«SCAD Office. Реализация СНиП в проектирующих программах ББК 32.97 УДК (539.3+624.014):681.3 Карпиловский В.С. SCAD Office. Реализация СНиП в проектирующих программах / В.С.Карпиловский, Э.З.Криксунов, М.А.Микитаренко, ...»

SCAD Office. Реализация СНиП в

проектирующих программах

ББК 32.97

УДК (539.3+624.014):681.3

Карпиловский В.С.

SCAD Office. Реализация СНиП в проектирующих программах / В.С.Карпиловский, Э.З.Криксунов,

М.А.Микитаренко, А.В.Перельмутер, М.А.Перельмутер, В.Г.Федоровский.— К.: ВПП «Компас», 2001.— 215

с.— Рс.

Книга предназначена для пользователей программного обеспечения, входящего в пакет SCAD Office, и

содержит описание программ ВеСТ, Кристалл, АРБАТ, Монолит, КРОСС. Программы Кристалл и АРБАТ ориентированы на выполнение детальных проверочных расчетов, связанных с пректированием элементов стальных и железобетонных конструкций. Программа Монолит служит для проектирования монолитных ребристых перекрытий. Программа ВеСТ предназначена для определения нагрузок и воздействий на элементы строительных конструкций и может быть полезной как при использовании вычислительных комплексов общего назначения, так и таких программ, как Кристалл и АРБАТ. Программа КРОСС позволяет по результатам геологических изысканий вычислить первый коэффициент постели (коэффициент Винклера).

Для всех описанных программ характерна ориентация на строгое и, по возможности, полное выполнение требований, представленных в нормах по проектированию (СНиП).

Книга может представлять интерес для студентов соответствующих специальностей и разработчиков аналогичных программ.

Рецензенты: д.т.н., проф. Гордеев В.Н., д.т.н., проф. Пермяков В.А.

Рекомендовано к печати Ученым советом Украинского научно-исследовательского и проектного института стальных конструкций (УкрНИИпроектстальконструкция).

ISBN SCAD Group, Оглавление n="…, 1. От авторов

2. Общие сведения

2.1 Принципы разработки

2.2 Оценка конструктивного решения

2.3 Прямая и обратная задачи

2.4 Анализ несущей способности сечения

3. Общие принципы управления программами

3.1 Элементы управления

3.2 Параметры настройки

4. Программа ВеСТ

4.1 Главное окно

4.2 Параметры

4.3 Информационные режимы

4.3.1 Плотности

4.3.2 Местность

4.3.3 Коэффициенты

4.4 Расчетные режимы

4.4.1 Собственный вес

4.4.2 Временные нагрузки

4.4.3 Ветер

4.4.4 Снег

4.4.5 Температура

4.5 Нормативные документы, требования которых реализованы в программе ВеСТ

5. Программа Кристалл

5.1 Главное окно

5.2 Параметры

5.3 Конструирование поперечных сечений

5.4 Справочные режимы

5.4.1 Стали

5.4.2 Сортамент металлопроката

5.4.3 Болты

5.4.4 Предельные гибкости

5.4.5 Коэффициенты условий работы

5.4.6 Материалы для сварки

5.4.7 Предельные прогибы

5.5 Вспомогательные режимы

5.5.1 Огибающие

5.5.2 Геометрические характеристики сечений

5.5.3 Расчетные длины

5.6 Проверки

5.6.1 Сопротивление сечений

5.6.2 Болтовые соединения

5.6.3 Фрикционные соединения

5.6.4 Сварные соединения

5.6.5 Местная устойчивость

5.7 Проектирование конструктивных элементов

5.7.1 Элементы ферм

5.7.2 Балки

Оглавление 5.7.3 Неразрезные балки

5.7.4 Стойки

5.7.5 Опорные плиты

5.8 Нормативные документы, требования которых реализованы в программе Кристалл

5.9 Приложение. О формуле (49) СНиП II-23-81*

5.10 Расчет «нестандартных» сечений

6. Программа Кристалл-Eurocode 3

6.1 Главное окно

6.2 Параметры

6.3 Конструирование поперечных сечений

6.4 Вспомогательные режимы

6.4.1 Сопротивление сечений

6.4.2 Сопротивление соединений

6.4.3 Огибающие

6.4.4 Критический момент

6.4.5 Прочность и устойчивость при действии продольных сил

6.4.6 Геометрические характеристики

6.5 Проектирование конструктивных элементов

6.5.1 Прокатная балка

6.5.2 Сварная балка

6.5.3 Стойки

6.5.4 Связи

6.5.5 Соединения ригеля с колонной

6.5.6 Соединения балок

6.6 Допущения и волевые решения в трактовке Eurocode 3

6.6.1 Определение критического момента

7. Программа АРБАТ

7.1 Главное окно

7.2 Параметры

7.3 Справочные режимы

7.3.1 Класс бетона

7.3.2 Марка бетона

7.3.3 Арматура

7.3.4 Коэффициенты условий работы

7.3.5 Предельные прогибы

7.4 Экспертиза

7.4.1 Сопротивление сечений

7.4.2 Прогиб балки

7.4.3 Экспертиза балки

7.4.4 Экспертиза колонны

7.4.5 Экспертиза плиты

7.5 Местная прочность

7.5.1 Местное сжатие

7.5.2 Продавливание

7.5.3 Отрыв

7.5.4 Закладные детали

7.6 Подбор арматуры

7.6.1 Подбор арматуры в балке

7.6.2 Подбор арматуры в колонне

7.7 Нормативные документы, требования которых реализованы в программе АРБАТ

8. Программа Монолит

8.1 Предварительные сведения

8.1.1 Общая схема перекрытия

8.1.2 Балки

8.1.3 Плиты

8.2 Управление программой

8.2.1 Главное окно

8.3 Ввод исходных данных

8.4 Работа с таблицами

8.5Координационные оси

8.5.1 Окно Расчетная схема

8.5.2 Материалы

8.5.3 Узлы

8.5.4 Колонны

8.5.5 Балки

8.5.6 Стены

8.5.7 Плиты

8.5.8 Отверстия

8.5.9 Армирование плит

8.5.10Армирование балок

8.6Конструирование

8.6.1 Окно Результаты

8.6.2 Выходные документы

8.7 Информационные режимы

9. Программа КРОСС

9.1 Система координат

9.2 Файлы, создаваемые программой

9.3 Структура модели и исходные данные

9.4 Элементы управления

9.4.1 Окно программы

9.4.2 Параметры настройки

9.4.3 Меню

9.4.4 Строка состояния

9.4.5 Курсоры

9.5 Операции

9.5.1 Новый

9.5.2 Открыть

9.5.3 Сохранить

9.5.4 Сохранить как...

9.5.5 Расчет

9.5.6 Отчет

9.5.7 Поля

9.5.8 Дополнительные точки

9.5.9 Осадки подошвы плиты

9.5.10 Сохранить изображение

9.5.11 Отмена

9.5.12 Восстановить

9.5.13 Габариты

9.5.14 Фундаментная плита

9.5.15 Корректировка контура плиты

9.5.16 Существующее здание

9.5.17 Проем

9.5.18 Удалить

9.5.19 Сгладить угол

9.5.20 Переместить

9.5.21 Вершины

9.5.22 Удалить вершины

9.5.23 Нагрузка

9.5.24 Добавить скважину

Оглавление 9.5.25 Удалить скважину

9.5.26 Параметры скважин

9.5.27 Сброс операции

9.5.28 Разрез

9.5.29 Измерение расстояний

9.5.30 Начало координат

9.5.31 Особенности задания информации о скважинах

9.5.32 Шаг сетки

9.5.33 Сетка

9.5.34 Поля для зданий

9.5.35 Увеличение и уменьшение изображения

9.5.36 Вызов справки

9.5.37 О программе

10. П р и л о ж е н и я

10.1 Создание отчета

10.2 Сервисные функции

10.2.1 Вычисление по формулам

10.2.2 Преобразование единиц измерений

10.2.3 Дискретная арматура

10.3 Нештатные ситуации

10.4 Список сортаментов прокатных профилей, поставляемых с пакетом программ

10.4.1 Сортамент Челябинского металлургического комбината

10.4.2 ГОСТ

10.4.3 Сокращенный сортамент

10.4.4 Старые сортаменты

10.4.5 ASTM

10.4.6 Великобритания — стандартные профили (British Standard Sections)

10.4.7 Великобритания — импортируемые профили (Overseas Shapes)

10.4.8 Arbed

10.4.9 Сварные профили (welded profiles)

10.4.10 OTUA

10.4.11 DIN

10.5 Прогноз осадок фундаментов мелкого заложения и выбор модели основания для расчета плит*)... 11. Литература

1. От авторов Пакет программ для проектирования элементов стальных и железобетонных конструкций разработан авторским коллективом SCAD Group в составе: Белокопытова И.А., Гавриленко И.С., Карпиловский В.С., Криксунов Э.З., Микитаренко М.А., Перельмутер А.В., Перельмутер М.А., Рудь Д.Н., Семенцов А.И.

Авторы выражают благодарность И.К.Вишницкому (ТЭП, г. Москва), Б.А.Воробьеву (Петростройсистема, г. Санкт-Петербург), О.В.Кабанцеву (ЦПИ-53, г. Москва), Л.Б.Кацнельсону (ЦНИИСК, г. Москва), В.И.Кретову (НИИСК, г. Киев), В.В.Куликову (Мосинжпроект, г. Москва), А.А.Маляренко (SCAD Soft, г. Москва), Т.Е.Прохоровой (Промстройпроект, г. Москва), С.Ю.Решетникову (Краснодарпроект) за критические замечания и предложения, способствовавшие разработке и развитию пакета программ.

Авторы благодарны И.Ф.Лайкиной за терпение и труд, вложенные в подготовку книги к печати.

Общие сведения 2. Общие сведения 2.1 Принципы разработки В основу разработки программ, описание которых приведено в этой книге, положен общий принцип — ориентация на достаточно строгое и, по возможности, полное выполнение всех требований, представленных в нормах по проектированию стальных и железобетонных конструкций. Появление этих программ связано с тем, что система SCAD [6], являясь универсальным вычислительным комплексом, предназначенным в большей степени для расчета систем в целом, не оперирует той детализированной информацией о конструктивном решении, которая требуется в процессе конструирования.

Программы Кристалл и АРБАТ ориентированы на выполнение детальных проверочных расчетов несущих строительных конструкций в соответствии с действующими нормами. Они работают автономно, однако связаны со SCAD подходом к проблеме и общностью некоторых функций. Разработчики программ не ставили перед собой цели получения с их помощью проектной (точнее, конструкторской) документации, ограничившись выполнением детальной проверки заданной конструкции (заметим, что строительные нормы и правила — СНиП — построены как проверочные системы).

Имея в виду, что пользователем программ Кристалл и АРБАТ может быть не только опытный проектировщик, но и начинающий инженер, разработчики старались создать такие программные продукты, которые могли бы предохранить пользователя от пропуска любой из многочисленных проверок, представленных в нормах проектирования. В частности, набор конструктивных решений продиктован в числе прочего и тем, что рассматриваются только такие конструкции, для которых нормы проектирования полностью обозначили все требования. Если хотя бы одно из них нельзя точно определить (например, проверить в программе Кристалл устойчивость плоской формы изгиба уголкового элемента), то такие конструкции исключались полностью или для них ограничивался список возможных режимов работы программ. В этом смысле программы выступают в роли придирчивого эксперта.

Таким образом, набор главных идей, положенных в основу разработки программ Кристалл и АРБАТ, можно сформулировать так:

• пользователь должен быть уверен, что программа проведет исчерпывающую и строгую экспертизу в соответствии с требованиями норм проектирования, и в ней будут реализованы только положения норм, а другие (быть может, весьма разумные) проектные идеи и процедуры не будут применяться;

• пользователь не должен быть связан необходимостью поиска основной справочной и нормативной информации, она должна присутствовать в базе данных программы;

• пользователю предоставляется возможность детального анализа результатов экспертизы, и за ним оставляется право принятия решений по изменению и улучшению конструктивного решения.

