1. Теоретична постановка на CYPECAD

 1.1. Описание на проблемите за решаване.

CYPECAD е предназначен за статико-динамичен анализ и проектиране на стоманобетонни, стомано-стоманобетонни и комбинирани конструкции подложени на хоризонтално и вертикално натоварване.  Плочите могат да бъдат обикновено армирани, предварително напрегнати, комбинирани плочи. Гредите за плочите могат да бъдат, стоманобетонни, стоманени или комбинирани (метални профили с бетонна обвивка). Вертикалните носещи елементи могат да бъдат стоманобетонни или стоманени колони, стоманобетонни шайби,  стоманобетонни стени с или без земен натиск или зидарии (стени от с керамични или бетонови тухли). Фундаментите могат да бъдат единични, ивични, гредоскари, фундаментни плочи, а също така и пилоти. Те могат да бъдат изчислени и независимо от останалата конструкция. Могат да бъдат въведени и стоманобетонните стълбища, които са подпрени на различните нива.

С програмата могат да бъдат генериране чертежите на конструкцията, като те да включват геометрични размери и армировки на всички конструктивни елементи. Чертежите могат да бъдат подготвени за експортиране към DXF/DWG или PDF файлове. Програмата генерира и резултатите от анализа със всички изчисления и проверки. В комбинация с модула Metal 3D, можете да въведете интегрирана 3D конструкция с дървени, алуминиеви или стоманени пръти.

1.2. Описание на анализа, осъществяван от програмата.

Анализа на усилията се осъществява посредством пространствен 3D модел, като решенията на отделните конструктивни елементи се извършват равнинно. Самото решение се осъществява чрез матрици на коравините за всички отделни конструктивни елементи.

Възможността за деформации се установява във всички възли, като  са приети 6 степени на свобода и хипотезата, че всеки етаж от конструкцията е недеформируем в равнината си, за да се възпрепятстват относителните премествания между възлите на подовата конструкция („коравата диафрагма”). По тази причина Всеки етаж има 2 премествания и една ротация 3 степени на свобода.

Приемането на корава диафрагма за всяка независима зона на етажа е в сила дори при въвеждането само на греди (без въвеждане на плоча) на етажа. В случай на свободни греди, които са изключени от „коравата диафрагма“ и стени, които не са в контакт с подовите плочи това правило не е валидно (както във версия 2012.а) (вж. Глава 12. Корава диафрагма на този наръчник).

Ако съществуват независими зони на един и същ етаж, всяка една от тези зони е приета като независима част по отношение на деформациите. влиянието на другите зони могат да не бъдат взети предвид (при вертикален товар). Всяка етажна плоча се разглежда като недеформируема и независима равнина при хоризонтални товари. Самостоятелна колона, която не е свърза с друг елемент се счита за независима зона.

За всички товарни състояния  се прави статически анализ ( с изключение на случаите на динамично натоварване от земетръс , където се използва модален спектрален анализ). Приема се, че материалите имат линейно поведение, така че за получаването на усилията и преместванията се използват изчисления от първи ред.

 При анализ на интегрирани 3D конструкции винаги се използват 6 степени на свобода във всеки възел.

 Стълбищата се разглеждат самостоятелно и техните реакции се прехвърлят върху конструкцията.

 1.3. Дискретизация на конструкцията.

Конструкциите се дискретизират на прътови елементи, мрежа от прътови елементи и възли или триъгълни крайни елементи както следва:

 а.) Колони

Те са вертикални пръти с начален възел в основите или в друг елемент като (греда, колона, плоча и т.н) и с краен възел в точка на пресичане с друг конструктивен елемент. Оста на елемента е центъра на тежестта на сечението. Връзката на хоризонталните елементи с колоната става по контура на напречното й сечение. При неосно стъпване на хоризонтални елементи върху колоните, ексцентрицитетите се взимат предвид. Дължината на пръта е височината или свободното пространство до повърхността на други елементи между първия и последния етаж.

Б.)Греди

Те са дефинирани в равнината на подовата конструкция  чрез фиксиране на възли в пресечните точки с повърхностите на носещите елементи ( колони, шайби или стени), както и в точките на пресичане с подови плочи и други греди. Тези възли се формират по оста й, в краищата, в краищата на конзолните греди, свободните краища или в контактните точки с други елементи от плочата. По подразбиране те притежават 3 степени на свобода като се запазва хипотезата за корава диафрагма между всички елементи, разположени върху подовата конструкция. При моделиране на греди, хипотезата за корава диафрагма е валидна дори и да не е въведена плоча, освен ако изрично не се зададе тя да на не е валидна. (Вж. Глава 12. Корава диафрагма.)

Гредите могат да бъдат от стоманобетон, стомана и комбинирани. Гредите се дискретизират като пръти, чиято вертикална е средата на стеблото й, а хоризонталната й е в центъра на тежестта на напречното й сечение.

Симулация подпиране на стена – за да се отчете подпирането на плочата върху стена, трябва да се дефинира греда (с увеличена коравина х100). Тази греда се  дискретизирани като серия от опори, съвпадащи с възлите от дискретизацията по протежение на опората на стената. Това може да се интерпретира като поведение на безкрайно корава подпряна греда с много малки размери.

Възможните видове опори по протежение на гредата са:

-       запъване – преместването и завъртането са ограничени във всички направления;

-       неподвижна опора – ограничени са преместванията и е позволено завъртането;

-       подвижна опора – ограничено е вертикално преместване, а са позволени завъртането и хоризонталното преместване.

Такъв вид подпиране е приложим само и единствено при изследване на отделни етажни нива, в противен случай резултатите от изследването на 3Д модела няма да са адекватни (опорните реакции няма да бъдат отразени).

Рандбалки Това са свързващи греди подпрени върху еластична основа, дискретизират се като пръти, а във възлите е разпределена винклеровата константа.

Наклонени греди

Това са пръти дефинирани между две точки, които могат да са на едно и също етажно ниво или на различни етажни нива.  Когато тези греди свързват две независими зони, то те не генерират ефекта на недеформируемост на коравата диафрагма, защото имат шест степени на свобода.

Къси конзоли

Виж точка 5 – къси конзоли.

Ребрени подови конструкции

Ребрата са дефинирани като пръти в разположени на площта на плочата. Опират се върху греди или стени. Виж т.6 – Ребрени подови конструкции.

 Плочи с кухини

Във възможностите на програмния продукт е да анализира плочи с кухини. За кухини могат да се използват керамични, бетонни и др. Тела, предварително дефинирани в програмния продукт.

 Плътни плочи

Дискретизацията на плочите се осъществява чрез мрежа от прътови елементи с максимална дължина – 25сm. Деформацията на срязване е взета предвид, водеща е хипотезата за корава диафрагма. Взета е предвид екоравината на усукване на елементите.

 Комбинирани плочи

Това са подови конструкции изпълнени от стоманени греди и ламаринно-бетонни плочи. LT профила може да се използва само за кофраж или да се отчита съдействието му при анализа.

 Фундаментни плочи

Дискретизацията им е като на плътните етажни плочи. В отделните участъци на плочата може да се въведе различна „винклерова константа“.

 Касетирани плочи

Дискретизацията на касетираните плочи се осъществява приемайки мрежа от прътови елементи, с дължина една трета от разстоянието между ребрата, дефинирано от менюто за подовата конструкция.

Деформациите в резултат от Срязващите сили и коравината на усукване е взета предвид.

 Стоманобетонни шайби

Това са вертикални елементи с различни напречни сечения. дебелината може да се променя.

За една стена (или шайба), единия от размерите в напречно сечение, трябва да е поне пет пъти по-голям от другия размер. ако това условие не е спазено, дискретизацията на крайни елементи няма да е адекватна и елемента може реално да се приеме, че е линеен (колона).

