Что такое гибкость колонны

Расчёт гибких ЖБ колонн без проблем

В наше время всё чаще приходится иметь дело с более тонкими или гибкими элементами в силу экономии материала или удовлетворения архитектурных требований. Поэтому очень важно уметь соблюдать баланс между экономичностью и безопасностью строительных конструкций.

Введение

О чём вы думаете, когда перед вами стоит задача проектирования и расчёта гибкой железобетонной колонны?

• Какие методы оценки выбрать, упрощённые или более точные?
• Использовать специализированное программное обеспечение или обойтись собственными наработками в Excel?
• Получится ли в Excel учесть сложное сечение железобетонного элемента
• Как определить момент потери устойчивости гибкой колонны?

Вы можете возразить, что полагаться на упрощённые методы не стоит и лучше выбрать более точный и безопасный нелинейный расчёт. Но вопрос учёта геометрической и физической нелинейности довольно сложен и может занять много рабочего времени.

Может быть, есть какой-нибудь простой инструмент, позволяющий легко выполнять сложные нелинейные расчёты? Да, такая программа есть!

Ознакомьтесь с новой функцией в IDEA StatiCa Concrete Расчёт и проверка гибких колонн по Еврокоду .

Рабочий процесс

Всё довольно просто. Следуйте пошаговым инструкциям и выполняйте расчёт и проверки железобетонных колонн по нормам:

• Настройте геометрию конструкции, включая граничные условия и арматуру;
• Приложите нагрузки к расчётным и вспомогательным элементам
• Запустите нелинейный расчёт и выполните анализ
• Создайте отчёт со всеми необходимыми рисунками и результатами проверок

Хотите повысить эффективность своей работы? Объедините первые два этапа в один с помощью наших BIM интерфейсов!

Используйте имеющиеся FEA программы (SCIA Engineer, RFEM, AxisVM, SAP2000, Robot и др.) и импортируйте необходимые конструкции в IDEA StatiCa с помощью Checkbot. С помощью Checkbot вы сможете легко запустить нелинейный расчёт и выполнить проверку гибких колонн.

Метод, заложенный в программу

Метод основан на оценке напряжений и деформаций в каждом сечении, на которые автоматически разбивается расчётный элемент. Всё, что вам нужно — это правильно заармировать расчётный элемент.

Каждое сечение железобетонного элемента автоматически разбивается на конечные элементы в соответствии с настройками ГФНР (англ. GMNA) решателя. Параметры по умолчанию всегда можно найти в настройках. Благодаря качественной разбивке сечения на конечные элементы в каждом сечении вычисляются точные результаты для каждой бетонной фибры и каждого арматурного стержня. Настройки сетки конечных элементов бетона и арматуры и количество расчётных сечений по длине элемента можно задать в настройках.

Поведение арматуры и бетона описывается их диаграммами работы (напряжение-деформация), составной параболической и билинейной с наклонными ветвями соответственно.

Сам ГФНР (англ. GMNA) состоит из трёх типов расчёта:

• Физически нелинейный расчёт (ФНР)
• Линейный расчёт устойчивости (ЛРУ)
• Геометрически и Физически нелинейный расчёт с учётом начальных несовершенств (ГФНР)

В первую очередь выполняется физически нелинейный расчёт (ФНР). Если не требуется учитывать геометрическую нелинейность и несовершенства, на этом процесс расчёта и проверки можно завершить. После этого полученные значения (напряжения и деформации) сравниваются с предельными значениями, прописанными в нормах. Подробные результаты для каждой бетонной фибры и арматурного стержня выводятся в графическом режиме для выбранного сечения и отображаются в таблице вместе с численными значениями напряжений и деформаций. Их можно проанализировать отдельно для бетона и отдельно для арматуры.

Если учёта только физической нелинейности недостаточно и нужно также учесть геометрическую, то в этом случае нужно линейный расчёт устойчивости (ЛРУ). В качестве результатов этого расчёта вы получите коэффициенты запаса устойчивости расчётного элемента по каждой форме потери и критические нагрузки. Этот тип расчёта поможет найти предполагаемые формы потери устойчивости конструкции при действующих нагрузках.

