Это пятая статья из серии материалов по расчёту строительных конструкций дома культуры.
Трибуна зрительного зала является, пожалуй, самой сложной конструкцией в проектируемом здании. В ходе её расчёта предстоит выполнить несколько сложных операций:
- Компоновка модели из горизонтальных и наклонных участков плит;
- Построение плит с уклоном в двух плоскостях;
- Создание наклонных плит сложной формы в плане;
- Стыковка отдельных участков трибуны между собой, без деформационных швов;
Конечно же, все эти операции, в условиях сжатых сроков проектирования, нужно выполнять достаточно быстро. Какие инструменты есть в САПФИРе, для решения этой задачи, расскажем в этой статье.
Конструктивные решения
Согласно конструктивным решениям, плита перекрытия зрительного зала (трибуна), выполняется из монолитного железобетона, которые опираются стены из кирпичной кладки и блоков ФБС. Пол, в зрительном зале, выполнен ступенчатым, для удобства установки кресел.
На строительной площадке ступени бетонируются вместе с перекрытием, однако в рамках расчётной модели ступени будут учтены в виде нагрузки, а толщину плиты принимаем по наиболее узкому месту между ступенью и нижней поверхностью плиты.
Создание расчётной модели
Построение модели осуществляется в ПК САПФИР. К моменту построения плиты перекрытия в модели уже должны присутствовать несущие стены, на которые будет опираться плита.
Моделирование горизонтальных плит
Горизонтальные участки плиты перекрытия зрительного зала моделируются при помощи инструмента «плита»:
Высотные отметки плит назначаются в соответствии с разделом Конструктивные решения.
Моделирование наклонных плит
Наклонные плиты разделим на две группы, по направлению уклона:
- в одну сторону;
- в две стороны;
Плиты, у которых наклон осуществляется в одну сторону, создаём при помощи инструмента «Наклонная плита»:
Разность отметок определяется в соответствии с разделом «Конструктивные решения. Вторую группу плит будем моделировать при помощи инструмента создания поверхностей по траекториям и образующим.
Созданным поверхностям следует назначить интерпретацию «Несущий конструктив» и материал «Железобетон плит».
Опирание плит на стены
Ввиду того, что стены здания выполняются из кирпича, плиты будут на них опираться шарнирно. В соответствии с конструктивными решениями, опирание плиты будет производиться на стены, расположенные по числовым осям. При задании шарнирного опирания, дополнительно, настраиваем величину эксцентриситета.
Сторонам плит вдоль буквенных осей, следует запретить пересекаться со стенами:
Стены, находящиеся внутри контура плиты, также должны примыкать к плите шарнирно, однако настраивать такой тип сопряжения следует в свойствах самой стены, так как плиты опираются на неё по неразрезной схеме.
План-схема с параметрами настройки сопряжения плит со стенами представлена ниже:
Сопряжение плит между собой
Отдельные участки плит между собой соединяются жёстко, а в месте опирания плиты на внутренние стены, она будет работать по неразрезной схеме.
Сбор и приложение нагрузок
Собственный вес несущих конструкций в САПФИРе определяется автоматически, на основании свойств материалов, из которых они выполнены. Поскольку плита зрительного зала является ступенчатой, потребуется дополнительно приложить нагрузку от собственного веса ступеней. Данную нагрузку будем прикладывать только к наклонным участкам плиты. Собственный вес ступени определяется по её геометрическим размерам на продольном разрезе по плите:
Нагрузка от веса ступени на 1 м2 плиты: 2500*1*0.3/2/1.044=359.1954кг/м2 = 0.36 т/м2. Следует помнить, что ступени бетонируются вместе с плитой, а потому в них должно быть предусмотрено конструктивное армирование, стержни которого должны заходить в основную плиту.
Дополнительно, на плиту зрительного зала будут действовать постоянные и кратковременные нагрузки. В состав постоянных нагрузок входит вес конструкции пола. В зрительном зале, конструкция пола принимается по типовой серии 2.244-1 Выпуск 1 «Детали полов общественных зданий»:
Принимаем деталь 148, с толщиной покрытия пола 19 мм. Вес 1 м2 пола без утеплителя составит 86 кг. В качестве утеплителя принимаем керамзитобетон плотностью 800 кг/м2, толщиной 50 мм. В итоге, вес конструкции пола составит 86+800*0.05=126 кг/м2.
Кратковременные нагрузки принимаем в соответствии с СП 20.13330.2016, табл.8.3 п.7 а), трибуны с закреплёнными сиденьями – 4 кПа=0.4 тс/м2. Собранные нагрузки прикладываем к плитам перекрытия зрительного зала. В горизонтальных и наклонных плитах нагрузку можно приложить прямо в свойствах объекта:
В плитах, созданных при помощи объекта «Поверхность», параметров для приложения нагрузок нет, поэтому воспользуемся инструментом «нагрузка-штамп», перед этим, для удобства построения, можно расположить ЛСК на поверхности:
Когда нагрузки-штамп будут приложены, следует отредактировать направление их равнодействующей – вдоль оси Z, для этого нужно задать направляющие косинусы в свойствах нагрузки:
Генерация расчётной модели в САПФИР
Поскольку, в рамках расчёта плиты перекрытия, нет необходимости выполнять расчёт всех конструкций здания, имеет смысл отметить в модели только саму плиту, а также стены, которые непосредственно к ней примыкают, и из этого набора объектов создать расчётную модель. При этом важно не забыть отметить нагрузки на плиты.
Расчёт модели в ПК ЛИРА САПФИР
Экспорт модели в Визор
Созданную расчётную модель экспортируем в систему Визор:
Поскольку все необходимые настройки были выполнены на этапе создания модели в САПФИРе, нам остаётся только выполнить расчёт.
Расчёт модели
Выполним расчёт модели, а также закажем расчёт РСН и подбор арматуры. После выполнения расчёта, проанализируем деформации модели:
Следует удостовериться в том, что деформации модели соответствуют приложенным нагрузкам, визуально проконтролировать, что отдельные конструкции взаимодействуют между собой, согласно назначенным условиям их опирания, после чего можем переходить к анализу подобранного армирования.
Расчёт железобетонных конструкций
Отобразим на экране мозаики подобранной продольной арматуры:
Как видно, продольное армирование в плите подбирается. Следует помнить, что полученные результаты являются предварительными, т.к. в данной модели не учтено взаимодействие здания с упругим основанием. После подбора армирования, следует выполнить расчёт прогиба в нелинейной постановке, о чём подробно рассказывается на курсе для опытных пользователей https://rflira.ru/education/programs/186/.