Дискретизацията на шайбата се извършва автоматично на равнинни триъгълни крайни елементи.

 

   Дискретизацията на шайбата  

  Стоманобетони стени, зидани стени и стени от стоманобетони блокове

Това са вертикални носещи елементи, с различно сечение, съставени от голям брой правоъгълници разпределени между етажите. Размерът на всяка от страните е константа по височина, но дебелината може да се променя (да се провери). За една стена (или шайба), единия от размерите в напречно сечение, трябва да е поне пет пъти по-голям от другия размер. ако това условие не е спазено, дискретизацията на крайни елементи няма да е адекватна и елемента може реално да се приеме, че е линеен (колона). Дискретизацията на стените се извършва програмно на равнинни триъгълни крайни елементи.

Стената се дискретизира с мрежа от триъгълни крайни елементи, съобразени с размерите, геометрията и отворите на стената и с по-прецизна мрежа в критичните места, което намалява размера на елементите в близост до ъглите, ръбовете и особените точки.

При стените и при шайбите се отчитат деформациите от срязващите сили.

Стълби

Стълбите се дискретизират използвайки триъгълни крайни елементи (дебела плоча) и за наклонените и за хоризонталните участъци. Началната и крайната опора се дискретизират със симулация на етажна плоча, чрез водеща греда с увеличена коравина. Товарните състояния са само тези, отговарящи на гравитачни товари – постоянни и полезни товари.

Когато се установят реакциите, с независим процес на оразмеряване, те се прилагат на върху опорите като линейни товари, които се прилагат върху конструкцията в точките на свързване за да дадат отражение в изчисленията на цялата конструкция.

 1.3.1. Вид на възлите

главните възли се генерирани в осите на колоните и в пресечната точка на елементите на плочата с осите на гредите. Всеки главен възел има един или няколко пръвързващи възли.

пръвързващите възли се образуват на следните места:

-                          в пресечната точка на осите на гредите с контура на колоните

-                          в точките на пресичане на елементите от плочата с контура на гредите

-                          при пресичането на главни и второстепенни греди по контура на главната греда

 За пример дискретизацията е представена на фиг.1.2. Всеки главен възел може да притежава няколко или нито един привързващи възли. Но винаги ще има поне един главен възел.

 

  VAZLI  

Като се има предвид, връзката между главните и привързващите възли с приетата предпоставка за равнинна деформация в план, главната матрица на коравини и асоциираните матрици могат да бъдат решени и съответно да се получат преместванията и усилията във всички елементи.

Програмата взема предвид размерите на колоните и прави връзка между главните възли и привързващите такива чрез безкрайно корави зони. Така се получават ръбови напрежения.

 δz1, θx1 и θy1 са премествания на възел 1 от колоната, а δz2, θx2 и θy2 са преместванията на привързващ възел.2, образуван от пресичането на оста на гредата с контура на колоната, Ах и Ау са координатите на възел.2 спрямо възел.1 то трябва да е изпълнени следното условие:

δz2 = δz1 – Ахy1 + Ауx1

θx2 = θx1

θу2 = θу1

По същия начин се отчитат връзките на главните с привързващите възли на гореспоменатите случаи.

  gredi-koloni  

Конструктивния модел дефиниран в програмата, кореспондира на данните въведени от потребителя. т.е. стремежът е да се постигне максимално близко до реалността поведения на конструкцията. трябва да се обърне особено внимание на дефинираната геометрията на елементите да е съвместима с типа на избрания елемент и съответно употребата му да е максимално близко до реалните условия.

Обръща се особено внимание, че при изготвянето на изчислителния модел на конструкцията могат да се въведат „фиктивни“ елементи, които няма да се използват реално при изпълнение на конструкцията.

1.3.2.     диаграми на усилията  при опорите

В повечето случаи изчислителния отвор е разстоянието между осите на опорите. Когато реакциите са значително отдалечени от осите на опорите, ефективната дължина ще се изчисли вземайки предвид реалната позиция на сечението на опорите.

При цялостен анализ на рамки, когато ефективния отвор е по-малък от разстоянието между осите на колоните,  размерите на опорите ще се вземат предвид въвеждайки корави елементи от оста минаваща през центъра на тежестта на колоната и крайното сечение на гредата.

Като цяло реакцията в опората е ексцентрично разположена, отразявайки предаването на осова сила и момент към опорите, размерът на възлите се приема от въведените корави елементи в между оста на опората и края на гредата.

Предполагаме линейно поведение на опората при реакцията, от товарите предадени от гредата и тези приложени във възела предадени от останалата конструкция.

  fund  

Знаем че:

Q equal fraction numerator d M over denominator d x end fraction ; space q equal fraction numerator d Q over denominator d x end fraction

 Уравненията на съответния момент като цяло имат формата на кубична парабола:

М = ax3 + bx2 + cx + d

Срязващата сила е получена:

Q = ax2 + 2bx + c

Приемайки следните условия:

 x = 0            Q = Q1 = c

x = 0            M = M1 = d

x = 1            Q = Q2 = 3al2 + 2bl + c

x = 1            M = M2 = al3 + bl2 + cl + d

 получаваме система от 4 уравнения с 4 неизвестни променливи, която можем лесно да решим.

Диаграмите на усилията има следната форма:

  diagrami  

Тези предпоставки са взети предвид от много автори (Branson 1977) и са свързани с доста дебати относно изчислителните и светлите отвори и начина, по който са възприети в различните норми, както и при изчислителния момент – дали да се вземе разстоянието между осите на опорите или между контурите им.

В частност в точка 18.2.2 на EHE се казва: „с изключение на специални проверки, за изчислителен отвор се приема разстоянието между осите на опорите”.

В коментарите е добавено: „В случаите когато размерите на опората са много големи, за изчислителен отвор може да се вземе дебелината на елемента плюс светлия отвор.”

Конструкцията е идеализирана чрез линейни елементи с дължина определена от реалната геометрия на конструкцията. Така размерите на колоната трябва да се вземат предвид.

Не забравяйте, че за да се приеме, че един елемент е линеен, то гредата или колоната не трябва да имат дължина по-малка 3 пъти средната им дебелина и по-голяма от 4 пъти средната ширина на елемента.

„Еврокод 2” позволява да се редуцират моментите при опорите във функция на реакцията в опората и ширината й.

italic capital delta M equal fraction numerator italic Р italic е italic а italic к italic ц italic и italic я. italic Ш italic и italic р italic и italic н italic а over denominator 8 end fraction

Ако изпълнението е от един елемент върху опори, можем да вземем като изчислителен момент този от контура на опората, но не по-малко от 65% от момента в опората, като приемаме, идеално запъване при контурите на коравите опори.

В този смисъл, можем да цитираме аржентинските норми C.I.R.S.O.C, които са базирани на немските норми D.I.N., които позволяват параболично закръгляне на диаграмите в зависимост от размерите на опорите.

В опората приемаме, че дебелината на гредата нараства праволинейно  под наклон 1:3 до оста на опората.

Като имаме предвид размерите на възлите, параболичното закръгление на диаграмите и увеличаването на дебелината във вътрешността на опорите, получаваме икономия на надлъжната армировка при греди подложени на огъване, тъй-като максималната площ стомана се получава между контура и оста на опорите, в повечето случаи в контура, в зависимост от въведената геометрия.

В случай на греда, подпряна на дълъг елемент, примерно чрез стена или шайба, моментните диаграми се удължават в опората от контура на опората за дължина еквивалентна на височината на гредата, армировката се оразмерява до тази дължина без да се продължава отвъд точката, където не е необходима. Ако гредата е по-висока от опората, гредата и армировката й се прекъсват след навлизане на гредата на една нейна височина разстояние в стената или шайбата. .

