Єврокод - методика розрахунку інженерних конструкцій

 З липня 2014 року в Україні, при проектуванні конструкцій, стало правомірним використання європейських норм – Єврокодів. З урахуванням того, що Україна є кандидатом у члени Євросоюзу, опанування і застосування  вказаних норм – це нагальна необхідність.

Відбудуємо Україну, після нашестя варварів, за європейськими нормами!

Передбачаю надати цикл обзорів з цього напрямку. За різними темами з урахуванням достатності часу для такої роботи.

Методика розрахунку інженерних конструкцій.

Методика розрахунку, в принципі, не відрізняється від поточних норм проектування згідно ДБН, але має певні відмінності.

Основний документ, що регламентує підхід при проектуванні це – «ДСТУ-Н Б В.1.2-13:2008 Основи проектування конструкцій». Згідно викладених положень розглядаються дві групи граничних станів:

·       граничні стани за несучою здатністю (Ultimate Limit State, ULS). Аналог першої групи граничних станів.

·       граничні стани за експлуатаційною придатністю (Serviceability Limit States, SLS). Аналог другої групи граничних станів.

За загально прийнятою практикою, норми використовують певну систему часткових коефіцієнтів надійності (γ), що яка збільшує навантаження для станів ULS.  В групі станів ULS прийняте додаткове розподілення:

·       втрата несучої здатності внаслідок руйнування елементів конструкції (STR)

·       втрата несучої здатності грунту основи (GEO)

·       втрата загальної втрати стійкості конструкції (EQU)

·       руйнування конструкції або її елементів унаслідок втомлюваності (FAT).

Залежно від визначеного типу граничного стану за несучою здатністю (STR,GEO,EQU,FAT) норми встановлюють різні часткові коефіцієнти для розрахунку конструкцій.

Часткові коефіцієнти надійності використовують при створенні комбінацій дій. Для комбінацій ULS коефіцієнти, головним чином, більше 1. Для комбінацій SLS – вони просто відсутні. Тобто дорівнюють 1.

Класифікація дій виглядає таким чином.

За походженням дія може бути пряма (навантаження напряму прикладені до конструкції) або непряма (через зміни що викликані зміною температури, вологості, нерівномірним осіданням або землетрусами).

За зміною у просторі дія може бути: фіксованою або вільною, статичною або динамічною.

В залежності від змін у часі, дії розподіляють на:

·       постійні дії (G). Наприклад: власна вага конструкцій, вага стаціонарного обладнання, дорожнього покриття та непрямі дії, що викликані усадкою та нерівномірним осіданням ґрунтів.  

·       перемінні дії (Q). Наприклад: прикладені навантаження на перекриття будівель, на балки та дахи, дії вітру або снігу.

·       випадкові дії (A). Наприклад: вибухи, землетруси, повені або удари транспортних засобів.

Наприклад, комбінації дій для стійких або перехідних розрахункових ситуацій типу STR (фундаментальні комбінації) розраховуються за виразом:

·       для граничного стану ULS

·       для граничного стану SLS 

тут

 γ - часткові коефіцієнти надійності

 ψ - коефіцієнтом сполучення перемінних дій.

Комбінації дій для випадкових розрахункових ситуацій розраховуються за виразом:

 

Формула вказує, що в комбінації враховується тільки одна випадкова дія. Тобто аналогічно нормам ДБН.

Часткові коефіцієнти надійності для перемінних дій не залежать від виду навантаження. На відміну від ДБН вони однакові: для снігу, вітру, ожеледиці, експлуатації тощо.


        Результат отримується як сума всіх постійних дій  (Σ j≥1). До цієї суми додається одна провідна перемінна дія Qk,1 та сума інших перемінних дій (Σ i>1) . Таким чином підхід Єврокоду передбачає застосування всіх перемінних дій. Кожна перемінна дія по черзі розглядається, як провідна. Як наслідок, це приводить до значної кількості комбінацій. Ручний аналіз стає достатньо затратним за часом. Тут можна зазначити, що Єврокоди більше орієнтовані на комп’ютерні, а не на ручні методи розрахунку. Тому певні посилання на застосування програмного забезпечення будуть цілком доречні. Будемо додавати їх по мірі необхідності.

