить факторы участия» и нажимаем кнопку «ОК».
В протоколе расчета в программе Viewer выводятся:
- характеристики системы:
Элементы Узлы Нагружения Собств.формы Консистентность масс
16922 15086 11 20 да
- наиболее опасное направление сейсмического воздействия по результатам решения
оптимизационной задачи:
-НАИХУДШЕЕ НАПРАВЛЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
-ДЛЯ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
-(ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РЕШЕНИЯ ОПТИМИЗАЦИОННОЙ ЗАДАЧИ)
Количество Угол Угол
собств.форм с осью ОХ с плоскостью XOY
20 25 053 89.488
1 Значения собственной массы умножаются на соответствующий коэффициент сочетаний (см п. 2.1 СНиП II-
7-81*).
6 При достижении заданной точности расчет прекращается. Если превышено предельное число итераций, а
требуемая точность не достигнута, процесс расчета также будет остановлен. При желании можно оставить па-
раметры, заданные но умолчанию.
- таблица направляющих косинусов, показывающих ориентацию собственных форм
колебаний (табл. 3.6):
-НАПРАВЛЯЮЩИЕ КОСИНУСЫ (ОРИЕНТАЦИЯ) ФОРМ
-ДЛЯ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
Таблица 3.6
Направление Форма О) С OY OZ
1 Форма 1 0.961 0.276 0.001
2 Форма 2 -0273 0.962 0.012
3 Форма 3 0.367 0.929 0.040
4 Форма 4 0.988 0149 0 046
5 Форма 5 0005 -0 039 0 999
6 Форма 6 -0.222 0.899 0.377
7 Форма 7 -0.269 0908 -0 320
8 Форма 8 0.234 0 900 -0.368
9 Форма 9 0.107 -0.702 -0.705
10 Форма 10 0.049 -0.065 -0.997
11 Форма 11 -0.143 0.158 -0.977
12 Форма 12 -0.8 189 0.326 0.322
13 Форма 13 0.864 0.348 -0.364
14 Форма 14 0.723 0 406 -0.559
15 Форма 15 0.572 0.359 -0.738
16 Форма 16 0.1 87 0.181 -0.965
17 Форма 17 -0.547 -0.239 0 802
1 8 Форма 18 0.8 83 -0.161 0.440
19 Форма 19 0.652 -0.144 0.744
20 Форма 20 0.221 0.214 -0.951
- факторы участия13 каждой формы по каждому из направлений, указанных в табл.
3.6. Наиболее опасное направление по сумме факторов участия помечается как «bad dir» # .
В данном случае наиболее опасное направление воздействия практически совпадает с гло-
бальной осью OZ.
При действии сейсмической нагрузки по направлению 1-й формы колебаний (направление 1
в табл. 3.6) наиболее существенный вклад (по величинам факторов участия) вносят формы 1
и 4 (табл. 3.7).
Таблица 3.7
Номер Номер Период Фактор участия
направления формы i |сек] |%|
1 1 1.2200 64.35
2 1 0390 0 00
3 0.7810 0.63
4 0.2740 13.16
5 0 2300 0.00
6 02110 0.01
7 0.2060 0.00
8 0.2000 0.49
9 0 1890 001
10 0.1710 0.01
11 0.1570 0.00
Фактор участия в % для собственной формы равен доле массы системы, приходящейся на эту форму собст-
венных колебаний для некоторого направления воздействия, умноженной на 100.
12 0 1420 0.07
13 0 1400 0.07
14 01400 0.10
15 0 1390 0 03
16 0.1380 0.00
17 0.1370 0.01
18 0.1360 0.38
19 0.1360 0.06
20 0 1350 0.00
Сумма= 79.38
При расчете сейсмических нагрузок по этому направлению воздействия будем учитывать две
формы колебаний - 1-ю и 4-ю138.
При действии сейсмической нагрузки по направлению второй формы колебаний (направле-
ние 2 в табл. 3.6) наиболее существенный вклад вносят формы 2, 6 и 7 (табл 3.8).
Таблица 3.8
Номер Номер Период Фактор участия
направления формы । [сек] |%|
2 1 1.2200 000
2 1.0390 63.49
3 0.7810 1.07
4 0.2740 0.21
5 0.2300 0.06
6 02110 8.72
7 0 2060 3.92
8 0 2000 1.38
9 0 1890 0.58
10 0.1710 0.06
11 0.1570 0.02
12 0.1420 0.04
13 0.1400 0.00
14 0 1400 001
15 0 1390 000
16 0.1380 0.00
17 0 1370 0 00
18 0.1360 0.09
19 0.1360 0.02
20 0.1350 0.00
Сумма= 79.67
При наихудшем направлении воздействия около 90% от общего вклада вносят формы 5-я и
10=я (табл. 3.9).
138 Указанные четыре формы обеспечивают 77.51% учтенных модальных масс по данному направлению коле-
баний. Некоторые рекомендации и зарубежные нормы проектирования указывают, что при расчете динамиче-
ской реакции по каждому из горизонтальных направлений сейсмического воздействия должно быть рассмотре-
но столько форм колебаний, чтобы было учтено не менее 90% масс, а по вертикальному направлению - не ме-
нее 75% масс. Для повышения суммы модальных масс следует определять большее число форм при расчете па
собственные колебания. В рассматриваемом примере в этом нет необходимости.
Таблица 3.9
Номер Номер Период Фактор участия
направления формы [сек] |%|
# bad dir 1 1.2200 0.00
2 1.0390 0 02
3 0.7810 0.00
4 0.2740 0.03
5 0.2300 80 60
6 0.2110 1.47
7 0.2060 0.44
8 0.2000 0.29
9 0.1890 0.57
10 0.1710 122
11 0.1570 0.48
12 0.1420 0.01
13 0.1400 001
14 0.1400 0 05
15 0.1390 0 04
16 0.1380 0 03
17 0.1370 0.01
18 0.1360 0.12
19 0.1360 0.10
20 0.1350 0.01
Сумма = 91.50
Выбираем последовательно пункты верхнего меню —^Расчет -^Конструктивный. В поя-
вившемся диалоговом окне в области «Нагрузки для заданных спектров ответа» выбираем
опцию «Поступательное воздействие» и нажимаем кнопку «ОК».
Появляется диалоговое окно «Характеристики сейсмического расчета», в котором зада-
ются исходные данные для сейсмического воздействия по первому из рассматриваемых на-
правлений.
В области «Файлы характеристик» ставим кружок в окне «Загрузка стандартов». После
этого программа автоматически запросит путь и имя, содержащего данные о спектре. В диа-
логовом окне задаем путь к файлу *139\STARK\Lastbild\SNA\SNiP_I,ll.sna, содержащему дан-
ные о стандартной (принятой в СНиП П-7-81*) кривой коэффициента динамичности, и на-
жимаем кнопку «Открыть». После этого загружается стандартная кривая для грунтов I, II
категории. Автоматически заполняются все данные в области «Спектры», а кривая изобра-
жается графически в соответствующем окне.
В области «Побуждения»:
• Количество побуждений (направлении сейсмического воздействия) - I140;
• Номер побуждения - I;
• Амплитуда141 = 0.561 м/с2;
Вместо звездочки указывается имя диска и при необходимости имя директории, в которой установлена про-
грамма STARK ES.
140 Можно задавать сразу несколько направлений сейсмического воздействия, но для контроля созданных на-
гружений желательно выходить из данного пункта расчета после ввода данных для каждою направления, а по
окончании расчета и после проверки расчетных нагрузок запускать данный пункт меню повторно.
4 В поле «Амплитуда» записывается величина максимального расчетного ускорения Id.
• Количество исследуемых собственных значении - 10 (любая цифра нс менее 4 и нс
более 20);
• Ставим галочку в поле «Задать формы» и перечисляем через запятую номера опас-
ных форм: 1, 4 (см. табл. 3.7);
• Помер спектра - 1.
В области «Направление сейсм. воздействия» ставим кружок в окне «Задать направляю-
щими косинусами» и задаем величины косинусов: 0.961, 0.276, 0.001 (направление 1-й
формы колебаний, см. табл. 3.6).
Характеристики сейсмического расчёта
Спектры
Количество спектров Р
Номер текущего спектра 1 _±|
Имя Soil categoty 1 2
<• Задание по точкам
С Аналитическое задание
Количество интервалов 22
1 it: ри иды и устарении
Период [с] Чскор[м/сГ2] ж
1 0 1
2 0.1 2.5
3 0.4 2.5
4 0.6 2 04124
5 0.8 1.76777 ▼ 1
Побуждения
Количество побуждений
Номер тек. побуждения
Амплитуда
Количество исследуемых
собственных значений
Номер спектра
Задать формы р" |1 4
Направление сейсм. воздействия
С Задать углами
<• Задать направляющими косинусами
Направляющие косинусы воздействия
0 961 |02?6 0 001
Точности сейсмических нагрузок.
Файлы характеристик
С Загрузка из проекта
(• Загрузка стандартов
Чтение
График
Отменить
Запись
После ввода всех исходных данных нажимаем кнопку «Расчет».
В результате будут сгенерированы узловые нагрузки и записаны в нагружения № 13, 14.
При расчете ио СНиП П-7-81* и СП 31-114-2004 = gJ/,(B)/CI Кv , где: g =9.81 м/с2 - ускорение сво-
бодного падения; А - коэффициент, принимаемый в зависимости от расчетной сейсмичности (балльности)
площадки строительства; %t(B) = ес(В-25) < 1.0, где а зависит от категории грунтов {а = -8*Ю'4 - для грун-
тов 1 категории, а = -4,8*103 для грунтов 11 категории, а = -1,2* 10 2 для грунтов 111 категории), В - меньший
размер сооружения в плане, м; К\ - коэффициент, принимаемый по табл 3 СНиП П-7-81*; - коэффициент,
принимаемый по табл. 6 СНиП 11-7-81 *.
При расчете высотных зданий в соответствии с МГСН 4.19-2005 / r = g-1 • гдеg =9.81 м/с2 - ускорение сво-
бодного падения; / - интенсивность воздействия, определяемая согласно п. 5.2.6 МГСН; К\ - коэффициент,
принимаемый согласно п 5.2 11 МГСН Кроме того, следует использовать кривую коэффициента динамично-
сти согласно п 5.2.7 МГСН
Аналогично описывается сейсмическое воздействие по двум другим расчетным направлени-
ям142. При этом сразу запрашивается путь к стандартному файлу, содержащему зависимость
для коэффициента динамичности из СНиП 11-7-81* (эти файлы хранятся в директории
STARK\Lastbild\SNA\*.sna). Все данные остаются прежними, но изменяются направляющие
косинусы и номера задаваемых форм.
При расчете по направлению 2-й формы колебаний:
• Направляющие косинусы -0,273, 0.962, 0.012 (см. табл. 3.6);
• Номера форм - 2, 6, 7 (см. табл. 3.8).
После ввода всех исходных данных нажимаем кнопку «Расчет», и сгенерированные в ре-
зультате узловые нагрузки будут записаны в нагружения № 15, 16, 17.
При расчете по наихудшему направлению (задаем углами):
• В области «Направление сейсм. воздействия» ставим кружок в окне «Задать угла-
ми» и задаем: угол с осью ОХ = 25.053, угол с плоскостью XOY = 89.488;
• Номера форм - 5, 10 (см. табл. 3.9).
Все прочие данные остаются прежними 43.
Узловые нагрузки будут записаны в нагружения № 18, 19.
3.10.3 Определение учитываемых форм при вращательном сейсмическом воздействии
Выбираем последовательно пункты верхнего меню -^Расчет —^Конструктивный. В поя-
вившемся диалоговом окне в области «Оценка вклада форм» выбираем опцию «При вра-
щательном воздействии» и нажимаем кнопку «ОК».
Автоматически запрашивается путь к путь к стандартному файлу, содержащему зависимость
для коэффициента динамичности из СНиП П-7-81* (эти файлы хранятся в директории
STARK\Lastbild\SNA\*.sna). Затем появляется диалоговое окно «Характеристики сейсми-
ческо! о расчета», такое же, как и при расчете нагрузок для заданных спектров ответа. * 4
До задания сейсмических нагрузок по всем направлениям воздействия проект сохранять не следует, по-
скольку в противном случае придется заново проводить расчет собственных форм колебаний
4 Если используемый нормативный документ определяет для вертикального сейсмического воздействия дан-
ные, отличные от горизонтального воздействия, то следует внести соответствующие корректировки.
Расчетные параметры:
В области «Побуждения»:
• Количество побуждений (направлений сейсмического воздействия) - I144;
• Номер побуждения - 1;
• Амплитуда145 = 0.029 рад/с2;
• Количество исследуемых собственных значений - 20;
• Номер спектра - 1.
В области «Направление сейсм. воздействия» ставим кружок в окне «Задать направляю-
щими косинусами» и задаем: 0, 0, 1 (рассматриваем поворот основания вокруг вертикаль-
ной оси).
Затем нажимаем кнопку «Расчет».
В результате выводится таблица факторов участия каждой формы (табл. 3.10).