Программа Монолит служит для проектирования монолитных ребристых перекрытий, и результатом ее работы, в отличие от программ Кристалл и АРБАТ, является комплект проектной документации. В качестве исходных данных в ней могут быть использованы результаты подбора арматуры в элементах железобетонных конструкций, полученные как с помощью SCAD, так и других программ.

Правила проектирования, заложенные в программу, взяты из нескольких источников. В основном, это СНиП, пособия и руководства по проектированию, но некоторые решения, не противоречащие нормам, предложены опытными проектировщиками.

Программа ВеСТ предназначена для определения нагрузок и воздействий на элементы строительных конструкций и может быть полезной как при использовании комплексов типа SCAD, так и таких программ, как Кристалл и АРБАТ. Именно эта универсальность и позволила ей занять «почетное первое место» на страницах этой книги.

К числу вспомогательных программ, предназначенных для предвариательного определения расчетных параметров, относится и программа КРОСС, которая позволяет по результатам геологических изысканий вычислить первый коэффициент постели (коэффициент Винклера).

2.2 Оценка конструктивного решения Любой набор нормативных требований может быть представлен в форме списка неравенств вида где Fj — функция основных переменных, реализующая j-ю проверку; S — обобщенные нагрузки (нагрузочные эффекты); R — обобщенные сопротивления.

Ориентируясь на значения функций Fj, можно ввести понятие коэффициента использования ограничения (К), и критерий проверки представить в виде включающем все необходимые проверки. Само значение Кj при этом определяет для элемента (узла, соединения, сечения и т.п.) имеющийся запас прочности, устойчивости или другого нормируемого параметра качества. Если требование норм выполняется с запасом, то коэффициент Кj равен относительной величине исчерпания нормативного требования (например, Кj = 0,7 соответствует 30% запасу). При невыполнении требований норм значение Кj > 1 свидетельствует о нарушении того или иного требования, т.е. характеризует степень перегрузки. Таким образом, Кj есть левая часть расчетного неравенства, представленного в приведенной выше форме (рис. 2.2-1).

Рис. 2.2-1. Геометрическая иллюстрация области проверок в случае двух переменных Все полученные в результате проверок значения коэффициентов Кj доступны для анализа в диалоговом окне Диаграмма факторов (рис. 2.2-2) или же в полном отчете о проведенной проверке. В рабочих диалоговых окнах выводится значение Kmax — максимального (т.е. наиболее опасного) из обнаруженных значений Кj и указывается тип проверки (например, прочность, устойчивость), при которой этот максимум реализовался.

Общие сведения Данные, приведенные в диаграмме факторов, позволяют проектировщику принять правильное решение о типе необходимой модификации конструкции. Например, вряд ли имеет смысл увеличение расчетного сопротивления стали, если критической оказалась проверка устойчивости.

2.3 Прямая и обратная задачи Нормы проектирования строительных конструкций построены как система проверок известного конструктивного решения, т.е. они решают задачу оценки конструкций, а не проблему ее синтеза.

Конструкторские программы Кристалл и АРБАТ нацелены на решение обеих упомянутых проблем — задачи оценки и задачи подбора. Но последняя проблема (подбор) решается в ограниченной постановке как целенаправленный перебор по списку возможных конструктивных решений.

Так, при проектировании стальных конструкций могут подбираться сечения из указанного сортамента профилей, который упорядочен по возрастанию веса. Поскольку просмотр сортамента реализуется по возрастанию величины (веса) профиля и останавливается на первом, удовлетворяющем всем требованиям норм, то реализуется выбор сечения с наименьшим расходом стали. Аналогично, при проектировании железобетонных конструкций в рамках заданных опалубочных размеров перебирается, постепенно увеличиваясь, площадь арматуры.

Описанный подход к подбору (синтезу) поперечного сечения приводит к решениям, которые, по той или иной причине (конструктивные соображения, унификация и др.), могут не удовлетворить проектировщика. Он имеет возможность скорректировать решение, предлагаемое программой, и оперативно провести его проверку в режиме экспертизы.

2.4 Анализ несущей способности сечения В программах Кристалл и АРБАТ предусматривается возможность детального исследования несущей способности поперечного сечения, которое выполняется в рамках режима Сопротивление сечений. Активизация функции Кривые взаимодействия дает возможность получить графическое изображение области несущей способности для выбранной пары усилий, действующих в поперечном сечении. Кривые (рис. 2.4-1) окружают начало координат замкнутой линией, внутри которой располагаются точки с условно-допустимыми парами рассматриваемых усилий. Напомним, что пара усилий считается допустимой, когда Kmax 1. При этом все остальные усилия полагаются равными нулю. Именно отбрасывание других компонент усилий заставляет говорить об условной, а не об абсолютной допустимости указанных точек.

Кривую взаимодействия можно оперативно «ощупать» с помощью курсора. Для каждого его положения будут указаны координаты точки в пространстве усилий, действующих на сечение, а также соответствующее этой точке значение Kmax с указанием критического фактора, где этот максимум реализовался.

Полезно заметить, что использование техники анализа кривых взаимодействия дало возможность обнаружить некоторые неточности норм. Например, для стальных конструкций оказалось, что можно встретить случаи, когда область несущей способности элемента оказывается невыпуклой. Пример такой кривой представлен на рис. 2.4-2, а. Здесь рассмотрено поперечное сечение в виде симметричного сварного двутавра со стенкой 40010 мм и полками 20010 мм из стали с расчетным сопротивлением Ry = 2050 кг/см2. Расчетная длина стержня в обоих главных плоскостях составляет 600 см, коэффициент условий работы и коэффициент надежности по назначению приняты равными с = 1,0, n = 1,0.

Граница области несущей способности на участках AB и AH определяется условием прочности при совместном действии растяжения и изгиба, на участках BC и GH — устойчивостью плоской формы изгиба, на участках CD и GF, как и на участке DEF, — устойчивостью из плоскости действия момента.

Общие сведения Рис. 2.4-2. Область несущей способности стального двутавра и зависимость c(m) Невыпуклость кривой CDEFG связана со сменой типа зависимости коэффициента влияния формы сечения с, вычисляемого по формулам (57) – (59) СНиП II-23-81*[16], от величины относительного эксцентриситета m. Эта зависимость для трех значений длины рассматриваемого стержня приведена на рис. 2.4-2, б. Характерный излом при значении m = 10, где функция с = с(m) меняется с линейной на гиперболическую, соответствует точкам D и F на кривой взаимодействия.

Невыпуклыми оказываются области несущей способности железобетонных сечений, где на границе «растяжение-сжатие» кривая взаимодействия терпит разрыв, определяемый проверкой на трещиностойкость.

Сама по себе невыпуклость рассматриваемой области может привести ко многим неприятным последствиям. Наиболее очевидным из них является следующее: по традиции, оценивая невыгодные сочетания усилий, инженеры либо вообще не рассматривают некоторые воздействия, либо учитывают их полностью. Для невыпуклой области, однако, возможно и такое, что невыгодным является некоторое промежуточное значение. Так, для примера по рис. 2.4-2, если одно нагружение соответствует точке С, а другое — точке Е (в обоих случаях несущая способность обеспечена), то, приняв момент и силу равными половине предельных значений, мы окажемся в точке К — за пределами допустимой области.

3. Общие принципы управления программами Рис. 3.1-1. Элементы управления Microsoft, Windows являются зарегистрированными товарными знаками Microsoft Corporation. Все другие товарные знаки являются собственностью соответствующих фирм.

Общие принципы управления 3.2 Параметры использования программ. С его помощью выполняется Рис. 3.2-1. Окно Параметры Рис. 3.2-2. Страница Прочие ВеСТ Программа ВеСТ предназначена для выполнения расчетов, связанных с определением нагрузок и воздействий на строительные конструкции в соответствии с рекомендациями СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» [17].

В программе реализованы лишь наиболее часто встречающиеся случаи нагружения, а также те случаи, для которых выполнение требований СНиП связано с достаточно сложной логикой, и которые, как свидетельствует опыт, часто приводят к ошибкам.

Кроме указанной функции, ВеСТ, в определенной мере, играет роль справочника, с помощью которого можно уточнить некоторые фактические данные о районировании территории по нагрузкам и воздействиям или получить другие данные справочного характера.

И наконец, с помощью программы можно накапливать часто используемые проектировщиком решения, создавая свой собственный справочно-информационный фонд.

4.1 Главное окно Рис. 4.1-1. Главное окно ВеСТ 4.2 Параметры Рис. 4.2-1. Страница Прочие всех случаев, кроме снеговой нагрузки на здания с легкой 4.3 Информационные режимы Рис. 4.3.1-1. Диалоговое окно 4.3.2 Местность Ориентировка отобразится соответствующий фрагмент карты. Если воспользоваться кнопкой Поиск, в одноименном диалоговом окне можно организовать поиск интересующей административной единицы или города по заданному тексту имени.

климатических районов на картах приложения 5, предполагается, что эти границы совпадают с границами административно-территориальных образований, т.е. любой административный район целиком принадлежит определенной климатической зоне. Крупные города, где сосредоточено массовое Рис. 4.3.2-1. Диалоговое окно ВеСТ 4.3.3 Коэффициенты Рис.4.3.3-1. Диалоговое окно Страница Конструкции и грунты Рис. 4.3.3-2. Диалоговое окно Страница Оборудование 4.4 Расчетные режимы 4.4.1 Собственный вес В режиме Собственный вес выполняется вычисление Рис.4.4.1-1. Диалоговое окно (отмеченной) строки левой таблицы может быть перенесен в Рис. 4.4.1-2. Диалоговое окно Пакет диалогового окна (рис. 4.4.1-2), в котором указывается ВеСТ 4.4.2 Временные нагрузки Рис.4.4.2-1. Диалоговое окно кнопку Вычислить, при этом выводятся нормативные и 4.4.3 Ветер Рис. 4.4.3-1. Диалоговое окно Ветер Страница Общие сведения указаниями п. 6.6 СНиП 2.01.07-85* [17], а именно: положительным считается давление ветра, направленное на соответствующую поверхность, отрицательным — направленное от Ограничения реализации Для всех сооружений (кроме навесов) и стен зданий Поверхности вертикальные и При выборе этого типа сооружения (схема 1 из отклоняющиеся от вертикали не таблицы 4 СНиП 2.01.07-85* [17]) на странице Вычисление более, чем на 15° Рис. 4.4.3-2. Страница Вычисление ветровых нагрузок Результаты расчета ВеСТ без фонарей СНиП 2.01.07-85* [17]) на странице Вычисление ветровых Рис. 4.4.3-4. Страница Вычисление ветровых нагрузок без фонарей, постоянно таблицы 4 СНиП 2.01.07-85* [17]) на странице Вычисление открытые с одной стороны ветровых нагрузок (рис. 4.4.3-5) вводятся значения размеров Рис. 4.4.3-5. Страница Вычисление ветровых нагрузок Здания со сводчатыми При выборе этого типа сооружения (схема 3 из и близкими к ним по очертаниям таблицы 4 СНиП 2.01.07-85* [17]) на странице Вычисление покрытиями ветровых нагрузок (рис. 4.4.3-6) вводятся значения размеров Рис. 4.4.3-6. Страница Вычисление ветровых нагрузок нагрузок (рис. 4.4.3-7) с помощью маркеров выбирается конструкция навеса, вводятся значения размеров, а также указывается расчетное направление ветра.

