Моделирование и расчет каркаса здания в ПК SCAD

Этапы моделирования и расчета каркаса [15]:

1. Моделирование расчетной схемы каркаса здания в программе Форум системы SCAD Office.

1.1 Для формирования расчетной схемы сначала необходимо создать новый проект и настроить единицы измерения проекта. Для этого после запуска программы Форум в инструментальной панели нажимаем на кнопку «Новый проект» и вводим идентификационные данные нового проекта в появившемся диалоговом окне (Рисунок 3.1), затем нажимаем на кнопку «Единицы измерения», тем самым активизируя одноименное диалоговое окно (Рисунок 3.2). В списках «Линейные размеры», «Размеры сечений», «Силы» устанавливаем размерности метр, метр и кН, соответственно. Нажимаем дважды кнопку «ОК».

Рисунок 3.1 – Диалоговое окно «Новый проект»

Рисунок 3.2 – Диалоговое окно «Единицы измерения»

1.2 Создание координатной сетки. Координационные оси являются базой для создания модели и создание новой модели всегда начинается с описания осей. На вкладке «Схема» нажимаем на кнопку «Создать/редактировать координатную сетку» . В появившемся окне (Рисунок 3.3). заполняем три страницы как показано в Таблице 3.1:

Таблица 3.1 – Координатные оси.

Начальную отметку устанавливаем в значении -3,65. Также ставим галочку возле «Генерация узлов на сетке». Нажимаем «ОК». Появляется окно «Генерация узлов на координатных осях» (Рисунок 3.4), где в продольных и поперечных направлениях ставим галочку возле «Весь интервал», а по вертикали выбираем значения от -3,55 до 0. Нажимаем «ОК». Также нужно убедиться, что в панели визуализации активизированы кнопки «Показать узлы» и «Координатные оси» .

Рисунок 3.3 – Диалоговое окно «Координатные оси»

Рисунок 3.4 – Диалоговое окно «Генерация узлов»

Рисунок 3.5 – Координатные оси

1.3 Создание блока или этажа здания. Новый блок может быть создан на любом шаге формирования модели. В диалоговом окне задаются параметры блока (имя и цвет отображения). Вновь созданный блок автоматически становится активным, т.е. в него будут включаться все элементы, которые вводятся непосредственно после создания блока. В панели инструментов нажимаем на кнопку «Создать блок», в окне «Параметры блока» (Рисунок 3.6) задаем название этажа, а также можем выбрать цвет отображения блока, для более наглядного представления схемы. Нажимаем «ОК». В дереве проекта появится новый блок – «Технический этаж» (Рисунок 3.7).

Рисунок 3.6 – Диалоговое окно «Параметры блока»

Рисунок 3.7 – Дерево проекта

1.4 Создание колонн. На вкладке «Схема» нажимаем на кнопку «Колонна» . В появившемся окне «Параметры колонн» (Рисунок 3.8) на вкладке «Свойства» задаем имя колонны – к1, вид сечения – параметрическое и высоту колонн – 3.3 метра, затем переходим на вкладку «Параметрические сечения», где выбираем материал – бетон тяжелый В25, сечение прямоугольное, высотой h=0.4 метра и шириной b=0.4 метра. Нажимаем «ОК».

Рисунок 3.8 – Диалоговое окно «Параметры колонн»

Выделяем все узлы на уровне -3.3 метра (кроме узла на пересечении осей 1 и Г и узлов ни оси Д) и нажимаем на кнопку подтверждения .

Рисунок 3.9 – Создание колонн

1.5 Создание балок. На вкладке «Схема» нажимаем на кнопку «Балка» . В появившемся окне «Параметры балок» (Рисунок 3.10) на вкладке «Свойства» задаем имя балки – b1 и вид сечения – параметрическое, затем переходим на вкладку «Параметрические сечения», где выбираем материал – бетон тяжелый В25, сечение прямоугольное, шириной b=0.4 метра и высотой h=0.7 метра. Нажимаем «ОК».

Рисунок 3.10 – Диалоговое окно «Параметры балок»

Соединяем колонны на нулевом уровне так, как отмечено на Рисунке 3.11.

Рисунок 3.11 – Создание балок

1.6 Создание бетонных стен лифтовой шахты, толщиной 0.2 метра. Лифтовая шахта находится между осями 4, 5 и осями А, Б. Для привязки стен лифтовой шахты к проекту нужно создать дополнительные узлы. Для этого переходим на вкладку «Операции с узлами» и нажимаем на кнопку «Ввести узлы на заданном расстоянии от отмеченных» . В появившемся окне «Ввод узлов» вводим следующие значения (Таблица 3.2):

Таблица 3.2 – Координаты дополнительных узлов

Выделяем узел на пересечении осей 4 и Б и нажимаем . Повторяем ввод: dx – 0, dy - -2.2, dz – 0, Количество – 1. Выделяем узлы, появившиеся на предыдущем шаге и нажимаем .

Рисунок 3.12 – Создание дополнительных узлов

После ввода дополнительных узлов возвращаемся на вкладку «Схема», нажимаем на кнопку «Стена» . Заполняем появившееся окно «Характеристики стены»: Наименование – с1, Назначение стены – Несущая, Материал – Бетон тяжелый В25, Ввод по двум узлам и высоте стены, Высота стены – 3.3 м. Нажимаем на кнопку «ОК».

