Пример расчета фундамента scad

Несколько примеров расчета в SCAD Office

Программный комплекс SCAD помимо расчетного модуля конечно-элементного моделирования имеет в своем составе набор программ, способных выполнять решение более частных задач. Ввиду своей автономности набор программ сателлитов можно использовать отдельно от основного расчетного модуля SCAD, причем не запрещается выполнять совместные расчеты с альтернативными программными комплексами (ПК ЛИРА 10, Robot Structural Analysis, STARK ES). В данной статье мы рассмотрим несколько примеров расчета в SCAD Office.

Пример подбора арматуры в ребре плиты заводской готовности в программе SCAD

Плита будет монтироваться на стройплощадке, например, на кирпичные стены шарнирно. Моделировать для такой задачи всю плиту, часть здания или целиком все здание считаю нецелесообразным, поскольку трудовые затраты крайне несоизмеримы. На помощь может прийти программа АРБАТ. Ребро рекомендуется нормами рассчитывать, как тавровое железобетонное сечение. Меню программного комплекса SCAD интуитивно-понятное: по заданному сечению, армированию и усилию инженер получает результат о несущей способности элемента со ссылкой на пункты нормативных документов. Результат расчета может быть автоматически сформирован в текстовом редакторе. На ввод данных уходит примерно 5-10 мин, что значительно меньше формирования конечно элементной модели ребристого перекрытия (не будем забывать, что в определенных ситуациях расчет методом конечных элементов дает больше расчетных возможностей).

Пример расчета закладных изделий в SCAD

Теперь вспомним расчет закладных изделий для крепления конструкций к железобетонным сечениям.

Нередко встречаю конструкторов, закладывающих параметры из конструктивных соображений, хотя проверить несущую способность закладных довольно просто. Для начала необходимо вычислить срезающее усилие в точке крепления закладной детали. Сделать это можно вручную, собрав нагрузки по грузовой площади, или по эпюре Q конечно-элементной модели. Затем воспользоваться специальным расчетным боком программы АРБАТ, занести данные по конструкции закладной детали и усилиям, и в итоге получить процент использования несущей способности.

Еще с одним интересным примером расчета в SCAD может столкнуться инженер: определение несущей способности деревянного каркаса. Как мы знаем, ввиду ряда причин расчетные программы МКЭ (метод конечных элементов) не имеют в своем арсенале модули расчета деревянных конструкций по российским нормативным документам. в связи с этим расчет может производится вручную или в другой программе. Программный комплекс SCAD предлагает инженеру программу ДЕКОР.

Помимо данных по сечению, программа ДЕКОР потребует от инженера ввода расчетных усилий, получить которые поможет ПК ЛИРА 10. Собрав расчетную модель, можно присвоить стержням параметрическое сечение дерева, задать модуль упругости дерева и получить усилия по деформационной схеме:

Полученные усилия далее необходимо задать в программе ДЕКОР для расчета сопротивления деревянного сечения.

В данном примере расчета в SCAD, критическим значением оказалась гибкость элемента, запас по предельному моменту сечений «солидный». Вспомнить предельное значение гибкости деревянных элементов поможет информационный блок программы ДЕКОР:

Пример расчета несущей способности фундамента в SCAD

Неотъемлемой частью моделирования свайно-плитного фундамента является расчет несущей способности и осадки сваи. Справится с задачей подобного рода, инженеру поможет программа ЗАПРОС. В ней разработчики реализовали расчет фундаментов согласно нормам «оснований и фундаментов» и «свайного фундамента» (в расчетных программах МКЭ таких возможностей не встретишь). Итак, чтобы смоделировать сваю, необходимо вычислить жесткость одноузлового конечного элемента. Жесткость измеряется в тс/м и равна отношению несущей способности сваи к ее осадке. Моделирование рекомендуется выполнять итерационно: в начале задавать приближенную жесткость, затем уточнять значение жесткости по вычисленным параметрам сваи. Построенная модель расчета методом конечных элементов позволит нам не только точно найти нагрузку на сваю, но и рассчитать армирование ростверка:

После расчета конструкции пользователь ПК ЛИРА 10 сможет вычислить требуемую нагрузку на сваю по выводу мозаики усилий в одноузловом конечном элементе. Полученное максимальное усилие будет являться требуемой расчетной нагрузкой на сваю, несущая способность выбранной сваи должна превышать требуемое значение.

В качестве исходных данных в программу ЗАПРОС вводиться тип сваи (буровая, забивная), параметры сечения сваи и грунтовые условия согласно данным геологических изысканий.

Пример расчета узловых соединений в SCAD

Расчет узловых соединений – важная часть анализа несущей способности зданий. Однако, зачастую, конструктора пренебрегают данным расчетом, результаты могут оказать крайне катастрофическим.

На рисунке приведен пример отсутствие обеспечения несущей способности стенки верхнего пояса подстропильной фермы в точке крепления стропильной фермы. Согласно СП «Стальные конструкции» подобные расчеты производятся в обязательно порядке. В программа расчета методом конечных элементов и такого расчета тоже не встретишь. Выходом из ситуации может стать программа КОМЕТА-2. Здесь пользователь найдет расчет узловых соединений согласно действующих нормативных документов.