Рис. 4.4.3-7. Страница Вычисление ветровых нагрузок ВеСТ Цилиндрические резервуары При выборе этого типа сооружения (схема 12, б из Рис. 4.4.3-8. Страница Вычисление ветровых нагрузок Вытянутые сооружения Для конструкций такого типа, в отличие от ранее и элементы описанных, определяется не поверхностная, а погонная с цилиндрической поверхностью нагрузка. После выбора этого типа сооружения (схема 14 из Рис. 4.4.3-9. Страница Вычисление ветровых нагрузок Ограничения реализации Значение ветрового давления зависит от числа Рейнольдса Re, для которого в СНиП 2.01.07-85* [17] рассматривается диапазон значений до Re = 3,2•106. При выходе из Наклонные трубчатые элементы При выборе этого типа сооружения (схема 18 из Рис. 4.4.3-10. Страница Вычисление ветровых нагрузок ВеСТ 4.4.4 Снег однопролетные здания, профили покрытий которых соответствуют схемам 1 и 2 из таблицы 3 СНиП 2.01.07-85* [17].

Рис. 4.4.4-1. Страница осуществляется с помощью функциональных кнопок с его Исходные данные изображением. Расчет выполняется после нажатия кнопки Рис. 4.4.4-2. Страница (односкатная кровля) Рис. 4.4.4-3. Страница (двухскатная кровля) Рис. 4.4.4-4. Страница 4.4.5 Температура Температурные воздействия ВеСТ 4.5 Нормативные документы, требования которых реализованы в программе ВеСТ Плотности Местность Коэффициенты Собственный вес Временные Ветер приложение 4 (схемы 1-3, 9, 11, 12б, 14, 18) СНиП 2.01.07-85*[17] Снег Температура 5. Программа Кристалл Программа Кристалл предназначена для выполнения конструктивных расчетов и проверок элементов и соединений стальных конструкций на соответствие требованиям СНиП II-23-81* Стальные конструкции. Нормы проектирования [16]. Предполагается, что расчетные усилия соответствуют нагрузкам, определенным по СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия [17], требованиям этого же документа соответствуют реализованные программой правила выбора расчетных сочетаний усилий.

При создании программы использовались связанные со СНиП II-23-81* [16] государственные стандарты, а также Пособие по проектированию стальных конструкций к СНиП II-23-81* [13]. Кроме того, учитывались некоторые методологические положения подготовленных, но еще не введенных в действие проектов норм СНиП 53-01-96 [18] и СП 53-101-96 [22] Общие правила проектирования элементов стальных конструкций и соединений.

Отдельная ветвь программы Кристалл позволяет выполнить проверки элементов и соединений в соответствии с требованиями Eurocode 3. Она может быть полезна специалистам, выпускающим проектную документацию по заказам европейских фирм. ENV 1993-1-1. Eurocode 3: Design of Steel Structures. — Part 1.1: General rules and rules for buildings [24] предназначен для выполнения проверок элементов и соединений стальных конструкций.

В программе Кристалл, как правило, реализуются проверочные расчеты конструкций и соединений, размеры которых заранее выбраны проектировщиком, т.е. программа работает в режиме экспертизы. Для некоторых случаев реализован и режим подбора поперечных сечений, который выполняется по условию выполнения требований первого предельного состояния. Проверка выбранного сечения по второму предельному состоянию должна выполняться пользователем в режиме экспертизы этого сечения.

В программе предусмотрена возможность получения справочных данных относительно сортаментов металлопроката и болтов, рекомендаций СНиП II-23-81* [16]. Для этого в состав программы включены специальные справочные режимы (см. ниже). В некоторых случаях диалоговое окно имеет кнопку, нажав которую можно получить дополнительную информацию справочного характера.

Поскольку в СНиП II-23-81* [16] приводятся рекомендации не для всех возможных проектных решений, то в некоторых случаях программа не может выполнить необходимую проверку. В большинстве таких случаев система управления не допускает создания подобного запроса. На экране появляется соответствующее предупреждение, а в отчетном документе — сообщение о возникшей ситуации.

Кристалл 5.1 Главное окно Рис. 5.1-1. Главное окно программы Кристалл • Коэффициенты условий работы — предназначен для просмотра и выбора значений коэффициентов условий работы СНиП 2.01.07-85* [17] «Нагрузки и воздействия» с ограничениями на прогибы элементов конструкций.

• Огибающие, где определяются невыгодные сочетания многих нагрузок, которые действуют на изгибаемые элементы, • Геометрические характеристики предоставляет возможность вычисления геометрических характеристик поперечного сечения;

• Расчетные длины, где реализованы рекомендации из таблиц 11, 12, 13* и 17а СНиП II-23-81* [16] и из ENV 1993-1-1 Eurocode 3 [24].

Последующие режимы являются функциональными и предназначены для проверки конструктивных решений стальных конструкций и соединений на соответствие требованиям СНиП II-23-81* [16] по прочности, устойчивости и гибкости или же для реализации некоторой части таких проверок, имеющих самостоятельный интерес (например, исследование области несущей способности путем построения кривых взаимодействия). Они включают:

• Сопротивление сечений, где определяются коэффициенты использования ограничений для любого из предусмотренных программой типов поперечных сечений при действии произвольных усилий. Кроме того, строятся кривые взаимодействия для любых допустимых комбинаций пар усилий;

• Болтовые соединения, в котором для определенного числа конструктивных решений болтовых соединений определяются коэффициенты использования ограничений и строятся кривые взаимодействия для любых допустимых комбинаций пар усилий;

• Фрикционные соединения — аналогичен предыдущему режиму, но с другим набором конструктивных решений;

• Сварные соединения, где для определенного числа конструктивных решений сварных соединений определяются коэффициенты использования ограничений и строятся кривые взаимодействия для любых допустимых комбинаций пар усилий;

• Местная устойчивость, где реализуются проверки местной устойчивости стенок и поясных листов изгибаемых и сжатых элементов, при этом не рассматриваются подкрановые балки, а также балки со стенкой, подкрепленной продольными ребрами.

Наконец, для некоторых видов наиболее распространенных конструктивных элементов реализуется комплексная проверка и возможность подбора сечений. К ним относятся:

• Элементы ферм — для конструктивных схем, наиболее часто используемых на практике, реализуются все необходимые проверки элементов ферм на прочность и устойчивость. При этом работа начинается с определения расчетных значений усилий от задаваемых вертикальных внешних нагрузок. Возможен вариант работы с подбором сечений;

• Балки — режим аналогичен предыдущему, но ориентирован на рассмотрение двутавровых (сварных и прокатных) или швеллерных однопролетных балок с различными условиями опирания;

Кристалл • Неразрезные балки — в режиме реализованы те же функции, что и для режима Балка, но применительно к многопролетной (до пяти пролетов) конструкции, которая может 5.2 Параметры Помимо общих параметров настройки, описанных в разделе 3, в окне Параметры программы Кристалл имеются еще две страницы — Материал и Каталоги сечений. Окно Параметры вызывается нажатием одноименной кнопки главного окна программы или соответствующего пункта меню.

Рис. 5.2-1. Страница Материал Каталоги сечений окна Параметры Кристалл 5.3 Конструирование конструкций встречаются в большинстве режимов работы поперечных сечений программы. Во избежание повторов, эти операции Рис. 5.3-1. Типы поперечных сечений Рис. 5.3-2. Группа Выбор профиля однотипных профилей проката (например, двутавровые Ограничение реализации Рис. 5.3-3. Диалоговое окно Рис. 5.3-4. Диалоговое окно Пользовательские сечения Рис. 5.3-5. Окно Геометрические характеристики сечения Кристалл Рис. 5.3-6. Сообщение Ошибка используемые ограничения размеров.

Примечания:

1. Ширина полки прокатных профилей обозначена как bfc для швеллеров и как bfd для двутавров.

2. Толщина уголка обозначена как t.

Кристалл Примечания:

h — расстояние между осями поясов;

Ad — площадь раскоса;

Av — площадь стойки.

5.4 Справочные режимы 5.4.1 Стали Рис. 5.4.1-1. Страница Условия эксплуатации режима Стали классов (классы А, Б и В соответствуют трем градациям рассматриваемой группы). Ниже приводятся необходимые выдержки из этих рекомендаций.

Конструкции рабочих и технологических площадок:

• главные и второстепенные балки, ригели рам — А;

• металлический настил — Б.

Колонны производственных зданий и открытых крановых эстакад:

• стойки рабочих и технологических площадок — А;

• основные элементы поперечного сечения — А;

• основные вертикальные связи по колоннам — А;

• связи с напряжением менее 0,4Ry — В.

Конструкции покрытия:

• фермы, ригели — А;

• фонарные панели, щиты кровли, прогоны, продольные связи — Б;

• прочие связи — В.

Конструкции фахверка:

• ригели под кирпичные стены и над воротами — А;

• стойки, торцевые и ветровые фермы — Б;

• прочие элементы — В.

Вспомогательные конструкции:

• косоуры лестниц — А;

• переходные площадки, импосты, оконные и фонарные переплеты — В.

Транспортерные галереи:

• пролетные строения, связи по колоннам — А;

• прочие связи, балки покрытий, элементы фахверка — Б.

Опоры воздушных линий электропередач (ВЛ) и конструкции открытых распределительных устройств (ОРУ):

• опоры ВЛ, опоры под выключатели ОРУ — А;

• опоры под другое оборудование ОРУ — Б.

Антенные устройства:

• стволы мачт и башен — А;

• диафрагмы башен, лестницы, переходные площадки — Б;

Вытяжные башни и дымовые трубы:

• пояса и решетка башен, оболочка свободностоящей трубы • газоотводящие стволы, оболочки труб с оттяжками — Б;

• площадки, опорные кольца, ребра жесткости — В.

Градирни, водонапорные башни:

• пояса решетчатых башен, решетка — А;

• фахверк, площадки, обшивка градирен — В.

Бункеры, силосы — А.

Кристалл напряженного состояния (Наличие растяжения при расчетной нагрузке и Растягивающие напряжения от динамических нагрузок), а также указывается температурный режим Рис. 5.4.1-2. Страница Сталь режима номер из соответствующего выпадающего списка. Естественно, необходимо руководствоваться первичной нормативнотехнической документацией. Кроме того, не приводятся 5.4.2 Сортамент металлопроката Рис. 5.4.2-1. Окно Сортаменты 5.4.3 Болты болта в соединении. Для всех типов соединений, предусмотренных режимом Болтовые соединения, необходимо • Климатический район по ГОСТ 16350-80, где указывается один из предусмотренных в СНиП II-23-81* [16] температурных режимов эксплуатации.

Рис. 5.4.3-1. Страница Условия эксплуатации Кристалл Рис. 5.4.3-2. Страница Болты 5.4.4 Предельные гибкости Рис. 5.4.4-1. Информационное окно режима Предельные гибкости Ограничение реализации 5.4.5 Коэффициенты режима Коэффициенты условий 5.4.6 Материалы для сварки проектируемой конструкции. Выбор реализуется в соответствии с указаниями таблицы 55* СНиП II-23-81* [16].

Рис. 5.4.6-1. Страница Условия применения режима Материалы для сварки Кристалл нажать кнопку Применить, то данные о выбранных материалах будут использоваться при проверке несущей способности сварных соединений.

Рис. 5.4.6-2. Страница Материалы для сварки режима Материалы для сварки 5.4.7 Предельные прогибы Рис. 5.4.7-1. Диалоговое окно 5.5 Вспомогательные режимы 5.5.1 Огибающие неявно присутствует и полностью нулевая (она реализует возможность отсутствия всех временных нагрузок). Поэтому при подсчете максимальных значений (например, моментов) учитывается наибольшее из числа положительных моментов и нулевого значения, а при определении минимальных значений — Рис. 5.5.1-1. Диалоговое окно Рис. 5.5.1-2. Эпюры • для сосредоточенной силы — величину силы и ее Кристалл Рис. 5.5.1-3. Огибающие эпюры.

