Об автоматизированном проектировании каркасных зданий
В ходе семинара «Методы расчета и конструирования зданий системы АРКОС (серия Б.1.020.1-7) и основы технологии строительства», состоявшегося 27- 28 июля 2005 г., его слушатели узнали и о том, как создатели системы АРКОС используют CAD-подходы к проектированию зданий этой системы.
А из сообщений директора БелНИИС Александра Мордича «Конструкции каркасов АРКОС-1, особенности расчета и конструирования» и инженера БелНИИС Дмитрия Мордича «Практический расчет каркасов с применением программных средств» можно было уяснить, что статические расчеты и последующие вариантное проектирование и анализ материалоемкости были выполнены для 5-, 10-, 15-, 20- и 25-этажных зданий (с высотой этажа 3 м), выполненных в монолитном каркасе с традиционным и ригельным армированием перекрытий, а также в сборно-монолитном каркасе серии Б1.020.1-7.
Расчет каркасов выполнен методом конечных элементов с использованием программного комплекса MicroFE&Stark ES, разработанного ООО «Еврософт» (Москва) на основе пространственных расчетных схем. В конечно-элементных моделях каркасов колонны и монолитные ригели представлены стержневыми элементами общего вида, плиты перекрытий и диафрагмы жесткости — изгибно-плосконапряженными конечными элементами (элементами плоской оболочки, имеющими шесть стандартных степеней свободы в каждом узле). При моделировании сборно-монолитных дисков перекрытий зданий серии Б1.020.1-7 для аппроксимации настила из многопустотных плит применены ортотропные конечные элементы, то есть элементы, имеющие в двух направлениях различные жесткостные характеристики, определяемые по фактическим сечениям многопустотных плит.
Монолитные диски перекрытий, армированные по ригельной схеме, предложено моделировать следующим образом. В расчетную модель монолитных перекрытий вводятся дополнительные стержневые элементы, моделирующие условные ригели, а изгибная жесткость элементов плиты назначается в несколько раз меньшей, чем начальная жесткость плиты без трещин. Эта условная жесткость плиты перекрытия назначается из условия оптимальности распределения продольной арматуры по площади перекрытия с учетом требований норм по жесткости и трещиностойкости. Расчет каркасов выполнен на действие расчетной вертикальной нагрузки интенсивностью 6 кН/м2 (без учета собственного веса железобетонных конструкций), равномерно распределенной по площади всех перекрытий, на действие линейной нагрузки от поэтажно опертых наружных стен, равной 10 кН/м, а также на ветровую нагрузку, определенную по СНиП 2.07.01-85* для I ветрового района (типа местности В). Учет пульсационной составляющей ветровой нагрузки выполнен с использованием рекомендаций, реализованных в программном комплексе Stark ES. Класс бетона колонн и вертикальных диафрагм жесткости принят В30, элементов перекрытий — В25, класс продольной рабочей арматуры: ненапрягаемой — А500с (Aт500с), напрягаемой в сборных плитах перекрытий сборно- монолитных каркасов — А800. Сечение колонн принято 40х40 см, толщина стенок диафрагм жесткости — 20 см.
Для того, чтобы определить характеристики стыков плит между собой и с ригелями, как-то эти стыки смоделировать, были сравнены результаты нагрузочных испытаний — прогибы, полученные в различных узлах и точках пространственной конструкции. Были рассмотрены три типа сопряжения плиты с ригелем. В первом случае все сопряжения делались шарнирными — и плит с несущими ригелями, и плит со связевыми ригелями. Во втором плита сопрягалась шарнирно только со связевыми ригелями. В третьем все сопряжения были жесткими. Приемлемая сходимость с натурными испытаниями отмечена лишь в третьем случае. Данная модель и была принята за основную. Ее использовали в течение нескольких лет, все время учитывая результаты очередных натурных испытаний (и неизменно фиксируя отсутствие изменений сходимости в худшую сторону).
