Расчет конструкций в ПК ЛИРА-САПР по нормам СП РК EN (Казахстан)

1. Нагрузки

Задание нагрузок производится стандартными инструментами: добавить собственный вес, нагрузки на узлы, на стержни, на пластины и т.д. Имеется возможность задать нагрузки с помощью программы САПФИР.

Для ветрового воздействия имеется отдельный инструментарий задания такой нагрузки с помощью программы САПФИР.

В среде САПФИР автоматизирован сбор ветровой нагрузки для прямоугольных в плане зданий (на зоны активного/пассивного давления, торцевые стены и покрытие). В свойствах ветровой нагрузки добавлена возможность управлять профилем, настраивать количество диапазонов по высоте здания, на участках которых применяется постоянное давление. Кроме того, добавлена возможность “заморозить” созданные нагрузки, чтобы иметь возможность отредактировать их вручную.

Начиная с версии 2021 в диалоговом окне «Описание схемы» выбирается тип нагрузок (расчетные или нормативные), которые будут заданы в расчетной схеме и с которыми будут работать таблицы сочетаний РСН.

В диалоговом окне «Редактор загружений» появилась возможность выбирать нормы, по которым будут задаваться виды загружений, Эти данные передаются в таблицу РСН.

1.1 Расчетные сочетания нагрузок

Появились новые возможности для формирования сочетаний нагрузок РСН. Из окна «Описание схемы» приходит признак заданных нагрузок (расчетные или нормативные). В зависимости от этого признака программа, если нужно, умножает (для формирования расчетных сочетаний) или делит (для формирования нормативных сочетаний) заданные нагрузки на коэф. безопасности. Например, в схеме заданы нормативные нагрузки: в этом случае при формировании основных сочетаний нагрузки будут умножены на коэф. безопасности, а для остальных сочетаний будут взяты нормативные значения нагрузок.

Для формирования основных сочетаний РСН необходимо выбрать таблицу (А, В или С). В зависимости от выбранной таблицы имеется возможность выбрать формулу для основных сочетаний: для таблицы А может быть только формула 6.10, для таблиц В и С можно выбрать любую из формул 6.10, 6.10а или 6.10b. Отдельно можно указать признак формирования сочетаний с благоприятными и неблагоприятными нагрузками. В соответствии с СП РК EN 1990:2002+A1:2005/2011 можно задать шесть типов сочетаний РСН: основные, аварийные, сейсмические, характеристические, частые и квазипостоянные. Для выбранной строки сочетаний отображается соответсвующая формула и ее номер.

Для основных сочетаний в зависимости от выбранной формулы (6.10, 6.10а или 6.10b) возле списка сочетаний отображается сама формула и ее номер. Основные сочетания могут быть заданы только по одной формуле в одной таблице РСН.

Для норм СП РК ЕN 1990:2002+А1:2005/2011 добавлены новые настройки для автоматического формирования комбинаций нагрузок:

• "G+W" - при её использовании создаются комбинации со всеми постоянными и одной временной нагрузкой «Ветер».
• "G+Sn" - при её использовании создаются комбинации со всеми постоянными и одной временной нагрузкой «Снег».

Внимание!
Данные комбинации важно использовать в расчетах, чтобы меньше пригружать каркас. Особенно это необходимо для проверки на отрыв, опрокидывание и для расчета анкеров для фундаментов.

Появилась новая возможность задавать признак «Доминирующего» для любого из загружений. Для этого добавлен новый столбец «Доминирующее», в котором с помощью символа «*» можно указать те загружения, которые должны быть доминирующими. При формировании сочетаний РСН будут автоматически созданы все возможные сочетания с заданными доминирующими загружениями (при этом, в одно сочетание может войти только одно доминирующее загружение).

Для каждого столбца сочетаний присваивается признак вида сочетаний (от l до Vl). Теперь имеется возможность изменить этот вид для любого столбца сочетаний. При этом программа по отдельному запросу может перезаполнить коэффициенты сочетаний с учетом нового вида сочетания.

Двойным щелчком по имени столбца сочетаний открывается окно «Имя сочетания». В этом окне можно изменить имя сочетания (по умолчанию в качестве имени присваивается номер и вид сочетания). Для сочетаний, которые формируются для второго предельного состояния, можно выбрать случаи использования этих сочетаний: использовать их во всех расчетах по второму предельному состоянию, использовать их только для расчета трещин в железобетонных элементах или только для расчета прогибов металлических элементов.