Рис. 5.5.1-4. Указание на эпюре значения момента и перерезывающей силы в конкретном сечении.

Ограничение реализации Программа оперирует расчетными значениями 5.5.2 Геометрические характеристики сечений Рис. 5.5.2-1. Страница Сечение режима Геометрические характеристики сечений Рис. 5.5.2-2. Страница Геометрические характеристики.

Кристалл 5.5.3 Расчетные длины Рис. 5.5.3-1. Страница зависит от сделанного выбора.

диалогового окна Расчетные длины Рис. 5.5.3-2. Страница Вычислить в окне результатов будет выдан ответ, полученный Параметры конструкции для по формулам Пособия по проектированию стальных конОтдельно стоящих колонн и стоек струкций (к СНиП II-23-81*) [13].

постоянного сечения и указания на тип рамы (свободная/несвободная и одноэтажная/многоэтажная) раскрывается Рис. 5.5.3-3. Страница (71)* СНиП II-23-81* не используется. Следует также Параметры конструкции отметить, что при рассмотрении двухэтажных рам понятие для колонн рам постоянного сечения «средний этаж» не должно использоваться, а в несвободных Рис. 5.5.3-4. Страница Параметры конструкции для колонн рам постоянного сечения Рис. 5.5.3-5. Диалоговое окно Кристалл Рис. 5.5.3-6. Страница неравнополочных уголков, но при этом предполагается, что Параметры конструкции они крепятся к поясу узкой полкой.

для элементов пространственных Для некоторых вариантов конструктивного решения решетчатых конструкций из уголков предусмотрен выбор вида узла пересечения раскосов с Рис. 5.5.3-7. Страница Параметры конструкции для режима По рекомендациям Еврокод-3 для рам Кристалл 5.6 Проверки 5.6.1 Сопротивление сечений В этом режиме реализуется функция определения несущей способности любого из предусмотренных в программе поперечных сечений. В общем случае расчеты выполняются на действие продольной силы, изгибающих моментов и поперечных сил, действующих в главных плоскостях инерции (за исключением сечения из одиночного уголка, для которого СНиП не дает рекомендаций по расчету на изгиб). Реализован весь комплекс проверок по прочности, устойчивости и предельной гибкости в соответствии с разделом 5 СНиП II-23-81* [16] со следующими исключениями:

• растянутые стержни не проверяются на прочность по формуле (6), как элементы, эксплуатация которых возможна после достижения предела текучести;

• не использовано разрешение последнего абзаца п. 5.25 выполнять проверку по формуле (49) при условии обеспечения местной устойчивости;

• вычисления значений приведенной гибкости сквозных стержней выполнены по более точным формулам таблицы 13 Пособия к СНиП II-23-81* [13], а не по п. 5.6 СНиП II-23-81* [16];

• при определении коэффициента б в запас прочности принято, что нагрузка имеет вид равномерно распределенной и приложена к сжатому поясу, который не закреплен в пролете от потери устойчивости.

Набор проверок по СНиП II-23-81* [16] определяется типом поперечного сечения элемента и комплектом действующих на него нагрузок.

Сплошные стержни проверяются по:

• прочности при действии продольной силы N — п. 5.1;

• устойчивости при сжатии в плоскостях XOZ и XOY — п. 5.3; при этом сечения типа проверяются на устойчивость в плоскостях XOU и XOV;

• прочности при действии изгибающего момента My или Mz — п. 5.12;

• прочности при действии поперечной силы Vy или Vz — пп. 5.12, 5.18;

• прочности при совместном действии N, My и Mz — пп. 5.24, 5.25;

• устойчивости в плоскости XOZ или XOY при внецентренном сжатии — п. 5.27 (для сечения из одиночного уголка проверка происходит по главным плоскостям XOU и XOV, хотя обозначения не меняются);

• устойчивости из плоскости XOZ или XOY при внецентренном сжатии — пп. 5.30-5.32; сечения типа • устойчивости плоской формы изгиба при действии момента My — п. 5.15; сечения типа,,, не проверяются;

• устойчивости при сжатии с двухосным эксцентриситетом — п. 5.34;

• чрезмерным деформациям растянутого волокна — п. 5.28.

Сквозные стержни проверяются по:

• прочности ветви при действии продольной силы N — п.5.1;

• общей устойчивости стержня в плоскостях XOZ и XOY при центральном сжатии — п. 5.6, • прочности ветви при действии поперечной силы Vy или Vz — пп. 5.12, 5.18;

• прочности ветви при действии изгибающего момента My или Mz — п. 5.12;

• прочности ветви при совместном действии N, My и Mz — пп. 5.24, 5.25;

• устойчивости ветви в плоскости действия момента My или Mz — п. 5.27;

• устойчивости ветви из плоскости действия момента My или Mz — пп. 5.30-5.32;

• устойчивости плоской формы изгиба ветви — п. 5.15;

• устойчивости ветви при сжатии с двухосным эксцентриситетом — п. 5.34;

• устойчивости ветви при сжатии в плоскости XOZ и XOY — пп. 5.3;

• прочности решетки или планок, соединяющих ветви.

При проверках по гибкости используются значения, заданные в режиме Предельные гибкости.

Выполняются проверки только поперечного сечения элемента.

Не предусмотрено выполнение проверок:

• ослабленных сечений, в которых имеются отверстия для болтов;

• устойчивости стенок с учетом их подкрепления ребрами жесткости для двутавровых, швеллерных и коробчатых элементов;

• для швеллерных и коробчатых сечений — местная устойчивойсть стенок с учетом их подкрепления ребрами жесткости;

• расчета соединительных решеток и планок, за исключением режима Стойки;

• местного напряжения в стенке балки по п. 5.13 СНиП II-23-81* [16], за исключением режима Балки;

• прочности неразрезных и защемленных балок с учетом перераспределения усилий в пластической стадии по пп. 5.19, 5.20, 5.22, 5.23 СНиП II-23-81* [16].

диалогового окна архиву произвольных сечений, созданных с помощью Сопротивление сечений программы Конструктор сечений (см. [7]). Поскольку СНиП Рис. 5.6.1-2. Страница Усилия Кристалл Рис. 5.6.1-3. Страница Расчетная длина Рис. 5.6.1-4. Окно Диаграмма факторов Рис. 5.6.1-5. Страница соответствующих полях.

Кривые взаимодействия Одновременно выводится и максимальное значение коэффициента использования ограничений, соответствующее Кристалл 5.6.2 Болтовые соединения Ограничение реализации При выполнении проверки болта на срез в запас Рис. 5.6.2-1. Страница Рис. 5.6.2-2. Страница Параметры Рис. 5.6.2-3. Страница Кривые взаимодействия Кристалл 5.6.3 Фрикционные Рис. 5.6.3-1. Страница Параметры способа регулирования. При этом для определения h Рис. 5.6.3-2. Страница Кривые взаимодействия Кристалл 5.6.4 Сварные соединения Рис. 5.6.4-1. Страница Рис. 5.6.4-2. Страница Рис. 5.6.4-3. Страница Кривые взаимодействия Кристалл 5.6.5 Местная устойчивость Рис. 5.6.5-1. Режим значений всех факторов с использованием диаграммы, Местная устойчивость раскрывающейся при нажатии кнопки Факторы.

Ограничение реализации 5.7 Проектирование конструктивных элементов 5.7.1 Элементы ферм Ограничение реализации При подборе и проверке элементов ферм приняты Рис. 5.7.1-1. Страница Общие данные На этой же странице с помощью маркеров указывается режима Элементы ферм вариант раскрепления узлов верхнего и нижнего поясов из Рис. 5.7.1-2. Страница Сечения режима Элементы ферм Кристалл (см. раздел 5.7), однако здесь имеются и свои особенности. Вопервых возможна лишь равномерно распределенная нагрузка и Рис. 5.7.1-3. Страница Нагрузки расположения узлов, а при задании нагрузки (после нажатия режима Элементы ферм кнопки Добавить) — схема соответствующего нагружения со Ограничение реализации Предполагается, что в пределах одного загружения все Рис. 5.7.1-4. Сообщение ограничений K > 1 или к следующему меньшему по площади Рекомендуемые сечения номеру профиля, если K < 1. Такие переходы осуществляются 5.7.2 Балки Рис. 5.7.2-1. Страница Ограничения реализации • не выполняется расчет сварных швов, прикрепляющих ребра Кристалл значение присоединенной массы, которая будет просуммирована с собственной массой конструкции. Предельно допустимое значение прогиба балки задается в долях от величины Рис. 5.7.2-2. Страница Сечение Рис. 5.7.2-3. Страница Закрепления Рис. 5.7.2-4. Страница Нагрузки курсора.

Рис. 5.7.2-5. Поля нормальных шаг промежуточных ребер.

и касательных напряжений в сечении Тип конструкции (односторонние или двусторонние Рис. 5.7.2-6. Страница Кристалл 5.7.3 Неразрезные балки сварных двутавров. Окно (рис. 5.7.3-1) включает четыре страницы: Общие параметры, Сечения, Нагрузки и Ребра Рис. 5.7.3-1. Страница фиктивном пролете не должны влиять на результаты проверки Общие параметры сечения или их подбор. В связи с этим предусмотрена режима Неразрезные балки возможность с помощью одноименных маркеров исключить из выбирается из выпадающего списка. Привязки сосредоточенных сил задаются от левого края пролета.

Рис. 5.7.3-2. Страница Сечения напряжений в сечении балки, соответствующем положению режима Неразрезные балки Рис. 5.7.3-3. Страница Нагрузки поперечных сечений. Работа в этих режимах описана в режима Неразрезные балки разделе 5.7.2.

Рис. 5.7.3-4. Страница Ребра жесткости режима Неразрезные балки Кристалл 5.7.4 Стойки стоек и колонн, сплошного (прокатные или сварные двутавры, круглые или прямоугольные трубы) или же сквозного поперечного сечения. Реализован весь комплекс проверок по прочности, устойчивости и предельной гибкости в соответствии с разделом 5 СНиП II-23-81* [16]. Предполагается, что реализуется плоская схема нагружения, хотя проверки • прочности при действии изгибающего момента My или • устойчивости из плоскости изгиба (XOZ или XOY) при • устойчивости плоской формы изгиба при действии момента • чрезмерным деформациям растянутого волокна — п. 5.28.

• прочности ветви при действии продольной силы N — п. 5.1;

• прочности ветви при действии поперечной силы Vy или • прочности ветви при действии изгибающего момента My когда в качестве силовой определена нематериальная • устойчивости ветви в плоскости действия момента My или • устойчивости ветви из плоскости действия момента My или • устойчивости плоской формы изгиба ветви — п.5.15;

Ограничение реализации Проверка местной устойчивости стенки и полок не Рис. 5.7.4-1. Страница Общие данные Рис. 5.7.4-2. Страница Сечение загружения все действующие нагрузки задаются однорежима Стойки временно. Для этих сил и моментов должны выполняться Рис. 5.7.4-3. Страница Нагрузки Кристалл 5.7.5 Опорные плиты Рис. 5.7.5-1. Окно Опорные плиты 5.8 Нормативные документы, требования которых реализованы в программе Кристалл Стали Сортамент металлопроката Болты Предельные гибкости Коэффициенты условий работы Расчетные длины Сопротивление сечений Болтовые соединения Фрикционные соединения Элементы ферм Балки Кристалл Балки Неразрезные балки Стойки Местная устойчивость Опорные плиты Огибающие Материалы для сварки Сварные соединения 5.9 Приложение. О формуле (49) СНиП II-23-81* Формула (49) не вызывает никаких нареканий для сечений типа прямоугольного, где имеется характерная угловая точка А (рис. 5.9-1), в которой суммируются условные напряжения Mx/(cxWxn,minRyc) и My/(cyWyn,minRyc).