Однако, учёта результатов только линейного расчёта устойчивости может быть недостаточно, особенно, если в конструкции есть начальные несовершенства. Именно поэтому в таблице с результатами вы можете задать амплитуды несовершенств по каждой форме. Величину амплитуды следует указывать на основе опыта проектирования и рекомендаций нормативных документов.

Несовершенства можно задать по первым шести формам из линейного расчёта устойчивости (ЛРУ).

После задания несовершенств они будут автоматически пропорционально приложены к элементу и можно будет выполнить заключительный расчёт с учётом геометрической и физической нелинейности (ГФНР).

Этот расчёт позволяет учесть все начальные несовершенства (в материале или геометрии) в виде одного комплексного. Результаты ГФНР расчёта – напряжения и деформации в каждом отдельном сечении.

В основе проверки – сравнение результатов с предельными значениями из норм проектирования. Вы можете оценить подробные, так и краткие результаты для бетона и арматуры. На вкладке Проверка вы можете переключаться между напряжениями, деформациями, прогибами и другими проверками по нормам.

Практический пример

Предположим, что у нас есть расчётная модель всей конструкции в SCIA Engineer и нам требуется подобрать надёжное и экономичное решение. Самое сложное в этой задаче – задать расчётные длины колонны, идущей по всей высоте здания (14.2 м), и учесть все возможные нелинейные эффекты. Устойчивость такой гибкой колонны в данном случае будет определяющим фактором.

Рабочий процесс может быть выстроен следующим образом:

• Создание глобальной модели в SCIA Engineer
• Задание расчётов и комбинаций, запуск глобального линейного расчёта в SCIA Engineer
• Запуск BIM интерфейса для связи SCIA Engineer и IDEA StatiCa для импорта геометрии, нагрузок и результатов
• Импорт всей конструкции через SAF файл в IDEA StatiCa Checkbot для задания расчётного элемента (гибкая колонна) и выбор определяющих комбинаций
• Открытие проекта в IDEA StatiCa Member с гибкой колонной в качестве основного расчётного элемента
• Проверка корректности импорта — геометрии и нагрузок
• Настройка армирования колонны
• Выполнение всех необходимых расчётов (ФНР, ЛРУ, ГФНР)
• Оптимизация геометрии колонны и её армирования
• Печать отчёта со всеми необходимыми результатами, нормативными проверками, рисунками и схемами.

Опыт пользователей

Оцените новые возможности IDEA StatiCa Member и поделитесь своим мнением. Скачайте приложенный архив с файлами и выполните все необходимые расчёты самостоятельно.

У вас есть мысли о том, что можно улучшить? Мы будем рады выслушать ваши предложения.

Как вы могли заметить, результаты проверок не выполняются напрямую по определённым формулам и сложным программным алгоритмам, а скорее соответствуют указанным предельным значениям напряжений и деформаций в бетоне и арматуре. На данный момент в программе реализован только Еврокод. Если вы заинтересованы в интеграции других норм проектирования, пожалуйста, дайте нам знать.

Что такое гибкость колонны

По условной гибкости для двутаврового сечения при типе кривой устойчивости ′′в′′ определяем коэффициент устойчивости при центральном сжатииj = 0,697 (см. табл. 3.11).

Требуемая площадь поперечного сечения колонны

Требуемые радиусы инерции сечения:

Воспользовавшись из табл. 4.1 зависимостями радиуса инерции от типа сечения и его габаритов (высоты h иширины b), определяем для двутавра:

По технологическим соображениям (из условия сварки поясных швов автоматом) высота стенки h_w не должна быть меньше ширины пояса b_f. Назначаем размеры сечения, увязывая их со стандартной шириной листов:

Дальнейший расчет проводим только относительно оси у-у, так как гибкость стержня относительно этой оси будет почти в два раза больше, чем относительно оси х-х.