В диалоговом окне «Коэффициенты сочетаний» в случае необходимости можно изменить коэффициенты безопасности и коэффициенты сочетаний для интересующих видов загружений.

Для расчета РСН по нормам СП PK EN 1990:2002+A1:2005/2011 добавлена возможность учета коэффициентов надежности по ответственности, которые применяются к нагрузочным эффектам воздействий (перемещениям, усилиям). Коэффициенты надежности можно учесть раздельно для таких расчетных ситуаций: комбинации для основного сочетания; характеристические, частые и квазипостоянные сочетания; аварийные и сейсмические комбинации.

Для норм СП PK EN 1990:2002+A1:2005/2011 добавлена возможность нахождения определяющих комбинаций нагрузок в рамках каждого конечного элемента. Зачастую количество расчетных комбинаций нагрузок в модели достигает несколько сотен и более, что затрудняет анализ и требует большего времени на вычисления. В этой ситуации можно воспользоваться расчетом “Определяющих РСН”, сокращенно РСН(о). В этом режиме все вычисленные РСН автоматически назначаются взаимоисключающими с учетом вида комбинации, и выполняется выбор наиболее опасных из них (уже вычисленных РСН) в соответствии с критериями выбора РСУ. Так как количество критериев для каждого типа КЭ невелико, то и количество полученных определяющих РСН становится вполне обозримым, что позволяет сократить время расчета в несколько раз.

Добавлен инструмент автоматического формирования начальных несовершенств для моделирования эффектов 1-го рода (отклонения при монтаже и локальные несовершенства геометрии) для списка загружений или РСН, а также добавление созданных загружений в исходные комбинации нагрузок.

Для того, чтобы правильно выбрать направление и сократить количество возможных комбинаций для дополнительных нагрузок от начальных несовершенств, в диалоге создания несовершенств добавлен вывод направляющих косинусов, вычисленных на основании перемещений. Данный механизм позволяет создавать дополнительные нагрузки, которые будут “догружать” эффекты, вызванные основными нагрузками расчетной схемы и не создавать лишние комбинации.

Для норм СП PK EN 1990:2002+A1:2005/2011 добавлена возможность использовать систему “МЕТЕОР” (МЕТод Единого Обобщенного Результата), предназначенную для объединения результатов расчета нескольких расчетных схем с одинаковой топологией в единый обобщенный результат. В процессе объединения выполняется унификация результатов РСН(о) – выбор для всех сечений из всех задач таких РСН(о), которые вызывают экстремальное значение каждого критерия. При этом все РСН(о) по соответствующим критериям автоматически становятся взаимоисключающими.

2. Варианты конструирования

Выбор норм для расчета железобетонных и стальных конструкций производится в диалоговом окне «Варианты конструирования».

Для железобетонного расчета можно выбрать условия расчета: выполнять подбор арматуры, выполнять проверку заданного армирования или выполнять подбор арматуры и проверку заданного армирования одновременно.

Чтобы выполнить расчеты конструирующих систем железобетонных и стальных конструкций необходимо указать вид расчета. Для норм EN должен быть выбран расчет по РСН. Для создания или редактирования таблицы сочетаний есть отдельная кнопка создания/вызова таблицы РСН.

3. Железобетонные конструкции

3.1 Материалы

Для подбора арматуры в стержневых элементах задаются общие характеристики материалов. Из списка выбирается вид расчета: стержень, балка, колонна, пилон или наклонная балка. Для расположения арматуры в сечении выбирается тип армирования: симметричное, несимметричное, симметричное и несимметричное. По умолчанию установлен признак расположения угловых арматурных стержней по углам железобетонного сечения. Для всех видов расчета кроме «стержень» можно включить или отключить учет конструктивных требований для выбранного нормативного документа.

Для каждого отдельного вида расчета (строки характеристик) задаются расстояния к центру тяжести арматуры.

Отдельно можно включить или отключить признак расчета армирования по раскрытию трещин. Задается предельное значение ширины раскрытия трещин и диаметр арматуры для расчета ширины раскрытия трещин.

Для внецентренно сжатых элементов необходимо задать информацию о длине элемента и расчетных длинах.

Для норм СП РК EN 1992-1-1:2004/2011 добавлена возможность учета эффектов второго рода при подборе армирования в стержневых элементах. Доступны следующие методики: по номинальной жесткости, по номинальной кривизне и вариант, когда выбирается максимум армирования из расчетов по всем методам.