Наш узел – ферменный и для его расчета необходимо выбрать советующий пункт в программе. Далее пользователь выбривает очертание пояса (наш случай V-образный), геометрические параметры панели, усилия каждого стержня. Усилия, как правило, вычисляются в расчетных программах МКЭ. По введенным данным программа формирует чертеж для наглядного представления конструкции узла и вычисляет несущую способность по всем типам проверки согласно нормативным документам.

Пример построения расчета МКИ в SCAD

Построение моделей расчета методом конечных элементов не обходится без приложения нагрузок, вычисленные вручную значения присваиваются в расчетных программах МКЭ на элемент. Помощь в сборе ветровых и снеговых нагрузках инженеру окажет программа ВЕСТ. Программа включает в себя несколько расчетных модулей, позволяющих по введенном району строительства и очертанием контура здания вычисляет ветровую и снеговую нагрузку (самые распространенные расчетные модули программы ВЕСТ). Так, при расчете навеса, конструктор должен указать высоту конька, угол наклона и ширину ската. По полученным эпюрам нагрузка вводится в расчетную программу, например, ПК ЛИРА 10.4.

В качестве вывода, могу сказать, что программный комплекс SCAD и его сателлиты позволяют пользователю существенно снизить трудозатраты при вычислении локальных задач, а также формировать точные расчетные модели, а также содержат справочные данные, необходимые в работе инженеров — строителей. Автономность программ позволяет конструкторам использовать их в сочетании с любыми расчетными комплексами, основанных на расчете методом конечных элементов.

Также рекомендую посмотреть вебинар по совместному использованию ПК ЛИРА 10 и программы ЗАПРОС (SCAD office) на примере расчета свайного основания.

Источник

Расчет фундамента в скаде

Инженер, столкнувшийся с расчетом каркаса здания, одним из несущих элементов которого является колонна, придет к необходимости расчета отдельно стоящего фундамента. Для расчета в вычислительном комплексе SCAD разработчики предусмотрели практически полный функционал для определения несущей способности по всем критериям проверки фундамента.

Итак, выполнив построение каркаса, например, металлического потребуется расчет отдельно стоящих фундаментов. Для этого в вычислительном комплексе SCAD необходимо указать узлы, закрепленные от смещения по заданным направлениям и углам поворота (именно в этих узлах можно выполнить расчет реакции опор). Анализу подвергаются чаще всего вертикальная реакция, горизонтальная и момент в плоскости работы конструкции. Вычислительный комплекс SCAD выводит реакции для всех узлов, отмеченных пользователем, как правило, рассматривается три комбинации нагрузок для:

Максимальные значения при большой загруженности схемы визуально определить непросто, можно воспользоваться инструментом «документирование», где с помощью вывода таблицы всех значений из вычислительного комплекса SCAD в MS Excel фильтруется нужные ячейки чисел.

Полученные комбинации значения необходимо далее использовать при расчете отдельно стоящего фундамента. Расчет отдельно стоящих фундаментов можно выполнять и вручную, для этого производятся вычисления давления под подошвой фундамента.

Ввиду возникающего момента, давление получается неравномерным. Вычисление краевых значений производится по формуле

• N – сумма вертикальных нагрузок на фундамент, тс
• A – площадь фундамента, м2
• M — момент от равнодействующей всех нагрузок, действующих по подошве фундамента
• W — момент сопротивления площади подошвы фундамента, м 3 (для ленточного фундамента длина сечения 1м)
  , где b – ширина фундамента.

Следующим этапом расчета отдельно стоящего фундамента становится определение расчетного сопротивления грунта. Вычисления производятся по СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений», формула 5.7. Для расчета нужны инженерно-геологические изыскания слоев грунта рассматриваемой площадки строительства (или непосредственно под отдельно стоящем фундаменте).

Вычисления расчетного сопротивления грунта для отдельно стоящего фундамента можно также производить с помощью программы ЗАПРОС (сателлита вычислительного комплекса SCAD). В программе реализован расчет по СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений».

Получившееся значение R должно быть обязательно больше значения давления P. В противном случае требуется уменьшение давления на грунт, например, увеличением площади отдельно стоящего фундамента. Площадь фундамента и момент сопротивления сечения фундамента находятся в знаменателе формулы нахождения давления P, что и заставляет снижать показатель давления.

При расчете отдельно стоящего фундамента нельзя также забывать и о расчете фундаментной плиты на продавливание и вычисления несущей способности. Фундаментная плита по несущей способности рассчитывается как двух консольная балка, нагрузка на которую равна давлению на грунт (III закон Ньютона). Результатом расчета становится установка рабочей «нижней» арматуры сечения плиты.

Усилие на плиту от колонны приходит весьма существенное, поэтому при расчете на продавливание может возникнуть необходимость установки дополнительных ступеней отдельно стоящего фундамента.