Рис. 5.9-1. Сечения с угловой точкой Рис. 5.9-2. Сечения без угловой точки В сечениях без такой угловой точки (рис. 5.9-2) суммирование напряжений выполнить невозможно.

В этом смысле более правильно построена формула (50) СНиП II-23-81* [16], где имеется возможность перебирать координаты x и y различных точек сечения.

На указанное различие рассматриваемых случаев обратил внимание Л.Б.Кацнельсон (ЦНИИСК), которому авторы разработки признательны за инициирование рассмотрения этого и многих других деталей реализации норм.

5.10 Расчет «нестандартных» сечений СНиП II-23-81* [16] регламентирует проверку только ограниченного набора форм сечений. Тем не менее, в проектной практике часто возникает необходимость использования сечений с формой, не оговоренной СНиП II-23-81* [16]. В этой ситуации возможно использовать программы, входящие в пакет SCAD Office одним из следующих способов:

1. С помощью программы Конструктор сечений (см. [7]) создать файл с описанием сечения требуемой формы. Использовать режим Сопротивление Сечений (см. раздел 5.6.1) программы Кристалл для анализа работы требуемого сечения. При этом следует помнить, что СНиП II-23-81* [16] не дает рекомендаций по определению некоторых параметров для расчета произвольных сечений (коэффициента влияния формы сечения, коэффициентов и по таблице 10 и др.). Поэтому расчет выполняется в запас надежности при самых неблагоприятных значениях этих величин, а проверка устойчивости плоской формы изгиба вообще не выполняется в предположении, что возможность такой формы потери устойчивости исключена применением соответствующих раскреплений.

2. Воспользоваться программой СЕЗАМ (см. [7]) для подбора эквивалентного сечения и заменить некоторое нестандартное поперечное сечение близким ему стандартным (например, двутавром или коробкой).

3. Для некоторых часто встречающихся случаев можно использовать «хитрости», позволяющие, например, рассчитать балку из спаренных швеллеров. СНиП II-23-81* [16] не регламентирует проверку устойчивости плоской формы изгиба и определение коэффициента б для сечений указанного типа.

Такая устойчивость заведомо обеспечена для сечений, у которых выполняется ограничение программы Кристалл на взаимное расположение швеллеров (расстояние между стенками превышает две ширины полки), а для других случаев будем предполагать, что устойчивость плоской формы изгиба обеспечена постановкой связей. Тогда можно поступать следующим образом — назначить поперечное сечение из одного швеллера, задав тип закрепления из плоскости изгиба Сплошное. Затем это полусечение рассчитать на половинную нагрузку. Указанный тип закрепления из плоскости изгиба не позволяет реализовать потерю устойчивости плоской формы изгиба. Аналогично можно поступать и с сечением из спаренных двутавров.

Кристалл-Eurocode 6. Программа Кристалл-Eurocode Программа Кристалл-Eurocode 3 предназначена для выполнения проверок элементов и соединений стальных конструкций на соответствие требованиям ENV 1993-1-1. Eurocode 3: Design of Steel Structures — Part 1.1: General Rules and Rules for Buildings [24]. Этот документ действует в настоящее время в качестве предстандарта и сопровождается национальными документами по применению (NAD), которые в некоторых пунктах уточняют общие положения ENV 1993-1-1 [24]. Наличие NAD учитывается двумя способами:

• для частных коэффициентов надежности, значения которых устанавливаются национальными органами, ответственными за безопасность, предусматривается возможность выбора значений, соответствующих рекомендациям NAD;

• для прочих случаев программа ориентируется на общие указания ENV 1993-1-1 [24], однако в результирующих документах приводятся ссылки, что тот или иной из использованных пунктов ENV 1993-1-1 [24] имеет национальные отличия, и пользователь должен самостоятельно проверить корректность решения.

6.1 Главное окно Рис. 6.1-1. Главное окно программы 6.2 Параметры Рис. 6.2-1. Страница Материалы диалогового окна Параметры образом обеспечивается использование программы в нестандартных ситуациях, а также при изменениях, вносимых в NAD.

Рис. 6.2-2. Страница Национальный регламент использования Кристалл-Eurocode 6.3 Конструирование поперечных сечений Операции выбора поперечного сечения элементов конструкций аналогичны соответствующим операциям, описанным в разделе 5.3. Отличия состоят только в наличии другого набора соединительных решеток для составных сечений. Перечень соединительных решеток и ограничения на выбор параметров решетки приведены в следующей таблице:

Примечания:

h — расстояние между осями поясов;

6.4 Вспомогательные режимы 6.4.1 Сопротивление сечений Рис. 6.4.1-1. Страница Сечение Сопротивление сечений решетки. Нажатие такой кнопки приводит к появлению детального изображения решетки с обозначением размеров, значения Рис. 6.4.1-2. Страница Сечение, выбор параметров соединительной Кристалл-Eurocode Рис. 6.4.1-3. Страница Усилия Таблица 6.4.1-1. Возможные комбинации усилий при проверке сечений Рис. 6.4.1-4. Страница Расчетные длины обеспечена соответствующими закреплениями. Предполагается также, что имеются закрепления от депланаций по Рис. 6.4.1-5. Страница Кроме того, задается также расстояние от точки приложения Критический момент нагрузок до уровня верхнего пояса za. Знак za назначается в Кристалл-Eurocode Рис. 6.4.1-6. Реакция режима Критический момент Рис. 6.4.1-7. Страница Кривые взаимодействия пластическое сопротивление продольному сжатию [5.4.4 (1)] потеря устойчивости с учетом действия дополнительного момента, [5.5.4] вызванного смещением центральной оси в сечении класса устойчивость из плоскости при действии (N, My) [5.5.2 (7)], [5.5.3] сопротивление совместному действию сил (N, My, Mz, Vy, Vz) [5.4.8.1 – 5.4.8.3], [5.4.9] сопротивление выпучиванию при действии сил (N, My, Mz) [5.5.4 (1), 5.5.4 (3)] потеря устойчивости по изгибно-крутильной форме [5.5.4 (2), 5.5.4 (4)–(6)] выпучивание элементов решетки при сдвиге вдоль оси Y [5.9.2] выпучивание элементов решетки при сдвиге вдоль оси Z [5.9.2] Выполняются проверки только поперечного сечения элемента.

Не предусмотрены проверки:

• ослабленных сечений, в которых имеются отверстия для болтов;

• элементов соединительных решеток в сечениях сквозного типа;

• устойчивости стенок с учетом их подкрепления ребрами жесткости для двутавровых, швеллерных и коробчатых элементов.

6.4.2 Сопротивление соединений В этом режиме выполняется определение несущей способности соединения для реализованных в программе конструктивных решений, относящихся к наиболее используемым в практике проектирования.

Окно содержит три страницы: Тип соединения, Параметры, Кривые взаимодействия.

Список проверок представлен в таблице 6.4.2-1, там же указаны и пункты ENV 1993-1-1 [24], в соответствии с которыми эти проверки реализованы (полный перечень результатов этих проверок имеется в отчетном документе).

Кристалл-Eurocode Таблица 6.4.2-1. Список проверок сопротивления соединений по ENV 1993-1- сопротивление углового шва в направлении, перпендикулярном оси шва Annex M Тип соединения, режим Сопротивление соединения Сопротивление соединения невозможности использования соединения в связи с малой длиной швов. Контроль исходных данных выполняется по Кристалл-Eurocode Рис. 6.4.2-3. Страница Кривые взаимодействия 6.4.3 Огибающие Это окно предназначено для решения частной задачи: определение невыгодных сочетаний многих нагрузок, действующих на изгибаемые элементы.

Комбинации нагрузок определяются с использованием упрощенного варианта, предусмотренного п. 2.3.3 (5) ENV 1993-1-1 [24] по формулам для первого предельного состояния и по формулам для второго предельного состояния.

Используемые здесь коэффициенты сочетаний m = 1,5 или m = 1,0, a = 1,35 или a = 0,9, а также значения G,inf и G,sup по умолчанию приняты в соответствии с рекомендацией п.2.3.3 (5) ENV 1993-1-1. Они приводятся на странице Национальный регламент использования окна Параметры (см. раздел 6.2) и могут быть изменены пользователем.

Необходимо отметить, что в числе временных нагрузок присутствует и полностью нулевая (она реализует возможность отсутствия всех временных нагрузок). Поэтому при подсчете максимальных значений (например, моментов) учитывается наибольшее из числа положительных моментов и нулевого значения, а при определении минимальных значений — наименьшее из отрицательных моментов и нуля.

Кристалл-Eurocode Рис. 6.4.3-1. Диалоговое окно Рис. 6.4.3-2. Окно Огибающие (рис. 6.4.3-2) показаны экстремальные по длине балки значения момента и перерезывающей силы в конкретном сечении, которое соответствует положению курсора (рис. 6.4.3-3).

Рис. 6.4.3-3. Оцифровка эпюры 6.4.4 Критический момент Рис. 6.4.4-1. Страница для варианта с прямолинейной эпюрой указывается соотношение между концевыми моментами. Поскольку вид эпюры моментов задан, то тем самым определены закрепления Рис. 6.4.4-2. Страница значение критического момента, которое и является резульКритический момент татом работы.

Кристалл-Eurocode 6.4.5 Прочность и Рис. 6.4.5-1. Страница Сечение режима Прочность и устойчивость при действии продольных сил странице Сечение (рис. 6.4.6-1). Результаты в форме, представленной на рис. 6.4.6-2, выдаются на странице Геометрические характеристики.

Рис. 6.4.6-1. Страница Сечение Геометрические характеристики Геометрические характеристики 6.5 Проектирование конструктивных элементов Выбор режима проектирования отдельных конструктивных элементов осуществляется нажатием соответствующей кнопки в главном окне программы. В программе реализован расчет следующих конструктивных элементов: Прокатная балка, Сварная балка и Стойка.

6.5.1 Прокатная балка Рис. 6.5.1-1. Диалоговое окно работа с пользовательской базой сечений, а в списке Тип Прокатная балка, профиля доступны только профили типа двутавров.

режим Общие параметры Рис. 6.5.1-2. Страница Закрепления Кристалл-Eurocode Рис. 6.5.1-3. Страница Нагрузки сопротивление срезу стенки для группы отверстий концевого крепления [6.5.2.2] прочность стенки при действии локальной поперечной нагрузки [5.7.3] выпучивание стенки при действии локальной поперечной нагрузки [5.7.4] устойчивость стенки при действии локальной поперечной нагрузки [5.7.5] 6.5.2 Сварная балка Рис. 6.5.2-1. Страница рекомендуемый Катет шва.

Рис. 6.5.2-2. Страница Сечение Рис. 6.5.2-3. Страница реализованы (полный перечень результатов этих проверок Ребра жесткости приводится в отчетном документе).

Кристалл-Eurocode прочность по срезу сопротивление срезу стенки для группы отверстий концевого крепления балки устойчивость стенки прочность сечения по изгибающему моменту устойчивость из плоскости действия момента прочность при совместном действии (My,Vz) прочность стенки при действии локальной поперечной нагрузки выпучивание стенки при действии локальной поперечной нагрузки устойчивость стенки при действии локальной поперечной нагрузки прочность опорного ребра прочность промежуточного ребра ограничение по свободному свесу пояса прочность сварки 6.5.3 Стойки Рис. 6.5.3-1. Типы поперечных сечений Рис. 6.5.3-2. Cтраница Общие параметры режима Стойки Рис. 6.5.3-3. Страница Сечение Кристалл-Eurocode Рис. 6.5.3-5. Страница Расчетная длина Рис. 6.5.3-6. Страница Нагрузки 6.5.4 Связи Рис. 6.5.4-1. Страница Связи • сжато-растянутая модель, в которой должна быть Рис. 6.5.4-2, а. Страница при выборе связей по покрытию Кристалл-Eurocode нагрузка, передаваемая на колонну в пределах этажа. Предполагается, что она одинакова для всех колонн и всех этажей.

