Уровни сложности моделирования железобетонных каркасов

В данной статье объектом рассмотрения является несущая система (далее для краткости именуемая каркасом). Подразумевается, что речь идёт о гражданском здании (общественном или жилом), в котором несущими элементами являются колонны (сборные или монолитные), устои жёсткости и плиты перекрытий.

На мой взгляд, сложность анализа строительной конструкции определяется:

• В первую очередь, ответственностью сооружения. Анализ таких объектов имеет особенности, учёт которых в математической модели представляет значительные вычислительные трудности. Это могут быть большие размеры зданий или сооружений в плане (пролётные сооружения мостов, стадионов и проч.) или по высоте (высотные здания с большим количеством этажей). Хочу отметить, важен не столько абсолютный размер конструкции, сколько соотношение её размеров и сложность её структуры.

• Во вторую очередь, техническими проблемами моделирования, встающими перед исследователем в процессе формирования расчётной схемы с использованием прикладного инженерного программного обеспечения (например, ПК «ЛИРА-САПР»).

Простой или сложный расчёт?

Если для анализа конструкции представляется возможным пренебречь влиянием нелинейных эффектов, то расчёт может считаться простым, в противном случае он усложняется. В связи с этим прочностной анализ большинства современных монолитных железобетонных каркасов гражданских зданий представляет собой для опытного расчётчика тривиальную задачу даже в случае изощрённой формы плана плит перекрытий.

Сложность моделирования (формирования конечно-элементной модели) определяется сложностью структуры анализируемой системы

• система может быть относительно большой и при этом простой, а может иметь малые размеры и при этом сложное устройство;
• сложность моделирования рассматриваемых каркасов в основном определяется количеством и расположением колонн здания и сложностью конфигурации плана этажа;
• естественно, что объём моделирования возрастает
• с ростом количества уникальных по конфигурации плана этажей в секции здания;
• с увеличением числа таких секций.

По мнению автора, можно выделить три ключевых фактора, характеризующих сложность плана плиты перекрытия (факторы отчасти взаимосвязаны):

• форма плана и форма отверстий в его теле; размеры отверстий (относительно размеров плана);
• количество и расположение опор (линейный опор стен и точечных опор колонн);
• регулярность сети строительных осей.

Ясно, что чем проще форма плиты, тем проще в её пятне будут расставлены колонны, и, вероятнее всего, потребности в сложном нагромождении строительных осей не возникает. Однако это не всегда так: легко представить круглую плиту, покоящуюся на множестве колонн, расставленных хаотичным образом.

Представляется удобным выделить пять уровней сложности моделирования геометрической формы в зависимости от степени выраженности каждого из этих трёх факторов

Уровни сложности моделирования геометрической формы плиты

1. Простейший (прямоугольный или квадратный план с относительно небольшим количеством отверстий простой формы, регулярная сетка колонн и взаимная ортогональность строительных осей);
2. Простой (план представляет собой сложный невыпуклый многоугольник, присутствуют только прямые углы регулярная или слабо нерегулярная сетка колонн);
3. Средней сложности (сетка колонн близка к регулярной или произвольная, в плане присутствуют не только прямые углы, но отсутствуют кривые, строительные оси взаимно ортогональны);
4. Повышенной сложности (сетка колонн произвольная, произвольное очертание плана с наличием местных криволинейных очертаний, строительные оси могут быть не ортогональны);
5. Высокой сложности (сетка колонн произвольная/хаотичная, повороты местных осей колонн и плит в плане, наличие значительных криволинейных очертаний плана, отсутствие ортогональности строительных осей).

Первые два варианта позволяют быстро и просто моделировать конструкцию в штатном препроцессоре «ЛИРЫ-САПР». Остальные промоделиваются в штатном процессоре весьма трудоёмко (требуется привлечение внешних генераторов сеток).

Упростить задачу моделирования может осевая или полярная симметрия конструкции, а также наличие повторяющихся элементов.

Кстати, все вышеприведённые соображения могут быть отнесены не только к процессу формирования расчётной схемы, но и к процессу конструирования в целом, так как связаны с особенностями проектируемой формы.

Автор статьи — Шатров Евгений Юрьевич
Копирование информации допускается только без видоизменений и со ссылкой на источник

Все статьи