Расчет столбчатого фундамента scad

Расчет отдельно стоящих фундаментов в SCAD office

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.

Источник

Моделирование столбчатых фундаментов в МКЭ

Всем привет. На связи Евгений Кондаков. Моделирование столбчатых фундаментов в КЭ-модели традиционно входит в ТОП-10 вопросов, задаваемых на курсах и в техподдержку.

Столбчатый фундамент условно можно отнести к «массивному телу». Массивное тело – тело, у которого все три размера имеют один порядок.

Исходя из этого, можно сказать, что лучше всего его моделировать объемными конечными элементами.

Забегая вперёд, скажу, что не стоит пытаться подбирать армирование столбчатого фундамента из КЭ-расчёта. Это лучше сделать вручную или использовать что-то типа ПК BASE/Фундамент/ФОК.

Но учесть наличие и влияние такого фундамента на надземные конструкции можно. Есть несколько способов моделирования, рассмотрим самые популярные из них:

Одноузловая упругая связь. Жёсткость связи в первом приближении можно вычислить перемножением площади основания фундамента на коэффициент постели под ним. Нагрузку на фундамент можно взять, посчитав нагрузку на фрагмент в ЛИРЕ-САПР или вычислив реакции связей в SCAD. Процесс может быть итерационным, т.к. связан с изменением размеров подошвы, следовательно, жёсткость КЭ-51,56 будет меняться.

Моделирование объёмными КЭ. Здесь мы получаем подробную КЭ-модель столбчатого фундамента. Только нужно правильно задать граничные условия. Наличие коэффициента постели под подошвой можно сымитировать, «подшив» к ней фиктивную плиту малой жёсткости, на которую уже можно назначить C1. Или, как вариант, не использовать фиктивную плиту и коэффициент постели, а вместо этого разместить в каждый узел подошвы упругую связь, жёсткость которой можно определить перемножением коэффициента постели на грузовую площадь вокруг каждого КЭ упругой связи.

Моделирование ступеней пластинчатыми КЭ, а подколонника – стержневым. Каждая вышележащая ступень смещается на жёсткой вставке вверх относительно нижележащей, для подколонника задаётся жёсткая вставка по длине равная сумме толщин ступеней.

Преимущество способов 2 и 3 заключается в том, что пластины с нагрузками можно передать в модуль ГРУНТ и посчитать таким образом переменный по площади коэффициент постели.

Все эти три способа при правильном моделировании оказывают приблизительно одинаковое влияние на усилия/напряжения в надземных конструкциях. Какой из них выбрать, решает расчётчик.

На сегодня у меня всё. Если статья понравилась, ставьте лайк, пишите в комментариях, какой способ используете Вы при моделировании таких фундаментов.

Источник

Расчет столбчатого фундамента scad

Скажите, пожалуйста, на каком основании назначаются жёсткости для 51 КЭ?

Зачем же так мучаться — заполнять таблицу в кроссе нужно 1 раз, задать примерные габариты площадки, скаважины и сохранить файл кросса, а уж когда создадите расчетную схему в scsd, выберете созданную вами площадку.
И шаг номер 2 вызывает сомнения — первоначально коэффициенты упругого основания можно назначить «от балды» и всем элементам плиты одинаковые, для того и нужен КРОСС, чтобы их вычислить путем нескольких итераций

На вопрос про жесткости я не смогу дать квалифицированного ответа. Это взято из опыта расчетов многих людей как лучшее решение. Такие варианты, как жестко защемить в двух или трех точках или оставить плиту вообще без опоры тоже имеют право на жизнь. В первом случае мы, возможно, в точках защемления получим пики армирования, во втором случае — большую осадку или ошибки при расчете. Все эти варианты сопоставимы друг с другом.

Анонимный ответ на анонимный комментарий. В общих чертах описал тоже самое. Да я мучился, пока не проникся тонкостями, поэтому и поделился своим опытом. Почему шаг 2 вызывает сомнение? Если потому, что «первоначально. коэффициент можно назначить от балды. «, то позволю себе заметить, что существуют множество методик приведения нагрузки на фундаментную плиты. Описанная мною во втором шаге методика распределенной нагрузки на плиту ранее до появления САПР была популярна и у неё до сих пор есть поклонники. Поэтому проанализировать результаты расчета по ней всегда полезно. За частую результаты её не отличаются от результатов бесконечных, описанных также во втором шаге, итераций.

для 51 элемента жесткость назначается от коэ постели элемента 0,7С1 х А^2
C1 коэф постели
А площадь элемента

Откуда информация, Дмитрий?

Автор молодец!! Еще что нибудь выкладывай)

Cпасибо за информацию.

К вопросу о жесткостях 51 КЭ см. «Расчетные модели сооружений и возможность их анализа» А.В. Перельмутер В. И. Сливкер 2011 г. стр. 449-450

Источник

Фундаментная плита в SCAD. Часть 1: Разработка расчетной схемы

Любое здание или сооружение имеет фундамент, и башни с мачтами не исключение. Существуют разные варианты фундаментов, выбор типа которых зависит от множества факторов. В частности, для мачт и башен наиболее популярны столбчатые и плитные фундаменты со сваями и без. В текущей статье будет рассматриваться фундаментная плита в SCAD под опору антенную, а именно — башню.