44 Можно задавать сразу несколько направлений сейсмическою воздействия, но для контроля созданных на-
гружений желательно выходить из данного пункта расчета после ввода данных для каждого направления, а по
окончании расчета и после проверки расчетных нагрузок запускать данный пункт меню повторно.
145 При расчете по СНиП П-7-81* и СП 31-114-2004 в поле «Амплитуда» записывается величина
и> = g • А • % (В) • Kv • Ж [рад/с ], где #==9.81 м/с2 - ускорение свободного падения; А - коэффициент, при-
нимаемыи в зависимости от расчетной сейсмичности (балльности) площадки строительства; ^,(#)= е
где b зависит от категории грунтов (Ь = -7.2*103 - для грунтов I категории, b = --1,0*10 2 для трунтов II катего-
рии, b = -1,6*10 для грунтов III категории), В - меньший размер сооружения в плане, м, при #<25i
/ (В) = 0,04#; К] - коэффициент, принимаемый по табл. 3 СНиП; Ку - коэффициент, принимаемый по табл. 6
СНиП; W - величина, принимаемая равной 0.02, 0.06 и 0.09 м 1 для грунтов I, II и III категории соответствен-
но.
-ФАКТОРЫ УЧАСТИЯ (ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ)
Таблица 3.10
Номер Номер Период Фактор участия Фактор участия
нагружения воздействия [сек] |%| с ускорением [%|
13 4 1.2200 0.11 ООО
14 4 1.0390 0.29 0.01
15 4 0.7810 15.47 0.59
16 4 0.2740 0.04 0.00
17 4 0.2300 0.01 0.00
18 4 02110 0 04 0.00
19 4 0.2060 0 64 0.03
20 4 0.2000 2 73 0.14
21 4 0.1890 0.00 0 00
22 4 0.1710 0.01 0.00
23 4 0.1570 0.01 0.00
24 4 0.1420 0.01 0.00
25 4 0.1400 0.00 0.00
26 4 0.1400 0.00 0.00
27 4 0.1390 0.00 0.00
28 4 0.1380 0.00 0.00
29 4 0.1370 0.00 0.00
30 4 0.1360 0 00 0.00
31 4 0.1360 0.00 0.00
32 4 0.1350 0.00 0.00
———————————————————————————————
Сумма = ; 19.38 0.79
Как видно из табл. 3.10, при вращательном воздействии наибольший вклад вносят 3-я и 8-я
формы колебаний.
3.10.4 Определение сейсмических нагрузок от вращательных воздействий
Выбираем последовательно пункты верхнего меню —^Расчет —^Конструктивный. В поя-
вившемся диалоговом окне в области «Нагрузки для заданных спектров ответа» выбираем
опцию «Вращательное воздействие» и нажимаем кнопку «ОК». Появляется диалоговое ок-
но «Характеристики сейсмического расчета», в котором задаются исходные данные для
вращательного сейсмического воздействия. Предварительно запрашивается путь к файлу,
содержащему стандартную кривую динамичности (см. выше).
Данные задаются так же, как описано выше. Дополнительно задаются:
В области «Побуждения»:
Количество побуждении (направлений сейсмического воздействия) - 1;
Номер побуждения - 1;
Амплитуда146 = 0.029 рад/с ;
146 При расчете по СНиП П-7-81* и СП 31-114-2004 в поле «Амплитуда» записывается величина
w = g - А • К ’W [рад/с2], где g=9.81 м/с2 - ускорение свободного падения; А - коэффициент, при-
нимаемый в зависимости от расчетной сейсмичности (балльности) площадки строительства; % (В)= е (Я-25)?
где b зависит от категории грунтов (Ь = -7.2*103 - для грунтов I категории, h = -1,0*10 для грунтов II катего-
рии, b = -1,6*10 для грунтов III катеюрии), В - меньший размер сооружения в плане, м, при Д<251
% (В) = 0 04В; К| - коэффициент, принимаемый по табл. 3 СНиП; - коэффициент, принимаемый по табл 6
Количество исследуемых собственных значений - 10;
Ставим галочку в поле «Задать формы» и задаем номера форм - 3, 8;
В области «Центр вращения» нажимаем кнопку «Рассчитать». В этом случае про-
грамма автоматически определит координаты X и Y геометрического центра всех уз-
лов модели. Величина координаты Z центра вращения при рассматриваемом направ-
лении воздействия значения не имеет (в общем случае здесь задается уровень основа-
ния сооружения относительно нулевой отметки ГСК).
После ввода всех исходных данных нажимаем кнопку «Расчет». В результате будут сгене-
рированы узловые нагрузки и записаны в нагружения № 20, 21.
3.11 Линейный статический расчет на основное и особое сочетание нагрузок
При нажатой кнопке
выбираем пункты верхнего меню: —^Фрагмент —^Плоскость
-^-установить. В рабочем окне щелчком мыши указываем на любые три узла, расположен-
ные в плоскости фундаментной плиты, но не лежащие на одной прямой.
Выбираем пункт бокового меню -+Назад и нажи-
маем кнопку «XY» для перевода изображения в
проекцию на плоскость XOY.
Выбираем пункты верхнего меню: -^Редактировать
-^Упругое основание -^-устано-
вить.
В дополнительной планке переключателей выбираем кнопку «Е, nue, hl» (задание упругого
основания через модуль деформации, коэффициент Пуассона и величину сжимаемой толщи
СНиП; W - величина, принимаемая равной 0.02, 0.06 и 0.09 м’1 для грунтов I, II и III категории соответствен-
но.
грунта), нажимаем кнопку «Новое основание» и задаем в окне редактора величины пара-
метров основания, соответствующих статическому нагружению:
Е= 12000 кН/м2;
v = 0.33;
hl =7.2 м.
При помощи рамки (при нажатом переключателе [Box]) выбираем все изображенные на эк-
ране элементы. Им всем присваивается упругое основание № 3.
Выбираем пункты верхнего меню: —^Фрагмент —+KNFL -^-удалить. В рабочем окне
щелчком мыши указываем на любой элемент, принадлежащий законтурным элементам
основания.
Выбираем пункты верхнего меню:
—* Редактировать -^Упругое основание
—^-установить.
На дополнительной планке переключателей
нажимаем кнопку «Новое основание». Щелкаем
левой кнопкой мыши в окне редактора и задаем
следующие параметры:
Е = 16000 кН/м2;
v = 0.33;
hl = 7.2 м.
Затем при помощи рамки выбираем область
фундаментной плиты (все видимые элементы).
Всем им присваивается упругое основание №4.
Выбираем пункты верхнего меню: -^Расчет -^Общий. На вопрос «Сохранить все изменен-
ные проекты?» отвечаем утвердительно347. В появившемся диалоговом окне в области «Вид
расчета» выбираем опцию «Статический расчет». Запуск на расчет производится нажати-
ем кнопки «ОК».
Если расчет завершен успешно, о чем указывается в протоколе расчета в программе Viewer,
происходит загрузка программы STARK ES и открывается рассчитанный проект. После это-
го для каждой из описанных пользователем комбинации нагружений можно просмотреть ин-
тересующие результаты статического расчета (деформированная схема модели, значения пе-
ремещений, усилий, напряжений, опорных реакций, невязок и погрешностей вычисления
усилий) в графической форме в рабочем окне или вывести их в табличном виде.
Например, для вывода вертикальных давлений фундаментной плиты здания на грунт основа-
ния в видимый фрагмент модели следует установить фундаментную плиту (как это делается,
описано в начале этого раздела), выбрать пункт меню -^Результаты —^Графика и в поя-
вившемся диалоговом окне в области «Реакции в опорах» выбрать пункт «Плоскостные».
Затем в дополнительной планке
переключателей следует нажать кнопку
«Az» (вертикальные реакции) и указать
способ вывода результатов (например, с
помощью изополей, что соответствует
нажатой кнопке «F1»).
| Система | Основ.
Ах | Ау || Az Мх| Му| Mz
W | Iso || Fl S
◄ Комбинация 1 ►
14 На замечания, которые выдает программа в процессе сохранения, отвечаем «Да»
В рабочем окне программы отобразится
картина распределения вертикальных
давлений на грунт основания, а в строке
информации выводятся значения давления
(экстремальные или в указанном пользова-
телем узле).
Размерность давлений — кПа (кН/м ).
3.12 Расчет армирования колонн
3.12.1 Определение расчетных сочетаний усилий
Выбираем пункты верхнего меню: —^Фрагмент —> Элементы
-^-установить стержни. На экране останутся только стерж-
невые элементы.
Выбираем пункт бокового меню —^Материал: -^-устано-
вить.
В планке переключателей справа нажимаем на кнопку «YZ»
для перевода изображения в графическом окне в проекцию на
плоскость YOZ.
Используя переключатели [Box] и ]Krz], выделяем все колон-
ны нижнего яруса здания, не затрагивая балки.
Выбираем пункты верхнего меню: -^Расчет -^Конструктивный. В появившемся диалого-
вом окне в разделе «Расчетные сочетания усилий» выбираем опции «По СНиП» и «В се-
чениях стержней». Затем нажимаем кнопку «ОК».
В появившемся диалоговом окне «Определение расчетных сочетаний усилий» задаются
параметры для расчета РСУ148.
В области “Вывести в...” задастся форма вывода результатов расчета. В зависимости от то-
го, какая опция была установлена в данной области, по окончании расчета либо выводится
протокол расчета РСУ во Viewer или MS Word, либо создастся текстовый файл формата CSV,
который можно прочитать, например, из программы MS Excel.
Нажимаем кнопку «Стандарты» и заполняем диалоговое окно «Критерии выбора РСУ»,
как показано на рисунке:
Критерии выбора РСУ
Выбор по группе усилий:
Nr
(для балок)
Вывод результатов
С Вывод расчетных значений РСУ
- Вывод расчетных и нормативных
значений РСУ
(5 Вывод только расчетных полных
значений РСУ
Вывод результатов (для балок)
С С информацией об элементе
(• Без информации об элементе
Знаки усилий от квазистатики
(сейсмика и пульсации ветра)
С Все положительные
По знаку одной формы,
f дающей максимальный
вклад
в По знаку форм, дающих
максимальный вклад
Знак динамического ветра
Г Все положительные
в По знаку форм, дающих
максимальный вклад
р- Задание коэффициентов
сочетаний по умолчанию
ОК
Отменить
Помощь
Для нагружений задаются следующие исходные данные:
• тип нагружения: постоянное, длительное, кратковременное, особое. Если в этом поле бу-
дет указано «не использовать», то данное нагружение не будет учитываться при генера-
ции возможных комбинаций. Классификация нагружений дана согласно СНиП 2.01.07-
85*, п. 1.4;
• источник нагружения (только для кратковременных и особых нагружений): снеговое, вет-
ровое, дин. ветер, крановое, температурное, сейсмическое. Для нагружений остальных
типов указывается «прочее». Тип «дин. ветер» следует указывать в том случае, если был
проведен расчет на динамический ветер по методике ЦНИИСК и для тех нагружений, ко-
торые были указаны при этом расчете в качестве статической составляющей ветра. Для
таких нагружений при расчете РСУ будет высчитываться добавка от пульсаций ветра на
основе результатов расчета на динамический ветер. Пульсации ветра также определяются
автоматически для нагружений типа «ветровое». Этот тип в поле «источник нагруже-
ния» пользователь не может установить самостоятельно;
• группа крана (для крановых нагружений) - служит для определения коэффициентов на-
дежности и длительности по кнопке “Определить Кн и Кд”. В нашем случае это поле нс
заполняется;
• знакоперемснность нагрузки (для временных и особых нагружений);
• Кн - коэффициент надежности по нагрузке уг;
48 В поле “Проект” выводится имя проекта и, если определяются РСУ для стержней, информация о типе
стержней в системе (2D или 3D).
• Кд - коэффициент длительности нагружения (для кратковременных нагружений). Этот
коэффициент равен доле длительной части в полном значении нагрузки14 . Коэффициен-
ты Кн и Кд могут быть определены автоматически, если был задан источник нагрузки.
Для этого нужно нажать кнопку «Определить Кн и Кд».
В нашем случае (табл. 3.11):
Таблица 3.11
Номер нагру- жения Номер вКЭ модели Тип нагруже- ния Источник Группа крана Знакопе- ременное Кн Кд
1 1 Постоянное — — - 1.1
2 2 Кратковременное прочее — — 1.2 0.35
3 3 Постоянное — - 1.2 -
4 4 Кратковременное прочее — — 1.3 0.2
5 5 Кратковременное прочее — — 1.3 0
6 6 Кратковременное снеговое — — 1.43 0.5
7 7, 9-10 Кратковременное ветровое ьо — +151 1.4 0
8 8, 11-12 Кратковременное ветровое — + 1.4 0
9 13-14 Особое сейсмическое — 1 0
10 15-17 Особое сейсмическое - 1 0
11 18-19 Особое сейсмическое - 1 0
12 20-21 Особое сейсмическое — -ф- 1 0
Примечание. Следует помнить о том, что при описании КЭ-модели нужно вводить рас-
четные значения нагрузок. Значения усилий от нормативных нагрузок будут определяться
при расчете РСУ путем деления усилий, полученных в результате статического расчета, на
заданный в этом диалоге коэффициент надежности по нагрузке Кн.