Соединяем дополнительные узлы и получаем стены лифтовой шахты.

Дальше создаем дверной проем в одной из стен лифтовой шахты. Для этого в дереве проекта выбираем нужную стену и нажимаем на кнопку изменить . Открывается программа Консул, предназначенная для формирования произвольных сечений, а также расчета их геометрических характеристик, исходя из теории сплошных стержней. В панели инструментов активизируем кнопки «Вершины» , «Показать/Спрятать сетку» и «Привязка к сетке» , нажимаем на кнопку «Шаг сетки» , где напротив х и у ставим значение 0.2, нажимаем «ОК». Затем выбираем «Многоугольный внешний контур» и делаем вырез в стене, как представлено на Рисунке 3.13.

Рисунок 3.13 – Вырез дверного проема в программе Консул

Сохраняем проект и выходим из программы Консул с помощью кнопки «Выход»

Рисунок 3.14 – Создание лифтовой шахты

1.6 Создание бетонных стен лестничной клетки. Лестничная клетка находится в левом нижнем углу здания. Для начала построения клетки создаем дополнительные узлы. Для этого переходим на вкладку «Операции с узлами» и нажимаем на кнопку «Ввести узлы на заданном расстоянии от отмеченных» . В появившемся окне «Ввод узлов» вводим следующие значения: dx – 3, dy – 0, dz – 0, Количество – 1. Выделяем узлы на пересечении оси 1 и осей А и Б на уровне 3.3. метра и нажимаем . В результате проделанных действий схема будет иметь вид, представленный на Рисунке 3.15.

Рисунок 3.15- Дополнительные узлы для лестничной клетки

После ввода дополнительных узлов возвращаемся на вкладку «Схема», нажимаем на кнопку «Стена» . Заполняем появившееся окно «Характеристики стены»: Наименование – с1, Назначение стены – Несущая, Материал – Бетон тяжелый В25, Ввод по двум узлам и высоте стены, Высота стены – 3.3 м. Нажимаем на кнопку «ОК».

Соединяем узел 1 с узлом 2 и с узлом 4 и узел 3 с узлом 4 и получаем стены лестничной клетки.

Рисунок 3.16 – Создание лестничной клетки

1.7 Создание плиты перекрытия толщиной 0.18 метра. На вкладке «Схема» нажимаем на кнопку «Перекрытие» . В появившемся диалоговом окне «Характеристики перекрытия» (Рисунок 3.17) задаем следующие параметры: Имя – п1, Толщина = 0.18 м., Материал – Бетон тяжелый В25, Тип помещения – Служебные.

Рисунок 3.17 – Диалоговое окно «Характеристики перекрытия»

Соединяем узлы по внешнему контору каркаса, кроме узла на пересечении осей 1 и А, добавляя два узла на пересечении осей 4 и 5 и оси Д.

Дальше необходимо создать отверстие в плите перекрытия под лифтовую шахту. Для этого в дереве проекта выбираем перекрытие и нажимаем на кнопку изменить . Открывается программа Консул. Шаг сетки устанавливаем 0.1*0.1 метр, нажимаем на кнопку «Внутренний контур» и создаем отверстие в плите согласно проекту.

Рисунок 3.18 – Вырез отверстие в плите перекрытия в программе Консул.

Рисунок 3.19 – Создание плиты перекрытия

1.8 Копирование этажа. На вкладке «Схема» нажимаем кнопку «Копирование» . В появившемся окне (Рисунок 3.20) выбираем: Копировать выбранный блок, По направлению - z с шагом 3.3 в количестве – 5.

Рисунок 3.20 – Диалоговое окно «Копирование»

Рисунок 3.21 – Копирование этажа

1.9 Создание стен технического этажа. Создание наружных стен технического этажа из бетона марки В25 толщиной 0.3 метра. На панели визуализации выбираем «Вид спереди» , затем «Фрагментация рамкой» , нажимаем правой кнопкой мыши в тот момент, когда курсор расположен в рабочем поле, и в появившемся диалоговом окне «Выбор тип курсора» (Рисунок 3.22) выбираем следующий вид курсора: перекрестье с изображением прямоугольника — для одновременного выбора группы узлов или элементов с помощью рамки прямоугольной формы.

Рисунок 3.22 – Диалоговое окно «Выбор тип курсора»

Выделяем технический этаж и нажимаем на «Подтверждение фрагментации» . Нажимаем на «Исходное положение схемы» . На схеме будет представлен только технический этаж.

Для начала надо удалить наружные стены лестничной клетки. На вкладке «Операции с элементами» нажимаем на кнопку «Удаление элементов» , в диалоговом окне «Выбор удаляемых объектов» выбираем стены, нажимаем «ОК». Выделяем стены на схеме и нажимаем . Стены удалены.

Теперь снова переходим на вкладку «Схема», выбираем в панели инструментов «Стена» и задаем следующие характеристики стены: Наименование – с1, Назначение стены – Несущая, Толщина – 0,3 м, Материал – Бетон тяжелый В25, Ввод по двум узлам и высоте стены, Высота стены – 3.3 м. Соединяем угловые узлы по контору здания. Таким образом мы смоделировали стены технического этажа. Также необходимо привести схему к полному виду с помощью кнопки «Полное изображение схемы» .

