Моделирование плитного фундамента (КРОСС)
Согласно п. 2.37 СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений», расчёт основания должен производиться из условия совместной работы сооружения и основания. В общем случае алгоритм моделирования плиты на упругом основании в SCAD следующий:
В программе КРОСС необходимо создать площадку:
задать приблизительные размеры будущей площадки
задать расположение буровых скважин
задать характеристики грунтов
задать данные по скважинам
сохранить площадку и выйти из программы
В SCAD определить среднее давление здания на основание. Для этого необходимо разделить вес здания на площадь фундаментной плиты. При определении веса здания необходимо использовать нормативные значения постоянных и длительных нагрузок. Ориентировочный вес здания можно определить на основе данных «протокола решения задачи»
Произвести экспорт фундаментной плиты в КРОСС:
использовать готовую площадку
задать расположение здания на площадке
задать глубину заложения фундаментной плиты и нагрузку на фундаментную плиту, определённую в п.2
произвести расчёт
сохранить данные для SCAD
закрыть КРОСС
В SCAD применить результат расчёта коэф-тов постели. Использовать средние значения, не более 10 штук
Произвести расчёт модели в SCAD. В результате расчёта будет получено новое распределение давления фундаментной плиты на грунт основания
Снова произвести экспорт фундаментной плиты в КРОСС. На этот раз SCAD предложит использовать результаты расчёта в качестве нагрузки на грунт основания. Необходимо выбрать комбинацию загружений, отвечающую нормативным значениям постоянных и длительных нагрузок
использовать готовую площадку
задать расположение здания на площадке
задать глубину заложения фундаментной плиты; нагрузку задать равной 0 (значения автоматически берутся из SCAD)
произвести расчёт
сохранить данные для SCAD
закрыть КРОСС
Повторить пункты 4-5-6 несколько раз. Как определить правильное количество итераций — не известно. Представляется, что достаточно 3-4 итераций. Обратите внимание, что получить сходимость скорее всего не получится. В какой-то момент значения начнут колебаться туда-сюда с каждой новой итерацией
Полезные ссылки
Обсуждение
Игорь , 2013-02-08 02:44
Я думаю надо добавить информацию по поводу закрепления плиты по горизонтали (Х, У), где и как закреплять
Dmitry Rudenko , 2013-02-08 13:21
Граничные условия по X и Y я рекомендую делать с помощью пружинок во всех узлах фундаментной плиты.
Практика показывает, что жёсткое закрепление даже нескольких узлов искажает результаты.
П.С. Редактирование своих комментариев возможно для зарегистрированных пользователей. После последнего сбоя на сайте я отключил возможность регистрации, но можно попробовать вернуть её назад
Игорь , 2013-02-08 18:02
Я согласен, что нужно закреплять во всех узлах, но не совсем согласен (возможно от незнания) с пружинками, потому что если перебрать с их жесткостью, то мы получим те же самые жесткие закрепления, а если недобрать, то получим завышенные напряжения. К тому же, в справке по лире рекомендуется закреплять все узлы плиты по Х и У, сам же я получил адекватные напряжения в плите в SCADe, лишь закрепив все узлы плиты.
Расчет фундаментной плиты в SCAD
Добрый день коллеги. Пробую расчитать фундаментную плиту в скад. И у меня вот такой вопрос? Подскажите пожалуйста полученные поля напряжений в плите (Rz) это и есть усилия действующие на грунт основания? Т.е. если у меня несущая способность грунта — 2кг.см2, а я получил Rz — 2.6кг.см2 то габариты плиты необходимо менять? Спасибо за консультацию.
Просмотров: 15489
palexxvlad
Сообщений: n/a
не нужно ничего менять, и пугаться не нужно максимальных значений под углами плиты. вычислите среднее давление на грунт.
| palexxvlad |
Регистрация: 23.11.2008
Старый Оскол
Сообщений: 253
Среднее давление на грунт составляет 1.1 кг. Не могли бы вы немного поподробней объяснить. почему менять ничего не стоит? Может подскажете какую нибудь литературу.
palexxvlad
Сообщений: n/a
Сообщение от nikolay2
Не могли бы вы немного поподробней объяснить. почему менять ничего не стоит?
Сами думайте. Ну потечет грунт под углами, и что? Велики ли зоны этих пластических деформаций? Повлияют ли они на несущую способность фундаментной плиты и здания вцелом?
Сообщение от nikolay2
Может подскажете какую нибудь литературу.