Для расчета армирования в пластинчатых элементах в общих характеристиках из списка выбирается вид расчета (по умолчанию выбирается вид расчета «Оболочка»). Подбор арматуры может быть произведен только по теории Вуда.

Имеется возможность задать разные расстояния к центру тяжести арматуры по направлению местной оси Х и местной осиY как у верхней, так и у нижней грани. Если задать одинаковые значения расстояния к верхней и нижней граням, арматура подберется посредине сечения пластинчатых элементов.

Отдельно можно включить или отключить признак расчета армирования по раскрытию трещин. Задается предельное значение ширины раскрытия трещин и шаг арматурных стержней, по которому будет вычислен диаметр арматуры для расчета ширины раскрытия трещин, или непосредственно диаметр арматуры для расчета ширины раскрытия трещин.

Для норм СП РК EN 1992-1-1:2004/2011 модифицирован подбор арматуры на действие перерезывающей силы. Параметры угла наклона возможной трещины указываются раздельно для каждой расчетной ситуации (основное сочетание, аварийное или сейсмическое). Подбор арматуры и проверка несущей способности бетонного сжатого раскоса может осуществятся для трех вариантов настроек:

• при угле наклона θ заданном пользователем (по умолчанию 45 градусов);
• угол наклона θ определяется расчетом (из условия V_ed=V_rd,max);
• проверяются все возможные углы наклона θ в заданном диапазоне.

Для вертикальных пластинчатых элементов стены можно задать информацию о высоте и расчетной высоте стены. Для расположения арматуры в сечении стены выбирается тип армирования: симметричное или несимметричное.

Разработан альтернативный алгоритм подбора и проверки армирования для пластинчатых элементов на основе теории Вуда.

В характеристиках бетона задается вид бетона, класс бетона и диаграмма состояния бетона. Имеется возможность задать коэффициенты к прочности бетона. По умолчанию заданы рекомендуемые значения для выбранного нормативного документа.

Для увеличения моментов с учетом эффектов второго рода во внецентренно сжатых стержневых элементах, задаются случайные эксцентриситеты. Величины минимальных случайных эксцентриситетов вычисляются программой автоматически.

Реализован подбор арматуры по универсальной диаграмме бетона (параболически-прямоугольная диаграмма сжатого бетона).

В характеристиках арматуры задается класс продольной и поперечной арматуры (А, В или С), вид арматуры и задается характеристическое (нормативное) сопротивление арматуры (предел текучести f_yk).

Для продольной и поперечной арматуры при расчете по предельным состояниям I группы для постоянных и переходных расчетных ситуаций задается частный коэффициент γ_s (по умолчанию принят равным 1.15. Для аварийных и сейсмических сочетаний, а также при расчете по предельным состояниям II группы (контроль трещин) γ_s принимается в соответствии с требованиями выбранных норм).

Для характеристик пластичности задается отношение k прочности арматуры на растяжение к пределу текучести и характеристическая деформация (максимальное удлинение) при максимальной силе.

Для стержневых элементов задается максимальный диаметр продольной арматуры, который может быть установлен в углах сечения и количество арматурных стержней в углах сечения.

Добавлен новый вид расчета «Наклонная балка», который в отличие от обычного вида расчета «Балка» позволяет учесть продольную силу сжатию и соответственно длины и расчетные длины элементов. При этом могут быть учтены конструктивные требования для балок.

Появилась возможность изменять характеристики материалов непосредственно в таблице материалов. Для этого необходимо установить опцию «Использовать редактируемые таблицы». После этого можно задавать или выбирать свои характеристики материалов непосредственно в таблице.

3.2 Расчет на продавливание

Для безбалочных перекрытий и фундаментных плит реализован расчет на продавливание.

Для определения коэффициента армирования (используется при расчете сопротивления плиты продавливания) в материалах дополнительно задается площадь или процент армирования плиты по направлениям согласованных осей X и Y. В случае если эти данные не будут заданы, коэффициент армирования будет принят равным 0,02.

В результате расчета на продавливание выдаются данные о коэф. несущей способности для продавливания, площадь арматуры продавливания. Результаты доступны как в графическом, так и в табличном виде.

В таблице сочетаний для продавливания добавлена информация о типе и имени сочетаний, которые используются в расчете.

3.3 Заданное армирование (ТЗА)

Реализована проверка на заданное армирование. В результате такого расчета выдаются коэффициенты запаса армирования.

Проверка заданного армирования расширена на все типы стандартных сечений для стержневых элементов.

Для выполнения расчета на заданное армирование должны быть заданы железобетонные материалы и информация по расстановке арматуры в сечениях стержневых и пластинчатых элементов.