Продавливание, как и расчет двух консольной балки, может выполнить программа АРБАТ (сателлита вычислительного комплекса SCAD).

При выполнении всего вышеописанного алгоритма можно считать расчет отдельно стоящего фундамента выполненным.

Теперь вернемся к схеме каркаса здания. Любой фундамент на грунтовом основании (кроме скального) проседает под действием той или иной нагрузки. Полученная дополнительная деформация схемы способствует изменению перераспределению усилий уже в элементах схемы. Отсюда появляется необходимость в некоторых случаях (наиболее ответственных) устанавливать не жесткое защемление, а упругую связь, в месте примыкания колонны к отдельно стоящему фундаменту. Вычислительный комплекс SCAD не вычисляет автоматически жесткость упругой связи, но можно эту операцию выполнить вручную. Жесткость упругой связи при вертикальном смещении равна отношению несущей способности отдеьлно стоящего фундамента к его осадке, полученное значение измеряется в т/м. Осадка может быть вычислена с помощью программы ЗАПРОС (сателлита вычислительного комплекса SCAD).

Произведя расчет отдельно стоящих фундаментов мы получаем более точную картину деформации здания, а значит и более точные усилия в конченых элементах.

Итак, с помощь вычислительного комплекса SCAD пользователь сможет выполнить требуемый расчет отдельно стоящих фундаментов, подобрать необходимую площадь основания, выполнить расчет на продавливание, определить крен здания, а также учесть перераспределение усилий в зависимости полученной осадки конструкции.

После того, как в предыдущей статье была создана расчетная модель фундаментной плиты в SCAD с приложенными нагрузками и связями, остается задаться коэффициентами постели для упругого основания. Сделать это поможет программа-сателлит КРОСС.

Шаг 1. Создание геометрии плиты в КРОСС

После открытия окна программы КРОСС, первым делом лучше подстроить шаг сетки, желательно на то значение, которое будет кратно габаритам фундаментной плиты, например 0.3 м. Изменение шага производится по нажатию кнопки «Параметры сетки» (рис. 1), после чего в координатах X и Y вписать одинаковое значение по 0.3 м (рис. 2).

Для того, чтобы задаться габаритами рассчитываемой фундаментной плиты, нужно нажать на кнопку «Габариты площадки» (рис. 3), после чего вписать те же данные длины и ширины контура из SCAD (рис. 4).

Шаг 2. Задание грунтовых условий в КРОСС

Для того, чтобы программа просчитала упругое основание для проектируемой фундаментной плиты в SCAD, необходимо в КРОСС задать геологические данные изысканий. На сетке имеется возможность установки точек скважин бурения, в которых вводятся слои и толщины слагающих грунтов с их лабораторно вычисленными механическими характеристиками.

На расчетной схеме необходимо указать все точки бурения. После нажатия на кнопку создания скважины (рис. 5), КРОСС предложит выбрать место на сетке, где она будет установлена. Логично, что если задаваться одной скважиной, то грунтовые условия будут одинаковы в пределах всей площади фундаментной плиты, что и будет отображено в данном примере.

Чтобы задать характеристики грунтов в пределах одной скважины, используется инструмент «Параметры скважин» (рис. 6). В появившемся окне можно точно определить местонахождение скважины в пространстве, уточнив координаты X и Y, а так же задать грунты путем нажатия одноименной кнопки (рис. 7).

На рис. 8. показано, что назначенные грунты появляются слева в перечне, их надо перетащить в правое окошечко с указанием мощностей этих слоев, после чего нажать «Применить» и сохранить файл грунтовых условий. Программу КРОСС можно пока закрыть.

Шаг 3. Экспорт фундаментной плиты из SCAD в КРОСС

В SCAD выделяется вся плита, после чего нажимается кнопка «Расчет коэффициентов упругого основания» на панели инструментов «Назначение» (рис. 9). В новом окне (рис. 10) указать в каком месте сохранен файл КРОССа, затем поставить галочку и «Продолжить с выбранной площадкой».

КРОСС вновь запустится, при этом прося пользователя навести контур плиты на сетку грунтновых условий (рис. 11).

Шаг 4. Загружение плиты

На текущем этапе неизвестными являются два коэффициента — С1 и С2, а так же нагрузка под плитой фундамента, при этом они взаимозависимы. По этой причине расчет плитного фундамента в SCAD осуществляется методом приближений в несколько итераций.

Для первой итерации необходимо задаться начальным значением. Удобнее всего брать сумму вертикальных нагрузок от комбинации загружений плиты из шага 5 предыдущей статьи и поделить это значение на площадь. В данном случае это:

• От плиты: 4.5м * 4.5м * 0.3 м * 2500 кг/м3 = 15.2 т
• От башни: 11.9 т + 11.9 т — 7.84 т — 7.84 т = 8.2 т

Первое значение нагрузок под фундаментом: (15.2 т + 8.2 т) / (4.5 м * 4.5 м) = 1,2 т/м2. Эту нагрузку и будем использовать.