Любой учебник по основаниям и фундаментам. Там ищете, как определяется давление на грунт под подошвой (усредняется или по максимальному значению)
| palexxvlad |
Регистрация: 29.09.2008
Сообщений: 3,412
nikolay2, вы не путайте R — расчетное сопротивление грунта основания и его несущую способность. Это разные вещи. Расчетное сопротивление грунта основания всего лишь показывает в каких пределах можно определять деформации применяя расчетную схему линейно-деформированного полупространства или слоя.
Регистрация: 23.11.2008
Старый Оскол
Сообщений: 253
Спасибо разобрался. Еще подскажите пожалуйста следующий момент — я получил армирование плиты под колонной — AIII диаметром 22,25мм. с шагом 200. А теперь немного засомневался. Не получилось ли так, что рабочую высоту сечения при расчете армирования СКАД принял в два раза меньше чем в действительности.(см.рис.1а), не нежно ли задавать дополнительный эксцентриситет для плиты (в моем случае он будет 250мм.)см.рис.1б. Если нужно то как это сделать? (Просто я где-то встречал подобное и не помню где посмотреть.)
| плита.zip (579.7 Кб, 593 просмотров) |
Регистрация: 27.08.2010
Санкт-Петербург
Сообщений: 22
Слишком мелкая сетка КЭ у Вас, не удивительно, что такие напряжения на углах получили.
Регистрация: 04.07.2009
Подмосковье
Сообщений: 1,516
Сообщение от SDenis
Слишком мелкая сетка КЭ у Вас, не удивительно, что такие напряжения на углах получили.
А какая оптимальная триангуляция как в SCADe, так в Lire. Подскажите, пожалуйста.
Регистрация: 05.10.2007
р. Татарстан
Сообщений: 4,840
Регистр, Ну вроде как оптимальной считалась сетка при которой размер конечного элемента равен его толщине
Получается для плиты h=500 размер кэ 0,5. И от программы это вроде как не зависит.
__________________
Категории — нет
Главспеца — нет
ГИПА — нет
Начальник — архитектор
palexxvlad
Сообщений: n/a
Regby, на мой взгляд это не всегда верно. Не могу понять, причем здесь толщина плиты? А если конструкция габаритом 1,5м и толщиной 0,5м? Чтобы результат был более менее точный нужно грань плиты делить минимум на 5 КЭ, больше — лучше(точнее), но до разумного предела.
| palexxvlad |
Сообщений: n/a
. добавлю — многое зависит и от конечных элементов — те же гибридные в MicroFe или многоузловые в Ansys и ему подобных позволяют получить результат даже на очень грубой сетке — для того и созданы. Но при этом сама возможность применения конкретных КЭ определяется не только толщиной плиты, но и расстояниями между опорами. Если это расстояние сопоставимо с толщиной, то нужно задуматься вообще о возможность применения пластинчатых КЭ. А если с расстоянием все нормально — то шаг выбирается в зависимости от задачи. Если задача — НДС указанной плиты, то шаг зависит от точности элемента, в общем случае его можно определять сгущая сетку до тех пор, пока изменение результата (за исключением пиков) перестанет быть заметным. При высокоточных КЭ вполне может хватить 4-х элементов на пролет. Но если НДС конструкции не интересен, то сетку можно принять и более грубой (к примеру считаете нижние этажи, а верхние Вам нужны лишь для нагрузки).
Регистрация: 23.11.2008
Старый Оскол
Сообщений: 253
Как вы наверно уже поняли я не матерый пользователь скад. Я задал сетку 0.1м. для удобства приложения нагрузок. Скажем у меня от края плиты на расстоянии 0.3 метра надо задать нагрузку от стены.(величина нагрузки 19.4тс/м.п.) Я просто задал в каждую точку нагрузку по 1.94тс. И еще, если стена от края плиты находится на раст 0.3 метра, а триангуляцию я сделал с шагом. 0.5, как мне задать нагрузку в том месте где мне нужно? И еще подскажите пож. по моему посту №6.
Регистрация: 27.08.2010
Санкт-Петербург
Сообщений: 22
Регистр, оптимальный шаг 0.3-0.5м, но все зависит от конкретного случая, как уже сказали Ал-й и palexxvad.
Расчет фундаментной плиты в скаде
О чем только не пишут здесь. © Благонамеренный блогер
Расчет фундаментной плиты в SCAD.
Попробуем рассчитать фундаментную плиту под небольшое гражданское здание, нам ассистирует программа SCAD и КРОСС
Считаем что у нас все готово, а именно мы знаем что давит на нее сверху и что сопротивляется этому давлению снизу.