Рисунок 3.23 – Создание стен технического этажа.

1.10 Редактирование плиты покрытия. Вид спереди – Фрагментация рамкой – выделяем 5-ый этаж – Подтверждение фрагментации - Исходное положение схемы . На схеме будет отображен только 5-ый этаж. В «Дереве проекта» в блоке 5-го этажа выделяем перекрытие (на схеме оно подсветится зеленым), нажимаем «Изменить». Открывается программа Консул. Шаг сетки устанавливаем 0.2*0.2 метра.

Удаляем отверстия под лестничную клетку. Нажимаем на кнопку «Удалить вершины» , из появившегося списка выбираем «Одну», выделяем узел, не находящийся на осях (Рисунок 3.24 а). Вершина удалена (Рисунок 3.24 б).

а) б)

Рисунок 3.24 – Удаление вершины отверстия лестничной клетки

Нажимаем на кнопку «переместить вершины», выбираем «Одну», выделяем вершину, находящуюся на оси х и переносим ее в начало координат. Отверстие удалено.

Создаем отверстие в плите покрытия под лестничную клетку, выходящую на крышу. Нажимаем на кнопку «Многоугольный внешний контур» и изменяем контур плиты покрытия согласно проекту.

Удаляем балкон. Нажимаем на кнопку «Удалить вершины» , из появившегося списка выбираем «Прямоугольник», выделяем 2 узла у балкона. Балкон удален. Сохраняем проект и выходим из программы Консул с помощью кнопки «Выход» .

Рисунок 3.25 – Плита покрытия

1.11 Создание стен под лестничную клетку, выходящую на крышу. После редактирования плиты покрытия в программе Консул на схеме также будет отображен только 5 этаж. Создаем дополнительные узлы. Переходим на вкладку «Операции с узлами» и нажимаем на кнопку «Ввести узлы на заданном расстоянии от отмеченных» . В появившемся окне «Ввод узлов» вводим следующие значения: Выделяем и нажимаем . Повторяем ввод: dx – 2.5, dy – 0, dz – 0, Количество – 1. Выделяем узел на пересечении осей 4 и А и узел, полученный на предыдущем шаге и нажимаем .

Переходим на вкладку «Схема» - «Стена», задаем характеристики стены: толщина 0.2 м, остальных позиции оставляем без изменения. Соединяем узлы. Лестничная клетка готова.

Рисунок 3.26 – Схема каркаса 5-ого этажа

1.12 Создание 6-го этажа. Вид сверху – вкладка «Схема» - «Копирование». В диалоговом окне выбираем «Копирование отмеченные элементы» по направлению Z с шагом 3.3 в количестве 1, «ОК». Выбираем все колонны и балки, находящиеся на пересечение осей 4, 5 и А, Б. Нажимаем на кнопку подтверждения .

Создаем плиту покрытия 6-го этажа. «Схема» - «Перекрытие». В появившемся диалоговом окне «Характеристики перекрытия» задаем следующие параметры: Имя – п1, Толщина = 0.18 м., Материал – Бетон тяжелый В25, Тип помещения – Покрытие на прочих участках. «ОК». Соединяем узлы на пересечении оси 4 и осей А и Б и узлы на пересечении оси 5 и осей А и Б н а уровне 19.8 метров. Плита покрытия готова.

Рисунок 3.27 – Схема каркаса 6-го этажа

1.13 Создание фундаментной плиты толщиной 0.5 метра. Вид спереди – Фрагментация рамкой – выделяем технический этаж – Подтверждение фрагментации - Исходное положение схемы . На схеме будет отображен только технический этаж.

Создание дополнительных узлов: вкладка «Операции с узлами» - «Ввести узлы на заданном расстоянии от отмеченных» . В появившемся окне «Ввод узлов» вводим значения для узла на пересечения осей 1 и А (Таблица 3.3):

Таблица 3.3 – Координаты дополнительных узлов

Выделяем узел на пересечении осей 1 и А на уровне -3,55 метра и нажимаем . Повторяем эту же операцию для других узлов.

Переходим к непосредственному созданию фундаментной плиты: «Схема» - «Перекрытие». В появившемся диалоговом окне «Характеристики перекрытия» задаем следующие параметры: Имя – Фп1, Толщина = 0.5 м., Материал – Бетон тяжелый В20, Тип помещения – Покрытие на прочих участках. «ОК». Соединяем узлы полученные на предыдущем шаге по контуру. Фундаментная плита готова.

Рисунок 3.28 – Схема каркаса технического этажа

а) б)

в) г)

Рисунок 3.29 – Схема каркаса административного здания

1.14 Подготовка схемы к загрузке из Форума в SCAD. Сначала надо уменьшить объём схемы, путем удаления лишних узлов и пустых блоков, а также упорядочить номера узлов и элементов. Переходим на вкладку «Управление» - кнопка «Упаковка данных» . На вопросы в появившихся окнах (Рисунок 3.30): «Удалять узлы, не принадлежащие элементам?» и «Удалять «пустые» блоки?» - ответить «Да».

Рисунок 3.30 – Диалоговые окна FORUM

Следующий шаг – это «Контроль модели» на вкладке «Управление». В появившемся диалоговом окне «Экспресс-контроль модели» (Рисунок 3.31) нажимаем на кнопку «Выбрать все». «ОК».