Полученную нагрузку задают кнопкой «Нагрузка и отметка подошвы плиты» (рис. 12) и щелчком по плите. В новом окне задается отметка подошвы фундаментной плиты и вышеуказанная нагрузка (рис. 13). После выполняется расчет (рис. 14).

В результате появятся значения первой итерации расчета фундаментной плиты (рис. 15). Рассчитанные коэффициенты постели теперь надо перенести в SCAD с помощью кнопки «Сохранить данные для SCAD» (рис. 16).

Шаг 5. Расчет плиты в SCAD

КРОСС можно закрывать, после чего в SCAD появится окно, в котором нужно выбрать количество коэффициентов. Руководством КРОССа рекомендуется использовать 10 (рис. 17). После чего выполняется обычный линейный расчет в SCAD.

В дальнейшем повторить шаги 3-5 для последующих итераций. В дальнейшем требуется так же провести расчет на продавливание от поясов башни.

Полезная информация о конструкциях, расчётах и строительных материалах
Содержание сайта: Главная страница

• Строительная механика и сопромат
• О материалах
  • ГЕОМАТЕРИАЛЫ
  • ДРЕВЕСИНА
  • ЖЕЛЕЗОБЕТОН
  • КИРПИЧ
• О конструкциях
  • Вентканалы
  • Деформационные швы
  • Крыши. Покрытия
  • Фасонки
  • Фундаменты
• О сооружениях
• О нагрузках и воздействиях
  • Атмосферная влага
  • Газы и пыль
  • Землетрясения и цунами
  • Кислоты
  • Лёд (обледенение)
  • Насекомые
  • Морозное пучение
  • Огонь
  • Снег
  • Удар
• О грунтах и основаниях
• О расчетах
• О технологиях
  • 3D бетонирование
  • Сварка
  • Строительный подъём
• Ремонт и отделка
• Безопасность жизни
• Архитектура и дизайн
• Оценка стоимости строительства и проектирования
• Строительные нормы
• О программах
  • AUTOCAD
  • SCAD
  • ЛИРА-САПР
  • ЛИРА-СОФТ
• Контакты
• Ссылки

вторник, 23 февраля 2021 г.

Модель основания Пастернака (модель с двумя коэффициентами постели (жесткости) ) и её модифицированные версии. SCAD, ПК Лира, Лира-САПР

Для исправления недостатков простейшей модели Винклера были разработаны её модификации – с двумя или тремя коэффициентами постели.

В отечественной практике наиболее распространена получила модель Пастернака с двумя коэффициентами постели: при правильном подборе параметров модель Пастернака способна изобразить воронку оседания грунта вокруг нагруженной площади.

Модель Пастернака (модель с двумя коэффициентами постели) можно представить в виде винклеровских пружин, соединенных между собой связями сдвига.

Таким образом эта модель с одной стороны устраняет главный недостаток модели Винклера, а именно: позволяет учитывать распределительную способность грунта, а с другой почти не усложняет математическую постановку задачи по сравнению с моделью Винклера. Однако, двухпараметрическая модель порождает так называемые фиктивные поперечные силы на краях фундамента, свободных от закрепления.

В этой двухпараметричной модели (модели Пастернака) вводится не один, а два коэффициента постели:

Как правило коэффициенты постели вычисляются на основании усредненных данных по слоям в пределах сжимаемой толщи.

В расчётной схеме ПК SCAD для этой модели грунтового основания фундаментная плита задается пластинчатыми элементами.

По нормали к ним назначается коэффициент постели на сжатие С1 и коэффициент на сдвиг С2.

Учет распределительной способности основания за пределами фундамента для модели Пастернака. Законтурные элементы

Для учета распределительной способности основания за пределами фундамента вводят (добавляют к элементам фундамента) законтурные элементы, моделирующие отпор грунта за пределами плиты.

Особенности моделирования законтурных элементов в SCAD:

Учет части основания, расположенного по внешней области Ωe за внешним контуром фундаментной плиты, может выполняться с использованием «полубесконечных конечных элементов» типа «Клин» или «Полоса». Эти законтурные элементы позволяют смоделировать все окружение области фундаментной плиты, если она является выпуклой и многоугольной.

Операция «Ввод двухузловых законтурных элементов плиты»

Главный недостаток данного расчета – приближенность калибровки модели в разных методиках расчета С1 и С2, а также применимость только к однородному в плане и по толщине грунтовому массиву.

Самый обоснованный способ назначения коэффициентов С1 и С2 — по результатам штамповых испытаний. Однако, как правило, в отчетах по инженерно-геологическим изысканиям как правило информация по С1 и С2 отсутствует. При этом есть различные методики (отличающиеся используемыми аналитическими зависимостями для калибровки коэффициентов двухконстантной контактной модели основания), позволяющие по заданным E, H и ν, определить С1 и С2 так, чтобы двухпараметричная модель в каком-то смысле наилучшим образом приближала модель упругого слоя или полупространства. (Например, методики В.З. Власова, В.И. Сливкера, В.А. Барвашова).