Для задания в РСУ пульсационной составляющей ветровой нагрузки и сейсмических нагру-
зок используется кнопка «Ветровые и сейсмические нагружения». Она вызывает окно
«Сейсмические нагружения и пульсация ветра».
В таблицах «Сейсмические нагружения» и «Ветровые нагружения» следует задать:
• номер нагружения, соответствующего первой форме колебаний (колонка «Номер 1-
ой формы»);
• число форм, на которые был произведен расчет (колонка «Число форм») - оно соот-
ветствует числу нагружений, которые добавились после расчета на сейсмику или ве-
тер по одному направлению;
• метод определения результирующего усилия (колонка «Метод») - здесь нужно зада-
вать «1» для метода сложения «СНиП», «2» для метода сложения «CQC» 52 и «3» для
расчетов на сейсмику по нормам Узбекистана;
При большом количестве временных нагрузок расчет РСУ может потребовать много времени Для сокраще-
ния времени расчета можно объединять нагружения с близкими коэффициентами длительности в одно Hai ру-
жей ие.
50 Ветровые и сейсмические нагружения задаются автоматически путем нажатия кнопки «Ветровые и сейсми-
ческие нагружения». Если в модели задана только средняя составляющая ветровой нагрузки (без учета пуль-
сации), то в расчетное сочетание усилий она вводится как «кратковременная», тип «прочие»
1 * 1 Учитывая, что действие ветра на рассматриваемое здание не является существенным, знакопеременная вет-
ровая нагрузка здесь задана упрощенно В общем случае ветровую нагрузку, действующую в противоположных
направлениях, следует задавать в разных нагружениях. Знакопсременность ветровых пульсационных и сейсми-
ческих нагрузок учитывается автоматически.
1 При выборе «CQC-метода» определения результирующего усилия для расчета коэффициентов корреляции
требуется знать коэффициенты демпфирования для каждой формы, из которой было получено квазистатиче-
ское нагружение (сейсмическое или ветровое). Также требуется знать частоту каждой формы колебаний. Часто-
ты определяются автоматически из результатов расчета на собственные или “деформированные” колебания.
• в колонке «Nfc» задается «О», если квазистатические нагружения были получены на
основе расчета на собственные колебания, или номер комбинации из расчета на “де-
формированные” колебания, по результатам которой были получены эти нагружения.
• для ветровых нагружений надо также задавать номер нагружения, содержащего сред-
нюю составляющую ветровой нагрузки (колонка «N стат. нагр.»).
Общие правила при заполнении таблиц:
• все номера нагружений - это номера нагружений в КЭ-модели;
• в одной строке нужно указывать данные только для одного источника: от одного
сейсмического или одного ветрового воздействия.
В данном случае таблица «Сейсмические нагружения и пульсации ветра» будет выгля-
деть следующим образом:
Сейсмические нагружения и пульсации ветра
Сейсмические нагружения
N 1-ой формы Число Форм Метод Nfc
13 2 2 0
15 3 2 0
18 2 2 0
20 2 2 0
Очистить Удалить
г Ветровые нагружения
N стет нагр. N 1-ойФормь Число форм Метод Nfc
7 9 2 2 0
8 11 2 2 0
Очистить I Удалить
Коэффициенты демпфирования [%]
N fea-нагр. Коэф. демпФ
1 5.00
2 5.00
3 5.00
4 5.00
5 5.00
ПРИМЕЧАНИЯ.
Метод суммирования:
1 • СНиП, 2 • CQC, 3 • сейсмика
Узбекистана.
Nfc; 0 * если нагружения были
получены на основе расчета на
собственные колебания или номер
соответсвующей комбинации для
'деформированных* колебаний
При определении РСУ возможно учесть ситуации, когда два или более нагружений не могут
вместе встречаться в одной комбинации или, наоборот, одно нагружение присутствует толь-
ко тогда, когда присутствует другое. Эти случаи учитываются при помощи задания групп
несочетаемых и сопутствующих нагружений.
В диалоговом окне нажимаем кнопку
«Несочетаемые...».
Нажимаем на кнопку «Добавить» около
окна списка «Номера групп». Задаем
номер нагружения, в котором записана
ветровая нагрузка по оси Y («7») в поле
редактирования около окна списка
гружения» и нажимаем кнопку
вить» под ним. Аналогично вводится
гружение № 8, содержащее ветровую на-
Коэффициенты демпфирования должен задать пользователь в таблице. Для обычных статических нагружений
коэффициенты демпфирования нигде в расчете не используются и их можно не задавать или задать нулевыми.
грузку по оси X153.
Несочетаемые нагрузки154 (табл. 3.12):
Таблица 3.12
Г руппа Номера нагружений
1 7, 8, 9, 10, 11
3 7, 8, 12
2 5, 6155
Нажимаем кнопку «Расчет».
Появляется диалотовос окно «Задание
элементов для определения РСУ», в котором
задаем количество расчетных сечении для
каждого элемента (2), а затем нажимаем кнопку
«Добавить группу».
Появится диалоговое окно «Редактирование
группы элементов и коэффициентов
сочетаний». В нем нажимаем кнопку «Выбор
в I рафике».
Нажимаем кнопку «Отметить» в
дополнительной командной панели (поз. 10 на
схеме окна графического ввода), а затем при
помощи рамки (переключатель [Box])
выбираем все колонны. По окончании выбора
нажимаем кнопку «Расчет».
Возвратившись в диалоговое окно «Редактирование группы элементов и коэффициентов
сочетаний», нажимаем кнопку «Продолжить». По окончании нажимаем кнопку «ОК». По-
сле этого будет автоматически запущен расчет РСУ, а затем вывод результатов. Если расчет
РСУ уже проводился, то, нажав кнопку «Результаты», можно вывести РСУ без повторного
расчета.
3.12.2 Расчет количества арматуры в колоннах каркаса
На панели под окном просмотра (поз. 5 на схеме окна графического ввода) нажимаем кнопку
«3D» для перехода к трехмерному изображению.
Выбираем пункты верхнего меню: —^Расчет -^Конструктивный. В появившемся диалого-
вом окне в разделе «Железобетонные конструкции» выбираем опции «СП-52-101-2003» и
«Стержневые элементы». Затем нажимаем кнопку ОК.
В появившемся диалоговом окне «Определение арматуры в стержнях» все исходные дан-
ные задаются для каждой группы отдельно. Колонны одного сечения, имеющие одинаковую
расчетную длину, класс бетона и арматуры и одинаковую ориентацию в плане образуют одну
Чтобы удалить натружение или группу, нужно нажать на одну из кнопок “Удалить”. После окончания ре-
дактирования нужно нажать кнопку “Продолжить”, чтобы сохранить изменения, или “Прервать”, если изме-
нения сохранять не нужно В группу должно входить не менее двух нагружений. Число групп не ограничено.
14 Возможность сочетания нескольких сейсмических воздействий реализована, начиная с версии 4.2.1 ПК
STARK ES. В этом случае возможно учесть совместное действие поступательной и вращательной компоненты
воздействия
Поскольку, в соответствии со СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки в воздействия», нагрузки на покрытие учитывают-
ся без снеговых нагрузок, при определении расчетных сочетаний усилий нагружения 5 и 6 следует отнести к
несочетаемым.
группу. В нашем случае таких групп будет 4 56. Для задания новой группы необходимо на-
жать кнопку «Добавить» в области «Данные по группам элементов»157.
Задавать [руппы можно в табличном виде (для каждой строки в соответствующей колонке
задается номер начального элемента списка, номер конечного элемента и шаг)15 . Для удале-
ния строки из таблицы необходимо нажать кнопку «Удалить», а при нажатии кнопки «Очи-
стить» стираются все данные из таблицы.
Однако более удобным является графический ввод. В появившемся окне «Задание группы
элементов» нажимаем кнопку «Выбор в графике», и программа автоматически переклю-
чится на рабочее окно проекта159.
Появится дополнительная планка переключателей.
•
Нажимаем кнопку «Отметить» в дополнительной ко-
мандной панели (поз. 10 на схеме окна графического
ввода) а затем при помощи рамки (переключатель |Вох|)
выбираем все колонны по осям «В/1», «В/2», «В/5»,
«Б/2», «Б/5», «Б/б»160 *. По окончании выбора нажимаем _________________________
кнопку «Расчет»
После этого проводится контроль материалов для заданной группы элементов1 Если в
группу входят элементы с разными материалами, то выдается сообщение, в котором указы-
ваются номера элементов с разными материалами и их номера материалов.
Предлагается три варианта действий:
1. Прервать проверку и вернуться к заданию группы элементов.
2. Игнорировать несовпадение материалов и продолжить проверку, чтобы выявить дру-
гие несовпадения (если они есть).
3. Отказаться от проверки и продолжить работу.
В данном случае колонны с несущественно разной расчетной длиной (колонны подвального и типовых эта-
жей) объединены в одну группу.
Кнопка «Удалить группу» позволяет удалить выделенную группу, а кнопка «Изменить группу» позволяет
изменить состав элементов, входящих в группу. Редактирование групп проводится так же, как создание новых.
Элемент входит в группу, если его номер равен одному из первых двух чисел, или лежит в промежутке меж-
ду ними и отстоит от номера первого элемента на целое число шагов:
Ne=
Ne=Nr,
Ne= Nf + i Ns, где i - целое и Nf< Ne < Nt.
Здесь Ne - номер элемента, Nf - номер первого элемента группы, М - номер последнего элемента группы, Ns -
шаг по элементам. При задании группы число троек нс ограничено.
[м! 9
159 Для удобства работы в графическом режиме можно использовать кнопку — при отключенной кнопке
И поворачивать изображение расчетной модели при помощи стрелок рядом с цифровой клавиатурой.
1 При неправильном выборе можно нажать кнопку «Отменить» и отметить в рабочем окне ошибочно вы-
бранные элементы. Они будут удалены из списка.
Проверка соответствия материалов проводится только при первом задании группы элементов или ее измене-
нии до выхода из диалога “Определение арматуры в стержнях”. При последующем вызове диалога проверка
будет проводиться либо для вновь задаваемых групп, либо в том случае, если изменился сам проект.
Если несоответствий не обнаруже-
но, то таблица в диалоговом окне
«Задание группы элементов» за-
полняется автоматически.
Для выхода нажимаем кнопку
«ОК».
Задание группы элементов
Номера элементов в группе
первый последний шаг
15948 15955 1
16775 16783 1
16790 16845 1
16912 16922 1
Появляется диалоговое окно «Определение арматуры в стержнях», в котором задаются все
необходимые для расчета данные.
При нажатии кнопки «Сечение» по-
является окно «Размеры сечения».
Выбираем нужную нам закладку (с
изображением прямоугольника), а
затем вводим размеры сечения, за-
данные в POS-проскте (Ь = 40 см, h
= 60 см)162.
Ввод завершается нажатием кнопки
«ОК».
Ставим кружок в поле «Опре-
деление арматуры» и нажима-
ем кнопку «Арматура».
В появившемся диалоговом ок-
не задаем следующие данные:
• Тип арматуры - распреде-
ленная;
• Симметричное армирование
(As2=As4; Asl=As3);
• Нет дополнительных огра-
ничений.
Ввод завершается нажатием
кнопки «ОК».
162 Если материал элементу присваивался пользователем непосредственно в FEA-проекте с использованием
функции расчета сечений ЖЬК, то можно нажать кнопку «Из КЭ-модели», и размеры сечения будут переданы
автоматически.
Нажимаем кнопку «Защитный
слой» и задаем расстояние от
центра тяжести сечения соот-
ветствующего арматурного слоя
до ближайшего края сечения
(например, по 5 см).
Нажимаем кнопку «ОК».
Нажимаем на кнопку «Материал».
В появившемся диалоговом окне в области
«Бетон» задаем:
• вид бетона - тяжелый;
• класс бетона - В25;
• Gb = 0.9 (произведение коэффициен-
тов условий работы без учета уьь
здесь задан коэффициент уьз = 0.9,
учитывающий бетонирование колонн
в вертикальном положении);
• Mkrb = 1.2 (величина коэффициента
ткр по указанию СНиП П-7-81*)163.
В области «Арматура» задаем:
• класс арматуры - А400;
• Gs = 1.0 (произведение коэффициен-
тов условий работы ys);
• Mkrs = 1.2 (величина коэффициента
ткр по указанию СНиП П-7-81*)164.
Отключаем галочку в поле «Принимать
длину элемента за расстояние между опо-
рами».
Нажимаем кнопку «ОК».
Данные по материалу
х|
Арматура
Продольная |А400 ж |
Поперечная: | |Д240 I
Gs: 1.00
Mkrs |l.2O
Данные для учета раскрытия трещин
Ограничение ширины раскрытия трещин
(• из условия сохранности арматуры
С из условия ограничения проницаемости конструкций
Расчет поперечной арматуры
П Принимать длину элемента за расстояние между опорами
ОК Отменить Помощь
1 В основных сочетаниях нагрузок этот коэффициент не используется.