Шаг 1. Создаем очертание плиты. Создаем контур, отступая от габаритов колонн или стен здания. Вылет консоли плиты желательно делать не менее ширины плиты. Теперь контур необходимо разбить на определенной количество пластинчатых элементов. В SCAD существует как минимум два способа:
На вкладке «узлы и элементы» выбираем элементы(1), затем создаем элементы(2) и после разбиваем(3). Минусы — постоянно необходимо просчитывать на какое количество элементов ты хочешь разбить и в обоих направлениях, при это неусыпно следить за направлениями собственных осей. Если у вас сетка 6х6 — хорошо. А если нет, а если кривое здание и треугольные элементы? Для треугольных элементов есть своя кнопка, аналог (3), но ей лучше никогда не пользоваться, как и треугольными элементами. Это окно будет сниться, если будете делать это впервые для плиты как в этом примере.
На вкладке «схема» находим кнопку (1), затем определяем контур при помощи кнопки (2). Окончанием определения контура должно служить двукратное нажатие левой кнопки мыши. После кнопка (3) и появится окно для выбора параметров разбивки.
Я обычно в этом окне выбираю метод «В», «создание ортогональной сетки с заданным максимальным размером элемента», «шаг триангуляции» назначаю в зависимости от толщины (как правило шаг 0,3 — 0,4) и ставлю галочку «объединить 3-х узловые элементы в 4-х узловые». Можно и сразу назначит жесткости.
Эффективным, как и должно быть, является смешанный метод. Первым методом задаешь количество в том или ином направлении, а вторым затем разбиваем с тем же шагом. Так же не забываем изменить/задать тип элементов фундаментной плиты — это должен быть 44 тип КЭ (вкладка «назначение» — «назначение типов конечных элементов»). Ранее у нас колонны/стены были защемлены якобы в фундаменте. Сейчас вместо него плита и если мы уберем защемление, то все наше «добро» «провалится» и расчет не будет выполнен. Есть несколько подходов к решению этой проблемы. Некоторые защемляют несколько узлов по краям и в середине, или полосами вдоль и поперек. Некоторые используют 51 тип КЭ. Я пробовал и тот и другой вариант. При использовании защемления в этих местах получим пиковое армирование, а в случае 51 КЭ — нет. В остальном разницы не нашел, поэтому я за 51 КЭ. Все узлы фундаментной плиты выделяем и задаем «связи конечной жесткости» («узлы и элементы» — «специальные элементы»).
Шаг 2. Расчет при помощи КРОСС.
Если обратится к официальной странице, то там о КРОСС написано «. результат работы программы являются значения коэффициентов постели. «, но и есть и информация (хвалебная статья) о том, что в КРОСС используется «билинейная модель», которая «лучше отвечает опытным данным».
То, что будет описано ниже — воистину танец с бубном! Если нет времени лучше неуклонно следовать инструкции, но сначала дочитайте до конца.
Для первоначального расчета нам необходимо значение равномерно распределенной нагрузки на поверхность плиты. Взять ее можно из протокола решения задачи, сложив суммарные нагрузки по Z, и разделив на площадь фундаментной плиты. Площадь фундаментной плиты можно попытаться измерить инструментом «определении площади полигона» на вкладке «управления». Если даже объект смоделирован в SCAD и хотелось бы рассчитать «так как есть», то все равно придется первый раз пробежаться с равномерно распределенной, потому что во так вот. При передачи данных в КРОСС нас будут спрашивать постоянно «открыть ли существующую площадку». Первый раз все-таки «нет», а потом возможно что «да». Увлекательный процесс задания грунтов и скважин не описывается, о нем можно прочитать здесь. Задаем равномерно распределенную нагрузку и отметку фундаментной плиты. Рассчитываем и предаем данные в SCAD. В окне «назначения коэффициентов упругого основания» можно изменить количество коэффициентов, а можно и не менять. После коэффициенты применяются к плите. Результат можно увидеть нажав правой кнопкой мыши на иконку «номера типов жесткости» панели «фильтры отображения и выполнив ряд манипуляций.
Выполняем расчет. На этом можно закончить, но если есть желание посидеть еще пару часов, то после расчета опять выделяем элементы фундаментной плиты и пытаем передать данные в КРОСС. Вот оно, окно.
Соглашаемся и выбираем загружение или комбинацию
Данные передаются в КРОСС. Далее по идеи необходимо зайти в «настройки» — «нагрузки получены из SCAD» и убрать равномерно распределенную нагрузку (сделать ее равной нулю). Можно считать. После расчета (если получилось), передаем снова данный в SCAD, пересчитываем, снова передаем в КРОСС и т.д. пока не надоест. Если что-то не получилось я отметил ниже, то с чем столкнулся сам, может поможет:
— Если задать грунт, а потом редактировать номера скважин, то усилия могут пойти прахом, грунты могу исчезнуть (как у меня) и придется заполнять заново.