Есть несколько способов расчёта коэффициентов С1 и С2 в SCAD-office:

В основе строительства любого фундамента заложено исследование участка и подробное проектирование конструктивных элементов.

Ниже представлены основные правила расчета фундамента типа «монолитная плита», которые пригодятся частным застройщикам, решившим заложить силовую конструкцию под дом своими руками, а также детали вычисления с помощью программы SCAD.

Как рассчитать плитное основание под дом?

Расчет плиты фундамента сводится к определению толщины монолита. Чтобы получить искомое значение, нужно выполнять ряд последовательных действий:

1. Определить тип грунта под будущим зданием.
2. Посчитать суммарные нагрузки от сооружения, с учетом веса снежного пласта на крыше и приблизительного веса людей.
3. Рассчитать удельное давление конструкции на грунт.
4. Найти оптимальный объем и определить потребность в количестве бетона.
5. Округлить полученное значение до числа, кратного 50 мм. Сравнить полученные характеристики со справочной информацией (разбег не должен быть больше 25%).
6. Выбрать марку бетона.
7. Проверить условие сохранения устойчивости плиты на опрокидывание.

Все расчеты основаны на грамотном определении типа грунта и суммировании всех нагрузок. Чтобы не ошибиться в геологическом анализе, работу можно доверить узконаправленным специалистам. Расчет нагрузок и проверку на опрокидывание ведут проектировщики, но можно доверить задачу компьютерным программам или самостоятельно выполнить ряд расчетов.

Изучение характеристик грунта

Размер плитного фундамента напрямую связан с несущей способностью грунта относительно давления, которое по проекту будет оказывать на него сооружение. Специалистами изучены и занесены в справочники значения оптимального удельного давления на грунт, поэтому застройщик самостоятельно должен рассчитать толщину плиты и сравнить с оптимальной характеристикой.

Несущая способность почвы, в свою очередь, зависит от ее химического состава, насыщенности влагой, механических свойств и т.д. Для грамотной оценки участка всегда целесообразнее привлекать специалистов в этом направлении.

Как рассчитать толщину?

Правила расчета железобетонных фундаментов регламентированы действующими стандартами СНиП 52-01-2003 и СП 52-103-2007. Расчет ведут, зная все конструктивные особенности проектного сооружения, тип грунта, климатические условия в регионе и т.д.

Вычисление плитного основания по несущей способности

Зная тип грунта на участке, инженеру не составит труда найти справочную информацию о его оптимальном значении давления.

Например, для пластичных грунтов и супесей этот параметр будет равным 0,5 кгс/см²; суглинков и плотных песков – 0,35 кгс/см²; твердой глины и пылеватых песков средней фракции – 0,25 кгс/см².

Удельное давление конструкции на грунт рассчитывается методом деления суммарных нагрузок на опорную площадь основания.

Зная, какой нагрузки не хватает для удовлетворения оптимальных условий, рассчитывают необходимую массу раствора, умножая разницу на площадь основания, переведенную в квадратные сантиметры. Далее, зная площадь и массу плиты, находят высоту монолита по классическим формулам.

Сбор нагрузок

Чтобы собрать все нагрузки, нужно знать:

• параметры дома;
• количество и толщину стен;
• плотность строительных материалов;
• количество пролетов;
• тип крыши;
• среднее количество выпадающего снега в регионе;
• характер эксплуатации сооружения.

• расчет площади всех стен без оконных и дверных проемов;
• определение площади перекрытий без лестничного проема, а также кровли;
• расчет массы стен, перекрытий, крыши;
• определение эксплуатационной нагрузки (вес людей и оборудования – приблизительно 150 кг/м 2 площади первого и каждого межэтажного перекрытия);
• определение массы снежного покрова на квадратный метр кровельного перекрытия (справочная информация).

Полученные массы суммируют и прибавляют к ним запас прочности, равный 15–20%.

Проверка на опрокидывание

Завершающий этап, который позволяет инженеру удостовериться в том, что «плавающая» плита сохранит устойчивость в процессе эксплуатации под действием сил со стороны сейсмической активности и сезонных подвижек грунта.

Проверяют соблюдение условия:

• M_u – момент сил опрокидывания к оси мелкозаглубленного основания;
• M_z – момент сдерживающих сил относительно указанной оси;
• y_c – коэффициент условий работы для различных типов грунта (скальные породы – y_c=0,9, не скальные – y_c=0,8 );
• y_n – коэффициент надежности, равный 1,1 на стадии эксплуатации и единице – на этапе строительства фундамента.

Пример получения данных с помощью SCAD

SCAD – интегрированная система проектирования различных конструкций, которая, в том числе, подходит для фундамента «монолитная плита».

Ресурс работает совместно с различными проектно-аналитическими программами по типу:

Чтобы грамотно рассчитать плиту в компьютерной программе, нужно пройти курсы и иметь опыт работы в данном направлении.

Что нужно, чтобы рассчитать плиту в SCAD:

• задать габариты площадки строительства;
• ввести параметры осей координат;
• ввести контуры существующих зданий;
• задать сведения об уровне грунтовых вод;
• ввести информацию о грунтах;
• ввести внешний контур фундаментной плиты;
• добавить проектную нагрузку.