Рисунок 3.31 – Диалоговое окно «Экспресс-контроль модели»

После проверки модели выйдет окно FORUM с надписью: «Ошибки не обнаружены». Нажимаем «ОК».

Третий шаг подготовки схемы: «Схема» - «Генерация результирующего проекта» , выходит окно «», где устанавливаем шаг в 0,5 метра. «ОК». в течение некоторого времени происходит процесс генерации схемы, после окончания которого появляется диалоговое окно «Результаты генерации» (Рисунок 31). В этом окне представлены следующие данные:

Результирующая схема содержит:

- Элементов – 20503,

- Узлов – 18164;

- Затраченное время – 158 сек.

Нажимаем на кнопку «запустить SCAD». «ОК». В результате откроется программа SCAD с полученной схемой.

Рисунок 3.32 – Диалоговое окно «Результаты генерации»

Рисунок 3.33– Расчетная схема каркаса здания в Structure CAD

1.15 Создание жестких ставок на балках для учета реального расположения балок относительно плиты перекрытия.

В Фильтрах отображения выключаем пластины и вертикальные и наклонные стержни (нажимаем правой кнопкой мыши на кнопку «Стержни» и в диалоговом окне «Настройка фильтров отображения информации» оставляем отмеченными только Горизонтальные стержни, «ОК»). Заходим на вкладку «Назначения», нажимаем на кнопку «Установка/Удаление жестких вставок» , после чего выходит диалоговое окно «Жесткие вставки» (Рисунок 3.34). В окне отмечаем «Ось Х2 проходит от узла 1 к узлу 2» и напротив параметров Az1 и Az2 ставим следующие значения: Az1=-0.26 и Az2=-026, где 0.26 – это разность между половиной высоты балки и на половиной толщины перекрытия, т. е. 0.7/2-0.18/2=0.26. Нажимаем «ОК».

Для просмотра жестких вставок на схеме включаем их в фильтрах отображения .

Рисунок 3.34 – Диалоговое окно «Жесткие вставки»

Рисунок 3.35 – Создание жестких вставок

1.16 Выравнивание направления выдачи усилий в пластинчатых элементах. На Фильтрах отображения выключаем стержневые элементы и оставляем только горизонтальные пластинчатые элементы, а также активируем кнопку «Отображение направлений выдачи усилий» . На вкладке «Назначения» нажимаем на кнопку «Переход к напряжениям вдоль заданного направления для пластин» . В диалоговом окне «Задание осей вычисления напряжений» (Рисунок 3.36) нажимаем на Х возле параметра «Вдоль осей общей системы координат». Нажимаем «ОК».

Рисунок 3.36 – Диалоговое окно «Задание осей вычисления напряжений»

Выделяем все горизонтальные пластинчатые элементы и нажимаем . В результате предыдущих действий усилия в перекрытиях выравниваются вдоль оси Х.

а) б)

Рисунок 3.37 – Направления выдачи усилий в горизонтальных пластинчатых элементах а) до выравнивания усилий б) после выравнивания

Оставляем включенными только вертикальные пластины и выравниваем их направления выдачи усилий вдоль оси Z общей системы координат.

а) б)

Рисунок 3.38 – Направления выдачи усилий в вертикальных пластинчатых элементах а) до выравнивания усилий б) после выравнивания

1.17 Наложений связей на фундаментную плиту. Включаем все стержни и пластины и Узлы схемы. В окне визуализации нажимаем на «Вид спереди» . На вкладке «Назначения» нажимаем на кнопку «Установка связей в узлах» и в появившемся окне «Связи» устанавливаем все направления связей, тем самым садим здание на абсолютно жесткое основание. Нажимаем «ОК». С помощью курсора «Прямоугольник» выделяем фундаментную плиту. Нажимаем .

Рисунок 3.39 – Диалоговое окно «Связи»

Рисунок 3.40 – Наложение связей на фундаментную плиту

1.18 Задание расчетных статических нагрузок на схему:

1.18.1 Задание собственного веса/ На вкладке «Загружения» нажимаем на кнопку «Собственный вес» и в одноименном диалоговом окне (Рисунок 3.41) задаем коэффициент включения собственного веса. Согласно Пункту 7.2 «Коэффициенты надежности по нагрузке f для веса строительных конструкций и грунтов» СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия». Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*» коэффициент надежности по нагрузке f железобетонных конструкций равняется 1.1. Нажимаем «ОК».

Рисунок 3.41 – Диалоговое окно «Собственный вес»

Для просмотра нагрузки на Фильтрах отображения активируем кнопку «Распределенные нагрузки» .

Сохраняем загружение с помощью кнопки «Сохранить/Добавить загружение» . В диалоговом окне «Сохранить загружение» задаем Имя загружения – «Собственной вес» и Номер загружения – 1. Нажимаем «ОК».

Рисунок 3.42 – Задание собственного веса

1.18.2 Задание равномерно-распределенной нагрузки на перекрытия от пола. Выключаем все стержни и оставляем только горизонтальные пластины. Устанавливаем «Вид спереди». На вкладке «Загружения» нажимаем на кнопку «Нагрузки на пластины» , после чего в диалоговом окне «Задание нагрузок на пластинчатые элементы» (Рисунок 3.43) задаем следующие параметры:

1. Система координат нагрузки - Общая система координат;

2. Вид нагрузки – Распределенная;

3. Направление действия нагрузки – Силы - по Z;

4. Значение нагрузки – 1.2 кН/м².