— Менее важно, но все же — при заполнении таблицы “грунты”, если вы забыл какой-то слой ввести в порядке очереди, для порядку, то вставить его в нужное место потом уже не получиться (как у меня).
— Тоже пустяк — если грунт водонасыщенный, то надо бы задать его отдельным слоем, со своими параметрами, другого механизма нет.
— И еще, уже подсказка — при заполнении скважин лучше давать отметки как есть в геологии, абсолютные, а то запутаться можно.
— В окне «назначения коэффициентов упругого основания» лучше всего ограничивать число коэффициентов, хотя бы до 100, по двум причинам: читать результат будет легче и есть подозрение, что если ничего не трогать коэффициенты не присваиваются.
— Очень важное наблюдение — если вы, вдруг, захотели изменить геометрию плиты и засунуть в существующую площадку, то вам не повезло. Конечно можно создать новую, но экспорта ни грунтов ни скважин я не нашел, то есть геологию придется вводить по новый. Если не хочется вводить по новый, а геометрию все-таки изменили, то путь решения проблемы следующий:
— создаем новую площадку и выписываем от туда ее габариты (можно больше), чтобы в точности (можно не в точности) вставить их в существующую
— есть кнопка удалить, воспользуемся ее и удалим существующий контур фундаментной плиты (возможно, что операция и лишняя, и достаточно выполнить пункт ниже)
— этот пункт сложнее всего выполнить. из SCAD передаем в существующую площадку КРОСС новую геометрию (с измененным габаритом и уделенным контуром). теперь самое интересное. контур новой плиты отображен на площадке, а его очертание привязано к курсору мыши и перемещается по экрану вместе с ним. если нажать правую кнопку — результата не будет, все пропадет. остается один способ — левая кнопка. но(!) нужно попасть очертанием на контур (чтобы синие линии стали желтыми!), причем чуть-чуть промахнуться можно, но на сколько, только КРОСС знает. если что-то пойдет не так — он (КРОСС) остановит сообщением “ошибка импорта”
Для выполнения итераций КРОСС — SCAD пришлось своим умом пройти тернистый не логичный путь, чтобы данные из SCAD все-таки учитывались в КРОСС (потрясающая программа отняла у меня два дня жизни). Разработанный мною алгоритм не совпадает с описанным в руководстве пользователя. Там (в руководстве) предлагают просто передать нагрузку в существующую площадку, затем удалить нагрузку равномерно распределенную, затем в меню “настройки” поставить галочку “нагрузки полученные из SCAD”. Схема преобразится, но если нажать расчет выскочит сообщение о нулевых осадках. Лечится созданием схемы только с геологией и отметкой подошвы (с нулевой нагрузкой на плиту). Вставляя в эту схему и щелкая “нагрузки полученные из SCAD” действительно все работает.
Шаг 3. Расчет средствами SCAD
Как бы хорош не был КРОСС, возможности в этом направлении у SCAD еще хуже. Одно то чувство при работе с КРОСС — серьезная программа, дружественный интерфейс, почти все функции работают и почти все понятно. Когда делаешь то же самое в SCAD такие чувства не возникают. Возникает одно — а стоит ли делать это в SCAD? Я проверил — ответ между строк. Во такое диалоговое окно, после того как мы прошлись по вкладке «назначения» — «назначения коэффициентов упругого основания»
Я выбирал «расчет коэффициентов деформированности основания» руководствуясь те, что имею в качестве исходных данных именно модуль деформации, который там и требуется (если выбрать «расчет коэффициентов упругого основания» то с нас потребуют модуль упругости). На самом деле меня ввели в заблуждение или я сам заблудился. Расчет необходимо вести по упругому основанию, а так результат сопоставим с разницей в 10 раз. Появляется окно с характеристиками. Вводим данные слоя, сохраняем, вводим новый и т.д. Затем расчет и применяем к элементам. Очень утомительно, если на площадке больше одной скважины
Сначала по делу. При итерациях КРОСС — SCAD изменения можно увидеть и не только при смене равномерно распределенной нагрузки на результаты реакции грунта. Только на результат в итоге это не сильно повлияло, возможно у меня был такой «неудачный» пример. А вот если рассмотреть методическое пособие, на которое ссылался выше, то там различия мне найти не удалось, сколько не всматривался. Результат полученный собственно SCAD сопоставим с КРОССом.