1.4. Опции за изчисления

Възможно е да се въведат група от структурни параметри с голяма важност, при получаването на усилията и при оразмеряването на елементите. препоръчва се да се разгледат обясненията в help менюто за различните опции. Основните опции за греди, подови плочи, са разгледани по-долу. Таблиците с армировка и специфичните опции за всеки елемент могат да бъдат намерени при иконата Generaldata > Byposition(от дясно на Steel: Bars). По-важните от тях са описани по-долу.

1.4.1.     Прието преразпределение в програмата

Коефициенти на преразпределение на отрицателните моменти.

Приемливо е преразпределение на отрицателните моменти в греди и гредички до 30%. Този параметър може да се определи и от потребителя. Препоръчва се преразпределението да е се приеме 15% при греди и 25% при гредички (стойности по подразбиране). Това преразпределение се осъществява след анализа.

Приемайки преразпределение на моментните, това води до оскъпяване на армировката, но за сметка на това е по-безопасно и по-лесно за изпълнение. При всички случаи едно прекомерно преразпределение води до недопустими провисвания и пукнатини.

При греди преразпределение от 15% предизвиква приемливи резултати и може да се приеме като оптимално преразпределение. При плочи препоръчително е да се използва преразпределение от 25%, което е равносилно на приблизително изравняване на положителните и отрицателните моменти.

Преразпределението на моментите се осъществява използвайки ръбовите моменти при опората, което при колони ще е при контура т.е. ще се отрази на светлата дължина; новите стойности на моментите навътре в опората ще се определят чрез преразпределения момент при контура и закръгленията на диаграмата указани в предходната точка.

Освен това за греди и подови, освен моментовото преразпределение, потребителя може да дефинира минималния положителен и отрицателен момент указан в нормите.

Коефициент на запъване на последния етаж

Отрицателния момент във връзката в горния край на колоната със съответната греда може да бъде преразпределен. Стойността там варира от 0 (ставно) до 1 (запъване), препоръчва се използването на стойност равна на 0,3 като средна стойност.

Програмата осъществява линейна интерполация между коравините на пръти запънати от двете им страни и пръти запънати от едната страна, а от другата – ставно свързани,което се отразява на El/L условията на матриците на последния участък на колоната:

Syntax error.

 Където italic alpha е стойността на зададения коефициент.

 Коефициент на запъване в горния и долния край на колона, в контура на плочи, греди и стени; стави в краищата на греди

 Можете да въведете коефициент на запъване за всеки участък от колоната (в горния и/или долния край ) (0 = става; 1 = запъване). Коефициентите, които отговарят в горния край на колоната, в последния участък се умножават по тях.

Тази пластична става физически е приета в точката на свързване на долния или горния край на колоната с греда или с плоска/касетирана плоча, която достига до възела.

Коефициент на запъване

 Фиг.1.6

В краищата на гредите и в горния край на колоната при въвеждането на много малки коефициенти поради наличието на две стави, свързани с корав елемент , могат да се получат абсурдни резултати, дори механизми,

 Механизъм

Фиг.1.7

В кръстосаноармирани плочи, еднопосочно армирани плочи или при касетирани плочи, можете също да въведете коефициент на запъване при подпрените краища. Стойността може да варира от 0 до 1 (стойности по подразбиране).

Може да се въведе коефициент на запъване вариращ от 0 до 1 в края на гредите по същия начин както при плочите, но за един или повече края, тъй като се използва греда.

Когато е дефиниран коефициент на запъване едновременно в краищата на греди и плочи, двата коефициента се умножават един с друг, за да се получи един общ коефициент, който да се приложи във всеки край.

Дефинираната пластична става се образува по контура на плочите или в края на греди и стени, но не се образува в контактната зона с колони и шайби, защото те са приети да са винаги запънати. Между опората и оста се дефинира един корав прът, т.е. винаги ще съществува момент в оста, предизвикан от срязващата сила в контура, поради отдалечеността и спрямо оста. Този момент се конвертира в усукващ ако не е осигурена непрекъснатост на армировката от съседните плочи. Тази опция трябва да се използва предпазливо, в случай, че контура на плоча е ставно свързан с греда и якостта на усукване на гредата е намалена, без тя да се превръща в механизъм, това може да доведе до абсурдни резултати за преместванията на контура на плочата както и за изчислителните сили.

 Греда с малка усуквателна коравина

 Фиг. 1.8.

Също така можете да въведете ставно свързване в краищата на греди. Те са физически представени върху площта на опората, която може да бъде колони, стени, панелни стени или опори на стени

Тези преразпределения са взети предвид в анализа и съответно влияят върху крайните преместванията и получените усилия.

 1.4.2. Коравини приети от програмата

 За да получим връзките на матрицата на коравините приемаме всичките бетонови елементи със техните брутни сечения.

За изчисленията на връзките на матрицата на коравините на елементите се изискват стойностите на:

El/L: коравина на огъване

GJ/L: коравина на усукване

ЕА/L: нормална (осова) коравина

Прилагат се коефициентите приложени в следната таблица:

 

Елемент

(Ely)

(Elz)

(GJ)

(EA)

Колона

Б.С.

Б.С.

Б.С. х

Б.С. коеф. Осова коравина

Наклонена греда

Б.С.

Б.С.

Б.С. х

Б.С.

Стоманена или бетонова греда

Б.С.

Б.С. х

ПН греда

Б.С.

Б.С. х

Пояс

Б.С. 10-15

Б.С. х

Опори и запъвания в стени

Б.С. 102

Б.С. х

Шайби и стени

Б.С.

Б.С.

Р.Е.

Б.С. коеф осова коравина

Обикновени и касетирани плочи

Б.С.

Б.С. х

Олекотени и комбинирани плочи

Б.С.

Б.С. х

Р.Е. – равнинен краен елемент

Б.С. Брутно бетоново сечение

∞ - не се разглежда, поради релативната недеформируемост в план

Х – коефициент редуциращ коравината на усукване

1.4.3. Коефициенти за коравина на усукване

Съществува опция, която позволява да се дефинира коефициент (х), който да редуцира коравината на усукване. Тази опция не е приложима за стоманени профили. Когато размерите на елемента са по-малки или равни на дефинираната стойност за късите пръти, ще се вземе предвид стойността определена в опцията. Брутното сечение (Б.С.) ще бъде разгледано за усукване (GJ) и разбира се ако е необходимо за равновесие на конструкцията. Можете да разгледате коефициентите по подразбиране в менюто с опциите.

1.4.4. Коефициент на осова коравина

Разглежда се скъсяването при нормална сила в колони, стени и шайби от стоманобетон осъществено от един коефициент на осова коравина вариращ между 1 и 99,99 за да може да се симулират процесите на строителство и тяхното влияние върху крайните усилия и премествания. Препоръчителната стойност е между 2 и 3, като 2 е стойността по подразбиране.

1.4.5. Минимални моменти

 При греди е възможно да покриете един минимален момент, който да бъде част от просто подпрян елемент q.l2/8. Този минимален момент може да бъде както за положителните така и за отрицателните моменти под формата на q.l2/х, където х е цяло число по-голямо от 8. Стойността по подразбиране е 0 – т.е. няма да се прилага.

Препоръчително е да се постави армировка, способна да поеме отрицателен момент q.l2/32 и положителен момент q.l2/20. Възможно е тези предпоставки за минималните моменти  да се приложат както за цялата конструкция, така и само за една част от нея, също така те могат да бъдат различни за всяка греда. Като цяло всяка нормативна уредба дефинира минималните стойности.

Аналогично може да се дефинират минимални моменти в еднопосочноармирани плочи с гредички (предварително напрегнати за касетирани плочи) и за олекотени плочи. Могат да се дефинират за целия обект или индивидуално за всяка плоча по отделно и/или за различни стойностни. Стойност от порядъка на ½ статичния момент (=q.l2/16 за равномерно разпределен товар) е резонна за положителни и отрицателни моменти. Препоръчва се потребителят да разгледа Оptions.

