yandex
Назад

Подбор армирования в плитах перекрытия в программных комплексах ЛИРА-САПР, SCAD, ЛИРА 10

Аннотация. Подбор арматуры в железобетонных конструкциях в программных комплексах происходит по различным алгоритмам. Эти алгоритмы зависят от применяемой теории подбора арматуры. Реализация в программных комплексах даже одинаковых теорий расчета различна, поэтому важным вопросом является обоснование подбора арматуры и проверка данного армирования. В работе представлены результаты расчета армирования принятой безбалочной и балочной плит перекрытия. Отдельно произведены расчеты только с учетом первого предельного состояния и отдельно - расчеты по первому и второму предельному состоянию. Для расчетов использованы программные комплексы, вышедшие из семейства «ЛИРА»: LIRA-SAPR, SCAD, LIRA-SOFT. Представленные результаты армирования проверены расчетами по действующему СП 63.13330.2012. На основании полученных результатов сделаны выводы о достаточности полученного армирования, приведены рекомендации по проведению поверочных расчетов конструкций. Ключевые слова: расчет перекрытия, поверочный расчет перекрытия, армирование перекрытия, напряженно-деформированное состояние перекрытия. Abstract. Selection of reinforcement in reinforced concrete structures in software systems is carried out according to different algorithms. These algorithms depend on the used theory for analysis of reinforcement. The implementation in software systems even identical theories of calculation are different, so the important issue is the justification for the selection of the reinforcement and checking of the reinforcement. The paper presents the results of the calculation of reinforcement adopted beam-free and beam floor slabs. Separately, calculations are made only taking into account the first limit state and separately - calculations for the first and second limit state. For calculations, software systems from the LIRA family ARE used: LIRA-SAPR, SCAD, LIRA-SOFT. The presented results of reinforcement are verified by calculations of the current SP 63.13330.2012. On the basis of the results obtained conclusions about the adequacy of the resulting reinforcement, recommendations for carrying out verification calculations of structures. Key words: calculation of overlap, verification calculation of overlap, reinforcement of overlap, stress-strain state of overlap.

Наиболее часто применяемыми при расчете и проектировании конструкций в России являются программные комплексы семейства «ЛИРА», история которой началась в 1960-х годах. В 1994 году из «ЛИРЫ» выделился ПК SCAD, а в 2010 году выделился ПК LIRA-SOFT. «ЛИРА» и ее главный разработчик А.С. Городецкий на данный момент ведет разработку ПК LIRA-SAPR.

Ко всем рассчитанным конструкциям в указанных выше ПК, согласно ФЗ 384[1] предъявляются требования механической безопасности. Выполнение требований механической безопасности при проектировании осуществляются посредством выполнения расчетов и проектирования согласно действующих норм.  Железобетонные конструкции рассчитываются на обязательной основе (Постановление правительства РФ от 26 декабря 2014г. №1521[2]) в соответствии с СП 63.13330.2012 [4]. Принятая расчетная схема в ПК при этом должна отражать действительные условия работы конструкции (ГОСТ 27751-2014 [3]), это достигается использованием данных об особенностях работы конструкций. Для монолитных железобетонных элементов, например, некоторые данные об особенностях их работы приведены в положениях СП 52-103-2007 [5].

Результат расчета армирования в программных комплексах имеет различия как в применяемой теории, так и в построении алгоритмов расчета. В связи с этим могут возникать различия в полученных результатах. В программных комплексах LIRA-SAPR, LIRA-SOFT, SCAD реализован подбор арматуры в соответствии с действующим СП [4] с использованием теории Карпенко Н.И. [6]. Кроме того, в LIRA-SAPR и LIRA-SOFT возможен подбор арматуры с использованием теории Р. Вуда [7]. Некоторые данные об особенностях программного расчета представлены в [8,9].

Характерным показательным примером, имеющим большое практическое значение, является результат подбора арматуры в плитах перекрытия для выделенных программных комплексов.  Для примера подбора арматуры в перекрытиях было использовано 2 каркасные системы с безбалочным и балочным перекрытием.