Как известно, появление вычислительной техники наряду с собственно быстродействием означало возможность вариантного проектирования и оптимизации проектных решений. К каким же выводам удалось прийти, исследуя машинным путем АРКОС-1? Во-первых, теоретически установлено, что сборно- монолитная каркасная система многоэтажных гражданских зданий серии Б1.020.1-7, разработанная в БелНИИС, является более экономичной по расходу бетона и арматурной стали, чем полностью монолитный каркас. Расход арматурной стали на сборно-монолитный каркас здания составляет 47-86% от расхода арматуры в случае аналогичного здания, выполненного в монолитном каркасе с обычным распределенным армированием дисков перекрытий арматурными сетками. Во-вторых, применение ригельной схемы армирования перекрытий монолитных каркасов позволяет уменьшить расход стали в монолитных каркасах в 1,08-1,45 раз, приблизив их экономические показатели к показателям сборно-монолитных каркасов при сохранении всех преимуществ монолитного домостроения.
И несколько слов о компании «Еврософт». Данная российская фирма, основанная в 1992 г., является научно-производственным предприятием, специализирующимся в области высоких информационных технологий и работающим как на внутренний рынок, так и на экспорт. За годы своего существования и развития компания «Еврософт» выполнила на экспорт большой объем заказов на разработку программных средств САПР для германских фирм — в первую очередь, для mb Software AG, а также для IEZ AG, Inpro и Siemens. Разработанные специалистами «Еврософт» программы успешно продаются через сеть сбыта немецких фирм в Германии и других странах мира. «Еврософт» опирается на 30-летний опыт разработчиков САПР института ЦНИИпроект Госстроя России и научный потенциал ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, НИИЖБ, НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. Особенно тесно компания сотрудничает с лабораторией теории сооружений ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, разрабатывающей, в частности, нормативно-методические документы по нагрузкам и воздействиям (в том числе сейсмическим, ветровым, снеговым) и надежности конструкций.
Наиболее сложные задачи автоматизированного проектирования строительных конструкций решаются с помощью программного комплекса Stark ES. Как и другие программные продукты «Еврософт», Stark ES непрерывно совершенствуется и начиная с 1995 г. шесть раз проходил сертификацию Госстроя России. В 2002 г. программные комплексы серии Stark ES были рекомендованы Госстроем России для использования в проектных и экспертных организациях.
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
А из сообщений директора БелНИИС Александра Мордича «Конструкции каркасов АРКОС-1, особенности расчета и конструирования» и инженера БелНИИС Дмитрия Мордича «Практический расчет каркасов с применением программных средств» можно было уяснить, что статические расчеты и последующие вариантное проектирование и анализ материалоемкости были выполнены для 5-, 10-, 15-, 20- и 25-этажных зданий (с высотой этажа 3 м), выполненных в монолитном каркасе с традиционным и ригельным армированием перекрытий, а также в сборно-монолитном каркасе серии Б1.020.1-7.
Расчет каркасов выполнен методом конечных элементов с использованием программного комплекса MicroFE&Stark ES, разработанного ООО «Еврософт» (Москва) на основе пространственных расчетных схем. В конечно-элементных моделях каркасов колонны и монолитные ригели представлены стержневыми элементами общего вида, плиты перекрытий и диафрагмы жесткости — изгибно-плосконапряженными конечными элементами (элементами плоской оболочки, имеющими шесть стандартных степеней свободы в каждом узле). При моделировании сборно-монолитных дисков перекрытий зданий серии Б1.020.1-7 для аппроксимации настила из многопустотных плит применены ортотропные конечные элементы, то есть элементы, имеющие в двух направлениях различные жесткостные характеристики, определяемые по фактическим сечениям многопустотных плит.