Значення навантажень визначаються за правилами викладеними у ДСТУ-Н Б EN 1991-1-1:2010. Єврокод 1. Дії на конструкції. Частини 1-4. Кожна частина норм відповідає за визначення певного навантаження: власна вага, експлуатаційне, снігове, вітрове навантаження тощо. Необхідні характеристичні навантаження  приймаються згідно національних норм проектування. Поняття граничне розрахункове значення (що  присутнє в ДБН) не існує.

Можна зауважити, що як для дій, так і для опору матеріалів  - використовують виключно характеристичні значення. Все подальше регулювання (для станів ULS та SLS) виконується за рахунок часткових коефіцієнтів надійності в рамках комбінацій дій.

Обновление приложения для контроля армирования в Ревит

Выпущена новая версия приложения для контроля армирования в Ревит (теоретическое армирование импортируется из Robot). В данной версии появились новые возможности:

  • импорт армирования из Robot средствами приложения. В предыдущей версии импорт армирования выполнялся только стандартными средствами Ревита. Иногда это вызывало некоторые затруднения. Теперь можно выполнить импорт армирования напрямую - просто указав элемент в Ревит и его номер в Robot.
  • выполняется контроль армирования при установке арматуры в Ревит инструментами: армирование по площади, армирование по траектории и отдельными стержнями. В предыдущей версии было только  армирование по площади.
Видео для просмотра работы с приложением

Моделирование свайного основания в Robot


Для моделирования реализуем два подхода – в зависимости от способа сопряжения сваи и ростверка. При шарнирном сопряжении полагаем, что свая воспринимает только вертикальную нагрузку; при жестком сопряжении – моделируется свая в грунтовой среде.
              Моделирование шарнирного сопряжения выполняется при помощи инструмента Опора. Здесь необходимо задать упругую податливость опоры по направлению оси Z. Механизма, который позволяет получить данное значение для свай, в Robot нет. Поэтому, следует обратиться к текущим нормам проектирования и получить несущую способность сваи: либо расчетным путем либо в результате полевых испытаний. Помимо этого необходимо также знать предельное перемещения сваи. Предельное перемещение может быть принято как величина отказа сваи (обычно в пределах 2-5 см) либо принято исходя из предельных перемещений конструкции.  Упругую податливость опоры назначаем как отношение несущей способности к предельному перемещению сваи.
              Для моделирования жесткого сопряжения создается свая как стержень. Стержень в грунте разбивается на участки длиной около 1 м, чтобы можно было назначать необходимые параметры на разной глубине. Для такой модели реализованы два подхода. Условно назовем их: «метод упругих опор» и «метод упругого стержня».
              Метод «упругих опор» предложен Carlos EVillarroel. Видео доступно по ссылке https://www.youtube.com/watch?v=Yqi9eJLCkOQ. Идея состоит в том, что в узлах стержня (по глубине сваи) создаются опоры с коэффициентами постели в горизонтальных (X,Y) и вертикальных плоскостях (Z). Коэффициенты постели (кН/м) по направлению осей X,Y,Z получают как произведение жесткости основания (кН/м3) на соответствующую площадь (м2): площадь боковой поверхности сваи (для оси Z) и площадь вертикального поперечного сечения сваи (для осей X,Y). Кроме того, на острие сваи создается упругая опора по оси Z. Здесь коэффициент постели получен как произведение жесткости основания (на заданной глубине) на площадь сечения сваи.
              Метод «упругого стержня» состоит в том, что для участков стержней сваи создаются конечно-элементные стержни на упругом основании. Коэффициенты постели (кН/м2) рассчитываются как произведение жесткости основания (кН/м3)  на приведенную ширину сваи (м). Таким образом обеспечивается работа сваи в горизонтальном направлении (X,Y). Работа сваи в вертикальном направлении обеспечивается созданием точечной опоры на острие с назначением упругой податливости по направлению оси Z. Также как для шарнирного сопряжения.
              С использованием обоих методов был рассчитан пример, представленный в Руководстве по проектированию свайных фундаментов (СНиП II-17-77). Расхождение в результатах оказалось вполне приемлемым для инженерных расчетов.
              Интересным преимуществом метода «упругих опор» является отсутствие необходимости расчета несущей способности сваи и предельного перемещения. Однако следует учесть, что использование жесткости основания для назначения коэффициентов постели в вертикальной плоскости является слабо обоснованным. Наши нормы не предусматривают разделения жесткости основания в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Так, если старые нормы СНиП II-17-77, указывают, что  коэффициент постели определяется «на боковой поверхности сваи».  То в текущих нормах ДБН В.2.1-10-2009. Основи та фундаменти Приложение Н называется - «коэффициент жесткости грунтового основания сваи в горизонтальном направлении». Поэтому рекомендуемым следует считать метод «упругого стержня». Результаты одного примера не являются достаточными для твердого обоснования метода «упругих опор».
              Для метода «упругого стержня» выполнено моделирования в соответствии с текущими нормами проектирования. Момент в свае и перемещение на уровне грунта получились большими, чем по примеру Руководства для СНиП II-17-77.  