Рис. 6.5.4-2, б. Страница при выборе вертикальных связей 6.5.5 Соединения ригеля с несущей способности узловых соединений балок с колоннами.

Рис. 6.5.5-1. Страница Общие параметры режима Соединение Рис. 6.5.5-2. Страница Параметры Рис. 6.5.5-3. Страница Нагрузки Список проверок, выполняемых в этом режиме, представлен в таблице 6.5.5-1. Там же указаны и пункты ENV 1993-1-1 [24], в соответствии с которыми эти проверки реализованы (полный перечень результатов этих проверок приводится в отчетном документе).

Таблица 6.5.5-1. Список проверок соединения ригеля с колонной по ENV 1993-1- прочность зоны растяжения узла от действия Nb и Mb [J.3.2] прочность сжатой зоны узла от действия Nb и Mb [J.3.5.4], [J.3.5.3] Кристалл-Eurocode 6.5.6 Соединения балок Рис. 6.5.6-1. Страница Общие параметры того, можно получить диаграмму со значениями коэффициентов использования и по другим факторам (кнопка Рис. 6.5.6-2. Страница Параметры 6.6 Допущения и волевые решения в трактовке Eurocode В этом разделе описываются некоторые допущения, принятые разработчиками программы с целью получения решений для тех случаев, которые напрямую не представлены в Eurocode 3. Такого рода допущения, вообще говоря, относятся к трактовке нормативного документа и обычно принимаются инженером-проектировщиком при практической работе. Однако, имея в виду определенную «закрытость внутренней кухни» программного продукта, разработчики посчитали необходимым представить их в явной форме.

6.6.1 Определение критического момента Вопросу определения критического момента посвящено специальное приложение F к ENV 1993-1-1 [24]. В нем для балок со сплошным поперечным сечением приводится формула для определения упругого критического момента, вызывающего изгибно-крутильное выпучивание где С1, С2 и С3 — коэффициенты, значения которых зависят от вида загружения и условий опирания балки.

Они представлены в таблицах F.1.1 и F.1.2 для шести базовых случаев, определяемых видом эпюры моментов.

При коэффициенте свободной длины k = 1,0 и прямолинейной эпюре моментов с концевыми значениями M и M указанное приложение, кроме табличных значений С1, дает формулу Для других значений k и других коэффициентов аналогичные формулы получены нами как аппроксимация, минимизирующая в классе полиномов третьего порядка среднеквадратичное уклонение от табличных значений. Вычисления проводились с помощью MS Excel и дали следующий результат:

0,66743 – 0,02792 – 1,5486 + 1,9639 0,23543 – 0,44542 + 0,2697 + 0, 0,65693 – 0,08562 – 1,6902 + 2,1959 0,02473 – 0,91872 + 0,556 + 1, 0,65353 – 0,10152 – 1,7289 + 2,2596 –0,3253 – 1,57452 + 0,9492 + 2, Качество приближения видно из следующих графиков на рисунках 6.6.1-1 — 6.6.1-4.

Следует отметить, что это еще не решает проблему, поскольку неясно, как следует поступать в случаях, когда коэффициент k имеет другое значение, и в случаях, когда эпюра моментов отлична от представленного в ENV 1993-1-1 [24] варианта.

Первая проблема решается путем интерполяции между решениями для случая k = 0,5 и случая k = 1,0.

Кристалл-Eurocode Вторая проблема решается путем разложения фактической эпюры моментов по системе базисных эпюр, решения для которых дает приложение F.

Разложение по этой системе функций реализуется путем подбора коэффициентов Xi, с помощью которых минимизируется функционал среднеквадратичного уклонения заданной эпюры M(x) от взвешенной суммы базисных эпюр Определение средневзвешенных значений коэффициентов:

= X1 / X2;

C1 = X 1 1,9639 1,548 0,0279 2 + 0,6674 3 ;

C 2 = 0;

C 3 = X 1 0,9415 + 0,2697 0,4454 + 0,2354 ;

C1 = C1 + 1,132 X 3 ;

C = C + 0,525 X ;

C1 = C1 + 1,285 X 4 ;

C2 = C2 + 1,562 X 4 ;

C = C + 0,753 X ;

C1 = C1 + 1,365 X 5 ;

C2 = C2 + 0,553 X 5 ;

C = C + 1,730 X ;

C1 = C1 + 1,565 X 6 ;

C2 = C2 + 1,267 X 6 ;

C = C + 2,640 X ;

C1 = C1 + 1,046 X 7 ;

C2 = C2 + 0,430 X 7 ;

C = C + 1,120 X ;

АРБАТ Программа АРБАТ предназначена для проверки несущей способности или подбора арматуры в элементах железобетонных конструкций, для вычисления прогибов в железобетонных балках, для проверки местной прочности элементов железобетонных конструкций (включая закладные детали) согласно требованиям СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции [19]. Расчет выполняется с учетом предельных состояний первой и второй группы (прочность и трещиностойкость) для расчетных сочетаний усилий (РСУ), выбираемых автоматически в зависимости от заданных расчетных нагрузок в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия [17] и СНиП 2.03.01-84* [19].

Подбор и проверки выполняются для балок, колонн и плит из тяжелого, мелкозернистого и легкого бетонов с применением арматурной стали классов А-I, A-II, A-III, A-IV, A-V и A-VI, а также арматурной проволоки класса ВР-I и арматуры классов А400С, А500С.

Кроме указанных функций, АРБАТ выполняет роль справочника, с помощью которого можно получить данные о сортаментах и характеристиках арматуры, нормативных и расчетных сопротивлениях бетона, коэффициентах условий работы бетона и допускаемых предельных прогибах.

7.1 Главное окно которого выполняется выбор режима работы. Каждый из Рис. 7.1-1. Главное окно • Класс бетона (СНиП 2.03.01-84*), где предоставлена возможность просмотра значений нормативного и расчетного • Арматура, где представлены данные о сортаменте, нормативном и расчетном сопротивлении арматуры различного • Коэффициенты условий работы, где приводится соответствующая информация из таблиц СНиП 2.03.01-84* [19].

АРБАТ 7.2 Параметры параметров настройки, описанных в разделе 3.2, содержит Рис. 7.2-1. Страница Армирование диалогового окна Параметры 7.3 Справочные режимы 7.3.1 Класс бетона включает данные, представленные в разделе 2 (таблицы 12 и 13) СНиП 2.03.01-84* [19]. По умолчанию значения нормативных и расчетных сопротивлений бетона приводится в МПа.

7.3.2 Марка бетона информацию о расчетных и нормативных сопротивлениях АРБАТ 7.3.3 Арматура арматуры, а также информация о сортаменте арматуры, Рис. 7.3.3-1. Окно режима Арматура 7.3.4 Коэффициенты условий информацию о коэффициентах условий работы, Рис. 7.3.4-1. Окно режима Коэффициенты условий работы 7.3.5 Предельные прогибы информацию о значениях предельных вертикальных Экспертные режимы производят проверку сечений элементов железобетонных конструкций на соответствие требованиям СНиП 2.03.01-84* [19] по следующим факторам2:

• прочность по предельному моменту сечения — пп. 3.15–3.20, 3.27–3.28;

• прочность по предельной продольной силе сечения — п. 3.26;

• продольная сила при учете прогиба при гибкости L0 / I >14 — пп. 3.24, 3.6 СНиП, п. 3.54 Пособия к СНиП 2.03.01-84* [11];

• прочность по предельной продольной силе с учетом арматуры по высоте сечения — п. 3.64 Пособия к СНиП 2.03.01-84* [11];

• момент, воспринимаемый сечением, при образовании трещин — п. 4.5;

• ширина раскрытия трещин (кратковременная) — пп. 4.14, 4.15;

• ширина раскрытия трещин (длительная) — пп. 4.14, 4.15;

• ширина раскрытия наклонных трещин (кратковременная) — п. 4.17;

• ширина раскрытия наклонных трещин (длительная) — п. 4.17;

• напряжения в поперечной арматуре — п. 4.17;

• прочность по наклонной полосе между наклонными трещинами — п. 3.30;

• прочность по наклонным сечениям без поперечной арматуры — п. 3.32;

• прочность по наклонной трещине — п. 3.31 СНиП, п. 3.31 Пособия к СНиП 2.03.01-84* [11]3.

Расчет на действие крутящего момента производится по формулам, предложенным Мёршем и Раушем (см. [35]).

Программа использует данный пункт Пособия вместо пункта 3.31 СНиП, поскольку рекомендации Пособия дают более точные результаты.

АРБАТ 7.4.1 Сопротивление сечений несущей способности каждого из предусмотренных в Рис. 7.4.1-1. Страница (маркер Площади арматуры Рис. 7.4.1-2. Окно Сечение Рис. 7.4.1-4. Диалоговое окно Прямоугольное сечение которое появляется, если нажать кнопку. После выхода из АРБАТ Рис. 7.4.1-5. Страница режиме задаются не величины защитного слоя арматуры, а Общие параметры расстояния до центров тяжести арматурных стержней.

(маркер Площади арматуры активен) Для вычисления площади дискретной арматуры Рис. 7.4.1-6. Окно калькулятора На рисунках 7.4.1-7 и 7.4.1-9 приведено принятое в Площадь арматуры программе размещение продольной и поперечной арматуры в Рис. 7.4.1-7. Размещение Рис. 7.4.1-8. Размещение Рис. 7.4.1-9. Размещение продольной дискретной «площадей» продольной поперечной арматуры АРБАТ Рис. 7.4.1-10. Страница Бетон Рис. 7.4.1-11. Страница Усилия Трещиностойкость Страница Трещиностойкость (рис. 7.4.1-12) доступна Рис. 7.4.1-12. Страница Трещиностойкость АРБАТ Кривые взаимодействия Результаты расчета отображаются на странице Рис. 7.4.1-13. Страница Кривые взаимодействия выводится максимальное значение коэффициента использования, соответствующее этим значениям, и тип проверки, при 7.4.2 Прогиб балки В этом режиме вычисляются прогибы при изгибе многопролетной балки под действием заданной нагрузки. Расчет прогибов выполняется для прямоугольного, таврового и двутаврового сечений согласно требованиям п. 4.31 СНиП 2.03.01-84* [19]. Кривизна определяется с учетом трещин в растянутой зоне согласно п. 4.27 СНиП 2.03.01-84* [19]. Исходные данные готовятся на страницах Общие параметры, Нагрузки, Бетон, Условия эксплуатации и Участки балки, анализ результатов расчета выполняется на странице Прогибы, которая появляется после вычисления (кнопка Вычислить).

В программе предусмотрен переход из режимов экспертизы и подбора арматуры в многопролетных балках в режим определения прогибов. В этом случае исходные данные, заданные в указанных режимах, будут перенесены автоматически.

Рис. 7.4.2-2. Окно Сечение АРБАТ Рис. 7.4.2-3. Страница Нагрузки Рис. 7.4.2-4. Диалоговое окно Комбинация загружений Рис. 7.4.2-5. Диалоговое окно Бетон Рис. 7.4.2-6. Страница Условия эксплуатации консоль разбивается на ряд участков (максимальное количество участков — 5). Считается, что в рамках одного участка Рис. 7.4.2-7. Страница Участки балки АРБАТ Рис. 7.4.2-8. Окно Схема армирования Рис. 7.4.2-9. Окно Площади арматуры Информацию о площадях арматуры AS1, AS2, … Прогибы Эта страница (рис. 7.4.2-10) открывается автоматически после активизации режима определения прогибов Рис. 7.4.2-10. Страница Прогибы АРБАТ 7.4.3 Экспертиза балки В этом режиме проверяется прочность и трещиностойкость многопролетной неразрезной балки постоянного сечения в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84* [19]. Рассматривается изгиб балки в одной силовой плоскости под действием распределенных и сосредоточенных нагрузок. Нагрузки объединяются в загружения, которые по физическому происхождению и свойствам могут быть классифицированы как постоянные, временные длительно действующие, кратковременные, ветровые и снеговые. Проверки всех сечений выполняются для автоматически формируемых расчетных сочетаний усилий (РСУ). Коэффициенты РСУ, учитывающие характер загружения, назначаются программой в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85* [17].