Для стержневых элементов прямоугольного сечения имеется возможность задавать армирование простым способом: в виде только угловых стержней, только промежуточных стержней, а также комбинации угловых и промежуточных стержней.

Также есть возможность задавать армирование комбинированным способом, точным и ТЗА с поперечной арматурой.

Можно использовать подобранную арматуру в качестве заданной. Для этого при включенной шкале результатов подобранной арматуры нужно воспользоваться кнопкой «Формировать ТЗА на основании шкалы армирования».

Реализована возможность задания ТЗА для круглых и составных сечений типа тавр, двутавр и т. п.

Для пластинчатых элементов имеются свои инструменты для задания ТЗА по направлениям согласованных осей у нижней и верхней граней.

Чтобы использовать подобранную арматуру в качестве заданной, при включенной шкале результатов подобранной арматуры нужно воспользоваться кнопкой «Формировать ТЗА на основании шкалы армирования».

Для того чтобы ускорить время расчета на заданное армирование в материалах задается диапазон коэф. запаса несущей способности. Подробный результат коэф. запаса выводится в пределах заданного диапазона. Значения коэф. запаса, которые больше или меньше заданных значений выводятся как одно значение.

В предыдущих версиях был реализован расчет коэф. запаса только по прочности. Сейчас для стержневых элементов можно еще получить следующие коэф. запаса:

• на действие крутящего момента;
• на действие поперечной силы;
• по раскрытию трещин;
• полная проверка, которая включает проверку на совместное действие крутящего момента и поперечной силы и проверку на совместное действие крутящего и изгибающего моментов.

В таблицах результатов проверки на заданное армирование и в диалоговом окне информации об элементе выводятся все 5 коэф. запаса и номер строки сочетания РСН, по которой получен каждый коэф. запаса.

Для пластинчатых элементов теперь кроме проверки по прочности (коэф. запаса был реализован в предыдущих версиях) можно получить коэф. запаса по раскрытию трещин и полную проверку. В таблицах результатов проверки на заданное армирование и в диалоговом окне информации об элементе выводятся все коэф. запаса и номер строки сочетания РСН, по которой получен каждый коэф. запаса.

Для норм СП PK EN 1990:2002+A1:2005/2011 реализован подбор и проверка заданного армирования на основании определяющих РСН.

Важно!
Если конечный элемент входит в конструктивный элемент, то его количество определяющих РСН может быть расширено до общего набора комбинаций всех КЭ, составляющих этот конструктивный элемент. Такая возможность необходима для того, чтобы учесть форму эпюр усилий по длине конструктивного элемента для более корректного расчета при конструировании.

Для норм СП РК EN 1992-1-1:2004/2011 добавлена проверка заданного армирования на действие перерезывающих сил и эксплуатационную пригодность (ширина раскрытия трещин).

4. Стальные конструкции

Для норм СП РК EN 1993-1-1:2005/2011 в локальном режиме расчета добавлена информация об определяющих усилиях, которые были использованы при проверке/подборе стального сечения. Данная возможность значительно упрощает анализ полученных результатов, а также позволяет оценить вклад каждого загружения или комбинации нагрузок.

В расчете по нормам СП РК EN 1993-1-1:2005/2011 и СП РК EN 1998-1:2004/2012 реализована возможность учитывать диссипацию сейсмического воздействия за счет пластической работы конструкции при сейсмике для моментных рамных каркасов, каркасов с концентрическими диагональными и V-образными связями, конструктивных систем типа перевернутого маятника и моментных рамных каркасов, комбинируемых с концентрическими связями.

При расчете стальных конструкций на сейсмическое воздействие формируются сейсмические усилия в диссипативных зонах и соседних элементах по принципу "слабый диссипативный конструктивный элемент"-"сильный не диссипативный" в соответствии с требованиями СП РК EN 1998-1:2004/2012

В параметры расчета на сейсмические воздействия введен Ωi max - максимальный возможный коэффициент запаса прочности. Таким образом Ω может быть не меньше 1 и не больше Ωi max. По умолчанию Ωi max = 1.3.

5. Сейсмические воздействия

При расчете на сейсмические воздействия необходимо задать массы. Наиболее распространенным способом является преобразование статических нагрузок в массы.