С помощью программы можно прогнозировать просадку фундамента по методу Федоровского В.Г. и Безволева С.Г. Как правило, расчеты ведутся по формулам, а для и записи необходимо соблюдать определенные правила.

будет записана следующим образом:

Программа также позволяет преобразовывать данные, заданные в различных единицах измерения:

Программой SCAD пользуются узкопрофильные специалисты, а частные попытки самостоятельных вычислений могут привести к грубым ошибкам и нарушению технологии закладки силовой конструкции типа «монолитная плита».

Глубина залегания

Согласно СНиП 23-01-99, глубина заложения зависит от:

1. климатических условий в регионе;
2. конструкционных особенностей сооружения;
3. глубины грунтовых вод,
4. типа почвы под подошвой и т.д.

Таким образом, глубина котлована рассчитывается индивидуально.

Если следовать рекомендациям практикующих строителей, под фундамент в северных регионах нужно рыть котлован ни ниже 0,8–1 м поверхности земли. В теплых и умеренных климатических условиях для плитного основания достаточно 0,3–0,4 м глубины. На стабильных грунтах глубина закладки силовой конструкции может быть минимальной и составлять всего 0,2 м.

Что еще можно рассчитать, имея значение толщины?

Некоторые частные застройщики следуют общепринятым рекомендациям по выбору толщины плиты и не проводят самостоятельные расчеты. Такой способ приемлем в индивидуальном домостроении, если собственник сам берет на себя ответственность за надежность возводимой конструкции.

Таким образом, зная толщину монолита, можно узнать:

• потребность в растворе;
• выбрать шаг армирования и толщину арматуры;
• посчитать количество металлопроката для вязания армирующего каркаса.

Необходимый объем бетонного раствора

Объем бетона находят по обратной формуле:

Объем=Площадь сечения основания ×высоту плиты.

При этом нужно учитывать свойства бетона и условия его затвердевания. На практике делают запас в размере 20% от расчетного параметра.

Шаг армирования и толщина прута

Схему армирования выбирают по действующим правилам СП 63.13330.2018. Если толщина плиты не превышает 0,15 м, то армирование ведут в один слой. В противном случае армирующий каркас состоит из двух поясов, расположенных по отношению друг к другу на таком расстоянии, чтобы вокруг металлической конструкции оставался защитный слой бетона толщиной не менее 4 см.

Шаг между прутками будет от 20 до 40 см в зависимости от типа проектного сооружения:

• 20 см – для фундамента под каркасные и деревянные дома;
• 30 см – для фундамента под здания из кирпича и других тяжелых строительных материалов.

Под несущими стенами и в местах, где будут увеличена нагрузка на фундамент, шаг между арматурой целенаправленно уменьшают.

Диаметр арматурных прутьев, которые используются для усиления фундаментной плиты, является очень важным параметром. Поэтому необходимо предварительно определить сечение прутьев арматуры.

Чтобы определить минимальный диаметр арматурных прутьев, нужно:

• найти площадь сечения плиты;
• найти допустимую площадь сечения прута, которая будет составлять 15% от площади сечения плиты;
• вычислить суммарную площадь арматуры в одном поясе;
• используя длину плиты и шаг между прутками, найти минимальное сечение арматуры.

Чаще всего практикующие строители используют для усиления монолитной плиты арматуру диаметром 12–16 мм.

Количество арматуры

Количество арматуры легко рассчитать, имея перед собой схему армирования фундамента. Поочередно складывают продольные и перпендикулярные прутки, учитывают размер вертикальных перемычек и количество точек пересечения металлических стержней.

Если каркас состоит из двух поясов, то полученное значение увеличивают в двое. Как правило, арматуру продают на вес, поэтому количественный показатель нужно увеличить на плотность металла и перевести в тонны.

Как получить данные для буронабивного основания?

Если грунт на участке характеризуется значительной подвижностью, то целесообразно построить плитное основание на буронабивных сваях, которые будут противостоять смещению зыбких слоев почвы.

В данном случае именно опоры будут отвечать за передачу нагрузки от проектного дома на грунт.

Несмотря на экономию за счет отказа от глубокозаглубленного плитного фундамента, тонкую плиту закладывать также нельзя, потому что ее раздавит под весом самого сооружения. Как правило, останавливаются на толщине плиты, равной 0,3–0,4 м. Точное значение находят расчетным путем и принимают условно по типу грунта на участке.

Особенностью вычислений является то, что при определении количества и оптимального диаметра буронабивных свай нужно также к суммарным нагрузкам от дома прибавить вес дома. Этот нюанс также учитывается инженерами при выборе схемы армирования для опорных элементов силовой конструкции.

Пример вычисления

Например, по проекту задан двухэтажный дом и уже рассчитанная его суммарная масса, равная 95 тоннам.

Если площадь основания равна 54 м 2 , то удельное давление будет равным:

95/54=1,7 т/м 2 или 0,17 кг/см 2 .