Предполагается, что балка не испытывает действия продольных сил, и учитывается влияние только следующих силовых факторов :

М — изгибающий момент;

Расчеты могут быть выполнены для балок прямоугольного, таврового и двутаврового сечений.

Указывается конкретная схема расположения арматурных стержней. Число стержней и их диаметр могут быть различными на отдельных участках по длине балки. Пользователь назначает количество и длины участков, на которые делится каждый пролет балки.

Подготовка данных выполняется на страницах Общие параметры, Нагрузки, Бетон, Трещиностойкость и Участки балки, анализ результатов — на странице Результаты экспертизы.

Рис. 7.4.3-1. Страница Нагрузки Рис. 7.4.3-2. Страница Нагрузки с Кроме эпюр моментов и поперечных сил каждого из открытым списком факторов рассматриваемых загружений, в программе определяются Рис. 7.4.3-3. Вывод промежуточных значений моментов и поперечных сил АРБАТ Условия эксплуатации Заполнение страницы Условия эксплуатации аналогично описанному в разделе 7.4.2.

Участки балки Описание участков балки выполняется на одноименной странице по тем же правилам, что и в режиме Прогиб Результаты экспертизы Эта страница (рис. 7.4.3-4) открывается автоматически Рис. 7.4.3-4. Страница Результаты экспертизы Диаграмма факторов 7.4.4 Экспертиза колонны В этом режиме выполняется проверка колонн постоянного сечения по прочности и трещиностойкости. Рассматривается внецентренное сжатие-растяжение с двухосным эксцентриситетом.

Проверки всех сечений выполняются для автоматически формируемых расчетных сочетаний усилий (РСУ).

Коэффициенты РСУ, учитывающие характер загружения, назначаются программой в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85* [17]. Если выполняются проверки только по первому предельному состоянию, то учитывается действие следующих силовых факторов:

My — момент, изгибающий элемент в плоскости XOZ, вектор которого направлен по оси Y;

Mz — момент, изгибающий элемент в плоскости XOY, вектор которого направлен по оси Z;

Qz — поперечная сила, направленная вдоль оси Z;

Qy — поперечная сила, направленная вдоль оси Y;

Mкр — крутящий момент, вектор которого направлен по оси X;

В противном случае рассматриваются только перечисленные ниже силовые факторы:

My — момент, изгибающий элемент в плоскости XOZ, вектор которого направлен по оси Y;

Qz — поперечная сила, направленная вдоль оси Z.

Расчеты могут быть выполнены для колонн прямоугольного, двутаврового и кольцевого сечений.

Предполагается, что положение арматурных стержней в сечении задано и является постоянным по длине участка, при этом пользователь сам назначает количество и длину участков, на которые делится колонна.

Подготовка данных выполняется на страницах Общие параметры, Нагрузки, Бетон, Участки колонны и Трещиностойкость, анализ результатов — на странице Результаты экспертизы.

Рис. 7.4.4-1. Страница АРБАТ Рис. 7.4.4-2. Страница Нагрузки в списке видов загружений выбрать вид рассматриваемого загружения (постоянное, временное Рис. 7.4.4-3. Страница Рис. 7.4.4-4. Диалоговое окно Прямоугольное сечение АРБАТ Результаты экспертизы Эта страница (рис. 7.4.4-5) открывается автоматически Рис. 7.4.4-5. Страница Результаты экспертизы 7.4.5 Экспертиза плиты В этом режиме выполняется экспертиза заданного конструктивного решения прямоугольного поля монолитной сплошной плиты. В зависимости от соотношения длин сторон различаются плиты, изгибаемые в одном направлении, и плиты, изгибаемые в двух направлениях. Поле плиты может быть как самостоятельным конструктивным элементом здания или сооружения (перекрытие прямоугольного проема), так и элементом ребристой плиты. Несущая способность плиты определяется из условий предельного равновесия по методике, приведенной в Пособии к СНиП 2.08.01-85 [12] и Инструкции по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций с учетом перераспределения усилий [5].

При экспертизе плиты предельная равномерно распределенная нагрузка сравнивается с суммарной нагрузкой от заданных загружений.

В программе проверяются:

• несущая способность плиты по изгибающему моменту от суммарной равномерно распределенной нагрузки, в том числе с учетом несущей способности анкеров;

• несущая способность плиты по поперечной силе от суммарной равномерно распределенной нагрузки;

• несущая способность плиты по образованию трещин в пролете плиты и по линиям опирания;

• максимальная ширина раскрытия трещин в пролете и в опорных сечениях плиты;

• максимальный прогиб плиты.

Особенности реализации указания Пособия к СНиП 2.08.01-85 [12] о возможности Условия опирания плит:

а) для плит, изгибаемых в одном направлении, условия опирания задаются только на двух сторонах.

Как минимум, одна сторона плиты должна быть защемлена. Вторая сторона плиты может быть защемлена, шарнирно оперта или свободна от опор. Эта комбинация условий опирания позволяет моделировать крайние и средние пролеты неразрезных «балочных» плит, при этом второй и последующие пролеты неразрезной плиты не различаются. Во всех случаях распределение внутренних усилий принимается как для второго от края пролета плиты. Кроме того, эти условия опирания позволяют провести экспертизу плиты как отдельного конструктивного элемента во всех практически важных случаях;

б) для плит, изгибаемых в двух направлениях, разрешается защемление сторон плиты и свободное (шарнирное) опирание. При этом допускается, что одна из меньших сторон плиты может быть свободна от опор.

Нагрузки во всех случаях приняты равномерно распределенными по полю плиты.

Плиты проверяются по прочности и трещиностойкости в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84* [19].

Подготовка данных выполняется на страницах Общие параметры, Нагрузки, Бетон и Трещиностойкость, анализ результатов — на странице Результаты экспертизы.

верхнего защитных слоев, коэффициент условий работы арматуры и допустимую величину прогиба. Анкерные стержни могут устанавливаться только на защемленных сторонах плиты.

Рис. 7.4.5-1. Страница соотношении длин сторон меньшем или равном трем (то есть АРБАТ Нагрузки Рис. 7.4.5-2. Страница Нагрузки Ограничения реализации • Марка бетона не ниже, чем В12,5;

Результаты экспертизы Эта страница (рис. 7.4.5-3) открывается автоматически Результаты экспертизы 7.5 Местная прочность Все режимы этой группы реализуют экспертизу (проверку) элементов железобетонных конструкций, в том числе и закладных деталей, на местное действие нагрузок в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84* [19] с учетом требований и рекомендаций Пособия к СНиП 2.03.01-84* [11], Руководства по конструированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона [15], Руководства по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона [33], Рекомендаций по проектированию стальных закладных деталей для железобетонных конструкций [36].

Предполагается, что известно конструктивное решение как в смысле зоны приложения нагрузки, сопряжения элементов и т. д., так и в смысле дополнительного поперечного армирования, необходимого для обеспечения местной прочности.

Технология работы в режимах этой группы такая же, как в режимах экспертизы.

7.5.1 Местное сжатие железобетонных конструкций на местное сжатие в АРБАТ Рис. 7.5.1-1. Страница представленных на чертеже 15 СНиП 2.03.01-84* [19]. Модификации схем нагружения, принятые по чертежу 15, описаны в Рис. 7.5.1-2. Страница список Схемы нагружения Рис. 7.5.1-3. Страница Сетки Рис. 7.5.1-4. Страница Бетон Особенности реализации Схемы нагружения в) и г) чертежа 15 СНиП 2.03.01совмещены на одном изображении (см. рис. 7.5.1-2).

нагрузок (см. рис. 7.5.1-2) подобно тому, как это предусмотрено для схем в) и г). Правила определения локальной АРБАТ Ограничения реализации Ограничения реализации связаны со следующими 7.5.2 Продавливание плитных конструкций (без поперечной арматуры) в соответствии Рис. 7.5.2-1 Страница Общие параметры АРБАТ Особенности реализации Требование п. 3.42 СНиП 2.03.01-84* [19] о том, что Ограничения реализации Ограничения реализации связаны с:

Ограничения, связанные с конструктивными требованиями, не являются терминальными, позволяют выполнить АРБАТ условно показан двутавр). Примыкающую балку характеризуют высота и ширина поперечного сечения.

стержнями или подвесками осуществляется соответствуюРис. 7.5.3-1 Страница Общие щими маркерами в группе Армирование.

Рис. 7.5.3-2 Страница Армирование Особенности реализации Существенным является вопрос о передаче нагрузки АРБАТ Ограничения реализации Приняты следующие возможные схемы армирования подвесок и стержней, попадающих в зону отрыва. Если какиелибо стержни не попадают в зону отрыва, то об этом 7.5.4 Закладные детали сварных стальных закладных деталей, состоящих из плоского Проверки выполняются в соответствии с требованиями пп.3.44 – 3.46 СНиП 2.03.01-84* [19] и Рекомендаций АРБАТ Рис.7.5.4-1. Страница момента с векторами вдоль соответствующих координатных Общие параметры осей. Положительные направления сил и векторов моментов Рис. 7.5.4-2 Нагрузки на закладные Рис. 7.5.4-3. Параметры схемы для 1-го типа закладной детали Рис.1.5.4-4. Параметры схемы для 2-го типа закладной детали Рис.1.5.4-5. Параметры схемы для 3-го типа закладной детали АРБАТ Ограничения реализации Ограничения реализации связаны с конструктивными Ограничения, связанные с некоторыми конструктивными требованиями, не являются терминальными, Особенности реализации Особенности реализации связаны с допущениями и 7.6 Подбор арматуры 7.6.1 Подбор арматуры в балке В этом режиме выполняется подбор арматуры в многопролетных неразрезных балках постоянного сечения по прочности и трещиностойкости в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84* [19].

Рассматривается плоский изгиб балки под действием распределенных и сосредоточенных нагрузок, объединенных в загружения, которые по физическому происхождению и свойствам могут быть классифицированы как постоянные, временные длительно действующие, кратковременные, ветровые и снеговые. Подбор выполняется для автоматически формируемых расчетных сочетаний усилий (РСУ).

Коэффициенты РСУ, учитывающие характер загружения, назначаются программой в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85* [17].

Предполагается, что балка не испытывает действие продольных сил, и учитывается влияние только следующих силовых факторов:

М — изгибающий момент;

Расчеты могут быть выполнены для балок прямоугольного, таврового и двутаврового сечений.

Результатом расчета являются площади верхней и нижней продольной арматуры на участках, а также площадь и шаг расположения стержней поперечной арматуры. Предполагается, что подобранная арматура является постоянной по длине участка, при этом пользователь сам назначает количество и длину участков, на которые делится пролет балки.

Данные для подбора вводятся на страницах Общие параметры, Нагрузки, Бетон, Трещиностойкость и Участки балки, анализ результатов — на странице Результаты.