Исходные данные для схемы №1:

Толщина перекрытия: 28см. Шаг колонн 8,4м. Габариты колонн: 60х60см. Количество пролетов: 4. Класс арматуры: А500. Класс бетона: В25 (gb1 = 0,9; gb3= 1,0). Толщина защитного слоя: 4 см. Шаг арматурных стержней при подборе: 200мм. Тип конечных элементов: колонны - универсальный пространственный стержневой КЭ №10; плиты перекрытия - универсальный четырехугольный КЭ оболочки №44(41). Моделирование стыка колонны и перекрытия: абсолютно твердое тело/ абсолютно жесткое тело. Колонны имеют жесткое защемление по концам (моделируют работу вышележащих и нижележащих перекрытий). Модули упругости заданы в соответствии с [5] с понижающими коэффициентами к начальному модулю деформации бетона – для колонн 0,6, для перекрытий 0,2.

Данные по нагрузкам приведены в таблице 1.

Исходные данные для схемы №2:

Толщина перекрытия: 25см. Балки по колоннам в двух напралениях40х65см.

Стык балки с перекрытием выполнен  жесткими вставками.

Остальные исходные данные не изменены.

Расчетные схемы и расчетные сечения представлены на рисунке 1 и 2. Результаты расчета представлены в таблице 2 и на рисунках 3 и 4.

Таблица 1. Нагрузки на перекрытие

№ п/п

Наименование нагрузки

Нормативное значение, т/м2

gf

Расчетное значение, т/м2

 

Постоянная нагрузка

 

 

 

1

Собственный вес несущих конструкций учитывается в программном комплексе автоматически

 

 

 

2

Пол

0,24

1,2

0,288

 

Временная нагрузка

 

 

 

3

Офисы (доля длительности 0,35)

0,2

1,2

0,24

4

Перегородки (доля длительности 1)

0,06

1,2

0,072

 

Рис. 1. Расчетные схемы перекрытий: а –безбалочное; б –балочное.

                                   а                                                               б                    

Рис. 1. Расчетные схемы перекрытий: а –безбалочное; б –балочное.

 

 Рис. 2.Расчетные сечения перекрытий : а –безбалочное; б –балочное.

а                                                               б

Рис. 2.Расчетные сечения перекрытий : а –безбалочное; б –балочное.

 

Таблица 2. Результаты расчета перекрытий

Оцениваемый

параметр

LIRA-SOFT

LIRA-SAPR

SCAD

Безбалочное перекрытие

1.1

Максимальный изгибающий момент в пролете от РСУ по оси X,

соответствующий ему момент по оси Y и крутящий момент

Mx,max=50,49 кН*м/м

My=17,17 кН*м/м

Mxy=0,05494 кН*м/м

Mx,max=50,87 кН*м/м

My=17,14 кН*м/м

Mxy=0,0865 кН*м/м

Mx,max=50,87 кН*м/м

My=17,14 кН*м/м

Mxy=0,0865 кН*м/м

1.2

Максимальный изгибающий момент на опоре от РСУ по оси X,

соответствующий ему момент по оси Y и крутящий момент

Mx,max=176,84 кН*м/м

My=72,69 кН*м/м

Mxy=31,10 кН*м/м

Mx,max=173,79 кН*м/м

My=71,89 кН*м/м

Mxy=30,86 кН*м/м

Mx,max=173,79 кН*м/м

My=71,89 кН*м/м

Mxy=30,86 кН*м/м

1.3

Максимальный  прогиб от РСН (все нагрузки с коэффициентом сочетания 1

32,9мм

33,5мм

33,47мм

 

 

теория Карпенко

теория Вуда

теория Карпенко

теория Вуда

теория

Карпенко

1.4

Максимальная арматура в пролете 1-е ПС (РСУ)

4,9 см2

 

4,9см2

 

5,18см2

5,19 см2

 

5,3 см2

1.5

Максимальная арматура над опорой 1-е ПС(РСУ)

25 см2

24см2

24,4см2

24,2 см2

22,73 см2

1.6

Максимальная арматура в пролете 1-е и 2-е  ПС (РСУ)

6см2

 

6 см2

 

8,06

см2

8,69

см2

 

11,99 см2

1.7

Максимальная арматура над опорой 1-е и 2-е ПС(РСУ)