Если дом стоит на твердой глине, то для соблюдения допустимых условий не хватает:

0,25-0,17=0,08 кг/см 2 давления или 0,08х54х10 000 = 43,2 т железобетона.

Объем плиты через плотность железобетона:

Тогда высота плиты будет равна:

Для заданных условий можно рассмотреть два варианта, когда высота плиты будет равной 0,3 или 0,35 м.

В первом случае ее масса составит 40 000 кг, а, значит, вместе с фундаментом здание будет оказывать давление, равное:

(40 000+95 000)/(54×10 000)=0,25 кг/〖см〗^2

Данный параметр удовлетворяет заданным условиям, поэтому оставляют толщину плиты, равную 0,3 м. Далее рассчитывают количество опорных элементов определенного диаметра, основываясь на их грузоподъемности.

Заключение

Расчет монолитной плиты фундамента ведут, полагаясь на гидрогеологические и проектные условия строительства.

Для сооружений второй и третьей степени ответственности индивидуальный застройщик может спроектировать силовую конструкцию, полагаясь на методику, описанную в текущей статье. Если планируется возведение жилого дома, то проведение расчетов лучше доверить узконаправленным специалистам, которые учтут все факторы и проверят риски.

ОБУЧЕНИЕ – Инженерный курс (расчет МК)

«Расчет и проектирование стальных конструкций с использованием программного комплекса
«SCAD Office» и программы «Гепард-А»

Общая направленность курса — профессиональные прочностные расчеты и проектирование стальных конструкций в среде SCAD Office с применением традиционных и современных конструктивных систем, а также анализ требований норм и рекомендаций по расчету, оформлению отчетов, текстовой и графической частей проектной документации раздела КР.

Продолжительность — 6 рабочих дней (48 академических часов).

Уровень предварительной подготовки:

· уверенное владение интерфейсом SCAD ++ (не ниже уровня базового курса),

· хорошие знания по сопротивлению материалов и нормативной базы по проектированию стальных конструкций;

· владение навыками работы в среде Microsoft Word, Excel.

Основная учебно-методическая задача – практическое применение программ среды « SCAD Office » и программы «Гепард-А» в качестве инструментов для обоснования проектных решений инженерами-проектировщиками, непосредственно принимающими проектные решения и выпускающими проектную и рабочую документацию КР, КМ, КМД.

Методические материалы – по завершению курса слушателям предоставляются примеры расчетных моделей, методические материалы, в том числе и видеоматериалы по некоторым темам.

Рабочий план проведения занятий

Тема: Анализ некоторых требований современных нормативных документов к расчетному обоснованию и конструктивным решениям стальных конструкций и возможности их реализации в SCAD Office.

· СП 20.13330 «Нагрузки и воздействия».

· СП 14.13330 «Строительство в сейсмических районах».

· СП 16.13330 «Стальные конструкции» .

· СП 294.1325800 «Конструкции стальные. Правила проектирования».

Тема: Особенности реализации проверок элементов стальных конструкций в SCAD Office.

· Определение коэффициента устойчивости при изгибе φ_b.

· Учет неупругой работы.

· Расчет центрально и внецентренно сжатых элементов с учетом редуцирования при потере местной устойчивости стенки.

· Особенности реализации по отдельным проверкам.

· Особенности использования расчетных длин и коэффициентов расчетных длин в конструктивных элементах и группах конструктивных элементов.

Тема: Построение и расчет моделей разрезных прогонов покрытия в SCAD++.

· Построение и анализ стержневой модели разрезного прогона с уклоном, раскрепленного тяжем.

· Особенности приложения снеговой нагрузки по СП 20.13330.

· Оценка напряженного состояния разрезного прогона с использованием оболочечной модели.

Тема: Построение и расчет моделей неразрезных прогонов покрытия в SCAD++.

· Построение и анализ стержневой модели неразрезных прогонов с уклоном, раскрепленных тяжами.

· Особенности приложения снеговой нагрузки по СП 20.13330.

· Использование нагрузок от фрагмента схема и реакций в связах для определения нагрузок на основные рамы с учетом неразрезности прогонов.

Тема: Построение и расчет моделей поперечных плоских рам из прокатных профилей в программе SCAD++ с учетом крановых нагрузок, пульсационной составляющей ветровой нагрузки, сейсмических воздействий.

· Использование подосновы в формате dxf для построения моделей плоских рам.

· Моделирование двухветвевых колонн.

· Применение твердых тел при моделировании связевой решетки и опорных узлов двухветвевых колонн.

· Особенности моделирования ферм из гнутосварных профилей квадратного и прямоугольного сечений.

· Применение жесткой вставки в узле опирания фермы на колонну.

· Задание ветровых нагрузок с учетом пульсационной составляющей.

· Задание инерционных характеристик сейсмических воздействий с учетом особенностей крановых нагрузок.

· Использование конструктивных элементов и групп конструктивных элементов при проверке элементов стальных конструкций.

Тема: Построение и расчет пространственных моделей стальных каркасов в программе SCAD++ с учетом крановых нагрузок, пульсационной составляющей ветровой нагрузки, сейсмических воздействий.