Нажимаем «ОК».

Рисунок 3.43 – Диалоговое окно «Задание нагрузок на пластинчатые элементы»

Нажимаем правой кнопкой мыши по рабочему полю и выбираем курсор «Прямоугольник». Затем выделяем плиты перекрытия и нажимаем на кнопку подтверждения.

Так же задаем равномерно-распределенную нагрузку на плиты покрытия от насыпки равной 0.9 кН/м².

Сохраняем загружение под именем «Пол» и №2.

Рисунок 3.44 – Задание нагрузки от пола

1.18 3 Задаем равномерно-распределенную нагрузку от перегородок на плиты переккрытия равной 0.64 кН/м², ны фундаментную плиту равной 0.66 кН/м². Сохраняем загружение под именем «Перегородки» и №3.

Рисунок 3.45 – Задание нагрузки от перегородок

1.18.4 Согласно Таблицы 8.3 «Нормативные значения равномерно распределенных временных нагрузок на плиты перекрытий» СП 20.13330.2011 нормативное значение равномерно распределенных нагрузок для служебных помещений административного персонала организаций и учреждений равен 2.4, а для покрытий на прочих участках равен 0.65 кПа.

Задаем временную нагрузку на плиты перекрытия равной 2.4 кН/м² и на фундаментную плиту и плиты покрытия равной 0.65 кН/м². Сохраняем загружение под именем «Кровля» и №4.

Рисунок 3.46– Задание временных нагрузок

1.18.5 Задаем равномерно-распределенную нагрузку на плиты покрытия от кровли равной 2.4 кН/м². Сохраняем загружение под именем «Кровля» и №5.

Рисунок 3.47 – Задание нагрузки от кровли

1.18.6 Задание статических ветровых нагрузок:

Открываем программу Вест программного комплекса SCAD Office (Рисунок 3.48). Во вкладке «Нормы проектирования» выбираем СП 20.13330.2011.

Рисунок 3.48 – Главное меню программы Вест

Для определения климатического района заходим на вкладку «Местность». Через кнопку «Поиск» находим город Улан-Удэ. В результате предыдущих действий определяем следующие необходимые для дальнейшего расчета характеристики:

- Снеговой район – I;

- Ветровой район – III.

Рисунок 3.49 – Климатические характеристики города Улан-Удэ

Нажимаем на кнопку «Применить» и возвращаемся в главное меню.

Дальше для определения статической части ветровой нагрузки на здание заходим на вкладку «Ветер», где в Общих сведениях задаем исходные данные (Таблица 3.4).

Таблица 3.4 - Исходные данные

Переходим на вкладку «Вычисление ветровых нагрузок», где вводим высоту здания – 16.5 м. и шаг сканирования 3.3 м. Выбираем наветренную поверхность. Нажимаем на кнопку «Вычислить»

Рисунок 3.50– Наветренная поверхность здания

Рисунок 3.51– Статическая часть ветровой нагрузки с наветренной поверхности

Таблица 3.5 – Значения ветровой нагрузки с наветренной поверхности

Затем рассчитываем подветренную поверхность.

Рисунок 3.52 - Подветренная поверхность

Рисунок 3.53 - Статическая часть ветровой нагрузки с подветренной поверхности

Таблица 3.6 – Значения ветровой нагрузки с подветренной поверхности

Возвращаемся в программу SCAD. Выключаем в Фильтрах отображения пластины и горизонтальные стержни. На схеме отобразятся только колонны. Установим «Вид спереди». Переведем граничные ветровые нагрузки на 1 м² к линейным нагрузкам с шагом колонн в 6 м.:

- с наветренной поверхности: 1.878 и 2.91 кН/м²

- с подветренной поверхности: 1.41 и 2.184 кН/м².

На вкладке «Загружения» заходим в «Нагрузки на стержни» и устанавливаем следующие параметры:

1. Система координат нагрузки - Общая система координат;

2. Вид нагрузки – На группу элементов;

3. Направление развития нагрузки – по Z;

4. Направление действия нагрузки – Силы - по Х;

5. Значение нагрузки: Р1=1.878 кН/м², Р2=2.91 кН/м².

Нажимаем «ОК».

Нажимаем правой кнопкой мыши по рабочему полю и выбираем курсор «Прямоугольник». Затем выделяем стержни по оси 6 с отметки -0.5 до отметки 16.5 м. и нажимаем на кнопку подтверждения. Получаем ветровую нагрузку на стержни с наветренной стороны. Затем меняем в окне «Нагрузки на стержни» Р1=1.41 кН/м², Р2=2.184 кН/м² и выделяем стержни по оси 1 и стержень на пересечении осей 2 и Г. Нажимаем на кнопку подтверждения.

Сохраняем загружение под именем «Ветер +х» и под №6.

Рисунок 3.54 - Ветровая нагрузка по оси Х

Задаем ветровую нагрузку с направление действия по оси Х со значениями Р1=-1.878 кН/м², Р2=-2.91 кН/м² на стержни по оси 1 и стержень на пересечении осей 2 и Г; со значениями Р1=-1.41 кН/м², Р2=-2.184 кН/м² на стержни по оси 6. Сохраняем загружение под именем «Ветер -х» и под №7.

