В ПК ЛИРА САПР существует возможность выполнить проверку железобетонного сечения стержня с предварительно заданным армированием на действие внутренних усилий, возникающих в элементе. Для выполнения такой проверки, элементу следует назначить тип заданного армирования (ТЗА). В рамках данной статьи, мы рассмотрим основные вопросы пользователей ЛИРА САПР по работе с заданным армированием.
Как создать ТЗА
Для того, чтобы назначить стержню тип заданного армирования, следует предварительно его создать, о чём будет рассказано ниже, но также, следует знать, что проверка заданного армирования выполняется в рамках определённого нормативного документа, выбираемого в Вариантах конструирования и только для тех элементов, которым были назначены материалы для расчёта железобетонных конструкций (тип, бетон, арматура, подробнее см. статью https://rflira.ru/kb/2/99/).
Рассмотрим создание и назначение ТЗА на примере колонны. Исходные данные:
Геометрия: высота колонны Н=3 м, сечение 40х40 см;
Материалы: класс бетона В25, класс арматуры А400. Расчёт по предельным состояниям второй группы не выполняется (стоит задача проверить только прочность);
Расчётная схема колонны – консоль, к свободному концу которой прикладываются следующие нагрузки: продольная сжимающая сила, поперечные силы, сосредоточенные изгибающие моменты. Стержню колонны назначены два расчётных сечения;
Выполним статический расчёт и подбор арматуры:
Чтобы создать тип заданного армирования, необходимо выполнить следующие действия:
1 Вызвать окно жёсткостей и материалов, где следует перейти на закладку ТЗА;
2 Нажать «Редактировать»;
3 Выбрать нужную схему расстановки стержней, настроить их параметры (диаметры, привязки и т.д.);
4 Нажать «Создать»
Созданный тип заданного армирования появится в списке, в окне жёсткостей и материалов на закладке ТЗА. Назначить созданный тип ЗА, на элемент, можно из окна редактирования заданного армирования, или из окна жёсткостей и материалов.
После назначения тип заданного армирования, выполним расчёт железобетонных конструкций с проверкой ЗА, алгоритм действий представлен на иллюстрации:
После расчёта следует вывести результаты проверки на экран, как это сделать, показано на иллюстрации:
По результатам расчёта можно сделать вывод, что принятого продольного армирования колонны достаточно для обеспечения прочности по нормальному сечению.
Составной тип ЗА
Такой тип заданного армирования применяется, когда приходится иметь дело с очень большим списком типов заданного армирования (ТЗА). Рассмотрим, для примера, балку, жёстко защемлённую на опорах. При её расчёте, на действие распределённой нагрузки, потребуется установить армирование в нижней части сечения, в середине пролёта, и в верхней части сечения, на опорах. При этом, для рационального расхода арматуры, а также соблюдения конструктивных требований, оптимальным вариантом размещения арматуры будет расстановка стержней таким образом, чтобы максимальная площадь арматуры была бы сосредоточена именно в тех участках, где она нужна по условиям прочности и трещиностойкости. Классическим примером такого конструктивного решения может быть следующая расстановка стержней:
- По всей длине балки, в верхней и нижней части сечения, устанавливаются по 2 продольных арматурных стержня, объединённых поперечной арматурой. ТЗА_1;
- В середине пролёта, в нижней части сечения, устанавливаются дополнительные продольные стержни (ТЗА2) так, чтобы суммарная площадь основных и дополнительных стержней была больше, либо равной требуемой площади арматуры (ТЗА_1+ТЗА_2).;
- На опорах выполняется то же самое, что и в пролёте, только для верхней части сечения (ТЗА_1+ТЗА_3);
- На опорах, дополнительно, может потребоваться поперечная арматура, которая будет установлена вместе с основной поперечной арматурой (ТЗА_1+ТЗА_4);
На иллюстрации представлен пример такого конструктивного решения. Обратите внимание, что несколько ТЗА, могут быть объединены в составной тип заданного армирования, что значительно облегчает работу с назначением ТЗА элементам схемы.
Для создания составного типа ЗА, следует отметить в списке несколько ТЗА и нажать на кнопку «Создать составной тип заданного армирования».
Составной тип ЗА может быть отредактирован путём добавления к нему или вычитания из него других ТЗА.
Назначение нескольких ТЗА на один элемент
Рассмотрим следующую конструкцию: железобетонная плита, опёртая на колонны. Общий вид конструкции представлен на рисунке.
По результатам расчёта, принимаем конструктивное решение об армировании колонн:
1 Угловая арматура во всех колоннах – 1 стержень диаметром 16 мм (1d16);
2 Арматура вдоль грани, в угловых колоннах – 1 стержень диаметром 16 мм (1d16);
3 Арматура вдоль грани в крайних колоннах – 3 стержня диаметром 16 мм (3d16);
Такое решение позволяет унифицировать арматуру по диаметру, а также унифицировать расстановку угловой арматуры. Для проверки прочности подобранной арматуры, следует назначить колоннам типы заданного армирования. Можно применять подход с созданием комбинированного ТЗА, описанный выше, но в рамках данного примера мы создадим ТЗА на основании принятого решения об армировании колонн и назначим их стержням расчётной модели.