Монолитные диски перекрытий, армированные по ригельной схеме, предложено моделировать следующим образом. В расчетную модель монолитных перекрытий вводятся дополнительные стержневые элементы, моделирующие условные ригели, а изгибная жесткость элементов плиты назначается в несколько раз меньшей, чем начальная жесткость плиты без трещин. Эта условная жесткость плиты перекрытия назначается из условия оптимальности распределения продольной арматуры по площади перекрытия с учетом требований норм по жесткости и трещиностойкости. Расчет каркасов выполнен на действие расчетной вертикальной нагрузки интенсивностью 6 кН/м2 (без учета собственного веса железобетонных конструкций), равномерно распределенной по площади всех перекрытий, на действие линейной нагрузки от поэтажно опертых наружных стен, равной 10 кН/м, а также на ветровую нагрузку, определенную по СНиП 2.07.01-85* для I ветрового района (типа местности В). Учет пульсационной составляющей ветровой нагрузки выполнен с использованием рекомендаций, реализованных в программном комплексе Stark ES. Класс бетона колонн и вертикальных диафрагм жесткости принят В30, элементов перекрытий — В25, класс продольной рабочей арматуры: ненапрягаемой — А500с (Aт500с), напрягаемой в сборных плитах перекрытий сборно- монолитных каркасов — А800. Сечение колонн принято 40х40 см, толщина стенок диафрагм жесткости — 20 см.
Для того, чтобы определить характеристики стыков плит между собой и с ригелями, как-то эти стыки смоделировать, были сравнены результаты нагрузочных испытаний — прогибы, полученные в различных узлах и точках пространственной конструкции. Были рассмотрены три типа сопряжения плиты с ригелем. В первом случае все сопряжения делались шарнирными — и плит с несущими ригелями, и плит со связевыми ригелями. Во втором плита сопрягалась шарнирно только со связевыми ригелями. В третьем все сопряжения были жесткими. Приемлемая сходимость с натурными испытаниями отмечена лишь в третьем случае. Данная модель и была принята за основную. Ее использовали в течение нескольких лет, все время учитывая результаты очередных натурных испытаний (и неизменно фиксируя отсутствие изменений сходимости в худшую сторону).
Как известно, появление вычислительной техники наряду с собственно быстродействием означало возможность вариантного проектирования и оптимизации проектных решений. К каким же выводам удалось прийти, исследуя машинным путем АРКОС-1? Во-первых, теоретически установлено, что сборно- монолитная каркасная система многоэтажных гражданских зданий серии Б1.020.1-7, разработанная в БелНИИС, является более экономичной по расходу бетона и арматурной стали, чем полностью монолитный каркас. Расход арматурной стали на сборно-монолитный каркас здания составляет 47-86% от расхода арматуры в случае аналогичного здания, выполненного в монолитном каркасе с обычным распределенным армированием дисков перекрытий арматурными сетками. Во-вторых, применение ригельной схемы армирования перекрытий монолитных каркасов позволяет уменьшить расход стали в монолитных каркасах в 1,08-1,45 раз, приблизив их экономические показатели к показателям сборно-монолитных каркасов при сохранении всех преимуществ монолитного домостроения.
И несколько слов о компании «Еврософт». Данная российская фирма, основанная в 1992 г., является научно-производственным предприятием, специализирующимся в области высоких информационных технологий и работающим как на внутренний рынок, так и на экспорт. За годы своего существования и развития компания «Еврософт» выполнила на экспорт большой объем заказов на разработку программных средств САПР для германских фирм — в первую очередь, для mb Software AG, а также для IEZ AG, Inpro и Siemens. Разработанные специалистами «Еврософт» программы успешно продаются через сеть сбыта немецких фирм в Германии и других странах мира. «Еврософт» опирается на 30-летний опыт разработчиков САПР института ЦНИИпроект Госстроя России и научный потенциал ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, НИИЖБ, НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. Особенно тесно компания сотрудничает с лабораторией теории сооружений ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, разрабатывающей, в частности, нормативно-методические документы по нагрузкам и воздействиям (в том числе сейсмическим, ветровым, снеговым) и надежности конструкций.
Наиболее сложные задачи автоматизированного проектирования строительных конструкций решаются с помощью программного комплекса Stark ES. Как и другие программные продукты «Еврософт», Stark ES непрерывно совершенствуется и начиная с 1995 г. шесть раз проходил сертификацию Госстроя России. В 2002 г. программные комплексы серии Stark ES были рекомендованы Госстроем России для использования в проектных и экспертных организациях.
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 34 за 2005 год в рубрике материалы и технологии