Далее необходимо задать характеристики для расчета на сейсмические воздействия:

• выбрать вид воздействия «СП РК EN 1998-1:2004/2012, НТП РК 08-01.1-2017» (модуль динамики 61);
• задать количество учитываемых форм колебаний;
• выбрать метод суммирования составляющих (должен быть выбран метод CQC);
• задать другие необходимые параметры, характеризующие площадку строительства, сейсмический район и направление равнодействующей сейсмического воздействия.

Была добавлена возможность задавать повышающие коэффициенты Fvk, уникальные для каждого динамического загружения.

Данная реализация позволяет учесть зависимость коэффициента Fvk от перекоса этажей, например, для сейсмических воздействий по разным направлениям Х и Y.

Доступ к команде открывается при задании любого сейсмического воздействия, кроме (37), (38), (46), в диалоговом окне Таблица динамических загружений, и при выборе в качестве текущего сейсмического загружения с указанным воздействием.

Для суммирования сейсмических воздействий разных направлений можно воспользоваться специальной возможностью редактора загружений. После щелчка по кнопке «Добавить загружения по комбинации результатов» в отдельном окне задается формула для комбинации и коэффициенты к сейсмическим загружениям.

Чтобы сформировать сочетания РСН с наличием сейсмических воздействий, в окне «Расчетные сочетания нагрузок» имеется отдельный вид сочетаний «Сейсмическое сочетание».

Добавлена возможность вычисления коэффициента чувствительности к перекосу этажа θ. Данная реализация позволит оценить необходимость учета эффектов второго рода (Р-∆) в расчетной модели при расчете на сейсмические воздействия.

Для предотвращения формирования механизма пластического деформирования в гибких этажах необходимо соблюдать условие 4.29 СП РК EN 1998-1:2004/2012. Чтобы это учесть необходимо установить флажок «Учитывать условие 4.29 Еврокод 8» и задать коэффициенты к моментам балок и колонн в узловых соединениях. Данные коэффициенты будут применяться к соответствующим моментам в сочетаниях РСН с сейсмическими воздействиями. Для учета этого условия есть обязательные требования: для элементов балок должен быть назначен вид расчета «Балка», а для элементов колонн – «Колонна».

При расчете в конструирующих системах железобетонных и стальных конструкций для сочетаний с сейсмическими воздействиями применяются дополнительные коэффициенты к прочности используемых материалов в соответствии с выбранными нормативными документами.

Реализована возможность в рамках одной модели выполнять расчет на сейсмические воздействия, рассматривая два варианта повышенных коэффициентов к С1 (*10*1.5 и *10/1.5), т.е. два огибающих варианта повышения жесткости основания, но при этом коэффициенты упругого основания по площади фундамента для динамики нужно принимать постоянными, а не переменными. Указанные расчетные предпосылки приведены в п.п. Д.3.1-Д.3.3 приложения Д к НТП РК 08-01.2-2021. Данний расчет можно виполнять с помощью новой функции "Подзадачи".

Добавлена возможность автоматического заполнения таблицы сбора масс для динамических загружений. Таблица заполняется на основании коэффициентов сочетаний, использованных при формировании комбинаций РСН, в которые входят динамические загружения.

Добавлена возможность построения эпюр прогибов в плоскости пластин, которую, например, можно использовать для классификации перекрытий по жесткости.

Добавлена команда "Классификации жесткости диска перекрытия в своей плоскости" в соответствии с НТП РК 08-01.2-2021 п.2.2.5.4 формулы 2.2 и 2.4

6. Основания зданий и сооружений

Согласно нормативным документам в Казахстане, в практических расчетах определяют полную осадку, используя расчетные схемы основания в виде линейно-деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи.

Если осадку принять по методике п.4.7 СП РК 5.01-102-2013 (текущая практика применения, более подробное описание в НТП РК 07-01.2-2011, в Приложении Б), то она идентична нормам СП 22.13330.2016, только коэффициент определения глубины сжимаемой толщи необходимо задать в соответствии с требованиями РК. Значит пока можно пользоваться имеющимся функционалом ПК ЛИРА-САПР.

Добавлена возможность расчета осадки для специфических грунтов (просадочных, набухающих и засоленных) в соответствии с требованиями норм СП РК 5.01-102-2013.

Добавлена возможность расчета дополнительной составляющей осадки для любого промежутка времени t за счет консолидации грунта. Расчет выполняется по формулам 7.5-7.7, пункт 7.2.2.1 НТП РК 07-01.4-2012.

Добавлена возможность расчета дополнительной составляющей осадки от ползучести. Расчет выполняется по формуле 7.16, пункт 7.2.3.5 НТП РК 07-01.4-2012.