Создание семейств в программе REVIT

Серьезная и профессиональная работа в программе Revit не может обойтись без навыков работы с семействами. Семейства - это "кирпичик" из которого в конечном итоге собирается проект. Действительно, сразу при запуске Revit мы видим экран разделенный на две части: проект и семейства. Библиотечных семейств, как правило, не хватает для полноценной работы. Представленные ниже видео-уроки должны помочь в освоении этого важного элемента работы с программой, научиться редактировать для своих нужд готовые семейства и создавать новые семейства.

Урок 1.
Здесь рассматриваются общие понятия и классификация семейств.


Урок 2. 

В данном видео рассматриваются базовые элементы работы по созданию тел разнообразной формы. Созданные объемные тела представляют собой будущие элементы конструкции.



Урок 3.

Создание объектов с фиксированными размерами не позволяет реально управлять семейством. Чтобы управлять - нужны параметры. В данном видео-уроке рассматриваются принципы создания параметров семейства.


Урок 4.

Важно обеспечить доступ к параметрам семейства в спецификациях проекта. Это можно реализовать при помощи общих параметров Revit. В видео-уроке показано создание общих параметров в процессе разработки семейства.





Урок 5.

Удобство работы и управления объектами в проекте может быть обеспечено за счет наличия у семейства "ручек управления". Как создать ? Показано в данном видео-уроке.



Урок 6.

Семейства могут иметь сложную организация за счет использования вложенных семейств т.е. когда базовое семейство использует другое (вложенное или встроенное) семейство. В видео-уроке показано как выполняется организация данного процесса и передача параметров между семействами для последующего управления в проекте.


Урок 7.

В данном видео рассмотрены принципы подготовки типоразмеров семейства как в самом семействе так и во внешнем текстовом файле.




Урок 8.

Небольшой пример создания семейства. Выполняется создание навеса, который будет установлен на любой грани объекта или рабочей плоскости.







Обновленная версия приложения "Эскизы арматуры"

Обновлена версия приложения "Эскизы арматуры". Данное приложение позволяет получать эскизы арматурных стержней. 

Основные изменения версии 4.0.
Теперь эскиз арматуры может быть создан двумя путями:
  • ·        подготовкой эскиза на базе геометрии стержня

В этом случае чертеж готовится как эскиз, вместе реального отображения которое использовалось в версии 3.0. Геометрия стержня отображается в таком масштабе, чтобы лучше показать все участки стержней и улучшить читаемость чертежа.
Финальный эскиз имеет вид:



Дополнительная подготовка не требуется.

  • ·        подготовкой эскиза на базе стандартного рисунка

В этом случае эскиз создается на базе стандартных рисунков. В настоящий момент подготовлены рисунки стандарта BS8666:2005 и ГОСТ 21-501.
Финальный эскиз имеет вид (включает размерные линии)




Для получения финального результата необходимо указать стандартный рисунок в параметрах типа для формы арматурного стержня. Ниже дано описание как это сделать.

В обоих случаях есть возможность включать\отключать отображение длины прямого участка крюков.

Настройка единиц измерения.
Для управления единицами измерений (на эскизах) используются единицы измерений Revit:




Настройка параметров типа системного семейства (при использовании стандартных рисунков)
Системное семейство Форма стержня должно иметь ссылку на стандартный рисунок. Для этого выберите необходимое системное семейство Форма арматурного стержня в Диспетчере проекта и выберите из контекстного меню Редактировать

или арматурный стержень в проекте и затем Редактировать семейство.
Как результат, откроется файл формы стержня в редакторе семейств.