Толщину стенки назначают минимальной из условия ее местной устойчивости и принимают в пределах 6 – 16 мм.

гибкость колонн

Здравствуйте
Если мой вопрос может показаться довольно таки простым, пожалуйста не поленитесь на него ответить. Недавно заказчик сказал такую вещь, что балка должна проходить по прогибам, а колонна по гибкости. С балкой всё понятно, а вот с колонной не могу взять в толк имел ли он ввиду конструктивную гибкость lo/i меньше 120 или же он как то по своему трактовал расчет по трещиностойкости. Направте пожалуйста меня в нужное русло, только не сильно.

Просмотров: 23770
Регистрация: 28.02.2004
Сообщений: 1,796
А больше ничего заказчик не сказал ?
Регистрация: 21.11.2006
Московская обл
Сообщений: 42

Задача такая. есть колонна несущая сама себя, т.е. декоративная колонна. как задать её диаметр(колонна круглая). конструктивно это l0/i меньше 120. посчитали получили 72мм минимальная величина, приняли из его опыта 200мм, насколько обоснованно

Регистрация: 02.08.2007
Сообщений: 174
Уточните высоту и условия закрепления — всё влияет
Регистрация: 17.08.2007
Сообщений: 276

если сталь, то в целом правильно сказал

предельные гибкости элементов: СНиП II-23-81 табл.18 и 19

__________________
иногда лучший диалог это молчание
Регистрация: 25.12.2006
На восток от Эдема. примерно: N+5. ° 44′ 35.88″, E+38° 2′ 59.85″.
Сообщений: 331
Сообщение от винсент75
b]конструктивно это l0/i меньше 120[/b].

«. -Как это здорово.
-Еще бы! Не здорово. — «Со мной не соскучишься. »
-м/ф «Малыш и карлосон»
Может у вас очепятка.
Улицкий И И(стр 276)- Размеры сечений железобетонных стоек должны во всех случаях приниматься такими чтобы их гибкость в любом направлении не превышала 139

Регистрация: 21.11.2006
Московская обл
Сообщений: 42

Всем спасибо за то, что откликнулись
1. условие закрепления жесткая заделка по обоим концам, длина элемента 3.1м
2. к сожалению не металл, оч. хочет заказчик ж.б.к, т.к. у него собственный завод
3. значение гибкости принимал по пособию к СНиП 2.03.04-84(ЦНИИпромзданий) пункт 5.4 (в СНиПе 5.3), хотя я очень даже не против в запас взять

Регистрация: 21.11.2006
Московская обл
Сообщений: 42

у меня еще вопрос, можно выбирать размеры стоек руководствуясь этим значением (ГИБКОСТИ) ведь здесь не учтены усилия приходящие на эти колонны. в наш век, когда здания 16-40 этажей не редкость этот показатель на второй план уходит, т.к. колонны минимум, для такой высотности, на нижних этажах 600х600, если архитектор разрешит 800х800, но и забывать про этот показатель не стоит

Регистрация: 18.03.2006
Сообщений: 1,501
винсент75

когда здания 16-40 этажей

.
Не, чего-то тут не то. Надо отделить мух от котлет.
По гибкости подбираются мет. колонны, у которых нагрузки оооочень малы.
В сильно-нагруженных ж/б колоннах немного по-другому. Их по гибкости не подберете. Там другие зависимости.
Откройте Пособие к СНиП по проектированию жбк без предварительного напряжения ар-ры и внимательно изучите его. Хотя для понимания надо бы еще глянуть в какой-нибудь учебник по жбк (например Улицкий).
Будут конкретные вопросы — задавайте.