Моментната диаграма ще бъде отместена съобразно минималните моменти, в последствие ще бъдат приложени разпределението на отрицателните моменти.

Еквивалентната стойност на приложеното линейно натоварване е:

straight p equal begin inline style fraction numerator straight V subscript straight i plus straight V subscript straight d over denominator straight l end fraction end style

Ако е приет минимален положителен момент трябва да се провери дали straight M subscript straight V greater or equal than begin inline style fraction numerator straight q. straight l to the power of 2 over denominator 8 end fraction end style

Ако минималния приложен момент е по-малък от изчисления, взема се по-големия от двете стойности.

 Диаграми на разрезните усилия

Фиг.1.9

Трябва да се отбележи, че тези предпоставки работят точно за линейни и приблизително за концентрирани товари.

1.4.6.     Други опции

Следва описание на опции, които не са описани до момента и които разбира се влияят на анализа.

Колони

  • Вертикално разположение на прътите (максимални дължини, свързване на късите участъци, междинни припокривания). Максималната дължина на прътите (8м. по подразбиране) налага припокриване ако участъка надвишава тази дължина. Максималната дължина на свързването за къси участъци (по подразбиране 4м) е активирана, когато са малки етажните височини. В този случай участъците са свързани и междинните припокривания на нивото на етажа са елиминирани до достигане на указаната дължина без тя да се превишава. Процесът се прилага започвайки от горе надолу докато армировката е идентична.

Припокриването на нивото на всеки етаж на несвързани колони може да се избегне и поставената армировка да е без припокриване до следващия етаж, или чрез припокриване във всички етажи, дори ако няма греди, стигащи до колоната на този етаж и армировката е идентична.

  • Изрязване на чакащата армировка в последния участък (горен край на колоната)

Тази опция изрязва чакащата армировка на колоната в последния участък. Тази процедура се отразява само на чертежите и информацията за армировката. Процесът не е анализиран и за това трябва да се използва внимателно. Препоръчва се да се редуцира до минимум коефициента на запъване на последния етаж както и да се редуцира дължината на закотвянето. Дори ако по изчисление трябва да огънете краищата на големите диаметри, чрез тази опция необходимостта се анулира.

  • Редуциране на дължината на закотвяне на колони. Редуцирането на дължината на закотвянето на първо ниво, междинно ниво (деактивирано по подразбиране) и на последното ниво (активирано по подразбиране) може да бъде активирано или деактивирано съобразно връзката между реалните и максималните напрежения в армировката. В този случай се оказва, че при колони имащи едни и същи диаметри армировка, изчислената чакаща армировка ще е с различни дължини и съответно няма да могат да се изравнят. Ако не желаете това да се случи – изключете тази опция, но ще получите по-дълги куки на последния етаж.
  • Критерии за симетрична армировка. В таблицата с армировките можете да дефинирате различна или еднаква армировка за страна Х и У от сечението на колоната. При анализа програмата избира от таблицата с армировка първото разпределение на армировката, удовлетворяващо всички комбинации на усилия от на изчислението, както и симетричното разположение във всички краища. Ако общата площ на армировката за двата случая се сравни и се получи процентната разлика, ще се избере този случай, който отговаря на процентната разлика въведена опциите (0% по подразбиране, което ще рече – несиметрична). Ако желаете тя да е симетрична, въведете висока стойност – примерно 300.
  • Критерии за непрекъснатост на прътите. Колоната се изчислява на участъци от горе на долу, при нормални обстоятелства, диаметърът на армировката нараства плавно в посока към основите. Това не се случва винаги, при изчисление резултатите ще са тези получени съобразно натоварващата сила и размерите на колоната. Използвайки тази опция можете да накарате програмата да: поддържа армировката; диаметъра на прътите ъглите и страните, както и броя пръти и приложението им при последния или предпоследния към първия етаж. Това води до резултати с по-малко прекъсвания в армировката.

По подразбиране програмата прилага критериите за непрекъснатост на диаметрите на ъгловите пръти и на предпоследния етаж.

  • Геометрично покритие. Разстоянието от външния ръб до първия армировъчен прът, в случая това са стремената (стойността по подразбиране зависи от нормите)
  • Разположение на метални профили. С тази опция потребителя може да редуцира размера на въведеното сечение, ако в възможно да бъде поддържан или проверен. Имайте предвид, че анализът на усилията са направени с въведения профил и ако промените на размерите са големи е препоръчително да преизчислите конструкцията, за да се отчетат промените. По време на изчисленията програмата търси най-икономичното сечение.
  • Промени поради вариации в размерите. При голяма промяна в сечението на колона от един етаж до следващия, се налага огъване на вертикалната армировка. Ъгълът, под който се огъва армировката е ограничен. При надхвърляне на тези геометрични условия, армировката трябва да се отреже и да се закотви в долния край и да се поставят нови чакащи пръти, които да отговарят на армировката от горния сектор. Ъгълът на огъване зависи от дебелината на плочата или височината на гредата, до които достига колоната.
  • Закръгляне на дължината на прътите. Нормално е дължината на пръта да е кратна на едно число за улеснение при работа (по подразбиране на 5см).
  • Щриховка на колони и шайби. Символ позволяващ графично разграничаване дали дадена колона започва, преминава или завършва в даден етаж. Потребителя може да избере коя да приложи.
  • Снаждане в централните зони на участъка. При сеизмични зони снаждането на прътите се премества в централната зона на участъка далеч от зоната с максимални усилия. По подразбиране тази опция е деактивирана. Препоръчва се активирането й във силно земетръсни райони.
  • Снаждане в стени и шайби. Проверява дали снаждането е в зона на натиск или на опън прилагайки завишаващ коефициент за дължината на снаждане във функция с разстоянието между прътите.
  • Необходим коефициент на използваемост при стени и шайби. Армировката в един участък на стени и на шайби може да изпита пиково натоварване, което може да претовари армировката, ако претендираме, че тя е използвана на 100%. С тази опция се позволява въвеждането на по-малък коефициент на използваемост или проверка на дадена армировка (90% по подразбиране). Препоръчително е винаги да се преглежда стойността на използваемост и ако се окаже над 100%, да се търси точката, в която не достига, да се изясни защо не достига и ако е необходимо да се добави локална армировка.
  • Разположение на стремена. При пресичането на колона с плоча или греда трябва да се поставят стремена(по подразбиране активирано), особено в горната и долната част на колоната на една определена височина сгъстявайки ги спрямо стремената от средната част на колоната (деактивирано по подразбиране). Препоръчително е да бъде активирано в сеизмични зони.
  • Опции за начало на колоните
  • Минимални съотношения
  • Опции за къси конзоли

Греди

Изброени са различни възможности

  • Симетрична горна армировка в гредите от едно ниво
  • Процент на различие за симетрична горна армировка
  • Критерии за разположение на куки
  • куките при подравняване в края
  • Минимална дължина на стремената
  • Симетрия в при армировка със стремената
  • Стремена с различен диаметър в една греда
  • Дължина на закотвянето на затворено стреме
  • Огъване на куките в U
  • Разположение на повече стремена
  • Армировка на предварително изготвени (в заводски условия) греди
  • Стремена на предварително напрегната греда
  • Армировъчен план на греди подложени на земетръс
  • бетоново покритие (горно, долно и странично)
  • бетоново покритие при греди в основи (рандбалки) (горно, долно и странично)
  • Характеристика на предварително изготвени греди
  • Библиотека на предварителнонапрегнати греди
  • Оценка на грешките
  • Номериране на рамки
  • Номериране на греди
  • Приемане на монтажна армировка
  • Обединяване на монтажна армировка
  • Диаграми на срязващите усилия
  • Армировка за поемане на срязващи усилилия (поставяне на междинна армировка, проверка на сечението за срязващи сили)
  • Избор на стремената
  • Напукване
  • Минимални съотношения на греди в основи
  • Армиране на греди в стени
  • Граница на напукване от срязващи сили
  • Граница на напукване от усукване