АРБАТ Рис. 7.6.1-1. Страница Общие параметры Рис. 7.6.1-2. Размещение «площадей» продольной арматуры Рис. 7.6.1-3. Размещение АРБАТ Рис. 7.6.1-4. Страница Трещиностойкость Рис. 7.6.1-5. Страница Результаты окне Результаты армирования (рис. 7.6.1-6), которое вызывается нажатием кнопки Таблица. Результаты подбора для Рис. 7.6.1-6. Диалоговое окно Результаты армирования Рис. 7.6.1-7. Диалоговое окно сечения, характеристики бетона и арматуры, отображаются Диаметры стержней эпюры силовых факторов по загружениям, а также эпюры и В программе предусмотрена возможность передачи результатов подбора арматуры в режимы определения прогибов (кнопка Прогибы) или в режиме экспертизы (кнопка Экспертиза). Эти два режима работают с конкретной схемой армирования, для которой количество стержней определяется автоматически в соответствии с диаметрами, заданными на странице Трещиностойкость (при этом предполагается, что арматурные стержни расположены в один ряд; если число стержней оказывается больше 40, выдается сообщение об ошибке). Если расчет выполнялся для первой категории трещиностойкости, то диаметр стержней задается пользователем в диалоговом окне Диаметры стержней (рис. 7.6.1-7), которое появляется после вызова указанных выше режимов.

7.6.2 Подбор арматуры в колонне В этом режиме выполняется подбор площади арматуры в колонне постоянного сечения по прочности и трещиностойкости в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84* [19]. Рассматривается внецентренное растяжение-сжатие при двухосном эксцентриситете. Проверки всех сечений выполняются для автоматически формируемых расчетных сочетаний усилий (РСУ). Коэффициенты РСУ, учитывающие характер загружения, назначаются программой в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85* [17]. Если выполняются проверки только по первому предельному состоянию, то действуют следующие силовые факторы:

My — момент, изгибающий элемент в плоскости XOZ, вектор которого направлен по оси Y;

АРБАТ Mz — момент, изгибающий элемент в плоскости XOY, вектор которого направлен по оси Z;

Qz — поперечная сила, направленная вдоль оси Z;

Qy - поперечная сила, направленная вдоль оси Y;

Mкр -крутящий момент, вектор которого направлен по оси X.

В противном случае рассматриваются только перечисленные ниже силовые факторы:

Мy — момент, изгибающий элемент в плоскости XOZ, вектор которого направлен по оси Y;

Qz — поперечная сила, направленная вдоль оси Z.

Расчеты могут быть выполнены для колонн прямоугольного, двутаврового и кольцевого сечений.

Результатом расчета являются площади симметричной и/или несимметричной продольной арматуры, а также площадь и шаг поперечной арматуры (для кольцевого сечения — только продольная симметричная арматура) на участках колонны. Предполагается, что подобранная арматура является постоянной по длине участка, при этом пользователь сам назначает количество и длину участков, на которые делится колонна.

Подготовка данных выполняется на страницах Общие параметры, Нагрузки, Бетон, Трещиностойкость и Участки колонны, анализ результатов — на странице Результаты.

Рис. 7.6.2-1. Страница В группе Задание длин участков с помощью маркеров назначается способ задания длин:

• Абсолютные — длины участков будут задаваться в единицах длины;

• Относительные — длины участков будут задаваться в процентах от длины пролета.

В зависимости от способа задания длины в таблице для каждого участка следует ввести или его длину, или процентное соотношение. Нумерация участков производится снизу вверх.

Выбор формы сечения выполняется нажатием кнопки с изображением сечения. После чего в соответствующие поля вводятся размеры сечения и расстояния до центра тяжести арматуры а1 и а2.

Контроль формы сечения выполняется в окне Сечение, которое появляется после нажатия кнопки.

Размещение продольной и поперечной арматуры в рассматриваемых сечениях представлены на рисунках 7.6.2-2 и 7.6.2-3 соответственно.

Коэффициенты расчетной длины принимаются в соответствии с п. 3.25 СНиП 2.03.01-84* [19].

Если их значения заданы равными нулю, то колонна будет армироваться по тем же правилам, что и изгибаемый стержень.

Если значение случайного эксцентриситета задано равным нулю, то при расчете будет использоваться значение, вычисленное в соответствии с п. 1.21 СНиП 2.03.01-84* [19]. Если пользователь задал ненулевой случайный эксцентриситет, то при расчете будет использован максимум из значений: 1 см и значения, заданного пользователем (согласно п. 3.50 Пособия к СНиП 2.03.01-84* [11]).

Рис. 7.6.2-2. Размещение «площадей» Рис. 7.6.2-3. Размещение АРБАТ Рис. 7.6.2-4. Страница Результаты Рис. 7.6.2-5. Диалоговое окно дополнительной арматуры, или в двух строках, если такая Результаты армирования арматура необходима. При этом в первой строке показано По результатам подбора арматуры можно сформировать отчет (кнопка Отчет), в котором приводятся схема колонны и параметры загружений, размеры сечения, характеристики бетона и арматуры, таблица с результатами подбора.

Расстановка арматурных Программа контролирует выполнение конструктивных стержней требований п. 5.12 СНиП 2.03.01-84* [19] относительно Особенности реализации Расчет внецентренно сжатых элементов Ограничения реализации Не реализован расчет железобетонных элементов из АРБАТ 7.7 Нормативные документы, требования которых реализованы в Класс бетона Марка бетона Арматура Коэффициенты условий работы Предельные прогибы пп. 3.10–3.12, 3.15–3.20, 3.24, 3.6, 3.28, 3.30, 3.32 СНиП 2.03.01-84* [19];

Сопротивление сечений пп. 3.1, 3.11–3.23, 3.50–3.54, 3.61–3.62, 3.64–3.68, 3.30–3.33, 3.40, 4.2–4.4, Прогиб балки Экспертиза балки пп. 3.1, 3.11–3.23, 3.30–3.33, 3.40, 4.2–4.4, 4.7–4.9, 4.11 Пособия к СНиП пп. 3.10–3.12, 3.19–3.20, 3.24, 3.6, 3.28, 3.30, 3.32 СНиП 2.03.01-84*;

Экспертиза колонны пп. 3.1, 3.50–3.54, 3.61–3.62, 3.64–3.68, 3.30–3.33, 3.40, 4.2–4.4, 4.7–4.9, 4. пп. 2.3, 2.12–2.14, 2.17, 2.26, 2.30, 4.1, 4.2, 4.5, 4.13, 4.14, 5.3, 5.5, 5.16 СНиП Экспертиза плиты Подбор арматуры в балке пп. 3.10–3.12, 3.19–3.20, 3.24, 3.6, 3.28, 3.30, 3.32 СНиП 2.03.01-84*;

Подбор арматуры в пп. 3.1, 3.50–3.54, 3.61–3.62, 3.64–3.68, 3.30–3.33, 3.40, 4.2–4.4, 4.7–4.9, 4. колонне Местное сжатие Продавливание Отрыв Закладные детали 8.1 Предварительные Программа Монолит предназначена для проектирования железобетонных монолитных ребристых перекрытий, образованных системой плит и балок, опирающихся на колонны и/или стены. В качестве исходных данных в ней могут быть использованы результаты подбора арматуры в элементах железобетонных конструкций, полученные как с помощью ГОСТ 21.501-93 (ДСТУ Б А.2.4-7-95). Система проектной документации для строительства. Правила выполнения ГОСТ 21.101-97 (ДСТУ Б А.2.4-4-99). Система проектной документации для строительства. Основные требования к Руководство по конструированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения) [15];

В программе предусматривается армирование конструкций сварными каркасами и сетками, изготовляемыми с Монолит Портрет или Альбом (свойство печатающего устройства). Для настройки принтера (как правило, из соображений удобства нальной сетке узлов, имеющих последовательную нумерацию.

Узлы располагаются в местах пересечения конструктивных второстепенные, воспринимающие равномерно распределенную нагрузку от плит перекрытия, и главные, несущие нагрузку от второстепенных балок перпендикулярного направления и плит перекрытия. Опорами перекрытия служат материалом стен: кирпичных, предусматривающих свободное армирование предполагается постоянным. Армирование на длине пролета конструирование выполняется с учетом рационального распределения материала (переменный шаг сварными каркасами, объединяемыми в пространственные зависимости от размеров сечения балки диаметр используемых продольных стержней ограничен следующими предельными 8.1.3 Плиты плоскими сварными сетками с рабочей арматурой в одном или двух направлениях в зависимости от условий работы данного участка плиты или вязаными сетками с раздельной арматурой принимается не менее 0,0005 hп, где hп — толщина плиты в см.

Если сечение арматуры является расчетным, арматурные стержни укладываются с шагом не более 200 мм при толщине Стержни распределительной арматуры сеток (если в этом направлении арматуры по расчету не требуется) назначаются по условиям сварки. Пролетная арматура плиты, укладываемая понизу в пределах участка, ограниченного примыкающими балками или стенами, назначается в зависимости от размеров нескольких сварных сеток. В последнем случае стыки сеток выполняются внахлестку в направлении меньшего сечения арматуры сетки. При этом, если в пределах стыка оказывается меньше двух поперечных стержней, в конструкцию сеток вводятся дополнительные стержни, обеспечивающие это быть задана пользователем, но она должна быть не менее 120 мм. Если глубина опирания не задана, то она принимается по умолчанию равной 120 мм. В местах свободного опирания плит на кирпичные стены пролетные сварные сетки заводятся за грань опоры. Если глубина опирания не позволяет осуществить необходимую анкеровку продольных стержней (10 диаметров), к сеткам при монтаже арматуры привариваются дополнительные поперечные стержни.

плоскими сварными сетками с рабочей арматурой в одном направлении, которые укладываются в верхней зоне сечения плиты. Сетки укладываются со стыками «вразбежку» с зазором между крайними рабочими стержнями, не превышающим шаг этих стержней в сетке. Сечение рабочей арматуры опорных сеток принято одинаковым на всем протяжении линии опирания и определяется максимальным требуемым сечением арматуры в участках плит, примыкающих к данной опоре.

Сетки, расположенные в местах, где верхняя арматура назначена по расчету (монолитная связь плиты с примыкаМонолит 8.2 Управление программой 8.2.1 Главное окно организована работа с программой Монолит. Меню окна содержит четыре раздела: Проект, Функция, Параметры и Помощь.

Рис. 8.2.1-1. Главное окно Назначение рабочих директорий Идентификационные данные Рис. 8.2.1-4. Диалоговое окно активным;

Основная надпись Форма 3 Конструктивное армирование — эта функция Рис. 8.2.1-5. Диалоговое окно Основная надпись Форма Рис. 8.2.1-6. Диалоговое окно позволяет вывести дополнительные графы к основной Настройка параметров среды Для получения сводных спецификаций и ведомостей для нескольких одинаковых перекрытий следует указать их Рис. 8.2.1-7. Диалоговое окно Раздел Помощь включает пункты, позволяющие Настройка графической среды получить справочную информацию о подсистеме в целом и подробную информацию о подготовке данных, управлении проМонолит В левой нижней части главного окна расположена кнопка Выход, нажатие которой приводит к завершению работы программы (на страницах подготовки данных на ее месте находится 8.3 Ввод исходных перекрытий. Подготовка данных включает задание сетки координационных осей и описание схемы перекрытия (инициализируются нажатием кнопок Координационные оси и Ввод Рис. 8.4-1. Таблица ввода данных 8.5 Координационные Монолит Рис. 8.5-1. Диалоговое окно для ввода координационных осей Рис. 8.5-2. Диалоговое окно Имена координационных осей Рис. 8.5.1-1. Окно Расчетная схема Монолит 8.5.2 Материалы Рис. 8.5.2-1. Страница Материалы 8.5.3 Узлы Узлы не должны иметь одинаковые номера. За этим необходимо следить, особенно при использовании повторителей.

любом шаге подготовки данных, что позволяет проконтролировать заданную информацию графически в окне Расчетная Рис. 8.5.3-1. Страница Узлы Рис. 8.5.3-2. Направление Монолит 8.5.4 Колонны Рис. 8.5.4-1. Страница Колонны 8.5.5 Балки заканчивается. Желательно описывать балку в порядке возрастания координат узлов начала и конца балки.