1 4 В основных сочетаниях нагрузок этот коэффициент не используется.
В области «Тип стержней» задаем
«Стоика». Расчетные длины:
• Lrs = 4 м (максимальная высота
этажа);
• Lrt = 4 м.
Ставим галочку в окне «Учет влия-
ния прогиба на несущую способ-
ность по недеформированной схе-
ме»165.
Нажимаем кнопку «Унификация». В
появившемся диалоговом окне «Па-
раметры унификации» ставим кру-
жок в поле «Унификация по всем се-
чениям элемента» (армирование ко-
лонн по высоте этажа нс меняется).
Нажимаем кнопку «ОК».
Определение арматуры в стержнях
Проект: jfemsei(ЗО-стержни)
Данные по группам элементов
1П© 1
Группа 2
Группа 3
Группа 4
Добавить |
Сечение |
Изменить Арматура
Удалить Защитный слой
Унификация
Подбор
® Определение арматуры
С Проверка прочности
Метод решения
Материал
Mu max
Тип элемента и расчетные длины (в метрах)
<• Стойка
л. Lrs
С Ригель
Lrt
р- Учет влияния прогиба на несущую способность
по недеформированной схеме
Вывести в
<• Viewer
С MS Word
С CSV-файл
Все остальные группы задаются аналогично после нажатия кнопки «Добавить», но для ко-
лонн круглого сечения после нажатия кнопки «Сечение» выбирается кольцевой тип сечения
с размерами п= 25 см; и = 0 см. Вместо толщины защитного слоя задается радиус от центра
сечения до центра тяжести арматуры (г = 20 см). Для колонн квадратного сечения схема ар-
мирования задается как Asl=As2=As3=As4.
В поле «Вывести в» задается форма вывода результатов расчета. После задания исходных
данных для всех групп колонн нажимаем кнопку «Расчет». Программа автоматически со-
храняет всю введенную информацию и запускает задачу на расчет. По окончании выдается
сообщение «Расчет завершен успешно», а результаты расчета выводятся в MS Word, Viewer
или CSV-файл. В окне необходимо нажать кнопку «ОК».
Выбираем пункты верхнего меню: -^Результаты -^Графика. В появившемся диалоговом
окне выбираем опцию «Арматура в стержнях». Затем нажимаем кнопку «ОК».
В рабочем окне изображаются эпюры расчетных значений
требуемой арматуры.
В окне информации (поз. 3 на схеме окна графического
ввода) выводятся максимальные и минимальные значения
и соответствующие им номера элементов.
Для вывода в окне информации значения площади сечения
арматуры в конкретном элементе, необходимо указать этот
элемент щелчком мыши в рабочем окне.
На эпюрах могут быть проставлены значения результатов.
Для этого следует включить опцию «Оцифровка эпюр» в
диалоговом окне «Настройки», закладка «Эпюры в
стержнях», вызываемом в меню «Настройки».
65 Галочку следует снимать в том случае, если статический расчет модели был выполнен по деформированной
схеме (по теории II порядка)
Коэф-т
Система
As1 As2 As3 As4
На дополнительной планке переключателей можно
выбрать, какую площадь арматуры вывести в данный мо-
мент.
Переключатель «Система» включает/отключает изобра-
жение расчетной схемы.
Переключатель «Коэф-т» позволяет изменять масштаб
изображения эпюры.
3.12.3 Унификация колонн каркаса
В предыдущем пункте было определено требуемое количество продольной и поперечной ар-
матуры в колоннах каркаса по конечным элементам, составляющим колонны. С помощью
функций работы с конструктивными элементами объединим отдельные стержневые конеч-
ные элементы колонн в конструктивные элементы, выполним унификацию конструктивных
элементов и выведем на печать требуемое количество арматуры в указанных сечениях кон-
структивных, а не конечных элементов, что значительно упростит анализ результатов расче-
та армирования колонн и сократит объем печатаемой информации.
Выбираем пункты верхнего меню: —> Расчет
—> Конструктивный. В диалоговом окне «Вы-
бор типа расчета» выбираем функцию «Конст-
руктивные элементы» и нажимаем кнопку
«ОК»'66.
В диалоговом окне «Конструктивные элемен-
ты» будет выведен список всех имеющихся в
проекте групп конструктивных элементов - ко-
лонн, замаркированных как KI, К2, ..., К13.
Текущая (указанная в списке) группа конструк-
тивных элементов показывается в рабочем окне
программы путем закраски всех элементов
группы в красный цвет, а также указанием
имени группы у середины длины конструктив-
ного элемента.
В области «Автоматическая унификация»
нажимаем кнопку «ОК». 166
166 Данная функция реализована, начиная с версии ПК STARK ES 4.4 (2007).
В диалоговом окне напротив арматуры «As,tot»
ставим галочку и указываем:
As,min = 8.04 см2 (минимальное продольное
армирование колонн принимаем в виде 4
стержней диаметром 16 мм);
Допускаемое отличие = 25 см (колонны бу-
дут унифицированы, т.с. попадут в одну группу
унификации, если в каждом их расчетном сече-
нии суммарная площадь сечения продольной
арматуры отличается нс более, чем на 25 см ).
11ажимаем кнопку «Расчет».
Данные для унификации по армиров
Asjnin [ см2 ] Допускаемое
отличие[см2]
Г Asi
П As2
v* As tot
Помощь
Расчет
Отменить
Конструктивные элементы
В списке осталось 6 групп конструктивных
элементов, т.е. некоторые колонны были уни-
фицированы - объединены в одну унифициро-
ванную группу.
В группу К11 входит только один конструк-
тивный элемент. Целесообразно его добавить к
группе К10, элементы которой являются анало-
гичными, т е. имеют такую же длину, такое же
поперечное сечение и одинаково ориентирова-
ны в пространстве.
В списке указываем группу К10 Нажимаем
кнопку «Добавить к группе». В открывшемся
диалоговом окне «Добавить элемент к груп-
пе» указываем на элемент КП, затем нажимаем
кнопку «Добавить»167 и затем - кнопку «Вый-
ти».
В окне «Конструктивные элементы» в облас-
ти «Показать группы» выбираем опцию «Все
элементы данного вида».
В рабочем окне программы будут показаны все
унифицированные группы колонн каркаса. Это
изображение можно напечатать, экспортиро-
вать в программы Viewer, MS Word или в фай-
лы формата HPGL или DXF, воспользовавшись
кнопкой «Print» в окне «Графические функ-
ции» (поз. 9 на схеме окна графического вво-
да).
К1
К2
К5
Кб
К10
К11
Вывести в
(• Viewer
Г Word
С CSV-файл
ОК
Удалить из группы
Добавить к группе
Свойства конструкции
Автоматическая унификация
С Все С Стержни
С алки Колонны
ОК |
(• Текущая группа
С Все аналогичные
С Все элементы
данного вида
Отменить унификацию
167 Если кнопка «Добавить» была нажата ошибочно, то следует нажать кнопку «Вернуть». В этом случае будет
возвращено состояние на момент последнего открытия диалога «Добавить элемент к группе».
Выбрав в списке окна «Конструктивные элементы» интересующую унифицированную
группу колонн, а затем, нажав на кнопку «Свойства конструкции», в новом окне можно по-
смотреть некоторые свойства этих конструктивных элементов: форму и размеры сечения,
длину, эпюры требуемых площадей сечения продольной и поперечной арматуры по длине
элементов (изображаются в отдельном окне по кнопке «Эпюры арматуры»). А также можно
посмотреть, какие конструктивные элементы входят в текущую унифицированную группу, и
какие конечные элементы составляют эти конструктивные элементы (вызывается отдельное
окно по кнопке «Состав группы»). Кроме того, можно задать количество и координаты рас-
четных сечений по длине конструктивных элементов, в которых необходимо вывести ре-
зультаты расчета количества арматуры, а также произвольное пояснение, которое будет на-
печатано при выводе результатов расчета для данной группы конструктивных элементов.
Результаты расчета армирования конструк-
тивных элементов можно вывести в про-
граммах Viewer, MS Word или в файл фор-
мата CSV, для чего в области «Вывести
в...» диалогового окна «Конструктивные
элементы» следует выбрать соответст-
вующий пункт. После этого следует нажать
кнопку «ОК» в той же области.
При выводе в Viewer или MS Word следует
выбрать, какие данные необходимо печа-
тать в протокол расчета. Для этого служит
диалоговое окно «Вывод результатов рас-
чета во Viewer» или «Вывод результатов
расчета в Word».
3.13 Расчет армирования плиты перекрытия
Выбираем пункты верхнего меню: —^Фрагмент —^Элементы -^-установить. В дополни-
6
тельной планке переключателей нажимаем кнопку «Вся модель». Нажимаем кнопку — на
панели инструментов (поз. 13 на схеме окна графического ввода). Выбираем пункты боково-
го меню: —>KNFL -^-установить. В рабочем окне левой кнопкой мыши (при включенном
переключателе [Einz]) щелкаем по плите одного из нижних перекрытий168. В данном случае
нам необходимо определить армирование плиты перекрытия первого этажа169.
Выбираем пункт бокового меню -^-Назад и нажимаем кнопку «XY» для перевода изображе-
ния в проекцию на плоскость XOY.
Если необходим расчет армирования плит, то при применении абсолютно твердых тел (ки-
нематическая гипотеза) «следы» колонн на плите должны быть заданы в отдельной от ос-
тальной плиты KNFL.
Выбираем пункты верхнего меню: -^Расчет -^Конструктивный. В появившемся диалого-
вом окне в области «Железобетонные конструкции» выбираем опцию «СП-52-101-2003» и
в поле «Пластины» выбираем опцию «Расчет арматуры». Затем нажимаем кнопку «ОК».
168 Расчет, выполненный без учета последовательности возведения здания, не позволяет корректно определять
усилия и армирование плит перекрытий верхних этажей.
16 Для увеличения точности расчета арматуры па этом этаже в POS-npoerie принят более мелкий шаблон для
плиты перекрытия. При генерации КЭ-сетки плита перекрытия этого этажа разбита на большее количество ко-
нечных элементов.
Задание данных по армированию по СП 52-101-2003
Описание комбинаций
® Проводить расчет по РСУ
Проводить расчет по
комбинациям
Свойства комбинаций
Арматура
Продольная |А400
Поперечная |А240
Gs
Mkrs
Учет трещиностойкости
Учитывать
трещиностойкость
при определении
арматуры
Параметры
Толщина защитного слоя арматуры (см)
Системы координат
<• элементные МСК
Г МСК для проектирования
Дополнительный угол
поворота вокруг оси t
(градусы)
OK I Отменить
Помощь
В появившемся диалоговом окне задаем следующие данные. В области «Бетон» задаем:
• вид бетона - тяжелый;
• класс бетона - В25;
• Gb =1.0 (произведение коэффициентов условий работы без учета уы);
• Mkrb = 1.2 (величина коэффициента ткр по указанию СНиП II-7-81 *).
В области «Арматура» задаем:
• класс продольной арматуры — А400;
• класс поперечной арматуры - А240;
• Gs = 1.0 (произведение коэффициентов условий работы ys);
• Mkrs = 1.2 (величина коэффициента ткр по указанию СНиП П-7-81*) 70.
Указываем «толщину защитного слоя» (фактически - расстояние от центра тяжести сечения
арматурных стержней до края сечения плиты):
• hso = 4.6 см;
• hsu = 4.2cM;
• hro = 3.0 см;
• hru = 3.0 см.
Ставим галочку в поле «Учитывать
нестойкость при определении
ры»171, а затем нажимаем кнопку «Парамет-
ры».
В появившемся диалоговом окне
предварительно задаемся диаметрами
стержней верхней и нижней арматуры.
В ноле «Данные для учета раскрытия
трещин» выбираем опцию «из условия
сохранности арматуры».
Нажимаем кнопку «ОК».
1 В основных сочетаниях нагрузок этот коэффициент не используется.
1 Требования по трещиностойкости будут учтены только при расчете на основные сочетания нагрузок, при
определении арматуры при особых сочетаниях нагрузок эти требования не учитываются.
В поле «Описание комбинаций» выбираем опцию «Проводить расчет по РСУ». После
нажатия кнопки «ОК» программа входит в диалоговое окно «Определение расчетных со-
четаний усилий». Параметры РСУ уже были определены при расчете армирования колонн.
Поэтому после проверки нажимаем кнопку «ОК» и, таким образом, запускаем расчет арма-
туры в плите. По окончании расчета на экран выводятся изолинии верхней и нижней армату-
ры.
При этом появляется дополнительная планка переключателей, позволяющая выбрать форму
изображения результатов:
Переключатель «Система» позволяет включать/отключать изображение расчетной схемы.