Стълби

Насрещна армировка

  • Начални и крайни пръти
  • Армировка
  • Геометрично покритие
  • Дължина на Закотвяне в плочата
  • Дълбочина на фундиране

Плочи

  • Армировка на плътни и касетирани плочи
  • Минимални сечения на армировката
  • Механично Редуциране на сечението на армировката
  • Армировка на усукване
  • Минимална дължина на армировката
  • бетоново покритие в плътни плочите
  • бетоново покритие в касетирани плочи
  • Детайлна армировка на основите в план (деактивирана по подразбиране), докато не се активира тази опция – армировката няма да бъде начертана
  • Закръгление на дължината на прътите
  • куки в плочата
  • Критерии за полагане и номериране на плочи
  • Армировка на правоъгълни плочи
  • Бетоново покритие на основите
  • Бетоново покритие на плътни плочи, гредоскари и плочи с кухини

Основни опции за греди и плочи

  • Основни опции за изчертаване
  • Максимална дължина на прът
  • Отпадък от измерената стомана
  • Минимална горна армировка в касетирани плочи
  • Минимална горна армировка в олекотени плочи
  • Армировка в нормални плочи
  • Армировка в олекотени плочи
  • Минимален момента, който да се покрие в плочи и греди
  • Армировка на греди
  • Коефициент редуциращ коравината на усукване на касетирана плоча
  • Разглеждане на армировката на усукване в греди
  • Опции за метални греди и гредички
  • Граница на провисване на греди, гредички, комбинирани и олекотени плочи
  • Коефициент на дълготрайно и активно провисване – процес на строителство
  • Срязващи сили при касетирани плочи излети на място
  • Коефициенти на измятане за наклонени греди
  • Коефициенти на измятане за диагонални подпори

Изчертаване

Конфигурацията на слоевете, големината на шрифта и дебелината на линиите могат да се конфигурират в чертежите.

Съществуват настройки, които са запазени заедно със задачата. Други главни настройки варират в зависимост от задачата.

За да върнете настройките по подразбиране, трябва да направите нова „празна” инсталация без папката “USR” да съществува. Така ще се инсталират всички опции и таблици по подразбиране. В някои от случаите разполагате директно с бутон, който може да върне „заводските” настройки без да преинсталирате програмата.

1.5. Приети товари

1.5.1. Вертикални товари

Постоянни товари

Собственото тегло на елементите от стоманобетон е изчислено като брутния обем е умножен по 2,5т/м3 (специфичното обемно тегло на стоманобетона съобразно системата MKS) при колони, шайби, стени, греди и плочи.

Собственото тегло на плочата е дефинирано от потребителя когато е посочил класа на плочата, която може да бъде различна за всеки етаж или панел, в зависимост от селектирания тип. За масивни плочи ще бъде изчислено като се умножи дебелината на плочата с 2,5т/м3, както и при капителите на касетираните плочи. В олекотените зони на касетираните плочи, ще бъде указано от потребителя в базата със селектираната плоча.

В случай на касетирана плоча стойността на теглото за квадратен метър е умножена с разстоянието между ребрата, даващо линейно натоварване приложено във всяка греда. При плътни и при касетирани плочи, прилагаме във всеки възел  произведението от прилежащата площ и теглото за всеки възел.

Неподвижен товар

Приема се че е равномерно разпределен върху подовата конструкция. Това са елементи като облицовки, преградни стени (последното може да се приеме като подвижен товар ако се има предвид ще се мести след време).

Собственото тегло на конструктивните елементи плюс полезния товар формират постоянните товари (прилагат се автоматично към прътите на конструкцията).

Временни товари (експлоатационно товарно състояние)

Приема се, че експлоатационния товар е равномерно разпределено на етажното ниво. Разпределено е автоматично върху мрежата от пръти, която формира етажите на всяко ниво от конструкцията.

Допълнителни товарни състояния (специални товари)

Както вече споменахме CYPECAD генерира автоматично товарните състояния като: постоянни товари (образувани от собственото тегло на конструктивните елементи и неподвижния товар въведен за всяко група (етаж)), експлоатационен товар – дефиниран за всяка група по цялата им площ, вятър – генериран автоматично за всяка посока X,Y съгласно избраната нормативна база и дефинираните дължини на фасадите и земетръс, който зависи от избраната нормативна база.

Към вече генерираните товарни състояния могат да се добавят допълнителни, които се наричат специални товари. Те могат да бъдат както постоянни, така и временни товарни състояния без значение дали са приложени в точка, дали са линейни или равномерно разпределени.

Може да се създадат допълнителни товарни състояния с различен произход (от постоянни, експлоатационни, вятър, земетръс и сняг), както да ги комбинирате с останалите автоматично и помежду си (това не важи за вятър и земетръс).

Могат да бъдат дефинирани допълнителни товарни състояния, свързани със страничен земен натиск и случайни натоварвания.

Могат да се създадат различни разположения за всяко товарно състояние създавайки групи, които да се комбинират в зависимост от това дали действат заедно, задавайки ги като съвместими, едновременни и несъвместими.

Когато са създадени допълнителни товарни състояния, потребителят може да определи съвместимостта на  дадено товарно състояние с други.

Въз основа на всички дефинирани товарни състояния, разположение на товарите, едновременност и начин на комбиниране (във функция на нормативната уредба, използваните материали и предназначението на конструкцията), автоматично са генерирани комбинациите за всички гранични състояния, за компрометиране на материалите, за понасяне на напрежения или за преместване на възлите.

Всичко това е конфигурирано в „Задача/Основни данни” в секцията „Товари”, те ще бъдат еднозначно приложени и към „Интегрирани 3Д конструкции”

Вертикални товари в колони

Във върха на колоната можете да въведете различни товари (N, Mx, My, Qx, Qy, T). Товарите са спрямо главната ос и могат да се дефинират за всяко товарно състояние, допълващо тези по изчисление. Положителните посоки са дадени във фиг. 1.10

Положителни посоки на товарите

фиг. 1.10    

Това може да се използва за въвеждане на колони с натоварването им върху фундаментните плочи и рандбалки за да се опрости изчислението.

Хоризонтални товари в колони

Можете да приложите концентрирани сили, както и равномерно разпределени товари по цялата дължина на колоната.Товарите могат да бъдат приложени съобразно локалните оси на колоната или глобалните оси на конструкцията.

1.5.2. Хоризонтални товари

Натоварване от вятър

Програмата генерира автоматично хоризонталните товари на всеки етаж, съобразно избраните норми, в две перпендикулярни направления X и Y, или в едно направление и за двата случая (+X, -X, +Y, -Y). Можете да дефинирате коефициент за натоварване за всяко направление и за всяка посока на ветровото въздействие. Ако сградата е самостоятелна, налягането ще е приложено в подветрената страна, а засмукването е от другата страна на действие на вятъра (надветрената страна). Като цяло се приема, че налягането е 2/3=0,66 и засмукването е 1/3 = 0,33 от общото натоварване. За самостоятелни сгради коефициента на натоварване е равен на 1 (2/3 + 1/3) за всяко направление. Ако ветровото налягане е приложено на сграда защитена от лявата й страна от съседна сграда по направление Х, ветровия коефициент може да бъде коригиран за да отрази ситуацията. В този случай +Х = 0,33, тъй като се образува само засмукване в задната страна и –Х=0,66  тъй като се образува само налягане в лицето на сградата.

Натоварване от вятър

Дължината на фасадата перпендикулярна на направлението на вятъра се дефинира като ширина на ивица. Тя може да бъде различна и да се дефинира на всеки етаж. Ако вятъра е по направление Х, задайте „y” дължина на ивицата, ако е по направление Y  - задайте „x” дължината.