            Щелкните на кнопке Типоразмеры в семействе  , откройте окно Параметры формы арматурного стержня. Для параметра Изображения формы щелкните на кнопке 




В окне Управление изображениями нажмите кнопку Добавить.
Перейдите в папку с установленными стандартными рисунками, которая находится в
…\Users\Public\Documents\Autodesk\Downloaded Content\Ar-Cadia\SketchReinforcement\BS8666-2005.
Выберите необходимую форму стержня. Каждая форма имеет номер. Например,




Нажмите кнопку ОТКРЫТЬ.
Теперь параметр Изображение формы содержит нужный рисунок.




Сохраните сделанные изменения, нажав на кнопку.

Файл  типа *.rfa можно не сохранять. Теперь, параметр Изображение формы содержит ссылку на стандартный рисунок.



Описанная процедура выполняется один раз в файле проекта (желательно до создания армирования) или в файле шаблона.
Совет. Выполните сохранение папки со стандартными рисунками как Избранное. Это позволит быстро находить папку для иных форм стержней.



Совет.  Стандартные рисунки можно использовать для любых других номеров форм стержней, в других шаблонах. Основное требование – должна совпадать буквенная нумерация участков стержней, например

Форма 21 норм BS8666:2005
Форма 6 шаблон RUS



Совет.  В настройках армирования желательно отключить флаги, определяющие каждый раз новую форму стержня при изменении отгибов.




ПРИЛОЖЕНИЕ.  Формы арматурных стержней по нормам BS8666:2005.




Формы арматурных стержней по нормам ГОСТ 21-501.

Можно посмотреть видео подготовки эскизов:




Приложение можно скачать по ссылке:

https://apps.autodesk.com/RVT/en/Detail/Index?id=8972329327921706347&os=Win64&appLang=ru



Импорт теоретической площади арматуры плит из ROBOT в REVIT
Связь между двумя базовыми программами (чертежной) Revit и (расчетным комплексом) Robot позволяет подготовить арматурные чертежи железобетонных элементов в Revit и передать данное армирование в Robot для  выполнения статического расчета и проверки армирования. Но есть одно ограничение: такая связь возможна только для тех железобетонных элементов, где армирование получено при помощи специальных внешних приложений. Эти приложения устанавливаются дополнительно. 


К сожалению, возможности приложения АРМАТУРА не затрагивают один из важных аспектов проектирования - армирование перекрытий и стен. Результаты теоретического армирования железобетонных перекрытий (стен), полученные в Robot, остаются недоступными в Revit. Это приводит к дополнительной работе по увязке фактического и теоретического армирования. Приходится как-то изворачиваться, размещать подложки в Revit с  изображением теоретического армирования (полученные в Robot), чтобы хоть как-то контролировать размещение фактической арматуры. Если учесть, что современные перекрытия часто имеют сложную форму с большим числом проемов - то какая работа отнимает много времени и сил.

Созданное внешнее приложение ИМПОРТ АРМИРОВАНИЯ позволяет существенно облегчить данный процесс и ускорить проектирование. 


Этапы работы с данной программой можно описать следующим образом:
  • готовим модель конструкции в Revit, формируя аналитическую (расчетную) модель
  • стандартным образом выполняем экспорт модели в Robot
  • производим статический расчет конструкции и получаем теоретическую площадь арматуры  для  перекрытий (или стен) 
  • выполняем привязку расчетной модели Revit c расчетной моделью в Robot при помощи специальной опции: следует выбрать аналитический узел в модели Revit и указать соответствующий ему номер узла в программе Robot

  • следует выбрать необходимые перекрытия (стены) в Revit
  • теперь запускаем команду Импорт из Robot (программа Robot c данными по армированию должна быть открыта). Если связь между расчетными моделями программ установлена правильно, то данные по теоретическому армированию экспортируются из Robot в Revit после нажатия на кнопку Импорт из Robot 


  • закроем диалог, нажав кнопку ОК
  • программа формирует два специальных вида: Армирование из Robot - на нем отображается теоретическая площадь арматуры 


  • на втором виде: Проверка армирования - отображается разница между фактическим и теоретическим  армированием. Если фактической площади арматуры недостает, то цвет зоны красный. Если арматуры достаточно - цвет зеленый. 

  • при помощи приложения пользователь выполняет раскладку арматуры, используя инструмент Армирование по площади и легко контролирует процесс установки фактического армирования.

Программу можно скачать по ссылке https://apps.autodesk.com/RVT/ru/Detail/Index?id=3246683595703143912&appLang=ru&os=Win64