Второй ряд переключателей позволяет выбрать вид арматуры для показа (табл. 3.13):
Таблица 3.13
Обозначение Размерность Описание
Asro [см2/м] о tt it 172 продольная арматура по местной оси г сверху
Asru [см2/м] продольная арматура по местной оси "г" снизу
Asso [см2/м] продольная арматура по местной оси "s" сверху
Assu см/м' продольная арматура по местной оси "s" снизу
Asw 2/ 2п см /м поперечная арматура
Третий ряд переключателей определяет способ вывода результатов расчета.
1. Изображение результатов расчёта в виде изолиний (переключатель "Iso "):
При этом пользователь может задать количество изолиний, которые строятся между ми-
нимальным и максимальным значением величины и выбрать способ отображения значе-
ния величины на изолинии. Возможны три способа отображения:
• на изолиниях изображается значение величины (красным - для отрицательных значений,
голубым - для положительных);
• значение величины изолинии указывается цветом изолинии (в этом случае между мини-
мальным и максимальным значением величины может располагаться не более 10 изоли-
ний);
• значение величины не отображается на изолинии, все изолинии рисуются либо красным
цветом (отрицательные значения), либо голубым (положительные значения).
Для изолиний с текстом указывается также шаг изолиний с надписями (при нулевом шаге
надписывается каждая изолиния, при шаге = 1 - изолинии надписываются через одну и т.
д.), а также масштабный множитель, позволяющий управлять размером текста на изоли-
ниях.
Для изолиний с цветом пользователь может определить цвет каждой изолинии, изобра-
жаемой между минимальным и максимальным размером величины, по своему усмотре-
нию. В нижней части экрана высвечивается планка заданных цветов для изображения
изолиний и соответствующее каждому цвету значение изображаемой величины.
Выбор вида изображаемых изолиний и их характеристик осуществляется пользователем в
пункте верхнего меню -^Настройки -^Изолинии,
1 2 Для плит и оболочек направление «вверх» совпадает с направлением местной оси элемента -t.
2, Изображение результатов расчёта в виде изоповерхностей разного цвета с интерпо-
ляцией цветов (переключатель "Fl”173):
По умолчанию выбирается набор из 10 фиксированных цветов (5, принадлежащих крас-
ной палитре, для изображения отрицательных значении величин; и 5, принадлежащих си-
ней палитре, для отображения положительных значений величин). Интерполяция цветов
осуществляется отдельно: для положительных значений величин в синей палитре, для от-
рицательных - в красной.
В нижней части экрана в этом режиме отображается планка всех 10 цветов и соответст-
вующих этим цветам значениям изображаемой величины.
Настройки
ВыводвСХГ Источники света | Текст
Изолинии | Изоповерхности | Стрелки | Директории | Вывод
ЛСК | Эпюры в стержнях Изоповврхности (арматура)
Для наглядности изображения
результатов расчёта пользователь может
выбрать произвольное количество
цветов для изображения и задать эти
цвета по своему усмотрению. Для этого
выбираем пункт верхнего меню и
-^Настройки и закладку «Изоповерх-
ности (арматура)». В окне «Настройки
цветов» необходимо выбрать и задать
цветовую палитру.
Тип палитры
С Равномерная <• Неравномерная
ОК Отменить
Помощь
При этом каждый цвет может соответствовать определенному количеству (диаметру и
шагу стержней) продольной арматуры. Например, может быть задана такая шкала цветов
(диаметр, мм - шаг, мм):
0 8-200 10-200 12-200 14-200 16-200 12-100 16-100 18-100 20-100
Режим работает только при выключенной кнопке
Изображение в рабочем окне при такой палитре будет иметь следующий вид:
Min Asso = 0 см2/м, Max Asso = 23.31 см2 м
Min Assu = 0 см2/м, Max Assu — 13.61 см2/м
3. Изображение результатов расчёта по заданному сечению (переключатель "S"):
Пользователь с помощью линии разреза в нижней части экрана задаёт интересующее его
сечение конструкции. В точках пересечения линии разреза со сторонами конечных эле-
ментов вычисляются значения изображаемой величины. В верхней части экрана строится
график изменения изображаемой величины вдоль линии разреза.
Для плоских конструкций пользователь задаёт линию разреза, лежащую в плоскости кон-
струкции. График может быть раскрашен, если перед этим был нажат переключатель "FI".
Для пространственных конструкций линия разреза может быть определена:
XY YZ ZX V
как пересечение конструкции с плоскостью, параллельной плоскости XY и проходящей
через точку, задаваемую пользователем (в планке переключателей 2 включён переключа-
тель "ЛТ");
как пересечение конструкции с плоскостью, параллельной плоскости YZ и проходящей
через точку, задаваемую пользователем (в планке переключателей 2 включён переключа-
тель "FZ");
• как пересечение конструкции с плоскостью, параллельной плоскости ZX и проходящей
через точку, задаваемую пользователем (в планке переключателей 2 включен переключа-
тель "ZX");
• как пересечение конструкции с вертикальной плоскостью, параллельной оси OZ и со-
ставляющей угол 45° с осью ОХ глобальной системы координат и проходящей через точ-
ку, задаваемую пользователем (в планке переключателей 2 включён переключатель
• как пересечение конструкции с линией разреза, задаваемой пользователем двумя точками
(обе точки должны принадлежать одной и той же плоскости элементов; в планке пере-
ключателей 2 включён переключатель ”2”);
• как пересечение конструкции с плоскостью, определяемой пользователем тремя точками
(в планке переключателей 2 включён переключатель "3").
В данном режиме для эпюр усилий и площадей сечения продольной арматуры в плоскостных
элементах реализована функция подсчета площадей и моментов эпюр, координат центров
тяжестей и длин положительной и отрицательной частей эпюр. Порядок действий при этом
следующий:
• Включите переключатель «Fbr,
• Затем смените его на «5» и в планке переключателей 2 включите переключатель «2»;
• Укажите две точки на элементах, при этом линия сечения пересечет все элементы, лежа-
щие в плоскости, в которой лежат выбранные элементы;
• Нажмите клавишу «Ctrl» и правую клавишу мыши. Появится диалоговое окно с пунктом
«Сечение». Щелкните по нему левой кнопкой мыши и в следующем окне выберите пункт
«Линия-отрезок»:
Узел ►
Пластина ►
Стержень ►
Затем в рабочем окне двумя точками следует задать искомый отрезок (он подсвечивается
желтым цветом). В результате в верхней части рабочего окна появится изображение эпюры
армирования в пределах этого отрезка.
Assu = [ 1.09. 4.63] СМ2/М
ООО 0.167 0 333 0.500 0.667 0.833 1 000
В окне редактора будет выводиться следующая информация:
А+ = 2.92911
L+ =1 Х+ =0.568
А- =0
L- =0 X- =0
Ар = 2.92911 Lp =1
М = 0.199446
А+, А-, Ар - площади положительной, отрицательной частей
и полной эпюры соответственно;
L+, L-, Lp - длины положительной, отрицательной частей и
полной эпюры соответственно;
Х+, X- — координаты центра тяжести положительной и отри-
цательной частей эпюры соответственно;
М - момент эпюры.
Функция подсчета площадей эпюр позволяет определить суммарную величину усилия или
площади сечения арматуры на данном участке плиты (стены).
4. Изображение результатов расчёта с помощью цифровых значений в узлах (переклю-
чатель "W"):
Положительные значения изображаются синим цветом, нулевые - зеленым, отрицатель-
ные - красным. При нажатии на переключатель включается изображение значений во
всех узлах. В дальнейшем можно управлять тем, в каких узлах изображать значения ре-
*у= I
зультатов, а в каких нет при помощи кнопки на панели инструментов
При нажатии на кнопку высвечивается диалоговое окно “Показать значение в узле”, в
котором указывается точность изображения результатов (число знаков после занятой) и
номера узлов, в которых должны быть показаны значения результатов. При выборе опции
“в графическом окне” результаты будут показываться в тех узлах, которые выберет
пользователь при помощи мыши.
В остальных узлах значения показываться не будут. Повторное нажатие на иконку
вает отмену этого режима, и значения результатов убираются с экрана.
вызы-
В каждом из вышеперечисленных режимов (за исключением режима **S”) пользователь, ука-
зав мышью на интересующий его узел, в информационном окне получает информацию о
значении изображаемой величины в данном узле. Выбрав группу узлов с помощью кнопки
[Box], пользователь получает информацию об узлах с минимальным и максимальным значс-
нием величины в определенной области. Оба узла маркируются в рабочем окне с помощью
красного и синего цветов, в информационном окне выводятся значения и номера узлов.
Системы координат
При графическом просмотре ре-
зультатов расчета в левом верх-
нем углу появляется дополни-
тельное диалоговое окно, которое
позволяет изменить направление
осей, вдоль которых вычисляется
армирование, а также задать ос-
174
новную арматуру .
После нажатия кнопки «Основ-
ная арматура» выводится диало-
говое окно, в котором пользова-
тель может задать площадь фо-
новой арматуры.
Если основная арматура предва-
рительно задана, то при графиче-
ском выводе результатов проис-
ходит вывод только необходимой
дополнительной арматуры.
<• элементные МСК
МСК для проектирования
г— Дополнительный угол
поворота вокруг оси t
Основная арматура...
3.14 Расчет армирования ребер плит
Выбираем пункты верхнего меню -^Фрагмент -^Элементы -^-установить. В дополни-
тельной планке переключателей (поз. 10 на схеме окна графического ввода) нажимаем кноп-
ку «Вся модель».
На панели под окном просмотра (поз. 5 на схеме окна графического ввода) нажимаем кнопку
«3D» для перехода к трехмерному изображению.
Выбираем пункты бокового меню -^Плоскость: -^Установить, и в рабочем окне выбира-
ем три узла перекрытия над подвалом175. Выбираем пункт бокового меню -^-Назад и нажи-
маем кнопку «XY» для перевода изображения в проекцию на плоскость XOY.
Выбираем пункты верхнего меню -^Расчет -^Конструктивный. В появившемся диалого-
вом окне в области «Железобетонные конструкции» выбираем опцию «СП-52-101-2003» и
опцию «Ребра плит». Затем нажимаем кнопку «ОК».
В появившемся диалоговом окне «Армирование ребер» нажимаем кнопку «Элементы». Все
исходные данные задаются для каждой группы балок отдельно. Балки одного сечения,
имеющие один и тот же класс бетона и арматуры и одинаковую ориентацию осей МСК, обра-
зуют одну группу.
Задавать группы можно в табличном виде (для каждой строки в соответствующей колонке
задается номер начального элемента списка, номер конечного элемента и шаг). Для удаления
74 Основная (фоновая) арматура - это арматура, которая в любом случае имеется в несущей конструкции. Это
либо минимально требуемая арматура, либо конструктивная или монтажная арматура.
7 В окне информации (поз. 3 на схеме окна графического ввода) выводятся подсказки, определяющие порядок
fi
действий пользователя. При выборе узлов должна быть нажата кнопка .
строки из таблицы необходимо нажать кнопку «Удалить», а при нажатии кнопки «Очи-
стить» стираются все данные из таблицы.
Однако более удобным является графический ввод. В появившемся окне «Задание группы
элементов» нажимаем кнопку «Выбор в графике», и программа автоматически переклю-
чится на рабочее окно проекта176.
Появится дополнительная планка переключателей.
Нажимаем кнопку «Отметить» в дополнительной
командной панели (поз. 10 на схеме окна графиче-
ского ввода), а затем при помощи рамки (переключа-
тель [Box]) выбираем все балки вдоль цифровых
осей. По окончании выбора нажимаем кнопку «Рас-
чет».
Таблица в диалоговом окне «Задание группы элементов» будет автоматически заполнена.
Для выхода нажимаем кнопку «ОК».
Появляется диалоговое окно «Армирование ребер».
Армирование ребер
Расчет усилий
<• по РСУ
Г* по комбинациям
Результат
<• Определение арматуры
С Проверка прочности
Расчет
Количество 2
сечений
Вывести в
<• Viewer Г Word CSV
I м
1 6 Для удобства работы в графическом режиме можно использовать кнопку * 1—1 при отключенной кнопке
Нажимаем кнопку «Сечение».
В появившемся диалоговом окне
выбираем закладку с нужным ти-
пом сечения (тавр с полками свер-
ху) и задаем его параметры:
• ширина ребра балки b = 40 см;
• высота сечения балки h = 50 см;
• ширина полки ЬП= 150 см177;
• высота полки b = 25 см (толщина
плиты перекрытия).
Можно нажать кнопку «Из КЭ-
модели», и параметры балки будут
заданы автоматически, но при не-
обходимости их можно редактиро-
вать (например, изменить ширину
полки).
Ввод завершается нажатием кноп-
ки «ОК».
Нажимаем кнопку
«Арматура».
В появившемся диа-
логовом окне выбира-
ем тип «Распреде-
ленная».
Ввод завершается на-
жатием кнопки «ОК».
Нажимаем кнопку «Защитный
слой».
Задаем величины защитных сло-
ев сверху, снизу и с боковых
сторон равными 4 см.
Нажимаем кнопку «ОК».