Исходные данные

Как было оговорено выше, фундаментная плита в SCAD будет рассчитываться под башню, расстояние между башмаками которой составляет 3,5 м. Соответственно, задаемся (для примера) общими габаритами квадратной в плане плиты с шириной стороны в 4,5 м с консолью практически в 0.5 м.

Создание расчетной схемы фундаментной плиты в SCAD

Шаг 1. Создание очертания плиты

Для того, чтобы создать очертание плиты, необходимо создать в SCAD 4 граничных узла. Как вставлять узлы и добавлять другие на расстоянии можно узнать в п. «Создание узлов» в этой статье.

Рекомендую строить расчетную схему симметрично осям, то есть, если длина плиты 4,5 м, то отступ точек от центра будет составлять 2,25 м (рис. 1). После того, как все четыре узла будут введены в SCAD (рис. 2) , необходимо замкнуть их контуром, называемой пластиной.

• Рис. 1. Ввод узлов
• Рис. 2. Введенные узлы

Чтобы ввести пластину, необходимо на панели инструментов в закладке «Узлы и элементы» перейти в сверток «Элементы» и выбрать «Ввод 4-ех узловых пластин» (рис. 3). При активированном инструменте ввода пластин выделяются 4 созданных ранее узла и нажимается галочка «ОК». Итог представлен на рис. 4.

• Рис. 3. Ввод пластин
• Рис. 4. Созданный контур фундаментной плиты

Напомню, что SCAD — программа для расчета по методу конечных элементов, поэтому созданную пластину требуется разбить на множество маленьких пластинок, причем чем больше их будет, тем точнее расчет. Но для оптимального расчета достаточно задаваться шириной ячеек, равной предполагаемой толщины плиты.

Для примера можно взять разбиение контура плиты на участки по 0.3 х 0.3 м. Для этого нужно выбрать инструмент «Дробление 4-ех узловых пластин» (рис. 5) и задать количество дроблений. Как указывалось выше, количество дроблений равно: 4,5 м / 0,3 м = 15 шт (рис. 6). Полученный вид триангулированной (так называется процесс разбиения на мелкие элементы) плиты представлен на рис. 7.

• Рис. 5. инструмент «Дробление 4-ех узловых пластин»
• Рис. 6. Ввод характеристик дробления
• Рис. 7. Триангулированная плита

Шаг 2. Вставка опорных узлов башни на плиту

Если ранее производился расчет башни или мачты, то опорные узлы (рис. 8) с той схемы нужно вставить на проектируемую фундаментную плиту. Так как расстояние между узлами равно 3.5 м, то новые узлы вставляются с расстоянием 1,75 м от центра плиты. Расставленные точки на плите представлены на рис. 9.

• Рис. 8. Узлы башни, которые надо добавить на плиту
• Рис. 9. Добавленные опорные узлы на плиту
• Рис. 10. Кнопка «Дробление пластин с учетом промежуточных узлов»

Следует отметить, что добавленные узлы на плиту никак с ней не связаны, их нужно включить в разбивочную сетку. В SCAD существует специальный инструмент для того, чтобы осуществить это: «Узлы и элементы» — «Элементы» — «Дробление пластин с учетом промежуточных узлов» (рис. 10). Чтобы все сработало, надо просто выделить пластину, на которой лежит узел, нажать «ОК» и образуются треугольные пластины (рис. 11).

• Рис. 11. Фундаментная плита в SCAD с учетом опорных узлов башни

Шаг 3. Назначение жесткости опорной плите

Для пластин жесткость задается нажатием кнопки «Назначение жесткостей пластинам» (рис. 12). В появившемся окне (рис. 13) выбираются характеристики проектируемой плиты — «ОК» — выбор всей плиты и осуществляется применение новых свойств.

• Рис. 12. Кнопка «Назначение жесткостей пластинам»
• Рис. 13. Окно настройки жесткостей пластинам

Шаг 4. Создание загружений при расчете фундаментной плиты в SCAD

В текущей расчетной схеме можно задать два загружения:

• собственный вес;
• нагрузка от опоры антенной.

Собственный вес прикладывается SCADом автоматически, аналогично тому, как описано в этой статье. Нагрузка от опоры антенной предоставляются от отдельного расчета. В данном случае нагрузки показаны на рис. 14, а приложенные усилия на рис. 15.

• Рис. 14. Нагрузки от ОА
• Рис. 15. Приложенные нагрузки от ОА

Шаг 5. Создание комбинации загружений

В древе управления расчетным проектом в подразделе «Специальные исходные данные» выбрать «Комбинации загружений». В этом окне нужно создать совокупность одновременно действующих на фундаментную плиту нагрузок (рис. 16).

• Рис. 16. Комбинации загружений
• Рис. 18. Связи на фундаментной плите

Шаг 6. Назначение связей на плиту

В качестве упрощения, можно задать ограничение плиты в двух диаметрально противоположных узлах (углах), где в первом будут ограничения по X и Y, а во втором по X (рис. 18). Но лучше всего использовать связи конечной жесткости.

В следующей части «Фундаментная плита в SCAD» речь пойдет о работе программы КРОСС и формировании коэффициентов постели.

Источник