Ако на един и същ етаж са разположени различни независими зони, натоварването се разпределя пропорционално на големината на всяка зона, спазвайки общия размер „В” дефиниран за този етаж.

„В” е ширината на дефинираната ивица, докато вятърът действа в посока „Y”, b1 и b2 са изчислени геометрично от CYPECAD във функция на координатите на крайните колоните във всяка зона.

Ширините на ивиците приложени във всяка зона ще бъдат следните:

Ширина на ивицата при ветрово натоварване

Знаем ширината на ивицата за един етаж и височината на горния и долния етаж, ако умножим половината от сумата на тези височини с ширината на ивицата, получаваме площта изложена на вятър за дадения етаж, умножена на свой ред с изчислителното общо ветрово налягане за тази височина и по коефициента за натоварване ни дава ветровото натоварване на дадения етаж за даденото направление.

При наличието на парапети или солидни обградни стени на покрива, те могат да се вземат предвид, като пропорционално коригираме ширината на ивицата b с b’

straight b apostrophe equal straight b. fraction numerator straight a plus straight h divided by 2 over denominator straight h divided by 2 end fraction equal straight b. fraction numerator 2 straight a plus straight h over denominator straight h end fraction

За основен метод на автоматично определяне на натоварването от вятър можете да изберете GeneralMethod

 Имайки дефинирани направлението на действие на вятъра, коефициента за натоварване и ширината на ивицата за всеки етаж, трябва да селектирате кривата на налягането. Разполагате с библиотека от готови криви, които да избере както и можете да дефинирате нова крива. В кривите са дефинирани общо налягане за всяка височина, междинните стойности на височините се получават чрез интерполация, което е необходимо за изчисляване на натоварването на нивото на всеки етаж от сградата.

Коефициент на формата, се прилага за да се коригира ветровото натоварване в зависимост от формата на сградата. Етажите могат да са правоъгълна или кръгла форма или в зависимост от „стройността” им.

Също така може да се дефинира Коефициент за пулсация (пулсационна компонента), който увеличава ветровото натоварване, това дава възможност да се отчете географското разположение на конструкцията (открити зони, долини, склонове и др.), които предизвикват висока скорост на вятъра и трябва да се вземат предвид.

Общото ветрово натоварване за всеки етаж се получава умножавайки налягането на съответната височина по изложената повърхност с пулсационната компонента и коефициента на формата. Приложната точна на натоварването е геометричния център на етажа, определен съобразно периметъра на етажа. Стойностите на приложеното натоварване за всеки етаж се дават в информацията, която излиза от програмата.

За всички норми изчислението на налягането се осъществява автоматично, съобразно предварително въведените данни от дадените норми.

При Интегрирани 3Д конструкции натоварванията от вятър не се генерират автоматично – въвеждат се допълнително от потребителя на ръка върху възлите и прътите.

Ако дефинирате допълнителни товарни състояния, можете да ги комбинирате с автоматичните натоварвания.

Важно е да се съобразите с комбинациите на товарните състояния, както и тяхната съвместимост когато импортирате задача от METAL 3D, особено когато е използван генератора на рамки и е генерирано натоварването от вятър.

Сеизмично натоварване

Могат да се използват два типа анализи за изчисляване на сеизмичното натоварване – статичен и динамичен.

Възможно е използването на двата метода едновременно, метода указан в нормите или да се приложи метод в зависимост от разположението на сградата.

Статическо изчисление. Сеизмични товари чрез коефициенти. Сеизмичните сили могат да бъдат въведени като система от статични сили, еквивалентни на динамично натоварване генерирайки хоризонтали товари в две перпендикулярни направления X и Y, приложени в центъра на тежестта на всеки етаж.

Като основен метод може да се използват сеизмичните товари чрез коефициенти за всеки етаж.

Статичните сили, приложими във всяко направление на етажа са:

Sx = (Gi + A · Qi) · Cxi

Sy = (Gi + A · Qi) · Cyi

Където:

Gi: Постоянните товари на етаж i

Qi: Временните товари на етаж i

A: Коефициент за едновременност на квази-постоянните товари, полезен товар или натоварване от сняг

Cxi и Cyi – сеизмични коефициенти във всяко направление на етаж i, използвани и като „сеизмично въздействие по Х или Y” в частта за въвеждане на данни в диалоговото меню. Сеизмичната маса на всеки етаж се умножава по този коефициент за получаване на статичната сила, приложена на всеки етаж.

Преместванията на етажите спрямо главните оси са:

Syntax error.

Приложените сили са:

Syntax error.

Можете да разгледате ефект от втори ред

Ако за натоварване във възлите и прътите при интегрираните 3Д конструкции е активиран варианта за статично натоварване от земетръс като товар върху пръти и възли, няма да можете да го комбинирате с динамично натоварване от земетръс нито с коефициенти за сеизмично натоварване.

По същия начин ако е необходим статичен анализ с използване на коефициенти за различните етажни нива, той не може да бъде проведен за интегрираните 3D структури, тъй като те не могат да бъдат анализирани. Конструкцията може да бъде анализирана с динамичен анализ на връзките. Би могло допълнително да се активира статично натоварване от земетръс, но ще се наложи да се деактивира автоматичното натоварване.

Динамичен анализ. Модален спектрален анализ.

Методът за динамичен анализ, който програмата приема за основен е модалния спектрален анализ, за който трябва да се укажат следните параметри.

  • Изчислителното ускорение спрямо g (земното ускорение) = ас
  • Дуктилността на конструкцията  = µ
  • Брой на формите за изчисление
  • Квази-постоянния коефициент на полезно натоварване =А
  • Изчислителен спектър на ускоренията

Тези действия трябва да бъдат извършени и съответния спектър да бъде избран библиотеката по подразбиране в програмата или да се дефинира от потребителя). Дефинирането на всеки спектър се извършва по координати (Х:Период Т; Y:Спектрална ордината α(Т)), така визуализирате генерираната графика. За да дефинирате нормализиран спектър на еластично реагиране, потребителя трябва да познава факторите, които влияят върху него (тип земетръсни вълни, тип терен, амортизация и т.н.). Тези фактори трябва да се включат в спектралните ординати, или коефициент на ускорение, отнасяйки ги за периода Т.

Когато за дадена сграда е дефиниран сеизмичен динамичен случай на натоварване, програмата извършва също така и нормални статически изчисления за гравитачните товари и вятър и модален спектрален анализ на конструкцията. Получените спектри зависят от зададените сеизмични норми и от параметрите описани по-горе. В случай на селектиран модален спектрален анализ, потребителят директно посочва изчислителни спектър.

За да осъществи динамичния анализ програмата създава матрица на масите и матрица на коравините за всеки елемент на конструкцията. Матрицата на масите се образува спрямо товарното състояние за собствено тегло и съответния полезен товар умножени с квази-постоянен коефициент. CYPECAD работи с матрици с концентрирани матрици на масите, така че да са диагонали (в матрицата).

Следващият етап предполага сгъстяване  (едновременно с изграждането на елементите) на пълните матрици на коравини и маси на конструкцията, за да се получи друга редуцирана матрица, която съдържа само динамичните степени на свобода, с които ще се извърши модалното декомпозиране. Програмата осъществява статично и динамично сгъстяване, като динамичното сгъстяване се реализира го чрез опростен класически метод, в който се приема, че в степените на свобода се появяват само инерционни сили.

Програмата работи с три динамични степени на свобода за всеки етаж на сградата: две хоризонтални транслации в план и ротация кореспондираща на всеки план. Този опростен модел отговаря на повечето сеизмични норми. Така при дефиниране на броя на формите, на потребителя се препоръчва да дефинира по три за всеки етаж на сградата.