Нажимаем кнопку «Унификация» и ставим кружок в поле «Без унификации». Нажимаем
кнопку «ОК».
Учитываемая в расчете эффективная ширина плиты задается пользователем (по умолчанию программа зада-
ет ее равной 1 м). 11ри расчете ребра будут автоматически определены суммарные усилия, действующие на этой
ширине плиты, и добавлены к усилиям в стержневом элементе ребра. Расчет армирования также будет выпол-
нен для полного расчетного сечения тавровой формы. В данном случае ширина полки условного тавра принята
равной 150 см согласно п. 6.2.12 СП 52-101-2003
Нажимаем кнопку «Материал» и заполня-
ем данные по материалу балок:
В области «Бетон» задаем:
• вид бетона - тяжелый;
• класс бетона - В25;
• Gb = 1.0 (произведение коэффициен-
тов условий работы бетона без учета
ты);
• Mkrb = 1.2 (величина коэффициента
ткр по указанию СНиП П-7-81*);
В области «Арматура» задаем:
• класс продольной арматуры — А400;
• класс поперечной арматуры - А240;
• Gs = 1.0 (произведение коэффициен-
тов условий работы арматуры ys);
• Mkrs = 1.2 (величина коэффициента
ткр по указанию СНиП П-7-81*)178.
Отключаем галочку в окне «Принимать
длину элемента за расстояние между опо-
рами» (поскольку балки разбиты по длине
несколько элементов).
Данные по материалу
Арматура
Продольная | А400
Поперечная. | |А240
Gs. 1.00
Mkrs: |1.2
Данные для учета раскрытия трещин
Ограничение ширины раскрытия трещин:
<• из условия сохранности арматуры
С из условия ограничения проницаемости конструкций
-Расчет поперечной арматуры
Г Принимать длину элемента за расстояние между опорами
ОК
Отменить
Помощь
Нажимаем кнопку «ОК».
Задаем нужное количество расчетных сечений (в нашем случае 2). Определив все параметры
балок, нажимаем кнопку «Расчет». Программа автоматически открывает диалоговое окно
«Определение расчетных сочетаний усилий». Поскольку расчет РСУ уже проводился,
можно сразу нажать кнопку «ОК».
Для графического просмотра результатов расчета на панели под окном просмотра (поз. 5 на
схеме окна графического ввода) нажимаем кнопку «3D» для перехода к трехмерному изо-
бражению. Выбираем пункты верхнего меню: -^Результаты —^Графика. В появившемся
диалоговом окне выбираем опцию «Арматура в стержнях». Затем нажимаем кнопку «ОК».
Нижняя арматура
Min As3 = 0.45 cm2 (элемент 15787),
Max As3 = 11.08 cm2 (элемент 15821)
Верхняя арматура
Min Asi = 0.82 cm2 (элемент 15804),
Max Asi = 14.78 cm2 (элемент 15770)
В основных сочетаниях нагрузок этот коэффициент не используется.
3.15 Расчет прогибов плиты перекрытия с учетом грещинообразования в бетоне
Расчет прогибов выполняем при действии нормативной постоянной и длительной нагрузки с
использованием нормативных характеристик материалов по СП 52-101-2003, соответствую-
щих длительному нагружению.
Выделяем рассчитываемую плиту в отдельный фрагмент. Выбираем пункты верхнего меню:
—^Фрагмент —^Элементы -^-установить. В дополнительной планке переключателей на-
жимасм кнопку «Вся модель». Нажимаем кнопку на панели инструментов (поз. 13 на
схеме окна графического ввода). Выбираем пункты бокового меню: —>KNFL -^-устано-
вить. В рабочем окне левой кнопкой мыши (при включенном переключателе [Einz]) щелка-
ем по любому элементу перекрытия первого этажа.
Выбираем пункт бокового меню ->-Назад и нажимаем кнопку «XY» для перевода изображе-
ния в проекцию на плоскость XOY.
Выбираем пункт меню -^Редактировать -^Материалы -^-редактировать. В появившем-
ся диалоговом окне «Имена материалов» выбираем закладку «Слоистый» и нажимаем
кнопку «Новый». Толщина перекрытия - 250 мм, принимаем толщины защитного слоя бе-
тона сверху и снизу по 40 мм. Для плиты разбивка на слои будет выглядеть следующим об-
разом (табл. 3.14):
Таблица 3.14
№ слоя Тип слоя Н, м
1 Бетон 0.02
2 Бетон 0.02
3 Арматурный слой 1е-4|!ЯГ
4 Бетон 0.017
5 Бетон 0.017
6 Бетон 0.017
7 Бетон 0.017
8 Бетон 0.017
9 Бетон 0.017
10 Бетон 0.017
11 Бетон 0.017
12 Бетон 0.017
13 Бетон 0017
14 Арматурный слой181 1е-4182
15 Бетон 0.02
16 Бетон 0.02
Порядок следования слоев в таблице сверху вниз соответствует следованию слоев в элементе
снизу вверх вдоль оси -t пластины.
Нажимаем кнопку «Бетон» и в появившемся диалоговом окне также нажимаем кнопку «Но-
вый». Вводим следующие параметры:
Слой соответствует нижней продольной арматуре плиты перекрытия.
1 При дискретно расположенной стержневой арматуре задается некоторая малая величина.
81 Слой соответствует верхней продольной арматуре плиты перекрытия.
При дискретно расположенной стержневой арматуре задается некоторая малая величина.
Н = 0.02 м - толщина слоя;
Е = 0.857-10 кН/м - модуль
упругости бетона при длительном
нагружении;
Мие = 0.2 - коэффициент Пуассона;
Rho = 2.2 т/м3 - плотность бетона (для
расчета прогибов вводим норматив-
ное значение);
Rbt = 1550 кН/м2 - сопротивление
растяжению (нормативное);
Rb = 18500 кН/м2 - сопротивление
сжатию (нормативное);
eps bt = 0.00031 - предельная отно-
сительная деформация растяжения
(см. табл. 5.6 СП 52-101-2003);
eps_b = 0.0048 - предельная относи-
тельная деформация сжатия (см. табл.
5.6 СП 52-101-2003).
Ввод завершается нажатием кнопки
«ОК».
Затем опять нажимаем кнопку «Бетон» и аналогично задаем параметры для второго слоя.
Для этого нужно выбрать номер материала с нужными параметрами в поле «Номер мат.», а
затем нажать кнопку «ОК».
Нажимаем кнопку «Арм. слой» и в появившемся диалоговом окне нажимаем кнопку «Но-
вый».
Вводим следующие параметры:
Н = 0 0001 м - толщина слоя;
Е = 2.0-108 кН/м2 - модуль упругости
стали;
As,x = 11.31е-4 м2/м - площадь сече-
ния нижней арматуры вдоль оси X ;
As,у = 11.31 с-4 м2/м - площадь сече-
ния нижнеи арматуры вдоль оси Y ;
G = 0 кН/м2 - модуль сдвига;
Rho = 7.85 т/м3 - плотность стали (для
расчета прогибов вводим норматив-
ное значение);
Alpha = 0 - угол между осью X и ме-
стной осью -г элемента.
Rs = 400000 кН/м2 - предел текучести
стали (принимается равным
нормативному сопротивлению).
Ввод завершается нажатием кнопки
«ОК».
Все остальные слои задаются аналогично в соответствии с таблицей. Для ввода слоя с теми
же характеристиками после нажатия кнопок «Бетон» или «Арм. слой» необходимо выбрать
номер уже заданного слоя в поле «Номер мат.», а затем нажать кнопку «ОК».
Это значение соответствует принятой площади сечения нижней арматуры 0 12 мм с шагом 100 мм
184 Это значение соответствует принятой площади сечения нижней арматуры 0 12 мм с шагом 100 мм.
Если характеристики слоя отличны от предыдущих после нажатия кнопок «Бетон» или
«Арм. слой» необходимо нажать кнопку «Новый» и ввести новые характеристики материа-
ла 85. После задания всех слоев следует нажать кнопку «ОК» в диалоговом окне «Имена ма-
1 ериалов».
Возможно редактирование слоев в таблице «Слои» путем нажатия на соответствующий ма-
териал слоя правой кнопкой мыши. При этом появляется меню (табл. 3.15):
Таблица 3.15
Свойства Просмотр и/или редактирование материала слоя (эта функция вызывается также двойным щелчком левой кнопкой мыши)
Удалить Удаление слоя
Уровень сетки Определяет слой, совпадающий с уровнем конечно-элементной сетки (если в реальной задаче ни один слой не совпадает с уровнем сетки, то необходимо использовать эксцентриситеты), все элементные нагрузки (включая собственный вес) считаются приложенными к этому слою. Если слой Уровень сетки не задан, то базовая плоскость совпадает со срединной плоскостью
Напряжения Напряжения будут выведены для данного слоя. Если слой Напряжения не оп- ределен, то выводятся полные напряжения
Наверх Переместить данный слой на первое место в таблице
выше Переместить слой на позицию вверх в таблице
ниже Переместить слой на позицию вниз в таблице
Вниз Переместить слой на последнее место в таблице
Выбираем пункт бокового меню -^-установить. На дополнительной планке переключате-
лей (поз. 10 на схеме окна графического ввода) нажимаем кнопку «Слоистый». В окне ре-
дактора (поз. 8 на схеме) задаем номер слоистого материала. Затем нажимаем кнопку [Box)
на планке переключателей 2 и при помощи рамки выбираем все элементы плиты.
Обычно в зонах плиты, примыкающих к колоннам и стенам, размещается большее количест-
во верхней арматуры185 186. В нашем случае принято армирование стержнями 0 16 мм, разме-
щенные с шагом 100 мм во взаимно перпендикулярных направлениях (расчетная площадь
сечения 20.11 * 10'4 м2/м).
Выбираем пункт бокового меню -^-редактировать. В появившемся диалоговом окне
«Имена материалов» выбираем закладку «Слоистый» и нажимаем кнопку «Новый». Но-
вый слоистый материал задается так, как указано выше. Толщины слоев и другие данные
принимаются такими же, как и в предыдущем случае. Меняется только площадь сечения
верхней арматуры.
Выбираем пункт бокового меню -^-установить. На дополнительной планке переключате-
лей (поз. 10 на схеме окна графического ввода) нажимаем кнопку «Слоистый». В окне ре-
дактора (поз. 8 на схеме) задаем номер слоистого материала. Затем нажимаем кнопку «Вох»
на планке переключателей 2 и при помощи рамки выбираем элементы опорных зон плиты
как показано на рисунке 8 :
185 Площадь сечения фоновой верхней арматуры задаем равной 5.65*1 О’4 м2/м, что соответствует армированию
стержнями 0 12 мм с шагом 200 мм.
Границы зон с увеличенным армированием определяем по результатам расчета армирования плиты.
Расчет по второму предельному состоянию проводится после предварительного армирования перекрытия.
Поэтому схема расстановки слоистого материала приближенно соответствует плану раскладки арматуры.
Выбираем пункт верхнего меню —^Комбинации. В таблице комбинаций задаем комбинацию
нормативных постоянных и длительных нагрузок, предварительно удалив ненужные комби-
нации при помощи кнопки «Удалить». Для этого вертикальные нагрузки на перекрытие за-
даем с коэффициентами, равными —, а коэффициенты для остальных, в т.ч. ветровых и
Кн
сейсмических нагружений, задаем равными 0:
Задание и корректировка комбинаций
Комбинации Массы ] Доп на устойчивость ]
НГ-1 НГ-2 НГ-3 НГ-4 НГ-5
К-1 0.909 0.292 0.833 0.154 0
Выбираем пункты верхнего меню: —^Расчет —► Общий. На вопрос «Сохранить все изменен-
ные проекты?» отвечаем утвердительно. В появившемся диалоговом окне выбираем опцию
«Статический расчет».
Материалы типа «Бетон», «Арматурный слой» и «Слоистый», содержащий первые два ти-
па материалов, используются для выполнения физически нелинейного расчета. В этом слу-
чае следует включить опцию «Нелинейный материал» в установках на общий расчет (по-
являются после нажатия кнопки «Задание стандартов»). Ввод параметров завершается на-
жатием кнопки «ОК».
В противном случае будет выполнен линейный расчет. При выполнении физически нелиней-
ного расчета в том случае, если в протоколе расчета указывается на нулевой диагональный
элемент матрицы жесткости, несущая способность конструкции при данной комбинации на-
гружений является необеспеченной (происходит разрушение).
Поскольку расчет проводится итерационными методами, то необходимо также задать пре-
дельное количество итераций и точность расчета (можно оставить параметры, заданные по
умолчанию). Запуск программы на расчет осуществляется путем нажатия кнопки «ОК»
По окончании расчета нажимаем кнопку «YZ» для перевода изображения в проекцию на
плоскость YOZ. Затем выбираем пункты верхнего меню: —^Фрагмент —^Элементы -^-ус-
тановить.
В планке переключателей 2 нажимаем кнопку [Вох]. При помощи рамки выбираем в рабочем
окне то перекрытие, для которого задавался слоистый материал.