43см2

40 см2

26

см2

37,1

см2

36,92 см2

Балочное перекрытие

2.1

Максимальный изгибающий момент в пролете от РСУ по оси X,

соответствующий ему момент по оси Y, крутящий момент, нормальная сила

Mx,max=24,53 кН*м/м

My=24,53  кН*м/м

Mxy=0,101 кН*м/м

Nx=-77,36 кН/м2

Ny=-77,36 кН/м2

Mx,max=24,86  кН*м/м

My=24,86   кН*м/м

Mxy=0,124 кН*м/м

Nx=-79,28 кН/м2

Ny=-79,28 кН/м2

Mx,max=24,86  кН*м/м

My=24,86   кН*м/м

Mxy=0,124 кН*м/м

Nx=-79,28 кН/м2

Ny=-79,28 кН/м2

2.2

Максимальный изгибающий момент на опоре от РСУ по оси X,

соответствующий ему момент по оси Y крутящий момент, нормальная сила

Mx,max=35,49 кН*м/м

My=15,79 кН*м/м

Mxy=6,0 кН*м/м

Nx=1539,09 кН/м2

Ny=341,09 кН/м2

Mx,max=36,01  кН*м/м

My=16,01 кН*м/м

Mxy=6,10 кН*м/м

Nx=1565,71 кН/м2

Ny=347,62 кН/м2

 

Mx,max=36,01  кН*м/м

My=16,01 кН*м/м

Mxy=6,10 кН*м/м

Nx=1565,71 кН/м2

Ny=347,62 кН/м2

 

2.3

Максимальный  прогиб от РСН (все нагрузки с коэффициентом сочетания 1

20,52мм

21,2мм

21,19мм

 

 

теория Карпенко

теория Вуда

теория Карпенко

теория Вуда

теория Карпенко

2.4

Максимальная арматура в пролете 1-е ПС (РСУ)

2,9см2

 

2,9см2

 

2,6см2

 

3см2

 

3см2

2.5

Максимальная арматура над опорой 1-е ПС(РСУ)

8,5см2

5,3см2

9,5см2

10,3см2

8,63см2

2.6

Максимальная арматура в пролете 1-е и 2-е  ПС (РСУ)

2,9см2

 

2,9см2

 

3,76см2

 

4,38см2

 

3,92см2

2.7

Максимальная арматура над опорой 1-е и 2-е ПС(РСУ)

16см2

5,9см2

14см2

20,4 см2

26,75см2

**Под вторым предельным состоянием понимается расчет по ширине раскрытия трещин.

 Результаты подбора армирования в безбалочном перекрытии   

Рис.3. Результаты подбора армирования в безбалочном перекрытии      

Результаты подбора армирования в балочном перекрытии

Рис.4. Результаты подбора армирования в балочном перекрытии

 

Результаты по расчетной схеме №1 (безбалочное перекрытие):

- существенных расхождений по полученным прогибам и моментам в сечениях нет;

-при расчете по первому предельному состоянию имеются отличия в максимальном требуемом армировании в пролете -6%, на опоре -10%;

-при расчете по первому и второму предельным состояниям имеются существенные отличия в максимальном требуемом армировании в пролете - 100%, на опоре - 65%.

Результаты по расчетной схеме №2(балочное):

- существенных расхождений по полученным прогибам и моментам в сечениях нет;

-при расчете по первому предельному состоянию имеются существенные отличия в максимальном требуемом армировании в пролете -15%, на опоре -94%;

-при расчете по первому и второму предельным состояниям имеются весьма существенные отличия в максимальном требуемом армировании в пролете -51%, на опоре -353%.

 

Для оценки полученных результатов произведены расчеты по первому и второму предельному состоянию только в рамках СП [4] (без использования нелинейной деформационной модели).

Результаты по расчетной схеме №1 (безбалочное перекрытие):

-расчет прочности (расчет только по первому предельному состоянию) удовлетворяется для всех результатов всех ПК (расчеты произведены по (п.8.3,8.10,8.20,8.100-8.103));

-ширина раскрытия трещин (расчет по второму и второму предельному состоянию) не превышает предельных значений для всех результатов всех ПК (проверки произведены по п.8.2).

Результаты по расчетной схеме №2(балочное перекрытие):

-расчет прочности (первое предельное состояние) удовлетворяется для всех результатов всех участков (расчеты произведены по п.8.3,8.10,8.20,8.21,8.24,8.100-8.103).