До тук вече имаме една матрица на коравините и една матрица на масите, които са редуцирани и са с еднакъв брой редове и колони. Всяка една от тях представлява една от вече описаните динамични степени на свобода. Следващият етап е модалното разлагане, което програмата решава използвайки итеративен метод, в резултат на което се получават стойности и вектори кореспондиращи на диагонализацията на матрицата на коравините с матрицата на масите.

Трябва да се реши следната система уравнения:

K – Матрица на коравините

М – Матрица на масите

ω2 –изчислена стойност на системата

ω – натурална честота на динамичната системата

[K – ω2.M] =0.0 (нулева детерминанта)

ф – изчислен вектор на системата с сгъстени форми

[K – ω2.M] .[ф]=[0.0]

От първото уравнение можем да получим максималния брой решения (стойностите на ω) равни на броя на приетите динамични степени на свобода. За всяко от решенията (изчислени стойности) се получава кореспондиращия вектор (вибрационна форма). Въпреки това рядко се налага да получим максималния брой решения за системата и само най-характерните (тези, които преместват най-много масите и кореспондират на най-голямата собствена честота) се изчисляват съобразно броя форми зададени от потребителя.

Получаването на сгъстените  форми на трептене (с други думи вектори на коефициентите на формата) кореспондира на решаването на една линейна хомогенна система уравнения (вектора на независимите условия е нула) и неопределяне (ω2 е изчислено като детерминантата на матрицата на коефициентите е нула).

Затова този вектор представлява посока или деформация и няма точна стойност в решението.

От формите на трептене, програмата получава коефициентите на участие за всяко направление (τi ) по следния начин.

Където [J] е вектора показващ посоката на земетръсната сила. Пример за сеизмична сила в посока X:

[J] = [100100100….100

Веднъж получени собствените честоти на трептене, те влизат в избрания изчислителен спектъра с параметъра за дуктилност, амортизация и т.н., така получаваме изчислителното ускорението за всяка форма на трептене и за всяка динамична степен на свобода.

Изчислението на тези стойности се осъществява по следния начин.

i – всяка форма на трептене

j – всяка динамична степен на свобода

- изчислително ускорение за форма на трептене i

Максималното преместване на конструкцията, за всяка форма на трептене i и степен на свобода j в съответствие с еквивалентния линеен модел се получават от:

Така за всяка динамична степен на свобода, получаваме по една максимална стойност на преместването за всяка форма на трептене. Това е еквивалентно на един наложен проблем, който е решен за останалите нединамичните степени на свобода, чрез модалното разширение или (обратно) заместването на предишните сгъстени степени на свобода.

Така получаваме едно разпределение на силите по цялата конструкция за всяка форма на трептене и за всяко динамично товарно състояние, с което завършва модалния спектрален анализ.

За модалната суперпозиция, чрез която се получават максималните стойности на дадена сила, преместване и т.н. за дадено динамично товарно състояние, програмата използва CQC метода (пълна квадратична комбинация), чрез който се изчислява коефициен на модално комбиниране, зависещ от съотношението между периодите на трептене . Формулата на метода е следната:

Където:

ξ – коефициент на амортизация, еднакъв за всички форми на трептене и равен а 0,05

х – получена сила или преместване

- сили или премествания кореспондиращи на формите за комбиниране

В случаите, когато е необходима оценка на едновременното действие на силите, CYPECAD реализира линейна суперпозиция на различните форми на трептения, така че за дадено динамично товарно състояние реално получава n едновременни сили, където n е необходимия брой едновременно действащи сили. Примерно ако се оразмерява бетонова колона, програмата работи едновременно с три сили – нормална сила, огъващ момент в равнината xy и огъващ момент в равнината xz. Така за комбинацията за дадено динамично товарно състояние, програмата образува три различни комбинации – една за максималната нормална сила, една за огъващия момент в равнина xy и една за максималния огъващия момент в равнина xz. Освен това комбинациите се умножават с коефициент ±1, защото земетръса действа в две направления.

Ефектите от втори ред, могат да се разгледат ако потребителя желае, като активира тази опция, но програмата не извършва изчисленията по подразбиране.

Веднъж направени изчисленията, можете да разгледате за всяка форма периода на трептене, коефициента на участие за всяко направление X и Y, както и така наречения сеизмичен коефициент представляващ спектър на преместванията получен като Sd.

- спектрална ордината

- ъглова честота =2π/Т

Μ – дуктилност

Торсионен ефект

Когато са направени динамичните изчисления, получаваме срязващата сила и момента от сеизмичното въздействие. Когато разделим момента на силата, получаваме ексцентрицитета спрямо центъра на тежестта. Сравняваме го на свой ред с минималния ексцентрицитет заложен в нормите и ако полученият ексцентрицитет е по-малък от минималния заложен в нормите – увеличаваме ротационните форми така, че да получим поне минималния ексцентрицитет заложен в нормите.

Ако натоварването от земетръс върху конструкцията се анализира чрез модален спектрален анализ, минималният ексцентрицитет, който програмата взема предвид е 0,05.

Това е от особено значение за симетрични сгради.

Срязваща сила в основите

Когато срязващата сила в основите получена от сеизмично динамично въздействие е по-малка от 80% от статичната срязваща сила, пропорцията ще бъде увеличена така, че да не е по-малка от нея.

Разглеждане на ефекти от 2-ри ред (P∆)

Потребителят може да реши да разгледа ефектите на увеличение на силите предизвикани от хоризонтални товари, когато са дефинирани сеизмични товарни състояния или товарни състояние от вятър. Препоръчително е да активирате тази настройка.

Метода се базира на „Пи-делта” ефекта, предизвикан от преместванията от хоризонтални сили, взема предвид по опростен начин ефектите от втори ред базирани на анализи от първи ред, приемайки линейно поведение на материалите с механични характеристики на база брутното сечение на материалите и техния напречен еластичен модул.

На всеки етаж i действа хоризонтална сила Hi. Конструкцията се деформира и на всяко ниво на колоната възникват премествания ∆ij. Във всяка колона j и на нивото на всеки етаж действа товар със стойност Pijза всяко гравитачно товарно състояние, предадено от от плочата на колоната j на етаж i (Фиг.1.15)

Дефинира се момент на преобръщане MHот хоризонтална сила, действащ на ниво zi, приет респективно на кота 0.00 или на ниво без хоризонтални премествания във всички направления на действие.

i – брой етажи

j – брой колони

По същият начин се дефинира момент от „Пи-делта” ефект MP от товари предавани от плочите на колоните Pij за всички дефинирани гравитачни товарни състояния (k) за премествания предизвикани от хоризонтална сила ∆i.

Където:

k – за всяко гравитачно товарно състояние (собствено тегло, полезен товар и т.н.)

Ако се изчисли коефициента , който кореспондира на индекса за стабилност за всяко гравитачно товарно състояние и за всяко направление на хоризонталните сили, можем да получим увеличаващ коефициент на коефициентите на сигурност, за всички комбинации, в които участват хоризонтални сили. Означаваме коефициента γZ:

Като:

γfgi – коефициент на сигурност за постоянни товари от товарно състояние i;

γfqi – коефициент на сигурност за временни товари от товарно състояние j;

γZ – коефициент на стабилност;

За изчисленията на преместванията от всяко товарно състояние с хоризонтални сили, си припомнете, че вече са направени изчисления от първи ред на база брутното сечение на елементите. Ако са изчислени усилията за оразмеряване по „Крайни гранични състояния”, логично е за коректно изчисление да се използва с напукано и хомогенизирано сечение, но тези изчисления са много трудни, защото приемаме нелинейност на материалите, на геометрията и на товарните състояния. Тези изчисления от гледна точка на наличните методи са непрактични и отнемат много време. За опростяване приемаме, че коравините на сеченията са редуцирани, което предполага увеличаване на преместванията, които са обратнопропорционални. Програмата се нуждае от въвеждането на увеличението или коефициент, с който да умножат преместванията, за да вземе предвид редуцирането на коравините.