Выбрав пункты верхнего меню -^Результаты -^Графика, можно просмотреть перемеще-
ния плиты данного перекрытия и усилия в ней.
Деформированная схема плиты перекрытия первого этажа
Абсолютное максимальное значение вертикального перемещения плиты составило 69.9 мм.
Перемещение плиты за вычетом деформации вертикальных элементов каркаса (прогиб) со-
ставило 14.1 мм и не превышает предельно допустимого значения прогиба, установленного в
разделе 10 СНиП 2.01.07-85*.
Если выполнить линейный статический расчет той же модели без учета образования трещин
в бетоне, сняв галочку «Нелинейный материал» в установках для общего расчета, наи-
больший прогиб плиты составит 9.0 мм, т.е. наибольший прогиб плиты будет недооценен в
14.1/9.0=1.56 раза188 189
188 Расчет прогибов плиты перекрытия можно выполнить не в составе модели «здание в целом», а выделив не-
большую часть модели, включающую рассматриваемое перекрытие (например, перекрытие с колоннами и сте-
нами над и под ним). В этом случае расчет будет выполнен быстрее, и деформации вертикальных элементов и
основания не будут оказывать сильного влияния на величины перемещений плиты, что облегчит анализ резуль-
татов расчета
1 В других зданиях с безригельным железобетонным каркасом в зависимости от конструктивных особенно-
стей перекрытий и размера сетки колонн этот показатель может быть несколько выше. Чаще всего его значение
варьируется в пределах от 2 до 3.
3.16 Проверочный расчет каркаса на сейсмическое воздействие с использованием
акселерограмм сейсмического движения грунта
Пункт 2.2 СНиП П-7-81* указывает, что при проектировании «особо ответственных соору-
жений и высоких (более 16 этажей) зданий» расчет на сейсмические воздействия следует
выполнять «с использованием инструментальных записей ускорений основания при земле-
трясении, ..., а также синтезированных акселерограмм». Рассматриваемое нами здание нс
относится к этим категориям объектов, однако покажем, как можно выполнить динамиче-
ский расчет каркаса1 с использованием акселерограмм с помощью ПК STARK ES191.
3.16.1 Расчет на собственные колебания
В верхнем меню выбираем пункт —^Комбинации и закладку «Массы». Задаем следующие
коэффициенты для нагружений1 2 (табл, 3.16).
Таблица 3.16
№ нагружения 1 2 3 4 5 6 7-24
Коэффициент о'93 0.05194 0.09 0.05 0 0.05 0
По окончании ввода нажимаем кнопку «ОК».
Выбираем последовательно пункты верхнего меню -^Расчет -^Общий. В появившемся
диалоговом окне в области «Вид расчета» выбираем опцию «Собственные колебания».
Предварительно задаемся числом собственных значений, на которые проводим расчет (на-
пример, 20). После нажатия кнопки «Задание стандартов» отключаем галочку в поле «Со-
гласованные массы»195. Задаем предельное число итераций и требуемую точность расче-
та 96. После нажатия кнопки «ОК» программа автоматически запускается на расчет. После
успешного завершения расчета вновь открывается основное окно программы и загружается
рассчитанный проект.
3.16.2 Расчет динамической реакции
Выбираем последовательно пункты верхнего меню -^Расчет -уКонструктивный. В поя-
вившемся диалоговом окне в области «Сейсмические воздействия» выбираем пункт «Ре-
акция во временной области» и нажимаем кнопку «ОК».
В открывшемся диалоговом окне «Динамическое воздействие» нажимаем кнопку «Задать
данные по воздействию...».
0 Такой расчет называют «расчетом во временной области», поскольку рассматривается изменяющееся во
времени сейсмическое воздействие, описываемое одной или несколькими акселсро1раммами, и реакция (уси-
лия, перемещения и т.п.) конструкций здания, также изменяющаяся во времени.
1 Действующие нормы [14] не дают конкретных рекомендаций по выполнению динамическою расчета. В по-
собии представлен наиболее простой вариант выполнения такого расчета, который имеет ограничения по при-
менению. В частности, этот подход не позволяет учитывать нелинейные свойства систем сейсмоизоляции,
включающихся и выключающихся связей, динамических гасителей колебаний и других устройств сейсмиче-
ской защиты сооружений.
Для корректного перевода нагрузки (веса) в массу нужно разделить значение веса на ускорение свободного
падения (9.81 м/с* 1 2). То есть для перевода статической нагрузки в массу один к одному следует использовать ко-
эффициент комбинации, приближенно равный 0.1.
1 3 * * * * * 9 Собственная масса элементов, автоматически рассчитанная исходя из плотности материала, на задаваемый
здесь коэффициент не умножается. При необходимости учета коэффициента сочетания 0.9 для постоянных на-
грузок, на него нужно умножить плотность материалов.
194 Значения собственной массы умножаются на соответствующий коэффициент сочетаний (см. п 2.1
СНиП П-7-81*).
При расчете сейсмической реакции во временной области в рассмотрение принимаются только сосредото-
ченные массы по линейным степеням свободы (матрица масс имеет диагональный вид). Поэтому отключение
галочки «Согласованные массы» обязательно
9 При достижении заданной точности расчет прекращается. Если превышено предельное число итераций, а
требуемая точность не достигнута, процесс расчета также будет остановлен. При желании можно оставить па-
раметры, заданные по умолчанию.
Открывается диалоговое окно
«Данные по воздействию».
Нажимаем кнопку «Чтение dnl-
файла» для загрузки
грамм из текстового файла фор-
мата dnl197.
Указываем путь к нужному dnl-
файлу.
После этого данные по
рограммам заносятся в таблицу
диалогового окна «Данные по
198
воздействию»
Нажимаем кнопку «ОК» для
сохранения введенных данных и
возвращения к окну
«Динамическое воздействие».
1 ‘ Зарегистрированные или синтезированные акселерограммы сейсмического движения грунта предоставляют-
ся специализированными организациями, выполняющими сейсмическое микрораионирование площадки строи-
тельства. В данном случае файл формата dnl получен путем обработки зарегистрированных акселерограмм од-
ного из землетрясений в программе «Одиссей».
В ПК STARK ES для расчета во временной области реализована пространственная интегральная модель
сейсмического воздействия. Эта модель описывает сейсмическое воздействие, как максимум, шестью компо-
нентами -тремя компонентами iT,v",w" поступательного движения и тремя компонентами Ru",Rv",Rw"
вращательного движения основания.
Нажимаем кнопку «Задать...» в
области «Направления» и в
диалоговом окне «Ориентация
воздействия» указываем ориен-
тацию компонент воздействия
относительно осей ГСК. Для по-
ступательного и вращательного
воздействия задаем:
Угол между осью Он и осью
ОХ = 35 град.;
Угол между осью Ou и плос-
костью XOY = 0 град.
Нажимаем кнопку «Рассчи-
тать» в области «Центр вра-
щения» или задаем вручную
координаты центра основания
сооружения.
I /^нгация воздействия
Остальные данные оставляем стандартными.
Нажимаем кнопку «ОК» для сохранения введенных данных и возвращения к окну «Дина-
мическое воздействие».
Указываем:
Количество учитываемых
форм - 20;
Интервал интегрирования -
20 с (временной интервал, на
котором будет определяться
решение динамической задачи);
Шаг выдачи - 0.01918125 с
(для обеспечения точности рас-
чета принимаем равным шагу
акселерограмм по времени);
Коэффициенты демпфирова-
ния оставляем равными 5%.
Нажимаем кнопку «Реакция».
Выполняется расчет и после того, как он
завершится, открывается диалоговое окно
«Динамическая реакция (перемещения)».
В этом окне можно просмотреть характер
изменения во времени перемещений,
скоростей и ускорений какого-либо узла
системы (узел указывается щелчком мыши
в рабочем окне), а также модальных
коэффициентов для каждой из
учитываемых форм колебаний.
Аналогичным образом можно просмотреть
характер изменения усилий в каком-либо
элементе, предварительно нажав на кнопку
«Усилия».
Результаты расчета можно вывести и в
личном виде в программе Viewer199 * 201 202.
Путем нажатия на кнопку «Воздействие»
можно вернуться к окну «Динамическое
воздействие» для корректировки заданных
параметров воздействия.
Выход из диалогового окна осуществляется
при нажатии на кнопку «ОК».
3.16.3 Оценка прочности вертикальных элементов каркаса
Проверим прочность колонн и несущих стен каркаса при сейсмическом воздействии, описы-
ваемом акселерограммами.
Выбираем пункт верхнего меню —^Результаты —>Типрезультатов. В открывшемся диало-
говом окне указываем «Статический». Ввод подтверждаем нажатием кнопки «ОК» 00.
Выбираем пункт верхнего меню -^Комбинации. Задаем одну комбинацию нагружений 01.
Ненулевые коэффициенты вводим для тех нагрузок, которые следует учитывать одновре-
менно с сейсмическими воздействиями (табл. 3.17):
Таблица 3.17 °
№ комби- нации № нагружения
1 2 3 4 5 6 7-24
К-1 0.9 0.5 0.9 0.5 о203 0.5 0
Ввод завершается нажатием кнопки «ОК».
1 Объем табличного вывода может быть очень велик, так как выводятся значения перемещений и усилий для
каждого указанного узла или элемента на всем временном интервале с указанным для интегрирования шагом
по времени (например, для интервала 10 секунд с шагом 0.01 секунды число строк выдачи для одною узла рав-
но 1000). Поэтому не следует выводить результаты для большого числа элементов/узлов одновременно
201 Если отсутствуют результаты статического расчета, программа выдаст соответствующее сообщение. В этом
случае необходимо будет выполнить статический расчет модели.
Программа позволяет рассматривать несколько комбинаций нагружений, но в данном случае в этом нет не-
обходимости.
202 При составлении комбинаций нагружений учтены коэффициенты сочетания временных нагрузок согласно
СНиП П-7-81*.
Нагружение 5 (временная нагрузка на покрытие) не учитываем, поскольку в комбинацию входит большая по
величине снеговая нагрузка.
Выбираем пункты верхнего меню: -^Расчет —^Оценка прочности. Выполняем расчет
прочности колонн, как было показано выше.
Данные по колоннам каркаса задаются в появившемся диалоговом окне «Оценка прочности
элементов» по группам стержней аналогично тому, как это описано в п. 3.7 «Предваритель-
ная оценка прочности колонн каркаса». При этом следует задавать не максимально возмож-
ное, как в п. 3.7, а фактически принятое продольное армирование колонн.
Выбираем пункты верхнего меню —^Фрагмент —^Материал: -^-установить и щелкаем ле-
вой кнопкой мыши по любому элементу диафрагмы жесткости (кроме фиктивных).
Повторно выбираем пункты верхнего меню: -^Расчет -^Оценка прочности.
Элементы несущих стен и диафрагм жесткости, прочность которых необходимо оценить, за-
даем при нажатии на кнопку «Добавить группу пластин» в диалоговом окне «Оценка
прочности элементов». В диалоговом окне «Задание группы элементов» нажимаем кноп-
ку «Выбор в графике». В дополнительной командной панели (поз. 10 на схеме окна графи-
ческого ввода) нажимаем кнопку «Отметить» и при помощи рамки (переключатель [Box])
выбираем все изображенные на экране элементы. Затем в той же панели нажимаем кнопку
«Расчет». Когда таблица элементов будет заполнена, нажимаем кнопку «ОК».
После выбора в рабочем окне элементов стен и диафрагм нажимаем кнопку «Рассчитать
(ЖБК)...».
Задание данных для расчета области прочности пластин
X
Толщина пластины
[30 0
см
ок
Отменить
С СНиП 2 03 01-84*
<• СП 52-101-2003
Бетон тяжелый
Класс
В25
----1 г-Арматура
3 Класс
Gs
Gb
Площадь арматуры:
Asro 149.09 см2/м
Asso 61 58 см2/м
Asru 49 09 см2/м
Assu 61.58 см2/м
Защитный слой
hro I3.75 см
hso 6 40 см
hru 3 75 см
hsu 6.40 см
Появляется окно «Задание данных для расчета области прочности пластин», в котором
задаем следующие данные:
толщина пластины - 30.0 см;
норма проектирования - СП 52-101-2003;
бетон - тяжелый класса В25;
Gb=l.O8204;
204 Gb - произведение всех коэффициентов условий работы бетона Здесь учтены коэффициенты ybi=1, Уьз=0-9, а
также коэффициент ткр, равный 1.2 в соответствии с табл. 7 СНиП II-7-81 *: Gb —1.0 • 0.9 • 1.2 = 1.08 •
• арматура класса А400;
• Gs= 1.2205;
• фактические, принятые по результатам предыдущих расчетов и конструирования,
площади ссчсния и защитные слои продольной арматуры стен.
После задания исходных данных нажимаем кнопку «ОК».
В окне «Оценка прочности
элементов» ставим галочку в
поле «учет динамики во вре-
206
мен и»
Вводим значение коэффициента,
который будет учтен при
делении усилий от
- 207
го воздействия .