· Обзор способов построения пространственной модели.

· Использование объединений перемещений при моделировании шарнирных соединений.

· Особенности моделирования и расчета связей, работающих только на растяжение.

· Задание ветровых нагрузок с учетом пульсационной составляющей, особенности учета пульсационной составляющей в зданиях с каркасами из стальных конструкций.

· Задание инерционных характеристик сейсмических воздействий с учетом особенностей крановых нагрузок.

· Определение центра тяжести модели или ее части.

· Определение центра жесткости одноэтажного здания или этажа многоэтажного здания;

· Моделирование сейсмического момента.

Тема: Подготовка заданий на фундаменты и расчет опорных узлов.

· Возможности получения нагрузок на фундаменты с использованием нагрузок от фрагмента схемы и реакций в связях.

· Подготовка заданий на фундаменты с использованием групп элементов и документирования РСУ в Excel, перенос нагрузок для расчета опорных узлов в программу «Комета-2».

· Подготовка заданий на фундаменты с в программе «Гепард-А» со связью с моделью SCAD++ через API.

· Расчет опорных узлов в программах «Гепард-А» и «Комета-2». Перенос нагрузок на опорные узлы из программы «Гепард-А» в программу «Комета-2».

· Расчет противосдвиговых упоров. Возможность применения программы «Арбат» при расчете анкеровки противосдвиговых упоров.

Тема: Практическое использование модуля расчета на устойчивость.

· Оценка общей устойчивости пространственных схем согласно требований СП 16.13330.

· Рекомендации по доработке модели при расчетах на общую устойчивость.

· Особенности моделирования крестовых связей, работающих только на растяжение при расчетах на устойчивость.

· Определение расчетных длин элементов стальных конструкций с использованием модуля устойчивости SCAD++.

· Использование энергетического постпроцессора для анализа вклада элементов в потерю устойчивости и необходимости уточнения расчетных длин.

· Приемы уточнения больших расчетных длин.

· Определение расчетных длин из плоскости с учетом жесткости опорных узлов.

· Применение программы «Кристалл» для определения расчетных длин.

Тема: Подготовка отчетных документов по результатам расчета.

· Визуализация модели и результатов в SCAD++.

· Возможности по формированию отчетов в SCAD++.

· Вставка изображений в отчетные документы.

· Рекомендации по созданию отчетных документов.

· Рекомендации по подготовке текстовой и графической частей проектной документации раздела КР.

Тема: Расчет стальных конструкций на гармонические воздействия.

· Исходные данные для расчета на гармонические воздействия.

· Особенности нормативных проверок при гармоническом воздействии.

· Расчет на гармонические воздействия с учетом возможной ошибки при определении частот собственных колебаний.

· Расчет на гармонические воздействия с учетом пусковых резонансов.

· Расчет на усталость согласно СП 16.13330.

· Расчет на ограничение виброускорений и виброскоростей по санитарным нормам СН 2.2.4/2.1.8.566-96.

Тема: Расчет стальных конструкций на прогрессирующее обрушение.

· Основы расчета на прогрессирующее обрушение.

· Нормативные требования к расчетам на прогрессирующее обрушение.

· Расчет на прогрессирующее обрушение статическим методом.

· Расчет на прогрессирующее обрушение квазистатическим методом.

· Расчет на прогрессирующее обрушение динамическим методом.

Тема: Применение оболочечных элементов для расчета узловых соединений.

· Обзор приемов построения.

· Анализ напряженного состояния.

· Возможности нелинейных расчетов в SCAD++ для расчета узловых соединений (физическая нелинейность, односторонние связи).

Тема: Расчет рам из сварных двутавров с переменной высотой стенки.

· Особенности расчета рам из сварных двутавров с переменной высотой стенки.

· Возможности SCAD++ для расчета рам из сварных двутавров с переменной высотой стенки.

· Построение и расчет рам из сварных двутавров с переменной высотой стенки в программе «Гепард-А».

Тема: Расчет рам из сварных двутавров с переменной высотой стенки.

· Особенности расчета рам из сварных двутавров с переменной высотой стенки.

· Возможности SCAD++ для расчета рам из сварных двутавров с переменной высотой стенки.

· Построение и расчет рам из сварных двутавров с переменной высотой стенки в программе «Гепард-А».

· Экспорт модели из программы «Гепард-А» в SCAD++.

Тема: Обзор приемов моделирования и специальных возможности SCAD++.

· Использование программы «Конструктор сечений» для формирования и расчета геометрических характеристик произвольных сечений и передача их в SCAD++. Особенности расчета.

· Необходимость и приемы моделирования разности осадок фундаментов.

· Использование температурных нагрузок для моделирования гибких преднапряженных связей.

· Моделирование сдвиговой жесткости (железобетонные плиты, профнастил и т.п.).

· Особенности применения жестких вставок, твердых тел, объединения перемещений.

· Применение оболочечных элементов с нулевой жесткостью для приведения нагрузок.

Источник