Расчет отдельно стоящих фундаментов в SCAD office
Инженер, столкнувшийся с расчетом каркаса здания, одним из несущих элементов которого является колонна, придет к необходимости расчета отдельно стоящего фундамента. Для расчета в вычислительном комплексе SCAD разработчики предусмотрели практически полный функционал для определения несущей способности по всем критериям проверки фундамента.
Итак, выполнив построение каркаса, например, металлического потребуется расчет отдельно стоящих фундаментов. Для этого в вычислительном комплексе SCAD необходимо указать узлы, закрепленные от смещения по заданным направлениям и углам поворота (именно в этих узлах можно выполнить расчет реакции опор). Анализу подвергаются чаще всего вертикальная реакция, горизонтальная и момент в плоскости работы конструкции. Вычислительный комплекс SCAD выводит реакции для всех узлов, отмеченных пользователем, как правило, рассматривается три комбинации нагрузок для:
Максимальные значения при большой загруженности схемы визуально определить непросто, можно воспользоваться инструментом «документирование», где с помощью вывода таблицы всех значений из вычислительного комплекса SCAD в MS Excel фильтруется нужные ячейки чисел.
Полученные комбинации значения необходимо далее использовать при расчете отдельно стоящего фундамента. Расчет отдельно стоящих фундаментов можно выполнять и вручную, для этого производятся вычисления давления под подошвой фундамента.
Ввиду возникающего момента, давление получается неравномерным. Вычисление краевых значений производится по формуле
- N – сумма вертикальных нагрузок на фундамент, тс
- A – площадь фундамента, м2
- M — момент от равнодействующей всех нагрузок, действующих по подошве фундамента
- W — момент сопротивления площади подошвы фундамента, м 3 (для ленточного фундамента длина сечения 1м) , где b – ширина фундамента.
Следующим этапом расчета отдельно стоящего фундамента становится определение расчетного сопротивления грунта. Вычисления производятся по СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений», формула 5.7. Для расчета нужны инженерно-геологические изыскания слоев грунта рассматриваемой площадки строительства (или непосредственно под отдельно стоящем фундаменте).
Вычисления расчетного сопротивления грунта для отдельно стоящего фундамента можно также производить с помощью программы ЗАПРОС (сателлита вычислительного комплекса SCAD). В программе реализован расчет по СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений».
Получившееся значение R должно быть обязательно больше значения давления P. В противном случае требуется уменьшение давления на грунт, например, увеличением площади отдельно стоящего фундамента. Площадь фундамента и момент сопротивления сечения фундамента находятся в знаменателе формулы нахождения давления P, что и заставляет снижать показатель давления.
При расчете отдельно стоящего фундамента нельзя также забывать и о расчете фундаментной плиты на продавливание и вычисления несущей способности. Фундаментная плита по несущей способности рассчитывается как двух консольная балка, нагрузка на которую равна давлению на грунт (III закон Ньютона). Результатом расчета становится установка рабочей «нижней» арматуры сечения плиты.
Усилие на плиту от колонны приходит весьма существенное, поэтому при расчете на продавливание может возникнуть необходимость установки дополнительных ступеней отдельно стоящего фундамента.
Продавливание, как и расчет двух консольной балки, может выполнить программа АРБАТ (сателлита вычислительного комплекса SCAD).
При выполнении всего вышеописанного алгоритма можно считать расчет отдельно стоящего фундамента выполненным.
Теперь вернемся к схеме каркаса здания. Любой фундамент на грунтовом основании (кроме скального) проседает под действием той или иной нагрузки. Полученная дополнительная деформация схемы способствует изменению перераспределению усилий уже в элементах схемы. Отсюда появляется необходимость в некоторых случаях (наиболее ответственных) устанавливать не жесткое защемление, а упругую связь, в месте примыкания колонны к отдельно стоящему фундаменту. Вычислительный комплекс SCAD не вычисляет автоматически жесткость упругой связи, но можно эту операцию выполнить вручную. Жесткость упругой связи при вертикальном смещении равна отношению несущей способности отдеьлно стоящего фундамента к его осадке, полученное значение измеряется в т/м. Осадка может быть вычислена с помощью программы ЗАПРОС (сателлита вычислительного комплекса SCAD).
Произведя расчет отдельно стоящих фундаментов мы получаем более точную картину деформации здания, а значит и более точные усилия в конченых элементах.
Итак, с помощь вычислительного комплекса SCAD пользователь сможет выполнить требуемый расчет отдельно стоящих фундаментов, подобрать необходимую площадь основания, выполнить расчет на продавливание, определить крен здания, а также учесть перераспределение усилий в зависимости полученной осадки конструкции.