Рисунок 3.55 - Ветровая нагрузка против оси Х

Переходим на Вид с боку.

Задаем ветровую нагрузку с направление действия по оси Y со значениями Р1=1.878 кН/м², Р2=2.91 кН/м² на стержни по оси Г; со значениями Р1=1.41 кН/м², Р2=2.184 кН/м² на стержни по оси А. Сохраняем загружение под именем «Ветер +у» и под №8.

3.56- Ветровая нагрузка по оси Y

Задаем ветровую нагрузку с направление действия по оси Y со значениями Р1=-1.878 кН/м², Р2=-2.91 кН/м² на стержни по оси А; со значениями Р1=-1.41 кН/м², Р2=-2.184 кН/м² на стержни по оси Г. Сохраняем загружение под именем «Ветер -у» и под №8.

Рисунок 3.57 - Ветровая нагрузка против оси Y

1.18.7 Задание нагрузки от грунта на стены технического этажа. Оставляем на схеме только вертикальные пластины технического этажа. Заходим в «Нагрузки на пластины» и задаем следующие параметры:

1. Система координат нагрузки - Общая система координат;

2. Вид нагрузки – На группу элементов;

3. Направление развития нагрузки – по Z;

4. Направление действия нагрузки – Силы - по Х;

5. Значение нагрузки: Р1=20 кН/м², Р2=0.1 кН/м².

Выбираем вид сверху и выделяем пластины по оси 6. Нажимаем на кнопку подтверждения.

Задаем нагузку от грунта на пластины по оси 1 в направлении действия по оси Х и со значениями Р1=-20 кН/м², Р2=-0.1 кН/м².

Задаем нагузку от грунта на пластины по оси Г в направлении действия по оси У и со значениями Р1=20 кН/м², Р2=0.1 кН/м².

Задаем нагузку от грунта на пластины по оси А в направлении действия по оси У и со значениями Р1=-20 кН/м², Р2=-0.1 кН/м².

Сохраняем загружение под именем «Грунт» и под №10.

Рисунок 3.58 – Нагрузка от грунта

1.18.8 Согласно Таблицы 10.1 СП 20.13330.2011 вес снегового покрова Sg на 1 м2 горизонтальной поверхности земли для площадок, расположенных на высоте не более 1500 м над уровнем моря, для первого снегового района равен 0.8.

Задаем нагрузку на плиты покрытия от снега. Вид спереди. Оставляем на схеме только горизонтальные пластины. Заходим в «Нагрузки на пластины», после чего в диалоговом окне «Задание нагрузок на пластинчатые элементы» задаем следующие параметры:

1. Система координат нагрузки - Общая система координат;

2. Вид нагрузки – Распределенная;

3. Направление действия нагрузки – Силы - по Z;

4. Значение нагрузки – 0.8 кН/м².

Нажимаем «ОК».

Нажимаем правой кнопкой мыши по рабочему полю и выбираем курсор «Прямоугольник». Затем выделяем плиты покрытия и нажимаем на кнопку подтверждения. Сохраняем загружение под именем «Снег» и №11.

Рисунок 3.59 – Нагрузка от снегового покрова

1.19 Задание нагрузки на плиты перекрытий от наружных стен. Оставляем на схеме только горизонтальные стержни с нулевого по уровень в 13.2 метра, устанавливаем вид сверху. На вкладке «Загружения» заходим в «Нагрузки на стержни» и устанавливаем следующие параметры:

1. Система координат нагрузки - Общая система координат;

2. Вид нагрузки – Распределенная;

3. Направление действия нагрузки – Силы - по Z;

4. Значение нагрузки: Р=15.81 кН/м².

Нажимаем «ОК».

Нажимаем правой кнопкой мыши по рабочему полю и выбираем курсор «Прямоугольник». Затем выделяем стержни по осям 1, 6, А, Г, по оси 2 между осями В и Г, по оси В между осями 1 и 2 и нажимаем на кнопку подтверждения. Получаем нагрузку на стержни от наружных стен.

Рисунок 3.60 – Нагрузка на стержни от наружных стен

1.20 Задание динамических нагрузок:

1.20.1 Задание пульсации ветра. На вкладке «Загружения» нажимаем на кнопку «Динамические воздействия» и из появившегося списка выбираем «Создание нового загружения». В диалоговом окне «Параметры динамических воздействий» (Рисунок 56) задаем следующие параметры:

1. Вид воздействия – Ветровое воздействие;

2. Тип воздействия – Пульсация ветра;

3. Имя загружения – Пульсация +х;

4. Выбираем параметр «Преобразование статических нагрузок в массы». Из списка «Номер и имя присоединенного статического загружения» выбираем по очереди все загружения кроме ветровых и рядом проставляем коэффициент перерасчета из Таблицы 3.7. Нажимаем на кнопку «Запись».