-ширина раскрытия трещин (второе предельное состояние) не превышает предельных значений для всех результатов всех ПК, кроме ПК LIRA-SORF при расчете по теории Вуда (расчеты произведены по п.8.2).

 

По полученным в результате расчета данным можно сделать следующие выводы:

 

1.В статье рассмотрена актуальная проблема – подбор армирования в различных программных комплексах;

2.Существенной разницы в усилиях и прогибах конструкций при расчете во всех программных комплексах не выявлено;

3.Результаты подбора армирования плит в рассмотренных ПК имеют различия подбора арматуры для первого предельного состояния до 10 процентов в безбалочных плитах и до 94 процента в балочных. Для расчетов с учетом второго предельного состояния (раскрытие трещин) различия до 100 процентов в безбалочных и до 353 в балочных;

4.Первое предельное состояние при расчете по СП[4] удовлетворяется для всех  ПК. Второе предельное состояние (ширина раскрытия трещин) удовлетворяется для всех случаев расчета в ПК, кроме расчета балочного перекрытия в ПК  LIRA-SOFT по теории Вуда;

5.Отсутствие открытого программного кода не дает оценить корректность подбора арматуры во всех ПК, однако использование любого рассмотренного ПК и любой теории подбора арматуры в нем не противоречит ни одному из обязательных к применению документов на территории РФ [1,2,3,4] и принимается исключительно по опыту специалиста в данной области (не относится к расчету в ПК  LIRA-SOFT по теории Вуда);

6.Проведение поверочных расчетов одних и тех же конструкций в различных программных комплексах нецелесообразна.  В этом случае корректнее будет выполнить расчеты только в рамках СП [4] по полученным расчетным сочетаниям усилий;

7.Разнородность полученных результатов говорит о том, что необходимо использование во всех ПК расчетов по одной «интегральной» теории, которая будет учитывать все особенности работы железобетона. Из данной теории должны вытекать понятные алгоритмы, которые возможно будет реализовать во всех ПК.

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

1.ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» от 30.12.2009 №384-ФЗ.

2. Постановление правительства РФ от 26 декабря 2014г. №1521.

3. ГОСТ  27751—2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения».

4. СП 63.13330.2012, «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003», М.: Минрегион России, ГУП ЦПП, 2012.

5. СП 52-103-2007 «Железобетонные монолитные конструкции зданий», М.: Минрегион России, ГУП ЦПП, 2007.

6. Карпенко Н.И. «Теория деформирования железобетона с трещинами. М., Стройиздат, 1976. 196с.

7. Wood R.H. Plastic and elastic design of slabs and plates. London, Thames,1961.[Вуд Р. Пластичные и упругие конструкции оболочек и плит. Лондон. Темза, 1961]

8. Городецкий Д.А., Барабаш М.С., Водопьянов Р.Ю., Титок В.П., Артамонова А.Е.//Учебное пособие К.– М.: Электронное издание, 2013. 376 с.

9. Справка по программному комплексу SCAD Offise.

REFERENCES

1.Federal law "Technical regulations on safety of buildings and structures" dated 30.12.2009 №384-FZ. (In Russian).

2. Resolution of the government of the Russian Federation from December 26, 2014. No. 1521. (In Russian).

3. GOST 27751—2014 «Reliability of building structures and foundations. Basic Provisions” (In Russian).

4. SP 63.13330.2012, "Concrete and reinforced concrete structures. Basic provisions. Updated version of SNiP 52-01-2003 ", Moscow: Ministry of Regional Development of Russia, State Unitary Enterprise" TsPP ", 2012. (In Russian).

5. SP 52-103-2007 "Reinforced Concrete monolithic structures of buildings", Moscow: Ministry of Regional Development of Russia, state unitary enterprise "TsPP ", 2007. (In Russian).

6. Karpenko N. I. "Theory of deformation of reinforced concrete with cracks. M., Stroyizdat, 1976. 196p. (In Russian).

7. Wood R.H. Plastic and elastic design of slabs and plates. London, Thames,1961. (In the English)

8. Gorodetsky D. A., Barabash M. S., Vodopyanov R. Yu., Titok V. P., Artamonova E. A. //Textbook K.– M.: Electronic edition, 2013. 376 p. (In Russian).

9. SCAD Office software help. (In Russian).

Поделиться
в соцсетях