В този стадий няма ясни критерии, така потребителя трябва да избере стойностите съобразно конструкцията, степента на пукнатините, другите закоравияващи елементи, ядрата, стълбите и т.н., които реално могат да редуцират изчислените премествания.

В Бразилия обикновено приемат един коефициент, който да редуцира надлъжния еластичен модул равен на 0,90, както и да приемат коефициент редуциращ инерционния момент в напуканото сечение спрямо брутното равен на 0,70. Така коравината се редуцира на:

Редуцирана коравина = 0,90.0,70. Брутна коравина = 0,63. Брутна коравина

Тъй-като преместванията са обратно пропорционални на коравините – то коефициента им ще бъде 1/0,63 = 1,59, тази стойност ще бъде въведена в програмата. Обикновено се приема, че ако γZ >1,20, коравината на конструкцията трябва да се редуцира увеличи в това направление, защото е много деформираща се и е нестабилна в това направление. Ако γZ <1,10 ефекта ще е пренебрежимо малък.

В новите норми NB-1/2000 се препоръчва да се увеличат преместванията на 1/0,7 = 1,43 и да се ограничи стойността на γZ =1,30

В ≪ Codigo Modelo CEB-FIP 1990 ≫  е приложен метод за увеличаване на моментите, който препоръчва, освен в случаите на прецизен анализ, да се редуцират коравините с 50% или да се увеличат преместванията с коефициент 1/0,50 = 2. При тази суперпозиция може да се приеме, че ако γZ >1,50, можем да увеличим коравината на конструкцията в това направление, защото конструцията е по-нестабилна и по-лесно деформираща се в това направление. Но ако γZ < 1,35 ефекта от втори ред ще е пренебрежимо малък, но се препоръчва тази опция винаги да се активира.

В ACI-318-95 съществува индекс Q на стабилност за всеки етаж, но няма индекс за обща стабилност на цялата сграда, но може да се устави връзка за определяне на глобания коефициент на стабилност, ако етажите на сградата са идентични:

γZ - глобален коефициент на стабилност = 1/(1-Q)

Във връзка с границата установена за предпоставката за недеформируемост на етажа или условието да бъде или не приет за недеформируем, Q = 0,05 т.е. 1/0,95 = 1,05

В такъв случай е изчислено и взето предвид всеки път когато се превишава тази стойност, че трябва да се изчислят и увеличат усилията чрез този метод.

Относно коефициентите за умножение на преместванията е дадено, че тъй-като хоризонталните въздействия са кратковременни, може да се приеме редуциране с приблизително 70%  на инерционния момент и докато еластичния модул е по-малък от (15100/19000=0,8), с други думи  коефициент за увеличаване на преместванията 1/(0,7.0,8) = 1,78 , това показва, че глобалния коефициент на стабилност е резонно да не превишава 1,35.

Благодарение на тези норми можем да извлечем, че във всички случай можем да използваме:

Коефициент на сигурност за преместванията = 2,00

Коефициент за обща стабилност  = 1,50

Истината е, че в една сграда винаги има корави елементи (стълби, фасади, носещи стени и т.н.) , които осигурявам по-слабо преместване от това изчислено за хоризонтални въздействия. Така програмата приема 1,00 за коефицинет на сигурност за преместванията, а потребителят решава дали да промени този коефициент, като се има предвид, че не всички елементи могат да се дискретизират при изчислението на конструкцията.

Веднъж приключили изчисленията можем да разгледаме тези коефициенти за всяка една от комбинациите и да подготвите справка, като в менюто „Задача/Основни данни“ “С въздействие от вятър“ или „Със сеизмично натоварване“  - избирате бутон „С въздействие от 2-ри ред”.

Може да възникне случай, в който конструкцията да не е стабилна. Тогава ще се появи съобщение за грешка преди завършването на изчисленията предупреждаващо това явление. Това може да се получи когато γZ клони към безкрайност или да се получи отрицателна стойност или стойност равна на нула:

Това може да се изследва за натоварване от вятър или от земетръс, препоръчва се да се използва винаги като алтернативен метод за изчисление за ефект от втори ред, най-вече за деформиращи се рамкови конструкции или слабодеформищи се конструкции, каквито са повечето сгради в практиката.

Трябва да се знае, че програмата отчита всички полезни товари, програмата не извършва каквото и да е автоматични редуциране на полезните товари, може да се наложи да се повтори анализа като предварително се редуцират полезните товари, което единствено би гарантирало точни резултати за колоните. Резултатите ще са валидни за колоните.

Ако погледнем към нормите ACI 318, веднъж установена стабилността на конструкцията, редуцирането на коравините на колоните при тяхното изчисление се извършва съгласно формулата посочена в анекса с нормите в края на програмата.

В този случай заради трудното изчисление на изкълчвателния коефициент, чрез определяне на коравините на прътите в краищата на колоната, приемаме коефициента на изкълчване равен =1. Така случайния или допълнителния от втори ред ексцентрицитет е изчислен като за изолиран прът плюс “Пи-делта” увеличаващ ефекта от приетия метод за изчисления. Така получаваме адекватни резултати относно стройността съобразно от нормите.

Това е алтернативен метод и потребителя решава кога да го използва. Може да се избере при строго спазване на съответните норми.

1.6. Използвани материали

Всички материали се избират от списъци в програмата.

Свойствата на материалите са дефинирани във файл. Данните, които да се укажат във всички случаи са:

1.6.1. Бетон за основи, плочи, колони и стени

Съществува файл съдържащ списък с бетони, дефинирани със своите якостни характеристики, коефициенти за сигурност, еластичен модул и коефициент на Поасон ν=0,2 дефиниран съобразно нормите.

Бетона може да бъде различен за всеки елемент, а при колоните може да е различен за всеки етаж. Тези стойности отговарят на най-често използваните в нормите.

1.6.2. Стомана за армировка.

Съществува файл, който съдържа данни за стоманите, дефинирани чрез границата на еластичност, еластичния модул, дефинирани съобразно нормите.

Приемат се винаги съобразно позицията им и типа елемент.

В зависимост от употребата стоманата може да е различна и да е за:

  • Колони, стени, шайби

-        Пръти (вертикални и хоризонтални)

-        Стремена

  • Греди и рандбалки

-        Отрицателна армировка (горна при гредите и долна при рандбалките)

-        Положителна армировка (долна при гредите и горна при рандбалките)

-        Монтажна армировка (долна при рандбалките)

-        Междинна армировка

-        Стремена

-        Етажни и фундаментни плочи

-        За продънване и концентрирани сили

-        Отрицателна армировка (долна при етажните плочи и горна при фундаментните плочи)

-        Положителна армировка (горна при етажните плочи и долна при фундаментните)

-        Отрицателна армировка в касетирани  плочи

-        Положителна армировка в касетирани плочи

1.6.3. Стомана за стоманени колони, греди и основни планки

CYPECAD позволява използването на стоманени греди и колони въвеждайки типа на използваната стомана. Съществува библиотека със стомани които можете да избирате спрямо необходимия тип. Тази библиотека е запазена като файл и не може да бъде променяна от потребителя. Файлът съдържа информация относно еластичния модул, граница на еластичност, коефициент на Поасон и т.н. всички параметри необходими за изчисленията.

Следва продължение...

Авторското право на статията принадлежи на ЕВД7 ЕООД, всяко използване на статията без разрешение на фирмата се преследва от закона за авторското право

 

CYPECAD
Подпорни стени
Оразмеряване на колони
Метални и комбинирани конструкции
Архитектурен софтуер
AutoCAD алернатива
CAD за APPLE
CAD за APPLE
CYPE