Таблица 3.7 – Коэффициенты перерасчета преобразования статических нагрузок в массы

Переходим на вкладку «Пульсационная составляющая ветровой нагрузки»:

1. Число учитываемых собственных колебаний – 6;

2. Ветровое статическое загружение – 6 Ветер +х;

3. Координата нижнего узла расчетной схемы, на который воздействует ветер - -0.5;

4. Ориентация высоты здания на схеме - Z;

5. Поправочный коэффициент – 1;

6. Ширина здания по фронту обдуваемой поверхности – 18;

7. Длина здания вдоль действия ветра – 30;

8. Ветровой район – Район 3;

9. Тип местности – Тип А;

10. Тип сооружения – Любой тип здания;

11. Логарифмический декремент – Ж/б и каменные сооружения;

12. Направление ветра – Вдоль оси Х; Расстояние между дневной поверхностью и началом общей системы координат – 0.5.

Нажимаем «ОК». Пульсация ветра по Оси Х задана.

Рисунок 3.61 – Диалоговое окно «Параметры динамических воздействий»

Задаем новое динамическое ветровое воздействие. На вкладке «Ввод параметров динамической нагрузки» из списка «Загружение параметров взять из загружения» выбираем «12 Пульсация +х», после чего все параметры из загружения №12 переходят в новое загружение. Далее задаем имя нового загружения – Пульсация –х – и переходим на следующую вкладку, где изменяем параметр «Ветровое статическое загружение» на «7 Ветер –х». Нажимаем «ОК».

Также задаем еще два динамических ветровых загружения - «Пульсация +у» и «Пульсация –у», изменяя следующие параметры:

- Ветровое статическое загружение на Ветер +у и Ветер -у, соответственно;

- Ширина здания по фронту обдуваемой поверхности – 30;

-Длина здания вдоль действия ветра – 18.

1.20.2 Задание сейсмического воздействия. Создаем новое динамическое воздействие. В диалоговом окне «Параметры динамических воздействий» (Рисунок 58) задаем следующие параметры:

Во вкладке «Ввод параметров динамической нагрузки»:

1. Вид воздействия – Сейсмические воздействия;

2. Тип воздействия – СП 14.13330.2011;

3. Имя загружения – Сейсмика 0у;

4. Преобразовываем статические нагрузки в массы;

5. Для определения собственных форм и частот выбираем метод Ланцоша;

Во вкладке «СП 14.13330.2011 Строительство в сейсмических районах»:

6. Число учитываемых форм собственных колебаний – 6;

7. Направление вектора сейсмического воздействия – х=0, у=1, z=0;

8. Коэффициент, учитывающий назначение сооружения и его ответственность – Другие здания и сооружения;

9. Коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения – Не допускаются;

10. Коэффициент, зависящий от района строительства – Сочетание 1;

11. Коэффициент, учитывающий рассеивание энергии и колебаний – Каркасные здания;

12. Сейсмичность – 8 баллов;

13. Категория грунта – III категория.

Нажимаем «ОК». Сейсмическое воздействие вдоль оси Y задано.

Также задаем еще оно сейсмическое загружение вдоль оси Х - «Сейсмика 0х», изменяя следующий параметр:

- Направление вектора сейсмического воздействия – х=1, у=0, z=0.

Рисунок 3.62– Диалоговое окно «Параметры динамических воздействий»

1.21 Расчет упругого основания.

Заходим в программу Кросс. Устанавливаем шаг сетки х=0.5 м, у=0.5 м. Задаем размеры площадки строительства с помощью кнопки «Габариты площадки» : х=10 м, у=10 м, B=31 м, H=19 м (Рисунок 3.63).

Рисунок 3.63 – Диалоговое окно «Габариты площадки»

Отмечаем скважины в центре и в верхнем правом углу (Рисунок 3.64) с помощью кнопки» «Скважины» .

Рисунок 3.64 - Скважины

Задаем параметры скважин и грунтов, так как представлено на Рисунках 3.65 и 3.66 .

Рисунок 3.65 – Диалоговое окно «Параметры скважин»

После нажатии кнопки «Грунты» задаем основные параметры Грунта.

Таблица 3.8 - Параметры Грунта

Рисунок 3.66 – Диалоговое окно «Параметры грунта»

Переносим все позиции из таблицы «Грунты» в таблицу «Слои», и устанавливаем отметки верхних границ грунтов для каждой скважины.

Таблица 3.9 - Список скважин

Продолжение Таблицы 3.9

Нажимаем «Применить».

Сохраняем изменения в Файле программы Кросс, закрываем файл. Открываем программу SCAD, выделяем ФП и на вкладке «Назначения» заходим в «Расчет коэффициентов упругого основания» . После чего будет предложено выбрать нужный файл с площадкой. Открываем свою площадку и устанавливаем ФП в нужное положение на строительной площадке.

Рисунок 3.67 – Установка фундаментной плиты

Задаем равномерно распределенную нагрузку от здания с помощью кнопки «Нагрузка». Нажимаем правой кнопкой мыши по полю ФП и в открывшемся диалоговом окне (Рисунок 3.68) заполняем следующие позиции:

- Нагрузка – 68.61 кН/м²;

- Отметка подошвы - -3.5 м.

Рисунок 3.68 – Диалоговое окно «Нагрузка»

Производим расчет , после чего появится диалоговое окно «Результаты расчета».