Регистрация: 02.10.2003
Сообщений: 1,158
А при чем тут СНиП 2.03.04-84 ?
Регистрация: 21.11.2006
Московская обл
Сообщений: 42

— Romka, вы совершенно правы. я просто не разделил 2 случая.
1 случай. Колонны декоративние (такие тоже бывают) и подбор их сечения посмотрите указанное вами пособие п.5.4 или стойки см пост 6 где сечение подбирают и по гибкости тоже
2 случай. Колонны нижних этажей многоэтажных зданий, где сечение подбирается не по гибкости
— Fellini, СНиП 2.03.04-84 т.к. говорим о ж.б. колоннах, я не уточнил в теме

Регистрация: 02.10.2003
Сообщений: 1,158

Я и говорю, при чем тут СНиП 2.03.04-84
«БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ,
ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ РАБОТЫ
В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ
ПОВЫШЕННЫХ И ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР«?

Регистрация: 21.11.2006
Московская обл
Сообщений: 42
Тьфу ты 01 а не 04, вы не поверете, но я описался, с ударением на а
СНиП 2.03.01-84
Регистрация: 01.08.2006
Сообщений: 2,156

Люди, не лезьте со «стальным» СНиПом в железобетон. Гибкость в 120 для стальных опорных стоек ограничена, потому как малонагруженные стойки без ограничения гибкости могут оказаться как спички, а это рискованно.
А при расчете сжатой стойки по «железобетонному» СНиПу ты расчитываешь коэф-т продольного изгиба, а это и есть учет гибкости железобетонного стержня. (просто «не сложилось» говорить о гибкости железобетона)

__________________
Понятно только то, что ничего не понятно.
Регистрация: 05.07.2007
Сообщений: 18

Гибкость (в виде качество человека). нужное качество для современных конструкторов . Но последнее слово конечно за конструктором — здание должно стоять (никого не удивила).

Регистрация: 19.06.2005
Сообщений: 3,396
Сообщение от Denbad

Люди, не лезьте со «стальным» СНиПом в железобетон. Гибкость в 120 для стальных опорных стоек ограничена, потому как малонагруженные стойки без ограничения гибкости могут оказаться как спички, а это рискованно.
А при расчете сжатой стойки по «железобетонному» СНиПу ты расчитываешь коэф-т продольного изгиба, а это и есть учет гибкости железобетонного стержня. (просто «не сложилось» говорить о гибкости железобетона)

интересно, а в стальных нормах учета влияния прогиба нет что-ли.
мухи отдельно — котлеты отдельно
Регистрация: 28.04.2007
Сообщений: 257

блин. механизм выдачи дипломов довели до совершенства

пора придумывать систему отъёма дипломов.

__________________
Nobody’s perfect

AndyWasHere

Посмотреть профиль

Найти ещё сообщения от AndyWasHere

Регистрация: 01.08.2006
Сообщений: 2,156

to p_sh
Есть формула Эилера для определения критической сжимающей силы для стержней, но она справедлива для изотропных линейных материалов, к которым можно отнести сталь, и к которым нельзя отнести железобетон. В этом фундаментальня разница. А в «стальном» СНиПе коэф-ты устойчивости посчитаны по Эйлеровской формуле помноженой на статистические допуски кривоты проката и точности монтажа, отсюда и ограничения по предельной гибкости.

__________________
Понятно только то, что ничего не понятно.
Регистрация: 19.06.2005
Сообщений: 3,396

само собой. однако основы одинокавы

5.2.4 Расчетные схемы и основные предпосылки расчета должны отражать действительные условия работы стальных конструкций. Стальные конструкции следует, как правило, рассчитывать как единые пространственные системы с учетом факторов, определяющих напряженное и деформированное состояние, особенности взаимодействия элементов конструкций между собой и с основанием, геометрической и физической нелинейности, свойств материалов и грунтов.

хотя ниже как в бетонном

Допускается выполнять проверку устойчивости стержневых конструкций (в том числе пространственных) с использованием сертифицированных вычислительных комплексов как идеализированных систем в предположении упругих деформаций стали по недеформированной схеме.

1.15. Усилия в статически неопределимых железобетонных конструкциях от нагрузок и вынужденных перемещений (вследствие изменения температуры, влажности бетона, смещения опор и т.п.), а также усилия в статически определимых конструкциях при расчете их по деформированной схеме следует, как правило, определять с учетом неупругих деформаций бетона и арматуры и наличия трещин.