1-й тип ЗА (Угловые стержни) назначим всем колоннам, а оставшиеся типы будем назначить угловым и крайним:
2-й тип назачаем угловым колоннам в дополнение к первому типу;
3-й тип назначаем крайним колоннам в дополнение к первому типу;
Назначение нескольких ТЗА на один и тот же элемент происходит по той же технологии, которая была описана выше, когда одному стержню назначается один ТЗА. В рамках данного примера рассмотрим второй способ назначения ТЗА на элемент (из окна жёсткостей и материалов):
1 Отмечаем нужные стержни (с назначенным ранее ТЗА);
2 Делаем нужный тип заданного армирования текущим;
3 Нажимаем (+) Добавить текущие ТЗА на отмеченные элементы;
После назначения, Вы можете увидеть ТЗА в свойствах стержня:
Выполним проверку по прочности и раскрытию трещин и выведем результат на экран:
Определяющая комбинация при проверке
В окне информации об элементе, с назначенными ТЗА, можно узнать информацию о наиболее невыгодной комбинации загружений при проверке ЗА по каждому из критериев. Чтобы данная информация отобразилась, на ленте должна быть выбрана вкладка «Железобетон», а на ней должны быть активны кнопки результатов проверки заданного армирования.
Почему у элементов в АЖТ Кз<0
В версиях ЛИРА САПР 2020 и старше можно столкнуться с ситуацией, когда у пластинчатых элементов коэффициент запаса заданного армирования меньше 1. Так происходит с теми пластинами, которые заключены в абсолютно жесткое тело (АЖТ), из-за чего они не могут деформироваться и, соответственно, в них не возникают внутренние усилия, вследствие чего, при проверке заданного армирования программа выдаёт Кз<1.
На иллюстрации ниже представлен один из таких случаев, когда в плите перекрытия, при опирании её на колонну, формируется АЖТ по форме колонны, вследствие чего, пластины внутри АЖТ не деформируются.
В ЛИРА САПР 2021, при отсутствии усилий в элементе, коэффициент запаса заданного армирования не определяется.
Как сформировать ТЗА на основании шкалы армирования
В ЛИРА САПР есть возможность ускорить процесс назначения ТЗА элементам путём создания их на основе шкалы армирования. Рассмотрим задачу из предыдущего примера: рассматриваемой плите следует назначить заданное армирование, для чего сначала потребуется проанализировать результаты подбора арматуры.
По результатам расчёта принимаем решение, что по оси Х у верхней грани будет принята фоновая арматура диаметром 14 мм с шагом 200 мм, а в местах опирания плиты на колонны, следует установить арматуру с шагом 100 мм, для чего внесём корректировки в шкалу армирования.
После настройки шкалы, вызовем окно задания и корректировки типов заданного армирования, перейдём на вкладку «Пластины» и нажмём на кнопку «Формировать ТЗА на основе шкалы армирования».
В открывшемся списке будут представлены все диапазоны шкалы армирования, при необходимости можно сократить их количество, убрав флажки в левом столбце. Если при этом установлены флажки для строк в столбце V, то создаваемые ТЗА будут автоматически назначены тем КЭ, которые в данный момент имеют видимую раскраску диапазонов "считанной" шкалы армирования.
Как видно, ТЗА не были назначены на элементы, заключённые в АЖТ в местах опирания на колонны (подробное пояснение см. выше).
Применение заданного армирования в физически нелинейном расчёте
Проектирование железобетонных конструкций требует выполнять их расчёт с учётом физической нелинейности. В расчётной модели, для этого, следует предусмотреть следующее:
1 Создать нелинейные типы жёсткостей, где будут настроены законы деформирования бетона и арматуры;
2 Назначить нелинейные типы конечных элементов стержням и пластинам.
3 Задать параметры арматуры (расстановка стержней в сечении) для всех нелинейных КЭ;
4 Настроить историю нагружения, т.к. нелинейный расчёт требует приложения нагрузок в строго определённой последовательности;
Нелинейные жёсткости могут быть назначены автоматически, средствами ЛИРА САПР, инструкция есть в статье https://rflira.ru/kb/106/776/, нелинейные типы КЭ, при этом, также назначаются автоматически. История нагружения всегда формируется вручную.
Расстановка арматуры в сечении, в прежних версиях программы, являлась наиболее трудоёмким процессом, т.к. для каждого типоразмера сечения, требовалось создавать свой тип жёсткости с индивидуальными параметрами арматуры. С появлением заданного армирования, этот процесс ускорился в несколько раз, теперь программа может использовать площадь арматуры из назначенных ТЗА, для чего нужно будет, в параметрах жёсткости, включить флажок «Нелинейный закон для арматуры из ТЗА»:
Сам нелинейный закон деформирования может быть задан как обычным способом (в свойствах типа жёсткости), либо в окне задания и корректировки типов заданного армирования, для этого в параметрах ТЗА нужно будет активировать флажок «Учёт нелинейности»
Такой подход позволяет установить в одном и том же КЭ арматуру разных классов, к примеру А400 и А500, деформационные характеристики которых отличаются друг от друга.