Результаты расчета

Минимальное значение коэффициента постели 8943.786 кН/м³

Максимальное значение коэффициента постели 26189.51 кН/м³

Среднее значение коэффициента постели 10146.762 кН/м³

Среднеквадратичное отклонение коэффициента постели 0.007

Отметка сжимаемой толщи определялась в точке с координатами (10.5;10.5) м

Нижняя отметка сжимаемой толщи в данной точке -7.942 м

Толщина слоя сжимаемой толщи в данной точке 4.142 м

Максимальная осадка 0.767 см

Средняя осадка 0.689 см

Крен фундаментной плиты 3.945*10^-4 град

Суммарная нагрузка 3867.618 Т

Рисунок 3.69 –Коэффициенты Постели

Гипотеза Фусса — Винклера (или гипотеза коэффициента постели). Грунт рассматривается как система опирающихся на жесткое горизонтальное основание и не связанных между собой пружин, сжатие которых возрастает прямо пропорционально приложенной нагрузке. Коэффициент пропорциональности между нагрузкой и деформацией называется коэффициентом постели.

Таким образом, сопротивление грунта развивается только непосредственно под нагрузкой и в этом сопротивлении не участвует грунт, расположенный сбоку, который не испытывает осадки.

Основным недостатком данной модели является то, что поверхность грунта, как показывают эксперименты, оседает не только непосредственно под штампом (фундаментом) , но и вокруг него;

Рисунок 3.70 – Осадка

Нажимаем Применить. Загружаем данные в Scad.

Закрываем программу Кросс, после чего откроется окно «Назначение коэффициентов упругого основания» (Рисунок 3.71)

Рисунок 3.71 Диалоговое окно «Назначение коэффициентов упругого основания»

Нажимаем «ОК».

1.22 Подготовка схемы к расчету. На вкладке «Управление» проходим Экспресс контроль исходной схемы и Упаковку данных.

Выходим в экран управления проектом.

1.23 Задание комбинаций загружений.

Согласно пункту 6 «Сочетания нагрузок» СП 20.13330.2011 при строительстве здания не повышенных в сейсмических районах в зависимости от учитываемого состава нагрузок следует различать:

а) основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных

Сm = Рd + (ψl1Рl1 + ψl2Рl2 + ψl3Рl3 + …) + (ψt1Рt1 + ψt2Рt2 + ψt3Рt3 +…);

б) особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок

Сs = Сm + Рs,

где Сm – нагрузка для основного сочетания; Сs – нагрузка для особого сочетания; ψli (l = 1, 2, 3,…,) – коэффициенты сочетаний для длительных нагрузок; ψti (i = 1, 2, 3,…,) – коэффициенты сочетаний для кратковременных нагрузок.

Для основных и особых сочетаний нагрузок, за исключением случаев, оговоренных в нормах проектирования сооружений в сейсмических районах и в нормах проектирования конструкций и оснований, коэффициент сочетаний длительных нагрузок ψl определяется следующим образом:

- для равномерно распределенных длительных нагрузок

ψl1 = 1,0; ψl2 = ψl3 = …= 0,95,

где ψl1 – коэффициент сочетаний, соответствующий основной по степени влияния длительной нагрузке; ψl2, ψl3 – коэффициенты сочетаний для остальных длительных нагрузок; для остальных нагрузок ψl = 1,0.

Для основных сочетаний необходимо использовать следующие значения коэффициентов сочетаний кратковременных нагрузок

ψt1 = 1,0; ψt2 = 0,9 , ψt3 = ψt4 = …= 0,7,

где ψt1 – коэффициент сочетаний, соответствующий основной по степени влияния кратковременной нагрузке; ψt2 – коэффициент сочетаний, соответствующий второй кратковременной нагрузке; ψt3, ψt4 – коэффициенты сочетаний для остальных кратковременных нагрузок.

Для особых сочетаний коэффициенты сочетаний для всех кратковременных нагрузок принимаются равными 0,8, за исключением случаев, оговоренных в нормах проектирования сооружений в сейсмических районах и в нормах проектирования конструкций и оснований.

При строительстве зданий в сейсмических повышенных районах коэффициенты сочетания нагрузок равны:

1) Для постоянных нагрузок – 0.9;

2) Для долговременных – 0.8;

3) Для кратковременных – 0.5.

На вкладке «Специальные исходные данные выбираем «Комбинации загружений», где задаем следующие комбинации:

Таблица 3.10 - Комбинации загружений

Нажимаем «ОК».

Первые шесть загружний относятся к строительству в сейсмических не повышенных районах, а остальные – к сейсмически повышенных.

1.23 Задание РСУ. Заходим в «Расчетные сочетания усилий (новые)» и каждому загружению задаем его тип и вид нагрузки так, как представлено в Таблице 3.11:

Таблица 3.11 - РСУ

Продолжение таблицы 3.11

Также нужно учесть, что пульсации ветра, как и сейсмические нагрузки, являются взаимоисключающимися.

Рисунок 3.72– Диалоговое окно «РСУ»

1.24 Проводим линейный расчет (Рисунок 3.73) и заходим в «Графический анализ» для просмотра полученных результатов расчета.

Рисунок 3.73 –Окно линейного расчета каркаса здания

Количественные характеристики расчетной схемы

- Расчетная схема характеризуется следующими параметрами:

- Количество узлов — 18164

- Количество конечных элементов — 20503

- Общее количество неизвестных перемещений и поворотов — 108978

- Количество загружений — 16

- Количество комбинаций загружений — 10