Регистрация: 01.08.2006
Сообщений: 2,156

С приведенными цитатами трудно не согласиться, но они все относятся к принципам расчета конструкции вцелом, эдакие фразы на все случаи жизни, из каждой можно по 10 веток на форуме развить. И зачем в дебри лезть?
Речь идет о конкретной задаче: сжатие одного стержня по СНиПам, и для стального и железобетонного расчитывается к-т прод. изгиба, но в железобетонном ты его учтешь «автоматически» и расчитаешь нормальное сечение, а в стальном может получиться, что гибкость, например, 200, а стойка все равно несет. Но если ты воплотишь енту стойку в реальности — узнаешь о себе много «нового и интерестного».

__________________
Понятно только то, что ничего не понятно.

26. Как учитывается гибкость при расчете гибких железобетонных колонн.

Определение гибкости элемента:

Где, l₀ – расчетная длина рассматриваемой части колонны.

–радиус инерции для прямоугольного сечения.

–радиус инерции для круглого сечения.

Размеры сечений внецентренно сжатых элемен­тов должны приниматься такими, чтобы их гиб­кость l₀/i любом направлении, как правило, не превышала:

для железобетонных элементов

из тя­желого, мелкозернистого

и легкого бетонов . 200

для колонн, являющихся

элементами зданий. 120

для бетонных элементов из тяжелого,

и поризованного бетонов . 90

для бетонных и железобетонных

элементов из ячеистого бетона . 70

27. Расчёт центрально и внецентренно растянутых железобетонных элементов (расчётные схемы, вывод формул).

В условиях растяжения работают нижние пояса ферм и элементы решетки, затяжки арок, стенки круглых и прямоугольных резервуаров и др.

Для растянутых элементов эффективно применение высокопрочной предварительно напряженной арматуры. В целях ограничения ширины раскрытия трещин целесообразно применять меньшие диаметры при большем количестве стержней.

При центральном растяжении до появления трещин большая часть усилия N воспринимается бетоном и меньшая – продольной арматурой.

После появления трещины все усилия в сечении с трещиной воспринимаются арматурой, в результате чего напряжения в ней резко увеличиваются.

Расчет прочности центрально растянутых ж/б элементов:

— обычные

— преднапряженные

коэф, учитывающий работу в преднапряж арматуре

расчетное сопротивление преднапряж арматуры

Расчет прочности внецентренно растянутых элементов:

1. Работающих с большими эксцентриситетами ()

Σх=0: ΣM_AS=0:

1. Работающих с малыми эксцентриситетами ()

Σх=0: ΣM_AS=0:

28. Задачи расчёта строительных конструкций. Расчёт конструкций по предельным состояниям. Что такое предельное состояние конструкции.

Результатом расчета строительных конструкций должна быть гарантия того, что запроектированная конструкция возможно меньшего сечения в течение заданного периода службы будет работать надежно и сохранять необходимую для эксплуатации прочность. Предельное состояние — состояние конструкции, при котором она перестаёт удовлетворять эксплуатационным требованиям, то есть либо теряет способность сопротивляться внешним воздействиям, либо получает недопустимую деформацию или местное повреждение.

1. Расчет по прочности, несущей способности, устойчивости и выносливости

N≤ФN – усилие от внешней нагрузки Ф – соотв-е предельное усилие, которое может воспринимать рассчитываемый элемент

1. Расчет по пригодности к нормальной эксплуатации ( по трещиностойкости и деформативности)

– деформация, перемещение, ширина раскрытия трещин — соответствующие предельные величины, устанавливающиеся нормами Сущность этого метода заключается в том, что единый коэф запаса заменен системой коэф, защищающих конструкцию от наступления предельных состояний при самых неблагоприятных сочетаниях нагрузок и минимальных прочностных характеристиках материала. — по нагр; –по назнач; –учитывает динамичность; — по материалу.