После нажатия кнопки «Расчет»
программа автоматически
сохраняет всю введенную
информацию и запускает задачу
на расчет.
По окончании расчета выдастся сообщение «Расчет завершен успешно», а на экран
выводится цветовое изображение результатов расчета по прочности.
Gs - произведение коэффициентов условий работы арматуры Здесь учтен коэффициент ткр, равный 1 2.
Чтобы этот переключатель был активен, необходимо проводить оценку прочности сразу после расчета на
сейсмическое воздействие во временной области.
Здесь использован приближенный подход Значение данного коэффициента принято равным произведению
коэффициентов К\ = 0.22 и Ку =1.3, принимаемых соответственно по табл 3 и 6 СНиП П-7-81*.
ценна прочности элементов. Статистика
Номер комбинации
Номер элемента
[ 16788 3-
Ввод. |
Максимальное значение
коэффициента прочности
в комбинации по всем комбинациям
1 2223 I 1.2223
При нажатии кнопки «Статистика по элементам» на экране выводится цветовая шкала ко-
эффициентов использования прочности208 и количество элементов, соответствующих каж-
дому цвету2 °9. Если коэффициент использования прочности больше 1.0, данный элемент сле-
дует усилить (увеличить армирование или размеры сечения).
В нашем случае потребовалось усилить колонны кругового сечения на уровне первого этажа
здания. Суммарная площадь сечения продольной арматуры данных колонн была увеличена
до 49.09 см2 (10 стержней 025 мм).
Расчет динамической реакции и оценка прочности элементов каркаса выполняется аналогич-
ным образом для всех расчетных наборов акселерограмм.
Коэффициент использования прочности показывает, насколько нагружен элемент при данной комбинации
нагружений по отношению к своей несущей способности Например, значение коэффициента 0.62 показывает,
что элемент Hai ружен на 62% своей несущей способности, а значение 1 29 - что элемент перегружен на 29% и
его необходимо усилить.
Для просмотра статистики кнопка ® должна быть отключена.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Программный комплекс для расчета строительных конструкций на прочность устойчи-
вость и колебания STARK ES. Версия 4.2 (2006). Руководство пользователя. - М.:
ЕВРОСОФТ, 2006. - 383 с.
2. Назаров Ю.П., Жук Ю.Н., Симбиркин В.Н. Автоматизированный расчет несущих конст-
рукций зданий// Промышленное и гражданское строительство. - 2006. - № 8. - С. 42-44.
3. Городецкий А.С., Назаров Ю.П., Жук Ю.Н., Симбиркин В.Н. Повышение качества рас-
четов строительных конструкций на основе совместного использования программных
комплексов STARK ES и ЛИРА// Информационный вестник Мособлгосэкспертизы. -
2005.-№ 1(8).-С. 42-49.
4. Городецкий А.С., Евзсров И.Д. Компьютерные модели конструкций. - Киев: Факт, 2005.
- 344 с.
5. Wilson, E.L., Dcr Kiureghian, А., Bayo, E.R. A replacement for the SRSS Method in Seismic
Analysis// Earthquake Engineering and Structural Dynamics. - 1981. - Vol. 9. - PP. 187-192.
6. Попов H.A. Рекомендации по уточненному динамическому расчету зданий и сооружений
на действие пульсационной составляющей ветровой нагрузки. - М.: ЦНИИСК им В.А.
Кучеренко, 2000. - 45 с.
7. Рекомендации по определению расчетной сейсмической нагрузки для сооружений с уче-
том пространственного характера воздействия и работы конструкций. - М., ЦНИИСК
им. В.А. Кучеренко, 1989. - 142 с.
8. Клаф Р., Пснзиен Дж. Динамика сооружений. - М.: Стройиздат, 1979. - 320 с.
9. Николаенко Н.А., Назаров Ю.П. Динамика и сейсмостойкость сооружений. - М.: Строй-
издат, 1988. - 312 с.
10. Назаров Ю.П., Айзенберг Я.М. Задачи и развитие исследований в области сейсмостойко-
сти сооружений// Промышленное и гражданское строительство. — 2006. - № 8. - С. 23-
25.
11. В.Н. Симбиркин. Проектирование железобетонных каркасов многоэтажных зданий с по-
мощью ПК STARK ES// Информационный вестник Мособлгосэкспертизы. - 2005. - №
3(10).-С. 42-48.
12. Назаров Ю.П., Жук Ю.Н., Симбиркин В.Н. Автоматизированное проектирование пло-
ских монолитных и сборно-монолитных перекрытии каркасных зданий// Промышленное
и гражданское строительство. - 2006. - № 10. - С. 48-50.
13. Bathe, K.-J. Finite element procedures. - New Jersey: Prentice Hall, 1996. - 1037 pp.
14. СНиП 2 01.07-85* «Нагрузки в воздействия»/Госстрой России - М.: ЦПП, 2003. - 44 с.
15. СНиП 11-7-81* «Строительство в сейсмических раионах»/Госстрой России. - М.: ЦНП,
2002.-44 с.
16. СП 31-114-2004 «Правила проектирования жилых и общественных зданий для строи-
тельства в сейсмических районах». - М.: ЦПП, 2005. - 41 с.
17. СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения». -
М.: ЦПП, 2004. - 24 с.
18. СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного на-
пряжения арматуры». - М.: ЦПП, 2004. - 54 с.
19. МГСН 4.19-2005 «Временные нормы и правила проектирования многофункциональных
высотных зданий и зданий-комплексов в городе Москве». - М.: Москомархитектура,
2005.- 126 с.
20. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бе-
тона без предварительного напряжения арматуры (к СП 52-101-2003). - М.: ЦНИИПром-
зданий, 2005. - 214 с.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА
СПЕЦИАЛИСТОВ ПО АВТОМАТИЗИРОВАННОМУ РАСЧЕТУ
СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Темы курсов обучения
1. Базовый курс
Количество часов обучения - 36.
позволяет получить начальные знания по использованию программного комплекса. В рамках
данного курса даются общие сведения о возможностях программы и технологии работы в среде
ПК STARK ES. Слушатели получат навыки работы с позиционными моделями и конечно-
элементными проектами, научатся выполнять общие и конструктивные расчеты строительных
конструкций. Данный курс минимально достаточен для самостоятельного решения большинства
практических задач с использованием ПК STARK ES.
2. Базовый курс для пользователей ПК ЛИРА
Количество часов обучения - 36.
позволяет получить основные знания по совместному использованию программных комплексов.
Данный курс предназначен для пользователей, которые работают с ПК ЛИРА, а знания
ПК STARK ES им требуются для передачи данных и/или проверочного расчета по второй
независимой программе. Помимо общих сведений о работе с ПК STARK ES, в рамках курса
проводится сравнительный анализ возможностей двух программ, особенностей работы в среде
ПК STARK ES по сравнению с ПК ЛИРА, а также даются рекомендации по корректному
использованию специальной программы-конвертора для обмена данными между этими
программами
3. Расширенный курс
Количество часов обучения - 72.
позволяет получить сведения о работе с ПК STARK ES в большем объеме по сравнению с
базовым курсом и закрепить полученные знания на практике. В программу данного курса,
помимо основных сведений, включено несколько дополнительных тем:
• особенности расчета зданий на ветровые нагрузки с учетом пульсационной составляющей;
• расчет на сейсмические воздействия с применением спектрального метода и
пространственной интегральной модели воздействия;
• оценка прочности, устойчивости и подбор арматуры в железобетонных конструкциях и др.;
Слушатели имеют возможность практического освоения полученных сведений в течение
36 часов и на примере расчета железобетонного монолитного каркасного здания по
методическому пособию, которое выдается учащимся.
4. Дополнительный курс
Количество часов обучения - 36.
предназначен для опытных пользователей, которые умеют пользоваться ПК STARK ES на
уровне Базового или Расширенного курса обучения. В программу входит изучение специальных
возможностей программного комплекса. Рассматриваются следующие темы:
• особенности расчета сборно-монолитных каркасов;
• расчет по двум независимым сертифицированным программных комплексам ЛИРА и
STARK ES (сравнительный анализ результатов и объединение возможностей программ);
• особенности проектирования высотных зданий;
• расчет на сейсмические воздействия с учетом пространственного характера воздействия и
пространственной работы зданий, применение интегральной и дифференциальной моделей
воздействия;
• расчет на сейсмические воздействия с использованием акселерограмм сейсмического
движения грунта;
• расчет конструкций на деформируемом естественном и свайном основании;
• расчет конструкций с учетом физической и геометрической нелинейности.
Курс включает лекции и практические занятия.
Допускается работа над собственным (реальным) проектом.
Курс проводят специалисты ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко и
ООО «ЕВРОСОФТ».
По окончании курсов выдается аттестат.
Место проведения: г. Москва, ул. 2-я Институтская, д. 6
(Рязанский просп., д. 61), ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко.
Дополнительную информацию можно получить по телефонам
+7(495) 170-10-80,174-79-91,174-79-98 или e-mail: laip@tsniisk.ru.
StarLi
ТЕХНОЛОГИЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА РАСЧЕТНЫХ ОБОСНОВАНИЙ
В ПРОЕКТИРОВАНИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ
СОВМЕСТНОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ
STARK ES И ЛИРА
Технология заключается в совместном использовании двух программных комплексов STARK ES и ЛИРА,
разработанных независимо и проверенных многолетней практикой применения, при проектном и экспертном
расчете несущих конструкций зданий и сооружений
Актуальность разработки
Численные методы, положенные в основу современных
программных комплексов, позволяют получить не точное, а
некоторое приближенное решение В программных комплексах,
разработанных независимо друг от друга, применены различные
модификации численных методов и алгоритмов, что обуславливает
различие результатов расчета, получаемых с их помощью. Это
различие, как правило, возрастает при недостаточно корректном
использовании программного комплекса, при применении расчетных
схем, не соответствующих его возможностям и особенностям При
этом для большинства практических расчетных задач,
встречающихся при строительном проектировании, оценка точности
получаемых приближенных решений затруднена в связи с
отсутствием точного аналитического либо аналогичного,
проверенного практикой, решения
Преимущества технологии
Технология совместного использования двух программных
комплексов STARK ES и ЛИРА при строительном проектировании
позволяет повысить качество проектирования, предотвратить
получение неверных результатов расчета конструкций и, как
следствие, недостаточно надежных и экономичных конструктивных
решений. Это обеспечивается тем, что технология позволяет:
• объединить разные возможности двух программных комплексов по
расчету, диагностике исходных данных и анализу результатов
расчета в использовании их при проектировании одного и того же
объекта;
• обратить внимание на обнаруженные отличия в результатах
расчета, полученных по двум программным комплексам, выявить
допущенные ошибки;
• оценить на основе анализа численных результатов особенности и
пределы применимости различных методик, реализованных в
программных комплексах.
Реализация технологии
Проектным, экспертным, научно-исследовательским и учебным
организациям строительного профиля предлагаются:
• программные средства (конверторы) для передачи расчетных моделей из
ПК ЛИРА в ПК STARK ES и обратно, обеспечивающие максимально
возможную полноту передачи данных о геометрии, нагрузках и материалах
конструкций;
• консультационно-методическая помощь инженерам-расчетчикам,
использующим программные комплексы STARK ES и ЛИРА при расчете
строительных объектов;
• льготные условия поставки недостающего программного комплекса
официальному пользователю ПК ЛИРА или ПК STARK ES.
Расчетная модель в ПК STARK ES
( PROJECT kFEA с Комкрпфомть
STARK “ ——
Вьоод
( PROJECT JSJ - переходом файя е формате >М. ---------
Пжошь
<5“ Ксгеертацяя FEA- файла ®SU файл
Г' Ксгеертацяя SU файл* е РЕА- файл
ПК STARK ГЖ ЛИРА
Г
Передача данных
Расчетная модель в ПК ЛИРА
STARK ES - программный комплекс для расчета
конструкций зданий и сооружений на прочность,
устойчивость и колебания на основе метода
конечных элементов.
МЕТАЛЛ - программный комплекс для расчета
элементов и узлов металлических конструкций,
создания ведомости отправочных элементов
и технической спецификации стали.
СпИн - электронный справочник-калькулятор
для проектировщиков и инженеров-строителей.
Содержит более 100 функций по разделам:
математика, статика, нагрузки и воздействия,
железобетонные, металлические, деревянные и
каменные конструкции, основания зданий и
сооружений, строительная климатология и др.
ПРУСК - пакет программ для проектирования
элементов и узлов строительных конструкций.
В программах пакета реализован расчет по двум
группам предельных состояний и конструирование
железобетонных плоских и ребристых плит,
многопролетных балок, многоэтажных колонн,
свай в грунте, столбчатых, ленточных и плитных
фундаментов, а также сварных узлов
стальных конструкций.
ЕВРОСОФТ
109428, Россия, Москва
Рязанский просп., д.61
тел./факс: (+7 495) 170-1080,
170-1084, 174-7991
E-Mail: info@eurosoft.ru
Internet- www.eurosoft.ru